EP3157711A1 - Verfahren zum betreiben eines elektrowerkzeuges - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines elektrowerkzeuges

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EP3157711A1
EP3157711A1 EP15719476.2A EP15719476A EP3157711A1 EP 3157711 A1 EP3157711 A1 EP 3157711A1 EP 15719476 A EP15719476 A EP 15719476A EP 3157711 A1 EP3157711 A1 EP 3157711A1
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EP
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electric motor
speed
determined
power tool
during
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Chi Hoe Leong
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • B25F5/02—Construction of casings, bodies or handles

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a power tool according to claim 1, a control device for a power tool according to claim 14 and a power tool according to claim 15.
  • the object of the invention is to provide an improved method and an improved control device for operating a power tool.
  • An advantage of the method described is that a screwing a screw into a workpiece is easier to perform, in particular, a damage of the screw or the workpiece can be avoided.
  • This advantage is achieved in that the torque of the electric motor is at least reduced if, after an initial time, the rotational speed of the electric motor exceeds a determined rotational speed limit.
  • the idea of the invention tion is to prevent damage to the workpiece and / or the screw by the torque is at least reduced or the electric motor is switched off after the initial time in the impact mode upon detection of an increase in the speed of the electric motor over a speed limit.
  • the speed limit can be determined, for example, by tests and stored.
  • Screwing the screw into the workpiece is determined. As a result, an individual speed limit can be determined for each screw situation. Thus, it can be ensured that the screwing is not terminated too early and not too late.
  • the speed limit By determining the speed limit during screwing the speed limit can be determined individually depending on the screw, in particular depending on the diameter of the screw, the thread of the screw, the type of workpiece, in particular the hardness of the workpiece.
  • the speed is determined during an initial period of impact operation when screwing the screw into the workpiece and depending on the determined speed, the speed limit is determined.
  • the speed limit can be detected precisely depending on the existing conditions.
  • the impact mode is used to tighten the screw.
  • the impact mode represents the operating state in which the risk of damage to the screw and / or the workpiece is large. Therefore, it is advantageous to determine the speed limit as a function of the speed during the initial time of the impact mode of the power tool.
  • the speed limit is determined depending on a determined maximum speed during the start time.
  • the speed limit may be calculated as a function of the maximum speed multiplied by a factor and / or added with a constant.
  • a value of the speed or several values of the determined speed can be used to calculate the speed limit.
  • a percussion operation of the power tool is detected depending on parameters of the electric tool. For example, a percussion operation of the power tool is detected if the speed is below a third comparison value during a start time and / or the current of the electric motor is above a fourth comparison value. Both the current and the speed can be used as parameters for the precise detection of a beat operation.
  • the impact operation can additionally be detected precisely by additionally detecting a measured time interval between two impacts of the impact operation, and if the time interval between two impacts of the impact operation is below a first comparison value.
  • a further specification for the detection of the impact operation is achieved in that a striking operation is detected when a standard deviation of the determined rotational speed of the electric motor during the initial time of the impact operation is smaller than a second comparison value.
  • a workpiece is detected, which has a predetermined minimum thickness, if during the starting time of the electric tool, the rotational speed of the electric motor is below the third comparison value and the current through the electric motor is above the fourth comparison value.
  • the torque of the electric motor after the start time is at least reduced when a predetermined first time has elapsed. In this way, a maximum upper limit for the
  • a second method for limiting the torque when screwing a screw using the power tool tool is performed when during the start time after the activation of the power tool the current through the electric motor is below a fifth comparison value, wherein in the second method, an impact operation of the power tool is terminated after a predetermined second period of time.
  • This method is used in particular for thin workpieces, for example, the second period of time is shorter than the first time period.
  • the second method is performed if, in addition during the start time after the activation of the power tool, a change in the determined speed is outside a predetermined range and / or if a change in the determined current is outside of a second range.
  • a change in the determined speed is outside a predetermined range and / or if a change in the determined current is outside of a second range.
  • the torque of the electric motor is at least reduced or the electric motor completely switched off, if after the start time a change in the determined speed of the electric motor is outside a predetermined speed range and / or if a change of the detected current outside a predetermined current range lies.
  • untypical speed changes and / or current changes are detected and used as a signal for reducing the torque of the electric motor.
  • damage to the screw and / or the workpiece can be avoided, especially with a thin workpiece.
  • FIGS. 1 shows a schematic cross section through a power tool
  • FIG. 3 is a schematic representation of a control circuit for the power tool
  • FIG. 4 is a diagram with a time profile of the speed, the current and the voltage of an electric motor for a screwing
  • Fig. 5 shows a screw in three different screw-in positions in a workpiece
  • FIG. 6 shows a schematic program sequence for controlling the torque of the power tool.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a power tool 10, which is designed in the form of a impact wrench 10.
  • the impact wrench 10 has a housing 1 1, which has a cylindrical main body 12 and a handle 15 attached thereto. Opposite to the main body 12, a battery 19 is arranged.
  • an electric motor 20 in the form of a brushless DC motor 20 having a planetary gear 24, a spindle 25, a beating-generating mechanism 26 and an anvil 27 is disposed in the main body 12.
  • the electric motor 20 serves as a drive source for the rotating impact generating mechanism 26.
  • the rotational speed of the electric motor 20 is reduced by means of the planetary gear 24 and then transmitted to the spindle 25.
  • the rotational force of the spindle 25 is converted into a rotary impact force by the impact generating mechanism 26, for which a hammer 26h and a compression spring 26b are provided.
  • An impact force of the hammer 26h is transmitted to the anvil 27.
  • the anvil 27 is rotatably supported about an axis and is driven by the rotational impact force of the hammer 26h.
  • the anvil 27 is rotatably supported by a bearing 12j in the housing 1 1, which is disposed on a front side of the main body 12. Thus, the anvil 27 may rotate about the axis of rotation, but not move along the axis of rotation.
  • a receptacle 27t is provided on a front side of the anvil 27, in order to receive a screw 61 via an insert.
  • the screw 61 represents the tool that is driven by the power tool.
  • the handle 15 of the housing 1 1 is covered by an operator to use the power tool 10.
  • the handle has a holding portion 15h and a lower end portion 15p, which adjoins the lower end of the handle portion 15h.
  • the battery 19 is provided, which supplies the power tool 10 with power.
  • a main switch 18 is provided, which has a trigger 18t, which can be operated with a finger.
  • the main switch 18 has a switch unit 18s, which switches on or off the power tool. is used.
  • the trigger 18t is used to increase a magnitude of the driving of the electric motor 20 depending on the operation travel of the trigger 18t.
  • the actuation path of the trigger 18t is detected, for example, by means of the switch unit 18s, for example as a resistance value, and reported to a control circuit (46, FIG. 3).
  • the control circuit for example, adjusts a power of driving the electric motor 20. In this way, the rotational speed and / or the torque of the electric motor 20 can be controlled.
  • a directional switch 17 is provided above the main switch 18, which determines the direction of rotation of the receptacle 27t.
  • the power tool 10 may be clockwise in a clockwise direction, i. H. in normal operation, e.g. for screwing in a screw or in a left direction, d. H. in the counterclockwise direction in a screw-out operation e.g. to unscrew a
  • Fig. 2 shows in a further cross-section further details of the power tool 10.
  • the hammer 26h of the impact generating mechanism 26 is connected to the spindle 25 via v-shaped first guide grooves 25v, v-shaped second guide grooves 26z and steel balls 25r.
  • the first guide grooves 25v are disposed on the outer surface, the first guide grooves 25v having semicircular portions directed outward with the V-shaped openings. Further, in an inner surrounding area of the hammer 26h, opposite to the first guide grooves
  • the second guide grooves 26z have a semi-circular cross section with the grooves opened in a forward direction.
  • the steel balls 25r are arranged between the first guide grooves 25v and the second guide grooves 26z.
  • the hammer 26h is rotatably supported at a predetermined angle with respect to a reference position of the spindle 25, and able to move in the axial direction with respect to a longitudinal axis of the spindle 25.
  • the compression spring 26b is in contact with the outer surface of the spindle 25 and the hammer 26h, so that the hammer 26h is biased toward the spindle 25.
  • bump projections 26w are formed to generate beats on the anvil 27 at two positions offset by 180 ° from each other. Furthermore, the anvil 27 at the two offset by 180 ° points in the circumferential direction beater arms 27d ( Figure 2), which receive the blows of the impact projections 26w of the hammer 26h.
  • the hammer 26h is held by the biasing force of the compression spring 26b on the spindle 25 so that the impact projections 26w of the hammer 26h abut against the striking arms 27d of the anvil 27.
  • the screw When screwed in, the screw can reach a position in the workpiece at which a screwing resistance exceeds the torque of the hammer 26h.
  • the screw-in resistance is transmitted as torque to the anvil 27.
  • the hammer 26h is displaced backward from the spindle against the biasing force of the compression spring 26b, and the hammer's beating projections 26w pass over the beater arms 27d of the anvil 27.
  • the beating projections 26w are released from abutment with the beating arms 27d so that the beating projections 26w can freely rotate a specified angle.
  • the beating protrusions 26w of the hammer 26h move over the beating arms 27d of the anvil 27, the hammer accelerates its rotary motion.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a circuit arrangement of the electric tool 10 of FIG. 1 for driving the electric motor 20, which is designed, for example, as a brushless DC motor and is driven by a drive circuit 40.
  • the electric motor 20 has a rotor 22 with permanent magnets and a stator 23 with drive coils 23C.
  • Drive circuit 40 is an electrical circuit for driving the electric motor 20 and has a three-phase bridge circuit 45, which has six switching elements 44, for example in the form of field effect transistors. Furthermore, a control circuit 46 is provided, which controls the switching elements 44 of the three-phase bridge circuit 45 in response to the switch unit 18 s.
  • the three-phase bridge circuit 45 has three output lines 41 connected to the corresponding control coils 23 c of the electric motor 20.
  • the control circuit 46 is configured to drive the switching elements 44 based on signals from magnetic sensors 32 such that electrical current flows sequentially through the drive coils 23c to rotate the rotor 22 at a desired speed and / or torque.
  • the control circuit 46 can measure a rotational speed of the electric motor 20 by means of the magnetic sensors 32.
  • the control circuit 46 is connected to a measuring device 53, which detects the state of charge of the battery 19, in particular the voltage of the battery 19 and passes it on to the control circuit 46.
  • the electronic control circuit 46 is connected to a memory 51.
  • Limits, data, characteristics, maps and / or calculation methods and / or formulas are stored in the memory 51.
  • the control circuit 46 detects by means of the measuring device 53, the current voltage of the battery 19. Furthermore, the control circuit 46 can measure the current of the electric motor 20 with an ammeter 54 and / or the rotational speed of the electric motor 20 with a tachometer 29. The current and / or speed may be used by the control circuit 46 to determine when a strike operation of the power tool begins. For this purpose, appropriate thresholds or limits for the current of the electric motor and the speed of the electric motor in the storage holes 51, which exceeds the electric motor 20 when a striking operation starts.
  • the control circuit 46 is configured to perform a method of operating the power tool to screw a screw into a workpiece, wherein after activation of the power tool, the electric motor is driven to screw the screw into the workpiece, wherein during screwing of the screw during an initial time an impact operation of the power tool, the control circuit 46, the rotational speed of the electric motor is determined, wherein depending on the determined speed
  • Control circuit 46 determines a speed limit, wherein after the initial time, a speed of the electric motor is determined, wherein a torque of the electric motor is at least reduced by the control circuit 46 when the determined speed of the electric motor exceeds a predetermined speed limit.
  • a map, a characteristic curve, a table or a corresponding calculation method can be used.
  • the map, the characteristic curve, the table or the calculation method determine a relationship between the measured during the initial time
  • FIG. 4 shows in an uppermost diagram (FIG. 4 a) the time profile of the rotational speed U of the electric motor during a screwing-in process, in a middle diagram (FIG. 4 b) the time profile of the current I during the screwing-in process and in a lower diagram (FIG 4c) shows the time profile of the voltage V which is applied by the control circuit to the electric motor.
  • the voltage V to the electric motor is increased with time up to a maximum voltage at a first time t1.
  • the voltage V gradually increased up to the maximum voltage.
  • other time histories may be chosen for increasing the voltage V during the zeroth phase.
  • the speed U of the electric motor rises rapidly, so that after reaching a maximum speed, it slowly drops again slightly until the end of the zeroth phase.
  • the current flowing through the electric motor I which is shown in the second diagram ( Figure 4b) increases rapidly after application of the voltage to the electric motor to a maximum value and then drops again to a lower value to the end of zeroth Phase to rise again.
  • the button for operating the electric tool is pressed completely. Also during further operation, the button remains completely depressed.
  • the zeroth phase lasts from the zeroth time to until the first time t1.
  • a first phase follows.
  • the first phase lasts from the first time t1 to the second time t2.
  • the screw 53 is drilled with the tip into the workpiece 1 10.
  • the workpiece 1 10 is formed for example in the form of a metal plate.
  • the current I rises slowly, with the applied voltage V remaining constant at the maximum value.
  • the speed U of the electric motor fluctuates slightly during the first phase to drop somewhat until the end of the first phase.
  • the current I through the electric motor increases slightly towards the end of the first phase 1.
  • the drilling operation is performed in the workpiece 110 without requiring a hammering operation of the power tool.
  • the second phase 2 in which the screw 53 cuts a thread in the workpiece 1 10 begins. This process requires a higher torque so that the impact mechanism of the power tool is activated and the current through the power tool increases. In addition, the speed decreases.
  • the period of time for the second phase 2 may be very short, including, for example, only two or three threads.
  • the second phase 2 lasts from the second time t2 to a third time t3. After the thread has been inserted into the workpiece 110 by the screw 53.
  • a third phase in which the screw 53 is screwed into the cut thread of the workpiece 1 10 begins.
  • the speed increases significantly and the power drops significantly.
  • the screw resistance is low, so that the speed increases sharply and the power drops sharply.
  • a fourth phase 4th reaches the head 1 15 of the screw 53rd the top 1 16 of the workpiece 1 10, so the Einschraubwiderstand increases quickly and significantly.
  • the impact mode of the power tool is reactivated and the screw 53 is tightened with a high torque.
  • the speed of the electric motor increases again as in the second phase 2 and the current drops again.
  • An advantage of the described method consists in the fact that during the fourth phase 4, the control circuit 46 of the power tool detects that the rotational speed of the electric motor exceeds the determined rotational speed limit, so that the control circuit 46 reduces the voltage for the electric motor and / or a clutch between the electric motor and the recording of the screw opens.
  • This situation occurs at the end of the fourth phase 4 at a fifth time t5.
  • the maximum voltage may be in the range of 3.3V and after the fourth zone 4 may drop to a voltage of 2.2V, for example.
  • the voltage can be completely switched off or at least fall below a value at which the electric motor rotates. This value may, for example, be in the range of 1.8 V.
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of a program sequence for operating the electric motor.
  • program point 200 which is optional, a voltage of the battery 19 is detected by the control circuit 46, with which the electric motor of the power tool is driven.
  • program point 205 the electric motor according to the zeroth phase of FIG supplied with increasing voltage.
  • the voltage can also be increased in one step to the maximum voltage.
  • the query is made as to whether the current through the electric motor is greater than a fourth comparison value.
  • the fourth comparison value may be between 10 A and 20 A.
  • the query as to whether the rotational speed of the electric motor is smaller than a third comparison value.
  • the third comparison value may be between 8,000 and 20,000 revolutions per minute.
  • the third and fourth comparison values are stored in the memory 51. If both queries are fulfilled, the program branches to program point 215.
  • the first limit can be in the range of 0.01 second to 0.05 second.
  • the first limit value is stored in the memory 51.
  • the beats can be detected acoustically, for example, by means of sound sensors or be determined on the basis of the time profile of the current through the electric motor.
  • a standard deviation of the measured speed is smaller than a second limit value.
  • the second limit may range between 30 and 90.
  • the second limit is stored in the memory 51. If both queries are fulfilled by program item 215, striking operation of the power tool is clearly recognized and a branch is made to program point 220.
  • the limits are determined experimentally and can be changed from power tool to power tool e.g. vary depending on the type of electric motor.
  • the standard deviation can be calculated, for example, according to the following formulas:
  • T of a random variable A ' is defined as the square root of the variance Var ( ⁇ ) :
  • the rotational speed of the electric motor is detected.
  • a time profile of the rotational speed and / or individual values of the rotational speed at time intervals or a maximum value of the rotational speed are detected.
  • a speed limit is determined at program point 222 depending on the detected speed.
  • the speed limit can be determined, for example, depending on the detected maximum speed, the detected speed values and / or depending on the time course of the speed during the measurement at program point 220.
  • the characteristic curves, characteristic diagrams and / or calculation methods and / or formulas of the memory 51 are used. In a simple case, the speed limit is calculated by multiplying the measured maximum speed by a constant greater than 1.
  • a constant speed value can be taken into account in addition to the detected speed.
  • the constant speed value is stored in the memory 51.
  • the speed limit can be calculated, for example, from the determined maximum speed by adding the constant speed value.
  • the speed value may e.g. in the range between 200 and 1000 revolutions per minute.
  • a map, a characteristic, a table or a corresponding calculation method can be used, which are stored in the memory.
  • the speed limit is determined in one embodiment, depending on the state of charge of the battery, which was optionally determined at program point 200.
  • the state of charge of the battery can be taken into account, for example, in the form of a second factor.
  • the determined speed limit with the second Multiplied factor can be determined at program point 220 only after a predetermined waiting time of, for example, 0.1 to 0.2 s.
  • a predetermined speed limit can be stored in the memory, which is independent of the speed during the impact operation, and which is used in a simple embodiment as the determined speed limit.
  • a subsequent program item 225 is checked whether the currently determined or measured speed of the electric motor exceeds the determined speed limit, or whether a predetermined second time has elapsed since detecting the impact operation.
  • the second time period can be, for example, in the range between 0.1 and 0.3 s.
  • the program branches to program point 230.
  • a torque of the electric motor is reduced by the control circuit 46, whereby, for example, the voltage of the electric motor is reduced and / or a coupling between the electric motor and the drive is opened.
  • the program branches to program point 240.
  • Change in speed and / or a change in the current are within predetermined ranges. If this is not the case, the program branches to program point 230.
  • the predefined areas are stored in the memory.
  • branching from program point 240 to program point 230 after a predetermined maximum screwing can be in the range of 0.1 and 0.3 seconds.
  • the time duration between two beats is smaller than a first limit value.
  • the first limit can be in the range of 0.01 second to 0.05 second.
  • the first limit value is stored in the memory 51.
  • the beats can be detected acoustically, for example, by means of sound sensors or determined on the basis of the time course of the current through the electric motor.
  • a standard deviation of the measured speed is smaller than a second limit value.
  • the second limit may range between 30 and 90.
  • the second limit is stored in the memory 51. If both queries of program point 240 are fulfilled, a striking operation of the power tool is clearly recognized.
  • the limits are determined experimentally and can vary from power tool to power tool depending on the type of electric motor, for example.
  • the control circuit 46 reduces the torque of the electric motor, wherein, for example, the voltage of the electric motor is reduced and / or a coupling between the electric motor and the drive is opened. Subsequently, after a predetermined period of time, it is possible to branch to the end point 235 at which the electric motor is switched off or at least the voltage is reduced so much that the electric motor no longer rotates.
  • the power tool may be configured to indicate whether the method according to program step 215 or the method according to program step 240 is performed.
  • the method according to program step 215 indicates a thick workpiece having a predetermined minimum thickness.
  • the method of FIG. 240 indicates a workpiece that is thinner than the predetermined minimum thickness.
  • the display can be visual, acoustic or haptic.
  • the program steps 215 and 220 are performed during the phase 2 of FIG. 4.
  • Program step 225 is performed during phase 4 of FIG. 4.
  • the program step 240 may be performed during phases 2 through 4 of FIG. 4.
  • program item 215 can be dispensed with, depending on the selected embodiment, so that, starting from program item 210, the program item 220 is changed directly to program item 220.

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Elektrowerkzeuges (10) zum Einschrauben einer Schraube (61) in ein Werkstück (110), wobei nach einer Aktivierung des Elektrowerkzeuges ein Elektromotor (20) angetrieben wird, um die Schraube in das Werkstück zu schrauben, wobei während des Einschraubens der Schraube während einer vorgegebenen Anfangszeit eines Schlagbetriebes (t2) des Elektrowerkzeuges die Drehzahl des Elektromotors ermittelt wird, wobei nach der Anfangszeit eine Drehzahl des Elektromotors ermittelt wird, wobei ein Drehmoment des Elektromotors wenigstens reduziert wird (t5), wenn die ermittelte Drehzahl des Elektromotors eine vorgegebene Drehzahlgrenze überschreitet.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zum Betreiben eines Elektrowerkzeuges
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrowerkzeuges gemäß Patentanspruch 1 , ein Steuergerät für ein Elektrowerkzeug gemäß Patentanspruch 14 und ein Elektrowerkzeug gemäß Anspruch 15.
Stand der Technik
Im Stand der Technik ist es bekannt, das Drehmoment eines Elektrowerkzeuges, insbesondere eines Schlagschraubers auf einen vorgegebenen maximalen Drehmomentwert zu begrenzen. Zudem ist es bekannt, den Elektromotor des Elektrowerkzeuges bei Auftreten einer Fehlfunktion abzuschalten.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes Steuergerät zum Betreiben eines Elektrowerkzeuges bereitzustellen.
Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass ein Einschrauben einer Schraube in ein Werkstück einfacher auszuführen ist, wobei insbesondere eine Beschädigung der Schraube oder des Werkstückes vermieden werden. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, dass das Drehmoment des Elektromotors wenigstens reduziert wird, wenn nach einer Anfangszeit die Drehzahl des Elektromotors eine ermittelte Drehzahlgrenze überschreitet. Versuche haben gezeigt, dass beim Einschrauben einer Schraube in ein Werkstück nach Erreichen einer Sitzposition vor einer Beschädigung der Schraube oder des Werkstückes die Drehzahl des Elektromotors wieder ansteigt. Somit besteht die Idee der Erfin- dung darin, die Beschädigung des Werkstückes und/oder der Schraube zu verhindern, indem nach der Anfangszeit im Schlagbetrieb bei Erkennen eines Anstieges der Drehzahl des Elektromotors über eine Drehzahlgrenze das Drehmoment wenigstens reduziert wird oder der Elektromotor abgeschaltet wird. Die Drehzahlgrenze kann z.B. durch Versuche bestimmt werden und abgespeichert sein.
In einer Ausführungsform wird für eine präzise Anpassung des Verfahrens an die jeweilige Schraubsituation die Drehzahlgrenze während des Einschraubens der Schraube in das Werkstück abhängig von der Drehzahl des Elektromotors beim
Einschrauben der Schraube in das Werkstück ermittelt. Dadurch kann für jede Schraubsituation eine individuelle Drehzahlgrenze ermittelt werden. Somit kann sichergestellt werden, dass der Einschraubvorgang nicht zu früh und nicht zu spät beendet wird.
Durch die Ermittlung der Drehzahlgrenze während des Einschraubens kann die Drehzahlgrenze individuell abhängig von der Schraube, insbesondere abhängig vom Durchmesser der Schraube, vom Gewindegang der Schraube, von der Art des Werkstückes, insbesondere der Härte des Werkstückes ermittelt werden. Die Drehzahl wird während einer Anfangszeit des Schlagbetriebes beim Einschrauben der Schraube in das Werkstück ermittelt und in Abhängigkeit von der ermittelten Drehzahl wird die Drehzahlgrenze ermittelt. Somit kann präzise abhängig von den vorliegenden Gegebenheiten die Drehzahlgrenze erfasst werden. Bei Verwendung eines Elektrowerkzeuges mit Schlagbetrieb wird der Schlagbetrieb zum Festziehen der Schraube verwendet. Somit stellt der Schlagbetrieb den Betriebszustand dar, bei dem die Gefahr einer Beschädigung der Schraube und/oder des Werkstückes groß ist. Deshalb ist es von Vorteil, die Drehzahlgrenze in Abhängigkeit von der Drehzahl während der Anfangszeit des Schlagbetriebes des Elektrowerkzeuges zu ermitteln.
In einer Ausführungsform wird abhängig von einer ermittelten maximalen Drehzahl während der Anfangszeit die Drehzahlgrenze ermittelt. Beispielsweise kann die Drehzahlgrenze abhängig von der maximalen Drehzahl multipliziert mit einem Faktor und/oder addiert mit einer Konstante berechnet werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann anstelle der maximalen Drehzahl auch ein Mit- telwert der Drehzahl oder mehrere Werte der ermittelten Drehzahl zur Berechnung der Drehzahlgrenze verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird abhängig von Parametern des Elektro- Werkzeuges ein Schlagbetrieb des Elektrowerkzeuges erkannt. Beispielsweise wird ein Schlagbetrieb des Elektrowerkzeuges erkannt, wenn während einer Startzeit die Drehzahl unter einem dritten Vergleichswert liegt und/oder der Strom des Elektromotors über einem vierten Vergleichswert liegt. Sowohl der Strom als auch die Drehzahl können als Parameter für die präzise Erkennung eines Schlagbetriebes verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Schlagbetrieb zusätzlich dadurch präzise erkannt werden, dass zusätzlich ein gemessener zeitlicher Abstand zwischen zwei Schlägen des Schlagbetriebes erfasst wird, und, wenn der zeitliche Abstand zwischen zwei Schlägen des Schlagbetriebes unter einem ersten Vergleichswert liegt. Eine weitere Präzisierung für die Erkennung des Schlagbetriebes wird dadurch erreicht, dass ein Schlagbetrieb erkannt wird, wenn eine Standardabweichung der ermittelten Drehzahl des Elektromotors während der Anfangszeit des Schlagbetriebes kleiner als ein zweiter Vergleichswert ist. Somit kann präzise der Beginn des Schlagbetriebes festgelegt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Werkstück erkannt, das eine vorgegebene Mindestdicke aufweist, wenn während der Startzeit des Elektrowerkzeuges die Drehzahl des Elektromotors unter dem dritten Vergleichswert liegt und der Strom durch den Elektromotor über dem vierten Vergleichswert liegt. Dadurch wird eine verbesserte Durchführung des Verfahrens erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Drehmoment des Elektromotors nach der Anfangszeit wenigstens reduziert, wenn eine vorgegebene erste Zeit- dauer vergangen ist. Auf diese Weise wird eine maximale Obergrenze für die
Zeitdauer des Einschraubvorganges vorgegeben. Dadurch wird eine Sicherheitsgrenze für die Zeitdauer des Einschraubvorganges festgelegt.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein zweites Verfahren zum Begrenzen des Drehmomentes beim Einschrauben einer Schraube mithilfe des Elektrowerk- zeuges durchgeführt, wenn während der Startzeit nach der Aktivierung des Elekt- rowerkzeuges der Strom durch den Elektromotor unter einem fünften Vergleichswert liegt, wobei bei dem zweiten Verfahren ein Schlagbetrieb des Elekt- rowerkzeuges nach einer vorgegebenen zweiten Zeitdauer beendet wird. Dieses Verfahren wird insbesondere für dünne Werkstücke angewendet, wobei beispielsweise die zweite Zeitdauer kürzer als die erste Zeitdauer ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird das zweite Verfahren durchgeführt, wenn zusätzlich während der Startzeit nach der Aktivierung des Elektrowerkzeuges eine Änderung der ermittelten Drehzahl außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt und/oder wenn eine Änderung des ermittelten Stromes außerhalb eines zweiten Bereiches liegt. Dadurch kann präzise eine Unterscheidung zwischen den Verfahren erreicht werden. Insbesondere kann dadurch das Vorliegen eines Werkstückes erkannt werden, für das sich das Verfahren gemäß Anspruch 1 weniger eignet.
In einer weiteren Ausführungsform wird während des zweiten Verfahrens das Drehmoment des Elektromotors wenigstens reduziert oder der Elektromotor vollständig abgeschaltet, wenn nach der Anfangszeit eine Änderung der ermittelten Drehzahl des Elektromotors außerhalb eines vorgegebenen Drehzahlbereiches liegt und/oder wenn eine Änderung des ermittelten Stromes außerhalb eines vorgegebenen Strombereiches liegt. Auf diese Weise werden untypische Drehzahländerungen und/oder Stromänderungen erkannt und als Signal zur Reduzierung des Drehmomentes des Elektromotors verwendet. Dadurch kann eine Beschädigung der Schraube und/oder des Werkstückes insbesondere bei einem dünnen Werkstück vermieden werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch ein Elektrowerkzeug,
Fig. 2 einen zweiten Querschnitt durch das Elektrowerkzeug,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Steuerschaltung für das Elektrowerkzeug,
Fig. 4 ein Diagramm mit einem zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeit, des Stromes und der Spannung eines Elektromotors für einen Einschraubvorgang, Fig. 5 eine Schraube in drei verschiedenen Einschraubpositionen in einem Werkstück, und
Fig. 6 einen schematischen Programmablauf zur Steuerung des Drehmomentes des Elektrowerkzeuges.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Elektrowerkzeug 10, das in Form eines Schlagschraubers 10 ausgebildet ist. Der Schlagschrauber 10 weist ein Gehäuse 1 1 auf, das einen zylinderförmigen Hauptkörper 12 und einen daran angebrachten Griff 15 aufweist. Gegenüberliegend zum Hauptkörper 12 ist eine Batterie 19 angeordnet. Im Hauptkörper 12 ist ein Elektromotor 20 in Form eines bürstenlosen Gleichstrommotors 20 mit einem Planetengetriebe 24, einer Spindel 25, einem Schlagerzeugungsmechanismus 26 und einem Amboss 27 angeordnet. Der Elektromotor 20 dient als Antriebsquelle für den sich drehenden Schlagerzeugungsmechanismus 26. Die Drehzahl des Elektromotors 20 wird mithilfe des Planetengetriebes 24 reduziert und anschließend auf die Spindel 25 übertragen. Die Drehkraft der Spindel 25 wird in eine drehende Schlagkraft durch den Schlagerzeugungsmechanismus 26 umgewandelt, wozu ein Hammer 26h und eine Druckfeder 26b vorgesehen sind. Eine Schlagkraft des Hammers 26h wird auf den Amboss 27 übertragen. Der Amboss 27 ist drehbar um eine Achse gela- gert und wird durch die rotatorische Schlagkraft des Hammers 26h angetrieben.
Der Amboss 27 ist durch ein Lager 12j drehbar im Gehäuse 1 1 gehalten, das an einer Vorderseite des Hauptkörper 12 angeordnet ist. Somit kann sich der Amboss 27 um die Drehachse drehen, jedoch sich nicht entlang der Drehachse bewegen. An einer Vorderseite des Ambosses 27 ist eine Aufnahme 27t vorgese- hen, um über einen Einsatz eine Schraube 61 aufzunehmen. Die Schraube 61 stellt das Werkzeug dar, das vom Elektrowerkzeug angetrieben wird.
Der Griff 15 des Gehäuses 1 1 wird von einer Bedienperson umfasst, um das Elektrowerkzeug 10 zu benutzen. Der Griff weist einen Halteabschnitt 15h und einen unteren Endabschnitt 15p auf, der sich am unteren Ende des Griffabschnittes 15h anschließt. Am unteren Endabschnitt 15p ist die Batterie 19 vorgesehen, die das Elektrowerkzeug 10 mit Strom versorgt. Am Griffabschnitt 15h ist ein Hauptschalter 18 vorgesehen, der einen Trigger 18t aufweist, der mit einem Finger betätigt werden kann. Weiterhin weist der Hauptschalter 18 eine Schalterein- heit 18s auf, die zum Einschalten oder Ausschalten des Elektrowerkzeuges ver- wendet wird. Der Trigger 18t wird dazu verwendet, um in Abhängigkeit vom Betätigungsweg des Triggers 18t eine Größe der Ansteuerung des Elektromotors 20 zu erhöhen. Der Betätigungsweg des Triggers 18t wird beispielsweise mithilfe der Schaltereinheit 18s beispielsweise als Widerstandswert erfasst und an eine Steuerschaltung (46, Fig.3) gemeldet. Wenn sich der Widerstandswert der Schaltereinheit 18s des Hauptschalters 18 entsprechend dem Einrückzustand des Triggerschalters 18t ändert, dann passt die Steuerschaltung (46, Fig.3) z.B. eine Leistung der Ansteuerung des Elektromotors 20 an. Auf diese Weise kann die Drehzahl und/oder das Drehmoment des Elektromotors 20 gesteuert werden.
Weiterhin ist oberhalb des Hauptschalters 18 ein Richtungsschalter 17 vorgesehen, der die Drehrichtung der Aufnahme 27t festlegt. Das Elektrowerkzeug 10 kann in einer Rechtsrichtung im Uhrzeigersinn, d. h. im Normalbetrieb z.B. zum Einschrauben einer Schraube oder in einer Linksrichtung, d. h. entgegen dem Uhrzeigesinn in einem Herausschraubbetrieb z.B. zum Herausschrauben einer
Schraube betrieben werden.
Fig. 2 zeigt in einem weiteren Querschnitt weitere Details des Elektrowerkzeuges 10. Der Hammer 26h des Schlagerzeugungsmechanismus 26 ist mit der Spindel 25 über v-förmige erste Führungsnuten 25v, v-förmige zweite Führungsnuten 26z und Stahlkugeln 25r verbunden. An einer Frontseite der Spindel 25 sind an der Außenfläche die ersten Führungsnuten 25v angeordnet, wobei die ersten Führungsnuten 25v halbkreisförmige Abschnitte aufweisen, die mit den v-förmigen Öffnungen nach außen gerichtet sind. Weiterhin sind in einer inneren Umge- bungsfläche des Hammers 26h gegenüberliegend zu den ersten Führungsnuten
25v der Spindel 25 die v-förmigen zweiten Führungsnuten 26z angeordnet. Die zweiten Führungsnuten 26z haben einen halbkreisförmigen Querschnitt, wobei die Nuten in eine Vorwärtsrichtung geöffnet sind. Die Stahlkugeln 25r sind zwischen den ersten Führungsnuten 25v und den zweiten Führungsnuten 26z an- geordnet. Als Ergebnis ist der Hammer 26h in der Weise drehbar um einen vorgegebenen Winkel in Bezug auf eine Referenzposition der Spindel 25 gelagert, und in der Lage, sich in axialer Richtung gegenüber einer Längsachse der Spindel 25 zu bewegen. Weiterhin ist die Druckfeder 26b in Kontakt mit der Außenfläche der Spindel 25 und dem Hammer 26h, sodass der Hammer 26h in Richtung auf die Spindel 25 vorgespannt ist. An einer vorderen Endfläche des Hammers 26h sind Schlagvorsprünge 26w ausgebildet, um Schläge auf den Amboss 27 an zwei um 180° zueinander versetzten Stellen zu erzeugen. Weiterhin hat der Amboss 27 an den zwei um 180° versetzten Stellen in Umfangsrichtung Schlagarme 27d (Fig.2) ausgebildet, die die Schläge der Schlagvorsprünge 26w des Hammers 26h aufnehmen. Der Hammer 26h wird durch die Vorspannkraft der Druckfeder 26b an der Spindel 25 gehalten, sodass die Schlagvorsprünge 26w des Hammers 26h an den Schlagarmen 27d des Ambosses 27 anliegen. Wenn in diesem Zustand die Spindel 25 durch den Elektromotor 20 gedreht wird, dann dreht sich der Hammer 26h zusammen mit der Spindel 25 und die Drehkraft des Hammers 26h wird auf den Amboss 27 über die Schlagvorsprünge 26w und die Schlagarme 27d übertragen. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Schraube in einem Schlagbetrieb in ein Werkstück eingedreht werden.
Die Schraube kann beim Eindrehen eine Position im Werkstück erreichen, an der ein Einschraubwiderstand das Drehmoment des Hammers 26h übersteigt. Der Einschraubwiderstand wird als Drehmoment auf den Amboss 27 übertragen. Als Ergebnis wird der Hammer 26h gegen die Vorspannkraft der Druckfeder 26b von der Spindel zurück versetzt und die Schlagvorsprünge 26w des Hammers überstreichen die Schlagarme 27d des Ambosses 27. Dabei werden die Schlagvorsprünge 26w von der Anlage an den Schlagarmen 27d befreit, sodass sich die Schlagvorsprünge 26w einen festgelegten Winkel frei drehen können. Wenn sich die Schlagvorsprünge 26w des Hammers 26h über die Schlagarme 27d des Ambosses 27 bewegen, dann beschleunigt der Hammer seine Drehbewegung. Durch die Vorspannkraft der Druckfeder 26b wird der Hammer 26h innerhalb des festgelegten Winkels wieder in Richtung auf den Amboss 27 gedrückt, sodass die Schlagvorsprünge 26w des Hammers wieder in Kontakt gelangen mit den Schlagarmen 27d des Ambosses 27. Durch den Aufschlag der Schlagvorsprünge 26w auf die Schlagarme 27d wird ein erhöhtes Drehmoment auf den Amboss 27 und damit auf die Aufnahme 27t und die Schraube 61 ausgeübt. Dieser Vorgang stellt einen Schlagbetrieb dar und wird während des Schlagbetriebes laufend wiederholt. Figur 3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Schaltungsanordnung des Elektrowerkzeuges 10 der Figur 1 zum Ansteuern des Elektromotors 20, der beispielsweise als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet ist und von einer Ansteuerschaltung 40 angetrieben wird. Der Elektromotor 20 weist einen Rotor 22 mit Permanentmagneten und einen Stator 23 mit Antriebsspulen 23C auf. Die
Ansteuerschaltung 40 ist eine elektrische Schaltung zum Ansteuern des Elektromotors 20 und weist eine Dreiphasenbrückenschaltung 45 auf, die sechs Schaltelemente 44 beispielsweise in Form von Feldeffekttransistoren aufweist. Weiterhin ist eine Steuerschaltung 46 vorgesehen, die die Schaltelemente 44 der Drei- phasenbrückenschaltung 45 in Abhängigkeit von der Schaltereinheit 18s ansteuert.
Die Dreiphasenbrückenschaltung 45 hat drei Ausgangsleitungen 41 , die mit den entsprechenden Steuerspulen 23c des Elektromotors 20 verbunden sind. Die Steuerschaltung 46 ist ausgebildet, um die Schaltelemente 44 basierend auf Signalen von magnetischen Sensoren 32 in der Weise anzusteuern, dass ein elektrischer Strom sequentiell durch die Antriebsspulen 23c fließt, um den Rotor 22 mit einer gewünschten Drehzahl und/oder einem gewünschten Drehmoment zu drehen. Zudem kann die Steuerschaltung 46 mithilfe der magnetischen Sensoren 32 eine Drehzahl des Elektromotors 20 messen. Weiterhin steht die Steuerschaltung 46 mit einer Messeinrichtung 53 in Verbindung, die den Ladezustand der Batterie 19, insbesondere die Spannung der Batterie 19 erfasst und an die Steuerschaltung 46 weitergibt. Zudem ist die elektronische Steuerschaltung 46 mit einem Speicher 51 verbunden. Im Speicher 51 sind Grenzwerte, Daten, Kennlinien, Kennfelder und/oder Berechnungsmethoden und/oder Formeln abgelegt. Die Steuerschaltung 46 erfasst mithilfe der Messeinrichtung 53 die aktuelle Spannung der Batterie 19. Weiterhin kann die Steuerschaltung 46 den Strom des Elektromotors 20 mit einem Strommesser 54 und/oder die Drehzahl des Elektromotors 20 mit einem Drehzahlmesser 29 messen. Der Strom und/oder die Drehzahl können von der Steuerschaltung 46 verwendet werden, um festzustellen, wann ein Schlagbetrieb des Elektrowerkzeuges beginnt. Dazu sind entsprechende Schwellen bzw. Grenzwerte für den Strom des Elektromotors und die Drehzahl des Elektromotors im Spei- cher 51 abgelegt, die der Elektromotor 20 überschreitet, wenn ein Schlagbetrieb startet.
Die Steuerschaltung 46 ist ausgebildet, um ein Verfahren zum Betreiben des Elektrowerkzeuges zum Einschrauben einer Schraube in ein Werkstück auszuführen, wobei nach einer Aktivierung des Elektrowerkzeuges der Elektromotor angetrieben wird, um die Schraube in das Werkstück einzuschrauben, wobei während des Einschraubens der Schraube während einer Anfangszeit eines Schlagbetriebes des Elektrowerkzeuges die Steuerschaltung 46 die Drehzahl des Elektromotors ermittelt wird, wobei abhängig von der ermittelten Drehzahl die
Steuerschaltung 46 eine Drehzahlgrenze ermittelt, wobei nach der Anfangszeit eine Drehzahl des Elektromotors ermittelt wird, wobei ein Drehmoment des Elektromotors von der Steuerschaltung 46 wenigstens reduziert wird, wenn die ermittelte Drehzahl des Elektromotors eine vorgegebene Drehzahlgrenze überschrei- tet.
Für die Bestimmung der Drehzahlgrenze kann ein Kennfeld, eine Kennlinie, eine Tabelle oder ein entsprechendes Berechnungsverfahren verwendet werden. Das Kennfeld, die Kennlinie, die Tabelle oder das Berechnungsverfahren bestimmen einen Zusammenhang zwischen der während der Anfangszeit gemessenen
Drehzahl und der Drehzahlgrenze. Erreicht der Elektromotor nach der Anfangszeit die Drehzahlgrenze, dann wird der Elektromotor 20 von der Steuerschaltung 46 gestoppt oder es wird eine elektronische Kupplung für eine kurze Zeitdauer aktiviert und anschließend wird der Elektromotor vollständig gestoppt.
Fig. 4 zeigt in einem obersten Diagramm (Fig. 4a) den zeitlichen Verlauf der Drehzahl U des Elektromotors während eines Einschraubvorganges, in einem mittleren Diagramm ( Fig. 4b) den zeitlichen Verlauf des Stromes I während des Einschraubvorganges und in einem unteren Diagramm (Fig. 4c) den zeitlichen Verlauf der Spannung V, die von der Steuerschaltung an den Elektromotor angelegt wird.
Zu einem nullten Zeitpunkt tO wird in einer nullten Phase die Spannung V an den Elektromotor mit der Zeit bis zu einer Maximalspannung zu einem ersten Zeitpunkt t1 erhöht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Spannung V stufenweise bis zur Maximalspannung erhöht. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch andere zeitliche Verläufe für die Erhöhung der Spannung V während der nullten Phase gewählt werden. In der Anfangsphase steigt die Drehzahl U des Elektromotors schnell an, um nach Erreichen einer maxima- len Drehzahl wieder langsam bis zum Ende der nullten Phase etwas abzufallen.
Der durch den Elektromotor fließende Strom I, der im zweiten Diagramm (Fig. 4b) dargestellt ist, steigt nach Anlegen der Spannung an den Elektromotor schnell bis zu einem Maximalwert an und fällt anschließend wieder auf einen geringeren Wert ab, um bis zum Ende der nullten Phase wieder etwas anzusteigen. Bereits zu Beginn der nullten Phase wird der Taster zum Betreiben des Elektro- werkzeuges vollständig gedrückt. Auch beim weiteren Betrieb bleibt der Taster vollständig gedrückt. Die nullte Phase dauert vom nullten Zeitpunkt to bis zum ersten Zeitpunkt t1.
Nach der nullten Phase schließt sich eine erste Phase an. Die erste Phase dauert vom ersten Zeitpunkt t1 bis zum zweiten Zeitpunkt t2. Sowohl während der nullten Phase als auch während der ersten Phase wird die Schraube 53, wie in der ersten Position 100 der Fig. 5 dargestellt ist, mit der Spitze in das Werkstück 1 10 hineinbohrt. Das Werkstück 1 10 ist beispielsweise in Form einer Metallplatte ausgebildet. Während der ersten Phase steigt der Strom I langsam an, wobei die angelegte Spannung V konstant auf dem maximalen Wert verbleibt. Die Drehzahl U des Elektromotors schwankt während der ersten Phase leicht, um bis zum Ende der ersten Phase etwas abzufallen. Im Gegensatz dazu steigt der Strom I durch den Elektromotor zum Ende der ersten Phase 1 hin etwas an. Während der nullten und der ersten Phase wird der Bohrvorgang in dem Werkstück 1 10 ausgeführt, ohne dass ein Schlagbetrieb des Elektrowerkzeuges erforderlich ist. Nachdem die Schraube 53 das Werkstück 1 10 durchbohrt hat, beginnt die zweite Phase 2, bei der die Schraube 53 ein Gewinde in das Werkstück 1 10 schneidet. Dieser Prozess erfordert ein höheres Drehmoment, sodass der Schlagmechanismus des Elektrowerkzeuges aktiviert wird und der Strom durch das Elektro- werkzeug ansteigt. Zudem sinkt die Geschwindigkeit ab. Abhängig von der Dicke des Werkstückes 1 10 kann die Zeitdauer für die zweite Phase 2 sehr kurz sein und beispielsweise nur zwei oder drei Gewindegänge beinhalten. Die zweite Phase 2 dauert von dem zweiten Zeitpunkt t2 bis zu einem dritten Zeitpunkt t3. Nachdem das Gewinde in das Werkstück 1 10 durch die Schraube 53 einge- schnitten ist, beginnt beim dritten Zeitpunkt t3 eine dritte Phase, bei der die Schraube 53 in das geschnittene Gewinde des Werkstücks 1 10 eingeschraubt wird. Dabei steigt die Geschwindigkeit deutlich an und der Strom sinkt deutlich ab. Während der dritten Phase 3 ist der Schraubwiderstand gering, sodass die Drehzahl stark ansteigt und der Strom stark abfällt. Dieser Verfahrenszustand ist in einer zweiten Position 101 der Fig. 5 dargestellt.
Erreicht nun ein Kopf 1 15 der Schraube 53 eine Oberseite 1 16 des Werkstücks 1 10, wie in der zweiten Position 102 der Fig. 5 dargestellt, so beginnt zu einem vierten Zeitpunkt t4 eine vierte Phase 4. Erreicht der Kopf 1 15 der Schraube 53 die Oberseite 1 16 des Werkstückes 1 10, so nimmt der Einschraubwiderstand schnell und deutlich zu. Dabei wird der Schlagbetrieb des Elektrowerkzeuges wieder aktiviert und die Schraube 53 wird mit einem hohen Drehmoment angezogen. Währen der vierten Phase 4 steigt die Drehzahl des Elektromotors ähn- lieh wie in der zweiten Phase 2 erneut an und der Strom sinkt erneut ab.
Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht nun darin, dass während der vierten Phase 4 die Steuerschaltung 46 des Elektrowerkzeuges erkennt, dass die Drehzahl des Elektromotors die ermittelte Drehzahlgrenze überschreitet, sodass die Steuerschaltung 46 die Spannung für den Elektromotor reduziert und/oder eine Kupplung zwischen dem Elektromotor und der Aufnahme der Schraube öffnet. Diese Situation tritt am Ende der vierten Phase 4 bei einem fünften Zeitpunkt t5 auf. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die maximale Spannung im Bereich von 3,3 V liegen und nach der vierten Zone 4 auf eine Spannung von beispielsweise 2,2 V abfallen. Weiterhin kann nach einer vorgegebenen Auslaufzeit von beispielsweise 0,5 s zu einem sechsten Zeitpunkt t6 die Spannung vollständig abgeschaltet werden oder wenigstens unter einen Wert fallen, bei dem sich der Elektromotor dreht. Dieser Wert kann beispielsweise im Bereich von 1 ,8 V liegen.
Fig. 6 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Programmablauf zum Betreiben des Elektromotors. Bei Programmpunkt 200, der optional ist, wird von der Steuerschaltung 46 eine Spannung der Batterie 19 erfasst, mit der der Elektromotor des Elektrowerkzeuges angetrieben wird. Anschließend wird bei Pro- grammpunkt 205 der Elektromotor gemäß der nullten Phase der Fig. 4 mit einer ansteigenden Spannung versorgt. Weiterhin kann abhängig von der gewählten Ausführungsform bei Programmpunkt 205 die Spannung auch in einem Schritt auf die Maximalspannung erhöht werden. Bei einem folgenden Programmpunkt 210 erfolgt die Abfrage, ob der Strom durch den Elektromotor größer als ein vierter Vergleichswert ist. Beispielsweise kann der vierte Vergleichswert zwischen 10 A und 20 A liegen. Zudem erfolgt bei Programmpunkt 210 die Abfrage, ob die Drehzahl des Elektromotors kleiner als ein dritter Vergleichswert ist. Beispielsweise kann der dritte Vergleichswert zwischen 8000 und 20000 Umdrehungen pro Minute liegen. Der dritte und der vierte Vergleichswert sind im Speicher 51 abgelegt. Sind beide Abfragen erfüllt, so wird zu Programmpunkt 215 verzweigt.
Bei Programmpunkt 215 wird überprüft, ob ein Schlagbetrieb vorliegt. Dazu wird überprüft, ob die Zeitdauer zwischen zwei Schlägen kleiner als ein erster Grenzwert ist. Der erste Grenzwert kann im Bereich zwischen 0,01 Sekunde und 0,05 Sekunden liegen. Der erste Grenzwert ist im Speicher 51 abgelegt. Die Schläge können beispielsweise anhand von Schallsensoren akustisch erfasst werden oder anhand des zeitlichen Verlaufes des Stroms durch den Elektromotor ermit- telt werden. Zudem wird überprüft, ob eine Standardabweichung der gemessenen Drehzahl kleiner als ein zweiter Grenzwert ist. Der zweite Grenzwert kann im Bereich zwischen 30 und 90 liegen. Der zweite Grenzwert ist im Speicher 51 abgelegt. Wenn beide Abfragen von Programmpunkt 215 erfüllt sind, ist eindeutig ein Schlagbetrieb des Elektrowerkzeuges erkannt und es wird zu Programm- punkt 220 verzweigt. Die Grenzwerte werden experimentell ermittelt und können von Elektrowerkzeug zu Elektrowerkzeug z.B. abhängig von der Art des Elektromotors variieren.
Die Standardabweichung kann beispielsweise nach folgenden Formeln berech- net werden:
Die Standardabweichung |T Veiner Zufallsvariablen A'ist definiert als die Quadratwurzel der Varianz Var(Ä ):
Dabei ist die Varianz VMI X) = Ei i X Ei XYr) = Ei X ) - i'Ei XVr von Xstets größer oder gleich 0. Das Symbol " bezeichnet den Erwartungswert. Bei einer zweiten Berechnungsart wird die erste Zeitdauer in eine vorgegebene
Anzahl von Teilintervallen unterteilt, beispielsweise in zehn Teilintervalle. Anschließend wird für jedes Teilintervall für die gemessenen Werte für die Drehzahl eine Standardabweichung berechnet. Anschließend wird aus den zehn Standardabweichungen für die Drehzahl durch eine Mittelwertbildung eine gemittelte Standardabweichung für die Drehzahl ermittelt.
Beim folgenden Programmpunkt 220 wird die Drehzahl des Elektromotors er- fasst. Dabei werden beispielsweise ein zeitlicher Verlauf der Drehzahl und/oder einzelne Werte der Drehzahl in zeitlichen Abständen oder ein maximaler Wert der Drehzahl erfasst. Anschließend wird bei Programmpunkt 222 abhängig von der erfassten Drehzahl eine Drehzahlgrenze ermittelt. Die Drehzahlgrenze kann beispielsweise abhängig von der erfassten maximalen Drehzahl, der erfassten Drehzahlwerte und/oder abhängig vom zeitlichen Verlauf der Drehzahl während der Messung bei Programmpunkt 220 ermittelt werden. Zur Berechnung werden die Kennlinien, Kennfelder und/oder Berechnungsmethoden und/oder Formeln des Speichers 51 verwendet. In einem einfachen Fall wird die Drehzahlgrenze durch Multiplikation der gemessenen maximalen Drehzahl mit einer Konstante größer 1 berechnet. Zudem kann zusätzlich zu der erfassten Drehzahl ein konstanter Drehzahlwert berücksichtigt werden. Der konstante Drehzahlwert ist im Speicher 51 abgelegt. Die Drehzahlgrenze kann beispielsweise aus der ermittelten maximalen Drehzahl durch Addition des konstanten Drehzahlwertes berechnen. Der Drehzahlwert kann z.B. im Bereich zwischen 200 und 1000 Umdrehungen pro Minute liegen. Weiterhin kann zur Berechnung der Drehzahlgrenze auf ein Kennfeld, eine Kennlinie, eine Tabelle oder ein entsprechendes Berech- nungsverfahren zurückgegriffen werden, die im Speicher abgelegt sind.
Die Drehzahlgrenze wird in einer Ausführungsform abhängig vom Ladezustand der Batterie ermittelt, der bei Programmpunkt 200 optional ermittelt wurde. Der Ladezustand der Batterie kann beispielsweise in Form eines zweiten Faktors be- rücksichtigt werden. Somit wird die ermittelte Drehzahlgrenze mit dem zweiten Faktor multipliziert. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Ermittlung der Drehzahl bei Programmpunkt 220 erst nach einer vorgegebenen Wartezeit von beispielsweise 0,1 bis 0,2 s erfolgen. Zudem kann in einer weiteren Ausführung im Speicher eine vorgegebene Drehzahlgrenze abgelegt sein, die unabhängig von der Drehzahl während des Schlagbetriebes ist, und die in einer einfachen Ausführung als ermittelte Drehzahlgrenze verwendet wird. Bei einem folgenden Programmpunkt 225 wird überprüft, ob die aktuell ermittelte oder gemessene Drehzahl des Elektromotors die ermittelte Drehzahlgrenze überschreitet, oder ob seit Erkennen des Schlagbetriebes eine vorgegebene zweite Zeitdauer abgelaufen ist. Die zweite Zeitdauer kann z.B. im Bereich zwischen 0,1 und 0,3 s liegen.
Wird eine der zwei Abfragen erfüllt, so wird zu Programmpunkt 230 verzweigt. Bei Programmpunkt 230 wird von der Steuerschaltung 46 ein Drehmoment des Elektromotors reduziert, wobei beispielsweise die Spannung des Elektromotors reduziert wird und/oder eine Kupplung zwischen Elektromotor und Antrieb geöff- net. Anschließend kann nach einer vorgegebenen Zeitdauer vom Programmpunkt 230 zu einem Endpunkt 235 verzweigt werden, an dem der Elektromotor abgeschaltet wird oder zumindest die Spannung so weit reduziert wird, dass der Elektromotor sich nicht mehr dreht. Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 210, dass innerhalb eines vorgegebenen zeitlichen Abstandes zum Programmpunkt 205 weder der Strom noch die Drehzahl die vorgegebenen Grenzwerte über bzw. unterschreiten, so wird zu Programmpunkt 240 verzweigt. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführung zusätzlich zur Überprüfung, ob weder der Strom noch die Drehzahl die vorgegebenen Grenzwerte über bzw. unterschreiten auch noch überprüft werden, ob eine vorgegebene Drehzahländerung und/oder eine vorgegebene Stromänderung vorliegt. Die Werte für die vorgegebene Drehzahländerung und/oder die vorgegebene Stromänderung sind im Speicher 51 abgelegt. In dieser Ausführungsform wird erst dann zu Pro- grammpunkt 240 verzweigt, weder der Strom noch die Drehzahl die vorgegebenen Grenzwerte über bzw. unterschreiten und die vorgegebene Drehzahländerung und/oder die vorgegebene Stromänderung vorliegen. Bei Programmpunkt 240 wird in einer ersten Ausführung überprüft, ob sich eine
Änderung der Drehzahl und/oder eine Änderung des Stromes innerhalb vorgegebener Bereiche befinden. Ist dies nicht der Fall, so wird zu Programmpunkt 230 verzweigt. Die vorgegebenen Bereiche sind im Speicher abgelegt. Zudem wird nach einer vorgegebenen maximalen Einschraubzeit von Programmpunkt 240 zu Programmpunkt 230 verzweigt. Die maximale Einschraubzeit kann im be- reich von 0,1 und 0,3 Sekunden liegen.
In einer weiteren Ausführung wird bei Programmpunkt 240 überprüft werden, ob ein Schlagbetrieb vorliegt. Dazu wird überprüft, ob die Zeitdauer zwischen zwei Schlägen kleiner als ein erster Grenzwert ist. Der erste Grenzwert kann im be- reich zwischen 0,01 Sekunde und 0,05 Sekunden liegen. Der erste Grenzwert ist im Speicher 51 abgelegt. Die Schläge können beispielsweise anhand von Schallsensoren akustisch erfasst werden oder anhand des zeitlichen Verlaufes des Stroms durch den Elektromotor ermittelt werden. Zudem wird überprüft, ob eine Standardabweichung der gemessenen Drehzahl kleiner als ein zweiter Grenzwert ist. Der zweite Grenzwert kann im Bereich zwischen 30 und 90 liegen. Der zweite Grenzwert ist im Speicher 51 abgelegt. Wenn beide Abfragen von Programmpunkt 240 erfüllt sind, ist eindeutig ein Schlagbetrieb des Elektrowerkzeu- ges erkannt. Die Grenzwerte werden experimentell ermittelt und können von Elektrowerkzeug zu Elektrowerkzeug z.B. abhängig von der Art des Elektromotors variieren. Nach Erkennen des Schlagbetriebes wird nach einer festgelegten Zeitdauer von z.B. 0,05 bis 0,2 Sekunden zu Programmpunkt 230 verzweigt. Bei Programmpunkt 230 wird von der Steuerschaltung 46 das Drehmoment des Elektromotors reduziert, wobei beispielsweise die Spannung des Elektromotors reduziert wird und/oder eine Kupplung zwischen Elektromotor und Antrieb geöffnet. Anschließend kann nach einer vorgegebenen Zeitdauer zum Endpunkt 235 verzweigt werden, an dem der Elektromotor abgeschaltet wird oder zumindest die Spannung so weit reduziert wird, dass der Elektromotor sich nicht mehr dreht. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform das Elektrowerkzeug ausgebildet sein, um anzuzeigen, ob das Verfahren gemäß Programmschritt 215 oder das Verfahren gemäß Programmschritt 240 durchgeführt wird. Das Verfahren gemäß Programmschritt 215 zeigt ein dickes Werkstück mit einer vorgegebenen Mindestdicke an. Das Verfahren gemäß 240 zeigt ein Werkstück an, das dünner ist als die vorgegebene Mindestdicke. Die Anzeige kann optisch, akustisch oder haptisch erfolgen.
Die Programmschritte 215 und 220 werden während der Phase 2 der Fig. 4 durchgeführt. Der Programmschritt 225 wird während der Phase 4 der Fig. 4 durchgeführt. Der Programmschritt 240 kann während der Phasen 2 bis 4 der Fig. 4 durchgeführt werden.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann in einer einfachen Ausführung bei Programmpunkt 210 auch nur der Strom mit dem Grenzwert oder nur die Drehzahl mit dem Grenzwert verglichen werden, um von Programmpunkt 210 zu Programmpunkt 215 zu verzweigen.
Zudem kann in einer einfachen Ausführungsform bei Programmpunkt 215 zur Erkennung eines Schlagbetriebes auch nur der Zeitpunkt zwischen zwei Schlägen des Schlagbetriebes oder die Standardabweichung der Drehzahl des Elektromotors für die Erkennung eines Schlagbetriebes verwendet werden.
Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform auf Programmpunkt 215 verzichtet werden, sodass ausgehend von Programmpunkt 210 direkt zu Programmpunkt 220 gewechselt wird.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben eines Elektrowerkzeuges zum Einschrauben einer Schraube in ein Werkstück, wobei nach einer Aktivierung des Elektrowerkzeuges ein Elektromotor angetrieben wird, um die Schraube in das Werkstück zu schrauben, wobei während des Einschraubens der Schraube während einer vorgegebenen Anfangszeit eines Schlagbetriebes des Elektrowerkzeuges die Drehzahl des Elektromotors ermittelt wird, wobei nach der Anfangszeit eine Drehzahl des Elektromotors ermittelt wird, wobei ein Drehmoment des Elektromotors wenigstens reduziert wird, wenn die ermittelte Drehzahl des Elektromotors eine vorgegebene Drehzahlgrenze überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei abhängig von der ermittelten Drehzahl während der Anfangszeit des Schlagbetriebes die Drehzahlgrenze ermittelt wird, wobei nach der Anfangszeit eine Drehzahl des Elektromotors ermittelt wird, wobei ein Drehmoment des Elektromotors wenigstens reduziert wird, wenn die ermittelte Drehzahl des Elektromotors die ermittelte Drehzahlgrenze überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei während der Anfangszeit als Drehzahl eine maximale Drehzahl des Elektromotors ermittelt wird, und wobei die Drehzahlgrenze abhängig von der ermittelten maximalen Drehzahl ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei bei der Ermittlung der Drehzahlgrenze zusätzlich ein vorgegebener Drehzahlwert berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anfangszeit während des Schlagbetriebes erkannt wird, wenn während einer Startzeit nach der Aktivierung des Elektrowerkzeuges die Drehzahl unter einem dritten Ver- gleichswert liegt und der Strom durch den Elektromotor über einem vierten Vergleichswert liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Anfangszeit während des Schlagbetriebes erkannt wird, wenn zusätzlich ein gemessener zeitlicher Abstand zwischen zwei Schlägen des Schlagbetriebes unter einem ersten Vergleichswert liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Anfangszeit während des
Schlagbetriebes erkannt wird, wenn zusätzlich eine Standardabweichung der ermittelten Drehzahl des Elektromotors während der Anfangszeit kleiner als ein zweiter Vergleichswert ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei ein Werkstück mit einer vorgegebenen Mindestdicke erkannt wird, wenn während der Startzeit nach der Aktivierung des Elektrowerkzeuges die Drehzahl unter dem dritten Vergleichswert liegt und der Strom durch den Elektromotor über dem vierten Vergleichswert liegt, und wobei das Vorliegen eines Werkstückes mit der Mindestdicke durch das Elektrowerkzeug angezeigt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach der Anfangszeit ein Drehmoment des Elektromotors wenigstens reduziert wird, wenn eine vorgegebene erste Zeitdauer vergangen ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei ein zweites Verfahren durchgeführt wird, wenn während der Startzeit nach der Aktivierung des Elektrowerkzeuges der Strom durch den Elektromotor unter einem fünften Vergleichswert liegt, wobei bei dem zweiten Verfahren ein Schlagbetrieb des Elektrowerkzeuges nach einer vorgegebenen zweiten Zeitdauer beendet wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, wobei das zweite Verfahren durchgeführt wird, wenn während der Startzeit nach der Aktivierung des Elektrowerkzeuges zusätzlich eine Änderung der ermittelten Drehzahl außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt und/oder wenn eine Änderung des ermittelten Stromes außerhalb eines zweiten Bereiches liegt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 , wobei nach der Anfangszeit ein Drehmoment des Elektromotors wenigstens reduziert wird, wenn eine Änderung der ermittelten Drehzahl des Elektromotors außerhalb eines vorge- gebenen Drehzahlbereiches liegt und/oder eine Änderung des ermittelten
Stromes außerhalb eines vorgegebenen Strombereiches liegt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor von einer Batterie angetrieben wird, wobei die Ermittlung der Drehzahl- grenze eine Spannung der Batterie berücksichtigt.
14. Steuergerät, das ausgebildet ist, um ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
15. Elektrowerkzeug mit einem Steuergerät nach Anspruch 14.
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