[0001] Die Erfindung bezeichnet eine Steuerung für eine zumindest teilweise drehende Elektrohandwerkzeugmaschine
wie einen Kombihammer.
[0002] Üblicherweise besitzen Elektrohandwerkzeugmaschinen werkstückseitig an einem Handgriff
einen Reglerschalter, welcher üblicherweise dem Zeigefinger einer, den Handgriff umfassenden,
führenden Hand des Nutzers zugeordnet ist. Dieser Reglerschalter schliesst bei Betätigung
einerseits den Stromkreis über den Elektromotor zum Stromnetz und steuert andererseits
abhängig von der Eindrücktiefe eine elektronische Regelung des Elektromotors an.
[0003] Die Bewegung des Zeigefingers bei der Betätigung des werkstückseitig am Handgriff
angeordneten Druckschalters zur Aktivierung der Verbindung des Elektromotors zur Stromquelle
ist mit dem zur sicheren Führung einer drehenden Elektrohandwerkzeugmaschine durch
die Hand des Nutzers notwendigen Greifreflex um den Handgriff intuitiv korreliert
und stellt somit die Bereitschaft des Nutzers zur Aktivierung des Elektromotors sicher.
Jedoch muss der Anwender bei Feinarbeiten sowohl die Anpresskraft der Elektrohandwerkzeugmaschine
an den Untergrund als auch seine Fingerstellung am Reglerschalter bewusst motorisch
kontrollieren. Dies verlangt einerseits motorisches Geschick, andererseits auch eine
gewisses Mass an Konzentration, welche insbesondere bei monotonen Tätigkeiten im Baugewerbe
nicht notwendigerweise ständig gegeben ist.
[0004] Nach der DE19534850 weist eine drehende Elektrohandwerkzeugmaschine einen Reglerschalter
auf, welcher bei Betätigung den Stromkreis über den Elektromotor zum Stromnetz schliesst
sowie eine Regelelektronik des Elektromotors aktiviert, welche in Abhängigkeit von
einer, an einem internen Sensor gemessenen, Kraft die Drehzahl des Elektromotors auf
ein maximales Reaktionsdrehmoment regelt. Bei der US2001/0025421 sowie der DE19738092
wird nach der Aktivierung mit dem vom Zeigefinger betätigten Reglerschalter die Solldrehzahl
der Regelung des Elektromotors in Abhängigkeit von einer, an einem mit dem Daumen
zugänglichen Kraftsensor gemessenen, Kraft bewusst verändert. Intuitiv durch die Handhabung
der Elektrohandwerkzeugmaschine selbst gegebene Steuerbefehle werden durch derartige
Regelungen nicht berücksichtigt.
[0005] Nach der DE4401664 weist eine drehende und schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine
eine je nach gewählter Betriebsart unterschiedliche Regelung des Elektromotors auf.
[0006] Nach der W00219048 weist eine drehende und schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine
eine je nach gewählter Betriebsart optimale Regelung des Betriebszustandes bezüglich
Drehzahl, Schlagfrequenz und Anpressdruck auf, indem viele sensoriell erfasste Parameter,
inklusive der an der Elektrohandwerkzeugmaschine angreifenden Kräfte, in einer lernfähigen
Prozessanalyse bewertet werden. Diese Optimierung erfolgt ausschliesslich in der Maximierung
des Bohrfortschritts.
[0007] Nach der DE10034359 weist eine schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine zur Steuerung
der Schlagamplitude einen Anpresskraftsensor auf. Nach der DE4306524 weist eine drehende
Elektrohandwerkzeugmaschine einen Anpresskraftsensor auf, welcher über eine Regelung
die Drehzahl bzw. das Drehmoment intuitiv druckabhängig regelt. Die nach dem Aufsetzen
über einen Mindestandruck erfolgte automatische Aktivierung kann zu einer für den
Nutzer unerwarteten Verdrehung der Elektrohandwerkzeugmaschine führen. Des Weiteren
ist für viele Anwendungen im Baugewerbe, bspw. Farbmischen, Dosensenken, Bohrlochverlängern
eine druckabhängige Regelung unerwünscht.
[0008] Nach der US5014793 weist eine drehende Elektrohandwerkzeugmaschine werkstückseitig
an einem Handgriff einen bewegungslosen Triggerschalter mit Kraftsensor auf, welcher
nach einer initialen Betätigung durch den Zeigefinger die automatische Drehzahlregelung
aktiviert, welche von der Kraft des Zeigefingers auf den Triggerschalter abhängig
ist. Die über den Zeigefinger aufgebrachte Kraft setzt eine motorische Steuerung des
Nutzers voraus, die mit der Handhabung der Elektrohandwerkzeugmaschine nicht intuitiv
korreliert.
[0009] Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung einer sicheren, intuitiven
Steuerung einer zumindest teilweise drehenden Elektrohandwerkzeugmaschine.
[0010] Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0011] Im Wesentlichen weist eine zumindest teilweise drehende Elektrohandwerkzeugmaschine
mit einer Werkzeugaufnahme für ein Werkzeug einen werkstückseitig an einem Handgriff
angeordneten, vorteilhaft diesen werkstückseitig nur teilweise abdeckenden, Druckschalter
zur Aktivierung der Verbindung einer Stromquelle mit einem Elektromotor auf, welcher
mit einer Steuerelektronik verbunden ist, die mit einem Kraftsensor verbunden ist,
der zwischen der Werkzeugaufnahme und dem Handgriff zur Messung einer Anpresskraft
der Elektrohandwerkzeugmaschine gegen ein Werkstück ausgelegt und geeignet angeordnet
ist.
[0012] Durch den zur Messung der Anpresskraft gegen ein Werkstück ausgebildeten Kraftsensor
erfolgt bei intuitiv sicher über den Griffreflex aktiviertem Elektromotor auch dessen
Steuerung intuitiv mit der Handhabung der Elektrohandwerkzeugmaschine korreliert.
[0013] Vorteilhaft ist der Druckschalter als diskreter Schalter ausgebildet, wodurch dessen
diskrete Schaltzustände direkt zur Steuerung der Steuerelektronik nutzbar sind.
[0014] Vorteilhaft ist die Steuerelektronik mit einem Modiwahlschalter steuerbar verbunden,
wodurch bei unterschiedlich gewählten Betriebsmodi von der Steuerelektronik verschiedene
Steuerprogramme auswählbar sind.
[0015] Vorteilhaft weist die Elektrohandwerkzeugmaschine ein axial begrenzt bewegliches
Schlagelement auf, welches bezüglich der Werkzeugaufnahme maximal um 1 mm axial versetzbar
ist, wodurch vermittelt mit dem durch die anpresskraftabhängige Steuerung ermöglichten
Verzicht auf eine ansonsten notwendige mechanische Schlagabschaltung über einen Schaltweg
des Schlagelementes grösser 1 mm das axiale Spiel in der Werkzeugaufnahme vermindert
ist und somit ein exakteres Ansetzen und Arbeiten in den Betriebsmodi <<Bohrmeisseln>>
und <<Meisseln>> ermöglicht wird.
[0016] Im einem ersten zumindest teilweise drehenden Betriebsmodus zugeordneten Steuerverfahren
wird in einem ersten Schritt durch Betätigung des Druckschalter s die Steuerung aktiviert,
welche in einem zweiten Schritt den Elektromotor abhängig von einer von dem Kraftsensor
gemessenen Kraft steuert, welche mit der Anpresskraft der Elektrohandwerkzeugmaschine
gegen das Werkstück korreliert ist.
[0017] Durch die von der intuitiven Steuerung der Elektrohandwerkzeugmaschine über die Anpresskraft
getrennten Aktivierung der Steuerung durch Betätigung des Druckschalters wird die
erforderliche Bereitschaft des Nutzers zur sicheren Führung einer drehenden Elektrohandwerkzeugmaschine
detektiert.
[0018] Vorteilhaft erfolgt im zweiten Schritt die Sensitivität der Steuerung bezüglich der
vom Kraftsensor gemessenen Kraft abhängig von einer Aktivierungszeitspanne des zweiten
Schritts, weiter vorteilhaft degressiv bezüglich der Aktivierungszeitspanne, wodurch
die Elektrohandwerkzeugmaschine in einem zum Anbohren optimalen Betriebsmodus <<LowPowerDrilling>>
feinfühlig auf die Anpresskraft reagiert.
[0019] Vorteilhaft steuert im zweiten Schritt die Steuerung den Elektromotor stets oberhalb
einer Mindestdrehzahl, die optional abhängig vom Betriebsmodus ist, wodurch für den
Benutzer die Aktivität der Steuerung durch eine Bewegung des Werkzeugs sicher erkennbar
ist.
[0020] Vorteilhaft steuert bei einer von dem Kraftsensor gemessenen negativen Kraft im zweiten
Schritt die Steuerung den Elektromotor proportional zum Betrag der negativen Kraft,
wodurch die zum Herausziehen des Werkzeugs aus dem Werkstück benötigte Zugkraft einen
Drehantrieb zur Verhinderung einer Verklemmung des Werkzeugs bewirkt.
[0021] Vorteilhaft wird in einem dritten Schritt bei Entlastung des Druckschalters die Steuerung
deaktiviert, wodurch die Steuerung intuitiv beendet wird, wenn sich die Umgreifung
der führenden Hand um den Handgriff lockert.
[0022] Vorteilhaft wird bei einem vom Modiwahlschalter ausgewählten zweiten Betriebsmodus
im zweiten Schritt der Elektromotor unabhängig von der von dem Kraftsensor gemessenen
Kraft gesteuert, was insbesondere für einen Betriebsmodus <<Highspeed>> mit maximaler
Drehzahl vorteilhaft ist.
[0023] Vorteilhaft erfolgt bei einem nicht drehenden zweiten Betriebsmodus im ersten Schritt
die Aktivierung der Steuerung durch eine, in einer Triggerzeitspanne von maximal 0.5
s, triggernde Betätigung / Entlastung des Druckschalters, wodurch die Aktivierung
über einen Klick erfolgt und somit während des zweiten Schritts der Druckschalter
nicht mehr dauerhaft betätigt werden muss und somit insbesondere der Zeigefinger im
Betriebsmodus <<Meissein>> entlastet wird.
[0024] Vorteilhaft wird bei einem nicht drehenden zweiten Betriebsmodus im dritten Schritt
durch eine zum ersten Schritt alternierend wiederholte triggernde Betätigung des Druckschalters
über einen Zeitraum von maximal 0.5 s die Steuerung deaktiviert, wodurch der Betriebsmodus
<<Meisseln>> intuitiv durch einen wiederholten Klick beendet wird.
[0025] Alternativ vorteilhaft erfolgt bei einem nicht drehenden zweiten Betriebsmodus die
Aktivierung der Steuerung im ersten Schritt bei einer gemessenen Kraftspitze grösser
einer Aktivierungskraft, vorteilhaft innerhalb einer Triggerzeitspanne von weniger
als 0.5 s, wodurch im Betriebsmodus <<Meisseln>> ein <<Kickstart>> realisiert ist.
[0026] Vorteilhaft wird bei einem nicht drehenden zweiten Betriebsmodus im dritten Schritt
die Steuerung deaktiviert, falls über eine Leerlaufzeitspanne die gemessene Kraft
stets geringer als eine Mindestkraft ist, wodurch in diesem Betriebsmodus eine intuitive
Abschaltung durch <<TimeOut>> erfolgt, die insbesondere bei einem schlagenden Betriebsmodus
die Erzeugung von Schlägen abschaltet. Eine zur Verhinderung von Leerschlägen ansonsten
notwendige Schlagabschaltung, welche zumeist mechanisch über einen hinreichend langen
Schaltweg des Schlagelementes realisiert wurde, kann somit entfallen.
[0027] Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert
mit:
Fig. 1 als Schema, zeigend die Elektrohandwerkzeugmaschine
Fig. 2 als Blockschaltbild, zeigend die Steuerung;
Fig. 3 als Fliessschema, zeigend das Steuerverfahren,
Fig. 4a - 4f als Diagramme, zeigend die Steuerfunktionen
[0028] Nach Fig. 1 weist eine teilweise drehende und schlagende Elektrohandwerkzeugmaschine
1 mit einer Werkzeugaufnahme 2 für ein Werkzeug ein axial begrenzt bewegliches Schlagelement
3 auf, welches bezüglich der Werkzeugaufnahme 2 um nur 0,5 mm axial versetzbar ist.
Werkstückseitig an einem Handgriff 4 ist, diesen nur teilweise abdeckend, in Form
eines Potentiometerschalters ein Druckschalter 5 zur Aktivierung der Verbindung einer
Stromquelle 6 in Form des Stromversorgungsnetzes mit einem antreibenden Elektromotor
7 angeordnet. Ein zur Messung einer Anpresskraft F der Elektrohandwerkzeugmaschine
1 gegen ein Werkstück geeigneter Kraftsensor 8 ist zwischen der Werkzeugaufnahme 2
und dem Handgriff 4 angeordnet. Über einen von aussen betätigbaren Modiwahlschalter
9, der mit einer Steuerelektronik 10 für den Elektromotor 7 verbunden ist, sind die
unterschiedlichen Betriebsmodi I - V I der Elektrohandwerkzeugmaschine 1 auswählbar,
denen die Funktionen <<Bohrmeisseln>>, <<LowPowerDrilling>>, <<Highspeed>>, <<Meissein>>,
<<Meisseln - TimeOut>>, <<Meisseln - Kickstart>> zugeordnet sind.
[0029] Nach Fig. 2 ist im Stromkreis zwischen der Stromquelle 6 und dem Elektromotor 7 eine
Steuerelektronik 10 (inklusive Steuerung 11 / Regelung 12 / Leistungselektronik 13)
angeordnet, die mit dem Druckschalter 5, dem Kraftsensor 8 und dem Modiwahlschalter
9 steuerbar verbunden ist. Die im Speicher der als Mikrocontroller ausgebildeten Steuerelektronik
10 abgelegte normierte Steuerfunktion OV = f (PM, CF, FS, t) zur Steuerung der Regelung
der Drehzahl n des Elektromotors 7 ist eine Funktion f der normierten Steuerparameter
PM, CF, FS, t mit:
PM: Steuerparameter des Druckschalters 5
CF: Anpresskraftparameter des Kraftsensors 8
FS: Funktionsparameter des Modiwahlschalters 9
t: Zeit
[0030] Nach Fig. 3 wird im drehenden und schlagenden Betriebsmodus I <<Bohrmeisseln>> mit
dem Funktionsparameter FS: I von der Steuerelektronik in einem dreischrittigen Steuerverfahren
in einem ersten Schritt der Steuerparameter PM überwacht, welcher sich durch Betätigung
des diskreten Druckschalters ändert. Bei Betätigung durch PM = 1 wird die intuitive
Steuerung OV = max (CF, IS) aktiviert. In einem anschliessenden zweiten Schritt wird
mit einer Steuerfunktion OV die Drehzahlregelung des Elektromotors proportional zum
Anpresskraftparameter CF gesteuert, mindestens jedoch proportional zum normierten
Leerlaufparameter IS. Nach Entlastung des Druckschalters durch PM = 0 wird im anschliessenden
dritten Schritt die intuitive Steuerung beendet und zum Einsprungspunkt des Steuerverfahrens
für FS: I zurückgekehrt.
[0031] Nach den Fig. 4a bis 4f sind für verschiedene Funktionsparameter FS der Betriebsmodi
I - VI die Steuerfunktionen OV = f (PM, CF, t) dargestellt.
[0032] Nach Fig. 4a ist im Betriebsmodus I <<Bohrmeisseln>> die Steuerung genau so lang
aktiviert, wie der Steuerparameter PM eine Betätigung des Druckschalters signalisiert.
Bei aktivierter intuitiver Steuerung folgt die Steuerfunktion OV unabhängig von der
Zeit t proportional zum Anpresskraftparameter CF, wobei ein, der Mindestdrehzahl von
50 rpm im Betriebsmodus I <<Bohrmeisseln>> zugeordneter, Leerlaufparameter IS als
unterer Grenzwert nicht unterschritten wird. In einem Zeitbereich Δt einer von dem
Kraftsensor gemessenen, unter einem negativen Schwellwert liegenden, negativen Kraft
mit CF < 0 wird der Elektromotor proportional zum Betrag dieser negativen Kraft gesteuert.
[0033] Nach Fig. 4b nimmt im Betriebsmodus II <<LowPowerDrilling>> in einem Zeitbereich
Δt die Sensitivität der Steuerfunktion OV durch de n Anpresskraftparameter CF progressiv
mit der Aktivierungszeitspanne des zweiten Schritts zu, wobei ein, der Mindestdrehzahl
von 60 rpm im Betriebsmodus <<LowPowerDrilling>> zugeordneter, unterer Grenzwert nicht
unterschritten wird.
[0034] Nach Fig. 4c ist im rein drehenden Betriebsmodus III <<Highspeed>> im zweiten Schritt
die Steuerfunktion OV unabhängig von der Zeit t und dem Anpresskraftparameter CF konstant
nahe einem, einer hohen Drehzahl von 1000 rpm zugeordneten, oberen Grenzwert.
[0035] Nach Fig. 4d erfolgt im rein schlagenden Betriebsmodus IV <<Meissein>> die Aktivierung
/ Deaktivierung der intuitiven Steuerung durch die Steuerfunktion OV jeweils durch
eine triggernde Betätigung des Steuerparameters PM mit einem Klick innerhalb 0.5 s,
wobei dann die Steuerfunktion OV proportional zum Anpresskraftparameter CF, mindestens
jedoch zum Leerlaufparameter IS ist.
[0036] Nach Fig. 4e erfolgt im rein schlagenden Betriebsmodus V <<Meisseln - TimeOut>> alternativ
die Aktivierung der intuitiven Steuerung durch die Steuerfunktion OV durch eine triggernde
Betätigung des Steuerparameters PM mit einem Klick innerhalb 0.5 s, die Deaktivierung
hingegen nach Unterschreiten eines, dem Leerschlag zugeordneten, unteren Schwellwertes
durch den Anpresskraftparameter CF über einen Zeitbereich Δt.
[0037] Nach Fig. 4f erfolgt im rein schlagenden Betriebsmodus V I <<Meisseln - Kickstart>>
alternativ die Aktivierung unabhängig vom Steuerparameter PM durch kurzzeitiges Überschreiten
des Anpresskraftparameters CF eines, einer Aktivierungskraftspitze zugeordneten, oberen
Schwellwertes innerhalb 0.5 s. Die Deaktivierung erfolgt nach Unterschreiten eines,
dem Leerschlag zugeordneten, unteren Schwellwertes durch den Anpresskraftparameter
CF über einen Zeitbereich Δt.
1. Elektrohandwerkzeugmaschine mit einer zumindest teilweise drehend angetriebenen Werkzeugaufnahme
(2) für ein Werkzeug und einem werkstückseitig an einem Handgriff (4) angeordneten
Druckschalter (5) zur Aktivierung der Verbindung einer Stromquelle (6) mit einem Elektromotor
(7), welcher mit einer Steuerelektronik (10) verbunden ist, die mit einem Kraftsensor
(8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (8) zwischen der Werkzeugaufnahme (2) und dem Handgriff (4) angeordnet
sowie zur Messung einer Anpresskraft (F) der Elektrohandwerkzeugmaschine gegen ein
Werkstück ausgelegt ist.
2. Elektrohandwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckschalter als diskreter Schalter ausgebildet ist.
3. Elektrohandwerkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (10) mit einem Modiwahlschalter (9) steuerbar verbunden ist.
4. Elektrohandwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein axial begrenzt bewegliches Schlagelement (3) vorhanden ist, welches bezüglich
der Werkzeugaufnahme (2) maximal um 1 mm axial versetzbar ist.
5. Steuerverfahren einer Elektrohandwerkzeugmaschine (1) mit einem ersten zumindest teilweise
eine Werkzeugaufnahme (2) für ein Werkzeug drehenden Betriebsmodus (I), wobei in einem
ersten Schritt durch Betätigung eines werkstückseitig an einem Handgriff (4) angeordneten
Druckschalters (5) die Steuerung aktiviert wird, welche in einem zweiten Schritt einen
Elektromotor (7) abhängig von einer von einem Kraftsensor (8) gemessenen Kraft steuert,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft mit der Anpresskraft (F) der Elektrohandwerkzeugmaschine (1) gegen das
Werkstück korreliert ist.
6. Steuerverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt die Sensitivität der Steuerung bezüglich der vom Kraftsensor (8)
gemessenen Kraft abhängig von einer Aktivierungszeitspanne des zweiten Schritts erfolgt,
optional progressiv zunimmt.
7. Steuerverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt die Steuerung den Elektromotor (7) stets oberhalb einer Mindestdrehzahl
steuert, die optional abhängig vom Betriebsmodus (I, II) ist.
8. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt bei einer von dem Kraftsensor gemessenen negativen Kraft die Steuerung
den Elektromotor abhängig vom Betrag der negativen Kraft steuert.
9. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Schritt bei Entlastung des Druckschalters (5) die Steuerung deaktiviert
wird.
10. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem vom Modiwahlschalter (9) ausgewählten zweiten Betriebsmodus (III) im zweiten
Schritt der Elektromotor (7) unabhängig von der von dem Kraftsensor (8) gemessenen
Kraft gesteuert wird.
11. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem nicht drehenden zweiten Betriebsmodus (IV, V) im ersten Schritt die Aktivierung
der Steuerung durch eine, in einer Triggerzeitspanne von weniger als 0.5 s, triggernde
Betätigung / Entlastung des Druckschalters (5) erfolgt.
12. Steuerverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dur ch eine zum ersten Schritt alternierend wiederholte triggernde Betätigung des
Druckschalters (5) über einen Zeitraum von maximal 0.5 s die Steuerung deaktiviert
wird.
13. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der Steuerung bei einem nicht drehenden zweiten Betriebsmodus (VI)
im ersten Schritt, bei einer von dem Kraftsensor (8) gemessenen Kraftspitze grösser
einer Aktivierungskraft erfolgt, optional innerhalb einer Triggerzeitspanne von weniger
als 0.5 s.
14. Steuerverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Schritt die Steuerung deaktiviert wird, falls über eine Leerlaufzeitspanne
die gemessene Kraft stets geringer als eine Mindestkraft ist.