EP0764502A1 - Schlagunterstütztes Handbohrgerät - Google Patents

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Publication number
EP0764502A1
EP0764502A1 EP96810539A EP96810539A EP0764502A1 EP 0764502 A1 EP0764502 A1 EP 0764502A1 EP 96810539 A EP96810539 A EP 96810539A EP 96810539 A EP96810539 A EP 96810539A EP 0764502 A1 EP0764502 A1 EP 0764502A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
speed
tool holder
measured
reaction torque
evaluation unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP96810539A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0764502B1 (de
Inventor
Otto Noser
Ulrich Bourgund
Alexander Hoop
Hanspeter Schad
Stefan Miescher
Edwin Schweizer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
Publication of EP0764502A1 publication Critical patent/EP0764502A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0764502B1 publication Critical patent/EP0764502B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D16/00—Portable percussive machines with superimposed rotation, the rotational movement of the output shaft of a motor being modified to generate axial impacts on the tool bit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2211/00—Details of portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D2211/06—Means for driving the impulse member
    • B25D2211/068—Crank-actuated impulse-driving mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2216/00—Details of portable percussive machines with superimposed rotation, the rotational movement of the output shaft of a motor being modified to generate axial impacts on the tool bit
    • B25D2216/0007—Details of percussion or rotation modes
    • B25D2216/0023—Tools having a percussion-and-rotation mode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/195—Regulation means
    • B25D2250/205—Regulation means for torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/221—Sensors

Definitions

  • the invention relates to an impact-supported hand drill, in particular a hammer drill, according to the preamble of the generic claim 1.
  • Impact-supported hand drills are used in the construction industry, in the installation and electrical industry and in related areas. Because of their high mining performance in mineral substrates, such as concrete, masonry or stone, hammer drills have proven their worth for professional use. Hammer drills have a continuously driven tool holder and a motor-operated hammer mechanism. In operation, hammer-like impulses are automatically transmitted to a tool clamped in the tool holder, which support the processing of the surface. At the same time, the tool inserted into the tool holder is continuously rotated in order to create a dowel hole suitable for dowels. In the known hammer drilling machines with a high mining capacity, for example the device series of the applicant, the striking mechanism is an electropneumatic striking mechanism which transmits longitudinal impacts to the tool during operation.
  • the cutting edge on the tool tip With each stroke, the cutting edge on the tool tip is driven into the ground and creates a small notch. Due to the continuous rotation of the tool, the surface is removed by shear.
  • the angle that the cutting edge traverses between two strokes at the tip of the continuously rotated tool is called the conversion angle.
  • the conversion angle In the known hammer drilling devices, the conversion angle is chosen such that a periodic repetition only occurs after a few complete rotations. In this way, it is to be avoided that the cutting edge on the tool tip immediately hits existing notches and deepens them further.
  • the solution to this problem consists in an impact-supported hand drill, in particular a hammer drill, which has the features stated in the characterizing section of patent claim 1.
  • the impact-assisted hand drill according to the invention has a housing in which an electric drive motor for a tool holder which can be rotated continuously about its longitudinal axis, a control device for the number of revolutions of the tool holder which interacts with the electric drive motor and can be activated from the outside via a switch attached to the housing, and a striking mechanism are arranged for the periodic delivery of axial impacts on a tool clamped in the tool holder.
  • the electric drive motor is coupled to a measuring device for the reaction torque.
  • the control device comprises an evaluation unit which is connected to the measuring device for the reaction torque and by means of which the speed of the tool holder can be regulated in such a way that the reaction torque measured on the drive motor during operation is maximum.
  • the impact-assisted hand drilling device Due to the inventive design of the impact-assisted hand drilling device, it can be operated in the optimal performance range. It can be seen that the drilling performance also has a maximum at a maximum measured reaction torque. The device is always operated in the optimum performance range regardless of the surface. No additional operating steps are required by the user.
  • the impact-supported hand drill is used very efficiently due to its operation in the optimal performance range.
  • the optimized drilling performance shortens the time required to create a dowel hole suitable for dowels. This makes the operation of the device even more economical.
  • the measuring device comprises strain gauges or load cells which are arranged on the suspension of the electric drive motor in the housing.
  • the chosen arrangement of the strain gauges or load cells does not require any special design effort. Torque measurement methods using strain gauges or load cells have been tried and tested and carried out with sufficient accuracy under the loads to which impact-assisted hand drills are sometimes exposed.
  • the control device By connecting the evaluation unit to a memory unit, in which different speed ranges are defined, and the control device is designed in such a way that, according to the evaluation unit, these speed ranges can be automatically adjusted according to increasing speeds, the user can find the optimal one after activating the control device Speed with maximum associated reaction torque take place in a very short time.
  • the associated reaction torque is determined for each set speed and recorded in the storage unit.
  • the control device then automatically regulates the speed of the tool holder that corresponds to the greatest value of the measured reaction torques. This regulation is independent of the user. The operator only has to activate the control device once, for example, as before, via a push button on the handle. The control then takes place fully automatically, without any further action on the part of the user. He can only see from the sound of the electric motor that regulation is taking place.
  • the speed ranges defined in the storage unit preferably correspond to conversion angles of 37 ° -39 °, 46 ° -50 °, 61 ° -65 ° and 91 ° -98 °.
  • This relationship serves the approximate determination of the optimal speed ranges or conversion angle.
  • the speed ranges corresponding to the conversion angle ranges are activated and the Speeds varied accordingly.
  • the associated reaction torque on the drive motor is determined for each set speed.
  • the optimal speed at which the impact-supported hand drill is to be operated is regulated by the control device to the speed at which the greatest reaction torque was measured.
  • different ideal speeds are defined in the storage unit.
  • the control device is designed in such a way that, according to the evaluation unit, these ideal speeds can be set automatically and the speed of the tool holder can be varied within a range of ⁇ 5% of the ideal speed.
  • the reaction torque associated with each speed is measured and stored in the storage unit.
  • the speed of the tool holder can then be automatically regulated within a narrow tolerance of ⁇ 1 ° to the speed at which the maximum reaction torque was determined.
  • the ideal speeds therefore correspond to conversion angles of 38 °, 48 °, 63 ° and 95 °, each with a tolerance of ⁇ 1 °, the relationship between the speed and the conversion angle being given in accordance with the relationship given above.
  • approximately speed ranges are specified in which the greatest possible reaction torque is to be expected.
  • the impact frequency which is involved in the relationship between the conversion angle and the rotational speed of the tool holder, is not a constant, in particular in the known hammer drilling machines with electropneumatic impact mechanism, but changes with the rotational speed. However, this does not matter for the approximate determination of the speed ranges.
  • the speed of the tool holder is regulated only as a function of the measured reaction torque, so that the speed-dependent dependence of the impact frequency is also irrelevant in this case.
  • the evaluation unit comprises a microprocessor, which is controlled in such a way that the setting of the speed of the tool holder is periodically monitored during operation in accordance with the measured reaction torques and, if deviations are detected that correspond to speeds outside the specified range limits, a readjustment if necessary is initiated.
  • the method for operating an impact-assisted hand drilling device equipped according to the invention is characterized in that the reaction torque on the drive motor is measured periodically by the measuring device and the measured values are forwarded to the evaluation unit.
  • the speed of the tool holder is regulated via the control device in accordance with the evaluation unit in such a way that the measured reaction torque is at a maximum.
  • the method according to the invention is characterized by its simple control loop, in which essentially only a single control variable is to be considered.
  • the control device After its activation, the control device preferably automatically sets the speed of the tool holder at which the measured reaction torque is expected to be maximum. For this purpose, rotational speed values defined in the storage unit are followed in succession and the associated measured reaction torques are measured and recorded in the storage unit. The control unit finally controls the speed of the tool holder to the optimal speed found and continuously checks whether the control condition is fulfilled, i.e. the measured reaction torque on the drive motor is maximum and adjusts if necessary. This ensures that the impact-supported hand drill is always operated in the optimal performance range.
  • an impact-supported hand drill according to the invention is provided with the reference number 1 as a whole.
  • the hand drill shown schematically on the basis of its functional blocks is, in particular, a hammer drill with an electropneumatic hammer mechanism.
  • the individual mechanical and electrical function blocks are arranged in a housing 2.
  • the mechanical Function blocks include an electric drive motor 3, an electropneumatic striking mechanism 5, a transmission 7 and a tool holder 9, in which a tool 10 is inserted.
  • the force-transmitting coupling of the mechanical function blocks to one another is indicated by double dashes.
  • the electric drive motor 3 is connected to the electropneumatic striking mechanism 5 via a mechanical connection 4. In this way, an exciter piston 51 is driven via an eccentric, which accelerates a flying piston 52, which strikes a striker 53, which continues into the tool holder 9 and transmits the axial impacts to the tool clamped in the tool holder 9.
  • the electric drive motor 3 is connected via a second mechanical connection 6 to a transmission 7, in which the revolutions of the electric motor are translated or reduced in a predetermined ratio.
  • Another mechanical connection 8 transmits the rotary movement of the electric drive 3 or the gear 7 to the tool holder 9, which is thereby rotated continuously about its axis during operation.
  • the continuous rotary movement of the tool holder 9 is transmitted to the clamped tool 10.
  • the hammer drill 1 is started up by means of a switch S on the handle part of the housing 1.
  • the switch S closes and activates the contact to the energy source, which can be an accumulator or the electrical network to which the hammer drill 1 is connected via a supply line (not shown) the control device C for the electric drive motor 3.
  • the control device C With the help of the control device C, the speed of the drive motor 3 or the tool holder 9 coupled to it can be controlled in the known hammer drilling machines 1.
  • the control device C comprises a known phase control.
  • the electric drive motor 3 is coupled to a measuring device 12 for the reaction torque, which acts on the drive motor 3 during operation.
  • the measuring device 12 is preferably formed by strain gauges or load cells which are arranged on the suspension 13, 14 of the electric drive motor 3.
  • strain gauges or load cells are for example from available from Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, D-6100 Darmstadt 1.
  • a suitable strain gauge is described, for example, in company brochure No. G 24.01.7.
  • a load cell with the type designation Z8 is described, among others, which can be used, for example.
  • the control device C comprises an evaluation unit E, which is connected to the measuring device 12 for the reaction torque.
  • the evaluation unit E processes the measured and digitized reaction torques and causes the control device C to regulate the speed of the tool holder 9 in such a way that the reaction torque measured during operation on the electric drive motor 3 is maximum.
  • the evaluation unit E is connected to a memory unit M in which measurement data can be buffered.
  • the storage unit M can also be used to call up control information contained therein, as will be explained in more detail below.
  • the evaluation unit comprises a microprocessor P, which enables a special control sequence, as will be explained.
  • sequence instructions 20-26 and 30-36 two variants of the sequence of the speed control of the tool holder 9 are shown and represented by sequence instructions 20-26 and 30-36, respectively.
  • the control device C By actuating the switch S on the handle part of the housing 1, the control device C is activated (20 or 30).
  • the control device C accesses the control information stored in the storage unit M.
  • the control information states that the greatest reaction torque can be found at defined speed ranges.
  • the control device C controls the speed in succession to these speed ranges and scans them.
  • the associated reaction torque is measured on the electric drive motor 3 (21-23) for each set speed.
  • the measured and digitized measured values are stored in the storage unit and then compared with one another.
  • the maximum reaction torque is determined by comparing the measured reaction torques and the associated speed of the tool holder 9 is determined (24). Thereafter, the control device C sets the speed determined by the evaluation unit E (25) and controls it in such a way that the measured reaction torque remains at a maximum (26).
  • the control information in the memory unit M is selected such that the speed ranges to be set correspond to conversion angles of 37 ° -39 °, 46 ° -50 °, 61 ° -65 ° and 91 ° -98 °.
  • the control device C takes the control information from the storage unit M that different ideal speeds are to be set in succession. Each ideal speed is varied in a range of ⁇ 5% and for each set speed the associated reaction torque is measured on the electric drive motor 3, digitized and temporarily stored in the memory unit M (31-33). As with the previously described variant of the invention, the measured reaction torques are then compared, the maximum value is determined and the associated speed (34) is determined. The control device C sets the determined speed (35) and controls it in such a way that the measured reaction torque remains at a maximum (36).
  • the control information in the memory unit M is selected such that the ideal rotational speeds to be set correspond to conversion angles of 38 °, 48 °, 63 ° and 95 ° with a tolerance of ⁇ 1 ° in each case.
  • the speed of the tool holder and the stroke frequency are decoupled, so that an exact determination is possible.
  • the inventive Device 1 regulates the speed of the tool holder 9 only as a function of the reaction torque measured on the drive motor 3, so that the speed dependence of the impact frequency is also irrelevant in this case.
  • the reaction torques are measured in speed steps of 2 [rpm].
  • the microprocessor P arranged in the evaluation unit E advantageously runs in a controlled manner in such a way that the setting of the speed of the tool holder 9 is periodically monitored during operation in accordance with the measured reaction torques and, if detected, deviations which correspond to speeds outside the specified speed range limits may be one Readjustment is initiated.
  • the reaction torques on the electric drive motor are recorded approximately 600 to approximately 6000 times per minute.
  • the impact-assisted hand drilling device Due to the inventive design of the impact-assisted hand drilling device, it can be operated in the optimal performance range. It can be seen that the drilling performance also has a maximum at a maximum measured reaction torque. The device is always operated in the optimum performance range regardless of the surface. The impact-supported hand drill is used very efficiently due to its operation in the optimal performance range. The optimized drilling performance shortens the time required to create a dowel hole suitable for dowels. This makes the operation of the device even more economical.
  • the control device By connecting the evaluation unit to a memory unit, in which different speed ranges or ideal speeds are defined, and the control device is designed in such a way that, according to the evaluation unit, these speed ranges can be automatically set and varied according to increasing speeds, after the control device has been activated by Users can find the optimal speed with the maximum associated reaction torque in a very short time.
  • the optimal speed is controlled independently of the user. The operator only has to activate the control device once, for example, as before, via a push button on the handle. The control then takes place fully automatically, without any further action on the part of the user. At most, he can see from the changing noise of the electric motor that regulation is taking place at all.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
  • Drilling And Boring (AREA)

Abstract

Ein schlagunterstütztes Handbohrgerät, insbesondere ein Hammerbohrgerät besitzt ein Gehäuse (2), in dem ein elektrischer Antriebsmotor (3) für eine um ihre Längsachse kontinuierlich rotierbare Werkzeugaufnahme (9), eine mit dem elektrischen Antriebsmotor (3) zusammenwirkende Regelungseinrichtung (C) für die Umdrehungszahl der Werkzeugaufnahme (9), die über einen am Gehäuse (2) angebrachten Schalter (S) von aussen aktivierbar ist, und ein Schlagwerk (5) für die periodische Abgabe von axialen Schlägen auf ein in die Werkzeugaufnahme (9) eingespanntes Werkzeug (10) angeordnet sind. Der elektrische Antriebsmotor (3) ist mit einer Messeinrichtung (12) für das Reaktionsdrehmoment gekoppelt. Die Regelungseinrichtung (12) umfasst eine Auswerteeinheit (E), welche mit der Messeinrichtung (12) für das Reaktionsdrehmoment verbunden ist und über welche die Drehzahl der Werkzeugaufnahme (9) derart regelbar ist, dass das gemessene Reaktionsdrehmoment maximal ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein schlagunterstütztes Handbohrgerät, insbesondere ein Hammerbohrgerät, gemäss dem Oberbegriff des gattungsbildenden Patentanspruchs 1.
  • Schlagunterstützte Handbohrgeräte werden in der Bauindustrie, im Installations- und Elektrogewerbe und in verwandten Bereichen eingesetzt. Wegen ihrer hohen Abbauleistung in mineralischen Untergründen, wie beispielsweise Beton, Mauerwerk oder Gestein, haben sich für den professionellen Einsatz insbesondere Hammerbohrgeräte bewährt. Hammerbohrgeräte weisen eine kontinuierlich angetriebene Werkzeugaufnahme und einen motorisch betätigbaren Schlagmechanismus auf. Im Betrieb werden auf ein in die Werkzeugaufnahme eingespanntes Werkzeug in zeitlicher Folge automatisch hammerschlagartige Impulse übertragen, welche die Bearbeitung des Untergrundes unterstützen. Zugleich wird das in die Werkzeugaufnahme eingesetzte Werkzeug kontinuierlich gedreht, um im Untergrund eine dübeltaugliche Aufnahmebohrung zu erstellen. Bei den bekannten Hammerbohrgeräten grosser Abbauleistung, beispielsweise der Geräteserie der Anmelderin, ist der Schlagmechanismus ein elektropneumatisches Schlagwerk, welches im Betrieb auf das Werkzeug longitudinale Stösse überträgt.
  • Mit jedem Schlag wird die an der Werkzeugspitze befindliche Schneide in den Untergrund eingetrieben und erzeugt eine kleine Kerbe. Durch die kontinuierliche Drehbewegung des Werkzeugs wird der Untergrund durch Scherung abgetragen. Der Winkel, den die Schneide an der Spitze des kontinuierlich gedrehten Werkzeuges zwischen zwei Schlägen überstreicht, wird als Umsetzwinkel bezeichnet. Bei den bekannten Hammerbohrgeräten wird der Umsetzwinkel derart gewählt, dass erst nach einigen vollständigen Umdrehungen eine periodische Wiederholung auftritt. Auf diese Weise soll vermieden werden, dass die Schneide an der Werkzeugspitze in unmittelbarer Folge in bereits vorhandene Kerben schlägt und diese weiter vertieft. Bei periodischen Umsetzwinkeln, wie beispielsweise 30°, 36°, 45°, 52°, 60° usw., können die Kerben soweit vertieft werden, dass die Scherwirkung nur mehr unzureichend Material abträgt, wodurch die Bohrleistung des Gerätes stark vermindert wird. Aus diesem Grund werden derartige periodische Umsetzwinkel durch geeignete Auslegung des Getriebes des Hammerbohrgerätes vermieden.
  • Während bei den bekannten schlagunterstützten Handbohrgeräten, insbesondere mit Hammerbohrgeräten, bereits eine gute Abbauleistung erzielbar ist, besteht dennoch der Wunsch, die Abbauleistung insbesondere von spröde versagenden Untergründen noch weiter zu verbessern. Es soll ein schlagunterstütztes Handbohrgerät geschaffen werden, das in unterschiedlichen mineralischen Untergründen mit optimaler Bohrleistung betrieben werden kann. Dabei soll die Handhabung des Gerätes für den Anwender keine zusätzlichen Bedienungsschritte erfordern.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem schlagunterstützten Handbohrgerät, insbesondere einem Hammerbohrgerät, welches die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale aufweist. Das erfindungsgemässe schlagunterstützte Handbohrgerät besitzt ein Gehäuse, in dem ein elektrischer Antriebsmotor für eine um ihre Längsachse kontinuierlich rotierbare Werkzeugaufnahme, eine mit dem elektrischen Antriebsmotor zusammenwirkende Regelungseinrichtung für die Umdrehungszahl der Werkzeugaufnahme, die über einen am Gehäuse angebrachten Schalter von aussen aktivierbar ist, und ein Schlagwerk für die periodische Abgabe von axialen Schlägen auf ein in die Werkzeugaufnahme eingespanntes Werkzeug angeordnet sind. Der elektrische Antriebsmotor ist mit einer Messeinrichtung für das Reaktionsdrehmoment gekoppelt. Die Regelungseinrichtung umfasst eine Auswerteeinheit, welche mit der Messeinrichtung für das Reaktionsdrehmoment verbunden ist und über welche die Drehzahl der Werkzeugaufnahme derart regelbar ist, dass das im Betrieb am Antriebsmotor gemessene Reaktionsdrehmoment maximal ist.
  • Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des schlagunterstützten Handbohrgerätes kann dieses im optimalen Leistungsbereich betrieben werden. Es zeigt sich, dass bei einem maximalen gemessenen Reaktionsdrehmoment auch die Bohrleistung ein Maximum aufweist. Das Gerät wird unabhängig vom Untergrund immer im optimalen Leistungsbereich betrieben. Dabei werden vom Anwender keinerlei zusätzliche Bedienungsschritte gefordert. Durch den Betrieb im optimalen Leistungsbereich wird das schlagunterstützte Handbohrgerät sehr effizient eingesetzt. Die optimierte Bohrleistung verkürzt die Zeit, die für die Erstellung einer dübeltauglichen Aufnahmebohrung erforderlich ist. Dadurch wird der Betrieb des Gerätes noch wirtschaftlicher.
  • In einer besonders einfachen Ausführungsvariante der Messeinrichtung umfasst diese Dehnmessstreifen oder Wägezellen, welche an der Aufhängung des elektrischen Antriebsmotors im Gehäuse angeordnet sind. Die gewählte Anordnung der Dehnmessstreifen oder Wägezellen erfordert keinen besonderen konstruktiven Aufwand. Drehmomentmessverfahren mittels Dehnmessstreifen oder Wägezellen sind erprobt und unter den Belastungen, denen schlagunterstützte Handbohrgeräte mitunter ausgesetzt sind, mit ausreichend hoher Genauigkeit durchzuführen.
  • Indem die Auswerteeinheit mit einer Speichereinheit verbunden ist, in der verschiedene Drehzahlbereiche festgelegt sind, und die Regelungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass nach Massgabe der Auswerteeinheit diese Drehzahlbereiche nach zunehmenden Drehzahlen automatisch einstellbar sind, kann nach dem Aktivieren der Regelungseinrichtung durch den Anwender das Auffinden der optimalen Drehzahl mit maximalem zugehörigen Reaktionsdrehmoment in sehr kurzer Zeit erfolgen. Dazu wird für jede eingestellte Drehzahl das zugehörige Reaktionsdrehmoment bestimmt und in der Speichereinheit festgehalten. Danach regelt die Regelungseinrichtung selbsttätig auf diejenige Drehzahl der Werkzeugaufnahme, welche dem grössten Wert der gemessenen Reaktionsdrehmomente entspricht. Diese Regelung erfolgt unabhängig vom Anwender. Dieser muss nur einmal die Regelungseinrichtung aktivieren, beispielsweise, wie bis anhin, über einen Druckknopf am Handgriff. Danach erfolgt die Regelung vollautomatisch, ohne ein weiteres Zutun des Anwenders. Er kann bloss am Geräusch des Elektromotors erkennen, dass eine Regelung stattfindet.
  • Die in der Speichereinheit festgelegten Drehzahlbereiche entsprechen vorzugsweise Umsetzwinkeln von 37° - 39°, 46° - 50°, 61° - 65° und 91° - 98°. Der Zusammenhang zwischen dem Umsetzwinkel und der Drehzahl der Werkzeugaufnahme bzw. der Schneide an der Spitze eines in dieselbe eingespannten Werkzeuges ist dabei durch die Beziehung Umsetzwinkel [°] = Drehzahl [U/min]·360[°]·1/Schlagfrequenz [1/Hz]
    Figure imgb0001
     gegeben. Diese Beziehung dient der näherungsweisen Bestimmung der optimalen Drehzahlbereiche bzw. Umsetzwinkel. Während des Betriebes werden die den Umsetzwinkelbereichen entsprechenden Drehzahlbereiche angesteuert und die Drehzahlen entsprechend variiert. Dabei wird zu jeder eingestellten Drehzahl das zugehörige Reaktionsdrehmoment am Antriebsmotor bestimmt. Schliesslich wird die optimale Drehzahl, mit der das schlagunterstützte Handbohrgerät betrieben werden soll, durch die Regelungseinrichtung auf diejenige Drehzahl geregelt, bei der das grösste Reaktionsdrehmoment gemessen wurde.
  • In einer Variante der Erfindung sind in der Speichereinheit verschiedene ldealdrehzahlen festgelegt. Die Regelungseinrichtung ist derart ausgelegt, dass nach Massgabe der Auswerteeinheit diese Idealdrehzahlen automatisch einstellbar sind und die Drehzahl der Werkzeugaufnahme jeweils in einem Bereich von ± 5% der ldealdrehzahl variierbar ist. Zu jeder Drehzahl wird das jeweils zugehörige Reaktionsdrehmoment gemessen und in der Speichereinheit abgelegt. Danach ist die Drehzahl der Werkzeugaufnahme innerhalb einer engen Toleranz von ± 1° automatisch auf diejenige Drehzahl regelbar, bei der das maximale Reaktionsdrehmoment festgestellt wurde. Bei dieser Variante der erfindungsgemässen Vorrichtung entsprechen die Idealdrehzahlen somit Umsetzwinkeln von 38°, 48°, 63° und 95°, jeweils mit einer Toleranz von ± 1°, wobei der Zusammenhang zwischen der Drehzahl und dem Umsetzwinkel gemäss der oben angeführten Beziehung gegeben ist. Bei beiden geschilderten Varianten der Erfindung sind näherungsweise Drehzahlbereiche vorgegeben, in denen ein möglichst grosses Reaktionsdrehmoment zu erwarten ist.
  • Die in die Beziehung zwischen dem Umsetzwinkel und der Drehzahl der Werkzeugaufnahme eingehende Schlagfrequenz ist insbesondere bei den bekannten Hammerbohrgeräten mit elektropneumatischem Schlagwerk keine Konstante, sondern verändert sich mit der Drehzahl. Für die näherungsweise Bestimmung der Drehzahlbereiche spielt dies aber keine Rolle. Während des Betriebes des erfindungsgemässen Gerätes erfolgt die Regelung der Drehzahl der Werkzeugaufnahme nur mehr in Abhängigkeit vom gemessenen Reaktionsdrehmoment, so dass auch in diesem Fall die Drehzahlabhängigkeit der Schlagfrequenz ohne Bedeutung ist.
  • In einer Variante der Erfindung umfasst die Auswerteeinheit einen Mikroprozessor, der derart gesteuert abläuft, dass die Einstellung der Drehzahl der Werkzeugaufnahme nach Massgabe der gemessenen Reaktionsdrehmomente während des Betriebs periodisch überwacht wird und bei detektierten Abweichungen, die Drehzahlen ausserhalb der angegebenen Bereichsgrenzen entsprechen, gegebenenfalls eine Nachregelung veranlasst wird.
  • Das Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäss ausgestatteten schlagunterstützten Handbohrgerätes zeichnet sich dadurch aus, dass das Reaktionsdrehmoment am Antriebsmotor von der Messeinrichtung periodisch gemessen wird und die Messwerte an die Auswerteeinheit weitergeleitet werden. In einem weiteren Verfahrensschritt wird über die Regelungseinrichtung die Drehzahl der Werkzeugaufnahme nach Massgabe der Auswerteeinheit derart geregelt, dass das gemessene Reaktionsdrehmoment maximal ist. Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich durch seinen einfachen Regelkreis aus, bei dem im wesentlichen nur eine einzige Regelgrösse zu betrachten ist.
  • Vorzugsweise stellt die Regelungseinrichtung nach ihrer Aktivierung automatisch diejenige Drehzahl der Werkzeugaufnahme ein, bei der erwartet wird, dass das gemessene Reaktionsdrehmoment maximal ist. Dazu werden in der Speichereinheit festgelegte Drehzahlwerte nacheinander abgefahren und die zugehörigen gemessenen Reaktionsdrehmomente gemessen und in der Speichereinheit festgehalten. Die Regelungseinheit regelt die Drehzahl der Werkzeugaufnahme schliesslich auf die aufgefundene optimale Drehzahl und überprüft kontinuierlich, ob die Regelungsbedingung erfüllt ist, d.h. das gemessene Reaktionsdrehmoment am Antriebsmotor maximal ist, und regelt gegebenenfalls nach. Dadurch ist sichergestellt, dass das schlagunterstützte Handbohrgerät immer im optimalen Leistungsbereich betrieben wird.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Darstellung der Funktionsblöcke eines schlagunterstützten Handbohrgerätes gemäss der Erfindung; und
    Fig. 2 und 3
    zwei Ablaufdiagramme zur Erläuterung der Erfindung.
  • In Fig. 1 ist ein schlagunterstütztes Handbohrgerät gemäss der Erfindung gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Bei dem schematisch anhand seiner Funktionsblöcke dargestellten Handbohrgerät handelt es sich insbesondere um ein Hammerbohrgerät mit elektropneumatischem Schlagwerk. Die einzelnen mechanischen und elektrischen Funktionsblöcke sind in einem Gehäuse 2 angeordnet. Die mechanischen Funktionsblöcke umfassen einen elektrischen Antriebsmotor 3, ein elektropneumatisches Schlagwerk 5, ein Getriebe 7 und eine Werkzeugaufnahme 9, in die ein Werkzeug 10 eingesetzt ist. Die kraftübertragende Koppelung der mechanischen Funktionsblöcke untereinander ist durch Doppelstriche angedeutet. Der elektrische Antriebsmotor 3 ist über eine mechanische Verbindung 4 mit dem elektropneumatischen Schlagwerk 5 verbunden. Auf diese Weise wird über einen Exzenter ein Erregerkolben 51 angetrieben, der einen Flugkolben 52 beschleunigt, welcher auf einen Döpper 53 schlägt, der sich in die Werkzeugaufnahme 9 fortsetzt und die axialen Schläge auf das in die Werkzeugaufnahme 9 eingespannte Werkzeug überträgt.
  • Der elektrische Antriebsmotor 3 ist über eine zweite mechanische Verbindung 6 mit einem Getriebe 7 verbunden, in dem die Umdrehungen des elektrischen Motors in einem fest vorgegebenen Verhältnis übersetzt bzw. untersetzt werden. Eine weitere mechanische Verbindung 8 überträgt die Drehbewegung des elektrischen Antriebs 3 bzw. des Getriebes 7 auf die Werkzeugaufnahme 9, welche dadurch im Betrieb kontinuierlich um ihre Achse rotiert wird. Die kontinuierliche Drehbewegung der Werkzeugaufnahme 9 wird auf das eingespannte Werkzeug 10 übertragen. Durch die Überlagerung der kontinuierlichen Drehbewegung und der axialen Schläge an der Schneide 11 an der Spitze des Werkzeuges 10 kann eine dübeltaugliche Bohrung erstellt werden.
  • Die Inbetriebnahme des Hammerbohrgerätes 1 erfolgt mittels eines Schalters S am Griffteil des Gehäuses 1. Der Schalter S schliesst den Kontakt zur Energiequelle, welche ein Akkumulator oder das elektrische Netz sein kann, an welches das Hammerbohrgerät 1 über eine nicht dargestellte Versorgungsleitung angeschlossen ist, und aktiviert die Regelungseinrichtung C für den elektrischen Antriebsmotor 3. Mit Hilfe der Regelungseinrichtung C ist bei den bekannten Hammerbohrgeräten 1 die Drehzahl des Antriebsmotors 3 bzw. der damit gekoppelten Werkzeugaufnahme 9 regelbar. Beispielsweise umfasst die Regelungseinrichtung C eine bekannte Phasenanschnittsteuerung.
  • Erfindungsgemäss ist der elektrische Antriebsmotor 3 mit einer Messeinrichtung 12 für das Reaktionsdrehmoment gekoppelt, welches im Betrieb auf den Antriebsmotor 3 einwirkt. Die Messeinrichtung 12 ist vorzugsweise durch Dehnmessstreifen oder Wägezellen gebildet, welche an der Aufhängung 13, 14 des elektrischen Antriebsmotors 3 angeordnet sind. derartige Dehnmessstreifen bzw. Wägezellen sind beispielsweise von der Firma Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, D-6100 Darmstadt 1 erhältlich. Ein geeigneter Dehnmessstreifen ist beispielsweise im Firmenprospekt Nr. G 24.01.7 beschrieben. Im Firmenprospekt Nr. G 21.04.9 ist neben anderen auch eine Wägezelle mit der Typenbezeichnung Z8 beschrieben, welche beispielsweise zum Einsatz kommen kann.
  • Die Regelungseinrichtung C umfasst eine Auswerteeinheit E, welche mit der Messeinrichtung 12 für das Reaktionsdrehmoment verbunden ist. In Fig. 1 sind die elektronischen Verbindungen durch Pfeile symbolisiert. Die Auswerteeinheit E verarbeitet die gemessenen und digitalisierten Reaktionsdrehmomente und veranlasst die Regelungseinrichtung C, die Drehzahl der Werkzeugaufnahme 9 derart zu regeln, dass das im Betrieb am elektrischen Antriebsmotor 3 gemessene Reaktionsdrehmoment maximal ist. Die Auswerteeinheit E ist mit einer Speichereinheit M verbunden, in der Messdaten zwischenspeicherbar sind. Die Speichereinheit M kann auch für den Abruf von darin enthaltener Steuerinformation eingesetzt werden, wie weiter unten näher erläutert wird. Gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Auswerteeinheit einen Mikroprozessor P, der einen speziellen Ablauf der Regelung ermöglicht, wie noch erläutert wird.
  • In den Fig. 2 und 3 sind zwei Varianten des Ablaufes der Drehzahlregelung der Werkzeugaufnahme 9 dargestellt und durch Ablaufanweisungen 20 - 26 bzw. 30 - 36 wiedergegeben. Durch Betätigung des Schalters S am Griffteil des Gehäuses 1 wird die Regelungseinrichtung C aktiviert (20 bzw. 30). Die Regelungseinrichtung C greift auf die in der Speichereinheit M abgelegte Steuerinformation zu. Bei der Variante der Erfindung gemäss dem Ablaufdiagramm nach Fig. 2 besagt die Steuerinformation, dass das grösste Reaktionsdrehmoment bei definierten Drehzahlbereichen zu finden ist. Die Regelungseinrichtung C regelt die Drehzahl nacheinander auf diese Drehzahlbereiche und scannt diese durch. Dabei erfolgt mit Hilfe der Messeinrichtung 12 zu jeder eingestellten Drehzahl eine Messung des zugehörigen Reaktionsdrehmomentes am elektrischen Antriebsmotor 3 (21 - 23). Die gemessenen und digitalisierten Messwerte werden in der Speichereinheit abgelegt und danach miteinander verglichen. Durch Vergleich der gemessenen Reaktionsdrehmomente wird das maximale Reaktionsdrehmoment ermittelt und die zugehörige Drehzahl der Werkzeugaufnahme 9 bestimmt (24). Danach stellt die Regelungseinrichtung C die von der Auswerteeinheit E ermittelte Drehzahl ein (25) und regelt diese derart, dass das gemessene Reaktionsdrehmoment maximal bleibt (26). In einer vorteilhaften Variante der Erfindung sind die Steuerinformationen in der Speichereinheit M derart gewählt, dass die einzustellenden Drehzahlbereiche Umsetzwinkeln von 37° - 39°, 46° - 50°, 61° - 65° und 91° - 98° entsprechen.
  • Bei der im Ablaufdiagramm gemäss Fig. 3 dargestellten Variante der Erfindung verläuft die Regelung sehr ähnlich. In diesem Fall entnimmt die Regelungseinrichtung C der Speichereinheit M die Steuerinfomation, dass nacheinander verschiedene ldealdrehzahlen eingestellt werden sollen. Jede Idealdrehzahl wird in einem Bereich von ± 5 % variiert und zu jeder eingestellten Drehzahl wird das zugehörige Reaktionsdrehmoment am elektrischen Antriebsmotor 3 gemessen, digitalisiert und in der Speichereinheit M zwischengespeichert (31 - 33). Wie bei der zuvor geschilderten Variante der Erfindung, erfolgt sodann ein Vergleich der gemessenen Reaktionsdrehmomente, die Bestimmung des Maximalwertes und die Ermittlung der zugehörigen Drehzahl (34). Die Regelungseinrichtung C stellt die ermittelte Drehzahl ein (35) und regelt diese derart, dass das gemessene Reaktionsdrehmoment maximal bleibt (36). In einer vorteilhaften Variante der Erfindung sind die Steuerinformationen in der Speichereinheit M derart gewählt, dass die einzustellenden Idealdrehzahlen Umsetzwinkeln von 38°, 48°, 63° und 95° mit einer Toleranz von jeweils ± 1° entsprechen.
  • Der Zusammenhang zwischen dem Umsetzwinkel und der Drehzahl der Werkzeugaufnahme bzw. der Schneide an der Spitze eines in dieselbe eingespannten Werkzeuges ist dabei durch die Beziehung Umsetzwinkel [°] = Drehzahl [U/min]·360[°]·1/Schlagfrequenz [1/Hz]
    Figure imgb0002
     gegeben. Diese Beziehung dient der näherungsweisen Bestimmung der optimalen Drehzahlbereiche bzw. der ldealdrehzahlen. Die in die Beziehung zwischen dem Umsetzwinkel und der Drehzahl der Werkzeugaufnahme 9 eingehende Schlagfrequenz ist insbesondere bei den bekannten Hammerbohrgeräten 1 mit nur einem Antriebsmotor 3 für die Werkzeugaufnahme 9 und das elektropneumatische Schlagwerk 5 keine Konstante, sondern verändert sich mit der Drehzahl. Für die näherungsweise Bestimmung der Drehzahlbereiche bzw. der ldealdrehzahlen spielt dies aber keine Rolle. Im Falle von separaten Antriebsmotoren für die Werkzeugaufnahme und das Schlagwerk sind die Drehzahl der Werkzeugaufnahme und die Schlagfrequenz entkoppelt, so dass eine exakte Bestimmung möglich ist. Während des Betriebes des erfindungsgemässen Gerätes 1 erfolgt die Regelung der Drehzahl der Werkzeugaufnahme 9 nur mehr in Abhängigkeit vom am Antriebsmotor 3 gemessenen Reaktionsdrehmoment, so dass auch in diesem Fall die Drehzahlabhängigkeit der Schlagfrequenz ohne Bedeutung ist. Zur Bestimmung der optimalen Drehzahl erfolgt die Messung der Reaktionsdrehmomente in Drehzahlschritten von 2 [U/min].
  • Der in der Auswerteeinheit E angeordnete Mikroprozessor P läuft in vorteilhafter Weise derart gesteuert ab, dass die Einstellung der Drehzahl der Werkzeugaufnahme 9 nach Massgabe der gemessenen Reaktionsdrehmomente während des Betriebs periodisch überwacht wird und bei detektierten Abweichungen, welche Drehzahlen ausserhalb der angegebenen Drehzahlbereichsgrenzen entsprechen, gegebenenfalls eine Nachregelung veranlasst wird. Die Erfassung der Reaktionsdrehmomente am elektrischen Antriebsmotor erfolgt dabei etwa 600 bis etwa 6000 mal je Minute.
  • Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des schlagunterstützten Handbohrgerätes kann dieses im optimalen Leistungsbereich betrieben werden. Es zeigt sich, dass bei einem maximalen gemessenen Reaktionsdrehmoment auch die Bohrleistung ein Maximum aufweist. Das Gerät wird unabhängig vom Untergrund immer im optimalen Leistungsbereich betrieben. Durch den Betrieb im optimalen Leistungsbereich wird das schlagunterstützte Handbohrgerät sehr effizient eingesetzt. Die optimierte Bohrleistung verkürzt die Zeit, die für die Erstellung einer dübeltauglichen Aufnahmebohrung erforderlich ist. Dadurch wird der Betrieb des Gerätes noch wirtschaftlicher. Indem die Auswerteeinheit mit einer Speichereinheit verbunden ist, in der verschiedene Drehzahlbereiche bzw. Idealdrehzahlen festgelegt sind, und die Regelungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass nach Massgabe der Auswerteeinheit diese Drehzahlbereiche nach zunehmenden Drehzahlen automatisch einstellbar und variierbar sind, kann nach dem Aktivieren der Regelungseinrichtung durch den Anwender das Auffinden der optimalen Drehzahl mit maximalem zugehörigen Reaktionsdrehmoment in sehr kurzer Zeit erfolgen. Die Regelung der optimalen Drehzahl erfolgt unabhängig vom Anwender. Dieser muss nur einmal die Regelungseinrichtung aktivieren, beispielsweise, wie bis anhin, über einen Druckknopf am Handgriff. Danach erfolgt die Regelung vollautomatisch, ohne ein weiteres Zutun des Anwenders. Er kann allenfalls am sich verändernden Geräusch des Elektromotors erkennen, dass überhaupt eine Regelung stattfindet.

Claims (9)

  1. Schlagunterstütztes Handbohrgerät, insbesondere Hammerbohrgerät, mit einem Gehäuse (2), in dem ein elektrischer Antriebsmotor (3) für eine um ihre Längsachse kontinuierlich rotierbare Werkzeugaufnahme (9), eine mit dem elektrischen Antriebsmotor (3) zusammenwirkende Regelungseinrichtung (C) für die Umdrehungszahl der Werkzeugaufnahme (9), die über einen am Gehäuse angebrachten Schalter (S) von aussen aktivierbar ist, und ein Schlagwerk (5) für die periodische Abgabe von axialen Schlägen auf ein in die Werkzeugaufnahme (9) eingespanntes Werkzeug (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (3) mit einer Messeinrichtung (12) für das Reaktionsdrehmoment gekoppelt ist, und dass die Regelungseinrichtung (C) eine Auswerteeinheit (E) umfasst, welche mit der Messeinrichtung (12) für das Reaktionsdrehmoment verbunden ist und über welche die Drehzahl der Werkzeugaufnahme (9) derart regelbar ist, dass das im Betrieb am Antriebsmotor (3) gemessene Reaktionsdrehmoment maximal ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (12) Dehnmessstreifen oder Wägezellen umfasst, welche an der Aufhängung (13, 14) des elektrischen Antriebsmotors (3) im Gehäuse (2) angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (E) mit einer Speichereinheit (M) verbunden ist, in der verschiedene Drehzahlbereiche festgelegt sind, dass die Regelungseinrichtung (C) derart ausgebildet ist, dass nach Massgabe der Auswerteeinheit (E) diese Drehzahlbereiche nach zunehmenden Drehzahlen automatisch einstellbar sind, wobei für jede eingestellte Drehzahl das zugehörige Reaktionsdrehmoment bestimmt und in der Speichereinheit (M) festgehalten wird, und dass danach auf diejenige Drehzahl der Werkzeugaufnahme (9) geregelt wird, welche dem grössten Wert der gemessenen Reaktionsdrehmomente entspricht.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Speichereinheit (M) festgelegten Drehzahlbereiche Umsetzwinkeln von 37° - 39°, 46° - 50°, 61° - 65° und 91° - 98° entsprechen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (E) mit einer Speichereinheit (M) verbunden ist, in der verschiedene ldealdrehzahlen festgelegt sind, und dass über die Regelungseinrichtung (C) nach Massgabe der Auswerteeinheit (E) die Idealdrehzahlen automatisch einstellbar und die Drehzahl der Werkzeugaufnahme (9) jeweils in einem Bereich von ± 10% der Idealdrehzahl variierbar ist, wobei jeweils die zugehörigen Reaktionsdrehmomente gemessen und in der Speichereinheit (M) abgelegt werden, und dass danach die Drehzahl der Werkzeugaufnahme (9) auf diejenige Drehzahl regelbar ist, bei der das maximale Reaktionsdrehmoment festgestellt wurde.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ldealdrehzahlen Umsetzwinkeln von 38°, 48°, 63° und 95° bei einer Toleranz von jeweils ± 1° entsprechen.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (E) einen Mikroprozessor (P) umfasst, der periodisch die Einstellung der Drehzahl der Werkzeugaufnahme (9) nach Massgabe der gemessenen Reaktionsdrehmomente überwacht und gegebenenfalls eine Nachregelung veranlasst.
  8. Verfahren zum Betrieb eines schlagunterstützten Handbohrgerätes (1) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsdrehmoment von der Messeinrichtung (12) periodisch gemessen wird, und die Messwerte an die Auswerteeinheit (E) weitergeleitet werden, und dass die Regelungseinrichtung (C) die Drehzahl der Werkzeugaufnahme (9) nach Massgabe der Auswerteeinheit (E) derart regelt, dass das gemessene Reaktionsdrehmoment maximal ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (C) nach ihrer Aktivierung automatisch diejenige Drehzahl der Werkzeugaufnahme (9) einstellt, bei der das gemessene Reaktionsdrehmoment maximal ist, wobei in der Speichereinheit (M) festgelegte Drehzahlwerte nacheinander abgefahren werden und die zugehörigen gemessenen Reaktionsdrehmomente gemessen und in der Speichereinheit (M) festgehalten werden, und dass die Regelungseinheit (C) die aufgefundene optimale Drehzahl kontinuierlich nachregelt.
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