EP3157711B1 - Verfahren zum betreiben eines elektrowerkzeuges - Google Patents

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EP3157711B1
EP3157711B1 EP15719476.2A EP15719476A EP3157711B1 EP 3157711 B1 EP3157711 B1 EP 3157711B1 EP 15719476 A EP15719476 A EP 15719476A EP 3157711 B1 EP3157711 B1 EP 3157711B1
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EP
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electric motor
rotational speed
power tool
phase
determined
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • B25F5/02—Construction of casings, bodies or handles

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an electric tool according to claim 1, a control device for an electric tool according to claim 13 and an electric tool according to claim 14.
  • the object of the invention is to provide an improved method and an improved control device for operating an electric tool.
  • One advantage of the method described is that it is easier to screw a screw into a workpiece, in particular avoiding damage to the screw or the workpiece.
  • This advantage is achieved in that the torque of the electric motor is at least reduced if, after an initial time, the speed of the electric motor exceeds a determined speed limit. Tests have shown that when a screw is screwed into a workpiece, the speed of the electric motor increases again after a sitting position has been reached before the screw or the workpiece is damaged.
  • the speed limit can, for example, be determined by experiments and saved.
  • the speed limit during screwing the screw into the workpiece is determined as a function of the speed of the electric motor when screwing the screw into the workpiece. This means that an individual speed limit can be determined for every screwdriving situation. This ensures that the screwing-in process is not ended too early or too late.
  • the speed limit can be determined individually depending on the screw, in particular depending on the diameter of the screw, the thread pitch 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 the screw is screwed into the workpiece and the speed limit is determined as a function of the determined speed.
  • the speed limit can thus be recorded precisely depending on the prevailing conditions.
  • impact operation is used to tighten the screw.
  • the impact mode thus represents the operating state in which the risk of damage to the screw and / or the workpiece is high. It is therefore advantageous to determine the speed limit as a function of the speed during the start of the impact operation of the power tool.
  • the speed limit is determined as a function of a determined maximum speed during the initial time.
  • the speed limit can be calculated as a function of the maximum speed multiplied by a factor and / or added with a constant.
  • a mean value can also be used instead of the maximum speed the speed or several values of the determined speed can be used to calculate the speed limit.
  • an impact operation of the power tool is recognized as a function of parameters of the power tool.
  • a striking operation of the power tool is recognized when the speed is below a third comparison value and / or the current of the electric motor is above a fourth comparison value during a starting time. Both the current and the speed can be used as parameters for the precise detection of impact operation.
  • the percussion operation can also be precisely recognized by additionally detecting a measured time interval between two percussion operation beats, and if the time interval between two percussion operation beats is below a first comparison value.
  • a further specification for the detection of the impact operation is achieved in that an impact operation is recognized if a standard deviation of the determined speed of the electric motor during the start time of the impact operation is less than a second comparison value. The start of the impact operation can thus be precisely determined.
  • a workpiece is recognized that has a predetermined minimum thickness when the speed of the electric motor is below the third comparison value and the current through the electric motor is above the fourth comparison value during the start time of the electric tool. This results in an improved implementation of the method.
  • the torque of the electric motor is at least reduced after the start time when a predetermined first time period has passed. In this way, a maximum upper limit for the duration of the screwing-in process is specified. This defines a safety limit for the duration of the screwing-in process.
  • This method is used in particular for thin workpieces, the second time period being shorter than the first time period, for example.
  • the second method is carried out if, 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 a second range.
  • the torque of the electric motor is at least reduced or the electric motor is switched off completely during the second method if, after the initial time, a change in the determined speed of the electric motor is outside a specified speed range and / or if a change in the determined current is outside a specified current range lies.
  • atypical speed changes and / or current changes are recognized and used as a signal to reduce the torque of the electric motor. In this way, damage to the screw and / or the workpiece can be avoided, particularly in the case of a thin workpiece.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a power tool 10, which is designed in the form of an impact wrench 10.
  • the impact wrench 10 has a housing 11 which has a cylindrical main body 12 and a handle 15 attached thereto.
  • a battery 19 is arranged opposite the main body 12.
  • An electric motor 20 in the form of a brushless direct current motor 20 with a planetary gear 24, a spindle 25, an impact generating mechanism 26 and an anvil 27 is arranged in the main body 12.
  • the electric motor 20 serves as a drive source for the rotating impact generating mechanism 26.
  • the speed of the electric motor 20 is reduced with the aid of the planetary gear 24 and then transmitted to the spindle 25.
  • the rotating force of the spindle 25 is converted into a rotating impact force by the impact generating mechanism 26, for which purpose 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 mounted about an axis and is driven by the rotary impact force of the hammer 26h.
  • the anvil 27 is rotatably supported in the housing 11 through a bearing 12j disposed on a front side of the main body 12.
  • 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 11 is grasped by an operator in order to use the power tool 10.
  • the handle has a holding section 15h and a lower end section 15p which adjoins the lower end of the handle section 15h.
  • the battery 19, which supplies the power tool 10 with current, is provided at the lower end section 15p.
  • a main switch 18 is provided on the handle section 15h, which has a trigger 18t which can be actuated with a finger.
  • the main switch 18 furthermore has a switch unit 18s which is used to switch the power tool on or off becomes.
  • the trigger 18t is used to increase the amount of control of the electric motor 20 as a function of the actuation path of the trigger 18t.
  • the actuation path of the trigger 18t is detected, for example, as a resistance value with the aid of the switch unit 18s and sent to a control circuit (46, Fig. 3 ) reported.
  • the control circuit For example, a power of the control of the electric motor 20. In this way, the speed and / or the torque of the electric motor 20 can be controlled.
  • a direction switch 17 is provided above the main switch 18, which determines the direction of rotation of the receptacle 27t.
  • the power tool 10 can be clockwise in a right direction; H. in normal operation e.g. for screwing in a screw or in a left direction, d. H. counterclockwise in an unscrewing operation e.g. operated to unscrew a screw.
  • Fig. 2 shows further details of the power tool 10 in a further cross section.
  • 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 arranged on the outer surface, the first guide grooves 25v having semicircular sections which are directed outwards with the V-shaped openings.
  • the V-shaped second guide grooves 26z are arranged in an inner surrounding area of the hammer 26h opposite the first guide grooves 25v of the spindle 25.
  • the second guide grooves 26z have a semicircular cross section, the grooves being 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 supported so as to be rotatable by a predetermined angle with respect to a reference position of the spindle 25, and is 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.
  • Striking projections 26w are formed on a front end surface of the hammer 26h in order to generate strikes on the anvil 27 at two positions offset from one another by 180 °. Furthermore, the anvil 27 has striking arms 27d at the two points offset by 180 ° in the circumferential direction ( Fig. 2 ) formed, which absorb the blows of the striking projections 26w of the hammer 26h.
  • the hammer 26h is held on the spindle 25 by the pretensioning force of the compression spring 26b, so that the striking projections 26w of the hammer 26h bear against the striking arms 27d of the anvil 27.
  • the screw When screwing in, the screw can reach a position in the workpiece at which a screw-in resistance exceeds the torque of the hammer 26h.
  • the screw-in resistance is transmitted to the anvil 27 as torque.
  • the hammer 26h is displaced back from the spindle against the biasing force of the compression spring 26b and the striking projections 26w of the hammer sweep over the striking arms 27d of the anvil 27.
  • the striking projections 26w are freed from contact with the striking arms 27d, so that the striking projections 26w can rotate freely at a specified angle.
  • the striking projections 26w of the hammer 26h move over the striking arms 27d of the anvil 27, the hammer accelerates its rotational movement.
  • the biasing force of the compression spring 26b pushes the hammer 26h back towards the anvil 27 within the specified angle, so that the striking projections 26w of the hammer come back into contact with the striking arms 27d of the anvil 27.
  • the impact of the striking projections 26w on the striking arms 27d an increased torque is exerted on the anvil 27 and thus on the receptacle 27t and the screw 61. This process represents an impact operation and is continuously repeated during the impact operation.
  • FIG Figure 3 shows in a schematic representation a circuit arrangement of the power tool 10 of FIG Figure 1 for controlling the electric motor 20, which is designed, for example, as a brushless direct current motor and is driven by a control circuit 40.
  • the electric motor 20 has a rotor 22 with permanent magnets and a stator 23 with drive coils 23C.
  • the control circuit 40 is an electrical circuit for controlling 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 as a function of the switch unit 18s.
  • the three-phase bridge circuit 45 has three output lines 41 which are connected to the corresponding control coils 23c of the electric motor 20.
  • the control circuit 46 is designed to control the switching elements 44 based on signals from magnetic sensors 32 in such a way that an electric current flows sequentially through the drive coils 23c in order to rotate the rotor 22 at a desired speed and / or a desired torque.
  • the control circuit 46 can measure a speed of the electric motor 20 with the aid 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 forwards it to the control circuit 46.
  • the electronic control circuit 46 is connected to a memory 51. Limit values, data, characteristic curves, characteristic maps and / or calculation methods and / or formulas are stored in the memory 51.
  • the control circuit 46 detects the current voltage of the battery 19 with the aid of the measuring device 53.
  • the control circuit 46 can measure the current of the electric motor 20 with an ammeter 54 and / or the speed of the electric motor 20 with a tachometer 29. The current and / or the speed can be used by the control circuit 46 to determine when an impact operation of the power tool begins. For this purpose, there are corresponding thresholds or limit values for the current of the electric motor and the speed of the electric motor in the storage unit 51 stored, which the electric motor 20 exceeds when an impact operation starts.
  • the control circuit 46 is designed to carry out a method for operating the power tool for screwing a screw into a workpiece, the electric motor being driven after activation of the power tool in order to screw the screw into the workpiece, with the screw being screwed in for an initial period a percussion operation of the electric tool, the control circuit 46 the speed of the electric motor is determined, the control circuit 46 determining a speed limit depending on the determined speed, wherein a speed of the electric motor is determined after the initial time, 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 specified speed limit.
  • a map, a characteristic curve, a table or a corresponding calculation method can be used to determine the speed limit.
  • the map, the characteristic curve, the table or the calculation method determine a relationship between the speed measured during the initial period and the speed limit. If the electric motor reaches the speed limit after the initial time, the electric motor 20 is stopped by the control circuit 46 or an electronic clutch is activated for a short period of time and then the electric motor is completely stopped.
  • Fig. 4 shows in a top diagram ( Figure 4a ) the temporal course of the speed U of the electric motor during a screwing-in process, in a middle diagram ( Figure 4b ) the time course of the current I during the screwing-in process and in a diagram below ( Figure 4c ) the variation over time of the voltage V that is applied to the electric motor by the control circuit.
  • the voltage V to the electric motor is increased over time up to a maximum voltage at a first point in time t1.
  • the voltage V gradually increased to maximum voltage.
  • other time profiles can also be selected for the increase in voltage V during the zeroth phase.
  • the speed U of the electric motor increases rapidly, only to slowly decrease again after reaching a maximum speed until the end of the zeroth phase.
  • the current I flowing through the electric motor which is shown in the second diagram ( Figure 4b ), rises rapidly to a maximum value after the voltage is applied to the electric motor and then drops again to a lower value, only to rise slightly by the end of the zeroth phase.
  • the button for operating the power tool is fully pressed. The button remains fully pressed during further operation.
  • the zeroth phase lasts from the zeroth point in time to to the first point in time t1.
  • the first phase After the zeroth phase, there is a first phase.
  • the first phase lasts from the first point in time t1 to the second point in time t2.
  • the screw 53 Both during the zeroth phase and during the first phase, the screw 53, as in the first position 100 of the Fig. 5 is shown drilling with the tip into the workpiece 110.
  • the workpiece 110 is designed, for example, in the form of a metal plate.
  • the current I increases slowly, the applied voltage V remaining constant at the maximum value.
  • the speed U of the electric motor fluctuates slightly during the first phase, only to drop somewhat by the end of the first phase. In contrast to this, the current I through the electric motor increases somewhat towards the end of the first phase 1.
  • the drilling operation is carried out in the workpiece 110 without the need for an impact operation of the power tool.
  • the second phase 2 begins, in which the screw 53 cuts a thread into the workpiece 110. This process requires more torque so that the power tool's striking mechanism is activated and the current through the power tool increases. In addition, the speed drops.
  • the time period for the second phase 2 can be very short and, for example, contain only two or three threads.
  • the second phase 2 lasts from the second point in time t2 to a third point in time t3.
  • a third phase begins at the third point in time t3, in which the screw 53 is screwed into the cut thread of the workpiece 110.
  • the speed increases significantly and the current decreases significantly.
  • the screw resistance is low, so that the speed increases sharply and the current drops sharply.
  • This process state is in a second position 101 Fig. 5 shown.
  • a fourth phase 4 begins at a fourth point in time t4. If the head 115 of the screw 53 reaches the upper side 116 of the workpiece 110, the screw-in resistance increases rapidly and significantly. The impact mode of the power tool is activated again and the screw 53 is tightened with a high torque. During the fourth phase 4, the speed of the electric motor increases again (not shown), similar to the second phase 2, and the current decreases again.
  • the control circuit 46 of the power tool detects that the speed of the electric motor exceeds the determined 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 receptacle of the screw opens.
  • This situation occurs at the end of the fourth phase 4 at a fifth point in time t5.
  • the maximum voltage can be in the range of 3.3 V and drop to a voltage of 2.2 V, for example, after the fourth zone 4.
  • the voltage can be completely switched off or at least fall below a value at which the electric motor is rotating. This value can be in the range of 1.8 V, for example.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of a program sequence for operating the electric motor.
  • the control circuit 46 detects a voltage of the battery 19 with which the electric motor of the power tool is driven. Then at program point 205, the electric motor according to the zeroth phase is Fig. 4 with a increasing voltage. Furthermore, depending on the selected embodiment, at program point 205 the voltage can also be increased to the maximum voltage in one step.
  • the query is made as to whether the current through the electric motor is greater than a fourth comparison value.
  • the fourth comparison value can be between 10 A and 20 A.
  • the query is made as to whether the speed of the electric motor is less than a third comparison value.
  • the third comparison value can be between 8000 and 20,000 revolutions per minute. The third and fourth comparison values are stored in memory 51. If both queries are met, a branch is made to program point 215.
  • a check is made as to whether a percussion operation is present. For this purpose, it is checked whether the time between two beats is less than a first limit value.
  • the first limit value can be in the range between 0.01 seconds and 0.05 seconds.
  • the first limit value is stored in memory 51.
  • the impacts can be recorded acoustically, for example, using sound sensors or determined using the time course of the current through the electric motor. It is also checked whether a standard deviation of the measured speed is smaller than a second limit value.
  • the second limit value can be in the range between 30 and 90.
  • the second limit value is stored in memory 51. If both inquiries from program point 215 are met, a striking operation of the power tool is clearly recognized and a branch is made to program point 220.
  • the limit values are determined experimentally and can vary from power tool to power tool, e.g. vary depending on the type of electric motor.
  • the standard deviation can be calculated using the following formulas:
  • E ( ⁇ ) denotes the expected value.
  • the first time period is divided into a predetermined number of sub-intervals, for example into ten sub-intervals.
  • a standard deviation is then calculated for each sub-interval for the measured values for the speed.
  • An averaged standard deviation for the speed is then determined from the ten standard deviations for the speed by averaging.
  • the speed of the electric motor is recorded. For example, a time profile of the speed and / or individual values of the speed are recorded at time intervals or a maximum value of the speed.
  • a speed limit is then determined at program point 222 as a function of the detected speed.
  • the speed limit can be determined, for example, as a function of the recorded maximum speed, the detected speed values and / or as a function of the time profile 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 for the calculation. 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 also be taken into account.
  • the constant speed value is stored in memory 51.
  • the speed limit can be calculated, for example, from the determined maximum speed by adding the constant speed value.
  • the speed value can e.g. are in the range between 200 and 1000 revolutions per minute.
  • a map, a characteristic curve, a table or a corresponding calculation method can be used, which are stored in the memory.
  • the speed limit is determined as a function of the state of charge of the battery, which was optionally determined at program point 200.
  • the state of charge of the battery can for example be taken into account in the form of a second factor.
  • the determined speed limit corresponds to the second Factor multiplied.
  • the speed of rotation can only be determined at program point 220 after a predetermined waiting time of 0.1 to 0.2 s, for example.
  • a predetermined speed limit can be stored in the memory, which is independent of the speed during impact operation, and which in a simple embodiment is used as the determined speed limit.
  • the second period of time can e.g. lie in the range between 0.1 and 0.3 s.
  • the program branches to program point 230.
  • the control circuit 46 reduces a torque of the electric motor, for example the voltage of the electric motor is reduced and / or a clutch between the electric motor and drive is opened. Subsequently, after a predetermined period of time, a branch can be made from program point 230 to an end point 235 at which the electric motor is switched off or at least the voltage is reduced to such an extent that the electric motor no longer rotates.
  • program point 210 If the query at program point 210 shows that neither the current nor the rotational speed are above or below the given limit values within a given time interval from program point 205, the program branches to program point 240.
  • program point 240 it is checked in a first embodiment whether a change in the speed and / or a change in the current is within predetermined ranges. If this is not the case, a branch is made to program point 230. The specified areas are stored in memory. In addition, a branch is made from program point 240 to program point 230 after a predetermined maximum screw-in time.
  • the maximum screw-in time can be between 0.1 and 0.3 seconds.
  • a check is made at program point 240 to determine whether a percussion operation is present. For this purpose, it is checked whether the time between two beats is less than a first limit value.
  • the first limit value can be in the range between 0.01 seconds and 0.05 seconds.
  • the first limit value is stored in memory 51.
  • the impacts can be recorded acoustically, for example, using sound sensors or determined using the time course of the current through the electric motor. It is also checked whether a standard deviation of the measured speed is smaller than a second limit value.
  • the second limit value can be in the range between 30 and 90.
  • the second limit value is stored in memory 51. If both queries of program point 240 are fulfilled, a striking operation of the power tool is clearly recognized.
  • the limit values are determined experimentally and can vary from power tool to power tool, for example depending on the type of electric motor.
  • a branch is made to program point 230 after a fixed period of, for example, 0.05 to 0.2 seconds.
  • the control circuit 46 reduces the torque of the electric motor, for example the voltage of the electric motor is reduced and / or a clutch between the electric motor and drive is opened.
  • a branch can be made to the end point 235, at which the electric motor is switched off or at least the voltage is reduced to such an extent that the electric motor no longer rotates.
  • the power tool can be designed to indicate whether the method according to program step 215 or the method according to program step 240 is carried out.
  • the method according to program step 215 displays a thick workpiece with a predetermined minimum thickness.
  • the method of 240 displays a workpiece that is thinner than the predetermined minimum thickness.
  • the display can be visual, acoustic or haptic.
  • Program steps 215 and 220 are performed during phase 2 of the Fig. 4 carried out.
  • Program step 225 becomes during phase 4 of Fig. 4 carried out.
  • the program step 240 can during phases 2 to 4 of the Fig. 4 be performed.
  • program point 215 can be dispensed with, so that, starting from program point 210, there is a direct change to program point 220.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrowerkzeuges gemäß Patentanspruch 1, ein Steuergerät fĂźr ein Elektrowerkzeug gemäß Patentanspruch 13 und ein Elektrowerkzeug gemäß Anspruch 14.
    • 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 Fehifunktion abzuschalten. Aus EP 2 576 146 B1 ist ein Verfahren zum Einschrauben einer Schraube bekannt, bei dem die Drehzahl des Elektromotors reduziert wird, wenn der Stromanstieg des Elektromotors einen bestimmten Wert Ăźberschreitet.
    • 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 WerkstĂźck einfacher auszufĂźhren ist, wobei insbesondere eine Beschädigung der Schraube oder des WerkstĂźckes 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 Ăźberschreitet. Versuche haben gezeigt, dass beim Einschrauben einer Schraube in ein WerkstĂźck nach Erreichen einer Sitzposition vor einer Beschädigung der Schraube oder des WerkstĂźckes die Drehzahl des Elektromotors wieder ansteigt. Somit besteht die Idee der Erfindung darin, die Beschädigung des WerkstĂźckes und/oder der Schraube zu verhindern, indem nach der Anfangszeit im Schlagbetrieb bei Erkennen eines Anstieges der Drehzahl des Elektromotors Ăźber 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 AusfĂźhrungsform wird fĂźr eine präzise Anpassung des Verfahrens an die jeweilige Schraubsituation die Drehzahlgrenze während des Einschraubens der Schraube in das WerkstĂźck abhängig von der Drehzahl des Elektromotors beim Einschrauben der Schraube in das WerkstĂźck ermittelt. Dadurch kann fĂźr jede Schraubsituation eine individuelle Drehzahlgrenze ermittelt werden. Somit kann sichergestellt werden, dass der Einschraubvorgang nicht zu frĂźh 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 WerkstĂźckes, insbesondere der Härte des WerkstĂźckes ermittelt werden. Die Drehzahl wird während einer Anfangszeit des Schlagbetriebes beim Einschrauben der Schraube in das WerkstĂźck 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 WerkstĂźckes 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 AusfĂźhrungsform 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 AusfĂźhrungsform kann anstelle der maximalen Drehzahl auch ein Mittelwert der Drehzahl oder mehrere Werte der ermittelten Drehzahl zur Berechnung der Drehzahlgrenze verwendet werden.
  • In einer weiteren AusfĂźhrungsform wird abhängig von Parametern des Elektrowerkzeuges 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 Ăźber einem vierten Vergleichswert liegt. Sowohl der Strom als auch die Drehzahl kĂśnnen als Parameter fĂźr die präzise Erkennung eines Schlagbetriebes verwendet werden.
  • In einer weiteren AusfĂźhrungsform 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 fĂźr 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 AusfĂźhrungsform wird ein WerkstĂźck 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 Ăźber dem vierten Vergleichswert liegt. Dadurch wird eine verbesserte DurchfĂźhrung des Verfahrens erreicht.
  • In einer weiteren AusfĂźhrungsform wird das Drehmoment des Elektromotors nach der Anfangszeit wenigstens reduziert, wenn eine vorgegebene erste Zeitdauer vergangen ist. Auf diese Weise wird eine maximale Obergrenze fĂźr die Zeitdauer des Einschraubvorganges vorgegeben. Dadurch wird eine Sicherheitsgrenze fĂźr die Zeitdauer des Einschraubvorganges festgelegt.
  • In einer weiteren AusfĂźhrungsform wird ein zweites Verfahren zum Begrenzen des Drehmomentes beim Einschrauben einer Schraube mithilfe des Elektrowerkzeuges durchgefĂźhrt, wenn während der Startzeit nach der Aktivierung des Elektrowerkzeuges der Strom durch den Elektromotor unter einem fĂźnften Vergleichswert liegt, wobei bei dem zweiten Verfahren ein Schlagbetrieb des Elektrowerkzeuges nach einer vorgegebenen zweiten Zeitdauer beendet wird. Dieses Verfahren wird insbesondere fĂźr dĂźnne WerkstĂźcke angewendet, wobei beispielsweise die zweite Zeitdauer kĂźrzer als die erste Zeitdauer ist.
  • In einer weiteren AusfĂźhrungsform wird das zweite Verfahren durchgefĂźhrt, 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 WerkstĂźckes erkannt werden, fĂźr das sich das Verfahren gemäß Anspruch 1 weniger eignet.
  • In einer weiteren AusfĂźhrungsform 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 WerkstĂźckes insbesondere bei einem dĂźnnen WerkstĂźck 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 fĂźr das Elektrowerkzeug,
    • Fig. 4 ein Diagramm mit einem zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeit, des Stromes und der Spannung eines Elektromotors fĂźr einen Einschraubvorgang,
    • Fig. 5 eine Schraube in drei verschiedenen Einschraubpositionen in einem WerkstĂźck, 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 11 auf, das einen zylinderfĂśrmigen HauptkĂśrper 12 und einen daran angebrachten Griff 15 aufweist. GegenĂźberliegend zum HauptkĂśrper 12 ist eine Batterie 19 angeordnet. Im HauptkĂśrper 12 ist ein Elektromotor 20 in Form eines bĂźrstenlosen Gleichstrommotors 20 mit einem Planetengetriebe 24, einer Spindel 25, einem Schlagerzeugungsmechanismus 26 und einem Amboss 27 angeordnet. Der Elektromotor 20 dient als Antriebsquelle fĂźr den sich drehenden Schlagerzeugungsmechanismus 26. Die Drehzahl des Elektromotors 20 wird mithilfe des Planetengetriebes 24 reduziert und anschließend auf die Spindel 25 Ăźbertragen. 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 Ăźbertragen. Der Amboss 27 ist drehbar um eine Achse gelagert und wird durch die rotatorische Schlagkraft des Hammers 26h angetrieben. Der Amboss 27 ist durch ein Lager 12j drehbar im Gehäuse 11 gehalten, das an einer Vorderseite des HauptkĂśrper 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 vorgesehen, um Ăźber einen Einsatz eine Schraube 61 aufzunehmen. Die Schraube 61 stellt das Werkzeug dar, das vom Elektrowerkzeug angetrieben wird.
  • Der Griff 15 des Gehäuses 11 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 Schaltereinheit 18s auf, die zum Einschalten oder Ausschalten des Elektrowerkzeuges verwendet wird. Der Trigger 18t wird dazu verwendet, um in Abhängigkeit vom Betätigungsweg des Triggers 18t eine Größe der Ansteuerung des Elektromotors 20 zu erhĂśhen. 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 EinrĂźckzustand 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 Ăźber v-fĂśrmige erste FĂźhrungsnuten 25v, v-fĂśrmige zweite FĂźhrungsnuten 26z und Stahlkugeln 25r verbunden. An einer Frontseite der Spindel 25 sind an der Außenfläche die ersten FĂźhrungsnuten 25v angeordnet, wobei die ersten FĂźhrungsnuten 25v halbkreisfĂśrmige Abschnitte aufweisen, die mit den v-fĂśrmigen Öffnungen nach außen gerichtet sind. Weiterhin sind in einer inneren Umgebungsfläche des Hammers 26h gegenĂźberliegend zu den ersten FĂźhrungsnuten 25v der Spindel 25 die v-fĂśrmigen zweiten FĂźhrungsnuten 26z angeordnet. Die zweiten FĂźhrungsnuten 26z haben einen halbkreisfĂśrmigen Querschnitt, wobei die Nuten in eine Vorwärtsrichtung geĂśffnet sind. Die Stahlkugeln 25r sind zwischen den ersten FĂźhrungsnuten 25v und den zweiten FĂźhrungsnuten 26z angeordnet. 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 gegenĂźber 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 SchlagvorsprĂźnge 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 SchlagvorsprĂźnge 26w des Hammers 26h aufnehmen. Der Hammer 26h wird durch die Vorspannkraft der Druckfeder 26b an der Spindel 25 gehalten, sodass die SchlagvorsprĂźnge 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 Ăźber die SchlagvorsprĂźnge 26w und die Schlagarme 27d Ăźbertragen. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Schraube in einem Schlagbetrieb in ein WerkstĂźck eingedreht werden.
  • Die Schraube kann beim Eindrehen eine Position im WerkstĂźck erreichen, an der ein Einschraubwiderstand das Drehmoment des Hammers 26h Ăźbersteigt. Der Einschraubwiderstand wird als Drehmoment auf den Amboss 27 Ăźbertragen. Als Ergebnis wird der Hammer 26h gegen die Vorspannkraft der Druckfeder 26b von der Spindel zurĂźck versetzt und die SchlagvorsprĂźnge 26w des Hammers Ăźberstreichen die Schlagarme 27d des Ambosses 27. Dabei werden die SchlagvorsprĂźnge 26w von der Anlage an den Schlagarmen 27d befreit, sodass sich die SchlagvorsprĂźnge 26w einen festgelegten Winkel frei drehen kĂśnnen. Wenn sich die SchlagvorsprĂźnge 26w des Hammers 26h Ăźber 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 gedrĂźckt, sodass die SchlagvorsprĂźnge 26w des Hammers wieder in Kontakt gelangen mit den Schlagarmen 27d des Ambosses 27. Durch den Aufschlag der SchlagvorsprĂźnge 26w auf die Schlagarme 27d wird ein erhĂśhtes Drehmoment auf den Amboss 27 und damit auf die Aufnahme 27t und die Schraube 61 ausgeĂźbt. 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 bĂźrstenloser 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 DreiphasenbrĂźckenschaltung 45 auf, die sechs Schaltelemente 44 beispielsweise in Form von Feldeffekttransistoren aufweist. Weiterhin ist eine Steuerschaltung 46 vorgesehen, die die Schaltelemente 44 der DreiphasenbrĂźckenschaltung 45 in Abhängigkeit von der Schaltereinheit 18s ansteuert.
  • Die DreiphasenbrĂźckenschaltung 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 gewĂźnschten Drehzahl und/oder einem gewĂźnschten 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 kĂśnnen von der Steuerschaltung 46 verwendet werden, um festzustellen, wann ein Schlagbetrieb des Elektrowerkzeuges beginnt. Dazu sind entsprechende Schwellen bzw. Grenzwerte fĂźr den Strom des Elektromotors und die Drehzahl des Elektromotors im Speieher 51 abgelegt, die der Elektromotor 20 Ăźberschreitet, wenn ein Schlagbetrieb startet.
  • Die Steuerschaltung 46 ist ausgebildet, um ein Verfahren zum Betreiben des Elektrowerkzeuges zum Einschrauben einer Schraube in ein WerkstĂźck auszufĂźhren, wobei nach einer Aktivierung des Elektrowerkzeuges der Elektromotor angetrieben wird, um die Schraube in das WerkstĂźck 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 Ăźberschreitet.
  • FĂźr 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 fĂźr 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 t0 wird in einer nullten Phase die Spannung V an den Elektromotor mit der Zeit bis zu einer Maximalspannung zu einem ersten Zeitpunkt t1 erhĂśht. In dem dargestellten AusfĂźhrungsbeispiel wird die Spannung V stufenweise bis zur Maximalspannung erhĂśht. Abhängig von der gewählten AusfĂźhrungsform kĂśnnen auch andere zeitliche Verläufe fĂźr die ErhĂśhung der Spannung V während der nullten Phase gewählt werden. In der Anfangsphase steigt die Drehzahl U des Elektromotors schnell an, um nach Erreichen einer maximalen 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 Elektrowerkzeuges vollständig gedrĂźckt. Auch beim weiteren Betrieb bleibt der Taster vollständig gedrĂźckt. 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 WerkstĂźck 110 hineinbohrt. Das WerkstĂźck 110 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 WerkstĂźck 110 ausgefĂźhrt, ohne dass ein Schlagbetrieb des Elektrowerkzeuges erforderlich ist. Nachdem die Schraube 53 das WerkstĂźck 110 durchbohrt hat, beginnt die zweite Phase 2, bei der die Schraube 53 ein Gewinde in das WerkstĂźck 110 schneidet. Dieser Prozess erfordert ein hĂśheres Drehmoment, sodass der Schlagmechanismus des Elektrowerkzeuges aktiviert wird und der Strom durch das Elektrowerkzeug ansteigt. Zudem sinkt die Geschwindigkeit ab. Abhängig von der Dicke des WerkstĂźckes 110 kann die Zeitdauer fĂźr 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 WerkstĂźck 110 durch die Schraube 53 eingeschnitten ist, beginnt beim dritten Zeitpunkt t3 eine dritte Phase, bei der die Schraube 53 in das geschnittene Gewinde des WerkstĂźcks 110 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 115 der Schraube 53 eine Oberseite 116 des WerkstĂźcks 110, wie in der dritten Position 102 der Fig. 5 dargestellt, so beginnt zu einem vierten Zeitpunkt t4 eine vierte Phase 4. Erreicht der Kopf 115 der Schraube 53 die Oberseite 116 des WerkstĂźckes 110, 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. Während der vierten Phase 4 steigt die Drehzahl des Elektromotors ähnlich wie in der zweiten Phase 2 erneut an (nicht dargestellt) 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 Ăźberschreitet, sodass die Steuerschaltung 46 die Spannung fĂźr den Elektromotor reduziert und/oder eine Kupplung zwischen dem Elektromotor und der Aufnahme der Schraube Ăśffnet. Diese Situation tritt am Ende der vierten Phase 4 bei einem fĂźnften Zeitpunkt t5 auf. Abhängig von der gewählten AusfĂźhrungsform 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 Programmpunkt 205 der Elektromotor gemäß der nullten Phase der Fig. 4 mit einer ansteigenden Spannung versorgt. Weiterhin kann abhängig von der gewählten AusfĂźhrungsform bei Programmpunkt 205 die Spannung auch in einem Schritt auf die Maximalspannung erhĂśht 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 erfĂźllt, so wird zu Programmpunkt 215 verzweigt.
  • Bei Programmpunkt 215 wird ĂźberprĂźft, ob ein Schlagbetrieb vorliegt. Dazu wird ĂźberprĂźft, 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 kĂśnnen beispielsweise anhand von Schallsensoren akustisch erfasst werden oder anhand des zeitlichen Verlaufes des Stroms durch den Elektromotor ermittelt werden. Zudem wird ĂźberprĂźft, 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 erfĂźllt sind, ist eindeutig ein Schlagbetrieb des Elektrowerkzeuges erkannt und es wird zu Programmpunkt 220 verzweigt. Die Grenzwerte werden experimentell ermittelt und kĂśnnen von Elektrowerkzeug zu Elektrowerkzeug z.B. abhängig von der Art des Elektromotors variieren.
  • Die Standardabweichung kann beispielsweise nach folgenden Formeln berechnet werden:
    Die Standardabweichung σX einer Zufallsvariablen X ist definiert als die Quadratwurzel der Varianz Var(X): σ X : = Var X .
    Figure imgb0001
  • Dabei ist die Varianz Var X = E X − E X 2 = E X 2 − E X 2
    Figure imgb0002
     von X stets größer oder gleich 0. Das Symbol E(·) bezeichnet den Erwartungswert.
  • Bei einer zweiten Berechnungsart wird die erste Zeitdauer in eine vorgegebene Anzahl von Teilintervallen unterteilt, beispielsweise in zehn Teilintervalle. Anschließend wird fĂźr jedes Teilintervall fĂźr die gemessenen Werte fĂźr die Drehzahl eine Standardabweichung berechnet. Anschließend wird aus den zehn Standardabweichungen fĂźr die Drehzahl durch eine Mittelwertbildung eine gemittelte Standardabweichung fĂźr die Drehzahl ermittelt.
  • Beim folgenden Programmpunkt 220 wird die Drehzahl des Elektromotors erfasst. 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 berĂźcksichtigt 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 Berechnungsverfahren zurĂźckgegriffen werden, die im Speicher abgelegt sind.
  • Die Drehzahlgrenze wird in einer AusfĂźhrungsform abhängig vom Ladezustand der Batterie ermittelt, der bei Programmpunkt 200 optional ermittelt wurde. Der Ladezustand der Batterie kann beispielsweise in Form eines zweiten Faktors berĂźcksichtigt werden. Somit wird die ermittelte Drehzahlgrenze mit dem zweiten Faktor multipliziert. Abhängig von der gewählten AusfĂźhrungsform 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 AusfĂźhrung im Speicher eine vorgegebene Drehzahlgrenze abgelegt sein, die unabhängig von der Drehzahl während des Schlagbetriebes ist, und die in einer einfachen AusfĂźhrung als ermittelte Drehzahlgrenze verwendet wird.
  • Bei einem folgenden Programmpunkt 225 wird ĂźberprĂźft, ob die aktuell ermittelte oder gemessene Drehzahl des Elektromotors die ermittelte Drehzahlgrenze Ăźberschreitet, 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 erfĂźllt, 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 geĂśffnet. 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 Ăźber bzw. unterschreiten, so wird zu Programmpunkt 240 verzweigt.
  • Zudem kann abhängig von der gewählten AusfĂźhrung zusätzlich zur ÜberprĂźfung, ob weder der Strom noch die Drehzahl die vorgegebenen Grenzwerte Ăźber bzw. unterschreiten auch noch ĂźberprĂźft werden, ob eine vorgegebene Drehzahländerung und/oder eine vorgegebene Stromänderung vorliegt. Die Werte fĂźr die vorgegebene Drehzahländerung und/oder die vorgegebene Stromänderung sind im Speicher 51 abgelegt. In dieser AusfĂźhrungsform wird erst dann zu Programmpunkt 240 verzweigt, weder der Strom noch die Drehzahl die vorgegebenen Grenzwerte Ăźber bzw. unterschreiten und die vorgegebene Drehzahländerung und/oder die vorgegebene Stromänderung vorliegen.
  • Bei Programmpunkt 240 wird in einer ersten AusfĂźhrung ĂźberprĂźft, 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 bereich von 0,1 und 0,3 Sekunden liegen.
  • In einer weiteren AusfĂźhrung wird bei Programmpunkt 240 ĂźberprĂźft werden, ob ein Schlagbetrieb vorliegt. Dazu wird ĂźberprĂźft, 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 kĂśnnen beispielsweise anhand von Schallsensoren akustisch erfasst werden oder anhand des zeitlichen Verlaufes des Stroms durch den Elektromotor ermittelt werden. Zudem wird ĂźberprĂźft, 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 erfĂźllt sind, ist eindeutig ein Schlagbetrieb des Elektrowerkzeuges erkannt. Die Grenzwerte werden experimentell ermittelt und kĂśnnen 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 geĂśffnet. 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 AusfĂźhrungsform das Elektrowerkzeug ausgebildet sein, um anzuzeigen, ob das Verfahren gemäß Programmschritt 215 oder das Verfahren gemäß Programmschritt 240 durchgefĂźhrt wird. Das Verfahren gemäß Programmschritt 215 zeigt ein dickes WerkstĂźck mit einer vorgegebenen Mindestdicke an. Das Verfahren gemäß 240 zeigt ein WerkstĂźck an, das dĂźnner 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 durchgefĂźhrt. Der Programmschritt 225 wird während der Phase 4 der Fig. 4 durchgefĂźhrt. Der Programmschritt 240 kann während der Phasen 2 bis 4 der Fig. 4 durchgefĂźhrt werden.
  • Abhängig von der gewählten AusfĂźhrungsform kann in einer einfachen AusfĂźhrung 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 AusfĂźhrungsform bei Programmpunkt 215 zur Erkennung eines Schlagbetriebes auch nur der Zeitpunkt zwischen zwei Schlägen des Schlagbetriebes oder die Standardabweichung der Drehzahl des Elektromotors fĂźr die Erkennung eines Schlagbetriebes verwendet werden.
  • Zudem kann abhängig von der gewählten AusfĂźhrungsform auf Programmpunkt 215 verzichtet werden, sodass ausgehend von Programmpunkt 210 direkt zu Programmpunkt 220 gewechselt wird.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Elektrowerkzeuges, welches mit einem Schlagerzeugungsmechanismus zum Erzeugen einer rotatorischen Schlagkraft ausgestattet ist, zum Einschrauben einer selbstbohrenden und gewindeschneidenden Schraube in ein WerkstĂźck,
    wobei nach einer Aktivierung des Elektrowerkzeuges ein Elektromotor angetrieben wird, um die Schraube in das WerkstĂźck zu schrauben,
    wobei während des Einschraubens der Schraube in einer nullten Phase (t0<t<t1) ein Drehzahlanstieg erfolgt, wobei eine Drehzahl des Elektromotors schnell ansteigt, um nach Erreichen einer maximalen Drehzahl bis zum Ende der nullten Phase etwas abzufallen,
    wobei in einer nachfolgenden ersten Phase (t1<t<t2) die Drehzahl des Elektromotors leicht schwankt, um bis zum Ende der ersten Phase etwas abzufallen,
    wobei in einer nachfolgenden zweiten Phase (t2<t<t3) der Schlagerzeugungsmechanismus aktiviert wird, sodass die Schraube ein Gewinde in das WerkstĂźck schneidet, und die Drehzahl des Elektromotors sinkt,
    wobei in einer nachfolgenden dritten Phase (t3<t<t4) die Drehzahl des Elektromotors stark ansteigt und der Schlagerzeugungsmechanismus deaktiviert wird,
    wobei in einer nachfolgenden vierten Phase (t4<t<t5) der Schlagerzeugungsmechanismus aktiviert wird, und während einer vorgegebenen Anfangszeit des Schlagbetriebes des Elektrowerkzeuges die Drehzahl des Elektromotors ermittelt wird, wobei nach der Anfangszeit die Drehzahl des Elektromotors ermittelt wird, und am Ende der vierten Phase ein Drehmoment des Elektromotors wenigstens reduziert wird, wenn die ermittelte Drehzahl des Elektromotors eine vorgegebene Drehzahlgrenze ßberschreitet,
    und wobei eine Spannung des Elektromotors in der nullten Phase bis zu einer Maximalspannung am Ende der nullten Phase erhÜht wird und die Spannung bis zum Ende der vierten Phase im Wesentlichen konstant gehalten wird, am Ende der vierten Phase die Spannung reduziert und/oder eine Kupplung zwischen dem Elektromotor und einer Aufnahme der Schraube Üffnet, und nach einer vorgegebenen Auslaufzeit die Spannung vollständig abgeschaltet wird oder wenigstens unter einen Wert fällt, bei dem sich der Elektromotor dreht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, 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.
  3. Verfahren nach einem der Ansprßche 1 oder 2, wobei bei der Ermittlung der Drehzahlgrenze zusätzlich ein vorgegebener Drehzahlwert berßcksichtigt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprßche 1 bis 3, wobei die Anfangszeit während des Schlagbetriebes erkannt wird, wenn während einer Startzeit nach der Aktivierung des Elektrowerkzeuges die Drehzahl unter einem dritten Vergleichswert liegt und der Strom durch den Elektromotor ßber einem vierten Vergleichswert liegt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Anfangszeit während des Schlagbetriebes erkannt wird, wenn zusätzlich ein gemessener zeitlicher Abstand zwischen zwei Schlägen des Schiagbetriebes unter einem ersten Vergleichswert liegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, 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.
  7. Verfahren nach einem der Ansprßche 5 bis 6, wobei ein Werkstßck 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 ßber dem vierten Vergleichswert liegt, und wobei das Vorliegen eines Werkstßckes mit der Mindestdicke durch das Elektrowerkzeug angezeigt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden AnsprĂźche, wobei nach der Anfangszeit ein Drehmoment des Elektromotors wenigstens reduziert wird, wenn eine vorgegebene erste Zeitdauer vergangen ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein zweites Verfahren durchgefßhrt wird, wenn während der Startzeit nach der Aktivierung des Elektrowerkzeuges der Strom durch den Elektromotor unter einem fßnften Vergleichswert liegt, wobei bei dem zweiten Verfahren ein Schlagbetrieb des Elektrowerkzeuges nach einer vorgegebenen zweiten Zeitdauer beendet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, 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.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei nach der Anfangszeit ein Drehmoment des Elektromotors wenigstens reduziert wird, wenn eine Änderung der ermittelten Drehzahl des Elektromotors außerhalb eines vorgegebenen Drehzahlbereiches liegt und/oder eine Änderung des ermittelten Stromes außerhalb eines vorgegebenen Strombereiches liegt.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden AnsprĂźche, wobei der Elektromotor von einer Batterie angetrieben wird, wobei die Ermittlung der Drehzahlgrenze eine Spannung der Batterie berĂźcksichtigt.
  13. Steuergerät, das ausgebildet ist, um ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprßche auszufßhren.
  14. Elektrowerkzeug mit einem Schlagerzeugungsmechanismus zum Erzeugen einer rotatorischen Schlagkraft und mit einem Steuergerät nach Anspruch 13.
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