EP4433263A1 - Werkzeugmaschine mit einem werkzeug und verfahren zur erkennung einer drehrichtung des werkzeugs - Google Patents

Werkzeugmaschine mit einem werkzeug und verfahren zur erkennung einer drehrichtung des werkzeugs

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Publication number
EP4433263A1
EP4433263A1 EP22813223.9A EP22813223A EP4433263A1 EP 4433263 A1 EP4433263 A1 EP 4433263A1 EP 22813223 A EP22813223 A EP 22813223A EP 4433263 A1 EP4433263 A1 EP 4433263A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
machine tool
current
tool
motor
current flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22813223.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Keller
Torsten Engler
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.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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 Hilti AG filed Critical Hilti AG
Publication of EP4433263A1 publication Critical patent/EP4433263A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D47/00—Sawing machines or sawing devices working with circular saw blades, characterised only by constructional features of particular parts
    • B23D47/12—Sawing machines or sawing devices working with circular saw blades, characterised only by constructional features of particular parts of drives for circular saw blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B23/00—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor
    • B24B23/02—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor with rotating grinding tools; Accessories therefor
    • B24B23/028—Angle tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/10—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving electrical means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/032—Preventing damage to the motor, e.g. setting individual current limits for different drive conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/03—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for controlling the direction of rotation of DC motors
    • H02P7/04—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for controlling the direction of rotation of DC motors by means of a H-bridge circuit

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool with a tool, wherein the tool can be driven by an electric motor, wherein the machine tool detects a current flow and compares it with an expected value for the current flow, wherein the machine tool can be deactivated if there is a deviation between the detected current value and the expected value for the current flow is determined.
  • the invention relates to a method for detecting a direction of rotation of a tool of a machine tool, wherein a current flow is detected and compared with an expected value for the current flow and the machine tool can be deactivated if there is a deviation between the detected current value and the expected value is determined for the current flow.
  • machine tools with disc-shaped tools are known, among other things.
  • These machine tools can be, for example, angle grinders, saws or cutting devices whose tools are cutting discs or saw blades.
  • the direction of rotation of the tool on the approval side in order to reduce the risk of injury for a user of the machine tool.
  • the tool of the machine tool can rotate clockwise or counterclockwise.
  • it can be predetermined that the tool of the machine tool rotates in a predetermined direction of rotation during operation and work with the machine tool and that this direction of rotation is maintained during operation. Otherwise, for example, improper handling or unfavorable external factors can endanger the user.
  • Such machine tools with disk-shaped tools usually have speed and/or direction of rotation sensors with which the direction of rotation of the tool of the machine tool can be determined during operation.
  • speed and/or direction of rotation sensors with which the direction of rotation of the tool of the machine tool can be determined during operation.
  • the disadvantage of using such speed and/or direction of rotation sensors is that their integration is often mechanically quite complex and requires additional interfaces and lines.
  • special precautions can consist, for example, in magnetic rings and/or Hall sensors being provided in the area of the periphery of the motor of the machine tool.
  • these additional components of the machine tool and its motor are contrary to the basic interest in the development of devices, especially in the field of machine tools, where workers sometimes work with the devices for very long periods of time, to provide light, compact and handy machine tools.
  • the object on which the present invention is based is to overcome the above-described deficiencies and disadvantages of the prior art and to provide a machine tool and a method for detecting a direction of rotation of a tool of a machine tool, the number of components of the machine tool being kept small should be in order to be able to provide a light, compact and handy machine tool.
  • a machine tool comprising an electric motor and motor electronics, as well as a tool, and the tool can be driven by the electric motor to perform a rotational movement.
  • the engine electronics of the machine tool are set up to detect a current flow through a current measuring resistor and to compare it with an expected value for the current flow, with the engine electronics being set up to deactivate the machine tool if there is a discrepancy between the detected current value and the expected value for the current flow is determined.
  • current flow preferably includes an amount of current flow, which is referred to as “current value” within the meaning of the invention.
  • current value an amount of current flow
  • the sign of the current through the motor of the machine tool is also recorded.
  • the wording that “a current flow is detected” preferably means, within the meaning of the invention, that both a current value and its sign are detected.
  • the detection is preferably carried out by the motor electronics, the motor electronics being able to have a current measuring resistor in particular for the purpose of this detection.
  • the sign of the current flow can preferably be viewed as an indicator for the direction of the current flow through a current measuring resistor (“shunt”), with the direction of the current flow through the motor also allowing statements to be made about the direction of rotation of the tool of the machine tool.
  • the present invention relates to a machine tool with a tool, wherein the machine tool can detect a current flow and its sign and compare it with an expected value for the current flow, with the machine tool being deactivated if there is a discrepancy between the detected current value and its sign and the expected value for the current flow is determined.
  • the machine tool can be deactivated by its motor electronics if, depending on the comparison of the current values, a direction of rotation of the tool other than a predetermined direction is determined. It is preferred within the meaning of the invention that it is assumed that the tool of the machine tool rotates in the specified and “correct” direction of rotation if the detected current value and its sign match or essentially match the expected current value.
  • an (essential) agreement of the values preferably means that the detected current value and its sign essentially agree to +/- 10% with the expected current value, with the percentage range from 90 to 110% forming a target corridor for the current value .
  • the target corridor can also be determined, for example, by adding a positive and a negative current, the sum being expected to be in the region of zero.
  • the target corridor can preferably also include tolerance deviations. If the detected current value and its sign are within the target corridor, it is preferably assumed that the tool of the machine tool is moving in the “correct”, ie the predetermined direction of rotation. If the comparison of the detected current value and its sign with the expected current value results in a deviation, it is assumed that the tool of the machine tool is not moving in the "correct” direction of rotation, but in an "incorrect” direction of rotation, which is the "correct” direction of rotation is opposite.
  • the motor electronics of the machine tool are set up to deactivate the machine tool, ie to switch it off. This can be done, for example, by the motor no longer being supplied with electrical energy or current. This can preferably also be achieved in that the tool of the machine tool no longer rotates, so that there is no longer any danger to a user of the machine tool.
  • the current values that are recorded and evaluated by the motor electronics are preferably the currents or current flows that flow through the motor or through the windings of the electric motor.
  • the electric motor of the machine tool can preferably have two current directions flowing through it, it being assumed in the context of the present invention that a direction of current flow A through the motor corresponds to a direction of rotation A of the tool of the machine tool, while a direction of current flow B through the motor of the machine tool corresponds to a direction of rotation B of the tool.
  • the tool of the machine tool can rotate clockwise if it rotates in direction A and the current flows in direction A through the motor or its windings, while the tool can rotate counterclockwise if the tool rotates in direction B and the current flows in flow direction B through the motor or its windings.
  • the current or its direction determines the torque of the motor of the machine tool.
  • the torque can preferably determine or define the direction of rotation of the motor.
  • the current flowing through the motor of the machine tool usually has the same direction and the same amount, both when Accelerating as well as during recuperation when the machine tool motor turns in the "right" direction of rotation.
  • the current through the shunt can be positive when accelerating, for example, and negative when recuperating, so that the sum of the two currents is approximately in the range of 0 amperes. If the motor of the machine tool rotates in the "wrong" direction of rotation, the current through the motor of the machine tool usually has the "wrong” direction and the "wrong” amount, which preferably applies to both acceleration and recuperation.
  • a detection of the direction of rotation of the tool of the machine tool can be made possible, with the direction detection taking place in particular on the basis of the existing current measurement.
  • a current measuring resistor (“shunt”) can be provided in the machine tool, with which the current and its sign can be recorded.
  • the current value and its sign are preferably detected using a current measuring resistor.
  • the current measuring resistor is set up to detect a current value and its sign, it being possible for the detected current values and sign to be evaluated in the motor electronics of the machine tool.
  • the evaluation consists in particular of a comparison between the detected current values and their signs with expected values for the current. If the current values and their signs are within the target corridor of the expected current value, the machine tool can continue to be operated. Otherwise, the machine tool can be switched off by the motor electronics in order to meet safety requirements and effectively rule out any risk to the user.
  • a significant advantage of the invention is that the invention can be used to provide a machine tool that is advantageously set up to detect the direction of rotation of the tool of the machine tool without additional speed sensors and/or direction of rotation sensors being required.
  • the proposed machine tool does not require additional speed sensors and/or direction of rotation sensors, so that a particularly light, compact and handy machine tool can be provided on the basis of the invention.
  • the detection of the direction of rotation of the tool of the machine tool can be used to monitor the direction of rotation of the tool. Tests have shown that this advantage is particularly important for machine tools with brushed direct current motors, which were previously usually equipped with at least two speed sensors and/or direction of rotation sensors in order to monitor the direction of rotation of the tool of the machine tool.
  • the proposed machine tool also comes without complex interfaces or of the lines for such speed sensors and/or direction of rotation sensors, so that further installation space can be saved compared to conventional machine tools, as are known from the prior art.
  • the machine tool includes an electric motor, which is designed with brushes, for example.
  • the electric motor of the machine tool can be designed as a direct current motor with brushes.
  • Electrical energy for driving the motor or the machine tool can be provided by a battery and/or an accumulator (“accumulator”) as an energy supply device.
  • accumulator accumulator
  • a DC battery can be used as the power supply device of the machine tool.
  • the machine tool includes motor electronics, which in turn can have a microcontroller.
  • the motor electronics of the machine tool includes an H-bridge, it being possible for the H-bridge to be controlled by the microcontroller of the motor electronics.
  • Conditions and rules can be defined for the activation of the H-bridge by the microelectronics or its microcontroller, which can be selected as a function of an activation topology or as a function of an activation concept of the machine tool.
  • one of these concepts can be based on a four-quadrant control, in which the H-bridge or the motor of the machine tool can be driven or controlled with up to four driver stages.
  • the motor of the machine tool can be controlled with a pulse width modulation control ("PWM control") for the respective direction of rotation of the tool of the machine tool.
  • PWM control pulse width modulation control
  • Motor control of the machine tool can preferably include pulse width modulation or implement pulse width modulation.
  • it is very particularly preferred that the direction of rotation of the tool of the machine tool is controlled with a pulse width modulation ratio.
  • the on/off duration of the individual switches within the bridge branches of the H-bridge can be modulated in such a way that a mean voltage that is desired by the control algorithm is present at the motor of the machine tool.
  • the ratio between the on/off duration of the switches of the H-bridge is preferably referred to as the “pulse width modulation ratio” within the meaning of the invention. It is preferred within the meaning of the invention that the current initially flows in the same direction through a winding of the motor of the machine tool. By switching over the H-bridge, the current flows through a current measuring resistor in alternating directions, with the current flow measured in the different directions being essentially the same or similar in terms of amount.
  • the current measuring resistor can preferably be formed by a shunt or include one.
  • the current measuring resistor is preferably set up to record the current flow and its sign.
  • the current measuring resistor is preferably part of the motor electronics of the machine tool.
  • the machine tool or its motor electronics includes a current measuring resistor, with the current being able to flow through the current measuring resistor in alternating directions when the H-bridge is switched over.
  • the H-bridge can be configured to cause the current to flow through the current sense resistor in different directions.
  • the motor control described here shows an alternating flow of current through the current measuring resistor by the motor electronics or its microcontroller.
  • the current can preferably be recorded continuously or permanently in both ranges of the PWM ratio, with this recording preferably being carried out with the aid of the microcontroller of the motor electronics.
  • the microcontroller with its current measuring resistor is set up to record the current flow through the motor of the machine tool and its sign.
  • the detection of the current flow is combined with an activation of the H-bridge, the H-bridge being activated in particular by switching over the H-bridge.
  • the switching of the H-bridge causes the current to flow through the current sense resistor in alternating directions.
  • the H-bridge includes low-side switches and high-side switches, with the low-side switches and high-side switches of the H-bridge preferably also being able to be activated or switched over.
  • the low-side switches and high-side switches may include or be formed by MOSFETs.
  • the direction of rotation of the tool can be derived by comparing the current flow and its sign with the expected value for the current flow and by activating the H-bridge. It is particularly preferred within the meaning of the invention that the current flow through the motor and its sign are detected within the machine tool and compared with an expected value. If there is a deviation from a specific, ie predetermined, amount and/or if there is a deviation over a specific, ie predetermined, period of time, the machine tool can be deactivated, ie switched off, by its motor electronics, in particular the microcontroller of the motor electronics.
  • the motor of the machine tool experiences a rotation in such a direction during PMW control that has or causes a corresponding direction of current flow in the motor.
  • the motor can be accelerated or decelerated as a result of the alternating on/off states of the H-bridge or its components. It can also be preferred within the meaning of the invention that energy is recovered by way of recuperation and fed back into the energy supply device of the machine tool. It is therefore preferred within the meaning of the invention that the motor current always remains the same, ie essentially unchanged, with regard to its amount and its direction or its sign.
  • a positive current can result when the motor accelerates and a negative current through the shunt, ie the current measuring resistor, when recuperating.
  • the term “positive current” is preferably understood to mean a current with a positive sign, ie a current greater than 0 amperes (A).
  • the term “negative current” is preferably understood to mean a current with a negative sign, ie a current less than 0 A.
  • the electronics of the machine tool and the control methods stored therein are preferably designed in such a way that the positive and/or negative currents are “expected” when the motor is accelerated or braked.
  • the electronics and the control methods of the machine tool are designed in such a way that a sign reversal between “acceleration” and “braking/recuperation” is expected. These “expectations” are based in particular on the PMW patterns that can be stored in the electronics or a control device of the machine tool.
  • the motor of the machine tool - for example due to external influences - rotates mechanically in the opposite direction, there is a current flow or a current flow sign that is interpreted as "incorrect” by the electronics or the control device of the machine tool, especially in the light of the "expectations" that are preferably based on the PMW patterns is based.
  • the current measured with the shunt can flow in either direction through the shunt. With the help of the sensed current direction and the known switch position of the motor bridge, it can advantageously be determined whether the motor is currently generating a positive or negative torque.
  • the machine tool is a rechargeable battery and/or battery-operated machine tool.
  • the machine tool can have a DC battery or a rechargeable battery as the energy supply device.
  • the motor electronics of the machine tool can preferably include a gate driver module.
  • the gate driver chip is preferably set up to facilitate driving the switches of the H-bridge.
  • the gate driver component can be used to monitor that the desired switch positions are actually set.
  • the invention in a second aspect, relates to a method for detecting a direction of rotation of a tool of a machine tool.
  • the terms, definitions and technical advantages introduced for the machine tool apply analogously to the proposed method.
  • the method for detecting a direction of rotation of a tool is characterized by the following method steps: a) operation of the machine tool, b) detection of a current value and its sign, c) comparison of the current value and its sign with an expected value for the current flow, d) deactivation of the machine tool , when a deviation is detected between the sensed current value and its sign and the expected value for the current flow.
  • the tool of the machine tool rotates in a predetermined direction of rotation during operation of the machine tool.
  • deviating directions of rotation can also occur, which represents a risk for the user of the machine tool.
  • it is desirable to monitor the direction of rotation of the tool of the machine tool this task with the proposed procedure is resolved.
  • the proposed solution advantageously does not require the use of special or additional speed sensors and/or direction of rotation sensors on the machine tool, so that installation space can be saved and complex integration of the sensors into the machine tool can be avoided.
  • the invention is based on the basic idea that the direction of rotation of the tool of the machine tool can be determined by detecting the current flow through the motor of the machine tool, with this current flow being able to be measured with a current measuring resistor, which is preferably part of the motor electronics of the machine tool.
  • a current measuring resistor which is preferably part of the motor electronics of the machine tool.
  • the current value and its sign and/or the current flow is detected using a current measuring resistor.
  • the comparison of the current value and its sign with an expected value for the current flow preferably takes place in the motor electronics of the machine tool, in particular in the microcontroller of the motor electronics.
  • the motor electronics are also able to switch off the machine tool if a discrepancy between the detected current value and its sign and the expected value for the current flow is determined.
  • current flow preferably includes the value, i.e. the magnitude of the current flow, and its sign.
  • the invention relates to a method for detecting a direction of rotation of a tool of a machine tool, wherein a current flow and its sign are detected and compared with an expected value for the current flow and the machine tool can be deactivated if there is a deviation between the detected current value and its Sign and the expected value for the current flow is determined.
  • the motor control of the machine tool preferably includes pulse width modulation, it being possible for a pulse width modulation ratio to be changed for a pulse width modulation cycle in order to further improve the detection of the current value. This is particularly important for the case in which very asymmetrical PMW ratios - for example greater than or equal to 98% - occur.
  • the pulse duty factor and thus also the detection of the current value or the current flow can be asymmetrical and/or subject to errors.
  • the microcontroller of the engine electronics can change the pulse duty factor at defined time intervals for a PWM cycle to a PWM ratio.
  • the machine tool can be operated with a PMW ratio of greater than 95%, for example.
  • every thousandth pulse can have a ratio of 75% in order to enable the current to be detected.
  • This thousandth pulse affects the Operation of the machine tool with regard to its performance advantageously hardly at all or essentially not at all; however, it can make a valuable contribution to the correctness and quality of the current measurement.
  • the current values and/or the current flows can advantageously be measured particularly robustly and with few errors in both expected current directions.
  • the change in the pulse width modulation ratio is repeated cyclically.
  • the current values and/or the current flows recorded in this way can preferably be evaluated by the microcontroller and compared with expected values for the current and/or the current flow, with the machine tool being able to be switched off in the event of a deviation.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a preferred embodiment of the machine tool 10.
  • the machine tool 10 has a motor 12 and motor electronics 14.
  • the machine tool 10 has a tool 16, which is preferably disk-shaped and can be a cutting disk or a saw blade.
  • the tool 16 of the machine tool 10 can rotate clockwise or counterclockwise, for example.
  • the machine tool 10 can be a battery-operated machine tool 10 which can have at least one rechargeable battery 18 as the energy supply device 18 .
  • the energy supply device 18 can be formed by or comprise a DC battery.
  • the machine tool 10 can be switched on and off with a switch 20 .
  • the motor electronics 14 of the machine tool 10 shown in Fig. 1 comprises a microcontroller 22 and a current measuring resistor 24.
  • the current measuring resistor 24 is designed to detect the current flow through the motor 12 of the machine tool 10, with the detected current values and their signs being stored in the microcontroller 22 can be evaluated. In particular, this evaluation includes a comparison of the current values detected with the current measuring resistor 24 with expected current values.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einem Werkzeug, wobei das Werkzeug von einem Elektromotor angetrieben werden kann, wobei die Werkzeugmaschine einen Stromfluss erfassen und mit einem erwarteten Wert für den Stromfluss vergleichen kann, wobei die Werkzeugmaschine deaktiviert werden kann, wenn eine Abweichung zwischen dem erfassten Stromwert und dem erwarteten Wert für den Stromfluss ermittelt wird. In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung einer Drehrichtung eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine, wobei ein Stromfluss erfasst und mit einem erwarteten Wert für den Stromfluss verglichen werden und die Werkzeugmaschine deaktiviert wird, wenn eine Abweichung zwischen dem erfassten Stromwert und dem erwarteten Wert für den Stromfluss ermittelt wird.

Description

WERKZEUGMASCHINE MIT EINEM WERKZEUG UND VERFAHREN ZUR ERKENNUNG EINER DREHRICHTUNG DES WERKZEUGS
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einem Werkzeug, wobei das Werkzeug von einem Elektromotor angetrieben werden kann, wobei die Werkzeugmaschine einen Stromfluss erfasst und mit einem erwarteten Wert für den Stromfluss vergleicht, wobei die Werkzeugmaschine deaktiviert werden kann, wenn eine Abweichung zwischen dem erfassten Stromwert und dem erwarteten Wert für den Stromfluss ermittelt wird. In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung einer Drehrichtung eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine, wobei ein Stromfluss erfasst und mit einem erwarteten Wert für den Stromfluss verglichen werden und die Werkzeugmaschine deaktiviert werden kann, wenn eine Abweichung zwischen dem erfassten Stromwert und dem erwarteten Wert für den Stromfluss ermittelt wird.
Hintergrund der Erfindung:
Im Bereich der Werkzeugmaschinen sind unter anderem Werkzeugmaschine mit scheibenförmigen Werkzeugen bekannt. Bei diesen Werkzeugmaschinen kann es sich beispielsweise um Trennschleifer, Sägen oder Trenngeräte handeln, deren Werkzeuge Trennscheiben oder Sägeblätter sind. Für einige dieser Typen von Werkzeugmaschinen gibt es zulassungsseitig Vorgaben hinsichtlich der Drehrichtung des Werkzeugs, um ein Verletzungsrisiko für einen Nutzer der Werkzeugmaschine zu reduzieren. Insbesondere kann sich das Werkzeug der Werkzeugmaschine im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn drehen. Es kann zum Beispiel vorgegeben sein, dass sich das Werkzeug der Werkzeugmaschine während des Betriebs und der Arbeit mit der Werkzeugmaschine in einer vorgegebenen Drehrichtung dreht und dass diese Drehrichtung während des Betriebs beibehalten wird. Anderenfalls kann es beispielsweise bei unsachgemäßer Handhabung oder bei ungünstigen äußeren Faktoren zu einer Gefährdung für den Nutzer kommen.
Üblicherweise weisen solche Werkzeugmaschinen mit scheibenförmigen Werkzeugen Drehzahl- und/oder Drehrichtungssensoren auf, mit denen die Drehrichtung des Werkzeugs der Werkzeugmaschine während ihres Betriebs festgestellt werden kann. Nachteilig an dem Einsatz solcher Drehzahl- und/oder Drehrichtungssensoren ist allerdings, dass ihre Integration häufig mechanisch recht aufwändig ist und zusätzliche Schnittstellen und Leitungen erfordert. Darüber hinaus kann es erforderlich sein, dass am Motor der Werkzeugmaschine spezielle Vorkehrungen dafür getroffen werden, dass eine Abtastung der Drehrichtung bzw. der Drehzahl ermöglicht wird. Diese Vorkehrungen können beispielsweise darin bestehen, dass Magnetringe und/oder Hall-Sensoren im Bereich der Peripherie des Motors der Werkzeugmaschine vorgesehen sind. Diese zusätzlichen Komponenten der Werkzeugmaschine und ihres Motors stehen aber dem grundsätzlichen Interesse bei der Geräte-Entwicklung entgegen, vor allem im Bereich der Werkzeugmaschine, bei denen Arbeiter zum Teil über sehr lange Zeiträume mit den Geräten arbeiten, leichte, kompakte und handliche Werkzeugmaschinen bereitzustellen.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, die vorstehend beschriebenen Mängel und Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Werkzeugmaschine und ein Verfahren zur Erkennung einer Drehrichtung eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, wobei die Anzahl der Komponenten der Werkzeugmaschine gering gehalten werden soll, um eine leichte, kompakte und handliche Werkzeugmaschine bereitstellen zu können.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen zu dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Beschreibung der Erfindung:
Erfindungsgemäß ist eine Werkzeugmaschine vorgesehen, wobei die Werkzeugmaschine einen Elektromotor und eine Motorelektronik, sowie ein Werkzeug umfasst und wobei das Werkzeug von dem Elektromotor zu einer Rotationsbewegung angetrieben werden kann. Die Motorelektronik der Werkzeugmaschine ist dazu eingerichtet, einen Stromfluss durch einen Strommesswiderstand zu erfassen und mit einem erwarteten Wert für den Stromfluss zu vergleichen, wobei die Motorelektronik dazu eingerichtet ist, die Werkzeugmaschine zu deaktivieren, wenn eine Abweichung zwischen dem erfassten Stromwert und dem erwarteten Wert für den Stromfluss ermittelt wird.
Im Stand der Technik hat sich gezeigt, dass die Werkzeuge einiger konventioneller Werkzeugmaschine manchmal und allen Anstrengungen, dies zu verhindern, zum Trotz, mit der falschen Drehrichtung rotieren. Dies kann ein erhebliches Sicherheitsrisiko für den Nutzer der Werk- zeugmaschine darstellen. Ein wesentlicher Vorteil der vorgeschlagenen Werkzeugmaschine besteht darin, dass eine etwaige unerwünschte Drehrichtung innerhalb von wenigen Drehungen erkannt und gestoppt werden kann, indem die Werkzeugmaschine deaktiviert wird. Dadurch kann der Nutzer wirksam vor Verletzungen geschützt werden.
Der Begriff „Stromfluss“ umfasst im Kontext der vorliegenden Erfindung bevorzugt einen Betrag des Stromflusses, der im Sinne der Erfindung als „Stromwert“ bezeichnet werde. Darüber hinaus wird der bei der Erfassung des Stromflusses auch das Vorzeichen des Stromes durch den Motor der Werkzeugmaschine erfasst.
Somit bedeutet die Formulierung, dass „ein Stromfluss erfasst“ wird, im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass sowohl ein Stromwert, als auch sein Vorzeichen erfasst werden. Die Erfassung erfolgt vorzugsweise durch die Motorelektronik, wobei die Motorelektronik für den Zweck dieser Erfassung insbesondere einen Strommesswiderstand aufweisen kann. Das Vorzeichen des Stromflusses kann im Sinne der Erfindung bevorzugt als Indikator für die Richtung des Stromflusses durch einen Strommesswiderstand („Shunt“) betrachtet werden, wobei die Richtung des Stromflusses durch den Motor darüber hinaus Aussagen über die Drehrichtung des Werkzeugs der Werkzeugmaschine erlaubt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel betrifft die vorliegende Erfindung eine Werkzeugmaschine mit einem Werkzeug, wobei die Werkzeugmaschine einen Stromfluss und sein Vorzeichen erfassen und mit einem erwarteten Wert für den Stromfluss vergleichen kann, wobei die Werkzeugmaschine deaktiviert wird, wenn eine Abweichung zwischen dem erfassten Stromwert und seinem Vorzeichen und dem erwarteten Wert für den Stromfluss ermittelt wird.
Vorzugsweise kann die Werkzeugmaschine von ihrer Motorelektronik deaktiviert werden, wenn in Abhängigkeit von dem Vergleich der Stromwerte eine andere als eine vorgegebene Drehrichtung des Werkzeugs ermittelt wird. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass angenommen wird, dass das Werkzeug der Werkzeugmaschine in der vorgegebenen und „richtigen“ Drehrichtung rotiert, wenn der erfasste Stromwert und sein Vorzeichen mit dem erwarteten Stromwert übereinstimmen oder im Wesentlichen übereinstimmen. Eine (im Wesentlichen) Übereinstimmung der Werte bedeutet im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der erfasste Stromwert und sein Vorzeichen im Wesentlichen zu +/- 10 % mit dem erwarteten Stromwert übereinstimmen, wobei der Prozentbereich von 90 bis 110 % einen Zielkorridor für den Stromwert bildet. Der Zielkorridor kann beispielsweise auch dadurch bestimmt werden, dass ein positiver und ein negativer Strom addiert werden, wobei die Summe erwartungsgemäß im Bereich von null liegt. Darüber hinaus kann der Zielkorridor vorzugsweise auch Toleranzabweichungen umfassen. Wenn der erfasste Stromwert und sein Vorzeichen in dem Zielkorridor liegen, wird vorzugsweise davon ausgegangen, dass sich das Werkzeug der Werkzeugmaschine in der „richtigen“, d.h. der vorgegebenen Drehrichtung bewegt. Wenn der Vergleich von erfasstem Stromwert und seinem Vorzeichen mit dem erwarteten Stromwert eine Abweichung ergibt, wird davon ausgegangen, dass sich das Werkzeug der Werkzeugmaschine nicht in der „richtigen“ Drehrichtung bewegt, sondern in einer „falschen“ Drehrichtung, die der „richtigen“ Drehrichtung entgegengesetzt ist. Wenn eine solche Abweichung des erfassten Stromwerts und seines Vorzeichens von dem erwarteten Stromwert bzw. dem Zielkorridor ermittelt wird, ist die Motorelektronik der Werkzeugmaschine dazu eingerichtet, die Werkzeugmaschine zu deaktivieren, d.h. sie auszustellen. Das kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Motor nicht mehr mit elektrischer Energie bzw. Strom versorgt wird. Dadurch kann vorzugsweise auch erreicht werden, dass sich das Werkzeug der Werkzeugmaschine nicht mehr dreht, so dass keine Gefahr mehr für einen Nutzer der Werkzeugmaschine ausgeht.
Bei den Stromwerten, die von der Motorelektronik erfasst und ausgewertet werden, handelt es sich vorzugsweise um die Ströme bzw. um die Stromflüsse, die durch den Motor bzw. durch die Wicklungen des Elektromotors fließen. Der Elektromotor der Werkzeugmaschine kann vorzugsweise in zwei Stromrichtungen durchflossen werden, wobei im Kontext der vorliegenden Erfindung davon ausgegangen wird, dass eine Stromflussrichtung A durch den Motor einer Drehrichtung A des Werkzeugs der Werkzeugmaschine entspricht, während eine Stromflussrichtung B durch den Motor der Werkzeugmaschine einer Drehrichtung B des Werkzeugs entspricht. Beispielsweise kann sich das Werkzeug der Werkzeugmaschine im Uhrzeigersinn drehen, wenn es in Drehrichtung A rotiert und der Strom in Flussrichtung A durch den Motor bzw. seinen Wicklungen fließt, während sich das Werkzeug gegen den Uhrzeigersinn drehen kann, wenn das Werkzeug in Drehrichtung B rotiert und der Strom in Flussrichtung B durch den Motor bzw. seinen Wicklungen fließt.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der Strom bzw. seine Richtung das Drehmoment des Motors der Werkzeugmaschine bestimmt. Vorzugsweise kann das Drehmoment die Drehrichtung des Motors bestimmen bzw. festlegen. Es kann aber im Sinne der Erfindung auch bevorzugt sein, dass Drehrichtung und Drehmoment des Motors bzw. der Strom durch den Strommesswiderstand entgegengesetzte Vorzeichen haben. Diese Situation kann beispielsweise beim aktiven Abbremsen der Werkzeugmaschine auftreten.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der Strom, der durch den Motor der Werkzeugmaschine fließt, üblicherweise die gleiche Richtung und den gleichen Betrag hat, sowohl beim Beschleunigen, als auch beim Rekuperieren, wenn sich der Motor der Werkzeugmaschine in der „richtigen“ Drehrichtung dreht. Der Strom durch den Shunt kann beim Beschleunigen beispielsweise positiv und beim Rekuperieren beispielsweise negativ sein, so dass eine Summe aus bei- dem Strömen circa in einem Bereich von 0 Ampere liegt. Wenn sich der Motor der Werkzeugmaschine in der „falschen“ Drehrichtung dreht, hat der Strom durch den Motor der Werkzeugmaschine üblicherweise die „falsche“ Richtung und den „falschen“ Betrag, was vorzugsweise sowohl beim Beschleunigen, als auch beim Rekuperieren gilt.
Vorteilhafterweise kann mit der Erfindung eine Erkennung der Drehrichtung des Werkzeugs der Werkzeugmaschine ermöglicht werden, wobei die Richtungserkennung insbesondere auf Basis der vorhandenen Strommessung erfolgt. Dazu kann in der Werkzeugmaschine ein Strommesswiderstand („Shunt“) vorgesehen sein, mit dem der Strom und sein Vorzeichen erfasst werden können. Vorzugsweise erfolgt die Erfassung des Stromwerts und seines Vorzeichens mit einem Strommesswiederstand. Mit anderen Worten ist der Strommesswiderstand dazu eingerichtet, einen Stromwert und sein Vorzeichen zu erfassen, wobei die erfassten Stromwerte und Vorzeichen in der Motorelektronik der Werkzeugmaschine ausgewertet werden können. Die Auswertung besteht insbesondere in einem Vergleich zwischen den erfassten Stromwerten und ihren Vorzeichen mit erwarteten Werten für den Strom. Wenn die Stromwerte und ihre Vorzeichen in dem Zielkorridor des erwarteten Stromwerts liegen, kann die Werkzeugmaschine weiter betrieben werden. Anderenfalls kann die Werkzeugmaschine von der Motorelektronik abgeschaltet werden, um Sicherheitsanforderungen zu genügen und eine Gefährdung des Nutzers wirksam auszuschließen.
Es stellt einen wesentlichen Vorteil der Erfindung dar, dass mit der Erfindung eine Werkzeugmaschine bereitgestellt werden kann, die vorteilhafterweise dazu eingerichtet ist, die Drehrichtung des Werkzeugs der Werkzeugmaschine zu erkennen, ohne dass zusätzliche Drehzahlsensoren und/oder Drehrichtungssensoren erforderlich sind. Mit anderen Worten kommt die vorgeschlagene Werkzeugmaschine ohne zusätzliche Drehzahlsensoren und/oder Drehrichtungssensoren aus, so dass aufgrund der Erfindung eine besonders leichte, kompakte und handliche Werkzeugmaschine bereitgestellt werden kann. Vorteilhafterweise kann die Erkennung der Drehrichtung des Werkzeugs der Werkzeugmaschine verwendet werden, um die Drehrichtung des Werkzeugs zu überwachen. Tests haben gezeigt, dass dieser Vorteil insbesondere für Werkzeugmaschine mit bürstenbehafteten Gleichstrommotoren bedeutsam ist, die bisher üblicherweise mit mindestens zwei Drehzahlsensoren und/oder Drehrichtungssensoren ausgestattet waren, um die Drehrichtung des Werkzeugs der Werkzeugmaschine zu überwachen. Die vorgeschlagene Werkzeugmaschine kommt darüber hinaus ohne aufwändige Schnittstellen o- der Leitungen für solche Drehzahlsensoren und/oder Drehrichtungssensoren aus, so dass weiter Bauraum eingespart werden kann im Vergleich zu konventionellen Werkzeugmaschinen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Die Werkzeugmaschine umfasst einen Elektromotor, der beispielsweise bürstenbehaftet ausgebildet ist.
Beispielsweise kann der Elektromotor der Werkzeugmaschine als bürstenbehafteter Gleichstrommotor ausgebildet sein. Elektrische Energie zum Antrieb des Motors bzw. der Werkzeugmaschine kann von einer Batterie und/oder einem Akkumulator („Akku“) als Energieversorgungsvorrichtung bereitgestellt werden. Beispielsweise kann eine Gleichstrombatterie als Energieversorgungsvorrichtung der Werkzeugmaschine zum Einsatz kommen. Zur Steuerung u.a. der Energieversorgung des Motors der Werkzeugmaschine umfasst die Werkzeugmaschine eine Motorelektronik, die ihrerseits wiederum einen Microcontroller aufweisen kann.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Motorelektronik der Werkzeugmaschine eine H-Brücke umfasst, wobei die H-Brücke vom Microcontroller der Motorelektronik angesteuert werden kann. Für die Ansteuerung der H-Brücke durch die Mikroelektronik bzw. ihren Microcontroller können Bedingungen und Regeln definiert werden, die in Abhängigkeit von einer Ansteuerungstopologie bzw. in Abhängigkeit von einem Ansteuerungskonzept der Werkzeugmaschine ausgewählt werden können.
Beispielsweise kann eines dieser Konzepte auf einer Vier-Quadrantenregelung basieren, bei der die H-Brücke bzw. der Motor der Werkzeugmaschine mit bis zu vier T reiberstufen angetrieben bzw. angesteuert werden können. Im Rahmen dieses Konzepts kann der Motor der Werkzeugmaschine mit einer Pulsweitenmodulation-Regelung („PWM-Regelung“) für die jeweilige Drehrichtung des Werkzeugs der Werkzeugmaschine angesteuert werden. Vorzugsweise kann eine Motorsteuerung der Werkzeugmaschine eine Pulsweitenmodulation umfassen bzw. eine Pulsweitenmodulation umsetzen. Es ist im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt, dass die Drehrichtung des Werkzeugs der Werkzeugmaschine mit einem Pulsweitenmodulation-Verhältnis angesteuert wird.
Bei der Pulsweitenmodulation kann die Ein-/Ausschaltdauer der einzelnen Schalter innerhalb der Brückenzweige der H-Brücke so moduliert werden, dass eine durch den Regelalgorithmus gewünschte mittlere Spannung am Motor der Werkzeugmaschine anliegt. Das Verhältnis zwischen Ein-/Ausschaltdauer der Schalter der H-Brücke wird im Sinne der Erfindung bevorzugt als „Pulsweitenmodulation-Verhältnis“ bezeichnet. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der Strom zunächst in derselben Richtung durch eine Wicklung des Motors der Werkzeugmaschine fließt. Durch ein Umschalten der H-Brücke fließt der Strom durch einen Strommesswiderstand in abwechselnder Richtung, wobei der in den unterschiedlichen Richtungen gemessene Stromfluss vom Betrage her im Wesentlichen gleich oder ähnlich ist.
Der Strommesswiderstand kann vorzugsweise von einem Shunt gebildet werden oder einen solchen umfassen. Der Strommesswiderstand ist vorzugsweise dazu eingerichtet, den Stromfluss und sein Vorzeichen zu erfassen. Vorzugsweise ist der Strommesswiderstand Bestandteil des Motorelektronik der Werkzeugmaschine.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Werkzeugmaschine bzw. ihre Motorelektronik einen Strommesswiderstand umfasst, wobei bei Umschalten der H-Brücke der Strom in abwechselnde Richtungen durch den Strommesswiderstand fließen kann. Mit anderen Worten kann die H-Brücke dazu eingerichtet sein, zu bewirken, dass der Strom durch den Strommesswiderstand in unterschiedliche Richtungen fließt.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die hier beschriebene Motoransteuerung durch die Motorelektronik bzw. ihren Microcontroller einen abwechselnden Stromfluss durch den Strommesswiderstand zeigt. Der Strom kann vorzugsweise dauerhaft oder permanent in beiden Bereichen des PWM-Verhältnisses erfasst werden, wobei diese Erfassung vorzugsweise mit Hilfe des Microcontrollers der Motorelektronik erfolgt. Insbesondere ist der Microcontroller mit seinem Strommesswiderstand dazu eingerichtet, den Stromfluss durch den Motor der Werkzeugmaschine und sein Vorzeichen zu erfassen.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Erfassung des Stromflusses mit einer Aktivierung der H-Brücke kombiniert wird, wobei die Aktivierung der H-Brücke insbesondere durch ein Umschalten der H-Brücke erfolgt.
Vorteilhafterweise führt das Umschalten der H-Brücke dazu, dass der Strom durch den Strommesswiderstand in abwechselnder Richtung fließt. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die H-Brücke Low Side-Schalter und High Side-Schalter umfasst, wobei vorzugsweise auch die Low Side-Schalter und High Side-Schalter der H-Brücke aktiviert bzw. umgeschaltet werden können. Vorzugsweise können die Low Side-Schalter und High Side-Schalter MOSFETs umfassen oder von ihnen gebildet werden. Durch die Kombination der Aktivierung der H-Brücke mit der Erfassung der Stromwerte kann vorteilhafterweise die Drehrichtung des Motors der Werkzeugmaschine und damit auch die Drehrichtung des Werkzeugs der Werkzeugmaschine herge- leitet werden, ohne dass dafür spezielle oder zusätzliche Drehzahlsensoren und/oder Drehrichtungssensoren an der Werkzeugmaschine vorgesehen sein müssen. Vorzugsweise kann die Drehrichtung des Werkzeugs durch den Vergleich des Stromflusses und seines Vorzeichens mit dem erwarteten Wert für den Stromfluss und durch eine Aktivierung der H-Brücke hergeleitet werden. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass innerhalb der Werkzeugmaschine der Stromfluss durch den Motor und sein Vorzeichen erfasst und mit einem erwarteten Wert verglichen werden. Bei einer Abweichung von einem bestimmten, d.h. vorgegebenen, Betrag und/oder bei Abweichung über einen bestimmten, d.h. vorgegebenen, Zeitraum hinweg kann die Werkzeugmaschine durch ihre Motorelektronik, insbesondere den Microcontroller der Motorelektronik, deaktiviert, d.h. abgeschaltet, werden.
Mit der Umsetzung der H-Brücke und der Vier-Quadrantenregelung kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass der Motor der Werkzeugmaschine bei der PMW-Ansteuerung eine Rotation in eine solche Richtung erfährt, die eine korrespondierende Stromflussrichtung im Motor hat bzw. hervorruft. Aufgrund der wechselnden An-/Aus-Zustände der H-Brücke bzw. ihrer Komponenten kann dadurch der Motor beschleunigt oder abgebremst werden. Es kann im Sinne der Erfindung auch bevorzugt sein, dass Energie im Wege der Rekuperation zurückgewonnen und in die Energieversorgungsvorrichtung der Werkzeugmaschine zurückgespeist wird. Es ist somit im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der Motorstrom in Bezug auf seinen Betrag und seine Richtung bzw. sein Vorzeichen stets gleich, d.h. im Wesentlichen unverändert, bleibt. Aufgrund der Topologie der H-Brücke, ihres Schaltverhaltens und/oder der Topologie der Elektronik der Werkzeugmaschine kann sich beispielsweise beim Beschleunigen des Motors ein positiver Strom und beim Rekuperieren ein negativer Strom durch den Shunt, d.h. den Strommesswiderstand, ergeben. Der Begriff „positiver Strom“ wird im Sinne der Erfindung vorzugsweise so verstanden, dass es sich um einen Strom mit einem positiven Vorzeichen, d.h. um einen Strom größer als 0 Ampere (A) handelt. Der Begriff „negativer Strom“ wird im Sinne der Erfindung vorzugsweise so verstanden, dass es sich um einen Strom mit einem negativen Vorzeichen, d.h. um einen Strom kleiner als 0 A handelt. Die Elektronik der Werkzeugmaschine bzw. die darin hinterlegten Steuerverfahren sind vorzugsweise so ausgebildet, dass die positiven und/oder negativen Ströme bei der Beschleunigung bzw. beim Abbremsen des Motors „erwartet“ werden. Insbesondere sind die Elektronik und die Steuerverfahren der Werkzeugmaschine dergestalt ausgebildet, dass eine Vorzeichenumkehr zwischen „Beschleunigung“ und „Abbremsen/ Rekuperation“ erwartet wird. Diese „Erwartungshaltung“ basiert insbesondere auf den PMW-Mustern, die in der Elektronik oder einer Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine hinterlegt sein können. Wenn sich beispielsweise der Motor der Werkzeugmaschine - beispielsweise aufgrund von externen Einflüssen - mechanisch in die entgegengesetzte Richtung dreht, ergibt sich ein Stromfluss bzw. ein Stromfluss-Vorzeichen, das von der Elektronik oder der Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine als „inkorrekt“ interpretiert wird, dies insbesondere im Lichte der „Erwartungshaltung“, die vorzugsweise auf den PMW-Mustern beruht. Der Strom, der mit dem Shunt gemessen wird, kann in beide Richtungen durch den Shunt fließen. Mit Hilfe der erfassten Stromrichtung und der bekannten Schalterstellung der Motorbrücke lässt sich vorteilhafterweise bestimmen, ob der Motor derzeit ein positives oder negatives Moment erzeugt.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Werkzeugmaschine eine akku- und/oder batteriebetriebene Werkzeugmaschine ist. Beispielsweise kann die Werkzeugmaschine eine Gleichstrombatterie oder einen Akku als Energieversorgungsvorrichtung aufweisen.
Vorzugsweise kann die Motorelektronik der Werkzeugmaschine einen Gate-Treiberbaustein umfassen. Der Gate-Treiberbaustein ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das Ansteuern der Schalter der H-Brücke zu erleichtern. Darüber hinaus kann mit dem Gate-Treiberbaustein überwacht werden, dass die gewünschten Schalterstellungen auch tatsächlich eingestellt werden.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung einer Drehrichtung eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine. Die für die Werkzeugmaschine eingeführten Begriffe, Definitionen und technischen Vorteile gelten für das vorgeschlagene Verfahren analog. Das Verfahren zur Erkennung einer Drehrichtung eines Werkzeugs ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: a) Betrieb der Werkzeugmaschine, b) Erfassung eines Stromwerts und seines Vorzeichens, c) Vergleich des Stromwerts und seines Vorzeichens mit einem erwarteten Wert für den Stromfluss, d) Deaktivierung der Werkzeugmaschine, wenn eine Abweichung zwischen dem erfassten Stromwert und seinem Vorzeichen und dem erwarteten Wert für den Stromfluss ermittelt wird.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass sich das Werkzeug der Werkzeugmaschine beim Betrieb der Werkzeugmaschine in einer vorgegebenen Drehrichtung dreht. Allerdings hat sich in der Vergangenheit gezeigt, dass auch abweichende Drehrichtungen auftreten können, was ein Risiko für den Nutzer der Werkzeugmaschine darstellt. Insofern ist es wünschenswert, die Drehrichtung des Werkzeugs der Werkzeugmaschine zu überwachen, wobei diese Aufgabe mit dem vorgeschlagenen Verfahren gelöst wird. Dabei kommt die vorgeschlagene Lösung vorteilhafterweise ohne die Verwendung von speziellen oder zusätzlichen Drehzahlsensoren und/oder Drehrichtungssensoren an der Werkzeugmaschine aus, so dass Bauraum eingespart und eine aufwändige Integration der Sensoren in die Werkzeugmaschine vermieden werden kann. Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde, dass die Drehrichtung des Werkzeugs der Werkzeugmaschine über die Erfassung des Stromflusses durch den Motor der Werkzeugmaschine ermittelt werden kann, wobei dieser Stromfluss mit einem Strommesswiderstand gemessen werden kann, der vorzugsweise Bestandteil der Motorelektronik der Werkzeugmaschine ist. Es ist mit anderen Worten im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Erfassung des Stromwerts und seines Vorzeichens und/oder des Stromflusses mit einem Strommesswiederstand erfolgt. Der Vergleich des Stromwerts und seines Vorzeichens mit einem erwarteten Wert für den Stromfluss erfolgt vorzugweise in der Motorelektronik der Werkzeugmaschine, insbesondere in dem Microcontroller der Motorelektronik. Die Motorelektronik ist darüber hinaus dazu in der Lage, die Werkzeugmaschine abzuschalten, wenn eine Abweichung zwischen dem erfassten Stromwert und seinem Vorzeichen und dem erwarteten Wert für den Stromfluss ermittelt wird.
Der Begriff „Stromfluss“ umfasst vorzugsweise den Wert, d.h. den Betrag des Stromflusses, sowie sein Vorzeichen. In diesem Sinne betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erkennung einer Drehrichtung eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine, wobei ein Stromfluss und sein Vorzeichen erfasst und mit einem erwarteten Wert für den Stromfluss verglichen werden und die Werkzeugmaschine deaktiviert werden kann, wenn eine Abweichung zwischen dem erfassten Stromwert und seinem Vorzeichen und dem erwarteten Wert für den Stromfluss ermittelt wird.
Vorzugsweise umfasst die Motorsteuerung der Werkzeugmaschine eine Pulsweitenmodulation, wobei ein Pulsweitenmodulations-Verhältnis für einen Pulsweitenmodulations-Zyklus verändert werden kann, um die Erfassung des Stromwerts weiter zu verbessern. Dies ist insbesondere für den Fall bedeutsam, in dem sehr unsymmetrische PMW-Verhältnisse - beispielsweise von größer oder gleich 98 % - auftreten. In diesen Fällen kann das Tastverhältnis und dadurch auch die Erfassung des Stromwerts bzw. des Stromflusses unsymmetrisch und/oder fehlerbehaftet sein. Der Microcontroller der Motorelektronik kann in diesen Fällen das Tastverhältnis in definierten zeitlichen Abständen für einen PWM-Zyklus auf ein PWM-Verhältnis verändern.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Werkzeugmaschine beispielsweise mit einem PMW-Verhältnis von größer als 95 % betrieben werden. Bei einem solchen Betrieb der Werkzeugmaschine kann beispielsweise jeder tausendste Puls ein Verhältnis von 75 % aufweisen, um die Erfassung des Stroms zu ermöglichen. Dieser tausendste Puls beeinträchtigt den Betrieb der Werkzeugmaschine hinsichtlich ihrer Leistung vorteilhafterweise kaum oder im Wesentlichen gar nicht; er kann aber einen wertvollen Beitrag zur Korrektheit und Qualität der Strommessung leisten.
Dadurch können die Stromwerte und/oder die Stromflüsse vorteilhafterweise in beiden erwarte- ten Stromrichtungen besonders robust und fehlerarm gemessen werden.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Änderung des Pulsweitenmodulations-Verhältnisses zyklisch wiederholt wird. Vorzugsweise können die auf diese Weise erfassten Stromwerte und/oder die Stromflüsse vom Microcontroller ausgewertet und mit erwarteten Werten für den Strom und/oder des Stromfluss verglichen werden, wobei die Werkzeugmaschine im Falle einer Abweichung abgeschaltet werden kann.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Die Figur, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. In der Figur sind gleiche und gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematische Ansicht einer bevorzugten Ausgestaltung der Werkzeugmaschine
Ausführunqsbeispiele und Fiqurenbeschreibunq:
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausgestaltung der Werkzeugmaschine 10. Die Werkzeugmaschine 10 weist einen Motor 12 und eine Motorelektronik 14 auf. Darüber hinaus weist die Werkzeugmaschine 10 ein Werkzeug 16 auf, das vorzugsweise scheiben- förmig ausgebildet ist und eine Trennscheibe oder ein Sägeblatt sein kann. Das Werkzeug 16 der Werkzeugmaschine 10 kann sich beispielsweise im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn drehen. Bei der Werkzeugmaschine 10 kann es sich um eine akkubetriebene Werkzeugmaschine 10 handeln, die mindestens einen Akkumulator 18 als Energieversorgungsvorrichtung 18 aufweisen kann. Beispielsweise kann die Energieversorgungsvorrichtung 18 von einer Gleichstrombatterie gebildet werden oder eine solche umfassen. Die Werkzeugmaschine 10 kann mit einem Schalter 20 ein- und ausgeschaltet werden.
Die Motorelektronik 14 der in Fig. 1 dargestellten Werkzeugmaschine 10 umfasst einen Microcontroller 22 und einen Strommesswiderstand 24. Der Strommesswiderstand 24 ist dazu ausgebildet, den Stromfluss durch den Motor 12 der Werkzeugmaschine 10 zu erfassen, wobei die erfassten Stromwerte und ihre Vorzeichen in dem Microcontroller 22 ausgewertet werden können. Diese Auswertung umfasst insbesondere einen Vergleich der mit dem Strommesswiderstand 24 erfassten Stromwerte mit erwarteten Stromwerten.
Bezugszeichenliste
10 Werkzeugmaschine
12 Elektromotor
14 Motorelektronik
16 Werkzeug der Werkzeugmaschine
18 Energieversorgungsvorrichtung der Werkzeugmaschine, insbesondere Akku
20 Schalter
22 Microcontroller
24 Strommesswiderstand

Claims

Werkzeugmaschine (10) umfassend einen Elektromotor (12) und eine Motorelektronik (14), sowie ein Werkzeug (16), wobei das Werkzeug (16) von dem Elektromotor (12) zu einer Rotationsbewegung antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorelektronik (14) der Werkzeugmaschine (10) dazu eingerichtet ist, einen Stromfluss durch einen Strommesswiderstand (24) zu erfassen und mit einem erwarteten Wert für den Stromfluss zu vergleichen, wobei die Motorelektronik (14) dazu eingerichtet ist, die Werkzeugmaschine (10) zu deaktivieren, wenn eine Abweichung zwischen dem erfassten Stromwert und dem erwarteten Wert für den Stromfluss ermittelt wird. Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Motorelektronik (14) der Werkzeugmaschine (10) eine H-Brücke umfasst. Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die H-Brücke Low Side-Schalter und High Side-Schalter umfasst. Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung des Werkzeugs (16) durch den Vergleich des Stromflusses und seines Vorzeichens mit dem erwarteten Wert für den Stromfluss und durch eine Aktivierung der H-Brücke hergeleitet wird. Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine (10) einen Strommesswiderstand (24) umfasst, wobei bei Umschalten der H-Brücke der Strom in abwechselnde Richtungen durch den Strommesswiderstand (24) fließt.
6. Werkzeugmaschine (10) einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine (10) eine akku- und/oder batteriebetriebene Werkzeugmaschine ist.
7. Werkzeugmaschine (10) einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Motorsteuerung der Werkzeugmaschine (10) eine Pulsweitenmodulation umfasst.
8. Werkzeugmaschine (10) einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Motorelektronik (14) der Werkzeugmaschine (10) einen Gate-Treiberbaustein umfasst.
9. Werkzeugmaschine (10) einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine (10) dazu eingerichtet ist, die Drehrichtung des Werkzeugs (16) der Werkzeugmaschine (10) zu erkennen, ohne dass zusätzliche Drehzahlsensoren und/oder Drehrichtungssensoren erforderlich sind.
10. Verfahren zur Erkennung einer Drehrichtung eines Werkzeugs (16) einer Werkzeugmaschine (10) einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Betrieb der Werkzeugmaschine (10), b) Erfassung eines Stromwerts, c) Vergleich des Stromwerts mit einem erwarteten Wert für den Stromfluss, d) Deaktivierung der Werkzeugmaschine (10), wenn eine Abweichung zwischen dem erfassten Stromwert und dem erwarteten Wert für den Stromfluss ermittelt wird.
11 . Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung eines Stromwerts und seines Vorzeichens mit einem Strommesswiderstand (24) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass eine Motorsteuerung der Werkzeugmaschine (10) eine Pulsweitenmodulation umfasst, wobei ein Pulsweitenmodulations-Verhältnis für einen Pulsweitenmodulations-Zyklus verändert wird. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Pulsweitenmodulations-Verhältnisses zyklisch wiederholt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine (10) eine H-Brücke und einen Strommesswiderstand (24) umfasst, wobei bei Umschalten der H-Brücke der Strom in abwechselnde Richtungen durch den Strommesswiderstand (24) fließt.
17
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