EP3946818A1 - Verfahren zur erkennung eines ersten betriebszustandes einer handwerkzeugmaschine - Google Patents

Verfahren zur erkennung eines ersten betriebszustandes einer handwerkzeugmaschine

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EP3946818A1
EP3946818A1 EP20710078.5A EP20710078A EP3946818A1 EP 3946818 A1 EP3946818 A1 EP 3946818A1 EP 20710078 A EP20710078 A EP 20710078A EP 3946818 A1 EP3946818 A1 EP 3946818A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
state
operating
operating variable
variable
Prior art date
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Granted
Application number
EP20710078.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3946818B1 (de
Inventor
Juergen WINTERHALTER
Simon Erbele
Tobias Zibold
Stefan Mock
Wolfgang Herberger
Dietmar Saur
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 EP3946818A1 publication Critical patent/EP3946818A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3946818B1 publication Critical patent/EP3946818B1/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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • B25B23/147—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers
    • B25B23/1475—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers for impact wrenches or screwdrivers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B21/00—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose
    • B25B21/02—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose with means for imparting impact to screwdriver blade or nut socket
    • B25B21/026—Impact clutches

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a first operating state of a handheld power tool, and a handheld power tool set up to carry out the method.
  • An impact wrench of this type includes, for example, a structure in which an impact force in a rotating direction is transmitted to a screw element by a rotation force of a hammer.
  • the impact wrench which has this structure, includes a motor, a hammer to be driven by the motor, an am boss which is hit by the hammer, and a tool.
  • the motor built into a housing is driven, the hammer being driven by the motor, the anvil in turn being struck by the rotating hammer and an impact force being applied to the tool, with two different operating states, namely "no impact operation” and " Schlag too "can be distinguished.
  • EP 2 599 589 B1 also discloses an impact wrench with a motor, with a hammer and a rotational speed detection unit, where the hammer is driven by the motor.
  • Knowledge of the current operating status is required for the provision of intelligent tool functions.
  • An identification of the same is carried out in the prior art, for example, by monitoring the operating variables of the electric motor, such as speed and electric motor current.
  • the operating parameters are examined to determine whether certain limit values and / or threshold values are reached.
  • Corresponding evaluation methods work with absolute threshold values and / or signal gradients.
  • the disadvantage here is that a fixed limit value and / or threshold value can practically only be perfectly set for one application. As soon as the application changes, the associated current or speed values or their temporal progressions also change, and impact detection based on the set limit value and / or threshold value or their temporal progression no longer works.
  • additional sensors such as acceleration sensors, are used to infer the operating mode from the vibration states of the tool.
  • Disadvantages of this method are additional costs for the sensors as well as losses in the robustness of the handheld power tool, since the number of built-in components and electrical connections increases compared to handheld power tools without these sensors.
  • the object of the invention is to provide a method for recognizing operating states that is improved compared to the prior art, which at least partially eliminates the above-mentioned disadvantages, or at least to provide an alternative to the prior art.
  • Another task be is to specify a corresponding hand tool.
  • a method for detecting a first operating state of a handheld power tool comprising the following steps:
  • step S2 Decide whether the first operating state is present, the decision at least partially depending on whether the state-typical model signal shape is identified in the signal of the operating variable in step S2.
  • the method according to the invention enables the detection of the first operating state independently of at least one target speed of the electric motor, at least one start-up characteristic of the electric motor and / or at least one state of charge of an energy supply, in particular a battery, of the handheld power tool.
  • the method according to the invention enables the detection of the first operating state for applications in which a loose fastening element is screwed into a fastening carrier, as well as in which a fixed, in particular at least partially screwed in, fastening element is screwed into a fastening carrier.
  • the applications can include both hard and soft screwing cases, a typical application case being, for example, a self-tapping screw connection or a Holzver screw connection.
  • the “loose fastening element” is to be understood as a fastening element that is essentially not screwed into the fastening carrier and that is intended to be screwed into the fastening carrier.
  • the “fixed fastening element” is to be understood as a fastening element that is at least partially screwed into the fastening support or is essentially screwed entirely into the fastening support.
  • the at least one state-typical model signal shape can be determined, the state-typical model signal shape being assigned to the first operating state.
  • a limit and / or threshold value for an existing agreement or an existing error from the signal of the operating variable to the state-typical model signal form can represent an adjustable variable for applications for successful shock detection.
  • the state-typical model signal shape is stored or stored inside the device, alternatively and / or additionally made available to the handheld power tool, in particular made available by an external data device.
  • “determine” should in particular include measuring or recording, with “recording” being understood in the sense of measuring and storing, and “determining” should also include a possible signal processing of a measured signal.
  • decide should also be understood as recognizing or detecting, with an unambiguous assignment being achieved.
  • Identify is to be understood as recognizing a partial match with a pattern, which can be made possible, for example, by fitting a signal to the pattern, a Fourier analysis or the like.
  • the “partial agreement” should be understood to mean that the fitting has an error that is less than a predefined threshold, in particular less than 30%, in particular less than 20%.
  • the signal of the company size should be understood here as a time sequence of measured values.
  • the signal of the operating variable can also be a frequency spectrum.
  • the signal of the operating variable can also be post-processed, such as, for example, smoothed, filtered, fitted and the like.
  • the state-typical model signal shape is an oscillation curve around a mean value, in particular an essentially trigonometric oscillation curve.
  • the state-typical model signal form preferably represents an ideal percussion operation of the hammer on the anvil of the rotary percussion mechanism.
  • the operating variable is a speed of the electric motor or an operating variable that correlates with the speed.
  • the rigid transmission ratio of the electric motor to the hammer mechanism results in, for example, a direct relationship between the motor speed and the hammer frequency.
  • Another conceivable operating variable that correlates with the speed is the motor current.
  • a motor voltage, a Hall signal from the motor, a battery current or a battery voltage are also conceivable as the operating variable of the electric motor, with an acceleration of the electric motor, an acceleration of a tool holder or a sound signal from an impact mechanism of the hand machine tool also being conceivable as the operating variable.
  • the signal of the operating variable is recorded in method step S1 as a time curve of measured values of the operating variable, or recorded as measured values of the operating variable as a variable of the electric motor that correlates with the time curve, for example an acceleration, a jolt, in particular a higher order, a power , an energy, an angle of rotation of the electric motor, an angle of rotation of the tool holder or a frequency.
  • the signal of the operating variable is recorded in method step S1 as a time course of measured values of the operating variable, with a transformation of the time curve of the measured values of the operating variable into a curve of the measured values of the operating variable in a step S1a following method step S1 due to the rigid gear ratio of the transmission takes place as a variable of the electric motor that correlates with the time course.
  • the signal of the operating variable is stored as a sequence of measured values in a memory, preferably a ring memory, in particular the handheld power tool.
  • the measured values are segmented in such a way that the signal of the operating variable always includes a predetermined number of measured values.
  • the signal of the operating variable is compared in method step S2 using one of the comparison methods comprising at least one frequency-based comparison method and / or a comparative comparison method, the comparison method comparing the signal of the operating variable with the state-typical model signal shape, whether at least a predetermined threshold value is fulfilled.
  • the preset threshold value can be preset at the factory or can be set by a user.
  • the frequency-based comparison method comprises at least the bandpass filtering and / or the frequency analysis, the predetermined threshold value being at least 85%, in particular 90%, especially 95%, of a predetermined limit value.
  • the recorded signal of the operating variable is filtered via a bandpass whose pass band matches the state-specific model signal shape.
  • a corresponding amplitude in the resulting signal is to be expected in the first operating state, in particular in impact operation.
  • the predefined threshold value of the bandpass filtering can therefore be at least 85%, in particular 90%, in particular 95%, of the corresponding amplitude in the first operating mode, in particular in impact mode.
  • the predefined limit value can be the corresponding amplitude in the resulting signal of an ideal first operating state, in particular an ideal impact operation.
  • the predefined, state-typical model signal form for example a frequency spectrum of the first operating state, in particular a field operation
  • the predefined, state-typical model signal form for example a frequency spectrum of the first operating state, in particular a field operation
  • the recorded signals of the operating variable a corresponding amplitude of the first operating state, in particular the impact mode, is to be expected.
  • the predetermined threshold value of the frequency analysis can be at least 85%, in particular 90%, very particularly 95%, of the corresponding
  • the predetermined limit value can be the corresponding amplitude in the recorded signals of an ideal first operating state, in particular an ideal impact operation. Appropriate segmentation of the recorded signal of the farm size may be necessary.
  • the decision can be made at least partially by means of the frequency-based comparison method, in particular bandpass filtering and / or frequency analysis, as to whether the first operating state was identified in the signal of the operating variable.
  • the comparative comparison method comprises at least the parameter estimation and / or the cross-correlation, the predefined threshold value being at least 50% of a match between the signal of the operating variable and the model signal shape typical of the state.
  • the measured signal of the operating variable can be compared with the state-typical model signal form using the comparative comparison method.
  • the measured signal of the operating variable is determined in such a way that it has essentially the same finite signal length as that of the model signal shape typical of the state.
  • the comparison of the state-typical model signal shape with the measured signal of the operating variable can be output as a, in particular discrete or continuous, signal of a finite length. Depending on a degree of correspondence or a deviation in the comparison, a result can be output as to whether the first operational status, in particular impact operation, is present. If the measured If the signal of the operating variable agrees at least 50% with the state-typical model signal shape, the first operating state, in particular the impact mode, may be present.
  • the comparative method can output a degree of deviation from one another as a result of the comparison by comparing the measured signal of the operating variable with the model signal shape typical of the state.
  • the deviation of at least 50% from one another can be a criterion for the existence of the first operating state, in particular impact operation.
  • a comparison between the previously established, state-typical model signal shape and the signal of the operating variable can easily be made.
  • estimated parameters of the state-typical model signal form can be identified in order to match the state-typical model signal form to the measured signal of the operating variables.
  • a result for the presence of the first operating state, in particular the field operation can be determined.
  • the result of the comparison can then be assessed as to whether the predefined threshold value has been reached. This assessment can either be a determination of the quality of the estimated parameters or the deviation between the defined, state-typical model signal form and the recorded signal of the operating variable.
  • method step S2 contains a step S2a of a quality determination of the identification of the state-typical model signal shape in the signal of the operating variable, wherein in method step S3 the decision as to whether the first operating state is present is made at least partially on the basis of the quality determination.
  • a goodness of fit of the estimated parameters can be determined as a measure of the quality determination.
  • the decision can be made at least partially by means of the quality determination, in particular the measure of the quality, as to whether the first operating state was identified in the signal of the operating variable.
  • a deviation determination of the identification of the state-typical model signal shape and the signal of the operating variable can include.
  • the deviation of the estimated parameters of the state-typical model signal form from the measured signal of the operating variable can be, for example, 70%, in particular 60%, in particular 50%.
  • the decision as to whether the first operating state is present is made at least partially on the basis of the deviation determination.
  • the decision as to whether the first operating state is present can be made with the predefined threshold value of at least 50% correspondence between the measured signal of the operating variable and the state-typical model signal form.
  • a comparison can be made between the predefined, state-typical model signal form and the measured signal of the operating variable.
  • the predefined, state-typical model signal form can be correlated with the measured signal of the company variable.
  • a degree of correspondence between the two signals can be determined.
  • the degree of correspondence can be, for example, 40%, in particular 50%, very particularly 60%.
  • the decision as to whether the first operating state is present can be made at least partially on the basis of the cross-correlation of the state-typical model signal shape with the measured signal of the operating variable.
  • the decision can be made at least partially on the basis of the predetermined threshold value of at least 50% correspondence between the measured signal of the operating variable and the state-typical model signal shape.
  • the first operating state is determined on the basis of less than ten impacts of an impact mechanism of the handheld power tool, in particular less than ten impact oscillation periods of the electric motor, preferably less than six impacts of an impact mechanism of the handheld power tool, in particular less than six impact oscillation periods of the electric motor, very preferably less than four impacts of an impact mechanism, in particular less than four impact oscillation periods of the electric motor, identified.
  • an axial, radial, tangential and / o the circumferential impact of a hammer, in particular a hammer, on a hammer, in particular an Am boss is to be understood as a blow of the hammer mechanism.
  • the impact oscillation period of the electric motor is correlated with the operating size of the electric motor.
  • An impact oscillation period of the electric motor can be determined on the basis of operating variable fluctuations during the first operating state in the signal of the operating variable.
  • the identification of the impacts of the impact mechanism of the handheld power tool, in particular the impact oscillation periods of the electric motor, can be achieved, for example, by using a Fas-Fitting algorithm by means of which an evaluation of the impact detection within less than 100 ms, in particular less than 60 ms , in particular less than 40 ms, can be made possible.
  • the inventive method enables the detection of the first operating state essentially for all of the above-mentioned applications and a screw connection for loose as well as fixed fastening elements in the fastening carrier.
  • the hand-held power tool is advantageously an impact wrench, in particular an impact screwdriver, and the first operating state is an impact operation, in particular an impact operation.
  • the present invention largely eliminates the need for more complex signal processing methods such as e.g. Filters, signal loopbacks, system models (static as well as adaptive) and signal tracking are possible.
  • these methods allow an even faster identification of the impact operation or the work progress, which can cause an even faster reaction of the tool. This applies in particular to the number of previous blows from the start of the hammer mechanism up to identification and also in special operating situations such as the start-up phase of the drive motor. There are also no functional restrictions of the tool such as a reduction in the maximum drive speed.
  • a further object of the invention is a handheld power tool, having an electric motor, a measured value sensor for an operating variable of the electric motor, and a motor controller, the handheld power tool being advantageously an impact wrench, in particular a rotary impact wrench, and the first operating state being an impact operation, in particular a rotary impact operation .
  • the electric motor sets an input spindle in rotation, an output spindle being connected to a tool holder.
  • An anvil is rotatably connected to the output spindle and a hammer is connected to the input spindle in such a way that it executes an intermittent movement in the axial direction of the input spindle and an intermittent rotational movement around the input spindle as a result of the rotational movement of the input spindle, with the hammer on in this way strikes the anvil intermittently and thus emits an impact and a rotary impulse to the anvil and thus to the output spindle.
  • a first sensor transmits a first signal to the control unit, for example to determine an engine rotation angle.
  • a second sensor can transmit a second signal to the control unit to determine an engine speed.
  • the control unit is advantageously designed to carry out a method according to one of Claims 1 to 14.
  • the handheld power tool is a battery-powered handheld power tool, in particular a battery-powered rotary impact wrench.
  • the handheld power tool is a cordless screwdriver, a drill, a percussion drill or a hammer drill, it being possible to use a drill, a drill bit or various bit attachments as the tool.
  • the craft tractor according to the invention is designed in particular as an impact screwdriver tool, with a higher peak torque for a screwing in or unscrewing a screw or a screw nut being generated by the impulsive release of the engine energy.
  • the transfer of electrical energy is to be understood in particular as meaning that the handheld power tool transfers energy to the body via a battery and / or via a power cable connection.
  • the screwing tool can be designed to be flexible in the direction of rotation. In this way, the proposed method can be used both for screwing in and for unscrewing a screw or a screw nut.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an electrical craft
  • 2 (a) shows a schematic representation of a signal of an operating variable of a handheld power tool with a loose fastening element
  • 2 (b) shows a schematic representation of a signal of an operating variable of a handheld power tool with a fixed fastening element
  • 3 is a schematic representation of two different recordings of the signal of the operating variable
  • FIG. 5 shows a joint illustration of a signal of an operating variable and a state-typical model signal for bandpass filtering
  • FIG. 6 shows a joint illustration of a signal of an operating variable and a state-typical model signal for the frequency analysis
  • FIG. 7 shows a joint illustration of a signal of an operating variable and a state-typical model signal for parameter estimation
  • FIG. 8 shows a joint illustration of a signal of an operating variable and a state-typical model signal for the cross-correlation.
  • FIG. 1 shows a handheld power tool 100 according to the invention which has a housing 105 with a handle 115.
  • the handheld power tool 100 can be mechanically and electrically connected to a battery pack 190 for mains-independent power supply.
  • the hand power tool 100 is exemplified as a cordless rotary impact screwdriver. It is pointed out, however, that the present invention is not limited to cordless impact wrenches, but in principle can be used in handheld power tools 100 in which the detection of operating states is necessary, such as impact drills.
  • An electric motor 180 which is supplied with power by the battery pack 190, and a transmission 170 are arranged in the housing 105.
  • the electric motor 180 is connected to an input spindle via the transmission 170.
  • a control unit 370 is arranged within the housing 105 in the area of the battery pack 190, which is used to control and / or regulate the electric motor 180 and the gearbox 170, for example by means of a set engine speed n, a selected angular momentum, a desired gearbox gear x or the like acts on this.
  • the electric motor 180 can be operated, for example, via a manual switch 195, i. H. can be switched on and off and can be any type of motor, for example an electronically commutated motor or a direct current motor.
  • the electric motor 180 can be electronically controlled or regulated in such a way that both a reversing operation and specifications with regard to the desired motor speed n and the desired angular momentum can be implemented.
  • the mode of operation and the structure of a suitable electric motor are sufficiently known from the prior art, so that a detailed description is dispensed with here for the sake of brevity.
  • a tool holder 140 is rotatably mounted in the housing 105 via an input spindle and an output spindle.
  • the tool holder 140 serves to hold a tool and can be molded directly onto the output spindle or connected to it in the form of an attachment.
  • the control unit 370 is connected to a power source and is designed in such a way that it can electronically control or regulate the electric motor 180 by means of various power signals.
  • the different current signals ensure different rotational impulses of the electric motor 180, the current signals being passed to the electric motor 180 via a control line.
  • the power source can be configured, for example, as a battery or, as in the exemplary embodiment provided, as a battery pack 190 or as a mains connection.
  • FIG. 2 shows an example signal of an operating variable 200 of an electric motor 180 of a rotary impact wrench, as it occurs in this way or in a similar form when a rotary impact wrench is used as intended. While the following remarks refer to an impact wrench be, they apply accordingly within the scope of the invention to other hand machine tools 100 such as impact drills.
  • the time is plotted as a reference variable on the abscissa x.
  • a variable correlated with time is plotted as a reference variable, such as the angle of rotation of the tool holder 140 or the angle of rotation of the electric motor 180.
  • the engine speed n present at any point in time is plotted on the ordinate f (x) in the figure .
  • f (x) represents a signal of the motor current, for example.
  • the motor speed and motor current are operating variables which, in the case of hand tool machines 100, are usually recorded by a control unit 370 without any additional effort.
  • the determination of the signal of an operating variable 200 of the electric motor 180 is identified as method step S1 in FIG. 4, which shows a schematic flow chart of a method according to the invention.
  • a user of the hand machine tool 100 can select based on which operating variable the inventive method is to be carried out.
  • Fig. 2 (a) an application of a loose fastening element, for example a screw, in a mounting bracket, such as a wooden board, is shown.
  • the signal comprises a first range 310, which is characterized by a monotonous increase in the engine speed, as well as a range of comparatively constant engine speed, which can also be referred to as a plateau.
  • the intersection between the x abscissa and the ordinate f (x) in Figure 2 (a) corresponds to the start of the impact wrench during the screwing process.
  • the impact wrench works in the operating state of screwing without impact.
  • the impact wrench works in a rotary impact mode.
  • the rotary percussion mode is characterized by an oscillating profile of the signal of the operating variable 200, wherein the form of the oscillation can be, for example, trigonometric or oscillating in some other way.
  • the oscillation has a course that can be described as a modified trigonometric function, the upper half-wave of the oscillation having a pointed or tooth-like shape.
  • This characteristic form of the signal of company size 200 in impact wrench operation is created by the pulling up and free running of the hammer mechanism and the system chain between the impact mechanism and the electric motor 180, among other things. of gearbox 170.
  • the qualitative signal form of the impact operation is known in principle due to the inherent properties of the impact wrench.
  • at least one state-typical model signal shape 240 is determined in a step SO, where the state-typical model signal shape 240 corresponds to the first operating state, in the example of FIG. 2 (a) that is the impact screwdriving operation in the second area 320, assigned.
  • the state-typical model signal form 240 contains typical features for the first operating state, such as the presence of an oscillation curve, oscillation frequencies or amplitudes, or individual signal sequences in continuous, quasi-continuous or discrete form.
  • the first operating state to be detected can be characterized by signal forms other than oscillations, for example by discontinuities or growth rates in the function f (x).
  • the state-typical model signal shape is characterized by these parameters instead of vibrations.
  • Fig. 2 (b) is an application of a fixed fastening element, for example a screw, in a fastening support, for example a wooden board, shown.
  • “fixed” means that the fastening element is at least partially screwed into the fastening support and an interrupted screwing process is to be continued.
  • the numerals and designations of the first and second areas 310, 320 are as in FIG. 2 (a).
  • the difference between the application in FIG. 2 (b) and FIG. 2 (a) is that after a short start-up phase with the monotonically increasing speed, the rotary percussion operation already begins during the monotonically increasing speed.
  • Fig. 2 (b) it can be seen that there is essentially no plateau with the comparatively constant speed.
  • the state-typical model signal shape 240 can be established in method step SO.
  • the state-typical model signal form 240 can be stored, calculated or stored in the device.
  • the model signal shape typical for the state can alternatively and / or additionally be provided to the hand-held power tool 100, for example from an external data device.
  • the signal of the operating variable of the electric motor 180 is compared with the state-typical model signal shape 240.
  • the “compare” feature is to be interpreted broadly in the context of the present invention and in the sense of a signal analysis, so that a result of the comparison can in particular also be a partial or gray correspondence of the signal of the operating variable 200 of the electric motor 180 with the state-typical model signal form 240
  • the degree of correspondence between the two signals can be determined by various methods which will be mentioned later.
  • a method step S3 of the method according to the invention the decision as to whether the first operating state is present is made at least in part on the basis of the result of the comparison.
  • the degree of correspondence is a factory or user-adjustable parameter for setting a sensitivity of the detection of the first operating state.
  • the method steps S1, S2 and S3 are carried out repeatedly during the operation of a handheld power tool 100 in order to monitor the operation for the presence of the first operating state.
  • the determined signal of the operating variable 200 can be segmented in method step S1, so that method steps S2 and S3 are carried out on signal segments, preferably always of the same, fixed length.
  • the signal of the operating variable 200 can be stored as a sequence of measured values in a memory, preferably a ring memory.
  • the handheld power tool 100 includes the memory, preferably the ring memory.
  • the signal of the operating variable 200 is determined as a time curve of measured values of the operating variable, or as measured values of the operating variable as a variable of the electric motor 180 that correlates with the time curve the measured values can be discrete, quasi-continuous or continuous.
  • One embodiment provides that the signal of the farm variable 200 is recorded in method step S1 as a time curve of measured values of the farm variable and in a method step S1a following method step S1 a transformation of the time curve of the measured values of the farm variable into a curve of the measured values of the farm variable takes place as a variable of the electric motor 180 that correlates with the course of time, such as the angle of rotation of the tool holder 140 or the angle of rotation of the motor.
  • FIG. 3a shows signals f (x) of an operating variable 200 over an abscissa x, in this case over time t.
  • the operating variable can be an engine speed or a parameter that correlates with the engine speed.
  • the figure contains two signal curves for operating size 200 in the first operating mode, i.e. in the case of an impact wrench in impact wrench mode.
  • the signal comprises a wavelength of an idealized sinusoidal waveform, the signal with a shorter wavelength, T 1 with a higher beat frequency, and the signal with a longer wavelength, T2, with a lower beat frequency.
  • Both signals can be generated with the same handheld power tool 100 at different engine speeds and are, among other things, dependent on the rotational speed the user requests from the handheld power tool 100 via the operating switch.
  • the parameter “wavelength” is to be used to define the typical state model signal shape 240
  • at least two different wavelengths T1 and T2 would have to be stored as possible parts of the typical state model signal shape so that the comparison of the signal of the operating variable 200 with the state-typical model signal form 240 leads to the result “agreement” in both cases. Since the motor speed can change over time in general and to a large extent, this means that the searched wavelength also varies and the methods for recognizing this beat frequency would have to be adjusted accordingly.
  • the time values on the abscissa are therefore transformed into values that correlate with the time values, such as acceleration values, higher-order jerk values, power values, energy values, frequency values, angle of rotation values of the tool holder 140 or angle of rotation values of the electric motor 180.
  • the time values such as acceleration values, higher-order jerk values, power values, energy values, frequency values, angle of rotation values of the tool holder 140 or angle of rotation values of the electric motor 180.
  • the state-specific model signal form 240 valid for all speeds by a single parameter of the wavelength via the time-correlating variable, such as the angle of rotation of the tool holder 140 or the motor angle of rotation, can be set.
  • the comparison of the signal of the operating variable 200 takes place in method step S2 with a comparison method, the comparison method comprising at least one frequency-based comparison method and / or a comparative comparison method.
  • the comparison method compares the signal of the operating variable 200 with the model signal shape 240 typical of the state, as to whether at least one predetermined threshold value is met.
  • the frequency-based comparison method includes at least bandpass filtering and / or frequency analysis.
  • the comparative comparison method comprises at least the parameter estimation and / or the cross-correlation. The frequency-based and comparative comparison methods are described in more detail below.
  • the input signal transformed to a variable correlating with time, if necessary as described, is filtered via a bandpass whose pass band represents the predetermined threshold value.
  • the pass band results from the state-specific model signal form 240. It is also conceivable that the pass band corresponds to a frequency defined in connection with the state-typical model signal form 240. In the event that amplitudes of this frequency exceed a predetermined limit value, as is the case in the first operating state, the comparison in method step S2 then leads to the result that the signal of the operating variable 200 equals the state-typical model signal form 240, and that the first operating state is thus executed.
  • an amplitude limit value can in this embodiment can be interpreted as a method step S2a following method step S2 of a quality determination of the correspondence of the state-typical model signal shape 240 with the signal of the operating variable 200, on the basis of which it is decided in method step S3 whether the first operating state is present or not.
  • the signal of the operational variable 200 is transformed from a time domain into the frequency domain with appropriate weighting of the frequencies on the basis of the frequency analysis, for example the fast Fourier transformation (FFT),
  • FFT fast Fourier transformation
  • Frequency analysis in this form is well known as a mathematical tool for signal analysis from many areas of technology and is used, among other things, to approximate measured signals as series developments of weighted periodic harmonic functions of different wavelengths.
  • the weighting factors indicate whether and to what extent the corresponding harmonic functions of a certain wavelength are present in the examined signal.
  • the frequency analysis can be used to determine whether and with what amplitude the frequency assigned to the state-typical model signal shape 240 is present in the signal of the operating variable 200.
  • a limit value of the amplitude can be established, which is a measure of the degree of agreement of the signal of the operating variable 200 with the state-specific model signal form 240. If the amplitude of the frequency assigned to the state-typical model signal shape 240 in the signal of the operating variable 200 exceeds this limit value, it is determined in method step S3 that the first operating state is present.
  • the signal of the operating variable 200 is compared with the state-typical model signal form 240 in order to find out whether the measured signal of the operating variable 200 has at least a 50% agreement with the state-typical model waveform 240 and so that the specified threshold is reached. It is also conceivable that the signal of the operating variable 200 is compared with the state-typical model signal shape 240 in order to determine a deviation between the two signals.
  • the measured signal of the operating variables 200 is compared with the state-typical model signal shape 240, estimated parameters being identified for the state-typical model signal shape 240.
  • estimated parameters it is possible to determine a degree of correspondence between the measured signal of the operating variables 200 and the state-typical model signal form 240, as to whether the first operating state is present.
  • the parameter estimation is based on the compensation calculation, which is a mathematical optimization method known to the person skilled in the art.
  • the mathematical optimization method enables the state-typical model signal form 240 to be matched to a series of measurement data of the signal of the operating variable 200.
  • the decision as to whether the first operating state is present can be made as a function of the degree of correspondence between the estimated parameters of the model signal shape 240 typical for the state and the measured signal of the operating variable 200.
  • a measure of a deviation between the estimated parameters of the state-typical model signal shape 240 and the measured signal of the operating variable 200 can also be determined.
  • a deviation determination is carried out in method step S2 following method step S2a. If the deviation from the state-typical model signal shape 240 to the measured signal of the operating variable of 70% is determined, the decision can be made as to whether the first operating state was identified in the signal of the operating variable and whether the first operating state is present.
  • a quality determination for the estimated parameters is carried out in a method step S2a following method step S2.
  • values for a quality between 0 and 1 are determined, with the rule that a higher value represents a higher correspondence between the state-typical model signal form 240 and the signal of the operating variable 200.
  • the decision as to whether the first operating state is present is made in the preferred embodiment in method step S3 at least partially on the basis of the condition that the value of the quality is in a range of 50%.
  • the method of cross-correlation is used as the comparative comparison method in method step S2.
  • the cross-correlation method is known per se to the person skilled in the art.
  • the state-typical model signal form 240 is correlated with the measured signal of the operating variable 200.
  • the result of the cross-correlation is again a signal sequence with an added signal length from a length of the signal of the operating variable 200 and the model signal shape 240 typical for the state, which represents the similarity of the time-shifted input signals.
  • the maximum of this output sequence represents the point in time of the greatest correspondence between the two signals, i.e. the signal of the operating variable 200 and the state-typical model signal form 240, and is therefore also a measure of the correlation itself, which in this embodiment is used in method step S3 as a decision criterion for the existence of the first operating state.
  • an essential difference to parameter estimation is that any state-typical model signal shapes can be used for the cross-correlation, while in the parameter estimation the state-typical model signal shape 240 must be able to be represented by parameterizable mathematical functions.
  • FIG. 5 shows the measured signal of the operating variable 200 for the case that bandpass filtering is used as the frequency-based comparison method.
  • the time or a variable correlating with time is plotted as the abscissa x.
  • FIG. 5a shows the measured signal of the operating variable, an input signal of the bandpass filtering, the hand-held power tool 100 being operated in screwdriving mode in the first area 310. In the second area 320, the handheld power tool 100 is operated in rotary impact mode.
  • FIG. 5b shows the output signal after the bandpass filter has filtered the input signal.
  • FIG. 6 shows the measured signal of the operating variable 200 for the case that the frequency analysis is used as the frequency-based comparison method.
  • the first area 310 is shown in which the hand-held power tool 100 is in the screwing mode.
  • Time t or a quantity correlated with time is plotted on the abscissa x in FIG. 6a.
  • the signal of the operating variable 200 is shown transformed, it being possible, for example, to transform time into a frequency by means of a Fast Fourier Transformation.
  • the frequency f is plotted on the abscissa x 'of FIG. 6b, so that the amplitudes of the signal of the operating variable 200 are shown.
  • FIG. 6c and d the second region 320 is shown, in which the handheld power tool 100 is in rotary impact mode.
  • FIG. 6c shows the measured signal of the operational variable 200 plotted over time in rotary impact operation.
  • FIG. 6d shows the transformed signal of the operational variable 200, where the signal of the operational variable 200 is plotted against the frequency f as the abscissa x '.
  • FIG. 6d shows characteristic amplitudes for rotary impact operation.
  • FIG. 7a shows a typical case of a comparison using the comparative comparison method of parameter estimation between the signal of an operating variable 200 and a state-typical model signal shape 240 in the first area 310 described in FIG. 2. the signal of farm size 200 has a course that deviates significantly from this.
  • the result of the comparison carried out in method step S2 between the model signal form 240 typical for the state and the signal of the operating variable 200 is that the degree of correspondence between the two signals is so low that in method step S3 the first operating state is not established.
  • FIG. 7b shows the case in which the first operating state is present and therefore the state-typical model signal shape 240 and the signal of the operating variable 200 show a high degree of correspondence overall, even if deviations can be determined at individual measurement points.
  • the decision as to whether the first operating state is present can be made.
  • FIG. 8 shows the comparison of the state-typical model signal shape 240, see FIGS. 8b and e, with the measured signal of the operating variable 200, see FIGS. 8a and 8d, for the case that the cross-correlation is used as the comparative comparison method.
  • FIGS. 8a-f the time or a quantity correlating with time is plotted on the abscissa x.
  • the first area 310, the screwdriving operation, is shown in FIGS. 8 a - c.
  • the second region 320, the first operating state, is shown in FIGS. 8 d-f.
  • the measured signal of the operating variable, FIGS. 8a and 8d is correlated with the state-typical model signal form, FIGS. 8b and 8e.
  • FIGS. 8c and 8f Respective results of the correlations are shown in FIGS. 8c and 8f.
  • FIG. 8c the result of the correlation is shown during the first area 310, it being evident that there is little agreement between the two signals.
  • the screwdriving operation is therefore present in FIG. 8c.
  • the result of the correlation during the second region 320 is shown in FIG. 8f. It's in figure 8f it can be seen that there is a high degree of correspondence, so that the handheld power tool 100 is operated in the first operating state.

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Abstract

Verfahren zur Erkennung eines ersten Betriebszustandes einer Handwerkzeugmaschine (100) offenbart, wobei die Handwerkzeugmaschine einen Elektromotor (180) aufweist. Dabei umfasst das Verfahren die Schritte: • S1 Ermitteln eines Signals einer Betriebsgröße des Elektromotors (180); • S2 Vergleichen des Signals der Betriebsgröße mit zumindest einer zustandstypischen Modellsignalform, wobei die zustandstypische Modellsignalform dem ersten Betriebszustand zugeordnet ist; • S3 Entscheiden, ob der erste Betriebszustand vorliegt, wobei die Entscheidung zumindest teilweise davon abhängt, ob in Schritt S2 die zustandstypische Modellsignalform im Signal der Betriebsgröße identifiziert wird. Ferner wird eine Handwerkzeugmaschine (100), insbesondere eine Schlagschraubmaschine, mit einem Elektromotor (180) und einer Steuerungseinheit offenbart, wobei die Steuerungseinheit zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Erkennung eines ersten Betriebszustandes einer
Handwerkzeugmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines ersten Betriebszustan des einer Handwerkzeugmaschine, und eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Handwerkzeugmaschine.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik, siehe beispielsweise EP 3 381 615 A1 , sind Dreh schlagschrauber zum Anziehen von Schraubenelementen, wie beispielsweise Gewindemuttern und Schrauben bekannt. Ein Drehschlagschrauber von diesem Typ umfasst beispielsweise einen Aufbau, bei welchem eine Schlagkraft in einer Drehrichtung durch eine Drehschlagkraft eines Hammers an ein Schraubenele ment übertragen wird. Der Drehschlagschrauber, welcher diesen Aufbau hat, um fasst einen Motor, einen durch den Motor anzutreibenden Hammer, einen Am boss, welcher durch den Hammer geschlagen wird, und ein Werkzeug. Bei dem Drehschlagschrauber wird der in einem Gehäuse eingebaute Motor angetrieben, wobei der Hammer durch den Motor angetrieben, der Amboss wiederum durch den sich drehenden Hammer geschlagen und eine Schlagkraft an das Werkzeug abgegeben wird, wobei zwei unterschiedliche Betriebszustände, nämlich„kein Schlagbetrieb“ und„Schlagbetrieb“ unterschieden werden können.
Aus der EP 2 599 589 B1 ist auch ein Drehschlagschrauber mit einem Motor, mit einem Hammer und einer Drehgeschwindigkeitserfassungseinheit bekannt, wo bei der Hammer durch den Motor angetrieben wird. Für die Bereitstellung von intelligenten Werkzeugfunktionen ist eine Kenntnis über den gerade anliegenden Betriebszustand erforderlich. Eine Identifizierung desselben wird im Stand der Technik beispielsweise durch die Überwachung der Betriebsgrößen des Elektromotors, wie etwa Drehzahl und elektrischer Motor strom, durchgeführt. Hierbei werden die Betriebsgrößen dahingehend untersucht, ob bestimmte Grenzwerte und/oder Schwellwerte erreicht werden. Entspre chende Auswertemethoden arbeiten mit absoluten Schwellwerten und/oder Sig nalgradienten.
Nachtteilig ist hierbei, dass ein fester Grenzwert und/oder Schwellwert praktisch nur für einen Anwendungsfall perfekt eingestellt sein kann. Sobald sich der An wendungsfall verändert, verändern sich auch die dazugehörigen Strom- bzw. Drehzahlwerte bzw. deren zeitlichen Verläufe und eine Schlagerkennung anhand des eingestellten Grenzwertes und/oder Schwellwertes bzw. deren zeitliche Ver läufe funktioniert nicht mehr.
So kann es Vorkommen, dass beispielsweise ein auf der Erkennung des Schlag betriebs basierende automatische Abschaltung bei einzelnen Anwendungsfällen bei einer Verwendung von selbstschneidenden Schrauben zuverlässig in ver schiedenen Drehzahlbereichen abschaltet, allerdings in anderen Anwendungsfäl len bei der Verwendung von selbstschneidenden Schrauben keine Abschaltung erfolgt.
Bei anderen Verfahren zur Bestimmung von Betriebsmodi bei Drehschlagschrau bern werden zusätzliche Sensoren, etwa Beschleunigungssensoren, eingesetzt, um von Schwingungszuständen des Werkzeugs auf den gerade anliegenden Be triebsmodus zu schließen.
Nachteile dieser Verfahren sind zusätzlicher Kostenaufwand für die Sensoren so wie Einbußen in der Robustheit der Handwerkzeugmaschine, da die Anzahl der eingebauten Bauteile und elektrischen Verbindungen im Vergleich zu Handwerk zeugmaschinen ohne diese Sensorik steigt.
Prinzipiell existiert die Problematik der Erkennung von Betriebszuständen auch bei anderen Handwerkzeugmaschinen wie etwa Schlagbohrmaschinen, sodass die Erfindung nicht auf Drehschlagschrauber begrenzt ist. Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Erkennung von Betriebszuständen anzugeben, wel ches die oben genannten Nachteile zumindest teilweise behebt, oder zumindest eine Alternative zum Stand der Technik anzugeben. Eine weitere Aufgabe be steht darin, eine entsprechende Handwerkzeugmaschine anzugeben.
Diese Aufgaben werden mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Erkennung eines ersten Betriebszustan des einer Handwerkzeugmaschine offenbart, wobei die Handwerkzeugmaschine einen Elektromotor aufweist. Dabei umfasst das Verfahren die Schritte:
51 Ermitteln eines Signals einer Betriebsgröße des Elektromotors;
52 Vergleichen des Signals der Betriebsgröße mit zumindest einer zu standstypischen Modellsignalform, wobei die zustandstypische Modell signalform (240) dem ersten Betriebszustand zugeordnet ist;
53 Entscheiden, ob der erste Betriebszustand vorliegt, wobei die Entschei dung zumindest teilweise davon abhängt, ob in Schritt S2 die zustands typische Modellsignalform im Signal der Betriebsgröße identifiziert wird.
Auf diese Weise kann eine einfache und sichere Überwachung und Steuerung zur Erkennung des ersten Betriebszustandes erfolgen, wobei grundsätzlich als Betriebsgrößen, welche über einen geeigneten Messwertgeber aufgenommen werden, verschiedene Betriebsgrößen in Frage kommen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass diesbezüglich kein zusätzlicher Sensor notwendig ist, da diverse Sensoren, wie beispielsweise zur Drehzahlüberwachung, vorzugsweise
Hallsensoren, bereits in Elektromotoren eingebaut sind. Dabei erweist sich der Ansatz zur Erkennung des ersten Betriebszustandes über Betriebsgrößen in den werkzeuginternen Messgrößen, wie beispielsweise die Drehzahl des Elektromotors, als besonders vorteilhaft, da mit dieser Methode die Schlagerkennung besonders zuverlässig und weitgehend unabhängig vom allge meinen Betriebszustands des Werkzeugs bzw. dessen Anwendungsfall erfolgt. Dabei wird im Wesentlichen auf, insbesondere zusätzliche, Sensoreinheiten zur Erfassung der werkzeuginternen Messgrößen verzichtet, wie beispielsweise eine Beschleunigungssensoreinheit, sodass im Wesentlichen ausschließlich das erfin dungsgemäße Verfahren zur Erkennung des ersten Betriebszustands dient.
Weiter ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Erkennung des ersten Betriebszustands unabhängig zumindest einer Solldrehzahl des Elektromotors, zumindest einer Anlaufcharakteristik des Elektromotors und/oder zumindest ei nes Ladezustands einer Energieversorgung, insbesondere eines Akkus, der Handwerkzeugmaschine.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Erkennung des ersten Betriebs zustands für Anwendungsfälle, bei dem ein loses Befestigungselement in einen Befestigungsträger geschraubt wird, als auch bei dem ein festes, insbesondere zumindest teilweise eingeschraubtes, Befestigungselement in einen Befesti gungsträger eingeschraubt wird. Die Anwendungsfälle können dabei sowohl harte als auch weiche Schraubfälle umfassen, wobei ein typischer Anwendungs fall beispielsweise eine selbstschneidende Verschraubung oder eine Holzver schraubung sein kann.
Hierbei ist als das„lose Befestigungselement“ ein Befestigungselement zu ver stehen, dass im Wesentlichen nicht in dem Befestigungsträger eingeschraubt ist und dass in den Befestigungsträger eingeschraubt werden soll. Als das„feste Befestigungselement“ ist ein Befestigungselement aufzufassen, dass zumindest teilweise in dem Befestigungsträger eingeschraubt ist oder aber im Wesentlichen gänzlich im Befestigungsträger eingeschraubt ist. In einem, den Verfahrensschritten S1 bis S3 vorhergehenden, weiteren Verfah rensschritt SO kann die zumindest eine zustandstypische Modellsignalform fest legt werden, wobei die zustandstypische Modellsignalform dem ersten Betriebs zustand zugeordnet ist. In diesem Zusammenhang kann ein Grenz- und/oder Schwellwert für eine vorhandene Übereinstimmung beziehungsweise einen vor liegenden Fehler vom Signal der Betriebsgröße zur zustandstypischen Modellsig nalform eine einstellbare Größe für Anwendungsfälle für eine erfolgreiche Schla gerkennung darstellen.
Insbesondere ist die zustandstypische Modellsignalform geräteintern hinterlegt oder gespeichert, alternativ und/oder zusätzlich der Handwerkzeugmaschine be reitgestellt, insbesondere von einem externen Datengerät bereitgestellt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll„ermitteln“ insbesondere messen o- der aufnehmen einschließen, wobei„aufnehmen“ im Sinne von messen und spei chern aufgefasst werden soll, zudem soll„ermitteln“ auch eine mögliche Signal verarbeitung eines gemessenen Signals einschließen.
Weiter soll„entscheiden“ auch als erkennen oder detektieren verstanden werden, wobei eine eindeutige Zuordnung erreicht werden soll. Als„identifizieren“ soll ein Erkennen einer teilweisen Übereinstimmung mit einem Muster verstanden wer den, die beispielsweise durch ein Anfitten eines Signals an das Muster, eine Fou rier-Analyse oder dergleichen ermöglicht werden kann. Die„teilweise Überein stimmung“ soll derart verstanden werden, dass das Anfitten einen Fehler auf weist, der geringer als eine vorgegebene Schwelle ist, insbesondere geringer als 30%, ganz insbesondere geringer als 20%.
Das Signal der Betriebsgröße soll hier als eine zeitliche Abfolge von Messwerten aufgefasst werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Signal der Be triebsgröße auch ein Frequenzspektrum sein. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Signal der Betriebsgröße auch nachgearbeitet werden, wie beispielsweise geglättet, gefiltert, gefittet und dergleichen. In einer Ausführungsform ist die zustandstypische Modellsignalform ein Schwin gungsverlauf um einen Mittelwert, insbesondere ein im wesentlichen trigonomet rischer Schwingungsverlauf. Dabei stellt die zustandstypische Modellsignalform vorzugsweise einen idealen Schlagbetrieb des Hammers auf den Amboss des Drehschlagwerks dar.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Betriebsgröße eine Drehzahl des Elekt romotors oder eine mit der Drehzahl korrelierende Betriebsgröße. Durch das starre Übersetzungsverhältnis von Elektromotor zum Schlagwerk ergibt sich bei spielsweise eine direkte Abhängigkeit von Motordrehzahl zur Schlagfrequenz. Eine weitere denkbare mit der Drehzahl korrelierende Betriebsgröße ist der Mo torstrom. Als Betriebsgröße des Elektromotors sind auch denkbar eine Motor spannung, ein Hallsignal des Motors, ein Batteriestrom oder eine Batteriespan nung, wobei als die Betriebsgröße auch eine Beschleunigung des Elektromotors, eine Beschleunigung einer Werkzeugaufnahme oder ein Schallsignal eines Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine denkbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Signal der Betriebsgröße in Verfah rensschritt S1 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße aufgenommen, oder als Messwerte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors aufgenommen, beispielsweise eine Beschleunigung, einen Ruck, insbesondere höherer Ordnung, eine Leistung, eine Energie, ein Drehwinkel des Elektromotors, ein Drehwinkel der Werkzeugaufnahme oder eine Frequenz.
In der letztgenannten Ausführungsform kann gewährleistet werden, dass sich eine gleichbleibende Periodizität des zu untersuchenden Signals unabhängig von der Motordrehzahl ergibt.
Alternativ wird das Signal der Betriebsgröße in Verfahrensschritt S1 als Zeitver lauf von Messwerten der Betriebsgröße aufgenommen, wobei in einem dem Ver fahrensschritt S1 folgenden Schritt S1a aufgrund des starren Übersetzungsver hältnisses des Getriebes eine Transformation des Zeitverlaufs der Messwerte der Betriebsgröße in einen Verlauf der Messwerte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors erfolgt. Somit ergeben sich wiederum dieselben Vorteile wie bei der direkten Aufnahme des Signals der Betriebsgröße über die Zeit.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Signal der Betriebsgröße als Folge von Messwerten in einem Speicher, vorzugsweise einem Ringspeicher, insbe sondere der Handwerkzeugmaschine, gespeichert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird in Verfahrensschritt S1 eine Segmentie rung der Messwerte derart durchgeführt, dass das Signal der Betriebsgröße stets eine vorgegebene Anzahl an Messwerten umfasst.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird in Verfahrensschritt S2 das Signal der Betriebsgröße mittels eines der Vergleichsverfahren umfassend zu mindest ein frequenzbasiertes Vergleichsverfahren und/oder ein vergleichendes Vergleichsverfahren verglichen, wobei das Vergleichsverfahren das Signal der Betriebsgröße mit dem zustandstypischen Modellsignalform vergleicht, ob zumin dest ein vorgegebener Schwellwert erfüllt wird. Der vorgegebene Schwellwert kann dabei werksseitig vorgegeben sein oder von einem Benutzer einstellbar sein.
In einer Ausführungsform umfasst das frequenzbasierte Vergleichsverfahren zu mindest die Bandpassfilterung und/oder die Frequenzanalyse, wobei der vorge gebene Schwellwert zumindest 85%, insbesondere 90%, ganz insbesondere 95%, eines vorgegebenen Grenzwerts beträgt.
In der Bandpassfilterung wird beispielsweise das aufgenommene Signal der Be triebsgröße über einen Bandpass, dessen Durchlassbereich mit der zustandsty pischen Modellsignalform übereinstimmt, gefiltert. Eine entsprechende Amplitude im resultierenden Signal ist im ersten Betriebszustand, insbesondere im Schlag betrieb, zu erwarten. Der vorgegebene Schwellwert der Bandpassfilterung kann daher zumindest 85%, insbesondere 90%, ganz insbesondere 95%, der entspre chenden Amplitude im ersten Betriebsmodus, insbesondere im Schlagbetrieb, sein. Der vorgegebene Grenzwert kann hierbei die entsprechende Amplitude im resultierenden Signal eines idealen ersten Betriebszustands, insbesondere eines idealen Schlagbetriebs, sein. Durch das bekannte frequenzbasierte Vergleichsverfahren der Frequenzanalyse kann die zuvor festgelegte zustandstypische Modellsignalform, beispielsweise ein Frequenzspektrum des ersten Betriebszustands, insbesondere eines Schlag betriebs, in den aufgenommenen Signalen der Betriebsgröße gesucht werden. In den aufgenommenen Signalen der Betriebsgröße ist eine entsprechende Amplitude des ersten Betriebszustands, insbesondere des Schlagbetriebs, zu er warten. Der vorgegebene Schwellwert der Frequenzanalyse kann zumindest 85%, insbesondere 90%, ganz insbesondere 95%, der entsprechenden
Amplitude im ersten Betriebsmodus, insbesondere im Schlagbetrieb, sein. Der vorgegebene Grenzwert kann hierbei die entsprechende Amplitude in den aufge nommenen Signalen eines idealen ersten Betriebszustands, insbesondere eines idealen Schlagbetriebs, sein. Dabei kann eine angemessene Segmentierung des aufgenommenen Signals der Betriebsgröße notwendig sein.
In Verfahrensschritt S3 kann zumindest teilweise mittels dem frequenzbasierten Vergleichsverfahren, insbesondere der Bandpassfilterung und/oder der Fre quenzanalyse, die Entscheidung getroffen werden, ob der erste Betriebszustand im Signal der Betriebsgröße identifiziert wurde.
In einer Ausführungsform umfasst das vergleichende Vergleichsverfahren zumin dest die Parameterschätzung und/oder die Kreuzkorrelation, wobei der vorgege bene Schwellwert zumindest 50% einer Übereinstimmung des Signals der Be triebsgröße mit dem zustandstypischen Modellsignalform beträgt.
Das gemessene Signal der Betriebsgröße kann mit der zustandstypischen Mo dellsignalform mittels dem vergleichenden Vergleichsverfahren verglichen wer den. Das gemessene Signal der Betriebsgröße wird derart ermittelt, dass es im Wesentlichen dieselbe endliche Signallänge wie jene der zustandstypischen Mo dellsignalform aufweist. Der Vergleich der zustandstypischen Modellsignalform mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße kann dabei als ein, insbesondere diskretes oder kontinuierliches, Signal einer endlichen Länge ausgegeben wer den. Abhängig eines Grads der Übereinstimmung oder einer Abweichung des Vergleichs, kann ein Ergebnis ausgegeben werden, ob der erste Betriebszu stand, insbesondere der Schlagbetrieb, vorhanden ist. Wenn das gemessene Signal der Betriebsgröße zumindest zu 50% mit der zustandstypischen Modell signalform übereinstimmt, kann der erste Betriebszustand, insbesondere der Schlagbetrieb, vorliegen. Zudem ist denkbar, dass das vergleichende Verfahren mittels des Vergleichs des gemessenen Signals der Betriebsgröße mit der Zu standstypischen Modellsignalform einen Grad einer Abweichung zueinander als Ergebnis des Vergleichs ausgeben kann. Hierbei kann die Abweichung von zu mindest 50% zueinander als ein Kriterium für ein Vorliegen des ersten Betriebs zustands, insbesondere des Schlagbetriebs, sein.
Bei einer Parameterschätzung kann auf einfache Weise ein Vergleich zwischen der zuvor festgelegten zustandstypischen Modellsignalform und dem Signal der Betriebsgröße erfolgen. Hierzu können geschätzte Parameter der zustandstypi schen Modellsignalform identifiziert werden, um die zustandstypische Modellsig nalform dem gemessenen Signal der Betriebsgrößen anzugleichen. Mittels eines Vergleichs zwischen den geschätzten Parametern der zuvor festgelegten zu standstypischen Modellsignalform und dem Signal der Betriebsgröße, kann ein Ergebnis zum Vorliegen des ersten Betriebszustands, insbesondere des Schlag betriebs, ermittelt werden. Anschließend kann eine Bewertung des Ergebnisses des Vergleichs erfolgen, ob der vorgegebene Schwellwert erreicht wurde. Diese Bewertung kann entweder eine Gütebestimmung der geschätzten Parameter o- der die Abweichung zwischen der festgelegten zustandstypischen Modellsignal form und dem erfassten Signal der Betriebsgröße sein.
In einer weiteren Ausführungsform enthält Verfahrensschritt S2 einen Schritt S2a einer Gütebestimmung der Identifizierung der zustandstypischen Modellsignal form im Signal der Betriebsgröße, wobei in Verfahrensschritt S3 die Entschei dung, ob der erste Betriebszustand vorliegt, zumindest teilweise anhand der Gü tebestimmung erfolgt. Als ein Maß der Gütebestimmung kann eine Anpassungs güte der geschätzten Parameter ermittelt werden.
In Verfahrensschritt S3 kann zumindest teilweise mittels der Gütebestimmung, insbesondere des Maßes der Güte, die Entscheidung getroffen werden, ob der erste Betriebszustand im Signal der Betriebsgröße identifiziert wurde. Zusätzlich oder alternativ zur Gütebestimmung kann in Verfahrensschritt S2a eine Abweichungsbestimmung der Identifizierung der zustandstypischen Modell signalform und dem Signal der Betriebsgröße umfassen. Die Abweichung der ge schätzten Parameter der zustandstypischen Modellsignalform zum gemessenen Signal der Betriebsgröße kann beispielsweise 70%, insbesondere 60%, ganz ins besondere 50%, betragen. In Verfahrensschritt S3 erfolgt die Entscheidung, ob der erste Betriebszustand vorliegt, zumindest teilweise anhand der Abweichungs bestimmung. Die Entscheidung zum Vorliegen des ersten Betriebszustands kann bei dem vorgegebenen Schwellwert von zumindest 50% Übereinstimmung des gemessenen Signals der Betriebsgröße und der zustandstypischen Modellsignal form erfolgen.
Bei einer Kreuzkorrelation kann ein Vergleich zwischen der zuvor festgelegten zustandstypischen Modellsignalform und dem gemessenen Signal der Be triebsgröße erfolgen. Bei der Kreuzkorrelation kann die zuvor festgelegte zu standstypische Modellsignalform mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße korreliert werden. Bei einer Korrelation der zustandstypischen Modellsignalform mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße kann ein Maß der Übereinstim mung der beiden Signale ermittelt werden. Das Maß der Übereinstimmung kann beispielsweise 40%, insbesondere 50%, ganz insbesondere 60%, betragen.
In Verfahrensschritt S3 des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Entschei dung, ob der erste Betriebszustand vorliegt, zumindest teilweise anhand der Kreuzkorrelation der zustandstypischen Modellsignalform mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße erfolgen. Die Entscheidung kann zumindest teilweise anhand dem vorgegebenen Schwel Iwert von zumindest 50% Übereinstimmung des gemessenen Signals der Betriebsgröße und der zustandstypischen Modell signalform getroffen werden.
In einem Verfahrensschritt wird der erste Betriebszustand anhand von weniger als zehn Schlägen eines Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine, insbeson dere weniger als zehn Schlagschwingungsperioden des Elektromotors, bevor zugt weniger als sechs Schläge eines Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine, insbesondere weniger als sechs Schlagschwingungsperioden des Elektromotors, ganz bevorzugt weniger als vier Schlägen eines Schlagwerks, insbesondere we niger als vier Schlagschwingungsperioden des Elektromotors, identifiziert. Hier bei soll als ein Schlag des Schlagwerks ein axialer, radialer, tangentialer und/o der in Umfangsrichtung gerichteter Schlag eines Schlagwerksschläger, insbeson dere eines Hammers, auf einen Schlagwerkskörper, insbesondere einen Am boss, verstanden werden. Die Schlagschwingungsperiode des Elektromotors ist mit der Betriebsgröße des Elektromotors korreliert. Eine Schlagschwingungsperi ode des Elektromotors kann anhand von Betriebsgrößenschwankungen während des ersten Betriebszustands im Signal der Betriebsgröße ermittelt werden.
Die Identifizierung der Schläge des Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine, insbesondere die Schlagschwingungsperioden des Elektromotors, kann bei spielsweise dadurch erreicht werden, dass ein Fas-Fitting-Algorithmus verwendet wird, mittels dem eine Auswertung der Schlagerkennung innerhalb von weniger als 100 ms, insbesondere weniger als 60 ms, ganz insbesondere weniger als 40 ms, ermöglicht werden kann. Hierbei ermöglicht das erfinderische Verfahren die Erkennung des ersten Betriebszustands im Wesentlichen für sämtliche oben ge nannte Anwendungsfälle und einer Verschraubung für lose als auch feste Befes tigungselemente in den Befestigungsträger.
Vorteilhafterweise ist die Handwerkzeugmaschine eine Schlagschraubmaschine, insbesondere eine Drehschlagschraubmaschine, und der erste Betriebszustand ein Schlagbetrieb, insbesondere ein Drehschlagbetrieb.
Durch die vorliegende Erfindung ist ein weitest gehender Verzicht auf aufwändi gere Methoden der Signalverarbeitung wie z.B. Filter, Signalrückschleifen, Sys temmodelle (statische sowie adaptive) und Signalnachführungen möglich.
Darüber hinaus erlauben diese Methoden eine noch schnellere Identifikation des Schlagbetriebs bzw. des Arbeitsfortschritts womit eine noch schnellere Reaktion des Werkzeugs hervorgerufen werden kann. Dies gilt insbesondere für die An zahl der vergangenen Schläge nach Einsetzen des Schlagwerks bis zur Identifi kation und auch in besonderen Betriebssituationen wie z.B. der Anlaufphase des Antriebsmotors. Dabei müssen auch keine Einschränkungen der Funktionalität des Werkzeugs wie beispielsweise eine Herabsetzung der maximalen Antriebs drehzahl getroffen werden.
Es ist grundsätzlich keine zusätzliche Sensorik (z.B. Beschleunigungssensor) notwendig, dennoch können diese Auswertemethoden auch auf Signale weiterer Sensorik angewendet werden. Des Weiteren kann in anderen Motorkonzepten, welche beispielsweise ohne Drehzahlerfassung auskommen, diese Methode auch bei anderen Signalen zur Anwendung kommen.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Handwerkzeugmaschine, aufweisend einen Elektromotor, einen Messwertaufnehmer einer Betriebsgröße des Elektromotors, und eine Motorsteuerung, wobei vorteilhafterweise die Hand werkzeugmaschine eine Schlagschraubmaschine, insbesondere eine Dreh schlagschraubmaschine, und der erste Betriebszustand ein Schlagbetrieb, insbe sondere ein Drehschlagbetrieb, ist. Dabei versetzt der Elektromotor eine Ein gangsspindel in Rotation, wobei eine Ausgangsspindel mit einer Werkzeugauf nahme verbunden ist. Ein Amboss ist drehfest mit der Ausgangsspindel verbun den und ein Hammer ist derart mit der Eingangsspindel verbunden, dass er in folge der Drehbewegung der Eingangsspindel eine intermittierende Bewegung in axialer Richtung der Eingangsspindel sowie eine intermittierende rotatorische Be wegung um die Eingangsspindel ausführt, wobei der Hammer auf diese Weise intermittierend auf den Amboss aufschlägt und so einen Schlag- und einen Dreh impuls an den Amboss und somit an die Ausgangsspindel abgibt. Ein erster Sen sor übermittelt ein erstes Signal beispielsweise zur Ermittlung eines Motordreh winkels an die Steuerungseinheit. Ferner kann ein zweiter Sensor ein zweites Signal zur Ermittlung einer Motorgeschwindigkeit an die Steuerungseinheit über mittelt. Die Steuerungseinheit ist vorteilhafterweise dazu ausgelegt, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 durchzuführen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Handwerkzeugmaschine eine akkube triebene Handwerkzeugmaschine, insbesondere ein akkubetriebener Dreh schlagschrauber. Auf diese Weise ist eine flexible und netzunabhängige Benut zung der Handwerkzeugmaschine gewährleistet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Handwerkzeugmaschine ein Akku- Schrauber, eine Bohrmaschine, eine Schlagbohrmaschine oder ein Bohrhammer, wobei als Werkzeug ein Bohrer, eine Bohrkrone oder verschiedene Bitaufsätze verwendet werden können. Die erfindungsgemäße Handwerkezugmaschine ist insbesondere als Schlagschraubwerkzeug ausgebildet, wobei durch die impuls hafte Freisetzung der Motorenergie ein höheres Spitzendrehmoment für ein Ein schrauben oder ein Herausschrauben einer Schraube oder einer Schraubenmut ter erzeugt wird. Unter Übertragung elektrischer Energie soll in diesem Zusam menhang insbesondere verstanden werden, dass die Handwerkzeugmaschine über einen Akku und/oder über eine Stromkabelanbindung an den Korpus Ener gie weiterleitet.
Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform das Schraubwerk zeug in der Drehrichtung flexibel ausgebildet sein. Auf diese Weise kann das vor geschlagene Verfahren sowohl zum Eindrehen als auch zum Herausdrehen einer Schraube beziehungsweise einer Schraubenmutter verwendet werden.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung erge ben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Er findung, welches in der Zeichnung dargestellt ist. Dabei ist zu beachten, dass die in den Figuren beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in belie biger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusam menfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unab hängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung nur einen beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Handwerk
zeugmaschine;
Fig. 2(a) eine schematische Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße einer Handwerkzeugmaschine bei einem losen Befestigungselement; Fig. 2(b) eine schematische Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße einer Handwerkzeugmaschine bei einem festen Befestigungselement;
Fig. 3 eine schematische Darstellung zweier verschiedener Aufzeich nungen des Signals der Betriebsgröße;
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 5 eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und eines zustandstypischen Modellsignals für die Bandpassfilterung;
Fig. 6 eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und eines zustandstypischen Modellsignals für die Frequenzanalyse;
Fig. 7 eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und eines zustandstypischen Modellsignals für die Parameterschätzung;
Fig. 8 eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und eines zustandstypischen Modellsignals für die Kreuzkorrelation.
Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine 100, die ein Gehäuse 105 mit einem Handgriff 1 15 aufweist. Gemäß der dargestellten Aus führungsform ist die Handwerkzeugmaschine 100 zur netzunabhängigen Strom versorgung mechanisch und elektrisch mit einem Akkupack 190 verbindbar. In Fig. 1 ist die Handwerkzeugmaschine 100 beispielhaft als Akkudrehschlag schrauber ausgebildet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Akku-Drehschlagschrauber beschränkt ist, sondern prinzipiell bei Handwerkzeugmaschinen 100 bei denen die Erkennung von Betriebszustän den notwendig ist, wie etwa Schlagbohrmaschinen, seine Anwendung finden kann.
In dem Gehäuse 105 sind ein von dem Akkupack 190 mit Strom versorgter, elektrischer Elektromotor 180 und ein Getriebe 170 angeordnet. Der Elektromo tor 180 ist über das Getriebe 170 mit einer Eingangsspindel verbunden. Ferner ist innerhalb des Gehäuses 105 im Bereich des Akkupacks 190 eine Steuerungs einheit 370 angeordnet, welche zur Steuerung und/oder Regelung des Elektro motors 180 und des Getriebes 170 beispielsweise mittels einer eingestellten Mo tordrehzahl n, einem angewählten Drehimpuls, einem gewünschten Getriebe gang x oder dergleichen auf diese einwirkt.
Der Elektromotor 180 ist beispielsweise über einen Handschalter 195 betätigbar, d. h. ein- und ausschaltbar, und kann ein beliebiger Motortyp, beispielsweise ein elektronisch kommutierter Motor oder ein Gleichstrommotor, sein. Grundsätzlich ist der Elektromotor 180 derart elektronisch Steuer- bzw. regelbar, dass sowohl ein Reversierbetrieb, als auch Vorgaben hinsichtlich der gewünschten Motor drehzahl n und des gewünschten Drehimpulses realisierbar sind. Die Funktions weise und der Aufbau eines geeigneten Elektromotors sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, sodass hier zwecks Knappheit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung verzichtet wird.
Über eine Eingangsspindel und eine Ausgangsspindel ist eine Werkzeugauf nahme 140 drehbar im Gehäuse 105 gelagert. Die Werkzeugaufnahme 140 dient zur Aufnahme eines Werkzeugs und kann unmittelbar an die Ausgangsspindel angeformt sein oder aufsatzförmig mit dieser verbunden sein.
Die Steuerungseinheit 370 steht mit einer Stromquelle in Verbindung und ist der art ausgebildet, dass sie den Elektromotor 180 mittels verschiedener Stromsig nale elektronisch Steuer- bzw. regelbar ansteuern kann. Die verschiedenen Stromsignale sorgen für unterschiedliche Drehimpulse des Elektromotors 180, wobei die Stromsignale über eine Steuerleitung an den Elektromotor 180 geleitet werden. Die Stromquelle kann beispielsweise als Batterie oder, wie in dem dar gestellten Ausführungsbeispiel als Akkupack 190 oder als Netzanschluss ausge bildet sein.
Ferner können nicht im Detail dargestellte Bedienelemente vorgesehen sein, um verschiedene Betriebsmodi und/oder die Drehrichtung des Elektromotors 180 einzustellen. In Figur 2 ist ein Beispielsignal einer Betriebsgröße 200 eines Elektromotors 180 eines Drehschlagschraubers, wie es so oder in ähnlicher Form bei der bestim mungsgemäßen Verwendung eines Drehschlagschraubers auftritt, dargestellt. Während sich die folgenden Ausführungen auf einen Drehschlagschrauber be ziehen, gelten sie im Rahmen der Erfindung sinngemäß auch für andere Hand werkzeugmaschinen 100 wie beispielsweise Schlagbohrmaschinen.
Auf der Abszisse x ist im vorliegenden Beispiel der Figur 2 die Zeit als Bezugs größe aufgetragen. In einer alternativen Ausführungsformen wird jedoch eine mit der Zeit korrelierten Größe als Bezugsgröße aufgetragen, wie beispielsweise der Drehwinkel der Werkzeugaufnahme 140 oder der Drehwinkel des Elektromotors 180. Auf der Ordinate f(x) ist in der Figur die zu jedem Zeitpunkt anliegende Mo tordrehzahl n aufgetragen. Anstelle der Motordrehzahl kann auch eine andere, mit der Motordrehzahl korrelierende Betriebsgröße gewählt werden. In alternati ven Ausführungsformen der Erfindung repräsentiert f(x) beispielsweise ein Signal des Motorstroms.
Motordrehzahl und Motorstrom sind Betriebsgrößen, die bei Handwerkzeugma schinen 100 üblicherweise und ohne Zusatzaufwand von einer Steuerungseinheit 370 erfasst werden. Das Ermitteln des Signals einer Betriebsgröße 200 des Elektromotors 180 ist in Figur 4, die ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, als Verfahrensschritt S1 gekennzeichnet.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann ein Benutzer der Hand werkzeugmaschine 100 auswählen, basierend auf welcher Betriebsgröße das er finderische Verfahren ausgeführt werden soll.
In Fig. 2(a) ist ein Anwendungsfall eines losen Befestigungselements, beispiels weise einer Schraube, in einen Befestigungsträger, beispielsweise ein Holzbrett, gezeigt. Man erkennt in Figur 2(a), dass das Signal einen ersten Bereich 310 um fasst, der durch ein monotones Anwachsen der Motordrehzahl gekennzeichnet ist, sowie durch einen Bereich vergleichsweise konstanter Motordrehzahl, den man auch als Plateau bezeichnen kann. Der Schnittpunkt zwischen Abszisse x und Ordinate f(x) in Figur 2(a) entspricht beim Schraubvorgang dem Start des Drehschlagschraubers. In dem ersten Bereich 310 arbeitet der Drehschlagschrauber im Betriebszustand des Schraubens ohne Schlag.
In einem zweiten Bereich 320 arbeitet der Drehschlagschrauber in einem Dreh schlagbetrieb. Der Drehschlagbetrieb ist durch einen oszillierenden Verlauf des Signals der Betriebsgröße 200 gekennzeichnet, wobei die Form der Oszillation beispielsweise trigonometrisch oder anderweitig oszillierend sein kann. Im vorlie genden Fall hat die Oszillation einen Verlauf, den man als modifizierte trigono metrische Funktion bezeichnen kann, wobei die obere Halbwelle der Schwingung eine spitzhut- oder zahnartige Form hat. Diese charakteristische Form des Sig nals der Betriebsgröße 200 im Schlagschraubbetrieb entsteht durch das Aufzie hen und Freilaufen des Schlagwerksschlägers und der zwischen Schlagwerk und Elektromotor 180 befindlichen Systemkette u.a. des Getriebes 170.
Die qualitative Signalform des Schlagbetriebs ist aufgrund der inhärenten Eigen schaften des Drehschlagschraubers also prinzipiell bekannt. In dem erfindungs gemäßen Verfahren der Figur 4 wird ausgehend von dieser Erkenntnis in einem Schritt SO zumindest eine zustandstypische Modellsignalform 240 festgelegt, wo bei die zustandstypische Modellsignalform 240 dem ersten Betriebszustand, im Beispiel der Figur 2(a) also dem Schlagschraubbetrieb im zweiten Bereich 320, zugeordnet ist. Mit anderen Worten enthält die zustandstypische Modellsignal form 240 für den ersten Betriebszustand typische Merkmale wie Vorhandensein eines Schwingungsverlaufs, Schwingungsfrequenzen beziehungsweise -amplitu- den, oder einzelne Signalsequenzen in kontinuierlicher, quasi-kontinuierlicher o- der diskreter Form.
In anderen Anwendungen kann der erste, zu detektierende Betriebszustand durch andere Signalformen als durch Schwingungen gekennzeichnet sein, etwa durch Unstetigkeiten oder Wachstumsraten in der Funktion f(x). In solchen Fällen ist die zustandstypische Modellsignalform durch eben diese Parameter gekenn zeichnet anstelle durch Schwingungen.
In Fig. 2(b) ist ein Anwendungsfall eines festen Befestigungselements, beispiels weise einer Schraube, in einem Befestigungsträger, beispielsweise ein Holzbrett, gezeigt. Hierbei bedeutet„fest“, dass das Befestigungselement zumindest teil weise in dem Befestigungsträger verschraubt ist und ein unterbrochener Schraubvorgang fortgeführt werden soll. Die Bezugszeichen und Bezeichnungen des ersten und zweiten Bereichs 310, 320 sind wie in Fig. 2(a). Der Unterschied des Anwendungsfalls in Fig. 2(b) zu Fig. 2(a) besteht darin, dass nach einer kur zen Anlaufphase mit der monoton wachsenden Drehzahl, der Drehschlagbetrieb bereits während der monoton wachsenden Drehzahl einsetzt. In Fig. 2(b) ist zu erkennen, dass im Wesentlichen kein Plateau mit der vergleichsweise konstan ten Drehzahl vorherrscht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfinderischen Verfahrens kann in Ver fahrensschritt SO die zustandstypische Modellsignalform 240 festgelegt werden. Die zustandstypische Modellsignalform 240 kann geräteintern hinterlegt, berech net oder gespeichert sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die zu standstypische Modellsignalform alternativ und/oder zusätzlich der Handwerk zeugmaschine 100 bereitgestellt werden, beispielsweise von einem externen Da tengerät.
In einem Verfahrensschritt S2 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Sig nal der Betriebsgröße des Elektromotors 180 mit der zustandstypischen Modell signalform 240 verglichen. Das Merkmal„vergleichen“ soll im Kontext mit der vor liegenden Erfindung breit und im Sinne einer Signalanalyse ausgelegt werden, sodass ein Ergebnis des Vergleichs insbesondere auch eine teilweise oder gra duelle Übereinstimmung des Signals der Betriebsgröße 200 des Elektromotors 180 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 sein kann, wobei der Grad der Übereinstimmung der beiden Signale durch verschiedene Verfahren ermittelt werden kann, die an späterer Stelle noch genannt werden.
In einem Verfahrensschritt S3 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Ent scheidung, ob der erste Betriebszustand vorliegt, zumindest teilweise anhand des Ergebnisses des Vergleichs getroffen. Hierbei ist der Grad der Übereinstim mung ein werks- oder benutzerseitig einstellbarer Parameter zur Einstellung ei ner Sensitivität der Erkennung des ersten Betriebszustandes. In praktischen Anwendungen kann vorgesehen sein, dass die Verfahrensschritte S1 , S2 und S3 sich wiederholend während des Betriebs einer Handwerkzeugma schine 100 ausgeführt werden, um den Betrieb auf das Vorhandensein des ers ten Betriebszustands zu überwachen. Zu diesem Zweck kann in Verfahrens schritt S1 eine Segmentierung des ermittelten Signals der Betriebsgröße 200 er folgen, sodass die Verfahrensschritte S2 und S3 an Signalsegmenten, vorzugs weise stets gleicher, festgelegter Länge, durchgeführt werden.
Zu diesem Zweck kann das Signal der Betriebsgröße 200 als Folge von Mess werten in einem Speicher, vorzugsweise einem Ringspeicher, gespeichert wer den. In dieser Ausführungsform umfasst die Handwerkzeugmaschine 100 den Speicher, vorzugsweise den Ringspeicher.
Wie im Zusammenhang mit Figur 2 bereits erwähnt, wird in bevorzugten Ausfüh rungsformen der Erfindung in Verfahrensschritt S1 das Signal der Betriebsgröße 200 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße ermittelt, oder als Mess werte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors 180. Dabei können die Messwerte diskret, quasi kontinuierlich o- der kontinuierlich sein.
Eine Ausführungsform sieht dabei vor, dass das Signal der Betriebsgröße 200 in Verfahrensschritt S1 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße aufge nommen wird und in einem dem Verfahrensschritt S1 folgenden Verfahrens schritt S1a eine Transformation des Zeitverlaufs der Messwerte der Be triebsgröße in einen Verlauf der Messwerte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors 180 erfolgt, wie beispielsweise der Drehwinkel der Werkzeugaufnahme 140 oder den Motordrehwinkel.
Die Vorteile dieser Ausführungsform werden im Folgenden anhand Figur 3 be schrieben. Ähnlich zu Figur 2 zeigt Figur 3a Signale f(x) einer Betriebsgröße 200 über eine Abszisse x, in diesem Fall über die Zeit t. Wie in Figur 2 kann die Be triebsgröße eine Motordrehzahl oder ein mit der Motordrehzahl korrelierender Parameter sein. Die Abbildung enthält zwei Signalverläufe der Betriebsgröße 200 im ersten Be triebsmodus, im Falle eines Drehschlagschraubers also im Drehschlagschraub modus. In beiden Fällen umfasst das Signal eine Wellenlänge eines idealisiert als sinusförmig angenommenen Schwingungsverlaufs, wobei das Signal mit kür zerer Wellenlänge, T 1 Verlauf mit höherer Schlagfrequenz, und das Signal mit längerer Wellenlänge, T2 einen Verlauf mit niedrigerer Schlagfrequenz, aufweist.
Beide Signale können mit derselben Handwerkzeugmaschine 100 bei verschie denen Motorgeschwindigkeiten erzeugt werden und sind unter anderem abhän gig davon, welche Umdrehungsgeschwindigkeit der Benutzer über den Bedien schalter von der Handwerkzeugmaschine 100 anfordert.
Soll nun beispielsweise der Parameter„Wellenlänge“ zur Definition der zustands typischen Modellsignalform 240 herangezogen werden, müssten also im vorlie genden Fall zumindest zwei verschiedene Wellenlängen T1 und T2 als mögliche Teile der zustandstypischen Modellsignalform hinterlegt sein, damit der Vergleich des Signals der Betriebsgröße 200 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 in beiden Fällen zum Ergebnis„Übereinstimmung“ führt. Da sich die Motor drehzahl über der Zeit allgemein und in großem Umfang ändern kann, führt dies dazu, dass auch die gesuchte Wellenlänge variiert und dadurch die Methoden zur Erkennung dieser Schlagfrequenz dementsprechend adaptiv eingestellt wer den müssten.
Bei einer Vielzahl von möglichen Wellenlängen würde der Aufwand des Verfah rens und der Programmierung entsprechend schnell ansteigen.
In der bevorzugten Ausführungsform werden daher die Zeitwerte der Abszisse in mit den Zeitwerten korrelierende Werte transformiert, wie beispielsweise Be schleunigungswerte, Ruckwerte höherer Ordnung, Leistungswerte, Energiewerte, Frequenzwerte, Drehwinkelwerte der Werkzeugaufnahme 140 oder Drehwinkel werte des Elektromotors 180. Dies ist möglich, weil sich durch das starre Über setzungsverhältnis von Elektromotor 180 zum Schlagwerk und zur Werkzeugauf nahme 140 eine direkte, bekannte Abhängigkeit von Motordrehzahl zur Schlag frequenz ergibt. Durch diese Normierung wird ein von der Motordrehzahl unab hängiges Schwingungssignal gleichbleibender Periodizität erreicht, was in Figur 3b durch die beiden aus der Transformation der zu T1 und T2 gehörigen Signale dargestellt ist, wobei beide Signale nun die gleiche Wellenlänge P1=P2 aufwei sen.
Entsprechend kann in dieser Ausführungsform der Erfindung die zustandstypi sche Modellsignalform 240 gültig für alle Drehzahlen durch einen einzigen Para meter der Wellenlänge über die mit der Zeit korrelierende Größe, wie beispiels weise den Drehwinkel der Werkzeugaufnahme 140 oder den Motordrehwinkel, festgelegt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Vergleich des Signals der Be triebsgröße 200 in Verfahrensschritt S2 mit einem Vergleichsverfahren, wobei das Vergleichsverfahren zumindest ein frequenzbasiertes Vergleichsverfahren und/oder ein vergleichendes Vergleichsverfahren umfasst. Das Vergleichsverfah ren vergleicht das Signal der Betriebsgröße 200 mit dem zustandstypischen Mo dellsignalform 240, ob zumindest ein vorgegebener Schwellwert erfüllt wird Das frequenzbasierte Vergleichsverfahren umfasst zumindest die Bandpassfilterung und/oder die Frequenzanalyse. Das vergleichende Vergleichsverfahren umfasst zumindest die Parameterschätzung und/oder die Kreuzkorrelation. Das frequenz basierte und das vergleichende Vergleichsverfahren wird im Folgenden detaillier ter beschrieben.
In Ausführungsformen mit Bandpassfilterung wird das, gegebenenfalls wie be schrieben, auf eine mit der Zeit korrelierenden Größe transformierte Eingangssig nal über einen Bandpass gefiltert, dessen Durchlassbereich den vorgegebenen Schwellwert darstellt. Der Durchlassbereich ergibt sich aus der zustandstypi schen Modellsignalform 240. Es ist auch denkbar, dass der Durchlassbereich mit einer im Zusammenhang mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 festge legten Frequenz übereinstimmt. In dem Fall, dass Amplituden dieser Frequenz einen vorher festgelegten Grenzwert überschreiten, wie dies im ersten Betriebs zustand der Fall ist, führt der Vergleich in Verfahrensschritt S2 dann zu dem Er gebnis, dass das Signal der Betriebsgröße 200 der zustandstypischen Modellsig nalform 240 gleicht, und dass somit der erste Betriebszustand ausgeführt wird. Die Festlegung eines Amplitudengrenzwertes kann in dieser Ausführungsform als einem dem Verfahrensschritt S2 folgenden Verfahrensschritt S2a einer Güte bestimmung der Übereinstimmung der zustandstypischen Modellsignalform 240 mit dem Signal der Betriebsgröße 200 aufgefasst werden, auf Grundlage derer in Verfahrensschritt S3 entschieden wird, ob der erste Betriebszustand vorliegt oder nicht.
In Ausführungsformen, welche als frequenzbasierte Vergleichsverfahren die Fre quenzanalyse verwenden, wird das Signal der Betriebsgröße 200 auf Grundlage der Frequenzanalyse, beispielsweise der schnellen Fourier-Transformation (Fast Fourier Transformation, FFT), von einem Zeitbereich in den Frequenzbereich mit entsprechender Gewichtung der Frequenzen transformiert, wobei an dieser Stelle der Begriff„Zeitbereich“ gemäß der obigen Ausführungen sowohl als„Ver lauf der Betriebsgröße über die Zeit“ als auch als„Verlauf der Betriebsgröße als eine mit der Zeit korrelierenden Größe“ zu verstehen ist.
Die Frequenzanalyse in dieser Ausprägung ist als mathematisches Werkzeug der Signalanalyse aus vielen Bereichen der Technik hinreichend bekannt und wird unter anderem dazu verwendet, gemessene Signale als Reihenentwicklun gen gewichteter periodischer, harmonischer Funktionen unterschiedlicher Wel lenlänge anzunähern. Dabei geben die Gewichtungsfaktoren an, ob und wie stark die korrespondierenden harmonischen Funktionen einer bestimmten Wel lenlänge in dem untersuchten Signal vorhanden sind.
Bezogen auf das erfindungsgemäße Verfahren kann mithilfe der Frequenzana lyse also festgestellt werden, ob und mit welcher Amplitude die der zustandstypi schen Modellsignalform 240 zugeordnete Frequenz im Signal der Betriebsgröße 200 vorhanden ist. Wie im Zusammenhang mit der Bandpassfilterung erwähnt, kann ein Grenzwert der Amplitude festgelegt werden, welcher ein Maß des Gra des der Übereinstimmung des Signals der Betriebsgröße 200 mit der zustandsty pischen Modellsignalform 240 ist. Übersteigt die Amplitude der der zustandstypi schen Modellsignalform 240 zugeordneten Frequenz im Signal der Betriebsgröße 200 diesen Grenzwert, wird in Verfahrensschritt S3 festgestellt, dass der erste Betriebszustand vorliegt. ln Ausführungsformen, in denen das vergleichende Vergleichsverfahren verwen det wird, wird das Signal der Betriebsgröße 200 mit der zustandstypischen Mo dellsignalform 240 vergleichen, um herauszufinden, ob das gemessene Signal der Betriebsgröße 200 zumindest eine Übereinstimmung von 50% mit der zu standstypischen Modellsignalform 240 aufweist und damit der vorgegebene Schwellwert erreicht wird. Denkbar ist auch, dass das Signal der Betriebsgröße 200 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 vergleichen wird, um eine Abweichung der beiden Signale zueinander zu ermitteln.
In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei denen die Para meterschätzung als vergleichendes Vergleichsverfahren verwendet wird, wird das gemessene Signal der Betriebsgrößen 200 mit der zustandstypische Modell signalform 240 vergleichen, wobei für die zustandstypische Modellsignalform 240 geschätzte Parameter identifiziert werden. Mit Hilfe der geschätzten Parameter kann ein Maß der Übereinstimmung des gemessenen Signals der Betriebsgrö ßen 200 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 ermittelt werden, ob der erste Betriebszustand vorliegt. Die Parameterschätzung basiert hierbei auf der Ausgleichsrechnung, die eine, dem Fachmann bekannten, mathematische Optimierungsmethode ist. Die mathematische Optimierungsmethode ermöglicht mit Hilfe der geschätzten Parameter die zustandstypische Modellsignalform 240 an eine Reihe von Messdaten des Signals der Betriebsgröße 200 anzugleichen. Abhängig ein Maß der Übereinstimmung der geschätzten Parameter der zu standstypischen Modellsignalform 240 mit dem gemessenen Signal der Be triebsgröße 200 kann die Entscheidung, ob der erste Betriebszustand vorliegt, getroffen werden.
Mit Hilfe der Ausgleichsrechnung des vergleichenden Verfahrens der Parameter schätzung kann auch ein Maß einer Abweichung der geschätzten Parameter der zustandstypischen Modellsignalform 240 zu dem gemessenen Signal der Be triebsgröße 200 ermittelt werden.
Um zu entscheiden, ob eine ausreichende Übereinstimmung oder eine ausrei chend geringe Abweichung der zustandstypischen Modellsignalform 240 mit den geschätzten Parametern zum gemessenen Signal der Betriebsgröße 200 vor liegt, wird in dem Verfahrensschritt S2 folgenden Verfahrensschritt S2a eine Ab weichungsbestimmung durchgeführt. Wird die Abweichung von der zustandstypi schen Modellsignalform 240 zum gemessenen Signal der Betriebsgröße von 70% ermittelt, kann die Entscheidung getroffen werden, ob der erste Betriebszu stand im Signal der Betriebsgröße identifiziert wurde und ob der erste Betriebs zustand vorliegt.
Um zu entscheiden, ob eine ausreichende Übereinstimmung der zustandstypi schen Modellsignalform 240 mit dem Signal der Betriebsgröße 200 vorliegt, wird in einer weiteren Ausführungsform in einem dem Verfahrensschritt S2 folgenden Verfahrensschritt S2a eine Gütebestimmung für die geschätzten Parameter durchgeführt. Bei der Gütebestimmung werden Werte für eine Güte zwischen 0 und 1 ermittelt, wobei gilt, dass ein höherer Wert eine höhere Übereinstimmung zwischen der zustandstypischen Modelsignalform 240 mit dem Signal der Be triebsgröße 200 repräsentiert. Die Entscheidung, ob der erste Betriebszustand vorliegt, wird in der bevorzugten Ausführungsform in dem Verfahrensschritt S3 zumindest teilweise anhand der Bedingung getroffen, dass der Wert der Güte in einem Bereich von 50%.
In einer Ausführungsform des erfinderischen Verfahrens wird als vergleichendes Vergleichsverfahren in Verfahrensschritt S2 das Verfahren der Kreuzkorrelation verwendet. We die im vorstehenden beschriebenen mathematischen Verfahren auch, ist das Verfahren der Kreuzkorrelation dem Fachmann an sich bekannt.
Bei dem Verfahren der Kreuzkorrelation wird die zustandstypische Modellsignal form 240 mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße 200 korreliert.
Im Vergleich zum weiter oben vorgestellten Verfahren der Parameterschätzung ist das Ergebnis der Kreuzkorrelation wieder eine Signalfolge mit einer addierten Signallänge aus einer Länge des Signals der Betriebsgröße 200 und der zu standstypischen Modellsignalform 240, welches die Ähnlichkeit der zeitverscho benen Eingangssignale darstellt. Dabei stellt das Maximum dieser Ausgangs folge den Zeitpunkt der höchsten Übereinstimmung der beiden Signale, also des Signals der Betriebsgröße 200 und der zustandstypischen Modelsignalform 240, dar und ist damit auch ein Maß für die Korrelation selbst, welches in dieser Aus führungsform in Verfahrensschritt S3 als Entscheidungskriterium für das Vorlie gen des ersten Betriebszustands verwendet wird. In der Implementierung im er findungsgemäßen Verfahren ist ein wesentlicher Unterschied zur Parameter schätzung, dass für die Kreuzkorrelation beliebige zustandstypische Modelsignal formen verwendet werden können, während bei der Parameterschätzung die zu standstypische Modellsignalform 240 durch parametrisierbare mathematische Funktionen dargestellt werden können muss.
Figur 5 zeigt das gemessene Signal der Betriebsgröße 200 für den Fall, dass als das frequenzbasierte Vergleichsverfahren die Bandpassfilterung verwendet wird. Hierbei wird ist als Abszisse x die Zeit oder eine mit der Zeit korrelierende Größe aufgetragen. Figur 5a zeigt das gemessene Signal der Betriebsgröße, ein Ein gangssignal der Bandpassfilterung, wobei im ersten Bereich 310 die Handwerk zeugmaschine 100 im Schraubbetrieb betrieben wird. Im zweiten Bereich 320 wird die Handwerkzeugmaschine 100 im Drehschlagbetrieb betrieben. Figur 5b stellt das Ausgangssignal dar, nachdem der Bandpass das Eingangssignal gefil tert hat.
Figur 6 stellt das gemessene Signal der Betriebsgröße 200 für den Fall dar, dass als das frequenzbasierte Vergleichsverfahren die Frequenzanalyse verwendet wird. In Figur 6 a und b ist der erste Bereich 310 gezeigt, bei dem die Handwerk zeugmaschine 100 im Schraubbetrieb ist. Auf der Abszisse x der Figur 6a ist die Zeit t oder einer mit der Zeit korrelierten Größe aufgetragen. In Figur 6b ist das Signal der Betriebsgröße 200 transformiert dargestellt, wobei beispielsweise mit tels einer Fast-Fourier-Transformation von der Zeit in eine Frequenz transformiert werden kann. Auf der Abszisse x‘ der Figur 6b ist beispielsweise die Frequenz f aufgetragen, sodass die Amplituden des Signals der Betriebsgröße 200 darge stellt sind. In den Figuren 6c und d ist der zweite Bereich 320 dargestellt, in dem die Handwerkzeugmaschine 100 im Drehschlagbetrieb ist. Figur 6c zeigt das ge messene Signal der Betriebsgröße 200 aufgetragen über die Zeit im Drehschlag betrieb dar. Figur 6d zeigt das transformierte Signal der Betriebsgröße 200, wo bei das Signal der Betriebsgröße 200 über die Frequenz f als Abszisse x‘ aufge tragen ist. Figur 6d zeigt charakteristische Amplituden für den Drehschlagbetrieb. Figur 7a zeigt einen typischen Fall eines Vergleichs mittels des vergleichenden Vergleichsverfahrens der Parameterschätzung zwischen dem Signal einer Be triebsgröße 200 und einer zustandstypischen Modellsignalform 240 in dem in Fi gur 2 beschriebenen ersten Bereich 310. Während die zustandstypische Modell signalform 240 einen im Wesentlichen trigonometrischen Verlauf aufweist, hat das Signal der Betriebsgröße 200 einen davon stark abweichenden Verlauf. Un abhängig von der Wahl eines der oben beschriebenen Vergleichsverfahren hat in diesem Fall der in Verfahrensschritt S2 durchgeführte Vergleich zwischen der zu standstypischen Modellsignalform 240 und dem Signal der Betriebsgröße 200 zum Ergebnis, dass der Grad der Übereinstimmung der beiden Signale derart gering ist, dass in Verfahrensschritt S3 der erste Betriebszustand nicht festge stellt wird.
In Figur 7b ist dagegen der Fall dargestellt, in dem der erste Betriebszustand an liegt und daher die zustandstypische Modellsignalform 240 und das Signal der Betriebsgröße 200 insgesamt einen hohen Grad der Übereinstimmung aufwei sen, auch wenn an einzelnen Messpunkten Abweichungen feststellbar sind. So kann im vergleichenden Vergleichsverfahren der Parameterschätzung die Ent scheidung, ob der erste Betriebszustand vorliegt, getroffen werden.
Figur 8 zeigt den Vergleich der zustandstypischen Modellsignalform 240, siehe Figur 8b und e, mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße 200, siehe Figur 8a und 8d, für den Fall, dass als vergleichendes Vergleichsverfahren die Kreuz korrelation verwendet wird. In den Figuren 8a - f sind auf der Abszisse x die Zeit oder eine mit der Zeit korrelierende Größe aufgetragen. In den Figuren 8 a - c ist der erste Bereich 310, dem Schraubbetrieb, gezeigt. In den Figuren 8 d - f ist der zweite Bereich 320, dem ersten Betriebszustand, gezeigt. Wie weiter oben be schrieben, wird das gemessene Signal der Betriebsgröße, Figur 8a und Figur 8d, mit der zustandstypischen Modellsignalform, Figur 8b und 8e, korreliert. In den Figuren 8c und 8f sind jeweilige Ergebnisse der Korrelationen dargestellt. In Fi gur 8c wird das Ergebnis der Korrelation während dem ersten Bereich 310 ge zeigt, wobei erkennbar ist, dass eine geringe Übereinstimmung der beiden Sig nale vorliegt. In Figur 8c liegt daher der Schraubbetrieb vor. In Figur 8f ist das Er gebnis der Korrelation während dem zweiten Bereich 320 gezeigt. Es ist in Figur 8f erkennbar, dass eine hohe Übereinstimmung vorliegt, sodass die Handwerk zeugmaschine 100 im ersten Betriebszustand betrieben wird.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbei- spiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildun gen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung.
Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen sowie Kombinati- onen von Merkmalen umfassen können.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Erkennung eines ersten Betriebszustandes einer Handwerk zeugmaschine (100), die Handwerkzeugmaschine (100) umfassend einen Elektromotor (180), das Verfahren umfassend die Schritte
51 Ermitteln eines Signals einer Betriebsgröße (200) des Elektromotors (180);
52 Vergleichen des Signals der Betriebsgröße (200) mit zumindest einer zustandstypischen Modellsignalform (240), wobei die zustandstypische Modellsignalform (240) dem ersten Betriebszustand zugeordnet ist;
53 Entscheiden, ob der erste Betriebszustand vorliegt, wobei die Entschei dung zumindest teilweise davon abhängt, ob in Schritt S2 die zustands typische Modellsignalform (240) im Signal der Betriebsgröße (200) iden tifiziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zustandstypi sche Modellsignalform (240) ein Schwingungsverlauf ist, insbesondere ein trigonometrischer Schwingungsverlauf.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Be triebsgröße eine Drehzahl des Elektromotors (180) oder eine mit der Dreh zahl korrelierende Betriebsgröße ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Signal der Betriebsgröße (200) in Verfahrensschritt S1 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße aufgenommen wird, oder als Messwerte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors (180).
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Signal der Betriebsgröße (200) in dem Verfahrensschritt S1 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße aufgenommen wird und in ei nem dem Verfahrensschritt folgenden Verfahrensschritt S1a eine Transfor mation des Zeitverlaufs der Messwerte der Betriebsgröße in einen Verlauf der Messwerte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors (180) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Signal der Betriebsgröße (200) als Folge von Messwerten in einem Speicher, vorzugsweise einem Ringspeicher, insbesondere der Hand werkzeugmaschine (100), gespeichert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrens schritt S1 eine Segmentierung der Messwerte derart durchgeführt wird, dass das Signal der Betriebsgröße (200) stets eine vorgegebene Anzahl an Mess werten umfasst.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass in Verfahrensschritt S2 das Signal der Betriebsgröße (200) mittels eines der Vergleichsverfahren umfassend zumindest ein frequenzbasiertes Vergleichsverfahren und/oder ein vergleichendes Vergleichsverfahren vergli chen wird, wobei das Vergleichsverfahren das Signal der Betriebsgröße (200) mit dem zustandstypischen Modellsignalform (240) vergleicht, ob zu mindest ein vorgegebener Schwellwert erfüllt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das frequenzba sierte Vergleichsverfahren zumindest die Bandpassfilterung und/oder die Frequenzanalyse umfasst, wobei der vorgegebene Schwellwert zumindest 85%, insbesondere 90%, ganz insbesondere 95%, eines vorgegebenen Grenzwerts beträgt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das verglei chende Vergleichsverfahren zumindest die Parameterschätzung und/oder die Kreuzkorrelation umfasst, wobei der vorgegebene Schwellwert zumin dest 50% einer Übereinstimmung des Signals der Betriebsgröße (200) mit dem zustandstypischen Modellsignalform (240) beträgt.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass Verfahrensschritt S2 einen nachfolgenden Verfahrensschritt S2a einer Gütebestimmung der Identifizierung der zustandstypischen Modellsig nalform (240) und des Signals der Betriebsgröße (200) umfasst, wobei in Verfahrensschritt S3 die Entscheidung, ob der erste Betriebszustand vor liegt, zumindest teilweise anhand der Gütebestimmung erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass Verfahrensschritt S2 einen nachfolgenden Verfahrensschritt S2a einer Abweichungsbestimmung der Identifizierung der zustandstypischen Modellsignalform (240) und des Signals der Betriebsgröße (200) umfasst, wobei in Verfahrensschritt S3 die Entscheidung, ob der erste Betriebszu stand vorliegt, zumindest teilweise anhand der Abweichungsbestimmung er folgt.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass der erste Betriebszustand anhand von weniger als zehn Schlägen eines Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine (100), insbesondere weni ger als zehn Schlagschwingungsperioden des Elektromotors (180), bevor zugt weniger als sechs Schläge eines Schlagwerks der Handwerkzeugma schine (100), insbesondere weniger als sechs Schlagschwingungsperioden des Elektromotors (180), ganz bevorzugt weniger als vier Schläge eines Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine (100), insbesondere weniger als vier Schlagschwingungsperioden des Elektromotors (180), identifiziert wird.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Handwerkzeugmaschine (100) eine Schlagschraubmaschine, insbesondere eine Drehschlagschraubmaschine, ist und der erste Betriebs zustand ein Schlagbetrieb, insbesondere ein Drehschlagbetrieb, ist.
15. Handwerkzeugmaschine (100), umfassend einen Elektromotor (180), einen Messwertaufnehmer einer Betriebsgröße des Elektromotors (180), und eine Steuerungseinheit (370), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsein heit (370) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 eingerichtet ist.
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