WO2019170260A1 - Ultraschall-bohrmaschine - Google Patents

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WO2019170260A1
WO2019170260A1 PCT/EP2018/059614 EP2018059614W WO2019170260A1 WO 2019170260 A1 WO2019170260 A1 WO 2019170260A1 EP 2018059614 W EP2018059614 W EP 2018059614W WO 2019170260 A1 WO2019170260 A1 WO 2019170260A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
accumulator
subunits
hand drill
ultrasonic hand
ultrasonic
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/059614
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian TRUM
Sebastian SITZBERGER
Original Assignee
SCHOTT Diamantwerkzeuge GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SCHOTT Diamantwerkzeuge GmbH filed Critical SCHOTT Diamantwerkzeuge GmbH
Publication of WO2019170260A1 publication Critical patent/WO2019170260A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B37/00—Boring by making use of ultrasonic energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0019—Circuits for equalisation of charge between batteries using switched or multiplexed charge circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2260/00—Details of constructional elements
    • B23B2260/024—Batteries

Definitions

  • the invention relates to a battery-powered ultrasonic hand drill and a method for operating such an ultrasonic hand drill.
  • a hand-held ultrasonic hand drill is already known from the document DE 20 2017 100 736 U1. This has, in contrast to impact drills instead of a striking mechanism one
  • Vibration generator for generating ultrasonic vibrations in order to increase the drilling performance supported by these ultrasonic vibrations.
  • battery-powered hand drills are known in which a motor causing the rotary drive of the drilling tool is powered by a rechargeable battery with electrical energy.
  • a motor causing the rotary drive of the drilling tool is powered by a rechargeable battery with electrical energy.
  • the percussion mechanism is driven by the same motor that rotatively drives the drill, it forms the ultrasonic vibration generator
  • Vibration generator unit a unit independent of the motor, which must be supplied with electrical power independently of the motor.
  • the ultrasonic vibration generated by the vibration exciter unit is very much dependent on the voltage, so that at a high
  • the invention relates to a
  • the ultrasonic hand drill includes a motor for rotatively driving a drilling tool about a rotation axis and a vibration exciter unit configured to generate ultrasonic vibrations.
  • the vibration exciter unit is arranged such that the ultrasonic vibrations on the
  • the ultrasonic hand drill includes two electrically decoupled from each other
  • Accumulatorteilhow be supplied with electrical energy.
  • the main advantage of the ultrasonic hand drill is that caused by a high load condition of the motor voltage dip at the first Akkumulatorteiliser no
  • the Akkumulatorteilüen are rechargeable.
  • Accumulator subunits integrated in a common Akkumulatorü which can be removed as a unit from the ultrasonic hand drill.
  • the accumulator unit has a housing in which the accumulator subunits are integrated.
  • Accumulator unit can be loaded as a unit, i. the accumulator unit has a common charging interface, via which the accumulator subunits can be charged at the same time.
  • Accumulator subunits can be removed separately from the ultrasonic hand drill and can be loaded separately from each other.
  • an electrical circuit is provided by means of which the at least two accumulator subunits can be coupled and by means of which a charge equalization takes place between the at least two accumulator subunits. This ensures that the
  • Charge state between the Akkumulatorteilritteriaen can be adjusted when a Akkumulatorteilappel was discharged more than the at least one further Akkumulatorteilhow.
  • the circuit can be provided in the accumulator unit which contains the two accumulator subunits or else also separated from the accumulator unit in the housing of the hand drill itself.
  • the electrical circuit is designed such that the charge balance between the at least two accumulator subunits in the no-load or load-poor state of the
  • Ultrasonic hand drill done.
  • low-load state is meant a state in which the drill is operated only with low power, for example, a power less than 20% of the maximum power. This ensures that the
  • Accumulator subunits are only electrically coupled together, if no negative effects on the generation of ultrasonic vibrations are to be expected.
  • the electrical circuit is designed such that the charge equalization between the at least two accumulator subunits takes place such that the second
  • Accumulatorteilhow is loaded from the first Akkumulatorteilhow. In other words, it is ensured by the charge balance that in each case the second Akkumulatorteiltician energizing the vibration exciter unit sufficient
  • a comparison circuit is provided, by means of which the charge state of the accumulator subunits is comparable.
  • the charge equalization effecting electrical circuit is activated based on the output signal of the comparison circuit.
  • Charge state of Akkumulatorteilhowhowoughen makes a balance of the charge states required. This may for example be the case when one of the two Akkumulatorteilhowhowen already much stronger is discharged as the other one or to make sure that the
  • Vibration exciter unit is still operable until the complete discharge of the first, the engine powering Akkumulatorteilhow.
  • the invention relates to a method for operating an ultrasonic hand drill.
  • the ultrasonic hand drill has a motor for rotary drive a
  • Drill tool about an axis of rotation, a vibration exciter unit for generating ultrasonic vibrations and at least two
  • the accumulator subunits are at least temporarily electrically decoupled from each other during operation of the ultrasonic hand drill, in such a way that the motor exclusively from a first Akkumulatorteiliser and the
  • Vibration exciter unit exclusively from a second
  • the charge balance between the at least two accumulator subunits takes place in the load-free or load-poor state of the ultrasonic hand-held drill. This has the advantage that in these states no negative effects on the
  • Vibration exciter unit are to be expected.
  • the charge balance between the at least two accumulator subunits becomes the second
  • Accumulator subunit is loaded from the first accumulator subunit.
  • the second accumulator subunit which supplies the oscillator unit with energy has sufficient charge state in each case and the oscillator exciter unit does not fail before the motor which causes the rotation of the boring tool.
  • FIG. 1 shows by way of example and roughly schematically an ultrasonic hand drill in a lateral sectional view
  • Figure 1 shows an example and schematically a battery-powered
  • the hand drill in a conventional manner, a housing 1.1, on which a handle 1.2 is provided in order to perform the hand drill 1 by hand.
  • control means for example in the form of a push button, by means of which the speed of the
  • Hand drill 1 is controllable.
  • the hand drill 1 has a tool holder, for example in the form of a clamping device 1.3, which is designed to hold a drilling tool 3.
  • the tensioning device 1.3 can in particular be a quick-release device for the rotationally fixed connection of the drilling tool 3 with a shaft 1.4 mounted rotatably in the housing.
  • Under drilling tool all tools are understood with straight tool shank, especially those that have a geometrically defined cutting edge for creating wells. With such drilling tools can be supported by the
  • the shaft 1.4 which may be formed, for example, as a sonotrode is rotatably supported by a plurality of bearings 1.5 in the illustrated embodiment, so that the shaft 1.4 is rotatable about a rotation axis DA.
  • the shaft 1.4 is in operative connection with a motor 2.
  • Active connection is caused by the motor 2 rotational movement on the shaft 1.4 and the clamping device 1.3 transmitted to the drilling tool 3.
  • Vibration generator 4 provided.
  • Vibration exciter unit 4 has, for example, several
  • Piezo elements 4.1 which are stacked successively along a longitudinal axis LAS of the vibration exciter unit 4 are arranged.
  • the longitudinal axis LAS of the vibration exciter unit 4 can be arranged parallel to the axis of rotation DA, but in particular coincide with the axis of rotation DA, i. the longitudinal axis LAS the
  • Vibration exciter unit 4 and the axis of rotation DA of the shaft 1.4 and the drilling tool 3 form a common axis.
  • Vibration generation can take place by means of at least one piezoelectric element using the piezoelectric effect or by at least one magnetostrictive element using the effect of the magnetostriction.
  • the vibration exciter unit 4 is preferably coupled to a sonotrode, via which the vibrations are transmitted to the tensioning device 1.3.
  • the sonotrode is in this case connected to the jig 1.3 in a suitable manner.
  • the sonotrode can form an integral part of the clamping device 1.3 and, for example, receive the shank of the drilling tool 3.
  • the shaft 1.4 can be formed by a sonotrode.
  • the vibration exciter 4 is connected to a drive unit 6, which is used for the electrical control of
  • Vibration exciter unit 4 is formed.
  • the drive unit 6 acts on the vibration exciter unit 4 with an electrical signal in order to cause it to vibrate in the ultrasonic range.
  • the oscillation frequency can be in the range between 20 kHz and 60 kHz, preferably in the range between 20 kHz and 40 kHz.
  • Vibration unit 4 vibrationally coupled, i. the vibrations generated by the vibration exciter unit 4 are transmitted to the drilling tool 3, so that the drilling process
  • the vibration exciter unit 4 can be designed in particular for generating longitudinal ultrasonic vibrations.
  • the drilling tool 3 is set in motion in the axial direction (axially with respect to the axis of rotation DA) in a manner similar to a mechanical impact mechanism of a percussion drill. This can be achieved by the ultrasonic vibrations supported a high material removal of the material to be drilled can be achieved.
  • the vibration exciter unit 4 can either be activated or deactivated on the housing 1.1 directly with the control knob controlling the rotational speed of the drilling tool 3, or a separate knob is provided by means of which the vibration exciter unit can be switched on and off.
  • the ultrasonic hand drill 1 may be designed such that the vibration exciter unit 4
  • the hand drill has at least two, in the embodiment shown, exactly two accumulator subunits 5.1, 5.2.
  • the accumulator subunits 5.1, 5.2 may preferably contain a plurality of rechargeable battery cells, which are electrically coupled to one another by the interconnection of a desired capacity of
  • Accumulator subunits 5.1, 5.2 can be chosen the same or different
  • the Akkumulatorteilhowhowhowhowhowhowhowhowhowhowhowhowhowen 5.1, 5.2 are electrically decoupled from each other, i. electrically not firmly connected to each other, so that the Akkumulatorteilhowhowen 5.1, 5.2 can be independently coupled and discharged with electrical loads.
  • the accumulator subunits 5.1, 5.2 are preferably provided in a single accumulator unit 5.
  • This accumulator unit 5 for example, have a battery housing, in which the
  • Accumulator subunits 5.1, 5.2 are integrated. As a result, the accumulator subunits 5.1, 5.2 can be used together as a unit in the ultrasonic drilling machine or removed therefrom
  • Accumulator subunits 5.1, 5.2 also individually, i. used separately from each other in the ultrasonic drilling machine or taken from this (for example, for loading).
  • Fig. 2 schematically illustrates the electrical coupling of
  • Accumulator subunit 5.2 is via electrical lines and the Drive unit 6 connected to the vibration exciter unit 4.
  • Hand drill 1 are decoupled, so that the electric motor 2 and the vibration exciter unit 4 independently with
  • a compensation circuit 7 may be provided, by means of which the accumulator subunits 5 1, 5.2 can be electrically coupled together. This coupling can be performed, for example, if one of the two
  • Charge state threshold may be, for example, 10%, 20%, 30%, or 40%, or any intermediate values between them
  • the electrical coupling of the Akkumulatorteilhowhowen 5.1, 5.2 may preferably in the load-free state or a low-load state (eg operation at idle) of the hand drill 1 are manufactured and be lifted again when the hand drill 1 is put into operation or operated at high load.
  • Vibration generator unit 4 coupled second accumulator subunit 5.2 is preferably prioritized in terms of their charge state, i. the equalization circuit 7 is preferably designed to charge the second accumulator subunit 5.2 by the first accumulator subunit 5.1 and to perform a reverse charge state equalization only when the charge state of the second
  • Accumulator subunit 5.2 is substantially greater than the state of charge of the first accumulator subunit 5.1, for example, at least 30% larger. This can be achieved that the
  • Vibration generator unit 4 can be supplied in any case with sufficient electrical energy to the application of the drilling tool 3 with ultrasonic vibration in each case
  • the Akkumulatorteilhowhowhowhowhowhowhowhowhowhowhowhowhowhowhowen 5.1, 5.2 can such a way
  • Charging circuit be connected to each other that they can be loaded via a common electrical charging interface.
  • This charging interface is preferably on the housing of the
  • Accumulator 5 is provided.
  • the electrical charging interface has separate electrical contacts for charging the respective accumulator subunits 5.1, 5.2.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschall-Handbohrmaschine umfassend einen Motor (2) zum rotativen Antrieb eines Bohrwerkzeugs (3) um eine Drehachse (DA) und eine Schwingungserregereinheit (4), die zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen ausgebildet ist, wobei zumindest zwei elektrisch voneinander entkoppelbare Akkumulatorteileinheiten (5.1, 5.2) vorgesehen sind, wobei die Akkumulatorteileinheiten (5.1, 5.2) im entkoppelten Zustand derart mit dem Motor (2) und der Schwingungserregereinheit (4) elektrisch verschaltet sind, dass der Motor (2) ausschließlich von einer ersten Akkumulatorteileinheit (5.1) und die Schwingungserregereinheit (4) ausschließlich von einer zweiten Akkumulatorteileinheit (5.2) mit elektrischer Energie versorgt werden.

Description

Ultraschall-Bohrmaschine Die Eifindung betrifft eine akkubetriebene Ultraschall-Handbohrmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Ultraschall- Handbohrmaschine.
Eine handgeführte Ultraschall-Handbohrmaschine ist bereits aus der Druckschrift DE 20 2017 100 736 U1 bekannt. Diese weist im Unterschied zu Schlagbohrmaschinen anstelle eines Schlagwerks einen
Schwingungserreger zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen auf, um unterstützt durch diese Ultraschallschwingungen die Bohrleistung zu erhöhen.
Zudem sind akkubetriebene Handbohrmaschinen bekannt, bei denen ein den Drehantrieb des Bohrwerkzeugs bewirkender Motor durch einen wiederaufladbaren Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt wird. Im Unterschied zu Schlagbohrmaschinen, bei denen das Schlagwerk durch den gleichen Motor angetrieben wird, der auch das Bohrwerkzeug rotativ antreibt, bildet die die Ultraschallschwingung erzeugende
Schwingungserregereinheit eine vom Motor unabhängige Einheit, die unabhängig vom Motor mit elektrischer Energie versorgt werden muss.
Die von der Schwingungserregereinheit erzeugte Ultraschallschwingung ist sehr stark von der Spannung abhängig, so dass bei einer hohen
Belastung des Motors die Spannung des Akkumulators abfaffen und damit auch die Energie der erzeugten Ultraschallschwingung stark absinken kann, so dass eine wesentlich verschlechterte Bohrleistung auftritt. Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine akkubetriebene Ultraschall-Handbohrmaschine anzugeben, die selbst bei hohen
Belastungszuständen eine hohe Bohrleistung ermöglicht Die Aufgabe wird durch eine Ultraschall-Handbohrmaschine gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Verfahren zum Betreiben einer Ultraschall-Bohrmaschine ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 8.
Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine
Ultraschall-Handbohrmaschine. Die Ultraschall-Handbohrmaschine umfasst einen Motor zum rotativen Antrieb eines Bohrwerkzeugs um eine Drehachse und eine Schwingungserregereinheit, die zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen ausgebildet ist. Die Schwingungserregereinheit ist derart angeordnet, dass die Ultraschallschwingungen auf das
Bohrwerkzeug übertragen werden. Die Ultraschall-Handbohrmaschine umfasst zwei elektrisch voneinander entkoppelbare
Akkumulatorteileinheiten, die im entkoppelten Zustand derart mit dem Motor und der Schwingungserregereinheit elektrisch verschaltet sind, dass der Motor ausschließlich von einer ersten Akkumulatorteileinheit und die Schwingungserregereinheit ausschließlich von einer zweiten
Akkumulatorteileinheit mit elektrischer Energie versorgt werden. Der wesentliche Vorteil der Ultraschall-Handbohrmaschine besteht darin, dass ein durch einen hohen Lastzustand des Motors hervorgerufener Spannungseinbruch an der ersten Akkumulatorteileinheit keinen
Spannungseinbruch an der Schwingungserregereinheit hervorruft und dadurch die Erzeugung von Ultraschallschwingungen nicht vom
Lastzustand des Motors abhängt. Dadurch kann speziell bei hoher Belastung des Motors weiterhin eine hohe Schwingleistung der Schwingungserregereinheit und damit eine hohe Bohrleistung
sichergestellt werden.
Vorzugsweise sind die Akkumulatorteileinheiten wiederaufladbar ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform sind die zumindest zwei
Akkumulatorteileinheiten in einer gemeinsamen Akkumulatoreinheit integriert, die als eine Einheit aus der Ultraschall-Handbohrmaschine entnehmbar ist. Beispielsweise weist die Akkumulatoreinheit ein Gehäuse auf, in dem die Akkumulatorteileinheiten integriert sind. Die
Akkumulatoreinheit kann dabei als eine Einheit geladen werden, d.h. die Akkumulatoreinheit weist eine gemeinsame Ladeschnittstelle auf, über die die Akkumulatorteileinheiten zugleich geladen werden können.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die zumindest zwei
Akkumulatorteileinheiten getrennt voneinander aus der Ultraschall- Handbohrmaschine entnehmbar und lassen sich separat voneinander laden.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine elektrische Schaltung vorgesehen, mittels der die zumindest zwei Akkumulatorteileinheiten koppelbar sind und mittels der ein Ladungsausgleich zwischen den zumindest zwei Akkumulatorteileinheiten erfolgt. Dadurch wird erreicht, dass der
Ladungszustand zwischen den Akkumulatorteileinheiten angeglichen werden kann, wenn eine Akkumulatorteileinheit stärker entladen wurde als die zumindest eine weitere Akkumulatorteileinheit. Die elektrische
Schaltung kann dabei in der die beiden Akkumulatorteileinheiten beinhaltenden Akkumulatoreinheit vorgesehen sein oder aber auch getrennt von der Akkumulatoreinheit im Gehäuse der Handbohrmaschine selbst. Gemäß einer Ausführungsform ist die elektrische Schaltung derart ausgebildet, dass der Ladungsausgleich zwischen den zumindest zwei Akkumulatorteileinheiten im lastfreien oder lastarmen Zustand der
Ultraschall-Handbohrmaschine erfolgt. Unter„lastarmer Zustand“ wird dabei ein Zustand verstanden, bei dem die Bohrmaschine lediglich mit geringer Leistung betrieben wird, beispielsweise eine Leistung geringer als 20% der Maximalleistung. Dadurch wird erreicht, dass die
Akkumulatorteileinheiten lediglich dann elektrisch miteinander gekoppelt werden, wenn keine negativen Auswirkungen auf die Erzeugung der Ultraschallschwingungen zu erwarten sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist die elektrische Schaltung derart ausgebildet, dass der Ladungsausgleich zwischen den zumindest zwei Akkumulatorteileinheiten derart erfolgt, dass die zweite
Akkumulatorteileinheit von der ersten Akkumulatorteileinheit geladen wird. In anderen Worten wird also durch den Ladungsausgleich dafür gesorgt, dass in jedem Falle die die Schwingungserregereinheit mit Energie versorgende zweite Akkumulatorteileinheit einen ausreichenden
Ladungszustand aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Vergleichsschaltung vorgesehen, mittels der der Ladungszustand der Akkumulatorteileinheiten vergleichbar ist. Die den Ladungsausgleich bewirkende elektrische Schaltung ist dabei basierend auf dem Ausgangssignal der Vergleichsschaltung aktivierbar. Durch die Vergleichsschaltung wird erreicht, dass die den
Ladungsausgleich bewirkende elektrische Kopplung der
Akkumulatorteileinheiten nur dann aktiviert wird, wenn der
Ladungszustand der Akkumulatorteileinheiten einen Ausgleich der Ladezustände erforderlich macht. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn eine der beiden Akkumulatorteileinheiten bereits viel stärker entladen ist als die andere oder um sicherzustellen, dass die
Schwingungserregereinheit bis zur vollständigen Entladung der ersten, den Motor mit Energie versorgenden Akkumulatorteileinheit noch betreibbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Ultraschall-Handbohrmaschine. Die Ultraschall- Handbohrmaschine weist einen Motor zum rotativen Antrieb eines
Bohrwerkzeugs um eine Drehachse, eine Schwingungserregereinheit zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen und zumindest zwei
Akkumulatorteileinheiten auf. Die Akkumulatorteileinheiten werden zumindest zeitweise bei Betrieb der Ultraschall-Handbohrmaschine voneinander elektrisch entkoppelt, und zwar derart, dass der Motor ausschließlich von einer ersten Akkumulatorteileinheit und die
Schwingungserregereinheit ausschließlich von einer zweiten
Akkumulatorteileinheit mit elektrischer Energie versorgt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die zumindest zwei
Akkumulatorteileinheiten zumindest zeitweise elektrisch miteinander gekoppelt, so dass mittels der Kopplung ein Ladungsausgleich zwischen den zumindest zwei Akkumulatorteileinheiten erfolgt. Dadurch wird erreicht, dass der Ladungszustand zwischen den Akkumulatorteileinheiten angeglichen werden kann, wenn eine Akkumulatorteileinheit stärker entladen wurde als die zumindest eine weitere Akkumulatorteileinheit.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt der Ladungsausgleich zwischen den zumindest zwei Akkumulatorteileinheiten im lastfreien oder lastarmen Zustand der Ultraschall-Handbohrmaschine. Die hat den Vorteil, dass in diesen Zuständen keine negativen Auswirkungen auf die
Erzeugung der Ultraschallschwingungen durch die
Schwingungserregereinheit zu erwarten sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird beim Ladungsausgleich zwischen den zumindest zwei Akkumulatorteileinheiten die zweite
Akkumulatorteileinheit von der ersten Akkumulatorteileinheit geladen. Dadurch kann erreicht werden, dass die die Schwingungserregereinheit mit Energie versorgende zweite Akkumulatorteileinheit in jedem Falle ausreichend Ladungszustand hat und die Schwingungserregereinheit nicht vor dem die Rotation des Bohrwerkzeugs bewirkenden Motor ausfällt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Ladungszustand der
Akkumulatorteileinheiten verglichen und der Ladungsausgleich zwischen den zumindest zwei Akkumulatorteileinheiten wird in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses vollzogen. Dadurch kann der Ladungsausgleich zwischen den Akkumulatorteileinheiten abhängig vom Ladungszustand der jeweiligen Akkumulatorteileinheiten vollzogen werden.
Die Ausdrücke„näherungsweise“,„im Wesentlichen“ oder„etwa“ bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle
beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 beispielhaft und grob schematisch eine Ultraschall- Handbohrmaschine in einer seitlichen Schnittdarstellung; und
Fig. 2 beispielhaft und grob schematisch die elektrische Kopplung der Akkumulatorteileinheiten mit dem Motor und der
Schwingungserregereinheit.
Figur 1 zeigt beispielhaft und schematisch eine akkubetriebene
Ultraschall-Handbohrmaschine 1. Die Handbohrmaschine 1 weist in an sich bekannter Weise ein Gehäuse 1.1 auf, an dem ein Handgriff 1.2 vorgesehen ist, um die Handbohrmaschine 1 händisch führen zu können. An dem Handgriff 1.2 sind Steuermittel, beispielsweise in Form eines Druckknopfs vorgesehen, mittels denen die Drehzahl der
Handbohrmaschine 1 steuerbar ist.
Zudem weist die Handbohrmaschine 1 eine Werkzeugaufnahme beispielsweise in Form einer Spannvorrichtung 1.3 auf, die zur Halterung eines Bohrwerkzeugs 3 ausgebildet ist. Die Spannvorrichtung 1.3 kann insbesondere eine Schnellspannvorrichtung zur drehfesten Verbindung des Bohrwerkzeugs 3 mit einer drehend im Gehäuse gelagerten Welle 1.4 sein. Unter Bohrwerkzeug werden sämtliche Werkzeuge mit geradem Werkzeugschaft verstanden, insbesondere solche, die eine geometrisch bestimmte Schneide zur Erstellung von Bohrlöchern aufweisen. Mit derartigen Bohrwerkzeugen lassen sich unterstützt durch die
Ultraschallschwingungen vorteilhaft Löcher in spröde Materialien, beispielsweise Ziegel, Beton oder aber auch Verbundwerkstoffe einbringen. Die Welle 1.4, die beispielsweise als Sonotrode ausgebildet sein kann, ist im gezeigten Ausführungsbeispiel durch mehrere Lagerstellen 1.5 rotativ gelagert, so dass die Welle 1.4 um eine Drehachse DA drehbar ist. Die Welle 1.4 steht mit einem Motor 2 in Wirkverbindung. Durch die
Wirkverbindung wird eine vom Motor 2 bewirkte Drehbewegung über die Welle 1.4 und die Spannvorrichtung 1.3 auf das Bohrwerkzeug 3 übertragen.
Zur Erzeugung von Schwingungen am Bohrwerkzeug 3 ist eine
Schwingungserregereinheit 4 vorgesehen. Diese
Schwingungserregereinheit 4 weist beispielsweise mehrere
Piezoelemente 4.1 auf, die stapelartig hintereinander entlang einer Längsachse LAS der Schwingungserregereinheit 4 angeordnet sind. Die Längsachse LAS der Schwingungserregereinheit 4 kann dabei parallel zur Drehachse DA angeordnet sein, insbesondere aber mit der Drehachse DA zusammenfallen, d.h. die Längsachse LAS der
Schwingungserregereinheit 4 und die Drehachse DA der Welle 1.4 bzw. des Bohrwerkzeugs 3 bilden eine gemeinsame Achse. Die
Schwingungserzeugung kann mittels zumindest eines Piezoelements unter Nutzung des piezoelektrischen Effekts oder durch zumindest ein magnetostriktives Element unter Nutzung des Effekts der Magnetostriktion erfolgen.
Die Schwingungserregereinheit 4 ist vorzugsweise mit einer Sonotrode gekoppelt, über die die Schwingungen auf die Spannvorrichtung 1.3 übertragen werden. Die Sonotrode ist hierbei mit der Spannvorrichtung 1.3 in geeigneter eise verbunden. Insbesondere kann die Sonotrode einen integralen Bestandteil der Spannvorrichtung 1.3 bilden und beispielsweise den Schaft des Bohrwerkzeugs 3 aufnehmen. Beispielsweise kann die Welle 1.4 durch eine Sonotrode gebildet werden. Die Schwingungserregereinheit 4 ist mit einer Ansteuereinheit 6 verbunden, die zur elektrischen Ansteuerung der
Schwingungserregereinheit 4 ausgebildet ist. Insbesondere beaufschlagt die Ansteuereinheit 6 die Schwingungserregereinheit 4 mit einem elektrischen Signal, um diese in Schwingungen im Ultraschallbereich zu versetzen. Die Schwingfrequenz kann dabei im Bereich zwischen 20 kHz und 60 kHz liegen, bevorzugt im Bereich zwischen 20 kHz und 40 kHz.
Über die Spannvorrichtung 1.3 ist das Bohrwerkzeug 3 mit der
Schwingungserregereinheit 4 schwingungsgekoppelt, d.h. die von der Schwingungserregereinheit 4 erzeugten Schwingungen werden auf das Bohrwerkzeug 3 übertragen, so dass der Bohrvorgang
schwingungsunterstützt erfolgt. Die Schwingungserregereinheit 4 kann insbesondere zur Erzeugung von longitudinalen Ultraschallschwingungen ausgebildet sein. Durch diese longitudinalen Ultraschallschwingungen wird das Bohrwerkzeug 3 in axialer Richtung (axial in Bezug auf die Drehachse DA) ähnlich einem mechanischen Schlagwerk einer Schlagbohrmaschine in Bewegung versetzt. Dadurch kann durch die Ultraschallschwingungen unterstützt ein hoher Materialabtrag an dem zu bohrenden Material erreicht werden.
Die Schwingungserregereinheit 4 kann entweder unmittelbar mit dem die Rotationsgeschwindigkeit des Bohrwerkzeugs 3 steuernden Bedienknopfs am Gehäuse 1.1 aktiviert oder deaktiviert werden, oder es ist ein separater Knopf vorgesehen, mittels dem die Schwingungserregereinheit ein- und ausschaltbar ist. Zudem kann die Ultraschall-Handbohrmaschine 1 dazu ausgebildet sein, dass die Schwingungserregereinheit 4
unabhängig von dem die Rotationsbewegung des Bohrwerkzeugs 3 bewirkenden Motor 2 ein- und auszuschalten, beispielsweise um allein die Schwingungserregereinheit 4 oder den Motor 2 betreiben zu können. Wie in Fig. 1 ersichtlich, weist die Handbohrmaschine zumindest zwei, im gezeigten Ausführungsbeispiel genau zwei Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 auf. Die Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 können vorzugsweise mehrere Akkuzellen enthalten, die elektrisch miteinander gekoppelt sind, um durch deren Verschaltung eine gewünschte Kapazität der
Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 zu erhalten. Die Kapazität der
Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 kann dabei gleich oder unterschiedlich gewählt sein
Die Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 sind jedoch elektrisch voneinander entkoppelbar, d.h. elektrisch nicht fest miteinander verbunden, so dass die Akkumulatorteileinheiten 5.1, 5.2 unabhängig voneinander mit elektrischen Verbrauchern gekoppelt und entladen werden können.
Die Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 sind vorzugsweise in einer einzigen Akkumulatoreinheit 5 vorgesehen. Diese Akkumulatoreinheit 5 kann beispielsweise ein Akkugehäuse aufweisen, in dem die
Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 integriert sind. Dadurch können die Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 gemeinsam als eine Einheit in die Ultraschallbohrmaschine eingesetzt bzw. aus dieser entnommen
(beispielsweise zum Laden) werden. Alternativ können die
Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 auch einzeln, d.h. getrennt voneinander in die Ultraschallbohrmaschine eingesetzt bzw. aus dieser entnommen (beispielsweise zum Laden) werden.
Fig. 2 veranschaulicht schematisch die elektrische Kopplung der
Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 mit dem elektrischen Motor 2 und der Schwingungserregereinheit 4. Die erste Akkumulatorteileinheit 5.1 ist über elektrische Leitungen mit dem elektrischen Motor 2 und die zweite
Akkumulatorteileinheit 5.2 ist über elektrische Leitungen und der Ansteuereinheit 6 mit der Schwingungserregereinheit 4 verbunden.
Wesentlich hierbei ist, dass die Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 zumindest zeitweise, insbesondere in einem Hochlastbetrieb der
Handbohrmaschine 1 entkoppelt sind, so dass der elektrische Motor 2 und die Schwingungserregereinheit 4 unabhängig voneinander mit
elektrischer Energie versorgt werden können. Dies hat den Vorteil, dass eine hohe Belastung und ein möglicherweise damit einhergehender Spannungsabfall der ersten Akkumulatorteileinheit 5.1 keine
Auswirkungen auf die Versorgung der Schwingungserregereinheit 4 mit elektrischer Energie hat, so dass diese auch bei hoher Belastung des Drehantriebs des Bohrwerkzeugs 3 weiterhin eine hohe
Schwingungsleistung abgibt.
Wie schematisch in Fig. 2 dargestellt, kann eine Ausgleichsschaltung 7 vorgesehen sein, mittels der die Akkumulatorteileinheiten 5 1 , 5.2 elektrisch miteinander gekoppelt werden können. Diese Kopplung kann beispielsweise dann vollzogen werden, wenn eine der beiden
Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 einen Ladungszustandsschwellwert unterschritten hat und die andere Akkumulatorteileinheit 5.1 , 5.2 noch einen höheren Ladungszustand aufweist. Der
Ladungszustandsschwellwert kann beispielsweise 10%, 20%, 30% oder 40% oder jegliche Zwischenwerte zwischen diesen
Ladungszustandsschwellwerten betragen.
Dadurch kann erreicht werden, dass der Ladungszustand zwischen den Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 ausgeglichen oder zumindest teilweise angeglichen wird.
Die elektrische Kopplung der Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 kann vorzugsweise im lastfreien Zustand oder einem lastarmen Zustand (z.B. Betrieb im Leerlauf) der Handbohrmaschine 1 hergestellt werden und dann wieder aufgehoben werden, wenn die Handbohrmaschine 1 in Betrieb genommen oder mit hoher Last betrieben wird.
Da die Ultraschallschwingung des Bohrwerkzeugs 3 einen erheblichen
Einfluss auf die Bohrleistung hat, wird die mit der
Schwingungserregereinheit 4 gekoppelte zweite Akkumulatorteileinheit 5.2 vorzugsweise hinsichtlich deren Ladungszustand priorisiert, d.h. die Ausgleichsschaltung 7 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die zweite Akkumulatorteileinheit 5.2 durch die erste Akkumulatorteileinheit 5.1 aufzuladen und einen umgekehrten Ladungszustandsausgleich nur dann vorzunehmen, wenn der Ladungszustand der zweiten
Akkumulatorteileinheit 5.2 wesentlich größer ist als der Ladungszustand der ersten Akkumulatorteileinheit 5.1 , beispielsweise zumindest 30% größer. Dadurch kann erreicht werden, dass die
Schwingungserregereinheit 4 in jedem Fall noch mit ausreichend elektrischer Energie versorgt werden kann, um die Beaufschlagung des Bohrwerkzeugs 3 mit Ultraschallschwingung in jedem Falle
sicherzustellen.
Die Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 können derart über eine
Ladeschaltung miteinander verbindbar sein, dass diese über eine gemeinsame elektrische Ladeschnittstelle geladen werden können. Diese Ladeschnittstelle ist vorzugsweise an dem Gehäuse der
Akkumulatoreinheit 5 vorgesehen. Alternativ ist es auch denkbar, dass die elektrische Ladeschnittstelle getrennte elektrische Kontakte für das Laden der jeweiligen Akkumulatorteileinheiten 5.1 , 5.2 aufweist.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie
Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die
Patentansprüche definierte Schutzbereich verlassen wird. Bezugszeichenfiste
1 Ultraschall-Handbohrmaschine
1.1 Gehäuse
1.2 Handgriff
1.3 Spannvorrichtung
1.4 Welle
1.5 Lagerstelle
2 Motor
3 Bohrwerkzeug
4 Schwingungserregereinheit
4.1 Piezoelement
5 Akkumulatoreinheit
5.1 erste Akkumulatorteileinheit
5.2 zweite Akkumulatorteileinheit
6 Ansteuereinheit
7 Ausgleichsschaltung
DA Drehachse
LAS Längsachse des Schwingungserregers

Claims

Patentansprüche
1) Ultraschall-Handbohrmaschine umfassend einen Motor (2) zum
rotativen Antrieb eines Bohrwerkzeugs (3) um eine Drehachse (DA) und eine Schwingungserregereinheit (4), die zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen ausgebildet ist, wobei zumindest zwei elektrisch voneinander entkoppelbare Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) vorgesehen sind, wobei die Akkumulatorteileinheiten (5.1, 5.2) im entkoppelten Zustand derart mit dem Motor (2) und der
Schwingungserregereinheit (4) elektrisch verschaltet sind, dass der Motor (2) ausschließlich von einer ersten Akkumulatorteileinheit (5.1) und die Schwingungserregereinheit (4) ausschließlich von einer zweiten Akkumulatorteileinheit (5.2) mit elektrischer Energie versorgt werden.
2) Ultraschall-Handbohrmaschine nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) in einer gemeinsamen Akkumulatoreinheit (5) integriert sind, die als eine Einheit aus der Ultraschall-Handbohrmaschine (1) entnehmbar ist.
3) Ultraschall-Handbohrmaschine nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) getrennt voneinander aus der Ultraschall- Handbohrmaschine (1) entnehmbar sind.
4) Ultraschall-Handbohrmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Schaltung vorgesehen ist, mittels der die zumindest zwei
Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) koppelbar sind und mittels der ein Ladungsausgleich zwischen den zumindest zwei
Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) erfolgt.
5) Ultraschall-Handbohrmaschine nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung derart ausgebildet ist, dass der Ladungsausgleich zwischen den zumindest zwei
Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) im lastfreien oder lastarmen
Zustand der Ultraschall-Handbohrmaschine (1) erfolgt 6) Ultraschall-Handbohrmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung derart ausgebildet ist, dass der Ladungsausgleich zwischen den zumindest zwei
Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) derart erfolgt, dass die zweite Akkumulatorteileinheit (5.2) von der ersten Akkumulatorteileinheit (5.1) geladen wird.
7) Ultraschall-Handbohrmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vergleichsschaltung vorgesehen ist, mittels der der Ladungszustand der Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) vergleichbar ist und dass die den Ladungsausgleich bewirkende elektrische Schaltung basierend auf dem Ausgangssignal der
Vergleichsschaltung aktivierbar ist.
8) Verfahren zum Betreiben einer Ultraschall-Handbohrmaschine (1), die einen Motor (2) zum rotativen Antrieb eines Bohrwerkzeugs (3) um eine Drehachse (DA), eine Schwingungserregereinheit (4) zur
Erzeugung von Ultraschallschwingungen und zumindest zwei
Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) aufweist, wobei die
Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) zumindest zeitweise bei Betrieb der Ultraschall-Handbohrmaschine (1) voneinander elektrisch entkoppelt werden, und zwar derart, dass der Motor (2) ausschließlich von einer ersten Akkumulatorteileinheit (5 1) und die Schwingungserregereinheit (4) ausschließlich von einer zweiten Akkumulatorteileinheit (5.2) mit elektrischer Energie versorgt werden. 9) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
zumindest zwei Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) zumindest zeitweise elektrisch miteinander gekoppelt werden und dass mittels der Kopplung ein Ladungsausgleich zwischen den zumindest zwei Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) erfolgt.
10) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der
Ladungsausgleich zwischen den zumindest zwei
Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) im lastfreien oder lastarmen Zustand der Ultraschall-Handbohrmaschine (1) erfolgt.
11) Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ladungsausgleich zwischen den zumindest zwei
Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) die zweite Akkumulatorteileinheit
(5.2) von der ersten Akkumulatorteileinheit (5.1) geladen wird.
12) Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch
gekennzeichnet, dass der Ladungszustand der
Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) verglichen wird und dass der Ladungsausgleich zwischen den zumindest zwei
Akkumulatorteileinheiten (5.1 , 5.2) in Abhängigkeit des
Vergleichsergebnisses vollzogen wird.
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