EP1250493B1 - Handgeführtes arbeitsgerät mit automatischer drehzahleinstellung - Google Patents

Handgeführtes arbeitsgerät mit automatischer drehzahleinstellung Download PDF

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EP1250493B1
EP1250493B1 EP01903670A EP01903670A EP1250493B1 EP 1250493 B1 EP1250493 B1 EP 1250493B1 EP 01903670 A EP01903670 A EP 01903670A EP 01903670 A EP01903670 A EP 01903670A EP 1250493 B1 EP1250493 B1 EP 1250493B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotational speed
safety
sensor
motor
speed
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01903670A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1250493A1 (de
Inventor
Michael Steffen
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.)
Wacker Construction Equipment AG
Original Assignee
Wacker Construction Equipment 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 Wacker Construction Equipment AG filed Critical Wacker Construction Equipment AG
Publication of EP1250493A1 publication Critical patent/EP1250493A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1250493B1 publication Critical patent/EP1250493B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/08—Safety, indicating, or supervising devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/22—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for consolidating or finishing laid-down unset materials
    • E01C19/30—Tamping or vibrating apparatus other than rollers ; Devices for ramming individual paving elements
    • E01C19/34—Power-driven rammers or tampers, e.g. air-hammer impacted shoes for ramming stone-sett paving; Hand-actuated ramming or tamping machines, e.g. tampers with manually hoisted dropping weight
    • E01C19/35—Hand-held or hand-guided tools
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B17/00—Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders

Definitions

  • the invention relates to a hand-held implement.
  • Such an implement such as. B. a vibratory rammer for soil compaction or a hammer, has a gasoline engine to drive it, occasionally but also a diesel or electric motor.
  • the engine will - if no electric starter is provided - usually by actuation the pull rope of a reversing starter. For this, the operator holds z. B. the pounder with one hand while holding the other with the other Pull rope pulls. Since to start the engine's throttle control mostly at full throttle must be asked. the engine runs at high speed immediately, which is often even above the operating speed. This will a centrifugal clutch coupling the engine with the ramming system is closed, whereby the ramming system is put into operation.
  • WO96 / 18067 A is a hand-guided lawn mower with a motor and a guide handle with a sensor device for detection an operator's hands on the guide handle and generating a corresponding one Handle signal known.
  • a safety controller evaluates the handle signal turns off and stops the motor when the handle signal is missing. The engine can only be started if the handle signal is present.
  • FR-A-2 496 172 is a safety controller for a working device known with an engine.
  • sensors are provided, one of which at least one must be operated so that the engine speed of an idle speed can be increased to a maximum speed. If If none of the sensors are actuated, the engine speed remains at the idling speed limited, even if an accelerator lever is operated by the operator becomes.
  • the device allows the engine to be operated by the operator does not have to manually decrease the engine speed when it is off removed from the implement.
  • a device for control the speed of an internal combustion engine in a on a handle feasible implement proposed in which a detection device has a sensor system on the handle with which it can be automatically recognized, whether the implement is properly guided. If an improper one Leadership is determined, the detection device only leaves a setting of the engine speed to a safety speed below an operating number of the internal combustion engine. The safety speed is below a switch-on speed at which z. B. a centrifugal clutch a rammer engages.
  • the basic idea described in DE 198 34 443 is intended by the present Invention to be further developed.
  • the invention is therefore the object based on specifying a hand-held implement, the dangerous Working conditions avoided due to uncontrolled increases in engine speed and that enables convenient operation.
  • a sensor device for Detect an operator's hands and generate an appropriate one Handle signal provided in a guide handle of the implement. Furthermore, a safety controller for Evaluating the handle signal of the sensor device, recognizing one Starting the engine and controlling a speed setting device provided, the speed setting according to the following rules: When the engine is started, the speed increases only up to a safety speed approved below the operating speed. After a through the time period detected by the safety controller there is an increase in speed approved up to the operating speed, d. that is, the previous speed limit will be annulled. In the absence of the handle signal, e.g. B. if the operator releases the handle, a limit is set immediately the engine speed to the safety speed.
  • the second embodiment of the invention is based on claim 2 basically on the same principle as the first embodiment, wherein the sensor device on the guide handle, however, at least two Has sensor elements, each assigned to a hand of the operator are and each generate a sensor signal upon detection of the associated hand.
  • the sensor signals are evaluated in a safety controller, a starting process of the engine is recognized and a speed setting device of the motor, the rules relevant for the control are slightly modified compared to the first embodiment: when starting the motor will also only increase the speed up to the safety speed authorized. A speed increase beyond the safety speed is only possible if both sensor signals are present, i.e. if the Operator holds the guide handle with both hands. In the presence of only one sensor signal does not influence the current speed, d. that is, the previously set speed is maintained.
  • the engine turns consequently still with safety speed, a speed increase to operating speed can only take place if the operator has the handle with holds both hands. Otherwise the safety speed is maintained. is however, if the engine is already at operating speed, it will too held when the operator removes a hand from the guide handle and only guides the implement with the other hand. In the absence The speed is limited to the safety speed by both sensor signals.
  • Pressure-sensitive, optical, capacitive or ultrasonic sensors are suitable as sensor elements.
  • Motor can be switched off by the safety control if one by one Switch-off timer detectable predetermined period of time has expired.
  • the Switch-off timer is triggered in the absence of both sensor signals. In in practice this means that the implement switches itself off when the operator does not have his hands on the guide handle for the predetermined period Has. Thus, the operator does not have to switch off the Work equipment and unnecessary and environmentally harmful idling of the implement is avoided.
  • the speed setting device an ignition device of the engine, the at least has two maps.
  • a first map is for normal operation the engine is provided, in which the engine speed of a position of a Throttle control lever corresponds.
  • the second map applies in a lower one Speed range the same, but with the engine speed at the safety speed is limited. The safety speed is exceeded locked out.
  • the safety controller then controls the ignition device by switching between the two maps.
  • the above-mentioned first embodiment of the invention is a technical one simpler variant. Your description becomes a later one Rescheduled time using a comparison with the second embodiment. Therefore, the second embodiment of the invention is first based on the schematic representation in Fig. 1 using the example of a vibration rammer explained for soil compaction.
  • the tamper is on a bow-shaped, for example Guide handle 1 held and guided by the operator with both hands.
  • the guide handle 1 is in a left grip area 2 for the left hand and divided into a right grip area 3 for the right hand.
  • In the at least one sensor element is provided in each of the two grip areas 2, 3, that detects the presence of the associated hand.
  • sensor elements are particularly suitable for pressure-sensitive and optical sensors capacitive or ultrasonic sensors are also possible.
  • a pressure sensitive The sensor detects the operator's hand if it at least rests on the guide handle 1.
  • suitable arrangement e.g. B. also from multiple sensors it is possible to reliably detect that the hand not only abuts the guide handle 1, but also with some Power includes and thus holds securely.
  • Optical sensors e.g. B. photocells or other light-sensitive elements, in contrast, can also be used in such a way that an approximation the operator's hand is grasped. For certain purposes this can be more appropriate.
  • Each of the sensors generates a sensor signal that leads to a via lines 4, 5 Safety controller 6 is performed.
  • more than two sensor elements possibly in more than two grip areas or zones of the Guide handle 1 are provided.
  • the number of sensibly sensor elements to be used also depends on whether the sensor elements appear more flat (pressure-sensitive sensors) or selective (photocells).
  • the safety controller 6 evaluates the sensor signals of the sensor elements out. In addition, it is able to recognize the starting process of the engine. For this purpose, an additional sensor, not shown in FIG. 1, can be provided be, which detects an increase in engine speed from zero. alternative an ignition device 7 of the engine can also be monitored for this purpose, which also draw conclusions about the engine speed based on the ignition timing allowed. Also the provision of energy in the ignition device 7 is an indication that the engine has started.
  • the safety controller 6 controls the one serving as the speed setting device Ignition device 7 according to predetermined rules that continue are explained in more detail below.
  • the ignition device 7 is a general in the example described well-known magnetic high-voltage capacitor ignition (MHKZ), the static is attached to the motor housing and by one in a, not shown Fan wheel of the motor cast two-pole magnet 8 excited becomes. From the energy gained and the information about the Period of the engine, the ignition device 7 determines the ignition timing of the Engine, which is stored in a map, for each load of the engine defines the optimal ignition angle, and generates a spark plug 9 Spark. If the optimal engine speed is exceeded, the Ignition device 7 according to the map, the ignition timing, whereby there is no further increase in speed. If the engine speed increases - z. B. due to decreasing load - still on, the ignition device 7 in addition to the late setting, turn off the ignition pulses until the engine works again in the desired speed range.
  • MHKZ magnetic high-voltage capacitor ignition
  • the corresponding Activation by the safety controller 6 via a control line 10 is activated and the engine by bringing the control end forward limited a speed below the operating speed. This speed limit takes place regardless of the position of a gas control lever which the operator can influence the speed in the usual way.
  • the vibratory tamper is usually equipped with a centrifugal clutch, a certain switching speed of which is required for switching on.
  • the normal operating speed for operating the rammer is typically 4500 min -1 above the switching speed, while an idling speed (e.g. 3000 min -1 ) is below the switching speed.
  • the idle speed is referred to as the safety speed because there is no tamping movement that may endanger the operator or other persons, and the device is therefore at rest, if you disregard the engine that is idling.
  • the energy generated by the magnetic excitation in the ignition device 7 is sufficient to also supply the safety controller 6 with energy, once the engine is running.
  • an energy line 11 of the Ignition device 7 for safety control 6 is provided.
  • the speed limit through the safety controller 6 by switching the in the ignition device 7 stored maps it is in one variant the invention possible, the speed control by means of a servo make that is coupled to the throttle control lever.
  • Another one Variant of the invention can the position of the throttle in the carburetor to influence speed to be changed.
  • the safety controller 6 is able to switch the ignition device 7 on Switch off the shutdown line 12 so that the engine stops immediately remains. This can e.g. B. then be useful when the safety controller 6 over a longer period of time (e.g. 10 s) detects that no hand rests on the guide bracket 1.
  • step S1 the operator stops the tamper with one hand Guide handle 1, while it is not one in Fig. 1 with the free hand shown reversing starter operated until the tamper runs.
  • the engine starts up and thus switches on the centrifugal clutch is thus prevented.
  • step S4 If it is determined in step S4 that the engine has not started, or has been switched off again, the program flow stops. If, however, the Engine runs at safety speed, it is checked in step S5 whether a predetermined Time (tmax) has expired. The time is given by an in Step S2 triggered off timer detected. If the given period of time tmax is exceeded, the tamper is switched off.
  • tmax a predetermined Time
  • step S6 it is checked in step S6 based on the sensor signals whether the guide handle 1 is gripped with both hands. This is not the case, the engine remains at safety speed (step S3) and the check the elapsed time - without any further operation on the guide handle 1 has been carried out - takes place again in step S5.
  • Step S7 When embracing the two handle halves 2, 3 of the guide handle 1 switches the safety controller 6 in step S6 to the standard map (Step S7) so that the engine is set to that specified by the throttle control lever Operating speed revs up. This closes the centrifugal clutch and the ramming system works as requested by the operator. There the operator is holding the tamper with both hands at this time. is ensures safe guidance.
  • the switch-off timer is triggered again in step S8, so that the measuring period begins again.
  • step S 10 A query as to whether the tamper has been switched off takes place in step S9.
  • step S 10 the sensor signals of the sensor elements are queried and evaluated so that it can be determined whether the guide handle 1 is still held with both hands. If this is the case, the program loop runs continue with step S7 with unchanged engine speed. The Switch-off timer is triggered again in step S8.
  • Step S11 checked whether there is one-handed guidance, if only one Sensor signal is present. If this is the case, it has no effect on the Engine speed (step S7). The switch-off timer is then also in step S8 triggered again and again.
  • step S11 When both handle halves are released, i.e. not even one-handed guidance, the program branches from step S11 to step S12, where the switch-off timer triggered again and then a switch to in step S3 the second map takes place, whereby the engine speed by adjusting the Ignition timing and omitting the ignition pulses until reaching the safety speed below the engagement speed of the centrifugal clutch decreases.
  • An immediate break in the mechanical connection between drive motor shaft and ramming system is the result.
  • step S6 the engine speed changes based on the decision in step S6 Not.
  • the control map remains active because of step S3, and the tamper waits with the engine running, but without mechanical activity of the ramming system.
  • step S6 Only when in step S6 embracing both handle halves 2, 3 with both hands is detected, the rammer resumes its work immediately.
  • first embodiment of the invention is only a sensor for the entire guide handle 1 is provided, the generates a sensor signal serving as a handle signal if at least a hand touches or embraces the guide handle 1.
  • a Speed increase only permitted up to the safety speed.
  • a timer is triggered. After expiry of a predetermined by the timer Time period (e.g. 5 s) and presence of the handle signal allowed the safety controller increases the speed above the safety speed out. If the handle signal is no longer present, the engine speed immediately limited to the safety speed again. A turn up the motor is only possible if at least one hand on Guide handle 1 rests.
  • the invention can not only be very advantageous in the vibration rammer described use, but also with other motor-driven tools, such as vibratory plates, rollers, hammers and chainsaws.

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Description

Die Erfindung betrifft ein handgeführtes Arbeitsgerät.
Ein derartiges Arbeitsgerät, wie z. B. ein Vibrationsstampfer zur Bodenverdichtung oder ein Schlaghammer, weist zum Antrieb einen Benzinmotor, gelegentlich aber auch einen Diesel- oder Elektromotor auf. Der Motor wird - soweit kein Elektrostarter vorgesehen ist - üblicherweise durch Betätigen des Zugseils eines Reversierstarters gestartet. Dazu hält der Bediener z. B. den Stampfer mit einer Hand fest, während er mit der anderen Hand an dem Zugseil zieht. Da zum Starten der Gashebel des Motors meist auf Vollgasstellung gestellt werden muß. läuft der Motor sofort auf eine hohe Drehzahl, die oftmals sogar oberhalb der Betriebsdrehzahl liegt. Dadurch wird eine den Motor mit dem Stampfsystem koppelnde Fliehkraftkupplung geschlossen, wodurch das Stampfsystem in Betrieb gesetzt wird. Dies führt dazu, daß der Stampfer starke Stampfbewegungen ausführt und für den Bediener, der den Stampfer zu diesem Zeitpunkt nur mit einer Hand hält, kaum beherrschbar ist. Erschwert wird die Bedienung noch dadurch, daß beim Starten eine üblicherweise am Vergaser vorhandene Chokeklappe geschlossen ist, die zum Beenden des Startvorgangs wieder geöffnet werden muß. Dazu muß der Bediener versuchen, den an einer anderen Stelle als das Zugseil des Reversierstarters angeordneten Chokehebel zu erreichen und zu betätigen.
Aus der WO96/18067 A ist ein handgeführter Rasenmäher mit einem Motor und einem Führungshandgriff mit einer Sensoreinrichtung zum Detektieren der Hände eines Bedieners am Führungshandgriff und Erzeugen eines entsprechenden Handgriffsignals bekannt. Eine Sicherheitssteuerung wertet das Handgriffsignal aus und stoppt den Motor, wenn das Handgriffsignal fehlt. Nur bei vorhandenem Handgriffsignal lässt sich der Motor starten.
Aus der FR-A-2 496 172 ist eine Sicherheitssteuerung für ein Arbeitsgerät mit einem Motor bekannt. Es sind mehrere Sensoren vorgesehen, von denen wenigstens einer betätigt werden muss, damit die Drehzahl des Motors von einer Leerlaufdrehzahl auf eine Maximaldrehzahl erhöht werden kann. Wenn keiner der Sensoren betätigt wird, bleibt die Motordrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl begrenzt, auch wenn ein Gashebel durch den Bediener betätigt wird. Die Vorrichtung erlaubt einen Betrieb des Motors, bei dem der Bediener die Motordrehzahl nicht manuell vermindern muss, wenn er sich von dem Arbeitsgerät entfernt.
In der nachveröffentlichten DE 198 34 443 wird eine Vorrichtung zum Steuern der Drehzahl eines Verbrennungmotors in einem an einem Haltegriff führbaren Arbeitsgerät vorgeschlagen, bei der eine Erkennungseinrichtung eine Sensorik an dem Haltegriff aufweist, mit der automatisch erkennbar ist, ob das Arbeitsgerät ordnungsgemäß geführt wird. Wenn eine nicht ordnungsgemäße Führung festgestellt wird, läßt die Erkennungseinrichtung lediglich eine Einstellung der Motordrehzahl auf eine Sicherheitsdrehzahl unterhalb einer Betriebszahl des Verbrennungsmotors zu. Die Sicherheitsdrehzahl liegt dabei unterhalb einer Einschaltdrehzahl, bei der z. B. eine Fliehkraftkupplung eines Stampfers einkuppelt.
Der in der DE 198 34 443 beschriebene Grundgedanke soll durch die vorliegende Erfindung weiterentwickelt werden. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein handgeführtes Arbeitsgerät anzugeben, bei dem gefährliche Arbeitszustände durch unkontrollierte Motordrehzahlerhöhungen vermieden werden und das eine komfortable Bedienung ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch handgeführte Arbeitsgeräte gelöst, die in den nebengeordneten Patentansprüchen 1 und 2 definiert sind. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 ist in einem Führungshandgriff des Arbeitsgeräts eine Sensoreinrichtung zum Detektieren der Hände eines Bedieners und Erzeugen eines entsprechenden Handgriffsignals vorgesehen. Weiterhin ist eine Sicherheitssteuerung zum Auswerten des Handgriffsignals der Sensoreinrichtung, Erkennen eines Startvorgangs des Motors und Ansteuern einer Drehzahleinstelleinrichtung vorgesehen, wobei die Drehzahleinstellung nach folgenden Regeln erfolgt: Beim Starten des Motors wird ein Drehzahlanstieg nur bis zu einer Sicherheitsdrehzahl unterhalb der Betriebsdrehzahl zugelassen. Nach Ablauf einer durch die Sicherheitssteuerung erfaßten Zeitspanne wird eine Drehzahlerhöhung bis auf die Betriebsdrehzahl zugelassen, d. h., daß die vorherige Drehzahlbegrenzung aufgehoben wird. Bei Fehlen des Handgriffsignals, z. B. wenn der Bediener den Führungshandgriff losläßt, erfolgt sofort eine Begrenzung der Motordrehzahl auf die Sicherheitsdrehzahl.
Die zweite Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 2 basiert grundsätzlich auf dem gleichen Prinzip wie die erste Ausführungsform, wobei die Sensoreinrichtung am Führungshandgriff allerdings wenigstens zwei Sensorelemente aufweist, die jeweils einer Hand des Bedieners zugeordnet sind und bei Detektion der zugehörigen Hand jeweils ein Sensorsignal erzeugen. In einer Sicherheitssteuerung werden die Sensorsignale ausgewertet, ein Startvorgang des Motors erkannt und eine Drehzahleinstelleinrichtung des Motors angesteuert, wobei die für die Ansteuerung maßgeblichen Regeln gegenüber der ersten Ausführungsform etwas modifiziert sind: Beim Starten des Motors wird ebenfalls ein Drehzahlanstieg nur bis zur Sicherheitsdrehzahl zugelassen. Eine Drehzahlerhöhung über die Sicherheitsdrehzahl hinaus ist nur bei Vorliegen von beiden Sensorsignalen möglich, also wenn der Bediener den Führungshandgriff mit beiden Händen hält. Bei Vorliegen von nur einem Sensorsignal erfolgt keine Beeinflussung der aktuellen Drehzahl, d. h., daß die vorher eingestellte Drehzahl gehalten wird. Dreht der Motor folglich noch mit Sicherheitsdrehzahl, kann eine Drehzahlerhöhung auf Betriebsdrehzahl nur erfolgen, wenn der Bediener den Führungshandgriff mit beiden Händen hält. Anderenfalls wird die Sicherheitsdrehzahl gehalten. Befindet sich jedoch der Motor bereits auf Betriebsdrehzahl, wird diese auch dann gehalten, wenn der Bediener eine Hand vom Führungshandgriff entfernt und das Arbeitsgerät lediglich mit der anderen Hand führt. Bei Fehlen von beiden Sensorsignalen wird die Drehzahl auf Sicherheitsdrehzahl begrenzt.
Beiden Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam ist es, daß das Halten des Führungshandgriffs durch die Hände des Bedieners automatisch erkannt wird, ohne daß der Bediener z. B. durch Betätigen eines zusätzlichen Sicherheits- oder Totmann-Bügels selbst aktiv werden muß. Er hat lediglich den Führungshandgriff in gewohnter Weise zu umfassen. In Abhängigkeit von den automatisch erkannten Haltezuständen wird die Motordrehzahl beeinflußt, ohne daß der Bediener den Gasbedienhebel des Motors betätigen muß.
Als Sensorelemente eignen sich drucksensitive, optische, kapazitive oder Ultraschall-Sensoren.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist der Motor durch die Sicherheitssteuerung ausschaltbar, wenn ein durch ein Ausschaltzeitglied erfaßbarer vorbestimmter Zeitraum abgelaufen ist. Das Ausschaltzeitglied wird bei Fehlen von beiden Sensorsignalen getriggert. In der Praxis bedeutet das, daß sich das Arbeitsgerät selbst abschaltet, wenn der Bediener über den vorbestimmten Zeitraum seine Hände nicht am Führungshandgriff hat. Somit muß der Bediener nicht für ein Ausschalten des Arbeitsgerätes Sorge tragen, und ein unnötiger und umweltschädlicher Leerlauf des Arbeitsgeräts wird vermieden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Drehzahleinstelleinrichtung eine Zündeinrichtung des Motors, die wenigstens zwei Kennfelder aufweist. Ein erstes Kennfeld ist dabei für den Normalbetrieb des Motors vorgesehen, bei dem die Motordrehzahl einer Stellung eines Gasbedienhebels entspricht. Bei dem zweiten Kennfeld gilt in einem unteren Drehzahlbereich das gleiche, wobei jedoch die Motordrehzahl auf die Sicherheitsdrehzahl begrenzt ist. Ein Überschreiten der Sicherheitsdrehzahl ist ausgeschlossen. Die Sicherheitssteuerung steuert dann die Zündeinrichtung durch Umschalten zwischen den beiden Kennfeldern an.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1
schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltung in einem Arbeitsgerät gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung: und
Fig. 2
ein Flußdiagramm mit den Regeln der Sicherheitssteuerung für die zweite Ausführungsform der Erfindung.
Die oben genannte erste Ausführungsform der Erfindung stellt eine technisch einfachere Variante dar. Ihre Beschreibung wird zu einem späteren Zeitpunkt anhand eines Vergleichs mit der zweiten Ausführungsform nachgeholt. Daher wird zunächst die zweite Ausführungsform der Erfindung anhand der schematischen Darstellung in Fig. 1 am Beispiel eines Vibrationsstampfers zur Bodenverdichtung erläutert.
Der nicht dargestellte Stampfer wird an einem beispielsweise bügelförmigen Führungshandgriff 1 vom Bediener mit beiden Händen gehalten und geführt. Der Führungshandgriff 1 ist in einen linken Griffbereich 2 für die linke Hand und in einen rechten Griffbereich 3 für die rechte Hand aufgeteilt. In den beiden Griffbereichen 2, 3 ist jeweils wenigstens ein Sensorelement vorgesehen, das das Vorhandensein der zugehörigen Hand detektiert. Als Sensorelemente eignen sich insbesondere drucksensitive und optische Sensoren, wobei auch kapazitive oder Ultraschall-Sensoren möglich sind. Ein drucksensitiver Sensor detektiert die Hand des Bedieners dann, wenn sie wenigstens am Führungshandgriff 1 anliegt. Durch geeignete Anordnung, z. B. auch von mehreren Sensoren ist es möglich, zuverlässig zu erkennen, daß die Hand nicht nur am Führungshandgriff 1 anliegt, sondern diesen auch mit einiger Kraft umfaßt und somit sicher hält.
Optische Sensoren, z. B. Photozellen oder andere lichtempfindliche Elemente, dagegen können auch derart eingesetzt werden, daß bereits eine Annäherung der Hand des Bedieners erfaßt wird. Für bestimmte Einsatzzwecke kann dies zweckmäßiger sein.
Jeder der Sensoren erzeugt ein Sensorsignal, das über Leitungen 4, 5 zu einer Sicherheitssteuerung 6 geführt wird.
Je nach Anwendungsfall bzw. Arbeitsgerät können auch mehr als zwei Sensorelemente, gegebenenfalls in mehr als zwei Griffbereichen bzw. -zonen des Führungshandgriffs 1 vorgesehen werden. Die Anzahl der sinnvollerweise anzuwendenden Sensorelemente hängt auch davon ab, ob die Sensorelemente eher flächig wirken (drucksensitive Sensoren) oder punktuell (Photozellen).
Die Sicherheitssteuerung 6 wertet die Sensorsignale der Sensorelemente aus. Darüber hinaus ist sie in der Lage, den Startvorgang des Motors zu erkennen. Dazu kann ein zusätzlicher, in Fig. 1 nicht gezeigter Sensor vorgesehen werden, der einen Drehzahlanstieg des Motors von Null an erfaßt. Alternativ dazu kann auch eine Zündeinrichtung 7 des Motors überwacht werden, die ebenfalls aufgrund der Zündzeitpunkte Rückschlüsse auf die Motordrehzahl erlaubt. Auch das Bereitstellen von Energie in der Zündeinrichtung 7 ist ein Hinweis darauf, daß der Motor gestartet worden ist.
Die Sicherheitssteuerung 6 steuert die als Drehzahleinstelleinrichtung dienende Zündeinrichtung 7 entsprechend vorgegebener Regeln an, die weiter unten näher erläutert werden.
Die Zündeinrichtung 7 ist bei dem beschriebenen Beispiel eine allgemein bekannte Magnet-Hochspannungs-Kondensator-Zündung (MHKZ), die statisch am Motorgehäuse befestigt ist und von einem in einem nicht dargestellten Lüfterrad des Motors eingegossenen zweipoligen Magneten 8 erregt wird. Aus der dadurch gewonnenen Energie und den Informationen über die Periode des Motors ermittelt die Zündeinrichtung 7 den Zündzeitpunkt des Motors, welcher in einem Kennfeld abgelegt ist, das zu jeder Last des Motors den optimalen Zündwinkel festlegt, und erzeugt an einer Zündkerze 9 einen Zündfunken. Bei Überschreiten der optimalen Motor-Drehzahl verschiebt die Zündeinrichtung 7 entsprechend dem Kennfeld den Zündzeitpunkt, wodurch eine weitere Drehzahlzunahme unterbleibt. Steigt die Motordrehzahl - z. B. aufgrund nachlassender Last - trotzdem weiter an, tastet die Zündeinrichtung 7 zusätzlich zur Späteinstellung Zündimpulse aus, bis der Motor wieder im angestrebten Drehzahlbereich arbeitet.
Bei dem erfindungsgemäßen Stampfer ist zusätzlich zu dem normalen Zündwinkel-Kennfeld ein zweites Regelkennfeld abgelegt, das bei entsprechender Ansteuerung durch die Sicherheitssteuerung 6 über eine Steuerleitung 10 aktiviert wird und den Motor durch eine Vorverlegung des Regelendes auf eine Drehzahl unterhalb der Betriebsdrehzahl begrenzt. Diese Drehzahlbegrenzung erfolgt unabhängig von der Stellung eines Gasbedienhebels, mit dem der Bediener in üblicher Weise die Drehzahl beeinflussen kann.
Wie bereits in Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben, ist der Vibrationsstampfer meist mit einer Fliehkraftkupplung ausgestattet, für deren Einschalten eine bestimmte Schaltdrehzahl erforderlich ist. Die für den Betrieb des Stampfers übliche Betriebsdrehzahl von typischerweise 4500 min-1 liegt oberhalb der Schaltdrehzahl, während eine Leerlaufdrehzahl (z. B. 3000 min-1) unterhalb der Schaltdrehzahl liegt. Die Leerlaufdrehzahl wird als Sicherheitsdrehzahl bezeichnet, weil keine eventuell den Bediener oder andere Personen gefährdende Stampfbewegung erfolgt, und sich das Gerät somit in Ruhe befindet, wenn man von dem im Leerlauf drehenden Motor absieht.
Die durch die Magneterregung erzeugte Energie in der Zündeinrichtung 7 reicht aus, um auch die Sicherheitssteuerung 6 mit Energie zu versorgen, sobald der Motor läuft. Zu diesem Zweck ist eine Energieleitung 11 von der Zündeinrichtung 7 zur Sicherheitssteuerung 6 vorgesehen.
Während bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung die Drehzahlbegrenzung durch die Sicherheitssteuerung 6 mittels Umschalten der in der Zündeinrichtung 7 abgelegten Kennfelder erfolgt, ist es bei einer Variante der Erfindung möglich, die Drehzahlbeeinflussung mittels eines Servos vorzunehmen, der mit dem Gasbedienhebel gekoppelt ist. Bei einer anderen Variante der Erfindung kann die Stellung der Drossel im Vergaser zur Drehzahlbeeinflussung verändert werden.
Die Sicherheitssteuerung 6 ist in der Lage, die Zündeinrichtung 7 über eine Abschaltleitung 12 auszuschalten, so daß der Motor unmittelbar stehen bleibt. Dies kann z. B. dann zweckmäßig sein, wenn die Sicherheitssteuerung 6 über einen längeren Zeitraum (z. B. 10 s) detektiert, daß keine Hand am Führungsbügel 1 anliegt.
Nachfolgend werden die Funktion des Stampfers und die Regeln für die Drehzahlsteuerung anhand des in Fig. 2 gezeigten Flußdiagramms beschrieben.
Beim Starten (Schritt S1) hält der Bediener den Stampfer mit einer Hand am Führungshandgriff 1, während er mit der freien Hand einen in Fig. 1 nicht dargestellten Reversierstarter solange betätigt, bis der Stampfer läuft.
Die Sicherheitssteuerung erkennt den Startvorgang zum Zeitpunkt t=0 (Schritt S2) und schaltet die Zündeinrichtung auf das zweite Kennfeld mit reduzierter Drehzahl um (Schritt S3), so daß eine Drehzahlbegrenzung auf die Sicherheitsdrehzahl erfolgt. Ein Hochlaufen des Motors und damit Einschalten der Fliehkraftkupplung wird somit verhindert.
Wenn in Schritt S4 festgestellt wird, daß der Motor nicht gestartet ist oder wieder abgeschaltet worden ist, stoppt der Programmfluß. Wenn dagegen der Motor auf Sicherheitsdrehzahl läuft, wird in Schritt S5 geprüft, ob eine vorbestimmte Zeitspanne (tmax) abgelaufen ist. Die Zeit wird dazu durch ein in Schritt S2 getriggertes Ausschaltzeitglied erfaßt. Wenn die vorgegebene Zeitspanne tmax überschritten ist, wird der Stampfer abgeschaltet.
Ansonsten wird in Schritt S6 anhand der Sensorsignale geprüft, ob der Führungshandgriff 1 mit beiden Händen umfaßt wird. Ist dies nicht der Fall, bleibt der Motor auf Sicherheitsdrehzahl (Schritt S3) und die Überprüfung der abgelaufenen Zeit - ohne daß eine weitere Bedienung am Führungshandgriff 1 vorgenommen worden ist - findet in Schritt S5 erneut statt.
Beim Umfassen der beiden Griffhälften 2, 3 des Führungshandgriffs 1 schaltet die Sicherheitssteuerung 6 in Schritt S6 auf das Standard-Kennfeld um (Schritt S7), so daß der Motor auf die durch den Gasbedienhebel vorgegebene Betriebsdrehzahl hochdreht. Dadurch wird die Fliehkraftkupplung geschlossen und das Stampfsystem arbeitet wie vom Bediener gewünscht. Da der Bediener zu diesem Zeitpunkt den Stampfer mit beiden Händen hält. ist eine sichere Führung gewährleistet.
Das Ausschaltzeitglied wird in Schritt S8 erneut getriggert, so daß die zu messende Zeitspanne von neuem beginnt.
Eine Abfrage, ob der Stampfer abgeschaltet worden ist erfolgt in Schritt S9. In Schritt S 10 werden die Sensorsignale der Sensorelemente abgefragt und ausgewertet, so daß festgestellt werden kann, ob der Führungshandgriff 1 nach wie vor beidhändig gehalten wird. Ist dies der Fall, fährt die Programmschleife mit Schritt S7 mit unveränderter Motordrehzahl fort. Das Ausschaltzeitglied wird in Schritt S8 erneut getriggert.
Wenn keine beidhändige Führung in Schritt S10 festgestellt wird, wird in Schritt S11 geprüft, ob eine einhändige Führung gegeben ist, wenn nur ein Sensorsignal vorliegt. Wenn dies der Fall ist, hat das keinen Einfluß auf die Motordrehzahl (Schritt S7). Auch das Ausschaltzeitglied wird dann in Schritt S8 immer wieder neu getriggert.
Bei Loslassen beider Griffhälften, also nicht einmal Führung mit einer Hand, verzweigt das Programm von Schritt S11 zu Schritt S12, wo das Ausschaltzeitglied erneut getriggert und danach in Schritt S3 eine Umschaltung auf das zweite Kennfeld erfolgt, wodurch die Motordrehzahl durch Verstellen des Zündzeitpunktes und Weglassen der Zündimpulse bis zum Erreichen der unter der Einkuppeldrehzahl der Fliehkraftkupplung liegenden Sicherheitsdrehzahl absinkt. Eine sofortige Unterbrechung der mechanichen Verbindung zwischen Antriebsmotorwelle und Stampfsystem ist die Folge.
Wenn der Bediener jetzt den Führungshandgriff 1 mit nur einer Hand umfaßt, ändert sich die Motordrehzahl aufgrund der Entscheidung in Schritt S6 nicht. Das Regelkennfeld bleibt wegen Schritt S3 aktiv, und der Stampfer wartet mit laufendem Motor, aber ohne mechanische Aktivität des Stampfsystems.
Erst, wenn in Schritt S6 ein beidhändiges Umfassen beider Griffhälften 2, 3 erfaßt wird, nimmt der Stampfer seine Arbeit sofort wieder auf.
Wenn hingegen während der Zeitspanne tmax keine Inbetriebnahme des Stampfers durch Umfassen beider Griffhälften 2, 3 erfolgt, detektiert die Steuereinrichtung eine Arbeitspause und schaltet den Stampfer selbsttätig ab.
Es wird darauf hingewiesen, daß die vorstehende Ausführungsform zwar am Beispiel eines Benzinmotors beschrieben worden ist. Jedoch können der der Erfindung zugrundeliegende Aufbau und die zugehörigen Regeln auch bei anderen Motoren wie Diesel- oder Elektromotoren angewendet werden.
Bei der oben angesprochenen ersten Ausführungsform der Erfindung ist lediglich ein Sensor für den gesamten Führungshandgriff 1 vorgesehen, der ein als Handgriffsignal dienendes Sensorsignal erzeugt, wenn wenigstens eine Hand den Führungshandgriff 1 berührt oder umfaßt. Eine Unterscheidung, ob der Bediener den Handgriff mit einer oder mit beiden Händen hält, findet bei der ersten Ausführungsform somit nicht statt.
Beim Starten des Motors wird - wie bei der zweiten Ausführungsform - ein Drehzahlanstieg lediglich bis zur Sicherheitsdrehzahl zugelassen. Gleichzeitig wird ein Zeitglied getriggert. Nach Ablauf einer durch das Zeitglied vorgegebenen Zeitspanne (z. B. 5 s) und Vorliegen des Handgriffsignals erlaubt die Sicherheitssteuerung eine Erhöhung der Drehzahl über die Sicherheitsdrehzahl hinaus. Wenn das Handgriffsignal nicht mehr vorliegt, wird die Motordrehzahl sofort wieder auf die Sicherheitsdrehzahl begrenzt. Ein Hochdrehen des Motors ist somit nur dann möglich, wenn wenigstens eine Hand am Führungshandgriff 1 anliegt.
Auch wenn somit die erste Ausführungsform der Erfindung nicht die gleiche Bequemlichkeitsfunktionalität aufweist wie die zweite Ausführungsform, sind die sicherheitsrelevanten Merkmale realisiert.
Die Erfindung läßt sich nicht nur sehr vorteilhaft bei dem beschriebenen Vibrationsstampfer einsetzen, sondern auch bei anderen motorbetriebenen Arbeitsgeräten, wie Vibrationsplatten, -walzen, Hämmern und Motorsägen.

Claims (10)

  1. Handgeführtes Arbeitsgerät mit
    einem Motor;
    einer Drehzahleinstelleinrichtung (7) für den Motor zum Einstellen von wenigstens einer Betriebsdrehzahl und einer Sicherheitsdrehzahl unterhalb der Betriebsdrehzahl:
    wenigstens einem Führungshandgriff (1) mit einer Sensoreinrichtung zum Delektieren der Hände eines Bedieners am Führungshandgriff und Erzeugen eines entsprechenden Handgriffsignals; und mit
    einer Sicherheitssteuerung (6) zum Auswerten des Handgriffsignals der Sensoreinrichtung, Erkennen eines Startvorgangs des Motors und Ansteuern der Drehzahleinstelleinrichtung entsprechend folgender Regeln:
    beim Starten des Motors Drehzahlanstieg nur bis zur Sicherheitsdrehzahl und Triggern eines Zeitglieds;
    bei Ablauf einer durch das Zeitglied vorgegebenen Zeitspanne seit dem Starten des Motors und Vorliegen des Handgriffsignals Ermöglichen einer Drehzahlerhöhung über die Sicherheitsdrehzahl hinaus;
    bei Fehlen des Handgriffsignals Begrenzen der Drehzahl auf die Sicherheitsdrehzahl.
  2. Handgeführtes Arbeitsgerät mit
    einem Motor;
    einer Drehzahleinstelleinrichtung (7) für den Motor zum Einstellen von wenigstens einer Betriebsdrehzahl und einer Sicherheitsdrehzahl unterhalb der Betriebsdrehzahl;
    wenigstens einem Führungshandgriff (1) mit einer Sensoreinrichtung zum Detektieren der Hände eines Bedieners am Führungshandgriff; wobei
    die Sensoreinrichtung wenigstens zwei jeweils einer Hand des Bedieners am Führungshandgriff zuordenbare Sensorelemente aufweist, die bei Detektion der Hand entsprechend jeweils ein Sensorsignal erzeugen;
    die Sensorsignale zu einer Sicherheitssteuerung (6) geführt werden; und wobei
    die Sicherheitssteuerung (6) zum Auswerten der Sensorsignale der Sensorelemente, Erkennen eines Startvorgangs des Motors und Ansteuern der Drehzahleinstelleinrichtung entsprechend folgender Regeln ausgebildet ist:
    beim Starten des Motors Drehzahlanstieg nur bis zur Sicherheitsdrehzahl;
    bei Vorliegen von beiden Sensorsignalen Ermöglichen einer Drehzahlerhöhung über die Sicherheitsdrehzahl hinaus;
    bei Vorliegen von nur einem Sensorsignal keine Beeinflussung der aktuellen Drehzahl;
    bei Fehlen von beiden Sensorsignalen Begrenzen der Drehzahl auf die Sicherheitsdrehzahl.
  3. Arbeitsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines des Sensorelemente in einem linken Griffbereich (2) des Führungshandgriffs für die linke Hand des Bedieners und das andere Sensorelement in einem rechten Griffbereich (3) für die rechte Hand angeordnet ist.
  4. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung wenigstens einen drucksensitiven, optischen, kapazitiven oder Ultraschallsensor aufweist.
  5. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
    der Motor durch die Sicherheitssteuerung (6) ausschaltbar ist:
    bei Fehlen von beiden Sensorsignalen ein zu der Sicherheitssteuerung (6) gehörendes Ausschaltzeitglied triggerbar ist; und daß
    bei Ablauf eines durch das Ausschaltzeitglied erfaßbaren, vorbestimmten Zeitraums die Sicherheitssteuerung (6) den Motor ausschaltet.
  6. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahleinstelleinrichtung eine Zündeinrichtung (7) des Motors ist.
  7. Arbeitsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (7) wenigstens zwei Kennfelder aufweist, nämlich ein erstes Kennfeld, nach dem die Motordrehzahl einer Stellung eines Gasbedienhebels entspricht, und ein zweites Kennfeld, nach dem die Motordrehzahl einer Stellung des Gasbedienhebels entspricht, jedoch auf die Sicherheitsdrehzahl begrenzt ist, und daß die Sicherheitssteuerung (6) die Zündeinrichtung durch Umschalten zwischen den beiden Kennfeldern ansteuert.
  8. Arbeitsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (7) jeweils ein Kennfeld für die Betriebsdrehzahl und für die Sicherheitsdrehzahl aufweist.
  9. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitssteuerung (6) von der Drehzahleinstelleinrichtung mit Energie versorgt wird.
  10. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Sensor zum Ermitteln des Startvorgangs des Motors vorgesehen ist.
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