EP3600781B1 - Vorausschauendes überprüfen eines elektrischen handwerkzeugs - Google Patents

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EP3600781B1
EP3600781B1 EP18711066.3A EP18711066A EP3600781B1 EP 3600781 B1 EP3600781 B1 EP 3600781B1 EP 18711066 A EP18711066 A EP 18711066A EP 3600781 B1 EP3600781 B1 EP 3600781B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hand tool
determined
failure probability
load
failure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP18711066.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3600781A1 (de
Inventor
Andre Ullrich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3600781A1 publication Critical patent/EP3600781A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3600781B1 publication Critical patent/EP3600781B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a method according to claim 1.
  • An electric hand tool for example a cordless screwdriver or a hammer drill, is set up to perform a mechanical task using electrical energy.
  • the hand tool is subject to wear that depends on its load. In general, the wear is greater the longer the load lasts and the stronger it is. However, it is not easy to determine when the wear is so great that the hand tool is no longer functional. An average operating time or the age of the hand tool have not proven to be reliable parameters.
  • Indicators are used on some power tools to announce or avoid failure or impending failure of an element.
  • a carbon brush of an electric motor can have a wear contact that lights up an LED when the carbon brush is worn out.
  • EP 1 398 119 A1 proposes using a safety system in an electric hand tool in which a probability of the hand tool jamming is calculated and, if this probability is above a certain value, triggering a disconnection mechanism.
  • An object underlying the invention is to provide an improved technique for checking an electric hand tool.
  • the invention solves this problem by means of the subject matter of the independent claims. Subclaims reflect preferred embodiments.
  • a method for checking an electric hand tool comprises the steps of detecting a load on the electric hand tool; determining a probability of failure of the electric hand tool based on the load; and issuing an indication if the probability of failure exceeds a predetermined threshold.
  • a user of the hand tool can be given early warning of an imminent failure of the hand tool.
  • a repair or maintenance measure can be initiated early, so that the availability of the hand tool is improved.
  • Different threshold values can be specified for different purposes. If the hand tool is used, for example, in the rescue service, the threshold value can be chosen to be lower than if the hand tool is intended for use by a do-it-yourselfer.
  • the probability of failure is determined in relation to a predetermined statistical usability.
  • the usability can indicate what power is provided by the electrical hand tool.
  • the usability can include a mechanical performance, for example. For example, an indication can be issued if the probability that the usability is less than 80% is greater than 95%. By considering the usability, a normal wear process of the hand tool can be mapped in an improved way.
  • different usabilities can be predetermined and different notices can be output when the associated usability is no longer met with the determined probability of failure. For example, an advance notice, an announcement and an indication that the hand tool should be serviced can be given in succession.
  • the failure probability of an element of the electric hand tool is determined and the failure probability of the electric hand tool is determined on the basis of the determined failure probability.
  • the element can in particular comprise an assembly or a component.
  • the failure probabilities of a number of elements can also be considered and linked to one another.
  • a user of the hand tool can be given a recommendation as to which maintenance or repair work is required.
  • the probability of an unexpected failure can thus be significantly reduced. Repair costs can be reduced.
  • damage to parts that are not directly visible or damage caused by invisible wear and tear e.g. cracking
  • the probability of at least one concrete damage to the hand tool can be determined and the probability of failure of the hand tool can be determined on the basis of this probability.
  • an irreversibly demagnetized motor for example, an irreversibly demagnetized motor, a breakage of a locking body, a bending or breakage of a switching disc in a tool lock, wear of a pressed-in pinion, excessive clutch torque, wear of a contact holder, discharge of a battery in a communication module, a failure of a sensor, an aging or defective energy store or a fault in the overall system of the electric hand tool are taken into account.
  • the load and function information of the electric hand tool is transmitted to a central instance, with the probability of failure of the electric hand tool being determined on the basis of load and function information from a large number of comparable electric tools.
  • a computer program product includes program code means for performing the method described above when the computer program product runs on a processing device or is stored on a computer-readable data medium.
  • a control device for an electric hand tool comprises a scanning device for detecting a load on the electric hand tool; processing means for determining a probability of failure of the electric hand tool based on the load; and an output device for outputting an indication if the probability of failure exceeds a predetermined threshold value.
  • control device can be set up to partially or completely carry out the method described above.
  • processing device may comprise a programmable microcomputer and the method described above may be in the form of a computer program product for execution on the processing device. Additional features and advantages of the method can therefore also apply to the control device and vice versa.
  • control device has a communication device for coupling to a further device.
  • additional device can include the central entity mentioned above. Part of the determination of the probability of failure can be carried out by the central entity.
  • the further device comprises, for example, a mobile telephone, a portable or a permanently installed computer.
  • the additional device can be set up to connect to the central instance.
  • the notification is output on the additional device. To this end, part of the method described above, in particular determining the probability of failure, can be carried out by the additional device.
  • a central instance is set up to receive load and functional information from a large number of mutually comparable electrical hand tools and on the basis of the received information Information and the load on an electric hand tool to determine its probability of failure.
  • FIG 1 shows a schematic representation of an electric hand tool 100.
  • the hand tool 100 preferably comprises a hand-held tool and is electrically operable.
  • the hand tool 100 includes an electrical energy store 105, but in another embodiment a cable connection to an electrical supply network can also be provided.
  • the hand tool 100 shown is designed purely as an example as a hand-held electric hammer drill.
  • Other possible power tools include a cordless screwdriver, a saw, lawn edgers, hedge trimmers, a hand lamp, or an electric kitchen tool such as an electric mixer.
  • the hand tool 100 comprises an electric motor 110 which acts on a drill chuck 120 via a gear 115 .
  • a drill or a chisel can be clamped in the drill chuck 120 .
  • the transmission 115 can include a clutch or a percussion mechanism. In one embodiment, it is a manual transmission with multiple selectable gears.
  • a control device 125 is set up to the To control function of the hand tool 100, in particular a current flow through the electric motor 110, depending on a user control.
  • control device 125 preferably includes a processing device 130, which in particular can include a programmable microcomputer or microcontroller.
  • the processing device 130 is connected to at least one sensor 135 which is set up to provide load information on the hand tool 100 .
  • the sensor 135 can in particular include a temperature sensor, an acceleration sensor or a current sensor.
  • a running time, a load cycle, a charging cycle, a power consumption, a load profile, a temperature profile or other suitable load data in the hand tool 100 can be recorded by means of the one or more sensors 135 .
  • the control device 125 is preferably set up to store and/or further process or interpret the recorded information.
  • control device 125 be set up to determine a probability of failure of a component, an assembly or the entire hand tool 100 on the basis of the load information and predetermined usability information of individual elements of the hand tool 100 .
  • statistical methods can be used which relate a specific load on the hand tool 100 to empirically or otherwise recorded correlations between loads and failures of comparable hand tools 100 .
  • a probability of failure of an element or of the entire hand tool 100 can be determined based on recorded load information by comparing how many other electric hand tools 100 have remained sufficiently functional under similar loads. It can be varied what exactly is to be understood by sufficiently functional.
  • a decrease in the mechanical power that can be provided at the drill chuck 120 indicate a need for maintenance of the hand tool 100 by a predetermined proportion with a further predetermined probability.
  • a probability of failure of the electric hand tool 100 can be determined on the basis of known loads to be endured by elements of the hand tool 100 or of the entire hand tool 100, for example in the form of statistical failure probabilities B1, B10, median and so on. In particular, successively more urgent warnings can be issued if the probability of failure successively exceeds increasing threshold values or falls below decreasing statistical usability.
  • An output device 140 can be set up for optical, acoustic and/or haptic notification of a user if the probability of failure determined under the selected conditions exceeds a predetermined threshold value.
  • a communications module 145 is provided for coupling to an external device.
  • FIG 2 shows a system 200 with an electric hand tool 100.
  • hand tools 100 are shown as examples, here by way of example a hammer drill and a cordless screwdriver.
  • the electric hand tool 100 is wirelessly coupled to another device by means of a communication module 145 .
  • the additional device can in particular include a device that can be controlled by the user of the hand tool 100, for example a mobile phone ("smartphone"), a portable computer (“tablet computer”, “laptop”) or a stationary computer (“desktop computer”).
  • a communication between the hand tool 100 and the user computer 205 can take place in particular by means of WLAN, Bluetooth, WiMAX, NFC or a similar technology.
  • the user computer 205 can be in communication with a central authority 210 .
  • the central entity 210 is preferably set up to record load and functional information from a large number of hand tools 100 and store it in a data memory 215 .
  • the probability of a hand tool 100 failing given the load information and possibly a predetermined usability of the hand tool 100 it can be determined, for example, the probability of a hand tool 100 failing given the load information and possibly a predetermined usability of the hand tool 100 .
  • a failure of an element of the hand tool 100 can be predicted on the basis of the information mentioned.
  • specific damage to the hand tool 100 can be better diagnosed or predicted on the basis of the information received.
  • An influence of the damage on a probability of failure or usability of the hand tool 100 can be determined accordingly.
  • these determinations can be made by the central instance 210, by the user computer 205 or by the hand tool 100.
  • the hand tool 100 is connected directly to the central instance 210 and the user computer 205 is omitted. Irrespective of the connection between the hand tool 100 and the central entity 210 , a determination result can also be output on the user computer 205 .
  • the output can include a visual, audible, or tactile cue.
  • figure 3 shows a flowchart of a method 300 for checking an electric hand tool 100.
  • the method 300 can be carried out partially or completely by the hand tool 100, the user computer 205 or the central instance 210 in different embodiments.
  • a step 305 information about a load on the hand tool 100 is recorded.
  • the detection can include the scanning of information by means of the sensor 135 or the storage of operating parameters by the control device 125 .
  • a course of loads over time is optionally determined.
  • a probability of failure of an element or of the entire hand tool 100 can be determined.
  • the probability of the existence of a predetermined damage can be determined.
  • the damage can affect multiple elements of the hand tool 100 .
  • predetermined degrees of wear of different elements together can result in a damage pattern.
  • a possible damage includes an irreversibly demagnetized electric motor 110.
  • the magnetic field strength of a permanent magnet of the electric motor 110 can drop.
  • a mechanical power that can be provided at the drill chuck 120 can be reduced as a result.
  • Further damage may include the breaking of a locking body, a bending or breaking of an indexing disc, or other mechanical deformation or wear of an element of the gearbox 115 or the drill chuck 120. Such damage can be determined based on vibration information during use of the hand tool 100, for example.
  • Another damage includes the wear of a pressed-in pinion, which can also be determined on the basis of vibration information, or the exceeding of a predetermined threshold value by a clutch torque.
  • the transmission 115 can include a clutch and a torque that is transmitted via the clutch can be determined, for example, by means of a torque sensor 135 .
  • An aging or defective electrical energy store 105 the capacity of which is reduced due to aging or a defect, can also be determined as an error pattern.
  • a probability of failure of the hand tool 100 can be determined.
  • the probability of failure can be based in particular on previously determined information and more preferably on the basis statistical knowledge about a large number of comparable hand tools 100 can be determined.
  • step 335 a corresponding message can be output.
  • the notification can be presented by the hand tool 100 or the user computer 205 in different embodiments.
  • the failure probability is determined on the basis of as much statistical information as possible from similar or identically constructed hand tools 100 .
  • the information recorded in steps 305 or 310 can therefore be transmitted to the central entity 210 in a step 340 .
  • the information can be compared with information available from the central entity 210 .
  • a result of the comparison can be sent back in a step 350 .
  • selected information can also be transmitted from the central entity 210 to the handheld tool 100, and the handheld tool can compare the local information with the information received itself.
  • figure 4 shows a diagram 400.
  • a time up to a mechanical failure is plotted in the horizontal direction and a failure probability is plotted in the vertical direction.
  • the information presented is to be considered as exemplary for a given electric hand tool 100 .
  • the time scale is inverse logarithmic and the probability scale is logarithmic. Both scales are given as examples and only for qualitative illustration. Exemplary statistical characteristics include: Shape: 5.18 Scale: 86.58 Average: 79.66 StdDev: 17.67 Median: 80.67 IQR: 24:15 Failure: 5 Censor: 1 AD* 9:19 Correlation: 0.94
  • a Weibull distribution of failures is assumed. At a first point 405, the B10 failure probability is approximately 47 hours with a confidence level of 85%. An average lifespan (median) is around 80 hours.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)
  • Portable Power Tools In General (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
    • Stand der Technik
  • Ein elektrisches Handwerkzeug, beispielsweise ein Akkuschrauber oder ein Bohrhammer, ist dazu eingerichtet, eine mechanische Aufgabe unter Verwendung elektrischer Energie auszuführen. Dabei unterliegt das Handwerkzeug einem Verschleiß, der von seiner Belastung abhängt. Allgemein ist der Verschleiß umso größer, je länger die Belastung anhält und je stärker sie ist. Wann der Verschleiß so groß ist, dass das Handwerkzeug nicht mehr funktionsfähig ist, kann jedoch nicht auf einfache Weise bestimmt werden. Eine durchschnittliche Betriebsdauer oder das Alter des Handwerkzeugs haben sich nicht als zuverlässige Parameter erwiesen.
  • An manchen Elektrowerkzeugen werden Indikatoren eingesetzt, um einen Ausfall oder drohenden Ausfall eines Elements anzukündigen bzw. zu meiden. Beispielsweise kann eine Kohlebürste eines Elektromotors einen Verschleißkontakt aufweisen, der eine LED aufleuchten lässt, wenn die Kohlebürste verschlissen ist.
  • DE 10 2013 016 068 A1 schlägt vor, Zustandsdaten eines Werkzeugs zu ermitteln und am Werkzeug auszugeben.
  • DE 101 56 218 A1 offenbart ein Verfahren zum Überprüfen eines elektrischen Handwerkzeugs, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
    • Erfassen einer Belastung des elektrischen Handwerkzeugs;
    • Bestimmen einer Ausfallwahrscheinlichkeit (Vorhersage über störungsfreie Betriebsdauer) des elektrischen Handwerkzeugs auf der Basis der Belastung; und
    • Ausgeben eines Hinweises, falls die Ausfallwahrscheinlichkeit einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
  • EP 1 398 119 A1 schlägt vor, ein Sicherheitssystem in einem elektrischen Handwerkzeug einzusetzen, bei dem eine Wahrscheinlichkeit für ein Blockieren des Handwerkzeugs berechnet wird und wenn diese Wahrscheinlichkeit über einem bestimmten Wert liegt, einen Trennungsmechanismus auszulösen.
  • Verschiedene weitere Ansätze beziehen sich auf die Vorhersage des Ausfalls eines Elements.
  • Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Technik zur Überprüfung eines elektrischen Handwerkzeugs bereitzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Ein Verfahren zum Überprüfen eines elektrischen Handwerkzeugs umfasst Schritte des Erfassens einer Belastung des elektrischen Handwerkzeugs; des Bestimmens einer Ausfallwahrscheinlichkeit des elektrischen Handwerkzeugs auf der Basis der Belastung; und des Ausgebens eines Hinweises, falls die Ausfallwahrscheinlichkeit einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
  • Ein Benutzer des Handwerkzeugs kann frühzeitig vor einem drohenden Ausfall des Handwerkzeugs gewarnt werden. Eine Reparatur- oder Wartungsmaßnahme kann frühzeitig eingeleitet werden, sodass die Verfügbarkeit des Handwerkzeugs verbessert ist. Für unterschiedliche Zwecke können unterschiedliche Schwellenwerte vorgegeben werden. Wird das Handwerkzeug beispielsweise im Rettungsdienst verwendet, so kann der Schwellenwert niedriger gewählt werden als wenn das Handwerkzeug für den Gebrauch eines Heimwerkers bestimmt ist.
  • Es ist besonders bevorzugt, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit bezüglich einer vorbestimmten statistischen Nutzbarkeit bestimmt wird. Die Nutzbarkeit kann angeben, welche Leistung von dem elektrischen Handwerkzeug erbracht wird.
  • Die Nutzbarkeit kann beispielsweise eine mechanische Leistung umfassen. Beispielsweise kann ein Hinweis ausgegeben werden, wenn die Wahrscheinlichkeit, dass die Nutzbarkeit kleiner als 80 % ist, über 95 % liegt. Durch Berücksichtigung der Nutzbarkeit kann ein üblicher Verschleißprozess des Handwerkzeugs verbessert abgebildet werden.
  • Es können insbesondere unterschiedliche Nutzbarkeiten vorbestimmt sein und unterschiedliche Hinweise ausgegeben werden, wenn die zugeordnete Nutzbarkeit mit der bestimmten Ausfallwahrscheinlichkeit nicht mehr erfüllt ist. Beispielsweise können nacheinander eine Vorankündigung, eine Ankündigung und ein Hinweis darauf ergehen, dass das Handwerkzeug einer Wartung unterzogen werden sollte.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Ausfallwahrscheinlichkeit eines Elements des elektrischen Handwerkzeugs bestimmt und die Ausfallwahrscheinlichkeit des elektrischen Handwerkzeugs wird auf der Basis der bestimmten Ausfallwahrscheinlichkeit bestimmt. Das Element kann insbesondere eine Baugruppe oder ein Bauelement umfassen. In einer weiteren Ausführungsform können auch die Ausfallwahrscheinlichkeiten mehrerer Elemente betrachtet und miteinander verknüpft werden.
  • Auf diese Weise kann einem Benutzer des Handwerkzeugs auf der Basis der Ausfallwahrscheinlichkeit eines oder mehrerer Elemente eine Empfehlung gegeben werden, welche Wartungs- oder Reparatureingriffe erforderlich sind. Die Wahrscheinlichkeit eines unerwarteten Ausfalls kann so deutlich gesenkt werden. Reparaturkosten können gesenkt werden. Insbesondere kann verhindert werden, dass durch die Verwendung des bereits teilweise verschlissenen oder beschädigten Handwerkzeugs ein Folgeschaden eintritt, der zu zusätzlichen Aufwänden führen kann. So können insbesondere Schäden an nicht direkt sichtbaren Teilen oder Schäden durch unsichtbaren Verschleiß (z. B. Rissbildung) berücksichtigt werden.
  • Es ist besonders bevorzugt, dass mehrere Arten von Belastungsinformationen aufgenommen werden. Dabei können die Wahrscheinlichkeit wenigstens eines konkreten Schadens des Handwerkzeugs bestimmt und die Ausfallwahrscheinlichkeit des Handwerkzeugs auf der Basis dieser Wahrscheinlichkeit bestimmt werden.
  • In unterschiedlichen bevorzugten Ausführungsformen können beispielsweise ein irreversibel entmagnetisierter Motor, ein Bruch eines Sperrkörpers, eine Verbiegung oder ein Bruch einer Schaltscheibe in einer Werkzeugverriegelung, ein Verschleiß eines eingepressten Ritzels, ein übermäßiges Kupplungsmoment, ein Verschleiß eines Kontakthalters, eine Entladung einer Batterie in einem Kommunikationsmodul, ein Ausfall eines Sensors, ein alternder oder defekter Energiespeicher oder ein Fehler im Gesamtsystem des elektrischen Handwerkzeugs berücksichtigt werden.
  • Die Belastungs- und Funktionsinformationen des elektrischen Handwerkzeugs werden an eine zentrale Instanz übermittelt, wobei die Ausfallwahrscheinlichkeit des elektrischen Handwerkzeugs auf der Basis von Belastungs- und Funktionsinformationen einer Vielzahl vergleichbarer Elektrowerkzeuge bestimmt wird.
  • Anders ausgedrückt sollen am elektrischen Handwerkzeug möglichst mehrere unterschiedliche Belastungsinformationen aufgenommen werden und ein Ausfall eines Elements des Handwerkzeugs erfasst werden. Derartige Erfassungen werden über eine möglichst große Vielzahl von vergleichbaren Handwerkzeugen durchgeführt. Dadurch kann eine statistische Grundgesamtheit vergrößert werden, auf deren Basis zuverlässige Bestimmungen der Ausfallwahrscheinlichkeiten einzelner Elektrowerkzeuge möglich sind. Insbesondere kann verbessert ein Zusammenhang zwischen einer spezifischen Form einer Belastung und einem Ausfall eines Elements des elektrischen Handwerkzeugs modelliert werden.
  • Ein Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemittel zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
  • Eine Steuervorrichtung für ein elektrisches Handwerkzeug umfasst eine Abtasteinrichtung zur Erfassung einer Belastung des elektrischen Handwerkzeugs; eine Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung einer Ausfallwahrscheinlichkeit des elektrischen Handwerkzeugs auf der Basis der Belastung; und eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines Hinweises, falls die Ausfallwahrscheinlichkeit einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
  • Die Steuervorrichtung kann insbesondere dazu eingerichtet sein, das oben beschriebene Verfahren teilweise oder vollständig auszuführen. Insbesondere kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer umfassen und das oben beschriebene Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts zur Ausführung auf der Verarbeitungseinrichtung vorliegen. Merkmale und Vorteile des Verfahrens können daher auch für die Steuervorrichtung gelten und umgekehrt.
  • Es ist besonders bevorzugt, dass die Steuervorrichtung eine Kommunikationseinrichtung zur Koppelung mit einem weiteren Gerät aufweist. Insbesondere kann das weitere Gerät die oben erwähnte zentrale Instanz umfassen. Ein Teil der Bestimmung der Ausfallwahrscheinlichkeit kann seitens der zentralen Instanz durchgeführt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das weitere Gerät beispielsweise ein Mobiltelefon, einen tragbaren oder festinstallierten Computer. Das weitere Gerät kann zur Verbindung mit der zentralen Instanz eingerichtet sein. In einer Ausführungsform wird der Hinweis auf dem weiteren Gerät ausgegeben. Dazu kann ein Teil des oben beschriebenen Verfahrens, insbesondere das Bestimmen der Ausfallwahrscheinlichkeit, seitens des weiteren Geräts durchgeführt werden.
  • Eine zentrale Instanz ist dazu eingerichtet, Belastungs- und Funktionsinformationen einer Vielzahl einander vergleichbarer elektrischer Handwerkzeuge zu empfangen und auf der Basis der empfangenen Informationen und der Belastung eines elektrischen Handwerkzeugs dessen Ausfallwahrscheinlichkeit zu bestimmen.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines elektrischen Handwerkzeugs;
    Fig. 2
    ein System mit einem elektrischen Handwerkzeug;
    Fig. 3
    ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Überprüfen eines elektrischen Handwerkzeugs; und
    Fig. 4
    ein Diagramm mit Ausfallwahrscheinlichkeiten
    darstellt.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Handwerkzeugs 100. Das Handwerkzeug 100 umfasst vorzugsweise ein handgehaltenes Werkzeug und ist elektrisch betreibbar. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Handwerkzeug 100 einen elektrischen Energiespeicher 105, in einer anderen Ausführungsform kann jedoch auch eine Kabelverbindung mit einem elektrischen Versorgungsnetz vorgesehen sein. Rein exemplarisch ist das dargestellte Handwerkzeug 100 als handgehaltener elektrischer Bohrhammer ausgeführt. Andere mögliche Elektrowerkzeuge umfassen etwa einen Akkuschrauber, eine Säge, eine Rasenkantenschere, eine Heckenschere, eine Handlampe oder ein elektrisches Küchenwerkzeug wie einen elektrischen Mixer.
  • Das Handwerkzeug 100 umfasst in der dargestellten Ausführungsform einen Elektromotor 110, der über ein Getriebe 115 auf ein Bohrfutter 120 wirkt. In das Bohrfutter 120 können ein Bohrer oder ein Meißel eingespannt werden. Das Getriebe 115 kann eine Kupplung oder ein Schlagwerk umfassen. In einer Ausführungsform handelt es sich um ein Schaltgetriebe mit mehreren einlegbaren Gangstufen. Eine Steuervorrichtung 125 ist dazu eingerichtet, die Funktion des Handwerkzeugs 100, insbesondere einen Stromfluss durch den Elektromotor 110, in Abhängigkeit einer Benutzersteuerung zu steuern.
  • Es wird vorgeschlagen, Belastungsinformationen und Funktionsinformationen einzelner Elemente 105 bis 125 des Handwerkzeugs 100 abzutasten und weiterzuverarbeiten. Dazu kann eine dedizierte Steuervorrichtung vorgesehen sein, oder die Steuervorrichtung 125 kann diese Aufgabe übernehmen. Dazu umfasst die Steuervorrichtung 125 bevorzugt eine Verarbeitungseinrichtung 130, die insbesondere einen programmierbaren Mikrocomputer oder Microcontroller umfassen kann. Außerdem ist die Verarbeitungseinrichtung 130 mit wenigstens einem Sensor 135 verbunden, der dazu eingerichtet ist, Belastungsinformationen des Handwerkzeugs 100 bereitzustellen. Der Sensor 135 kann insbesondere einen Temperatursensor, einen Beschleunigungssensor oder einen Stromsensor umfassen. Mittels des einen oder der mehreren Sensoren 135 können beispielsweise eine Laufzeit, ein Lastzyklus, ein Ladezyklus, eine Leistungsaufnahme, ein Lastprofil, ein Temperaturprofil oder sonstige geeignete Belastungsdaten im Handwerkzeug 100 erfasst werden. Die Steuervorrichtung 125 ist bevorzugt dazu eingerichtet, die erfassten Informationen abzuspeichern und/oder weiterzuverarbeiten bzw. zu interpretieren.
  • Es wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung 125 dazu eingerichtet ist, auf der Basis der Beiastungsinformationen und vorbestimmten Nutzbarkeitsinformationen einzelner Elemente des Handwerkzeugs 100 eine Ausfallwahrscheinlichkeit eines Bauelements, einer Baugruppe oder des gesamten Handwerkzeugs 100 zu bestimmen. Dabei können insbesondere statistische Methoden verwendet werden, die eine konkrete Belastung des Handwerkzeugs 100 mit empirisch oder anderweitig erfassten Korrelationen zwischen Belastungen und Ausfällen vergleichbarer Handwerkzeuge 100 in Relation setzt. Anders ausgedrückt kann eine Ausfallwahrscheinlichkeit eines Elements oder des gesamten Handwerkzeugs 100 auf der Basis erfasster Belastungsinformationen bestimmt werden, indem verglichen wird, wie viele andere elektrische Handwerkzeuge 100 unter ähnlichen Belastungen ausreichend funktionsfähig geblieben sind. Dabei kann variiert werden, was genau unter ausreichend funktionsfähig verstanden werden soll. Beispielsweise kann eine Abnahme einer bereitstellbaren mechanischen Leistung am Bohrfutter 120 um einen vorbestimmten Anteil mit einer weiterhin vorbestimmten Wahrscheinlichkeit auf einen Wartungsbedarf des Handwerkzeugs 100 hinweisen. Ferner kann auf der Basis von bekannten, zu ertragenden Belastungen von Elementen des Handwerkzeugs 100 oder des gesamten Handwerkzeugs 100, beispielsweise in Form von statistischen Ausfallwahrscheinlichkeiten B1, B10, median und so weiter eine Ausfallwahrscheinlichkeit des elektrischen Handwerkzeugs 100 bestimmt werden. Insbesondere können sukzessive eindringlicher werdende Warnungen ausgegeben werden, wenn die Ausfallwahrscheinlichkeit nacheinander aufsteigende Schwellenwerte übersteigt oder absteigende statistische Nutzbarkeiten unterschritten werden.
  • Eine Ausgabeeinrichtung 140 kann zur optischen, akustischen und/oder haptischen Benachrichtigung eines Benutzers eingerichtet sein, wenn die bestimmte Ausfallwahrscheinlichkeit unter den gewählten Bedingungen einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist ein Kommunikationsmodul 145 zur Kopplung mit einem externen Gerät vorgesehen.
  • Figur 2 zeigt ein System 200 mit einem elektrischen Handwerkzeug 100. Exemplarisch sind mehrere Handwerkzeuge 100 dargestellt, hier beispielhaft ein Bohrhammer und ein Akkuschrauber. Mittels eines Kommunikationsmoduls 145 ist das elektrische Handwerkzeug 100 drahtlos mit einem weiteren Gerät gekoppelt. Das weitere Gerät kann insbesondere ein vom Benutzer des Handwerkzeugs 100 steuerbares Gerät umfassen, beispielsweise ein Mobiltelefon ("smartphone"), einen tragbaren Computer ("tablet Computer", "laptop") oder einen feststehenden Computer ("desktop Computer) umfassen.
  • Eine Kommunikation zwischen dem Handwerkzeug 100 und dem Benutzercomputer 205 kann insbesondere mittels WLAN, Bluetooth, WiMAX, NFC oder einer ähnlichen Technologie erfolgen. Der Benutzercomputer 205 kann mit einer zentralen Instanz 210 in Kommunikationsverbindung stehen. Die zentrale Instanz 210 ist bevorzugt dazu eingerichtet, Belastungs- und Funktionsinformationen einer Vielzahl Handwerkzeuge 100 zu erfassen und in einem Datenspeicher 215 abzulegen.
  • Auf der Basis der gespeicherten Daten kann beispielsweise bestimmt werden, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Ausfall eines Handwerkzeugs 100 bei gegebenen Belastungsinformationen und eventuell einer vorbestimmten Nutzbarkeit des Handwerkzeugs 100 bevorsteht. Außerdem kann beispielsweise ein Ausfall eines Elements des Handwerkzeugs 100 auf der Basis der genannten Informationen prognostiziert werden. Weiter kann ein konkreter Schaden am Handwerkzeug 100 auf der Basis der empfangenen Informationen verbessert diagnostiziert oder prognostiziert werden. Ein Einfluss des Schadens auf eine Ausfallwahrscheinlichkeit oder Verwendbarkeit des Handwerkzeugs 100 kann entsprechend bestimmt werden. Diese Bestimmungen können in unterschiedlichen Ausführungsformen seitens der zentralen Instanz 210, seitens des Benutzercomputers 205 oder seitens des Handwerkzeugs 100 durchgeführt werden. In einer weiteren Ausführungsform ist das Handwerkzeug 100 direkt mit der zentralen Instanz 210 verbunden und der Benutzercomputer 205 entfällt. Unabhängig von der Verbindung zwischen dem Handwerkzeug 100 und der zentralen Instanz 210 kann die Ausgabe eines Bestimmungsergebnisses auch auf dem Benutzercomputer 205 erfolgen. Die Ausgabe kann einen optischen, akustischen oder haptischen Hinweis umfassen.
  • Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Überprüfen eines elektrischen Handwerkzeugs 100. Das Verfahren 300 kann in unterschiedlichen Ausführungsformen teilweise oder vollständig seitens des Handwerkzeugs 100, des Benutzercomputers 205 oder der zentralen Instanz 210 durchgeführt werden.
  • In einem Schritt 305 werden Informationen über eine Belastung des Handwerkzeugs 100 erfasst. Das Erfassen kann das Abtasten von Informationen mittels des Sensors 135 oder das Abspeichern von Betriebsparametern seitens der Steuervorrichtung 125 umfassen. In einem Schritt 310 wird optional ein Verlauf von Belastungen über die Zeit bestimmt. In einem Schritt 315 kann eine Ausfallwahrscheinlichkeit eines Elements oder des gesamten Handwerkzeugs 100 bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann in einem Schritt 320 die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens eines vorbestimmten Schadens bestimmt werden.
  • Der Schaden kann mehrere Elemente des Handwerkzeugs 100 betreffen. Beispielsweise können vorbestimmte Verschleißgrade verschiedener Elemente gemeinsam ein Schadensbild ergeben. Ein möglicher Schaden umfasst einen irreversibel entmagnetisierten Elektromotor 110. Dabei kann die magnetische Feldstärke eines Permanentmagneten des Elektromotors 110 absinken. Eine bereitstellbare mechanische Leistung am Bohrfutter 120 kann dadurch verringert sein. Ein weiterer Schaden kann den Bruch eines Sperrkörpers, ein Verbiegen oder ein Bruch einer Schaltscheibe oder eine sonstige mechanische Deformation oder einen Verschleiß eines Elements des Getriebes 115 oder des Bohrfutters 120 umfassen. Ein derartiger Schaden kann beispielsweise auf der Basis von Vibrationsinformationen während der Benutzung des Handwerkzeugs 100 bestimmt werden. Ein weiterer Schaden umfasst den Verschleiß eines eingepressten Ritzels, was ebenfalls auf der Basis von Vibrationsinformationen bestimmt werden kann, oder das Überschreiten eines vorbestimmten Schwellenwerts durch ein Kupplungsmoment. Dazu kann das Getriebe 115 eine Kupplung umfassen und ein Drehmoment, das über die Kupplung übertragen wird, kann beispielsweise mittels eines Drehmomentsensors 135 bestimmt werden.
  • Weitere Schäden können sich ergeben, wenn eine Batterie des Kommunikationsmoduls 145 nahezu entladen ist oder einer der Sensoren 135 ausfällt. Auch ein alternder oder defekter elektrischer Energiespeicher 105, dessen Kapazität aufgrund von Alterung oder Defekt verringert ist, kann als Fehlerbild bestimmt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann bestimmt werden, ob das Gesamtsystem 100 das Ende einer projektierten Lebensdauer erreicht hat. Die Lebensdauer kann zeitbasiert bestimmt werden oder es kann eine Belastung berücksichtigt werden. Ist das Handwerkzeug 100 beispielsweise häufigen Erschütterungen oder Beschleunigungen ausgesetzt, etwa wenn ein Benutzer das Handwerkzeug 100 unpräzise oder inkorrekt bedient, so kann die projektierte Lebensdauer rascher erreicht werden als unter geringer Belastung.
  • In einem Schritt 325 kann eine Ausfallwahrscheinlichkeit des Handwerkzeugs 100 bestimmt werden. Die Ausfallwahrscheinlichkeit kann insbesondere auf der Basis zuvor bestimmter Informationen und weiter bevorzugt auf der Basis statistischer Erkenntnisse über eine Vielzahl vergleichbarer Handwerkzeuge 100 bestimmt werden.
  • Wird in einem Schritt 330 bestimmt, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, so kann in einem Schritt 335 ein entsprechender Hinweis ausgegeben werden. Der Hinweis kann in unterschiedlichen Ausführungsformen seitens des Handwerkzeugs 100 oder des Benutzercomputers 205 dargeboten werden.
  • Wie erwähnt ist es besonders bevorzugt, dass das Bestimmen der Ausfallwahrscheinlichkeit auf der Basis möglichst vieler statistischer Informationen ähnlicher oder baugleicher Handwerkzeuge 100 erfolgt. Die in den Schritten 305 oder 310 erfassten Informationen können daher in einem Schritt 340 an die zentrale Instanz 210 übermittelt werden. In einem Schritt 345 können die Informationen mit seitens der zentralen Instanz 210 vorhandenen Informationen abgeglichen werden. Ein Ergebnis des Abgleichs kann in einem Schritt 350 zurückübermittelt werden. In einer anderen Ausführungsform können auch ausgewählte Informationen von der zentralen Instanz 210 an das Handwerkzeug 100 übermittelt werden und dieses kann die lokalen Informationen mit den empfangenen Informationen selbst abgleichen.
  • Figur 4 zeigt ein Diagramm 400. In horizontaler Richtung ist eine Zeit bis zu einem mechanischen Ausfall und in vertikaler Richtung eine Ausfallwahrscheinlichkeit angetragen. Die dargestellten Informationen sind als beispielhaft für ein gegebenes elektrisches Handwerkzeug 100 anzusehen. Die Zeitskala ist invers logarithmisch und die Wahrscheinlichkeitsskala logarithmisch unterteilt. Beide Skalen sind jeweils exemplarisch und nur zur qualitativen Veranschaulichung angegeben. Beispielhafte statistische Charakteristika umfassen:
    Form: 5,18
    Skala: 86,58
    Mittelwert: 79,66
    StdAbw: 17,67
    Median: 80,67
    IQR: 24,15
    Ausfall: 5
    Zensieren: 1
    AD* 9,19
    Korrelation: 0,94
  • Es wird von einer Weibull-Verteilung von Ausfällen ausgegangen. An einem ersten Punkt 405 liegt die B10-Ausfallwahrscheinlichkeit bei ca. 47 Stunden bei einem Vertrauensbereich von 85%. Eine mittlere Lebensdauer (Median) liegt bei ca. 80 Stunden.

Claims (8)

  1. Verfahren (300) zum Überprüfen eines elektrischen Handwerkzeugs (100), wobei das Verfahren (300) folgende Schritte umfasst:
    - Erfassen (305) einer Belastung des elektrischen Handwerkzeugs (100);
    - Bestimmen (325) einer Ausfallwahrscheinlichkeit des elektrischen Handwerkzeugs (100) auf der Basis der Belastung;
    - Ausgeben (335) eines Hinweises, falls die Ausfallwahrscheinlichkeit einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt; und
    - Übermitteln (340) von Belastungs- und Funktionsinformationen des elektrischen Handwerkzeugs (100) an eine zentrale Instanz (210), wobei die Ausfallwahrscheinlichkeit des elektrischen Handwerkzeugs (100) auf der Basis von Belastungs- und Funktionsinformationen einer Vielzahl vergleichbarer Elektrowerkzeuge (100) bestimmt wird.
  2. Verfahren (300) nach Anspruch 1, wobei die Ausfallwahrscheinlichkeit bezüglich einer vorbestimmten statistischen Nutzbarkeit bestimmt wird.
  3. Verfahren (300) nach Anspruch 2, wobei unterschiedlich hohe Nutzbarkeiten vorbestimmt sind und unterschiedliche Hinweise ausgegeben werden, wenn die Ausfallwahrscheinlichkeit der jeweils zugeordneten Nutzbarkeit erreicht ist.
  4. Verfahren (300) nach Anspruch 3, wobei nacheinander eine Vorankündigung, eine Ankündigung und ein Hinweis darauf ergehen, dass das Handwerkzeug (100) einer Wartung unterzogen werden soll.
  5. Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ausfallwahrscheinlichkeit eines Elements des elektrischen Handwerkzeugs (100) bestimmt wird und die Ausfallwahrscheinlichkeit des elektrischen Handwerkzeugs (100) auf der Basis der bestimmten Ausfallwahrscheinlichkeit bestimmt (325) wird.
  6. Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mehrere Arten von Belastungsinformationen aufgenommen werden, die Ausfallwahrscheinlichkeit wenigstens eines konkreten Schadens des Handwerkzeugs (100) bestimmt (320) wird und die Ausfallwahrscheinlichkeit des Handwerkzeugs (100) auf der Basis dieser Ausfallwahrscheinlichkeit bestimmt (325) wird.
  7. Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für unterschiedliche Zwecke unterschiedliche Schwellenwerte vorgegeben sind.
  8. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung des Verfahrens (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Handwerkzeug (100) und einer zentralen Instanz (210), wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung (130) abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
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