EP3028813A1

EP3028813A1 - Handwerkzeug, insbesondere schlagschrauber

Info

Publication number: EP3028813A1
Application number: EP15190336.6A
Authority: EP
Inventors: Erwin Gassner
Original assignee: Mega-Line Racing Electronic GmbH
Current assignee: Mega-Line Racing Electronic GmbH
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2035-10-19
Also published as: DE102014117603A1; EP3028813B1

Abstract

Es ist ein mit Druckluft betriebenes Handwerkzeug (10) mit rotierender Werkzeugwelle (14) offenbart. Die Werkzeugwelle (14) ist mit einem Schlagwerk zur Erzeugung bzw. Ausübung einer in radialer Richtung auf die Werkzeugwelle (14) wirkenden periodischen Schlagfunktion gekoppelt. Das Handwerkzeug (10) umfasst wenigstens ein Betätigungselement (20) zur Aktivierung des Druckluftantriebes für die Werkzeugwelle (14). Zwischen einem Druckluftanschluss (22) des Handwerkzeuges (10) und dem Druckluftantrieb der Werkzeugwelle (14) ist wenigstens ein vorgesteuertes 5/3-Wegeventil (26) zur Aktivierung sowie zur Steuerung der Funktionen des Handwerkzeuges (10) angeordnet, das mit dem wenigstens einen Betätigungselement (20) wirkverbunden ist und von diesem bzw. über dieses ansteuerbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Handwerkzeug, insbesondere in Form eines pneumatisch angetriebenen Schlagschraubers mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1.
Gattungsgemäße Schlagschrauber mit rotierenden Eingriffswerkzeugen sind in unterschiedlichen Ausführungsvarianten mit mechanischen, elektromotorischen oder pneumatischen Antrieben bekannt. Solche Schlagschrauber dienen im Allgemeinen dem Anziehen oder Lösen von Schraubverbindungen, d.h. von Schrauben und/oder Gewindemuttern, v.a. wenn für die entsprechenden Anzieh- und/oder Lösevorgänge hohe Drehmomente benötigt werden.
Unter einem Schlagschrauber wird im vorliegenden Zusammenhang ein Werkzeug verstanden, das eine schnell oder langsam rotierende Werkzeugwelle mit einem endseitig daran angeordneten Passungswerkzeug wie bspw. einer sog. Sechskant-Stecknuss o. dgl. mit einem Schlagwerk kombiniert, das eine in Rotationsrichtung der Werkzeugwelle gerichtete und einer Drehbewegung überlagerte schlagende Hin- und Herbewegung ausübt. Auf diese Weise überlagert ein solcher Schlagschrauber einer drehenden Löse- oder Anziehbewegung eines mit dem Passungswerkzeug wie z.B. der Stecknuss verbundenen Sechskant-Schraubenkopfes bzw. einer Sechskant-Gewindemutter eine schlagende Drehbewegung bzw. schlagende Impulse, die in Festzieh- oder Löserichtung auf den Schraubenkopf bzw. auf die Gewindemutter wirken und die es damit ermöglicht, eine sehr fest sitzende Schraubverbindung unter Aufbringung eines geringeren Drehmomentes zu lösen als dies ohne gleichzeitige Schlagbewegung möglich wäre. Entsprechendes gilt für ein Festziehen einer solchen Schraubverbindung, bei der durch den gleichzeitigen Einsatz des Schlagwerks ebenfalls ein höheres Anzugsdrehmoment erreichbar ist als bei herkömmlichen Schraubwerkzeugen ohne begleitendes Schlagwerk.
Elektrisch arbeitende Geräte weisen eine von einem Elektromotor angetriebene Werkzeugwelle und ein dem Einsatzzweck nach ausgestaltetes Schlagwerk auf. Der Vorteil elektrischer Schlagschrauber liegt in der dauerhaften Bereitstellung kleiner und mittlerer Drehmomente bei relativ kompakten Gerätegrößen und damit eine in gewissem Umfang vorliegende Ortsunabhängigkeit, da zu ihrem Betrieb in der Regel nur ein Anschluss an das örtliche Energienetz oder, sofern dies nicht direkt möglich ist, an einen zu einem solchen Zweck vorgesehenen Generator hergestellt werden muss. Bedingt durch die Entwicklungen auf dem Sektor der Energiespeichertechnologien sind auch Geräte, die mit Akkumulatoren ausgestattet sind, immer häufiger zu finden, wobei sich ihr Einsatzgebiet meist auf den Heimanwenderbereich bzw. auf semiprofessionelle Anwendungen beschränkt.
Bei höheren Anforderungen hinsichtlich der Einsatzdauer und/oder der zu bewältigenden Drehmomente sowie im professionellen Einsatz werden normalerweise druckluftbetriebene bzw. pneumatisch arbeitende Schlagschrauber eingesetzt. Solche pneumatisch arbeitenden Schlagschrauber besitzen in der Regel einen Lamellenmotor, welcher durch Druckluft in Rotation versetzt wird und auf diese Weise die mit dem Lamellenmotor drehfest verbundene Werkzeugwelle antreibt. Ein internes Schlagwerk kann bspw. einen Energiespeicher und geeignete Einrichtungen zum Einleiten der in Drehrichtung wirkenden Schlagimpulse in die rotierende Werkzeugwelle aufweisen. Wie oben erwähnt, können am stirnseitigen vorderen Ende der Werkzeugwelle die unterschiedlichsten Werkzeugaufsätze angeordnet sein, bspw. Schraubköpfe mit Sechs- oder Vielkant, sog. Schraubnüsse, mit denen insbesondere Schraubverbindungen festgezogen oder gelöst werden können, wobei das Anzugdrehmoment üblicherweise sehr exakt einstellbar ist. Beim Lösen und Anziehen solcher Schraubverbindungen ist normalerweise die Schlagfunktion, bei der schnelle Schlagfolgen in radialer Richtung der Werkzeugwelle erzeugt werden, unverzichtbar.
Aus der DE 10 2011 051 121 A1 ist bereits ein Schlagschrauber bekannt, welcher einen verbesserten Umschalter aufweist. Der Umschalter ist an einem Außengehäuse des Schlagschraubers vorgesehen. Ein am Außengehäuse vorgesehener Handgriff umfasst einen Lufteintritts- und einen Luftaustrittskanal. Das Außengehäuse ist mit einer Aufnahmeausnehmung ausgestattet, welche einen mit dem Motor verbundenen Vorwärts- und Rückwärtsdreh-Lufteintrittskanal aufweist. Sobald Luft in einen der Lufteintrittskanäle eintritt, dreht sich der Motor. Über einen Schalter, der eine Betätigungsstange aufweist, welche einerseits mit dem Lufteintrittskanal und andererseits mit einem Abzug verbunden ist, kann der Lufteintrittskanal geöffnet bzw. geschlossen werden. Der Umschalter umfasst ein Umschaltventil, welches mit einer Druckstange verbunden ist. Sobald ein Nutzer die Druckstange drückt, wird das Umschaltventil gedreht, sodass eine Durchgangsöffnung mit dem Vorwärtsdreh- bzw. Rückwärtsdreh-Lufteintrittskanal in Fluchtung gebracht werden kann.
Die US 2011/0088921 A1 beschreibt eine Steuerungsvorrichtung für eine Drehgeschwindigkeitskontrolle eines Druckluftwerkzeuges. Dabei ist eine Luftversorgungseinheit mit einer Lufteinlassleitung verbunden und versorgt ein regelbares Ventil mit Luft. Über das regelbare Ventil kann der Luftstrom über Leitungen zum Druckluftmotor des Druckluftwerkzeuges gelangen. Der Regelungsprozess wird über einen Ein-/Ausschalter betätigt. Die Umdrehungen der Antriebswelle können durch einen Umdrehungsgeschwindigkeitssensor erfasst werden. Ein Geschwindigkeitssignal wird an einen Mikrokontroller übertragen, welcher die aktuelle Drehgeschwindigkeit mit der Soll-Geschwindigkeit vergleicht. Mittels eines Kontrollsignals kann die Drehgeschwindigkeit über das regelabre Ventil angepasst werden.
In der DE 23 14 769 A wird eine Drehmomentbegrenzungsvorrichtung für einen Drehschlagschrauber offenbart. Der Drehschlagschrauber umfasst dazu einen druckluftbetriebenen Motor, welcher über eine Zuführungsleitung mit einer Druckluftquelle verbunden ist. In der Zuführungsleitung befinden sich ein als Schalter dienendes 3/2-Wegeventil, ein verstellbares Drosselventil, ein als Handschalter dienendes 3/2-Wegeventil und zur Änderung des Umlaufsinns ein 4/2-Wegeventil. Von den sich innerhalb des Schlagschraubers befindenden Luftkanälen sind zwischen dem 3/2-Wegeventil und dem Druckluftmotor Steuerleitungen abgezweigt, welche an eine gemeinsame Steuerleitung angeschlossen sind. Die Steuerleitung führt zu einem als Verstärker dienenden 3/2-Wegeventil, welches an ein Zeitventil angeschlossen ist, das wiederum über ein Drosselrückschlagventil an das als Schalter dienende 3/2-Wegeventil angeschlossen ist. Bei Betätigung des 3/2-Wegeventils kann Druckluft von der Druckquelle durch die Zuführungsleitung, das 3/2-Wegeventil sowie dem Luftkanal zum Motor strömen. Gleichzeitig wird über die Steuerleitungen Steuerluft dem 3/2-Wegeventil zugeführt, welches damit in Schaltstellung gebracht werden kann. Dadurch wird das Zeitventil betätigt, wodurch die Luftzufuhr zum Motor unterbrochen wird.
Im Interesse einer leichten Handhabung und einer Reduzierung der Belastungen für den Benutzer sollten diese Schlagschrauber bei hohem Leistungsvermögen möglichst kompakt und möglichst leicht sein, wozu der pneumatische Antrieb aufgrund der damit möglichen hohen Leistungsdichte seinen Betrag liefert. Allerdings befinden sich bei herkömmlichen Schlagschraubern mit ihren handbetätigten Schaltern und Ventilen einige Drosselstellen, welche die Leistungsdichte in unerwünschter Weise reduzieren, bzw. die eine entsprechende Erhöhung des Versorgungsluftdrucks zur Beibehaltung einer gewünschten Leistungsdichte erfordern.
Das vorrangige Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, das zur Erledigung der oben genannten Aufgaben verwendete Handwerkzeug soweit zu verbessern, dass die mit seiner Verwendung in Zusammenhang stehenden Fehlerquellen weitestgehend eliminiert werden, die Handhabung verbessert und die Arbeitsgeschwindigkeit gesteigert wird. Außerdem soll der mit der Erfindung zur Verfügung gestellte Schlagschrauber bei einfachster Bedienbarkeit eine möglichst hohe Leistungsdichte aufweisen.
Diese genannten Ziele der Erfindung werden mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Zur Erreichung des oben formulierten Ziels schlägt die vorliegende Erfindung ein Handwerkzeug mit einer rotierender Werkzeugwelle vor, die mit einem Schlagwerk zur Ausübung und/oder Erzeugung einer in radialer Richtung auf die Werkzeugwelle wirkenden periodischen Schlagfunktion gekoppelt ist. Die Werkzeugwelle des Handwerkzeuges wird mit Druckluft beaufschlagt, die für die gewünschte Rotation mit vorgebbarer Umdrehungsgeschwindigkeit und/oder mit definierbarem Drehmoment sorgt. Die Druckluft wirkt normalerweise auf eine Turbine, die den pneumatischen Druck und den pneumatischen Volumenstrom in eine schnelle Rotation der Werkzeugwelle umsetzt. Am stirnseitigen Ende der Werkzeugwelle können unterschiedliche Werkzeugaufsätze angeordnet sein, bspw. Schraubköpfe mit Außen- oder Innensechskant, sog. Schraubnüsse, mit denen insbesondere Schraubverbindungen festgezogen oder gelöst werden können. Auch andere Stecknüsse mit speziellen Passungen können mit dem Schlagschrauber rotierend angetrieben werden.
Das erfindungsgemäße Handwerkzeug benötigt ein Betätigungselement zur Vorgabe der verschiedenen Funktionen des Handwerkzeuges und/oder zur Beeinflussung verschiedener Betriebsparameter. Dieses Betätigungselement ist gemäß der vorliegenden Erfindung durch wenigstens einen elektrischen Schalter gebildet. Zwar könnte das Betätigungselement grundsätzlich und in einer einfachsten Bauweise durch ein außen an einem Werkzeuggehäuse bzw. an einem Werkzeughandgriff angeordnetes Betätigungselement zur manuellen Aktivierung des rotatorisch wirkenden Druckluftantriebes für die Werkzeugwelle und/oder der radial wirkenden Schlagfunktion und/oder zur Vorwahl einer Drehrichtung der Werkzeugwelle gebildet sein. Allerdings ist dies keinesfalls einschränkend zu verstehen, da insbesondere einem durch einen elektrischen Schalter gebildeten Betätigungselement auch komplexere Aufgaben zugewiesen sein können. So kann das Betätigungselement auch Teil einer komplexeren Steuerungselektronik bzw. einer Mikroprozessorsteuerung sein, das in Abhängigkeit von verschiedenen weiteren Parametern wie bspw. einer Drehmomenterfassung für eine Aktivierung, Abschaltung oder Drehrichtungsumkehr sorgen kann. Außerdem können zumindest Teile der Funktionen des erfindungsgemäßen Handwerkzeuges fernsteuerbar sein.
Dabei ist entsprechend der vorliegenden Erfindung zwischen einem Druckluftanschluss des Handwerkzeuges und dem Druckluftantrieb der Werkzeugwelle wenigstens ein vorgesteuertes 5/3-Wegeventil zur Aktivierung sowie zur Steuerung der Funktionen des Handwerkzeuges angeordnet. Dieses Mehrwegeventil ist mit dem wenigstens einen Betätigungselement wirkverbunden und von diesem ansteuerbar. Wahlweise kann bei dem erfindungsgemäßen Handwerkzeug das 5/3-Wegeventil durch ein elektromagnetisch vorgesteuertes 5/3-Wegeventil gebildet sein. Dieses kann insbesondere über elektrische Leitungsverbindungen mit dem wenigstens einen Betätigungselement gekoppelt und somit von diesem ansteuerbar sein. Ebenso möglich sind jedoch auch Vorsteuerung mit piezoelektrischen Aktoren oder eine elektromotorische Vorsteuerung, die z.B. mit Spindelantrieben auf die Vorsteuerventile des 5/3-Wegeventils wirken kann. Weitere Ausführungsvarianten der Vorsteuerung sind denkbar und von der vorliegenden Erfindung mitumfasst.
Die Verwendung des elektromagnetisch, piezoelektrisch oder elektromotorisch vorgesteuerten 5/3-Wegeventils wirkt sich insbesondere vorteilhaft sowohl auf den Luftdurchsatz als auch auf die Konstruktion des erfindungsgemäßen Handwerkzeugs aus. So treten bspw. bei einer im Stand der Technik verwendeten Kombination aus 5/2-Wegeventil als Richtungsschieber und einem zusätzlichen Kugelsitzventil zur Unterbrechung des Luft- bzw. pneumatischen Volumenstroms unerwünschte Drossel- und Widerstandsverluste in der Zuleitung, im Druckschalter und im Richtungsschieber auf, wobei die Drossel- bzw. Widerstandsverluste umso größer sind, je mehr Bauteile sich im pneumatischen Volumenstrom befinden bzw. Bestandteil desselben sind. Um diesen Widerstandsverlust, welcher in der beschriebenen Konfiguration den Ausgangsdruck des pneumatischen Volumenstroms um ein Drittel oder mehr zu reduzieren vermag, zu vermindern, ist es in einem ersten Schritt vorgesehen, die Kombination aus Kugelsitzventil und 5/2-Wegeventil im erfindungsgemäßen Handwerkzeug durch ein vorgesteuertes 5/3-Wegeventil zu ersetzen, wodurch insbesondere auf den Einbau eines drosselnd wirkenden Kugelsitzventils verzichtet werden kann, so dass sich weniger Bauteile in der Zuleitung, d.h. im pneumatischen Volumenstrom befinden; dies vereinfacht nicht nur die Gesamtkonstruktion des erfindungsgemäßen Schlagschraubers, sondern ermöglicht auch die Optimierung der Leitungs- und Luftführung für den pneumatischen Volumenstrom. Eine mechanische Umschaltung des Druckluftstromes ist nun weiterhin uneingeschränkt möglich, allerdings beschränkt sich diese auf die Vorsteuerluft, so dass sich bezüglich des Luftdurchsatzes wesentlich günstigere Bedingungen ergeben.
Besonders vorteilhaft ist es nun, wenn die Vorsteuerung des 5/3-Wegeventils durch eine elektromagnetische, piezoelektrische oder elektromotorische Vorsteuerung gebildet ist, da sich hierbei bezüglich der Ansteuerlogik, der Schalteranordnung, der Steuerbarkeit und ggf. Fernsteuerbarkeit weitere Vorteile ergeben können. Die Vorsteuerleitungen des 5/3-Wegeventils können jeweils elektromagnetische und/oder piezoelektrische oder auch elektromotorische Ansteuerungen aufweisen. Das Betätigungselement für die Vorsteuerung kann in einer einfachen Bauausführung bspw. durch wenigstens einen elektrischen Taster, Schalter, eine Tastwippe, Schaltwippe, o.ä. gebildet sein, wobei wahlweise auch mehrere dieser Elemente bzw. Schalter oder Schaltelemente für verschiedene Funktionalitäten - hier sei bspw. die Drehrichtungsumkehr für den Druckluftantrieb genannt - vorgesehen sein können.
Das wenigstens eine elektrische Betätigungselement bzw. der elektrische Schalter ist normalerweise über elektrische Leitungen mit dem magnetisch oder auf andere Weise (z.B. piezoelektrisch oder elektromotorisch) vorgesteuerten 5/3-Wegeventil gekoppelt; wird es betätigt, so wird ein Stromkreis geschlossen, woraufhin sich der jeweilige, in diesem Stromkreis befindliche Magnet oder der in diesem Stromkreis befindliche Aktor oder Antrieb betätigt wird, welcher den gewünschten Schaltvorgang durchführt bzw. auslöst. Auf diese Weise muss z.B. der Richtungsschieber für die Druckluft nicht mehr auf rein mechanischem Wege, bspw. mittels einer von der Seite per Hand ausgeübten Schlagbewegung, in die gewünschte Position verschoben werden; stattdessen kann der selbe Effekt mittels eines vergleichsweise sanften Drucks auf ein elektrisches Betätigungselement ausgelöst werden, welches über eine Vorsteuerung die eigentliche Verschiebung des Richtungsschiebers auslöst. Gleichermaßen können diese Schaltfunktionen oder zumindest Teile dieser Schaltfunktionen durch eine Mikroprozessorsteuerung und/oder eine (Teil-)Fernsteuerung übernommen werden.
Diese Art der Betätigung kann zusätzliche Vorteile mit sich bringen, da durch eine seitliche oder rotatorische Schlagbewegung, auch wenn sie mit geringer Kraft durchgeführt wird, das Handwerkzeug in Richtung der Schlagbewegung ausgelenkt bzw. leicht verdreht wird und deshalb vom Benutzer durch eine entsprechende Gegenbewegung oder Haltekraft wieder stabilisiert werden muss. Ein solcher Vorgang erfordert zusätzlichen Kraft- und Zeitaufwand und verringert infolgedessen die für die weitere Bearbeitung bspw. eines Radwechsels benötigte Reaktionszeit, wohingegen derselbe Vorgang, wird er z.B. über eine elektromagnetische Vorsteuerung des 5/3-Wegeventils ausgelöst, die Position des Richtungsschiebers verändert, ohne die Lage des Handwerkzeugs selbst merklich zu beeinflussen.
Wahlweise kann der wenigstens eine elektrische Schalter jedoch auch über anders gestaltete Leitungsverbindungen oder auch über Funkverbindungen mit dem Wegeventil gekoppelt sein, so dass das Wegeventil zwar über elektrische Signalleitungen mit dem Schalter gekoppelt sein und kommunizieren kann. Dieser muss jedoch nicht zwingend durch einen physisch vorhandenen Schalter am Gerät gebildet sein, sondern kann auch ein virtuelles Bauteil in einer komplexeren Steuerung und/oder einer Fernsteuerung sein, wodurch die die Sicherheit gegen Fehlbetätigungen sowie auch die Schaltgeschwindigkeit erhöht und damit die Reaktionszeiten auf äußere Zustandsänderungen reduziert werden können. Dies kann sich bspw. dann positiv auswirken, wenn die Vibrationen, welche beim Betrieb eines solchen Handwerkzeugs normalerweise entstehen, dazu führen können, die Reaktion des Benutzers oder seine Konzentrationsfähigkeit zu beeinträchtigen.
Die elektrische Energie, welche zur Versorgung des Stromkreises und/oder zur Betätigung des elektromagnetisch, piezoelektrisch oder auf andere Weise vorgesteuerten 5/3-Wegeventils bzw. eventuell weiterer vorhandener und im Folgenden noch genannter Komponenten (wie bspw. ein Funkmodul und/oder eine Mikroprozessorsteuerung) benötigt wird, kann entweder von im Handwerkzeug eingebauten Batterien bzw. Akkumulatoren zur Verfügung gestellt werden oder über eine Zuleitung aus externer Quelle erfolgen, bspw. durch Anschluss an eine Spannungsquelle, welche ihrerseits wiederum mit dem öffentlichen Energieversorgungsnetz verbunden ist und welche die für den Schaltvorgang des vorgesteuerten 5/3-Wegeventils und gegebenenfalls die für den Betrieb weiterer Komponenten verfügbare elektrische Leistung zu liefern vermag. Sofern eine externe Energiequelle für die elektrische Stromversorgung genutzt werden soll, ist es sinnvoll, die Zuleitungen hierfür mit der Luftleitung zu koppeln, bspw. durch Integration von isoliert geführten elektrischen Leitungen in die Außenhülle einer Druckluftleitung, die zum Schlagschrauber führt und mit diesem pneumatisch gekoppelt ist.
Zur Kontrolle des gewählten Betriebsmodus und/oder der korrekten Funktion kann es vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Handwerkzeug mit Anzeigemitteln auszustatten, welche die entsprechenden Informationen auf optischem und/oder mechanischem und/oder akustischem Weg an den Benutzer und gegebenenfalls weitere Personen übermitteln können. Geeignete Anzeigemittel können z.B. Anzeigefenster mit mechanisch verstellbaren Schiebeelementen sein, welche v.a. bei manueller Betätigung des Richtungsschiebers sinnvoll sein können. Besonders geeignet können Leuchtmittel, insbesondere Leuchtdioden, sog. LEDs sein, welche die relevanten Informationen mittels unterschiedlicher Farbgebung, Blinkfolgen, o.ä. zur Verfügung stellen können. Auch sind Anzeigeelemente mit alphanumerischer Anzeigefunktion denkbar, im Weiteren auch solche, welche eine größere Informationsmenge auf einem am Gerät angebrachten bzw. in diesem integrierten Display abbilden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Handwerkzeugs können zwischen dem oder zusätzlich zu dem wenigstens einen Betätigungselement und dem Wegeventil weitere Eingriffsmöglichkeiten und/oder Schnittstellen für komplexere Steuerungen wie bspw. Fernsteuerung, automatische Drehrichtungswahl, automatische Abschaltung bei Erreichen eines einstellbaren Grenzdrehmoments etc. vorgesehen sein, die im elektrischen Kreis berücksichtigt sein können. Hierbei kann bspw. vorgesehen sein, dass die komplexere Steuerung mit einer besonders vorteilhaft mit dem erfindungsgemäßen Gerät zu kombinierenden Drehmomenterfassung gekoppelt sein kann, um auf diese Weise weitere Eingriffsmöglichkeiten zu eröffnen, so z.B. eine Abschaltung nach Erreichung eines definierbaren Grenzdrehmoments o. dgl.
In diesem Zusammenhang kann es zudem sinnvoll sein, das erfindungsgemäße Handwerkzeug mit einer Steuerungs- und Kontrolleinrichtung auszustatten, welche die vom Handwerkzeug bzw. dessen Sensorik zur Verfügung gestellten Daten, welche in Form von Spannungswerten, Impulszahlen, Umdrehungszahlen, Zeitwerten, etc. vorliegen können, auswertet. Hierfür wird vorausgesetzt, dass das Handwerkzeug die zur Ermittlung und Übertragung benötigte Sensorik und die zur Übertragung der ermittelten Daten benötigten Übertragungsmittel aufweist. Die Steuerungs- und Kontrolleinrichtung selbst wird üblicherweise von einer Mikrocontrollereinheit gebildet, welche die verfügbaren Daten auswertet und in für die vorhandene Aktorik umsetzbare Steuerbefehle überführt.
Alternativ oder zusätzlich kann das erfindungsgemäße Handwerkzeug auf kabelgebundenem und/oder auch kabellosem Weg mit einer externen Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung verbunden sein, welche die vom Handwerkzeug bzw. dessen Sensorik übermittelten Daten in eine für die weitere Verarbeitung auswertbare Form überführt und auf diese Weise einer in der Regel per Software erfolgenden Auswertung zugänglich macht. Die aus der Auswertung resultierenden Steuerbefehle können bei Bedarf im Anschluss auf gleichem Weg wieder an das erfindungsgemäße Handwerkzeug bzw. dessen Aktoren und/oder externer, mit dem Handwerkzeug durch elektrische, optische oder pneumatische Kabel und/oder Leitungen verbundener Einrichtungen übermittelt und von diesen ausgeführt werden.
Im Weiteren kann vorgesehen sein, dass die der externen Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung übermittelten Daten in bzw. von dieser gespeichert und dort für eine weitergehende Auswertung, ausgehend von einer größeren Datenbasis, gespeichert werden.
Auch kann es möglich sein, dass aus einer unmittelbar erfolgten Auswertung Schlussfolgerungen abgeleitet werden, welche direkt und/oder im weiteren Verlauf zu gleichen und/oder unterschiedlichen Handlungsverläufen führen können. So kann bspw. die Ermittlung eines Grenzdrehmoments vorgesehen sein, bei dessen Überschreitung der erfindungsgemäße Schlagschrauber von der integrierten oder der externen Steuerungseinheit einen Stopp-Befehl erhält und infolgedessen den Anzieh- oder Lösevorgang beendet. Durch die Kombination mit einem weiteren Parameter, z.B. der für den jeweiligen Vorgang benötigten Zahl von Umdrehungen der Werkzeugwelle können weitere Entscheidungsmuster abgeleitet und definiert werden, so z.B. eine Drehzahl- und/oder Drehmomentregelung, Drehrichtungsumkehr und vieles mehr.
Ausgehend von einer der oben genannten Möglichkeiten bzw. einer Kombination aus mehreren der genannten, kann es nun sein, dass Bauteile, welche bisher für den Betrieb des Schlagschraubers unabdingbar benötigt wurden und daher fester Bestandteil der Gesamtkonstruktion waren, nunmehr flexibel im oder am Schlagschrauber oder sogar entfernt von diesem angeordnet werden können; insbesondere kann es auch sein, dass geeignete mechanische Komponenten durch elektronische Komponenten und/oder Schaltbefehle ersetzbar sind. So kann es z.B. möglich sein, dass die Einstellung der Drehrichtung der Werkzeugwelle auf verschiedene Weise vorgenommen werden kann, sei es durch Einbau eines entsprechenden mechanischen Schalters o.ä. im Schlagschrauber selbst, durch Einbau eines elektronischen Schalters/Tasters im Gerät, durch Bereitstellung der Funktion durch ein externes Gerät wie bspw. einem Fußschalter und/oder durch Übermittlung der Wahl der Drehrichtung durch eine externe Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung, so dass die Wahl der Drehrichtung der Werkzeugwelle manuell durch den Bediener des Handwerkzeugs und/oder automatisiert durch eine Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung, gegebenenfalls auch - in Abhängigkeit von weiteren Einflussparametern - durch beide vorgenommen werden kann.
Diese Art der Steuerung ermöglicht es, Arbeitsabläufe teilweise oder sogar nahezu vollständig zu automatisieren. Bspw. kann die externe Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung über geeignete Parameter, wie Messung der Umdrehungszahl der Werkzeugwelle, o.ä., Ermitteln des Drehmoments, Messung eines Zeitintervalls, etc. das erfolgreiche Lösen einer Schraube ermitteln, das Handwerkzeug automatisch abschalten und die Drehrichtung auf 'Festziehen' vorwählen, ohne dass der Bediener zu diesem Zweck tätig werden muss. Jener kann sich daher bereits auf den 'Festzieh-Vorgang` vorbereiten und den Vorgang starten, sobald die Voraussetzungen dafür erfüllt sind. Ebenso kann nun das Ende dieses Vorgangs ermittelt werden, z.B. durch Erreichen eines vorbestimmten Drehmoments, woraufhin das Handwerkzeug automatisch abgeschaltet werden kann. Es ist weiterhin möglich, dass der Abschaltvorgang des Werkzeugs unmittelbar nach dem Festziehen der Schraube als Signal zur Freigabe des Fahrzeugs dienen kann ohne dass der Bediener des Werkzeugs in dieser Hinsicht tätig werden muss.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Schlagschraubers.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer ersten Variante eines Ventils zur Steuerung des Schlagschraubers gemäß Fig. 1.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten Variante eines Ventils zur Steuerung des Schlagschraubers gemäß Fig. 1.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführungsvariante einer Steuerung für den Schlagschrauber.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgestaltet sein kann und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
Die schematische Darstellung der Fig. 1 zeigt eine mögliche praktische Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Handwerkzeugs am Beispiel eines Schlagschraubers 10, der in einem Gehäuse 12 einen rotatorisch wirkenden Druckluftantrieb aufweist, mit dem eine stirnseitig aus dem Gehäuse 12 herausgeführte Werkzeugwelle 14 in eine Rotation versetzt werden kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Werkzeugwelle 14 eine Vierkantpassung 16 zum Aufstecken handelsüblicher Werkzeugaufsätze (nicht gezeigt) auf, die bspw. ein gebräuchliches Zollmaß aufweisen kann. An einer Unterseite des länglichen Werkzeuggehäuses 12 befindet sich ein pistolenartiger Handgriff 18, der eine Einhandführung und -betätigung des Schlagschraubers 10 ermöglicht. Innerhalb des Gehäuses 12 befindet sich weiterhin ein hier nicht gezeigtes Schlagwerk, das der Erzeugung bzw. Ausübung einer in Drehrichtung auf die Werkzeugwelle 14 wirkenden periodischen Schlagfunktion dient. Ggf. kann die Schlagfunktion des Schlagwerks abschaltbar sein.
Am Handgriff 18 ist weiterhin ein in der Darstellung der Fig. 1 als Tastelement ausgebildetes Betätigungselement 20 vorgesehen, mit dem durch manuellen Eingriff bzw. Vorwahl der rotatorisch wirkende Druckluftantrieb für die Werkzeugwelle 14 und/oder die radial wirkende Schlagfunktion und/oder die Vorwahl einer Drehrichtung der Werkzeugwelle 14 aktivierbar bzw. einstellbar sind. Das Betätigungselement 20 oder die Betätigungselemente 20 können bspw. als Druckschalter, als Schiebeschalter o. dgl. ausgebildet sein, die über elektrische Verbindungsleitungen mit einer Steuerung für den Schlagschrauber 10 gekoppelt sind. Das hinter dem Handgriff 18 an einem unteren Bereich der hinteren Stirnseite des Gehäuses 12 angeordnete weitere Betätigungselement 21 kann ein Drehrichtungsschalter sein. Die Darstellung der Fig. 1 lehnt sich hierbei an die Konfiguration herkömmlicher Schlagschrauber an, die über einen mechanischen Schieberschalter zur Drehrichtungsvorwahl verfügen. Es sei jedoch an dieser Stelle betont, dass nur eine einfache Ausführungsvariante, die in Fig. 2 als Schaltbild gezeigt ist, über einen solchen oder ähnlichen Schieber verfügt, wogegen elektrische oder mikroprozessorgesteuerte Drehrichtungsschalter oder eine Konfiguration gemäß Fig. 3 kein derartiges Betätigungselement 21 benötigen. Daher ist darauf hinzuweisen, dass das Handwerkzeug bzw. der Schlagschrauber 10 bei einer solchen Ausführung (z.B. gemäß Fig. 3) keinen solchen Schieber am Gehäuse 12 aufweisen wird, sondern entweder einen kleineren oder unauffälligeren Schalter oder kein von außen erkennbares Schaltelement, da seine Funktionen von der Mikroprozessorsteuerung oder z.B. von einer Funkfernsteuerung übernommen sind.
An einer Unterseite des pistolenartigen Handgriffes 18 befindet sich ein Druckluftanschluss 22 zur Druckluftversorgung des Schlagschrauber 10 über eine Druckluftleitung 24, die bspw. mit einer stationären oder mobilen Druckversorgung wie einem Kompressor oder wahlweise auch einem wiederbefüllbaren Druckspeicher (nicht dargestellt) in Verbindung stehen kann.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich an einer der herausgeführten Werkzeugwelle 14 mit der Vierkantpassung 16 gegenüber liegenden rückwärtigen Stirnseite des Gehäuses 12 ein z.B. elektromagnetisch oder piezoelektrisch oder auf andere Weise vorgesteuertes 5/3-Wegeventil 26 zur Aktivierung sowie zur Steuerung der Funktionen des Handwerkzeuges bzw. des Schlagschraubers 10, das mit dem wenigstens einen Betätigungselement 20 und/oder dem weiteren Betätigungselement 21 wirkverbunden und von diesem ansteuerbar ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Steuerventil um ein vorgesteuertes 5/3-Wegeventil 26, das über elektrische Leitungsverbindungen mit dem wenigstens einen Betätigungselement 20 und/oder mit dem weiteren Betätigungselement 21 oder auch mit weiteren Schaltelementen (siehe Fig. 4) gekoppelt ist, so dass durch eine manuelle oder automatisierte Betätigung des Schalters bzw. Betätigungselements 20 und/oder 21 bei zuvor vorgewählter Drehrichtung die Werkzeugwelle 14 in Rotation versetzt wird.
Es kann sich bei dem Ventil auch um ein einfach vorgesteuertes, z.B. um ein pneumatisch vorgesteuertes 5/3-Wegeventil 28 handeln, wie es in der Fig. 2 in seiner sinnvollen Verschaltung als einfachste Ausführungsvariante einer Funktionssteuerung für den Schlagschrauber 10 gezeigt ist. Hierbei ist das weitere Betätigungselement 21 sinnvoll als manueller Drehrichtungsschieber ausgebildet, der an der in Fig. 1 gezeigten Stelle sitzt und funktional und räumlich dem Ventil 28 zugeordnet ist. Der Schalter am Handgriff 18, d.h. das erste Betätigungselement 20 wirkt hierbei als Schieber-, Sitz- oder Kugelventil o. dgl., oder auch als Freigabeschalter, der mit einer elektrischen Steuerung zur An- oder Abschaltung des Versorgungsdrucks für den Antrieb des Schlagschraubers 10 gekoppelt ist.
Die schematische Darstellung der Fig. 2 zeigt eine einfachste Ausführungsvariante einer Beschaltung eines 5/3-Wegeventils 28 mit pneumatischer Betätigung bzw. Vorsteuerung, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Schlagschrauber 10 prinzipiell zum Einsatz kommen kann. Wie es das Schaltbild erkennen lässt, befindet sich der Steuerschalter 40 in der Steuerdruckleitung 48, was gleichzeitig die drohenden Drosselverluste verdeutlicht, die eine solche Anordnung mit sich bringt. Die hier nicht eingezeichnete Hauptdruckleitung geht durch den Griff des Schlagschraubers 10 (vgl. Fig. 1) und mündet mittig am 5/3-Wegeventil 28, und zwar am mittigen Hauptdruckanschluss P.
Der oben erkennbare Drehrichtungsumschalter ist durch das zweite Betätigungselement 21 gebildet, der die Vorsteuerleitungen 49 für die Vorsteuerung des gezeigten 5/3-Wegeventils 28 mit der Steuerdruckleitung 48 verbindet. Das 5/3-Wegeventil 28 ist gemäß der Fig. 2 mechanisch bzw. pneumatisch geschaltet. Der Drehrichtungsumschalter bzw. das zweite Betätigungselement 21 ist ein reiner Umschalter, der eine der beiden Vorsteuerleitungen 49 mit Druck beaufschlagt und die jeweils andere Vorsteuerleitung 49 versperrt, so dass der Steuerkolben 44 in die entsprechende Richtung gedrückt wird, wodurch sich das unten gezeigte Anschlussbild für einen Stillstand oder für eine der beiden Drehrichtungen des Antriebsmotors des Schlagschraubers 10 ergibt.
Der Vorteil einer solchen Konfiguration liegt zwar darin, dass alle Schaltfunktionen rein pneumatisch gesteuert sind, so dass auf eine zusätzliche elektrische Stromversorgung verzichtet werden kann. Allerdings können der Steuerschalter 40 in der Steuerdruckleitung 48 sowie der Umschalter 21 Nachteile in Form von Drosselverlusten mit sich bringen, die es je nach Konfiguration erforderlich machen, mit insgesamt höheren pneumatischen Drücken zu arbeiten, um die Drosselverluste auszugleichen.
Die Darstellung der Fig. 3 verdeutlicht die Verschaltung eines elektromagnetisch vorgesteuerten 5/3-Wegeventils 26 zur Steuerung der rotierenden Werkzeugwelle 14 des Schlagschraubers 10. Wie erwähnt, kann das 5/3-Wegeventil 26 eine elektromagnetische, eine piezoelektrische, eine elektromotorisch oder anders wirkende Vorsteuerung 30 aufweisen. Das Schaltbild eines solchen 5/3-Wegeventils 26 ist unterhalb der Schnittansicht des Ventils 26 angedeutet; dort ist erkennbar, dass es sich um ein Ventil 26 mit drei Schaltstellungen und insgesamt fünf unterschiedlich zu verschaltenden Druckanschlüssen handelt, wodurch sowohl die Aktivierung des Drehantriebs als auch dessen Drehrichtungsvorwahl ermöglicht ist. Oberhalb der Schnittansicht des Ventils 26 sind elektrische Schaltsymbole des Betätigungselementes 20 angedeutet, die über eine elektrische Verbindung zur Vorsteuerung 30 des Ventils 26 eine Vorwahl der Drehrichtung wie auch ein Ein- und Ausschalten des Drehantriebs des Schlagschraubers 10 ermöglichen.
Wie der obere Teil der Fig. 3 mit den elektrischen Schaltungskomponenten erkennen lässt, benötigt das 5/3-Wegeventil 26 nur sehr wenige Komponenten, die in ihrer Gesamtheit das Betätigungselement 20 bilden können. Dies sind eine elektrische Energieversorgung, z.B. in Gestalt einer Batterie oder eines Akkumulators, ein Drucktaster zur Aktivierung des Druckluftantriebs, der mit der Vorsteuerung 30 des 5/3-Wegeventils 26 gekoppelt ist und mit dieser zusammenwirkt. Außerdem wird ein Umschalter für die Drehrichtung benötigt, der wie im gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen einfachen elektrischen Umschalter gebildet sein kann.
Die Darstellung der Fig. 4 verdeutlicht eine vorteilhaftere weitere Ausbaustufe des erfindungsgemäßen Schlagschraubers 10, der sich aufgrund seiner elektrischen Vorsteuerung 30 für das 5/3-Wegeventil 26 besonders gut zur Beschaltung mit einer Mikroprozessorsteuerung 32 eignet. Diese kann nicht nur eine Schnittstelle 34 zu einem CAN-Bus liefern, sondern auch alle anderen Schalt- und/oder Abschaltfunktionen (Beschaltung 36) übernehmen, u.a. auch eine automatische Abschaltung bei Erreichen oder Überschreiten eines definierbaren Grenzdrehmoments. Auch Funkverbindungen zu einer zentralen Überwachungsstation wird durch eine solche Mikroprozessorsteuerung 32 ermöglicht. Damit sind zahlreiche weitere Funktionen denkbar, wie Protokollierungen der auftretenden Momente, automatische Abschaltungen, Drehzahlregelungen etc.
Definierbare Sollmomente erlauben bei Bedarf eine zentrale Überwachung und/oder Einflussnahme von einer entfernten Schalt- oder Steuerzentrale bzw. Messwarte.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.

Bezugszeichenliste

10: Schlagschrauber, Handwerkzeug
12: Gehäuse, Werkzeuggehäuse
14: Werkzeugwelle
16: Vierkantpassung
18: Handgriff, Werkzeughandgriff
20: Betätigungselement, Schalter
21: weiteres Betätigungselement, Drehrichtungsumkehr
22: Druckluftanschluss
24: Druckluftleitung
26: 5/3-Wegeventil (elektromagnetisch, piezoelektrisch o.ä. vorgesteuert)
28: 5/3-Wegeventil (einfach vorgesteuert)
30: Vorsteuerung
32: Mikroprozessorsteuerung
34: Schnittstelle
36: weitere Beschaltung
40: Steuerschalter
44: Steuerkolben
48: Steuerdruckleitung
49: Vorsteuerleitung

Claims

Mit Druckluft betriebenes Handwerkzeug (10) mit rotierender Werkzeugwelle (14), die mit einem Schlagwerk zur Erzeugung bzw. Ausübung einer in radialer Richtung auf die Werkzeugwelle (14) wirkenden periodischen Schlagfunktion gekoppelt ist, mit wenigstens einem, durch wenigstens einen elektrischen Schalter gebildeten Betätigungselement (20) zur manuellen Aktivierung des rotatorisch wirkenden Druckluftantriebes für die Werkzeugwelle (14) und/oder der radial wirkenden Schlagfunktion und/oder zur Vorwahl einer Drehrichtung der Werkzeugwelle (14), wobei zwischen einem Druckluftanschluss (22) des Handwerkzeuges (10) und dem Druckluftantrieb der Werkzeugwelle (14) wenigstens ein vorgesteuerten 5/3-Wegeventil (26) zur Aktivierung sowie zur Steuerung der Funktionen des Handwerkzeuges (10) angeordnet ist, das mit dem wenigstens einen Betätigungselement (20) wirkverbunden ist und von diesem bzw. über dieses ansteuerbar ist.
Handwerkzeug nach Anspruch 1, bei dem das vorgesteuerte 5/3-Wegeventil (26) elektromagnetisch oder piezoelektrisch oder elektromotorisch vorgesteuert ist.
Handwerkzeug nach Anspruch 2, bei dem die Vorsteuerleitungen des 5/3-Wegeventils (26) jeweils elektromagnetische und/oder piezoelektrische Ansteuerungen bzw. Vorsteuerungen (30) aufweisen.
Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Betätigungselement (20) am Handwerkzeug (10) angeordnet ist, insbesondere an einem Werkzeughandgriff (18).
Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Betätigungselement (20) mit einer elektronischen Schaltung und/oder Mikroprozessorsteuerung (32) gekoppelt ist.
Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zwischen dem wenigstens einen Betätigungselement (20) und dem 5/3-Wegeventil (26) weitere Eingriffsmöglichkeiten und/oder Schnittstellen für komplexere Steuerungen (32) angeordnet sind, die im elektrischen Kreis berücksichtigt sind.
Handwerkzeug nach Anspruch 6, bei dem die komplexere Steuerung (32) mit einer im Handwerkzeug (10) implementierten vorhandenen Drehmomenterfassung gekoppelt ist.
Handwerkzeug nach Anspruch 6 oder 7, bei dem das Betätigungselement Teil der komplexeren Steuerung und/oder Mikroprozessorsteuerung (32) ist und in Abhängigkeit von der Drehmomenterfassung für eine Aktivierung, Abschaltung oder Drehrichtungsumkehr sorg.
Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der die komplexere Steuerung oder Mikroprozessorsteuerung (32) mit einer Drehrichtungsumkehr für den Druckluftantrieb für die Werkzeugwelle (14) zusammenwirkt, die mit dem 5/3-Wegeventil (26) gekoppelt bzw. von diesem auslösbar ist.
Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das eine Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung, insbesondere in Form eines Mikrokontrollers, umfasst, welche vom Handwerkzeug (10) bzw. einer Sensorik zur Verfügung gestellte Daten auswertet.
Handwerkzeug nach Anspruch 10, bei dem die Wahl der Drehrichtung der Werkzeugwelle (14) manuell durch den Benutzer des Handwerkzeugs (10) und/oder automatisiert durch die Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung vorgebbar ist.
Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem die Schlagfunktion und/oder der Antrieb der Werkzeugwelle (14) derart mit der Drehmomenterfassung gekoppelt ist, dass zumindest eine der Funktionen bei Erreichen eines voreinstellbaren Grenzdrehmomentes automatisch abschaltbar ist.
Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 12, bei der die komplexere Steuerung oder Mikroprozessorsteuerung (32) über eine drahtlose Datenverbindung mit einer Schalt- und/oder Überwachungszentrale koppelbar und/oder steuerbar ist.