Werkzeugmaschine und Steuerungsverfahren

Abstract

 Eine Werkzeugmaschine hat eine Werkzeugaufnahme (2) zum Aufnehmen eines Werkzeugs (4), ein Motor (5) und einen Antriebsstrang (7, 18, 19), der den Motor (5) mit der Werkzeugaufnahme (2) zum Übertragen eines Drehmoments koppelt. Ein Systemtaster (9) ist mit einer Motorsteuerung (24) gekoppelt. Auf eine Betätigung des Systemtasters (9) durch einen Anwender steuert die Motorsteuerung (24), den Motor (5) derart, dass der Motor (5) sich für eine Dauer in einem ersten Drehsinn und anschließend in einem dem ersten Drehsinn entgegengesetzten Drehsinn dreht. Die Dauer ist kürzer als 100 ms.

Beschreibung

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine tragbare bohrende Werkzeugmaschine gleich einer tragbaren Bohrmaschine, einem Bohrhammer, etc. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuerungsverfahren für die Werkzeugmaschine, insbesondere ein Steuerungsverfahren zum Einschalten oder Aktivieren der Werkzeugmaschine.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

[0002] Eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine hat eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines Werkzeugs, ein Motor und einen Antriebsstrang, der den Motor mit der Werkzeugaufnahme zum Übertragen eines Drehmoments koppelt. Ein Systemtaster ist mit einer Motorsteuerung gekoppelt. Auf eine Betätigung des Systemtasters durch einen Anwender steuert die Motorsteuerung, den Motor derart, dass der Motor sich für eine Dauer in einem ersten Drehsinn und anschließend in einem dem ersten Drehsinn entgegengesetzten Drehsinn dreht. Die Dauer ist kürzer als 100 ms.

[0003] Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren für eine Werkzeugmaschine dreht ansprechend auf ein Betätigen eines Systemtasters zur Inbetriebnahme eines Motors zuerst den Motor für eine Dauer von weniger als 100 ms in einem ersten Drehsinn und anschließend in einem dem ersten Drehsinn entgegengesetzten zweiten Drehsinn. Mit dem im zweiten Drehsinn drehenden Motor wird ein Werkzeug in einem seiner Funktion entsprechenden Drehsinn durch die Werkzeugmaschine gedreht.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0004] Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:

Fig. 1

eine Handwerkzeugmaschine

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

[0005] Fig. 1 zeigt als Beispiel einer Handwerkzeugmaschine schematisch einen Bohrhammer 1. Der Bohrhammer 1 hat eine Werkzeugaufnahme 2, in welche ein Schaftende 3 eines Werkzeug, z.B. eines des Bohrmeißels 4, eingesetzt werden kann. Einen primären Antrieb des Bohrhammers 1 bildet ein Motor 5, welcher ein Schlagwerk 6 und eine hohle Abtriebswelle 7 antreibt. Ein Anwender kann den Bohrhammer 1 mittels eines Handgriffs 8 führen und mittels eines Systemtasters 9 den Bohrhammer 1 in Betrieb nehmen. Im Betrieb dreht der Bohrhammer 1 den Bohrmeißel 4 kontinuierlich um eine Arbeitsachse 10 und kann dabei den Bohrmeißel 4 in Schlagrichtung 11 längs der Arbeitsachse 10 in einen Untergrund schlagen. In einer Ausführung kann ein Wahlschalter zur Betätigung durch einen Anwender vorgesehen sein, welcher eine Wahl zwischen wenigstens zwei der folgenden Modi ermöglicht: Drehen und Schlagen, nur Drehen und nur Schlagen.

[0006] Das Schlagwerk 6 ist beispielsweise ein pneumatisches Schlagwerk 6. Ein Erreger 12 und ein Schläger 13 sind in dem Schlagwerk 6 längs der Arbeitsachse 10 beweglich geführt. Der Erreger 12 ist über einen Exzenter 14 oder einen Taumelfinger an den Motor 5 angekoppelt und zu einer periodischen, linearen Bewegung gezwungen. Eine Luftfeder gebildet durch eine pneumatische Kammer 15 zwischen Erreger 12 und Schläger 13 koppelt eine Bewegung des Schlägers 13 an die Bewegung des Erregers 12 an. Der Schläger 13 kann direkt auf ein hinteres Ende des Bohrmeißels 4 aufschlagen oder mittelbar über einen im Wesentlichen ruhenden Zwischenschläger 16 einen Teil seines Impuls auf den Bohrmeißel 4 übertragen. Das Schlagwerk 6 und vorzugsweise die weiteren Antriebskomponenten sind innerhalb eines Maschinengehäuses 17 angeordnet.

[0007] Der Antriebsstrang zwischen dem Motor 5 und der hohlen Abtriebswelle 7 kann ein Getriebe 18 enthalten, um eine Drehzahl des Motors 5 an eine gewünschte Drehzahl des Werkzeugs 4 anzupassen. Eine Überlastkupplung 19 kann den Motor 5 von der Abtriebswelle 7 entkoppeln, wenn ein von dem Werkzeug 4 rückwirkendes Drehmoment ein Auslösedrehmoment der Überlastkupplung 19 übersteigt. Eine beispielhafte Überlastkupplung 19 kann ein hohles Kegelzahnrad 20 aufweisen, das axial verschieblich auf der Abtriebswelle 7 gelagert ist und drehfest z.B. über Kugeln 21 in die Abtriebswelle 7 eingreift. Eine axial wirkende Feder 22 drückt das Kegelzahnrad 20 in Eingriff mit einem Abtriebsritzel 23 des Getriebes. Übersteigt das rückwirkende Drehmoment einen Schwellwert, wird das Kegelzahnrad 20 gegen die Feder 22 axial ausgelenkt und gelangt außer Eingriff von dem Abtriebsritzel 23.

[0008] Der Motor 5 ist vorzugsweise ein bürstenloser Elektromotor. Ein Stator des Elektromotors hat mehrere Magnetspulen, welche individuell und unabhängig voneinander von einem Strom durchflossen sind. Eine Konfiguration eines Motors 5 hat drei Magnetspulen, welche um 120 Grad zueinander um eine Motorachse versetzt sind. Sensoren an dem Motor 5 können eine aktuelle Winkelposition eines Rotors erfassen und der Motorsteuerung 24 übermitteln. Die Motorsteuerung 24 stellt ansprechend auf die erfasste Winkelposition die Amplitude des Stroms für jede der Magnetspulen ein. Beispielsweise sind zwei der Magnetspulen in entgegengesetztem Umlaufsinn stromdurchflossen, während eine Dritte der Magnetspulen stromfrei ist. Die Amplitude kann ferner in Abhängigkeit einer gewünschten Drehzahl des Motors 5 eingestellt oder ausgeregelt werden.

[0009] Der Systemtaster 9 ist mit der Motorsteuerung 24 gekoppelt. Sobald ein Anwender den Systemtaster 9 betätigt, wird die Motorsteuerung 24 aktiviert. Die Motorsteuerung 24 ermittelt vorzugsweise zuerst eine Drehzahl des Motors 25. Falls der Motor 25 steht, oder die Drehzahl einen Schwellwert unterschreitet, wird eine Anlaufsteuerung aktiviert. Bei der Anlaufsteuerung wird der Motor 5 anfänglich in einem für die Anwendung des Bohrhammers 1 verkehrten Drehsinn gedreht. Handelsübliche Bohrer haben nur bei einem vorgegebenen Drehsinn, nämlich bei einem auf die Bohrspitze im Uhrzeigersinn, eine Bohrwirkung. Ferner ist die Förderwirkung einer Wendel auf diesen Drehsinn ausgelegt. Der verkehrte Drehsinn des Motors 5 zeichnet sich dadurch aus, dass der Bohrer 4 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Der Motor 5 wird für eine kurze Dauer, von vorzugsweise weniger als 100 ms, z.B. weniger als 50 ms, und wenigstens 10 ms, z.B. wenigstens 20 ms, verkehrt herum gedreht. Die Dauer ist vorzugsweise so kurz gewählt, dass aufgrund des Spiels in Getriebe 18, Drehmomentkupplung 19 und weiteren Komponenten des Antriebsstrangs kein Drehen des Werkzeugs 4 erfolgt. Vorzugsweise ist die Dauer so lange, dass das Spiel maximal ausgereizt ist, bevor ein Drehen des Werkzeugs 4 einsetzt.

[0010] Die Motorsteuerung 24 kann den Motor 5 mit einer verringerten Leistungsaufnahme im verkehrten Drehsinn drehen. Eine Leistungsaufnahme liegt vorzugsweise im Bereich von 10 % bis 50 % einer nominellen Leistungsaufnahme des Motors 5. Die Amplitude der Ströme, welche in die Magnetspulen eingespeist werden, wird durch die Motorsteuerung 24 begrenzt. Die Strombegrenzung kann beispielsweise im zeitlichen Mittel durch eine Pulsweitenmodulation erfolgen. Das von dem Motor 5 abgegebene Drehmoment ist entsprechend der verringerten Leistungsaufnahme gegenüber einem Drehmoment, welches der Motor 5 bei der nominellen Leistungsaufnahme maximal abgeben kann, verringert. Anschließend an den Ablauf der Dauer steuert die Motorsteuerung 24 den Motor 5 entsprechend des für die Anwendung des Bohrhammers 1 richtigen Drehsinns an. Der Motor 5 kann nun im richtigen Drehsinn beschleunigen, wobei er anfänglich aufgrund des Spiels keine Bewegungsarbeit für das Werkzeug 4 verrichten muss. Dies kann insbesondere bei einem verklemmten Werkzeug 4 von Vorteil sein. Der Motor 5 ist bereits auf einen Drehimpuls beschleunigt, bevor er ein Gegendrehmoment durch das verklemmte Werkzeug 4 erfährt. Ferner kann der Schwung ausreichen, eine drehmoment-gesteuerte Kupplung des Bohrhammers 1 auszulösen. Der Schwung kann ausreichend sein, das verklemmte Werkzeug 4 zu lösen. Die Motorsteuerung 24 hält den richtigen Drehsinn des Motors 5 bei, solange der Anwender den Systemtaster 9 betätigt und keine Blockade des Werkzeugs 4 auftritt.

[0011] Die Motorsteuerung 24 erhöht für den zweiten Drehsinn die Leistungsaufnahme des Motors 5 auf die nominelle Leistungsaufnahme, um dem Anwender ein hohes Drehmoment zum Arbeiten mit der Werkzeugmaschine bereitzustellen.

[0012] Wenn ein Anwender den Systemtaster 9 loslässt, beendet die Motorsteuerung 24 ein Antreiben des Motors 5. In einer ersten Variante unterbricht die Motorsteuerung 24 eine Stromzufuhr zu allen Magnetspulen, wodurch der Motor 5 ausläuft. Andere Varianten sehen ein aktives Bremsen des Motors 5 beispielsweise durch Kurzschließen der Magnetspulen oder durch Ansteuern der Magnetspulen, derart dass ein Gegendrehmoments zum Bremsen des Motors 5 bis zum Stillstand erzeugt wird.

[0013] Der Bohrhammer 1 kann eine Sensorik 25 zum Erfassen einer Drehblockade des Werkzeugs 4 zu erkennen. Sobald die Sensorik 25 eine Blockade erkennt, wird der Motor 5 aktiv gebremst.

Ansprüche

1. Werkzeugmaschine mit
einem Werkzeugaufnahme (2) zum Aufnehmen eines Werkzeugs (4),
einem Motor (5),
einem Antriebsstrang (7, 18, 19), der den Motor (5) mit der Werkzeugaufnahme (2) zum Übertragen eines Drehmoments koppelt,
einem Systemtaster (9), auf dessen Betätigung durch einen Anwender ansprechend eine Motorsteuerung (24), den Motor (5) für eine Dauer in einem ersten Drehsinn und anschließend in einem dem ersten Drehsinn entgegengesetzten Drehsinn dreht, wobei die Dauer kürzer als 100 ms ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (4) einen für seine Funktion vorgegebenen Drehsinn hat und die Werkzeugmaschine (1) ausgelegt ist, mit Drehen des Motors (5) im zweiten Drehsinn das Werkzeug (4) mittels der Werkzeugaufnahme (2) mit dem vorgegebenen Drehsinn zu drehen.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (5) ein bürstenloser Elektromotor ist.

4. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (24) ein Drehen des Motors (5) im zweiten Drehsinn bis zu einem der beiden Ereignisse fortsetzt: Loslassen des Systemtasters (9) oder ein Ansprechen einer Sensorik (25) zum Erkennen eine Blockade des Werkzeugs (4).

5. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungsaufnahme des Motors (5) beim Drehen im ersten Drehsinn auf ein erstes Niveau begrenzt ist, welches geringer als 50 % einer Leistungsaufnahme des Motors (5) beim Drehen im zweiten Drehsinn ist.

6. Steuerungsverfahren für eine Werkzeugmaschine (1), welches ansprechend auf ein Betätigen eines Systemtasters (7) zur Inbetriebnahme eines Motors (5) zuerst den Motor (5) für eine Dauer von höchstens 100 ms in einem ersten Drehsinn dreht und anschließend den Motor (5) in einem dem ersten Drehsinn entgegengesetzten zweiten Drehsinn dreht, mit welchem ein Werkzeug in einem seiner Funktion entsprechenden Drehsinn durch die Werkzeugmaschine gedreht wird.

7. Steuerungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (5) im zweiten Drehsinn gedreht wird, bis entweder der Anwender den Systemtaster (7) loslässt oder eine Sensorik (25) ein Blockieren des Werkzeugs (4) erfasst.

8. Steuerungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungsaufnahme des Motors (5) beim Drehen im ersten Drehsinn auf ein Niveau begrenzt ist, welches geringer als 50 % der Leistungsaufnahme des Motors (5) beim Drehen im zweiten Drehsinn ist.

9. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf Betätigen des Systemtasters eine Drehzahl des Motors bestimmt wird, und ein Drehen in dem ersten Drehsinn nur erfolgt, wenn die Drehzahl geringer als ein Schwellwert ist.

Zeichnung