EP4786109A1 - Verfahren zum detektieren eines betriebszustandes einer werkzeugmaschine - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Detektieren eines Betriebszustandes einer oszillierend betriebenen Werkzeugmaschine mit einem Elektromotor. Das Verfahren enthält die Verfahrensschritte
- Erfassen wenigstens eines ersten Zustandswertes zum Bestimmen eines Drehwinkels einer Komponente eines Antriebsstrangs der Werkzeugmaschine,
- Bestimmen eines den Betriebszustand der Werkzeugmaschine charakterisierenden Signals aus wenigstens einem zweiten Zustandswert, wobei die Bestimmung in Abhängigkeit von einer Änderungsrate des Drehwinkels und/oder zu diskreten Drehwinkeln erfolgt, und
- Bestimmen des Betriebszustands der Werkzeugmaschine durch Vergleichen des Wertes des den Betriebszustand der Werkzeugmaschine charakterisierenden Signals mit wenigstens einem Schwellwert, wobei sich die Werkzeugmaschine in einem vorbestimmten Betriebszustand befindet, wenn der Wert des den Betriebszustand der Werkzeugmaschine charakterisierenden Signals zumindest dem wenigstens einen Schwellwert entspricht.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines Betriebszustandes einer oszillierend betriebenen Werkzeugmaschine mit einem Elektromotor.
• Des Weiteren betrifft vorliegende Erfindung eine Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens
• Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens
• Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen maschinenlesbaren Datenträger und/oder ein Downloadprodukt mit dem Computerprogramm.
• Elektrisch betreibbare Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise Meißelhämmer oder Bohrhämmer, verfügen im Wesentlichen über einen Antrieb, eine Steuereinheit, eine Getriebeeinrichtung und eine Schlagwerkseinrichtung. Bohrhämmer und Kombi-Werkzeugmaschinen (auch Kombi-Hammer genannt) können zum Schlagbohren und/oder Meißeln verwendet werden. Dabei überträgt die Getriebeeinrichtung das vom Antrieb erzeugte Drehmoment auf die Schlagwerkseinrichtung, sodass Schlagimpulse auf einen Meißel übertragen werden können.
• Während Drehmoment vom Antrieb auf die Schlagwerkseinrichtung übertragen wird, werden nicht sofort und auch nicht kontinuierlich Schlagimpulse auf den Meißel übertragen. Erst wenn die Spitze des Meißels tatsächlich mit dem zu bearbeitenden Werkstoff (z.B. Stein) in Kontakt ist, wird das Schlagwerk aktiviert und Schlagimpulse übertragen.
• Der Kontakt des Meißels mit dem Werkstoff, wird durch Sensoren ermittelt. Problematisch ist hierbei jedoch, dass die Sensoren nicht genau genug ermitteln können, wann der Meißel den Werkstoff kontaktiert bzw. wann tatsächlich Schlagimpulse übertragen werden.
• Es ist damit Aufgabe der vorliegenden Erfindung das vorstehend beschriebene Problem zu lösen.
• Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1, 5, 6 und 7.
• Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in den entsprechenden abhängigen Patentansprüchen enthalten.
• Die Aufgabe wird dabei insbesondere gelöst durch ein Verfahren zum Detektieren eines Betriebszustandes einer oszillierend betriebenen Werkzeugmaschine mit einem Elektromotor.
• Erfindungsgemäß sind die folgenden Verfahrensschritte enthalten:
• Erfassen wenigstens eines ersten Zustandswertes zum Bestimmen eines Drehwinkels einer Komponente eines Antriebsstrangs der Werkzeugmaschine,
• Bestimmen eines den Betriebszustand der Werkzeugmaschine charakterisierenden Signals aus wenigstens einem zweiten Zustandswert, wobei die Bestimmung in Abhängigkeit von einer Änderungsrate des Drehwinkels und/oder zu diskreten Drehwinkeln erfolgt, und
• Bestimmen des Betriebszustands der Werkzeugmaschine durch Vergleichen des Wertes des den Betriebszustand der Werkzeugmaschine charakterisierenden Signals mit wenigstens einem Schwellwert, wobei sich die Werkzeugmaschine in einem vorbestimmten Betriebszustand befindet, wenn der Wert des den Betriebszustand der Werkzeugmaschine charakterisierenden Signals zumindest dem wenigstens einen Schwellwert entspricht.
• Mit dem Begriff "Betriebszustand" kann beispielsweise eine Beschaffenheit eines von der Werkzeugmaschine zu bearbeiteten Werkstoffs, die Art bzw. der Aufbau eines von der Werkzeugmaschine aufnehmbaren Werkzeugs (d.h. Bohrer, Meißel, etc.), der Betriebsmodus der Werkzeugmaschine (d.h. je nach Art der jeweiligen Werkzeugmaschine Bohren, Schlagen, Meißeln; aktiviertes oder deaktiviertes Schlagwerk, etc.) oder dergleichen bezeichnet sein.
• Der Begriff "Betriebszustand" kann beispielsweise auch als Applikation, Applikationszustand oder Anwendungszustand bezeichnet werden.
• Der Begriff "Beschaffenheit" bezieht sich wiederum auf wenigstens eine charakterisierende Eigenschaft eines Werkstoff oder Materials (z.B. Härtegrad, Elastizität, etc.).
• Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann es möglich sein, dass der erste Zustandswert ein Drehwinkel oder Drehwinkeländerungsrate des Elektromotors ist.
• Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann es möglich sein, dass der zweite Zustandswert dem ersten Zustandswert entspricht.
• Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann es möglich sein, dass der zweite Zustandswert einem Drehwinkel oder einer Drehwinkeländerungsrate einer Komponente des Antriebsstrangs der Werkzeugmaschine entspricht.
• Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann es möglich sein, dass der zweite Zustandswert ein Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitswert der Werkzeugmaschine entspricht.
• Bei dem Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitswert kann es sich beispielsweise um einen Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitswert des Gehäuses der Werkzeugmaschine handeln.
• Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann es möglich sein, dass der zweite Zustandswert einem Stromstärkewert entspricht, der zwischen einer Energieversorgung und dem Elektromotor gemessen wird oder einem Wert entspricht, der mit diesem Stromstärkewert korreliert.
• Bei dem Stromstärkewert kann es sich um einen sogenannten Akku-Stromstärkewert bzw. einen an den Kontakten eines Akkumulators erfassbaren Stromstärkewert handeln.
• Der Wert, welcher mit dem Stromstärkewert zwischen der Energieversorgung und dem Elektromotor korreliert, könnte beispielsweise eine Duty-Cycle der PWM-Ansteuerung (PWM = Pulsweitenmodulation) sein. Des Weiteren könnte der Wert ein Soll-Stromstärkewert bzw. Referenz-Stromstärkewert sein, der bei der Regelung des Motorstroms in der Steuerung des Elektromotors verwendet wird.
• Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann es möglich sein, dass das Bestimmen des den Betriebszustand der Werkzeugmaschine charakterisierenden Signals wenigstens das Extrahieren mindestens eines Frequenzanteils oder Frequenzbereichs aus dem zweiten Signal des zweiten Zustandswertes beinhalten, wobei die extrahierten Frequenzen oder Frequenzbereiche von der Änderungsrate des Drehwinkels einer Komponente des Antriebstrangs abhängig sind.
• Die zu extrahierende Frequenzanteile oder -bereiche haben eine direkte Abhängigkeit zur momentanen Drehgeschwindigkeit des Elektromotors. Da diese Drehgeschwindigkeit variable eingestellt werden kann (beispielweise durch ein Benutzereingabe), ist es vorteilhaft die Frequenzanteile oder -bereiche in Abhängigkeit zur momentanen Drehgeschwindigkeit auszugestalten. Auf diese Weise kann der Betriebszustand genauer und robuster gegen Störungen bestimmt werden, als wenn die Frequenzanteile oder -bereiche keine Abhängigkeit zur momentanen Drehgeschwindigkeit aufweisen.
• Das Extrahieren eines Frequenzanteils oder Frequenzbereichs kann dabei durch die Verwendung eines digitalen Filters (Band-, Hoch oder Tiefpass), einer Fourier-Transformation oder dergleichen erfolgen. Bei Verwendung eines Bandpasses könnten beispielsweise die Grenzfrequenzen des Durchlassbereiches in Abhängigkeit zur momentanen Änderungsrate des Drehwinkels einer Komponente des Antriebsstrangs gewählt werden.
• Digitale Filter können den dynamischen Systemen, wie sie aus der Mathematik bekannt sind, zugordnet werden. Dynamische Systeme können durch bekannte Konzepte wie Übertragungsfunktionen oder State-Space Darstellungen beschrieben werden. Das Übertragungsverhalten (Filterverhalten) des dynamischen Systems wird mit Hilfe von bekannten Methoden ausgelegt, beispielweise durch die Bessel Filter Funktion, die Butterworth Filter Funktion oder ähnliche.
• Üblicherweise erfolgt die Auslegung dieser Systeme zeit-diskret, das bedeutet die Funktion des Systems: $$y_k=f\left(u_k,u_{k-1},u_{k-2},\dots ,u_{k-n},y_{k-1},y_{k-2},\dots ,y_{k-n}\right)$$
• y_k : Ausgang zum Zeitschritt k
• u_k : Eingang zum Zeitschritt k
• n : Ordnung des dynamischen Systems
wird zu diskreten, äquidistanten Zeitpunkten berechnet.
• Eine vordefinierte Funktion f() führt zu einem vordefinierten Übertragungsverhalten von Ein- zu Ausgang. Im genannten Beispiel wird ein fester Durchlassbereich von unterer zu oberer Grenzfrequenz erreicht.
• Um eine Abhängigkeit der Grenzfrequenzen zur momentanen Änderungsrate des Drehwinkels einer Komponente des Antriebsstrangs zu erreichen, können beispielsweise unterschiedliche Systeme f ₁( ), f ₂( ), ... ausgelegt werden und in Abhängigkeit zur momentanen Änderungsrate des Drehwinkels das jeweils passende System gewählt werden. Look-Up Tabellen können geeignet sein, dieses Verhalten zu erreichen.
• Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Funktion des dynamischen Systems f() nicht zu diskreten Zeitpunkten, sondern zu diskreten Werten einer geometrischen Größe zu berechnen. Bei den diskreten Werten einer geometrischen Größe kann es sich beispielsweise um diskrete Drehwinkel einer Komponente des Antriebsstrangs handeln. Der Drehwinkel kann beispielsweise einen Wert zwischen 20° und 360°, und insbesondere 30°, betragen. Dies führt dazu, dass die Grenzfrequenzen des Durchlassbereichs in einem festen Verhältnis zur Änderungsrate des Drehwinkels einer Komponente des Antriebsstrangs stehen, ohne dass die Funktion f() des dynamischen Systems eine Abhängigkeit zur Änderungsrate des Drehwinkels aufweist.
• Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann es möglich sein, dass das dynamische System je zu den Flanken oder Events der Hall-Sensoren berechnet sind. Diese Sensoren werden üblicherweise zur Steuerung von bürstenlosten Elektromotoren verwendet.
• Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann es möglich sein, dass das Bestimmen des den Betriebszustand der Werkzeugmaschine charakterisierenden Signals wenigstens die Berechnung eines dynamischen Systems zu diskreten Schritten des Drehwinkels einer Komponente des Antriebsstrangs beinhaltet.
• Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann es möglich sein, dass das den Betriebszustand der Werkzeugmaschine charakterisierende Signal vor einem Vergleich mit Schwellwerten mathematisch transformiert wird, sodass ausschließlich positive Signale vorliegen.
• Dies kann beispielweise durch Quadrieren der Werte, durch das Verwenden des Absolutwerts oder dergleichen erfolgen.
• Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann es möglich sein, dass das den Betriebszustand der Werkzeugmaschine charakterisierende Signal nach der Transformation zu ausschließlich positiven Signalen und vor einem Vergleich mit Schwellwerten geglättet wird.
• Dazu kann beispielweise ein digitaler Tiefpassfilter verwendet werden.
• Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann es möglich sein, dass das den Betriebszustand der Werkzeugmaschine charakterisierendes Signals mit einem zweiten Schwellwert verglichen wird, wobei sich die Werkzeugmaschine in einem zweiten vorbestimmen Betriebszustand befindet, wenn der Wert des den Betriebszustand der Werkzeugmaschine charakterisierendes Signals kleiner als der zweite Schwellwert ist, wobei der zweite Schwellwert kleiner als der erste Schwellwert ist.
• Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann es möglich sein, dass sich die Werkzeugmaschine in einem vorbestimmen Betriebszustand befindet, wenn der Wert des den Betriebszustand der Werkzeugmaschine charakterisierenden Signals für wenigstens eine vordefinierte Zeitspanne zumindest dem wenigstens einen Schwellwert entspricht.
• Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch eine Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens.
• Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens
• Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch einen maschinenlesbaren Datenträger und/oder ein Downloadprodukt mit dem Computerprogramm.
• Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt.
• Die Figuren, 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.
• Es zeigt:

Figur 1

eine Seitenansicht auf eine Werkzeugmaschine in einer bespielhaften Ausführungsform.

Figur 2

eine schematische Darstellung eines ersten Bestandteils des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Figur 3

eine schematische Darstellung weiterer Bestandteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.

• In Figur 1 ist eine Werkzeugmaschine 1 gezeigt.
• Die in Figur 1 dargestellte Werkzeugmaschine 1 ist gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in Form eines Bohrhammers ausgestaltet.
• Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Werkzeugmaschine 1 auch in Form eines sogenannten Kombi-Hammers ausgestaltet sein.
• Die als Bohrhammer ausgestaltete Werkzeugmaschine 1 enthält im Wesentlichen ein Gehäuse 2, eine Steuereinheit 3, eine Speichereinheit 4, einen Elektromotor 5, einen Antriebsstrang 6, eine Werkzeugaufnahme 7, eine Energieversorgung 8, Mittel zum Messen eines Elektromotor-Zustandswertes 9 und Mittel zum Bestimmen eines den Betriebszustand der Werkzeugmaschine 1 charakterisierendes Signals.
• Das Gehäuse 2 weist ein vorderes Ende 2a, ein hinteres Ende 2b, ein oberes Ende 2c und ein unteres Ende 2d auf.
• Wie in Figur 1 gezeigt, ist die Werkzeugaufnahme 7 an dem vorderen Ende 2a des Gehäuses 2 angebracht. Die Werkzeugaufnahme 7 dient zum Aufnehmen und Halten eines als Meißel ausgestalteten Werkzeugs 11.
• An dem hinteren Ende 2b ist ein Handgriff 12 zum Halten bzw. Führen der Werkzeugmaschine 1 positioniert.
• Ein Aktivierungsschalter 13 ist an dem Handgriff 12 vorgesehen zum Aktivieren oder Deaktivieren der Werkzeugmaschine 1. Aktivieren der Werkzeugmaschine 1 bedeutet in diesem Zusammenhang das Inbetriebnehmen der Steuereinheit 3 sowie des Elektromotors 5 zum Erzeugen eines Drehmoments.
• Der Elektromotor 5 ist so mit der Steuereinheit 3 verbunden, dass die Steuereinheit 3 den Elektromotor 5 steuern und regeln kann. Des Weiteren ist der Elektromotor 5 so mit dem Antriebsstrang 6 verbunden, dass das von dem Elektromotor 5 erzeugte Drehmoment auf den Antriebsstrang 6 übertragen werden kann.
• Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 5 in Form eines bürstenlosen Gleichstrommotors ausgestaltet.
• Der Antriebsstrang 6 ist zwischen der Werkzeugaufnahme 7 und dem Elektromotor 5 positioniert und dient zum Umformen eines von dem Elektromotor 5 erzeugten Drehmoments in Schlagimpulse. Der Antriebsstrang 6 kann auch als Schlagwerk oder Schlagwerksvorrichtung bezeichnet werden. Es ist zu beachten, dass der Elektromotor 5, der Antriebsstrang 6 und die Werkzeugaufnahme 7 so zueinander angeordnet bzw. verbunden sind, um das Drehmoment des Elektromotors 5 mit Hilfe des Antriebsstrangs 6 als Schlagimpulse auf die Werkzeugaufnahme 7 bzw. das Werkzeug 11 zu übertragen.
• Der Antriebsstrang 6 ist so ausgestaltet, dass nicht sofort nach Aktivierung der Werkzeugmaschine 1 bzw. nicht kontinuierlich Schlagimpulse auf die Werkzeugaufnahme 7 (und schließlich auf das in der Werkzeugaufnahme 7 befindliche Werkzeug 11) übertragen werden. Das Erzeugen und Übertragen von Schlagimpulsen auf das Werkzeug 11 erfolgt nur unter bestimmten Umständen bzw. bestimmten Anordnungen einzelner Komponenten des Antriebsstrangs 6 zueinander.
• Die Energieversorgung 8 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form eines Stromkabels ausgestaltete und an dem unteren Ende des Gehäuses 2 der Werkzeugmaschine 1 positioniert.
• Des Weiteren ist die Energieversorgung 8 so mit der Steuereinheit 3 verbunden, dass elektrische Energie zu der Steuereinheit 3 gelangen kann. Die als Stromkabel ausgestaltete Energieversorgung 8 kann mit einer Netzstromquelle (= Steckdose) verbunden werden. Entsprechend einer alternativen Ausführungsform kann die Energieversorgung 8 auch in Form eines oder mehrerer Akkumulatoren ausgestaltet sein, die wiederlösbar mit der Werkzeugmaschine 1 verbunden werden können.
• Das Mittel zum Messen eines Elektromotor-Zustandswertes 9 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form eines Drehzahlsensors zum Erfassen der Drehzahl des Elektromotors 5 (bzw. die Drehzahl des Rotors 14a relativ zum Stator 14b) ausgestaltet. Das als Drehzahlsensor ausgestaltete Mittel zum Messen eines Elektromotor-Zustandswertes 9 zum Erfassen der Drehzahl des Elektromotors 5 kann beispielsweise als Hall-Sensor ausgestaltet sein.
• Das Mittel zum Bestimmen eines den Betriebszustand der Werkzeugmaschine charakterisierendes Signals ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form eines Bandpassfilters (auch Bandbreitenfilter) ausgestaltet.
• Alternativ kann das Mittel zum Bestimmen eines den Betriebszustand der Werkzeugmaschine 1 charakterisierendes Signals auch als Hochpassfilters oder Tiefpassfilters ausgestaltet sein.
• Die Steuereinheit 3 enthält im Wesentlichen einen Microcontroller 15 sowie die Speichereinheit 4 und dient zum Steuern bzw. Regeln der verschiedenen Funktionen der Werkzeugmaschine 1. Wie in Figur 1 ersichtlich ist die Steuereinheit 3 über entsprechende Leitungen mit der Energieversorgung 8, dem Elektromotor 5, dem Mittel zum Messen eines Elektromotor-Zustandswertes 9 und dem Mittel zum Bestimmen eines den Betriebszustand der Werkzeugmaschine charakterisierendes Messsignals verbunden.
• Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst die als Bohrhammer ausgestaltete Werkzeugmaschine 1 mit Hilfe des Aktivierungsschalters 13 von einem Deaktivierungsmodus in einem Aktivierungsmodus versetzt. In dem Aktivierungsmodus dreht sich der Elektromotor 5 zunächst mit einer Leerlaufdrehgeschwindigkeit.
• Wenn sich die Werkzeugmaschine 1 in dem Aktivierungsmodus befindet, dreht sich der Elektromotor 5 mit einer bestimmten Drehzahl. Die Drehzahl kann als Leerlaufdrehzahl bezeichnet werden, wenn die Werkzeugmaschine 1 gerade erst in den Aktivierungsmodus versetzt wurde. Während sich der Elektromotor 5 mit einer bestimmten Drehzahl (z.B. Leerlaufdrehzahl) dreht, werden im Verfahrensschritt S1 bestimmte Zustandswerte des Elektromotors 5 zum Bestimmen eines Drehwinkels einer Komponente des Antriebsstrangs 6 der Werkzeugmaschine 1 kontinuierlich gemessen. Bei der Komponente des Antriebsstrangs 6 handelt es sich um eine Antriebswelle 10 des als Schlagwerk ausgestalteten Antriebsstrangs 6. Als nächstes wird eine den Betriebszustand der Werkzeugmaschine 1 charakterisierendes Signals in Abhängigkeit von einer Änderungsrate des Drehwinkels bestimmt, vgl. Figur 3.
• Wie in Figur 2 angedeutet, entspricht die Drehzahlerfassung nur einer beispielhaften Ausführungsform des Bestimmens eines Zustandswertes des Elektromotors 5, vgl. M1.
• Gemäß alternativer Ausführungsformen zur Drehzahlerfassung kann auch der Stromstärkewert (M2), der Spannungswert (vgl. M3), die Beschleunigung (vgl. M4), die Kraft (vgl. M5) und/oder das Magnetfeld (vgl. M6) des Elektromotors 5 zum Bestimmen eines Zustandswertes des Elektromotors 5 verwendet werden. Zum Erfassen dieser physikalischen Zustandswerte können entsprechende Sensoren und Methoden verwendet werden. So kann beispielsweise ein sogenannter Software-Sensor (= sogenannter "soft sensor") verwendet werden, welcher eine Algorithmus verwendet, der eine Wert anhand von Messungen beobachtet oder schätzt, die sich von der beobachteten oder geschätzten Wert unterscheiden, vgl. N1. Hierzu können beispielweise Algorithmen verwendet werden, wie sie aus der sensorlosen Motorregelung bekannt sind. Mögliche andere Lösungen können durch die Verwendung eines Kalman Filters, Al (= künstliche Intelligenz), eines dynamischen Models, einer Zustandsraumdarstellung (= State-space representation) oder eines Luenberger-Beobachters erzeugt werden.
• Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet das Bestimmen des Betriebszustands der Werkzeugmaschine 1 ein Extrahieren mindestens eines Frequenzanteils oder Frequenzbereichs aus dem Signal des Zustandswertes, vgl. S2 in Figur 3. Die extrahierten Frequenzen oder Frequenzbereiche sind dabei von der Änderungsrate des Drehwinkels einer Komponente des Antriebstrangs 6 abhängig.
• Das Extrahieren eines Frequenzanteils oder Frequenzbereichs kann dabei durch die Verwendung eines digitalen Filters (Band-, Hoch oder Tiefpass), einer Fourier-Transformation oder dergleichen erfolgen. Bei Verwendung eines Bandpasses könnten beispielsweise die Grenzfrequenzen des Durchlassbereiches in Abhängigkeit zur momentanen Änderungsrate des Drehwinkels einer Komponente des Antriebsstrangs 6 gewählt werden.
• Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden nach der Extraktion mindestens eines Frequenzanteils oder Frequenzbereichs die Werte quadriert, um ein rein positives Signal zu erhalten und anschließend mit Hilfe eines Tiefpassfilters geglättet, vgl. S3 in Figur 3. Auf diese Weise entsteht ein Signal, welches die Intensität der extrahierten Frequenzanteile/-bereichen abbildet.
• Alternativ zum Extrahieren mindestens eines Frequenzanteils oder Frequenzbereichs aus dem Signal des Zustandswertes kann das Bestimmen des Betriebszustands der Werkzeugmaschine 1 auch durch die Verwendung der statistischen Streuung (= Streuungsmaße) der erfassten Werte (vgl. S2') erfolgen.
• Geeignete Streuungsmaße können die Varianz bzw. Standardabweichung, der mittleren absoluten Abweichung (MAD) oder dergleichen sein, vgl. S3'. S3".
• Anschließend wird im Verfahrensschritt S4 der Betriebszustand der Werkzeugmaschine 1 durch Vergleichen des Wertes des den Betriebszustand der Werkzeugmaschine 1 charakterisierenden Signals mit wenigstens einem Schwellwert bestimmt. Die Werkzeugmaschine 1 befindet sich in einem vorbestimmten Betriebszustand, wenn der Wert des den Betriebszustand der Werkzeugmaschine 1 charakterisierenden Signals zumindest dem wenigstens einen Schwellwert entspricht.
• Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschreibt der vorbestimmte Betriebszustand, dass Schlagimpulsen auf das Werkzeug 11 übertragen werden.
• Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Motordrehzahl erhöht, wenn sich die Werkzeugmaschine 1 im vorbestimmten Betriebszustand befindet.
Bezugszeichen

1

Werkzeugmaschine

2

Gehäuse der Werkzeugmaschine

2a

vorderes Ende des Gehäuses

2b

hinteres Ende des Gehäuses

2c

oberes Ende des Gehäuses

2d

unteres Ende des Gehäuses

3

Steuereinheit

4

Speichereinheit

5

Elektromotor

6

Antriebsstrang

7

Werkzeugaufnahme

8

Energieversorgung

9

Mittel zum Messen eines Elektromotor-Zustandswertes

10

Antriebswelle

11

Werkzeug

12

Handgriff

13

Aktivierungsschalter

14a

Rotors

14b

Stator

15

Microcontroller

Claims (15)

1. Verfahren zum Detektieren eines Betriebszustandes einer oszillierend betriebenen Werkzeugmaschine (1) mit einem Elektromotor (5),
   gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

   - Erfassen wenigstens eines ersten Zustandswertes zum Bestimmen eines Drehwinkels einer Komponente (10) eines Antriebsstrangs der Werkzeugmaschine (1),

   - Bestimmen eines den Betriebszustand der Werkzeugmaschine (1) charakterisierendes Signals aus wenigstens einem zweiten Zustandswert, wobei die Bestimmung in Abhängigkeit von einer Änderungsrate des Drehwinkels und/oder zu diskreten Drehwinkeln erfolgt, und

   - Bestimmen des Betriebszustands der Werkzeugmaschine durch Vergleichen des Wertes des den Betriebszustand der Werkzeugmaschine (1) charakterisierenden Signals mit wenigstens einem Schwellwert, wobei sich die Werkzeugmaschine (1) in einem vorbestimmten Betriebszustand befindet, wenn der Wert des den Betriebszustand der Werkzeugmaschine (1) charakterisierenden Signals zumindest dem wenigstens einen Schwellwert entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zustandswert ein Drehwinkel oder eine Drehwinkeländerungsrate des Elektromotors (5) ist.
3. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zustandswert dem ersten Zustandswert entspricht.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zustandswert einem Drehwinkel oder einer Drehwinkeländerungsrate einer Komponente (10) des Antriebsstrangs (6) der Werkzeugmaschine (1) entspricht.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zustandswert einem Stromstärkewert entspricht, der zwischen einer Energieversorgung (8) und dem Elektromotor (5) gemessen wird oder einem Wert entspricht, der mit diesem Stromstärkewert korreliert.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zustandswert einem Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitswert der Werkzeugmaschine (1) entspricht.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Betriebszustands der Werkzeugmaschine (1) wenigstens das Extrahieren mindestens eines Frequenzanteils oder Frequenzbereichs aus dem zweiten Signal des zweiten Zustandswertes beinhalten, wobei die extrahierten Frequenzen oder Frequenzbereiche von der Änderungsrate des Drehwinkels einer Komponente (10) des Antriebstrangs (6) abhängig sind.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des den Betriebszustand der Werkzeugmaschine (1) charakterisierenden Signals wenigstens die Berechnung eines dynamischen Systems zu diskreten Schritten des Drehwinkels einer Komponente des Antriebsstrangs (6) beinhaltet.
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, dass das den Betriebszustand der Werkzeugmaschine (1) charakterisierendes Signal vor einem Vergleich mit Schwellwerten mathematisch transformiert wird, sodass ausschließlich positive Werte vorliegen.
10. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das den Betriebszustand der Werkzeugmaschine (1) charakterisierendes Signal nach der Transformation vor dem Vergleich mit Schwellwerten geglättet wird.
11. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das den Betriebszustand der Werkzeugmaschine (1) charakterisierendes Signals mit einem zweiten Schwellwert verglichen wird, wobei sich die Werkzeugmaschine (1) in einem zweiten vorbestimmen Betriebszustand befindet, wenn der Wert des den Betriebszustand der Werkzeugmaschine (1) charakterisierendes Signals kleiner als der zweite Schwellwert ist, wobei der zweite Schwellwert kleiner als der erste Schwellwert ist.
12. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich die Werkzeugmaschine (1) in einem vorbestimmen Betriebszustand befindet, wenn der Wert des den Betriebszustand der Werkzeugmaschine (1) charakterisierenden Signals für wenigstens eine vordefinierte Zeitspanne zumindest dem wenigstens einen Schwellwert entspricht.
13. Werkzeugmaschine (1) zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche.
14. Computerprogramm, enthaltend maschinenlesbare Anweisungen, die, wenn sie auf einem oder mehreren Computern und/oder Computer-Instanzen ausgeführt werden, den oder die Computer und/oder Computer-Instanzen dazu veranlassen, das Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
15. Maschinenlesbarer Datenträger und/oder Downloadprodukt mit dem Computerprogramm nach Anspruch 14.