Beschreibung
Titel
BEDIENELEMENT FÜR HANDWERKZEUGMASCHINE Stand der Technik
Elektrische Handwerkzeugmaschinen umfassen häufig einen elektrischen Antriebsmotor, der mittels eines Getriebes ein Werkzeug oder eine Werkzeugaufnahme in Drehung versetzt. Eine Energieversorgung der elektrischen Handwerk- zeugmaschine kann mittels eines mit der Handwerkzeugmaschine verbundenen
Energiespeichers, beispielsweise einer Batterie oder eines Akkumulators, oder über eine elektrische Zuleitung etwa von einem elektrischen Versorgungsnetz bereitgestellt sein. Um die elektrische Handwerkzeugmaschine möglichst kompakt ausführen zu können, werden Bedienelemente, vorzugsweise so ausgelegt, dass sie eine äußere Kontur der elektrischen Handwerkzeugmaschine nur wenig verändern. Dadurch wird die Zugänglichkeit der elektrischen Handwerkzeugmaschine zu Werkstücken auch unter beengten räumlichen Verhältnissen sichergestellt.
Im Bereich des häufig zylindrischen Antriebsstrangs ist hierfür gelegentlich ein Bedienelement vorgesehen, das in einer Dreh- oder Schwenkbewegung im Wesentlichen um den Antriebsstrang herum bewegt werden kann. Eine elektrische Abtastung eines solchen Bedienelements erfolgt üblicherweise mittels eines am Bedienelement befestigten Schleifkontakts, der Kontakte einer Abtastplatine entsprechend einer Drehposition des Bedienelements öffnet bzw. schließt. Die Abtastplatine erstreckt sich im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Bedienelements und ist in radialer Richtung innen und außen durch eine Kreislinie begrenzt.
Fertigung und Montage der Abtastplatine ist aufwändig, was Produktionskosten des elektrischen Geräts steigern kann. Ferner sind die Kontakte bzw. der Schleifkontakt Feuchtigkeit und Verschmutzungen ausgesetzt, die im Bereich der elektrischen Handwerkzeugmaschine anfallen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrisches Handwerkzeugmaschine mit einer verbesserten Abtastvorrichtung anzugeben.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung löst dieses Problem mit einer elektrischen Handwerkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 .
Eine elektrisches Handwerkzeugmaschine umfasst einen zylindrischen Geräteabschnitt, ein um den zylindrischen Geräteabschnitt herum bewegliches Bedienelement und eine an dem Geräteabschnitt angeordnete elektrische Abtastvorrichtung zur Bestimmung einer Drehposition des Bedienelements, wobei die Abtastvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Drehposition optisch abzutasten.
Vorteilhafterweise werden durch die optische Abtastung Störeinflüsse durch Feuchtigkeit, Staub und Vibrationen, die im Bereich der Handwerkzeugmaschine vorhanden sein können, wirkungsvoll unterdrückt.
Die Abtastvorrichtung kann mehrere binäre Abtastelemente umfassen, von denen jedes eine Binärziffer einer binär codierten Repräsentation der Drehposition bereitstellt. Auf diese Weise kann durch eine minimale Anzahl Abtastelemente unmittelbar eine absolute Drehposition hoher Auflösung bestimmt sein. Vorteilhafterweise kann die derart bestimmte Drehposition ohne eine weitere Wandlung digital weiterverarbeitet werden, beispielsweise mittels einer integrierten digitalen Steuerung.
Dabei kann die Drehposition derart codiert sein, dass sich die binären Repräsentationen jeweils benachbarter Drehpositionen des Bedienelements in höchstens einer Binärziffer unterscheiden. Im Gegensatz zu einem üblichen Dual- oder BNC-Code werden so stark abweichende Fehlmessungen vermieden, die entstehen können, wenn sich zwischen zwei benachbarten Drehpositionen mehrere
Binärziffern ändern, dies jedoch, beispielsweise aufgrund von Imperfektionen des Aufbaus des Bedienelements mit den Abtastelementen, nur unter einem gewissen Winkelversatz stattfindet. Findet eine Messung innerhalb des Winkelversatzes statt, kann eine Fehlmessung mit einem Fehler erfolgen, der bis zur höchstwertigen Binärziffer betragen kann, was der Hälfte des Wertebereichs der
Abtastvorrichtung entsprechen kann. Durch die erfindungsgemäße Codierung kann eine Fehlmessung maximal den Betrag des Unterschiedes zwischen benachbarten Drehpositionen betragen, was üblicherweise der niederwertigsten Binärziffer entspricht.
Das Bedienelement kann eine Anzahl kreisbogenförmiger Positionsmarkierungen aufweisen, wobei jedes Abtastelement dazu eingerichtet ist, eine ihr zugewiesene Positionsmarkierung abzutasten und wenigstens zwei Positionsmarkierungen auf demselben Kreisumfang um die Drehachse des Bedienelements liegen. Da- durch kann vorteilhaft eine Auflösung der codierten Drehposition des Bedienelements ohne Verwendung zusätzlichen Bauraums vergrößert oder eine mechanische Ausdehnung des Bedienelements bei gleicher Auflösung verkleinert sein.
Dazu kann mit dem Bedienelement eine Codierscheibe verbunden sein, die sich in radialer Richtung zur Drehachse des Bedienelements erstreckt. Die Positionsmarkierungen können in Form von Durchbrüchen oder Reflexmarken in/an der Codierscheibe ausgeführt sein. Die Abtastelemente können Lichtschranken oder Reflexlichtschranken umfassen. Es kann sichtbares oder unsichtbares Licht, beispielsweise Infrarotlicht, verwendet werden und das Licht kann moduliert sein, um Störungen durch Fremdlicht zu unterdrücken. Die Reflexmarken können auf unterschiedlichen Seiten der Codierscheibe angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann dadurch weiterer Bauraum in radialer Richtung der Codierscheibe eingespart sein, so dass die elektrische Handwerkzeugmaschine noch kompakter ausgeführt sein kann.
Die elektrische Handwerkzeugmaschine kann eine Steuerung umfassen, die dazu ausgebildet ist, eine elektrische Antriebseinrichtung der Handwerkzeugmaschine auf der Basis der Drehposition des Bedienelements zu steuern. Vorteilhafterweise können auf diese Weise insbesondere eine Drehzahl der An- triebseinrichtung und/oder ein Drehmoment der Antriebseinrichtung auf intuitive
Weise durch einen Benutzer der Handwerkzeugmaschine gesteuert sein. Die
Steuerung kann zusammen mit den Abtastelementen auf einer gemeinsamen, ebenen Platine angeordnet sein. Dadurch kann eine Verbindung von Spezialbau- teilen vermieden werden, wodurch Herstellungskosten für die elektrische Handwerkzeugmaschine reduziert sein können.
Der zylindrische Geräteabschnitt kann einen Elektromotor und/oder ein Planetengetriebe der Handwerkzeugmaschine umfassen. Das Bedienelement und gegebenenfalls die Steuerung können integriert mit dem Elektromotor und/oder dem Planetengetriebe ausgeführt sein, so dass ein universelles Antriebsaggregat gebildet ist, das in einer Vielzahl unterschiedlicher elektrischer Handwerkzeugmaschinen Verwendung finden kann.
Das Bedienelement kann um eine Drehachse beweglich sein, die sich parallel zu einer Längsachse des zylindrischen Geräteabschnitts erstreckt. Dabei kann die Drehachse mit der Längsachse zusammenfallen oder versetzt zu dieser verlaufen. So kann die Beweglichkeit des Bedienelements einer Kontur eines Gehäuses angepasst sein, das den zylindrischen Geräteabschnitt umgibt.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Akkuschraubers;
Fig. 2 eine isometrische Ansicht der Antriebseinrichtung des Akkuschraubers aus Fig. 1 ;
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Codierscheibe aus Fig. 2; und
Fig. 4 eine Zuordnungstabelle zwischen Drehpositionen und Zuständen der
Abtastvorrichtungen aus Fig. 2 darstellen.
Genaue Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Akkuschraubers 100. Der dargestellte Akkuschrauber 100 steht stellvertretend für eine beliebige elektrische
Handwerkzeugmaschine; in anderen Ausführungsformen können auch beispielsweise ein Bohrer, eine Beleuchtungseinrichtung oder ein Messinstrument umfasst sein, die einen zylindrischen Geräteabschnitt mit einem entsprechenden Bedienelement aufweisen. Der Akkuschrauber 100 umfasst einen elektrischen Antriebsmotor 105, ein Planetengetriebe 1 10, eine elektronische Steuerung 1 15, ein Bedienelement 120 und einen Akkumulator 125, die in einem Gehäuse 130 des Akkuschraubers 100 angeordnet sind. Darüber hinaus sind ein Auslöser 135 und ein Bohrfutter 140 am Akkuschrauber 100 von außen zugänglich.
In Abhängigkeit einer Position des Bedienelements 120 und des Auslösers 135 stellt die elektronische Steuerung 1 15 einen Strom elektrischer Energie vom Akkumulator 125 an den elektrischen Antriebsmotor 105 bereit. Das von dem elektrischen Antriebsmotor 105 abgegebene Drehmoment wird an das Planetengetriebe 1 10 und von dort an das Bohrfutter 140 übertragen. Das Bohrfutter 140 ist zur Aufnahme eines Werkzeugs wie beispielsweise eines Bohrers oder Fräsers eingerichtet, auf das die Drehung des Bohrfutters 140 übertragen wird. Der elektrische Antriebsmotor 105 und das Planetengetriebe 1 10 bilden die Antriebseinrichtung 145.
In anderen Ausführungsformen des Akkuschraubers 100 befindet sich der Akkumulator 125 in einer anderen Position, so dass das Gehäuse 130 möglichst kompakt und ergonomisch geformt ist, beispielsweise im Wesentlichen rotationselliptisch oder zylindrisch.
Fig. 2 zeigt eine isometrische Ansicht der Antriebseinrichtung 145 des Akkuschraubers 100 aus Fig. 1 . Der elektrische Antriebsmotor 105 und das Planetengetriebe 1 10 erstrecken sich entlang einer gemeinsamen Drehachse 250. Die elektronische Steuerung 1 15 ist auf einer Platine 220 angeordnet, wobei die Platine 220 Lichtschrankenelemente 205 trägt. Die Lichtschrankenelemente 205 tasten eine Codierscheibe 230 ab, die koaxial zum elektrischen Antriebsmotor 105 und dem Planetengetriebe 1 10 drehbar um die Drehachse 250 angeordnet ist. Die Codierscheibe 230 erstreckt sich im Wesentlichen in einer zur Drehachse 250 radialen Richtung und umfasst einen parallel zur Drehachse 250 verlaufenden Mitnehmer 240 zum Eingriff mit dem Bedienelement 120 aus Fig. 1.
Jedem der Lichtschrankenelemente 205 ist ein weiteres Lichtschrankenelement 205 auf der jeweils gegenüber liegenden Seite der Codierscheibe 230 gegenüber angeordnet. Jeweils zwei Lichtschrankenelemente 205 bilden eine Lichtschranke 210, welche die Codierscheibe 230 in einem vorbestimmten radialen Abstand von der Drehachse 250 abtastet.
In der dargestellten Ausführungsform weist die Codierscheibe 230 Aussparungen auf, die je nach Drehposition der Codierscheibe 230 Licht zwischen Lichtschrankenelementen 205 einer Lichtschranke 210 passieren lässt oder nicht. In einer anderen Ausführungsform kann die Codierscheibe 230 statt Aussparungen auch
Reflexmarken tragen und die Lichtschranken 210 können jeweils vollständig auf einer der Seiten der Codierscheibe 250 liegen, um die Reflexmarken abzutasten.
Die Codierscheibe 230 ist in Nuten des Gehäuses 130 aus Fig. 1 gelagert und geführt. Der Mitnehmer 240 greift in das Bedienelement 120 aus Fig. 1 derart ein, dass eine Schwenkbewegung des Bedienelements 240 um die Drehachse 250 auf die Codierscheibe 230 übertragen wird.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Codierscheibe 230 aus Fig. 2 entlang der Drehachse 250. Die Codierscheibe 230 weist eine Anzahl Aussparungen 305 auf, die auf Kreisbahnen mit unterschiedlichen Radien r1 und r2 um die Drehachse 250 verlaufen. Entlang der Kreisbahnen um die Radien r1 und r2 sind die Aussparungen 305 derart angeordnet, dass sie je nach Drehposition der Codierscheibe 230 bezüglich der Platine 220 aus Fig. 2 Licht der Lichtschrankenele- mente 205 passieren lassen oder nicht. Die Codierscheibe erstreckt sich auf einem Winkel von ca. 180° um die Drehachse 250. Der maximal vorgesehene Drehwinkel der Codierscheibe 230 aus Fig. 3 liegt unterhalb von 90°, so dass sich bezüglich des Mitnehmers 240 eine äußere linke Spur 310, eine innere linke Spur 320, eine äußere rechte Spur 330 und eine innere rechte Spur 340 erge- ben, die jeweils von unterschiedlichen Lichtschranken 210 aus Fig. 2 abgetastet werden.
In einer weiteren Ausführungsform können entlang der Spuren 310 bis 340 anstelle von Aussparungen 305 auch Reflexmarkierungen angebracht sein und die aus den Lichtschrankenelementen 205 aufgebauten Lichtschranken 210 können
Reflexlichtschranken sein. Zueinander korrespondierende Lichtschrankenele-
mente 205 befinden sich dann stets auf der selben Seite der Codierscheibe 230. Auf der Vorderseite und der Rückseite der Codierscheibe 230 können sich unterschiedliche Spuren entsprechend den Spuren 310 bis 325 gegenüber liegen. Eine Abtastung der Codierscheibe 230 kann von jeder Seite mit beispielsweise vier Lichtschranken aus je zwei Lichtschrankenelementen 205 durchgeführt werden, was eine Auflösung der bestimmten Drehposition um einen Faktor von 24 = 16 vergrößert. Alternativ können beispielsweise mit zwei Reflexlichtschranken auf jeder Seite der Codierscheibe 230 vier Spuren analog der Spuren 310 bis 325 abgetastet werden, wobei alle vier Spuren den gleichen Radius zur Drehachse der Codierscheibe 230 aufweisen.
Fig. 4 zeigt eine Zuordnungstabelle 400 zwischen Drehpositionen der Codierscheibe 220 und Zuständen der Lichtschrankenelemente 205 bzw. Lichtschranken 210 aus Fig. 2. In einer horizontalen Richtung sind 16 Drehpositionen der Codierscheibe 230 aus den Figuren 2 und 3 bzw. des Bedienelements 120 aus
Fig. 1 angetragen. In vertikaler Richtung ist für jede Lichtschranke 210 aus Fig. 2 eine Zeile angegeben. In der Zuordnungstabelle 400 steht ein weißes Feld für einen unterbrochenen Lichtfluss zwischen den entsprechenden Lichtschrankenelementen 205 und ein schwarzes Feld für einen bestehenden Lichtfluss. Der Lichtfluss kann ermöglicht sein durch eine Aussparung 305 in der Codierscheibe
230 nach Fig. 3 oder im Fall einer Reflexlichtschranke durch einen reflektierenden Bereich auf der Codierscheibe 230.
Die oberste in Fig. 4 dargestellte Zeile entspricht der am wenigsten signifikanten Binärziffer (Least Significant Bits, LSB) des dargestellten Codes; nach unten steigert sich die Signifikanz der dargestellten Binärziffern bis zur höchstsignifikanten Binärziffer (Most Significant Bit, MSB) in der vierten Zeile.
Die dargestellte Codierung zwischen Drehpositionen und binären Zuständen der vier verschiedenen Lichtschranken 210 entspricht einem 4-bit Gray-Code. Dieser Code zeichnet sich dadurch aus, dass sich zwischen benachbarten Werten bzw. Drehpositionen jeweils nur der Zustand einer einzigen Binärziffer (bit) ändert. Im Gegensatz zur üblichen dualen Codierung entfällt dadurch das Erfordernis, die Lichtschrankenelemente 205 derart exakt bezüglich der Codierscheibe 230 zu positionieren, dass sich zwischen benachbarten Drehpositionen der Codierscheibe 230 die Zustände mehrerer Lichtschranken 210 bezüglich der absolut glei-
chen Drehposition ändern, was mit großen praktischen Schwierigkeiten verbunden ist.
Schalten die Lichtschranken 210 bei Verwendung des Dualcodes nicht bei der gleichen Winkelstellung, so kann zwischen diesen beiden Winkelstellungen ein Ergebnis abgelesen werden, das um einen Betrag verfälscht ist, der von der Summe der Wertigkeiten der Binärziffern abhängig ist, denen die umschaltenden Lichtschranken 210 zugeordnet sind. Schlimmstenfalls kann der Fehler einen Betrag der höchstwertigen Binärziffer erreichen, was der Hälfte des Wertebereichs der Codierung bzw. der Hälfte des Drehpositionsbereichs, also acht Positionen betragen kann. Bei der in der Zuordnungstabelle 400 dargestellten Gray- Codierung kann zwischen benachbarten Drehpositionen der Codierscheibe 230 durch Fehlabtastung nur maximal ein Fehler auftauchen, der einer Drehposition entspricht.
Für eine weitere Verarbeitung der bestimmten Drehposition der Codierscheibe 230 kann der in Fig. 4 dargestellte Gray-Code auf bekannte Weise z.B. in einen Dualcode umgewandelt werden. Die Umwandlung ist in beide Richtungen eindeutig und allgemein bekannt.