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DE102009020116A1 - Control device for an electric drive motor and machine tool - Google Patents

Control device for an electric drive motor and machine tool Download PDF

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DE102009020116A1
DE102009020116A1 DE102009020116A DE102009020116A DE102009020116A1 DE 102009020116 A1 DE102009020116 A1 DE 102009020116A1 DE 102009020116 A DE102009020116 A DE 102009020116A DE 102009020116 A DE102009020116 A DE 102009020116A DE 102009020116 A1 DE102009020116 A1 DE 102009020116A1
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DE
Germany
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torque
control device
value
output torque
drive train
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DE102009020116A
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German (de)
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Gernot Liebhard
Johannes Dr. Steimel
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Festool GmbH
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Festool GmbH
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Abstract

The controller (17) has a limitation device (31) limiting an output torque at a torque-maximum value depending on a motor current value (34) that represents motor current (Imot) supplied to a drive motor (12). The device has a comparison unit (37) comparing the torque maximum value with inner motor moment value (36) that depends on the current. The device decreases the inner motor moment value or increases the torque maximum value around a moment of inertia value (43) that depends on acceleration of a drive train (11) during comparison for reproduction of really provided output torque. An independent claim is also included for a machine tool comprising a temperature sensor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung oder Regelung eines elektrischen Antriebsmotors eines Antriebsstrangs, insbesondere einer Schraub-Werkzeugmaschine, mit einer Begrenzungseinrichtung zur Begrenzung eines an dem Antriebsstrang abtriebsseitig bereitgestellten Abgabedrehmoments auf einen Drehmoment-Maximalwert anhand eines Motorstromwerts, der einen Motorstrom zur Bestromung des Antriebsmotors repräsentiert sowie eine damit ausgestattete Werkzeugmaschine, insbesondere eine Hand-Werkzeugmaschine.The The invention relates to a control device for controlling or Control of an electric drive motor of a drive train, in particular a screw-type power tool, with a limiting device for limiting a drive train provided on the drive train Output torque to a maximum torque value based on a Motor current value, which is a motor current for energizing the drive motor represents as well as a machine tool equipped therewith, in particular a hand-held machine tool.

Aus der deutschen Patentanmeldung DE 103 41 975 A1 ist eine Steuerung mit einer Drehmomentbegrenzungseinrichtung für einen Elektromotor, insbesondere für einen elektrischen Schrauber, bekannt. Am Antriebsstrang tritt ein Drehmomentanteil auf, der durch den Motorstrom des Antriebsmotors bedingt ist, sowie eine kinetische Energie der rotierenden Massen. Die Energie dieser Massen wird drehzahlabhängig ermittelt, beispielsweise errechnet oder anhand einer Kurve. Die Steuerung oder Regelung stellt darauf den Motorstrom, aus dem sich die nur vom Motorstrom abhängige Drehmomentkomponente ergibt, auf einen Grenzwert ein, derart, dass unter Berücksichtung der drehzahlabhängigen, kinetischen Drehmomentkomponente das maximal zulässige Drehmoment nicht überschritten wird. Mithin wird also für den Abschaltfall die im An triebsstrang vorhandene, drehzahlabhängige Energie als eine für das Schrauben nach dem Anschalten noch vorhandene Energie sozusagen vorausberechnet.From the German patent application DE 103 41 975 A1 is a control with a torque limiting device for an electric motor, in particular for an electric screwdriver known. On the drive train enters a torque component, which is due to the motor current of the drive motor, as well as a kinetic energy of the rotating masses. The energy of these masses is determined as a function of rotational speed, for example calculated or based on a curve. The controller or controller then sets the motor current, from which the torque component dependent only on the motor current, to a limit value, such that, taking into account the speed-dependent, kinetic torque component, the maximum permissible torque is not exceeded. Thus, therefore, for the shutdown in the drive train to existing, speed-dependent energy is predicted as one for the screws after switching still existing energy, so to speak.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerungseinrichtung sowie eine damit ausgestattete Werkzeugmaschine mit einer verbesserten Drehmomentbegrenzung bereitzustellen.It Therefore, the object of the present invention is a control device and a machine tool equipped therewith with an improved Provide torque limit.

Zur Lösung der Aufgabe ist bei einer Steuerungseinrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Begrenzungseinrichtung Vergleichsmittel zum Vergleich des Drehmoment-Maximalwerts mit von dem Motorstrom abhängigen inneren Motormomentwerten aufweist, wobei bei dem Vergleich zur Nachbildung des real bereitgestellten Abgabedrehmoments der jeweilige innere Motormomentwert um einen von einer Beschleunigung des Antriebsstrangs abhängigen Trägheitsmomentwert durch die Begrenzungseinrichtung vermindert oder der Drehmoment-Maximalwert um den von der Beschleunigung des Antriebsstrangs abhängigen Trägheitsmomentwert vergrößert ist. Zur Lösung der Aufgabe ist ferner eine mit einer derartigen Steuerungseinrichtung ausgestattete Werkzeugmaschine, insbesondere eine Hand-Werkzeugmaschine, z. B. ein elektrischer Schrauber, vorgesehen.to Solution of the problem is in a control device of the aforementioned type, that the limiting device Comparison means for comparing the maximum torque value with of having motor current dependent internal motor torque values, where in the comparison to the replica of the real provided Abgabedrehmoments the respective inner motor torque value by one dependent on an acceleration of the drive train Moment of inertia reduced by the limiting device or the torque maximum value about that of the acceleration of the Powertrain dependent inertia torque value is enlarged. To solve the task is also a equipped with such a control device Machine tool, in particular a hand-held machine tool, z. B. an electric screwdriver, provided.

Die Begrenzungseinrichtung hat z. B. Erzeugungsmittel zum Erzeugen von das real bereitgestellte Abgabedrehmoment repräsentierenden Abgabedrehmomentwerten durch Vermindern der von dem Motorstrom abhängigen inneren Motormomentwerte des Antriebsmotors um die von der Beschleunigung des Antriebsstrangs abhängigen Trägheitsmomentwerte des Antriebsstrangs.The Limiting device has z. B. generating means for generating representing the actual delivered output torque Output torque values by decreasing the motor current dependent internal motor torque values of the drive motor to that of the acceleration the powertrain dependent inertia torque values of the powertrain.

Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung, die beispielsweise Hardware- und/oder Software-Komponenten enthalten kann, stellt eine hohe Dynamik bereit. Die Drehmomentbegrenzung funktioniert auch bei niedrigen Drehmoment-Maximalwerten.The Control device according to the invention, for example Hardware and / or software components may contain one high dynamics ready. The torque limit also works at low maximum torque values.

Ferner kann die Maschine mit hoher Beschleunigung anfahren oder zwischenbeschleunigen, ohne dass die Drehmomentbegrenzung unnötig eingreift. Beim Beschleunigen des Antriebsstranges wird das innere Motormoment im wesentlichen zur Überwindung der Trägheit des Antriebsstrangs benötigt. Dies wird von der Steuerungseinrichtung vorteilhaft berücksichtigt. Die von einer Beschleunigung des Antriebsstrangs abhängigen Verhältnisse und nicht eine stationäre, jeweils drehzahlabhängige Energie des Antriebsstrangs bildet die Grundlage zur Drehmomentbegrenzung, so dass statt eines im wesentlichen stationären Betriebszustands ein dynamischer Betriebsfall für die Drehmomentbegrenzung zu Grunde gelegt wird.Further can start or accelerate the machine with high acceleration, without the torque limiting unnecessary intervention. At the Acceleration of the drive train is the internal engine torque in essential to overcome the inertia of the Powertrain needed. This is done by the controller considered advantageous. The one of an acceleration powertrain dependent ratios and not a stationary, each speed-dependent Power of the powertrain forms the basis for torque limitation, so that instead of a substantially stationary operating state a dynamic operating case for torque limitation is based on.

Dennoch ist eine feinfühlige und rechtzeitige Abschaltung auch bei sogenannten harten Schraubfällen, das heißt, wenn spontane Drehmomentspitzen auftreten, ohne weiteres möglich.Yet is a sensitive and timely shutdown, too in so-called hard screwdriving, that is, when spontaneous torque peaks occur, readily possible.

Die Vergleichsmittel vergleichen anhand des inneren Motormoments ermittelte, dem realen Abgabedrehmomentwert optimal angenäherte Abgabedrehmomentwerte mit dem jeweils eingestellten oder vorgegebenen Drehmoment-Maximalwert. Dazu wird das sogenannte innere Motormoment des Antriebsmotors, das an sich nur von der Motorkonstante und dem Strom, der zur Bestromung des Antriebsmotors verwendet wird, abhängt, um die Trägheitsmomentwerte des Antriebsstranges bereinigt. Die Trägheitsmomentwerte des Antriebsstranges enthalten die dynamische Komponente bei der Berechnung, nämlich die Beschleunigung des Antriebsstranges. Diese Beschleunigung tritt beispielsweise beim Einschalten der Werkzeugmaschine oder beim Zwischenbeschleunigen eines jeweiligen Antriebsstranges auf. Weil die beschleunigungsabhängigen und damit dynamischen Anteile des abtriebsseitigen Abgabedrehmomentes berücksichtigt werden, reagiert die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung sehr schnell und schaltet bei Erreichen des Drehmoment-Maximalwertes ab.The comparison means compare output torque values determined on the basis of the internal engine torque, which are optimally approximated to the real output torque value, with the respectively set or predetermined torque maximum value. For this purpose, the so-called internal engine torque of the drive motor, which in itself depends only on the motor constant and the current used to energize the drive motor, is adjusted for the moment of inertia values of the drive train. The inertia torque values of the drive train contain the dynamic component in the calculation, namely the acceleration of the drive train. This acceleration occurs, for example, when switching on the machine tool or during the intermediate acceleration of a respective drive train. Because the acceleration-dependent and therefore dynamic components of the output-side output torque are taken into account, the control device according to the invention reacts very quickly and switches off when the torque maximum value is reached.

Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung kann ausschließlich mit Werten des Motorstromes ohne zugehörige Motorspannung arbeiten.The Control device according to the invention can only with values of the motor current without associated motor voltage work.

Die Vergleichsbedingung für die Begrenzung des Drehmoments lautet beispielsweise: Mab ≥ Mmax (1)wobei Mab ein von der Steuerungseinrichtung ermitteltes, sozusagen ”nachgebildetes” Abgabedrehmoment und Mmax der Drehmoment-Maximalwert ist. Ein inneres Drehmoment Mi des Antriebsmotors hängt vom Motorstrom Imot sowie von einer Motorkonstante kt des Antriebsmotors ab: Mab = kt·Imot (2) For example, the comparison condition for limiting torque is: Mab ≥ Mmax (1) where Mab is a so-called "simulated" output torque determined by the controller, and Mmax is the torque maximum value. An internal torque Mi of the drive motor depends on the motor current Imot and on an engine constant kt of the drive motor: Mab = kt · Imot (2)

Das Abgabedrehmoment Mab errechnet die Steuerungseinrichtung gemäß der nachfolgenden Formel dann folgendermaßen: Mab = Mi – J·a (3)wobei J das Trägheitsmoment des Antriebsstranges und a dessen Beschleunigung ist. Die Beschleunigung a ermittelt die Steuerungseinrichtung gemäß der nachfolgenden Formel als zeitliche Ableitung der Drehzahl ω: a = dt (4) The output torque Mab then calculates the controller according to the following formula as follows: Mab = Mi - J · a (3) where J is the moment of inertia of the drive train and a its acceleration. The acceleration a determines the control device according to the following formula as a time derivative of the rotational speed ω: a = dw dt (4)

Anhand der Formel (4) lässt sich das Abgabedrehmoment Mab gemäß Formel (3) folgendermaßen ausdrücken: Mab = kt·Imot – J·dt (5) From the formula (4), the output torque Mab according to the formula (3) can be expressed as follows: Mab = kt · Imot - J · dw dt (5)

Vorteilhaft ist es für die Steuerungseinrichtung, auch weitere Einflüsse des Antriebsstranges, die das innere Motormoment verringern und abtriebsseitig somit nicht zur Verfügung stehen, zu berücksichtigen. Beispielsweise ist bei der Begrenzungseinrichtung vorgesehen, dass sie auch Reibmomentwerte des Antriebsstranges bei dem Erzeugen der Abgabedrehmomentwerte berücksichtigt. Geht man von im Wesentlichen gleichbleibenden Temperatur- und Drehzahlverhältnissen aus, kann ein Reibmoment Mr des Antriebsstranges als konstant angesetzt werden: Mab = kt·Imot – J·dt – Mr (6) It is advantageous for the control device, also other influences of the drive train, which reduce the internal engine torque and thus the output side are not available to take into account. For example, it is provided in the limiting device that it also takes into account friction torque values of the drive train in generating the output torque values. Assuming essentially constant temperature and speed ratios, a friction torque Mr of the drive train can be set as constant: Mab = kt · Imot - J · dw dt - Mr (6)

Vorteilhaft ist es allerdings, wenn Einflüsse auf das Reibmoment berücksichtigt werden. Einflüsse sind beispielsweise Temperaturen im Bereich des Antriebsstranges. So wirkt sich beispielsweise eine Temperatur T quadratisch auf den jeweiligen Wert des Reibmomentes Mr aus. Ein Öl oder ein Fett im Antriebsstrang, beispielsweise in einem Getriebe, ist bei absinkender Temperatur wesentlich zähflüssiger als bei höherer Temperatur. Vorteilhaft ist es daher, wenn die Steuerungseinrichtung einen Eingang für einen Temperatursensor aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, beispielsweise bei einem elektrischen Schrauber, ist es vorteilhaft, wenn der Antriebsmotor einen Temperatursensor aufweist, der in der Nähe des Getriebes angeordnet ist. Somit erfasst der Temperatursensor sowohl die Temperatur des Antriebsmotors als auch des Getriebes, was bei der Erzeugung oder Berechnung des Reibmomentwertes oder des Reibmomentwertverlaufes vorteilhaft ist.Advantageous It is, however, when influences on the friction torque taken into account become. Influences are, for example, temperatures in the range of the drive train. For example, a temperature T has an effect square to the respective value of the friction torque Mr. An oil or a grease in the drive train, for example in a transmission, is much more viscous when the temperature drops as at higher temperature. It is therefore advantageous if the control device has an input for a temperature sensor having. In the machine tool according to the invention, For example, in an electric screwdriver, it is advantageous when the drive motor has a temperature sensor in the Near the transmission is arranged. Thus, the temperature sensor detects both the temperature of the drive motor and the transmission, what in the generation or calculation of the friction torque value or the Reibmomentwertverlaufes is advantageous.

Weiterhin wirkt sich eine Drehzahl ω des Antriebsmotors und/oder des Getriebes auf das Reibmoment Mr aus. Auch dies wird von der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung berücksichtigt. Die Drehzahl ω kann dabei auch von einem jeweils eingestellten Übersetzungsverhältnis u des Getriebes abhängig sein. Mab = kt·Imot – J·dt – Mr(T, ω, u) (7) Furthermore, a rotational speed ω of the drive motor and / or of the transmission has an effect on the friction torque Mr. This is also taken into account by the control device according to the invention. The speed ω can also be dependent on a respectively set transmission ratio u of the transmission. Mab = kt · Imot - J · dw dt - Mr (T, ω, u) (7)

Zweckmäßig ist es bei der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung auch, wenn Begrenzungseinrichtung zur Nachbildung des real bereitgestellten Abgabedrehmoments Mab in Abhängigkeit von einer Veränderung eines Solldrehzahlwerts ausgestaltet ist. Z. B. sind die Erzeugungsmittel zum Erzeugen der Abgabedrehmomentwerte in Abhängigkeit von einer Veränderung eines Drehzahl-Sollwertes ausgestaltet. Immer dann, wenn eine Erhöhung der Drehzahl gewünscht ist, steigt zwar der Motorstrom an, beispielsweise weil eine Regelung der Steuerungseinrichtung dies so vorgibt. Die abtriebsseitig zur Verfügung stehende Drehzahl des Antriebsstranges steigt jedoch nicht sofort an, beispielsweise aufgrund magnetischer Einflüsse, aufgrund von Reibungseinflüssen und dergleichen mehr. Beschleunigungswerte stehen daher anfangs zur Ermittlung eines Trägheitsmomentwerts nicht oder nicht ausreichend zur Verfügung. Dies wird bei der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung durch eine zeitlich begrenzte Korrektur berücksichtigt, die mit einem Beschleunigungswunsch einsetzt.It is also useful in the control device according to the invention when limitation direction to simulate the actually provided output torque Mab in response to a change in a target speed value is configured. For example, the generating means are configured to generate the output torque values in response to a change in a speed command value. Whenever an increase in the speed is desired, the motor current increases, for example because a regulation of the control device so prescribes it. However, the output side available speed of the drive train does not increase immediately, for example due to magnetic influences, due to friction influences and the like more. Acceleration values are therefore initially or insufficiently available for determining a moment of inertia value. This is taken into account in the inventive control device by a time-limited correction, which starts with an acceleration request.

Vorteilhaft sind die Erzeugungsmittel zum Erzeugen der Abgabedrehmomentwerte durch Vermindern der inneren Motormomentwerte Mi um Kompensationswerte K(t) ausgestaltet. Diese Kompensationswerte K(t) dienen zum Kompensieren eines Anstiegs des Motorstroms Imot nach einer Erhöhung eines Drehzahl-Sollwertes ωsoll für einen vorbestimmten Zeitabschnitt. In diesem Zeitabschnitt bewirkt die Erhöhung des Motorstroms Imot zunächst keine Änderung der abtriebsseitig verfügbaren Drehzahl ω und somit keine Beschleunigung des Antriebsstranges. Mab = kt·Imot – J·dt – Mr(T, ω, u) – K(t) (8) Advantageously, the generating means are adapted to generate the output torque values by reducing the internal motor torque values Mi by compensation values K (t). These compensation values K (t) serve to compensate for a rise of the motor current Imot after an increase of a speed command value ωsoll for a predetermined period of time. In this period, the increase of the motor current Imot initially causes no change in the output side available speed ω and thus no acceleration of the drive train. Mab = kt · Imot - J · dw dt - Mr (T, ω, u) - K (t) (8)

Insbesondere dann, wenn die Abgabedrehmomentwerte berechnet werden, wobei Sensorwerte verwendet werden, kann es sein, dass Spitzenwerte, die nicht plausibel sind, auftreten. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Steuerungseinrichtung Plausibilitätsprüfmittel aufweist, beispielsweise Filter, Integriermittel und dergleichen, die eine Plausibilität der Abgabedrehmomentwerte und/oder diesen zugrundeliegender Sensorwerte prüfen. Eine einzelne Überschreitung beispielsweise der Abgabedrehmomentwerte, die sofort zu einer Drehmomentbegrenzung des Antriebsstranges führen würde, kann auf diesem Wege beispielsweise ausgefiltert werden.Especially when the output torque values are calculated, where sensor values It may be that peak values are not plausible are, occur. Therefore, it is advantageous if the control device Plausibility check, for example Filters, integrators and the like, which are plausible the output torque values and / or these underlying sensor values. A single overshoot of, for example, the output torque values, which immediately lead to a torque limitation of the drive train would be filtered out in this way, for example.

Die Plausibilitätsprüfung kann beispielsweise bereits auf Seiten der Erzeugungsmittel stattfinden, sodass die erzeugten Abgabedrehmomentwerte von den Vergleichsmitteln unmittelbar verwendet werden. Aber auch auf Seiten der Vergleichsmittel kann die Plausibilitätsprüfung stattfinden.The Plausibility check, for example, already take place on the part of the generating means, so that the generated Output torque values directly used by the comparison means become. But also on the side of the comparison means the plausibility check occur.

Es versteht sich, dass eine erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung anstelle einer Verminderung des inneren Motormoments Mi um von einer Beschleunigung des Antriebsstrangs abhängige Trägheitsmomentwerten J·a des Antriebsstrangs und/oder um ein Reibmoment Mr und/oder um Kompensationswerte K(t) auch den Drehmoment-Maximalwert entsprechend um von einer Beschleunigung des Antriebsstrangs abhängigen Trägheitsmomentwerte und/oder Reibmomente und/oder um Kompensationswerte erhöhen könnte, bevor sie ihn mit dem inneren Motormoment Mi vergleicht. Diese Vorgehensweise ist äquivalent.It it is understood that a control device according to the invention instead of reducing the internal engine torque Mi by one Acceleration of the powertrain dependent inertia torque values J · a of the drive train and / or by a friction torque Mr and / or Compensation values K (t) also correspond to the torque maximum value to depend on an acceleration of the powertrain Moment of inertia values and / or friction moments and / or compensating values could increase it before using it with the inner one Engine torque Mi compares. This procedure is equivalent.

Die Drehmomentbegrenzung der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung wird dann besonders schnell wirksam, wenn sie eine Umschalteinrichtung zum Umschalten des Antriebsmotors in einen Bremsbetrieb aufweist, wenn die Abgabedrehmomentwerte den Drehmoment-Maximalwert erreichen oder überschreiten. Somit geht der Antriebsstrang sofort in Bremsbetrieb und hält an. Insbesondere bei einem harten Schraubfall, der beispielsweise zur Zerstörung der Schraube und/oder eines Schraubeinsatzes eines Schraubers führen könnte, ist dies vorteilhaft. Die Umschalteinrichtung hat beispielsweise einen Schalter zum Kurzschließen des Antriebsmotors. Wenn der Antriebsmotor ein elektronisch kommutierter Antriebsmotor ist, kann auch ein Bestromen in Gegendrehrichtung bis zum Stillstand des Antriebsstranges erfolgen.The Torque limitation of the control device according to the invention is then particularly effective when they have a switching device for switching the drive motor to a braking mode, when the output torque values reach the torque maximum value or exceed. Thus, the powertrain goes immediately in braking mode and stops. Especially with a hard one Screwing, for example, to destroy the screw and / or a screw insert of a screwdriver could, this is beneficial. The switching device has For example, a switch for shorting the drive motor. If the drive motor is an electronically commutated drive motor is also an energizing in reverse direction to a stop the drive train done.

Die Begrenzungseinrichtung ist zweckmäßigerweise abschaltbar. Dazu ist vorzugsweise ein separater Schalter vorgesehen. Es versteht sich, dass auch beispielsweise ein Schalter, an dem Drehmoment-Maximalwerte einstellbar sind, zum Abschalten der Begrenzungseinrichtung nutzbar ist.The Limiting device is expediently switched off. For this purpose, a separate switch is preferably provided. It understands itself, that too, for example, a switch on the maximum torque values are adjustable, usable for switching off the limiting device is.

Bei dem Umschalten in den Bremsbetrieb speist der Antriebsmotor zweckmäßigerweise elektrische Energie in einen elektrischen Energiespeicher zurück, beispielsweise in einen Akkumulator eines Akku-Schraubers.at Switching to the braking mode feeds the drive motor expediently return electrical energy to an electrical energy store, For example, in an accumulator of a cordless screwdriver.

Sowohl das Abschalten als auch das Bremsen des Antriebsmotors bzw. Antriebsstrangs mittels eines Kurzschlusses des Antriebsmotors können nicht ausreichen, um beispielsweise bei einer kleinen Schraube, die mit hoher Drehzahl, aber kleinem Moment geschraubt wird, ein Abreißen des Schraubkopfes, wenn dieser auf das Werkstück auftrifft, und/oder ein tiefes Eindringen der Schraube in das Werkstück zu vermeiden.Either the shutdown and the braking of the drive motor or drive train by means of a short circuit of the drive motor can not suffice, for example, with a small screw that with high speed, but a small moment is screwed, a tearing off the screw head when it hits the workpiece, and / or deep penetration of the screw into the workpiece to avoid.

Die Begrenzungseinrichtung ist daher vorteilhaft zum Senden von Steuerbefehlen zum Ansteuern einer den Antriebsmotor bestromenden Bestromungseinrichtung in einen Bremsbetrieb ausgestaltet, in dem die Bestromungseinrichtung ein den Antriebsmotor abbremsendes, zu einer jeweiligen Drehrichtung des Antriebsmotors gegensinniges Drehfeld erzeugt. Die Begrenzungseinrichtung steuert zur Begrenzung des abtriebsseitig bereitgestellten Abgabedrehmoments auf den Drehmoment-Maximalwert die Bestromungseinrichtung zu dem Bremsbetrieb unter mindestens einer Bremsbedingung an. Die Bremsbedingung umfasst vorteilhaft, dass ein Quotient des Abgabedrehmoments und einer in dem Antriebsstrang vorhandenen Rotationsenergie kleiner oder gleich einer Maximal-Verhältniszahl ist.The Limiting device is therefore advantageous for sending control commands for driving a current supply device energizing the drive motor designed in a braking operation, in which the energizing device a drive motor decelerating, to a respective direction of rotation of the drive motor generates opposing rotating field. The limitation device controls to limit the output torque provided on the output side to the torque maximum value of the energizing device to the Braking operation under at least one braking condition. The braking condition Advantageously, that a quotient of the output torque and a present in the drive train rotational energy smaller or is equal to a maximum ratio.

Ein Grundgedanke ist dabei, dass die Bestromungseinrichtung zu einem Bremsbetrieb angesteuert wird, wobei sie ein zur Drehrichtung des Antriebsmotors gegensinniges Drehfeld erzeugt. Der Antriebsmotor wird also sozusagen aktiv abgebremst.One The basic idea is that the power supply to a Brake operation is controlled, whereby one to the direction of rotation of the Drive motor generates opposing rotating field. The drive motor is so actively slowed down.

Ein solches Abbremsen ist jedoch nicht in allen Betriebfällen vorteilhaft, z. B. weil dadurch der Energieverbrauch der Handwerkzeugmaschine ansteigt, was insbesondere in einem Akkubetrieb unerwünscht ist. Ferner würde sich die Maschine erhitzen, was den Kühlaufwand erhöht.One however, such braking is not in all cases of operation advantageous, for. B. because thereby the energy consumption of the power tool increases, which is undesirable, especially in a battery operation is. Furthermore, the machine would heat up, causing the cooling effort elevated.

Wenn beispielsweise Schrauben mit relativ großem Moment, jedoch kleiner Drehzahl eingeschraubt werden, ist ein solches Abbremsen nicht vorteilhaft. Wenn beispielsweise eine große Schraube in ein Werkstück eingeschraubt wird, dreht der Antriebsmotor in der Regel mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit, erzeugt jedoch ein hohes Moment. Zwar steigt beispielsweise ein Motorstrom des Antriebsmotors an, wenn die Schraube vollständig eingedreht ist. Die Begrenzungseinrichtung schaltet dann den Antriebsmotor, beispielsweise anhand eines Vergleiches des Drehmoment-Maximalwerts mit einem Motorstromwert oder einem davon abgeleiteten Wert, ab. Auch wenn der Antriebsstrang dann noch kurzzeitig weiterdreht, schadet dies der Schraube nicht.If For example, screws with a relatively large moment, however Low speed are screwed, is such a deceleration not beneficial. If, for example, a big screw is screwed into a workpiece, the drive motor rotates usually with relatively less Speed, but generates a high moment. For example, it is rising a motor current of the drive motor when the screw is complete is screwed. The limiting device then switches the drive motor, for example, based on a comparison of the torque maximum value with a motor current value or a value derived therefrom. Even if the drive train then continues to rotate for a short time, harms not the screw.

Anders ist der Fall bei kleinen Schrauben gelagert, insbesondere, wenn sie auf eine harte, unnachgiebige Werkstückoberfläche am Ende eines Einschraubvorgangs auftreffen. Ein solcher harter Schraubfall wird von der Steuerungseinrichtung erfasst. Die Bremsbedingung lautet nämlich dann, dass das Abgabedrehmoment im Verhältnis zur Rotationsenergie des Antriebsstrangs beim Schrauben verhältnismäßig klein ist, beispielsweise gemäß der nachfolgenden Formel: MabErot ≤ Xmax (a)wobei Mab das Abgabedrehmoment, Erot die Rotationsenergie des Antriebsstrangs und Xmax die Maximal-Verhältniszahl ist.The case is otherwise mounted on small screws, especially if they impact a hard, unyielding workpiece surface at the end of a screwing operation. Such a hard screwing is detected by the controller. The braking condition is then that the output torque in relation to the rotational energy of the drive train when screwing is relatively small, for example according to the following formula: Mab erot ≤Xmax (a) where Mab is the output torque, Erot is the driveline rotational energy, and Xmax is the maximum ratio.

Die Maximal-Verhältniszahl Xmax wird vorzugsweise so gewählt, dass das aktive Abschalten des Antriebsmotors, d. h. das Bestromen in gegensinniger Drehrichtung des Antriebsmotors, insbesondere bei empfindlichen Werkstücken und/oder empfindlichen einzuschraubenden Schrauben eine Beschädigung im Drehmoment-Abschaltfall vermeidet. Es ist möglich, dass die Maximal-Verhältniszahl Xmax an der Steuerungseinrichtung bzw. der Werkzeugmaschine einstellbar ist, beispielsweise mittels eines geeigneten Schalters, einer Parametriersoftware oder dergleichen. Jedenfalls wird durch den erfindungsgemäßen Ansatz berücksichtigt, dass bei beispielsweise kleinen Schrauben das Abgabedrehmoment Mab verhältnismäßig klein ist, während die Drehzahl ω des Antriebsstrangs vergleichsweise groß ist. Die Drehzahl des Antriebsstrangs kann beispielsweise die Drehzahl des Antriebsmotors, die Drehzahl einer Werkzeugaufnahme oder dergleichen sein, wobei vorzugsweise Übersetzungsverhältnisse berücksichtigt werden.The Maximum ratio Xmax is preferably chosen that the active shutdown of the drive motor, d. H. the energizing in the opposite direction of rotation of the drive motor, in particular at sensitive workpieces and / or sensitive screwed Screw damage in torque shutdown case avoids. It is possible that the maximum ratio Xmax on the control device or the machine tool adjustable is, for example by means of a suitable switch, a parameterization software or similar. Anyway, by the invention Approach takes into account that, for example, small Screw the output torque Mab relatively is small while the speed ω of the drive train is comparatively large. The speed of the powertrain For example, the speed of the drive motor, the speed a tool holder or the like, preferably gear ratios be taken into account.

Die nachfolgende Formel (b) verdeutlicht das Verhältnis zwischen der Rotationsenergie Erot und der Drehzahl ω des Antriebsstrangs: Erot = 12 2 (b)wobei J das Trägheitsmoment des Antriebsstranges und ω die Drehzahl des Antriebsstrangs ist, die die Steuerungseinrichtung z. B. anhand der Drehzahl des Antriebsmotors oder einer Werkzeug-Aufnahme ermittelt.The following formula (b) illustrates the relationship between the rotational energy Erot and the rotational speed ω of the powertrain: Erot = 1 2 2 (B) where J is the moment of inertia of the drive train and ω the speed of the drive train, the control device z. B. determined based on the speed of the drive motor or a tool holder.

Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung, die beispielsweise Hardware- und/oder Software-Komponenten enthalten kann, stellt eine hohe Dynamik bereit. Die Drehmomentbegrenzung funktioniert auch bei niedrigen Drehmoment-Maximalwerten.The Control device according to the invention, for example Hardware and / or software components may contain one high dynamics ready. The torque limit also works at low maximum torque values.

Dennoch ist eine feinfühlige und rechtzeitige Abschaltung auch bei sogenannten harten Schraubfällen, das heißt, wenn spontane Drehmomentspitzen auftreten, ohne weiteres möglich.Yet is a sensitive and timely shutdown, too in so-called hard screwdriving, that is, when spontaneous torque peaks occur, readily possible.

Dementsprechend ist es eine vorteilhafte Bremsbedingung, wenn das Abgabedrehmoment Mab im Verhältnis zu der Drehzahl ω des Antriebsstrangs, vorzugsweise zu der ersten Potenz der Drehzahl ω des Antriebsstrangs gesetzt wird. Dies ist bei den nachfolgenden Formeln (c) und (d) der Fall: Mabω ≤ Ymax (c)wobei Ymax eine ab der Steuerungseinrichtung einstellbare oder eingestellte Verhältniszahl in Bezug auf die Drehzahl ω des Antriebsstrangs und bei der nachfolgenden Formel (d) Zmax eine Verhältniszahl bezüglich des Quadrats der Drehzahl ω ist.

Figure 00120001
Accordingly, it is an advantageous braking condition if the output torque Mab is set in proportion to the rotational speed ω of the drivetrain, preferably to the first power of the rotational speed ω of the drivetrain. This is the case with the following formulas (c) and (d): Mab ω ≤ Y max (c) wherein Ymax is a ratio adjustable or set from the controller with respect to the rotational speed ω of the powertrain, and in the following formula (d), Zmax is a ratio with respect to the square of the rotational speed ω.
Figure 00120001

Eine weitere, beim Umschalten in den vorteilhaften Bremsbetrieb vorteilhafte Bremsbedingung ist, wenn die Steuerungseinrichtung bzw. die Begrenzungseinrichtung die jeweilige Anstiegsgeschwindigkeit des Abgabedrehmoments bewertet. Wenn das Abgabedrehmoment stark ansteigt, was in der Regel nur bei relativ kleinen Schrauben der Fall ist, wird die Begrenzungseinrichtung die nachfolgende Formel (e) zweckmäßigerweise berücksichtigen: dMabdt ≥ H (e)wobei H die Anstiegsgeschwindigkeit des Abgabedrehmoments Mab ist.Another braking condition which is advantageous when switching over into the advantageous braking mode is when the control device or the limiting device evaluates the respective rate of increase of the output torque. If the output torque increases sharply, which is usually only the case with relatively small screws, the limiting device will suitably consider the following formula (e): DMAB dt ≥ H (e) where H is the rate of increase of the output torque Mab.

Eine weitere vorteilhafte Bremsbedingung ist, dass das Abgabedrehmoment die vorbestimmte Anstiegsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Mindestdrehzahl des Antriebsmotors erreicht oder überschreitet. D. h. die aktive Bremsung durch Gegenbestromung wird von der Steuerungseinrichtung nur dann aktiviert, wenn beispielsweise kleine Schrauben mit großer Drehzahl gedreht werden. Gerade dann ist die aktive Bremsung vorteilhaft, weil eine große rotatorische Energie im Antriebsstrang ist, die zur Beschädigung der Schraube und/oder des Werkstücks führen könnte. Die entsprechende Bremsbedingung, die die Begrenzungseinrichtung dann prüft, ist durch die nachfolgende Formel (f) abgebildet: ω ≥ ωmin (f)wobei ωmin die Mindestdrehzahl ist.A further advantageous braking condition is that the output torque reaches or exceeds the predetermined slew rate in response to a minimum speed of the drive motor. Ie. the active braking by counter-energizing is activated by the controller only if, for example, small screws are rotated at high speed. Just then, the active braking is advantageous because there is a large rotational energy in the drive train, which could lead to damage to the screw and / or the workpiece. The corresponding braking condition, which then tests the limiting device, is represented by the following formula (f): ω ≥ ωmin (f) where ωmin is the minimum speed.

Wie oben bereits erläutert, ist das aktive Abschalten des Antriebsmotors durch Gegenbestromung besonders dann vorteilhaft, wenn das Abgabedrehmoment vor dem Abschalten verhältnismäßig klein ist, was z. B. beim Schrauben kleiner Schrauben der Fall ist. So ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn die mindestens eine Bremsbedingung umfasst, dass ein vorgebbarer oder vorgegebener Soll-Maximalwert Smax oder das Abgabedrehmoment Mab repräsentierende Abgabedrehmomentwerte vor dem Umschalten gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Schwell-Drehmomentwert Ms ist. Der Schwell-Drehmomentwert Ms ist beispielsweise im Bereich von 2 bis 5 Nm vorteilhaft. Dabei ist also berücksichtigt, dass das Abschalten und Gegenbestromen insbesondere bei kleinen Schrauben, die mit geringem Moment geschraubt werden, vorteilhaft eingesetzt wird.As already explained above, is the active shutdown of the drive motor by Gegenbestromung particularly advantageous if the output torque before switching off relatively small is what z. B. when screwing small screws is the case. So For example, it is advantageous if the at least one braking condition includes that a predefinable or predetermined desired maximum value Smax or the output torque Mab representing output torque values before switching equal to or less than a predetermined threshold torque value Ms is. The threshold torque value Ms is in the range, for example from 2 to 5 Nm advantageous. It is therefore taken into account that switching off and counter-current especially at small Screws that are screwed with little moment, advantageous is used.

Die Bremsbedingung kann aber auch umfassen, dass der Drehmoment-Maximalwert, bei dem die Begrenzungseinrichtung aktiv wird, unterhalb eines Schwell-Drehmomentwerts ist. Mab ≤ Ms (g) The braking condition may also include that the maximum torque value at which the limiting device becomes active is below a threshold torque value. Mab ≤ Ms (g)

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Begrenzungseinrichtung zur Ausgabe der Steuerbefehle in Abhängigkeit von einem Bremsverlauf des Antriebsstranges während des Bremsbetriebs durch gegensinnige Bestromung ausgestaltet ist. Wenn also die aktive Bremsung des Antriebsstranges beispielsweise dazu führt, dass der Drehmoment-Maximalwert nicht oder nur langsam erreicht wird, nimmt die Begrenzungseinrichtung zweckmäßigerweise die Bremswirkung zurück und sendet entsprechende Steuerbefehle an die Bestromungseinrichtung. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Begrenzungseinrichtung zu einer Regelung des Bremsverlaufs ausgestaltet ist. Beispielsweise beobachtet die Steuerungseinrichtung den Drehmoment-Maximalwert, der tatsächlich abtriebsseitig zur Verfügung steht oder der von der Steuerungseinrichtung nachgebildet ist, und sendet entsprechende Steuerbefehle an die Bestromungseinrichtung, um das abbremsende Drehfeld in Abhängigkeit von dem Abgabedrehmoment einzustellen. Jedenfalls ist es vorteilhaft, wenn die Begrenzungseinrichtung den Bremsverlauf so regelt, dass das Abgabedrehmoment den Drehmoment-Maximalwert zügig erreicht, aber nicht überschreitet.Furthermore, it is expedient if the limiting device is designed to output the control commands in response to a braking course of the drive train during braking operation by opposing current supply. If, for example, the active braking of the drive train results in the torque maximum value not being reached or being reached only slowly, the limiting device expediently reduces the braking effect and transmits corresponding control commands to the energizing device. Preferably, it is provided that the limiting device is designed to control the braking process. For example, the control device observes the maximum torque value that is actually available on the output side or that is reproduced by the control device, and sends corresponding control commands to the current supply device about the decelerating rotation Set field depending on the output torque. In any case, it is advantageous if the limiting device controls the braking course in such a way that the output torque rapidly reaches the torque maximum value but does not exceed it.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Begrenzungseinrichtung bei Beginn des Bremsbetriebs die Bestromungseinrichtung zu einer stärkeren Bremsung ansteuert und die Bremsung anschließend abhängig vom Bremsverlauf verringert oder regelt. Die Verringerung kann beispielsweise schrittweise erfolgen. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass der Drehmoment-Maximalwert möglichst nicht überschritten wird, jedoch bei Beginn der Bremsung optimal abgebremst wird, um jedenfalls ein Überschreiten des Drehmoment-Maximalwerts zu verhindern.Farther it is expedient if the limiting device at the beginning of the braking operation, the energizing device to a stronger braking and then the braking decreases or regulates depending on the braking process. The reduction can be done step by step, for example. By this measure it is ensured that the maximum torque value possible is not exceeded, but at the beginning of braking is optimally braked, in any case, an excess to prevent the torque maximum value.

Die Werkzeugmaschine ist vorzugsweise eine Hand-Werkzeugmaschine. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ist zwar zweckmäßigerweise ein Schrauber. Aber auch bei anderen Anwendungsfällen, bei denen ein schnelles, drehmomentabhängiges Abschalten gewünscht ist, kann die Erfindung eingesetzt werden, so zum Beispiel bei Heckenscheren.The Machine tool is preferably a hand-held machine tool. The Although machine tool according to the invention is expediently a screwdriver. But also in other applications, in where a fast, torque-dependent shutdown desired is, the invention can be used, for example in hedge trimmers.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen:following an embodiment of the invention will be explained. Show it:

1 ein elektrisches Funktionsschaltbild einer Werkzeugmaschine mit einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung, 1 an electrical functional diagram of a machine tool with a control device according to the invention,

2 eine schematische Seitenansicht der Werkzeugmaschine, 2 a schematic side view of the machine tool,

3 einen Verlauf eines Abgabedrehmoments der Hand-Werkzeugmaschine gemäß 1, 2 sowie weitere Kurven, 3 a curve of a delivery torque of the hand machine tool according to 1 . 2 as well as other curves,

4 Verläufe von Abgabedrehmomenten bei einer aktiven Bremsung durch Gegenbestromung und 4 Characteristics of output torques in active braking by counter-energizing and

5 eine Erregerwicklungsanordnung des Antriebsmotors der Werkzeugmaschine mit Stromverläufen bei einem Bremsbetrieb durch Kurzschluss und bei einem aktiven Abbremsen durch Gegenbestromung. 5 a field winding arrangement of the drive motor of the machine tool with current curves in a braking operation by short circuit and an active braking by counter-energization.

Ein Antriebsstrang 11 einer Werkzeugmaschine 10, beispielsweise einem elektrischen Schrauber, enthält einen Antriebsmotor 12, der über ein Getriebe 13 eine Antriebsspindel 14 mit einer Werkzeugaufnahme 15 antreibt. In die Werkzeugauf nahme 15 ist beispielsweise ein Schraubereinsatz 16 zum Schrauben einer Schraube einsetzbar.A powertrain 11 a machine tool 10 , For example, an electric screwdriver, includes a drive motor 12 that has a gearbox 13 a drive spindle 14 with a tool holder 15 drives. Into the tool acceptance 15 is for example a screwdriver bit 16 can be used for screwing a screw.

Der Antriebsstrang 11 wird von einer Steuerungseinrichtung 17 gesteuert. Die Steuerungseinrichtung 17 enthält einen Mikroprozessor 18 zur Ausführung von Programmcode eines Regelungsmoduls 19 sowie eines Begrenzungsmoduls 20, das ein abtriebsseitiges, am Antriebsstrang 11 bereitstehendes Abgabedrehmoment Mab begrenzt. Das Regelungsmodul 19 und das Begrenzungsmodul 20 sind beispielsweise in einem Speicher 21 der Steuerungseinrichtung 17 gespeichert.The powertrain 11 is from a controller 17 controlled. The control device 17 contains a microprocessor 18 for executing program code of a control module 19 and a limiting module 20 , which is an output side, on the drive train 11 available output torque Mab limited. The control module 19 and the bounding module 20 are for example in a memory 21 the control device 17 saved.

Ferner enthält die Steuerungseinrichtung 17 ein Bestromungsmodul 22 zur Erzeugung beispielsweise eines Drehfeldes in einer ersten Richtung 63 und oder einer zweiten Richtung 64 für den Antriebsmotor 12. Das Bestromungsmodul 22 kann auch einen Pulsweitenmodulator enthalten. Der Antriebsmotor 12 kann beispielsweise ein Reihenschlussmotor oder ein elektronisch kommutierter Motor sein. Anstelle des in die Steuerungseinrichtung 17 integrierten Bestromungsmoduls 22 wäre auch eine von der Steuerungseinrichtung 17 separate und von dieser ansteuerbare Bestromungseinrichtung möglich.Furthermore, the control device contains 17 an energization module 22 for example, to generate a rotating field in a first direction 63 and or a second direction 64 for the drive motor 12 , The energization module 22 may also include a pulse width modulator. The drive motor 12 For example, it may be a series motor or an electronically commutated motor. Instead of in the control device 17 integrated power supply module 22 would also be one of the controller 17 separate and controllable by this energizing device possible.

Die elektrische Antriebsenergie für eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine kann zwar beispielsweise von einem Stromnetz bereitgestellt werden. Bei der Werkzeugmaschine 10 ist jedoch ein elektrischer Energiespeicher 23, zum Beispiel ein an ein Gehäuse 25 der Werkzeugmaschine 10 unten angesetzter Akkupack 24, zur Bereitstellung elektrischer Betriebsenergie für die Werkzeugmaschine 10 vorgesehen. Diese funktioniert wie folgt:
Ein Bediener der Werkzeugmaschine 10 kann beispielsweise an einem einen Dreh- und/oder Druckschalter enthaltenden Drehzahlgeber 26 Solldrehzahlwerte 27 einer Solldrehzahl ωsoll vorgeben. Das Regelungsmodul 19 regelt den Antriebsmotor 12 anhand der Solldrehzahlwerte 27 sowie anhand von Istdrehzahlwerten 28, die eine Ist-Drehzahl ωist des Antriebsmotors 12 repräsentieren. beispielsweise erfasst ein Drehzahlsensor 29 die jeweilige Istdrehzahl ωist des Antriebsmotors 12. Der Drehzahlsensor 29 kann einen Bestandteil des Antriebsmotors 12 bilden.
Although the electrical drive energy for a machine tool according to the invention can be provided for example by a power grid. At the machine tool 10 However, it is an electrical energy storage 23 , for example, to a housing 25 the machine tool 10 bottom battery pack 24 , for providing electrical operating energy for the machine tool 10 intended. This works as follows:
An operator of the machine tool 10 can, for example, on a rotary encoder containing a rotary and / or pressure switch 26 Target speed values 27 specify a desired speed ωsoll. The control module 19 regulates the drive motor 12 based on the target speed values 27 as well as actual speed values 28 which is an actual rotational speed ω ist of the drive motor 12 represent. For example, detects a speed sensor 29 the respective actual rotational speed ω is the drive motor 12 , The speed sensor 29 can be part of the drive motor 12 form.

Das Regelungsmodul 19 erzeugt anhand der Drehzahlwerte 27, 28 Soll-Stromwerte 30 für das Bestromungsmodul 22. Das Bestromungsmodul 22 stellt anhand der Soll-Stromwerte 30 einen Motorstrom Imot zur Bestromung des Motors 12 ein.The control module 19 generated based on the speed values 27 . 28 Target current values 30 for the lighting module 22 , The energization module 22 represents based on the desired current values 30 a motor current Imot for energizing the motor 12 one.

Der Motorstrom Imot bildet einen ersten Eingangswert für das Begrenzungsmodul 20, das eine Begrenzungseinrichtung 31 zur Begrenzung eines Abgabedrehmoments Mab an dem Antriebsstrang 11 repräsentiert. Als weiteren Eingangswert für das Begrenzungsmodul 20 ist an einem Abschaltmomentgeber 32 ein maximales Drehmoment, das am Antriebsstrang 11 bereitstehen soll, einstellbar, nämlich ein Drehmoment-Maximalwert Mmax. Der Abschaltmomentgeber 32 ist beispielsweise ein Potentiometer-Schalter, an dem ein Bediener der Werkzeugmaschine 10 ein gewünschtes Abschaltmoment einstellen kann. Es versteht sich, dass auch ein fest eingestelltes Abschalt-Drehmoment bei einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung vorgesehen sein kann, beispielsweise ein absoluter Wert. Bei einem Schrauber, der für vorbestimmte Einsatzfälle vorgerüstet ist, beispielsweise von Schrauben immer desselben Schraubentyps, ist es sogar vorteilhaft, wenn das abtriebsseitig bereitgestellte Abgabedrehmoment Mab fest vorgegeben ist.The motor current Imot forms a first input value for the limiting module 20 that is a limiting device 31 for limiting a delivery torque Mab to the powertrain 11 represents. As another input value for the limiting module 20 is at a shutdown torque sensor 32 a maximum torque on the drive train 11 is to be available, adjustable, namely a torque maximum value Mmax. The shutdown torque sensor 32 For example, is a potentiometer switch to which an operator of the machine tool 10 can set a desired Abschaltmoment. It is understood that a fixed shutdown torque may be provided in a control device according to the invention, for example, an absolute value. In a screwdriver, which is prepared for predetermined applications, such as screws always the same screw type, it is even advantageous if the output side provided output torque Mab is fixed.

Das Bestromungsmodul 22 und/oder ein separater Stromsensor 33 erzeugen Motorstromwerte 34, die den jeweiligen Motorstrom Imot repräsentieren. Der Motorstromwert 34 bildet einen Eingangswert für eine Motormomentfunktion 35, die das innere Motormoment Mi des Antriebsmotors 12 repräsentierende Motormomentwerte 36 erzeugt.The energization module 22 and / or a separate current sensor 33 generate motor current values 34 representing the respective motor current Imot. The motor current value 34 forms an input value for an engine torque function 35 , which is the internal engine torque Mi of the drive motor 12 representing engine torque values 36 generated.

Ein beispielhafter Verlauf der inneren Motormomentwerte 36 ist in 3 dargestellt. Beginnend bei einem Zeitpunkt t1, steigt das innere Motormoment Mi bis zu einer Zeitpunkt t2 korrelierend mit einer Beschleunigung a des Antriebsstrangs 11, die zum Zeitpunkt t1 beginnt, stark an. Wenn nun eine Vergleichsmittel 37 bildende Vergleichsfunktion 38 des Begrenzungsmoduls 20 die Motormomentwerte 36 unmittelbar mit dem am Abschaltmomentgeber 32 eingestellten Drehmoment-Maximalwert Mmax vergleichen würde, würde sie bereits bei einem Zeitpunkt t1' eine Überschreitung des Drehmoment-Maximalwertes Mmax feststellen und einen Abschaltbefehl 39 an das Bestromungsmodul 22 zum Abschalten der Bestromen des Antriebsmotors 12 senden. Die Werkzeugmaschine 10 würde dann den Schraubvorgang zu früh abstellen. Hier setzt die Erfindung ein.An exemplary course of the internal engine torque values 36 is in 3 shown. Starting at a time t1, the internal engine torque Mi rises to a time t2 correlated with an acceleration a of the drive train 11 , which starts at time t1, strong. If now a comparison means 37 forming comparative function 38 of the limiting module 20 the engine torque values 36 directly with the at Abschaltmomentgeber 32 Set torque maximum value Mmax would compare, it would already at a time t1 'detect an excess of the maximum torque value Mmax and a shutdown command 39 to the power module 22 for switching off the energizing of the drive motor 12 send. The machine tool 10 would then turn off the screwing too early. This is where the invention starts.

Von den inneren Motormomentwerten 36 werden nämlich Verluste des Antriebsstranges 11, die beschleunigungsabhängig sind, subtrahiert. Die Motormomentfunktion 35 bildet einen Bestandteil von Erzeugungsmitteln 40 mit ferner einer Erzeugungsfunktion 41 zur Erzeugung von Abgabedrehmomentwerten 42 entsprechend der obigen Formel (8). Dazu erhält die Erzeugungsfunktion 41 die inneren Motormomentwerte 36, die die Erzeugungsfunktion 41 um Trägheitsmomentwerte 43 vermindert, die von einer Trägheitsmomentfunktion 44 anhand einer jeweiligen Beschleunigung des Antriebsstranges 11 gemäß den Formeln (3) und (4) anhand der Istdrehzahlwerte 28 erzeugt werden. Die Trägheitsmomentfunktion 44 errechnet ein jeweils beschleunigungsabhängiges Trägheitsmoment des Antriebsstranges 11. Es versteht sich, dass alternativ oder ergänzend zur Berechnung auch entsprechende Trägheitsmomentverläufe in dem Speicher 21 gespeichert sein können.From the inner engine torque values 36 namely losses of the drive train 11 that are acceleration dependent subtracted. The engine torque function 35 forms part of generating means 40 with further a generating function 41 for generating output torque values 42 according to the above formula (8). The generating function receives this 41 the internal engine torque values 36 that the generating function 41 around moment of inertia values 43 diminished, that of an inertial moment function 44 based on a respective acceleration of the drive train 11 according to the formulas (3) and (4) on the basis of the actual rotational speed values 28 be generated. The moment of inertia function 44 calculates a respective acceleration-dependent moment of inertia of the drive train 11 , It goes without saying that, as an alternative or in addition to the calculation, corresponding moments of inertia in the memory 21 can be stored.

Die Erzeugungsfunktion 41 reduziert die inneren Motormomentwerte 36 entsprechend der Formel (7) um Reibmomentwerte 45, die von einer Reibmomentfunktion 46 erzeugt werden und ein Reibmoment Mr des Antriebsstranges 11 repräsentieren.The generating function 41 reduces the internal engine torque values 36 according to the formula (7) for friction torque values 45 that of a friction torque function 46 are generated and a friction torque Mr of the drive train 11 represent.

Die Reibmomentfunktion 46 erzeugt die Reibmomentwerte anhand der jeweiligen Istdrehzahlwerte 28 des Antriebsstrangs 11. Zudem berücksichtigt die Reibmomentfunktion 46 ein Übersetzungsverhältnis u des Getriebes 13, das jeweils eingestellt ist. Wenn das Getriebe 13 mit höheren Drehzahlen dreht, wirkt sich dies stärker auf die Reibung des Antriebsstranges 11 aus. Ein am Getriebe 13 angeordneter Übersetzungssensor 47 erfasst eine jeweilige Schaltstellung des Getriebes 13 und sendet dementsprechend das Übersetzungsverhältnis u repräsentierende Übersetzungswerte 48 an die Reibmomentfunktion 46.The friction torque function 46 generates the friction torque values based on the respective actual speed values 28 of the powertrain 11 , In addition, the friction torque function takes into account 46 a gear ratio u of the transmission 13 , which is set in each case. If the transmission 13 Turning at higher speeds, this affects more on the friction of the drive train 11 out. One on the gearbox 13 arranged translation sensor 47 detects a respective shift position of the transmission 13 and accordingly transmits the gear ratio u representing gear ratios 48 to the friction torque function 46 ,

Zudem berücksichtigt die Reibmomentfunktion 46 bei der Erzeugung der Reibmomentwerte 45 Temperaturwerte 49, die ein Temperatursensor 50 meldet. Der Temperatursensor 50 ist zweckmäßigerweise in einem Bereich zwischen dem Antriebsmotor 12 und dem Getriebe 13 angeordnet, sodass er die Temperatur beider Komponenten erfassen kann. Vorteilhaft ist der Temperatursensor 50 sogar ein Bestandteil des Antriebsmotors 12, beispielsweise ein Sensor, der in Erregerwicklungen w1, w2, w3 und weiteren Erregerwicklungen wn des Antriebsmotors 12 angeordnet ist. Somit erfasst der Temperatursensor 50 die Temperatur des Antriebsmotors 12 und zugleich des Getriebes 13, beispielsweise dessen Schmiermittels.In addition, the friction torque function takes into account 46 in the generation of friction torque values 45 temperature values 49 that is a temperature sensor 50 reports. The temperature sensor 50 is suitably in a range between the drive motor 12 and the transmission 13 arranged so that it can detect the temperature of both components. The temperature sensor is advantageous 50 even a component of the drive motor 12 , For example, a sensor in the excitation windings w1, w2, w3 and other excitation windings wn of the drive motor 12 is arranged. Thus, the temperature sensor detects 50 the temperature of the drive motor 12 and at the same time of the transmission 13 , For example, the lubricant.

Schließlich subtrahiert die Erzeugungsfunktion 41 von den inneren Motormomentwerten 36 noch Kompensationswerte 51 einer Kompensationsfunktion 52. Die Kompensationsfunktion 52 empfängt als Eingangswerte die Solldrehzahl ωsoll und die Istdrehzahl ωist. Anhand einer Erhöhung der Solldrehzahl ωsoll erkennt die Kompensationsfunktion 52 einen Beschleunigungswunsch. Im ersten Moment nach Erhöhung der Solldrehzahl ωsoll steigt zwar der Motorstrom Imot an, nicht aber die Istdrehzahl ωist. Dies kompensiert die Kompensationsfunktion 52 durch Erzeugung der Kompensationswerte 51, die die Kompensationsfunktion 52 an die Erzeugungsfunktion 41 für die Abgabedrehmomentwerte 42 übermittelt. Diese zieht die Kompensationswerte 51 von den inneren Motormomentwerten 36 ab, sodass insgesamt die Formel (8) realisiert ist.Finally, subtract the generation function 41 from the internal engine torque values 36 still comm pensationswerte 51 a compensation function 52 , The compensation function 52 receives as input values the target speed ωsoll and the actual speed ω ist. Based on an increase of the setpoint speed ωsoll the compensation function recognizes 52 an acceleration request. In the first moment after increasing the setpoint speed ωsoll, although the motor current Imot increases, but not the actual speed ωist. This compensates for the compensation function 52 by generating the compensation values 51 that the compensation function 52 to the generating function 41 for the output torque values 42 transmitted. This pulls the compensation values 51 from the internal engine torque values 36 so that overall the formula (8) is realized.

Ferner berücksichtigt die Erzeugungsfunktion 41 zweckmäßigerweise ein jeweiliges Übersetzungsverhältnis u des Getriebes 13. Durch die Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses u reduziert die Erzeugungsfunktion 41 ein abtriebsseitig am Antriebsmotor 12 bereitstehendes Motor-Abgabemoment Mmab und erzeugt die Abgabedrehmomentwerte 42, die das real vorhandene Abgabedrehmoment Mab nachbilden.Furthermore, the generation function takes into account 41 expediently a respective transmission ratio u of the transmission 13 , By taking into account the gear ratio u reduces the generation function 41 a driven side on the drive motor 12 the engine output torque Mmab and generates the output torque values 42 that mimic the real existing output torque Mab.

Die Vergleichsfunktion 38 vergleicht nunmehr die Abgabedrehmomentwerte 42 mit dem Drehmoment-Maximalwert Mmax. Während das innere Motormoment Mi bereits zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 das maximale Drehmoment Mmax überschreitet, was zu einer zu frühen Abschaltung des Antriebsstranges 11 führen würde, schaltet die Begrenzungseinrichtung 31 den Antriebsmotor 12 nunmehr erst zu einem Zeitpunkt t4 ab. Somit steht bis zum Zeitpunkt t4 das vollständige, abtriebsseitig gewünschte Abgabedrehmoment Mab zur Verfügung, und die nicht dargestellte Schraube kann mit maximalem Drehmoment und hoher Dynamik geschraubt werden.The comparison function 38 now compares the output torque values 42 with the maximum torque value Mmax. While the internal engine torque Mi already between the times t1 and t3 exceeds the maximum torque Mmax, resulting in an early shutdown of the drive train 11 lead, the limiting device switches 31 the drive motor 12 now only at a time t4 from. Thus, the complete output side desired output torque Mab is available until time t4, and the unillustrated screw can be screwed with maximum torque and high dynamics.

Die Steuerungseinrichtung 17 schaltet den Antriebsstrang 11 bei Erreichen des Drehmoment-Maximalwertes Mmax z. B. lediglich ab.The control device 17 Switches the powertrain 11 upon reaching the torque maximum value Mmax z. B. only off.

Vorzugsweise schaltet die Steuerungseinrichtung 17 den Antriebsstrang 11 jedoch nicht nur ab, sondern in einen Bremsbetrieb. Eine Umschalteinrichtung 53 schaltet den Antriebsmotor 12 beispielsweise in einen Kurzschluss. Die Umschalteinrichtung 53 hat einen Schalter 55, zum Beispiel ein Relais oder einen elektronischen Schalter, zum Kurzschließen des Antriebsmotors 12. Dies führt zudem zu einem Zurückspeisen von Strom in den elektrischen Energiespeicher 23, sodass die Werkzeugmaschine 10 sparsam arbeitet.Preferably, the controller switches 17 the drive train 11 but not only off, but in a braking operation. A switching device 53 switches the drive motor 12 for example, in a short circuit. The switching device 53 has a switch 55 , For example, a relay or an electronic switch, to short-circuit the drive motor 12 , This also leads to a feeding back of electricity in the electrical energy storage 23 so the machine tool 10 works sparingly.

Ein Stator des Antriebsmotors 12 enthält beispielsweise Erregerwicklungen w1, w2, w3–wn, die durch das Bestromungsmodul 22 bestromt werden. Die jeweiligen Erregerwicklungen w1wn werden von dem Bestromungsmodul 22, das eine Bestromungseinrichtung bildet, mit Erregerströmen bestromt. In 5 ist beispielhaft ein Erregerstrom ID1, der über die Erregerwicklung w1 fließt, dargestellt. Zum Schalten der Erregerströme verfügt das Bestromungsmodul 22 über Schalter S11, S12, S13, S1n einer ersten Schaltergruppe, die eingangsseitig mit einem Versorgungspotenzial Vcc und ausgangsseitig mit den Wicklungen b1–bn verbunden sind, sowie Schalter S21–S2n einer zweiten Schaltergruppe, die eingangsseitig mit den Erregerwicklungen w1–wn und ausgangsseitig mit einem Massepotenzial Mp verbunden sind.A stator of the drive motor 12 contains, for example, excitation windings w1, w2, w3-wn, which pass through the lighting module 22 be energized. The respective exciter windings w1wn are from the lighting module 22 , which forms an energizing device, energized with excitation currents. In 5 For example, an excitation current ID1 flowing across the excitation winding w1 is shown. The energization module is equipped to switch the excitation currents 22 via switches S11, S12, S13, S1n of a first switch group, which are connected on the input side to a supply potential Vcc and the output side to the windings b1-bn, and switches S21-S2n of a second switch group, on the input side to the exciter windings w1-wn and on the output side are connected to a ground potential Mp.

Bei einem Bremsbetrieb werden beispielsweise die Schalter S11–S1n geschlossen, so dass in Maschen K11, K12, K13–Kn über die Erregerwicklungen w1, w2, w3–wn jeweils Kurzschlussströme I11, I12, I13 fließen. Es ist ebenfalls möglich, die Schalter S21–S2n zu schließen, so dass in Maschen K21, K22, K23–K2n Kurzschlussströme I21, I22, I23 fließen können.at a brake operation, for example, the switches S11-S1n closed so that in stitches K11, K12, K13-Kn over the excitation windings w1, w2, w3-wn respectively short-circuit currents I11, I12, I13 flow. It is also possible to close the switches S21-S2n, so that in Mesh K21, K22, K23-K2n short-circuit currents I21, I22, I23 can flow.

Die Begrenzungseinrichtung 31 ist an einem Schalter 54 abschaltbar.The limitation device 31 is at a switch 54 switched off.

Die Steuerungseinrichtung 17 erhält die Temperaturwerte 49 an einem Eingang 56 und hat ferner einen Eingang 57 für den jeweiligen Übersetzungswert 48.The control device 17 receives the temperature values 49 at an entrance 56 and also has an entrance 57 for the respective translation value 48 ,

In 3 ist ein Verlauf eines Gesamtkorrekturwerts Kges eingezeichnet, der mit dem Verlauf der Beschleunigung a des Antriebsstrangs 11 im Wesentlichen korreliert. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t3, zwischen denen das innere Moment Mi im wesentlichen zu Beschleunigung des Antriebsstranges 11 genutzt wird und abtriebsseitig nicht bereit steht, ist eine besonders starke Korrektur bzw. Verminderung des inneren Motormomentes Mi erforderlich, um das tatsächlich vorhandene Abgabedrehmoment Mab zu ermitteln.In 3 is plotted a curve of a total correction value Kges, with the course of the acceleration a of the drive train 11 essentially correlated. Between times t1 and t3, between which the internal moment Mi substantially accelerate the drive train 11 is used and the output side is not ready, a particularly strong correction or reduction of the internal engine torque Mi is required to determine the actual existing output torque Mab.

Es versteht sich, dass beim Erfassen von Sensorwerten und/oder beim Ermitteln des Abgabedrehmoments Mab, das abtriebsseitig am Antriebsstrang 11 zur Verfügung steht, einzelne Mess- oder Rechenfehler auftreten können. Zu deren Kompensation verfügen die Erzeugungsmittel vorteilhaft über Plausibilitätsprüfmittel 58. Die Plausibilitätsprüfmittel 58 enthalten beispielsweise einen Filter 59, der unplausible Werte beispielsweise des Abgabedrehmoments Mab ausfiltert. Ein solcher Wert ist beispielsweise ein Spitzen-Abgabedrehmomentwert 60, der den Drehmoment-Maximalwert Mmax überschreitet. Dies würde an sich zu einer sofortigen Abschaltung des Antriebsmotors 12 führen. Der Filter 59 vergleicht jedoch den momentanen Abgabedrehmomentwert 60 mit vorherigen Abgabedrehmomentwerten 61 und 62 und filtert den Ausreißer”-Abgabedrehmomentwert 60 aus, der weit außerhalb eines durch die Abgabedrehmomentwerte 61, 62 bestimmbaren Verlaufes des Abgabedrehmoments Mab liegt.It is understood that when detecting sensor values and / or when determining the output torque Mab, the output side of the drive train 11 is available, individual measurement or calculation errors may occur. For their compensation, the generating means advantageously have plausibility check means 58 , The plausibility checker 58 For example, they contain a filter 59 which filters out implausible values of, for example, the output torque Mab. Such a value is, for example, a peak output rotation torque value 60 that exceeds the maximum torque value Mmax. This would in itself lead to an immediate shutdown of the drive motor 12 to lead. The filter 59 however, compares the instantaneous output torque value 60 with previous output torque values 61 and 62 and filters the outlier "output torque value 60 far out of range through the output torque values 61 . 62 determinable course of the output torque Mab is.

Über den obengenannten Kurzschluss-Bremsbetrieb des Antriebsmotors hinaus ist die Werkzeugmaschine 10 auch zu einem sozusagen aktiven Bremsen durch drehrichtungsgegensinniges Bestromen des Antriebsmotors 12 ausgestaltet.Beyond the above-mentioned short-circuit braking operation of the drive motor, the machine tool is 10 also to a kind of active braking by energizing the drive motor in the opposite sense of direction 12 designed.

Das Bestromungsmodul 22 ist zur Bestromung des Antriebsmotors 12, d. h. der Erregerwicklung w1–wn im Sinne eines Abbremsens ausgestaltet. Das Bestromungsmodul 22 erzeugt beispielsweise ein abbremsendes, zu einer jeweiligen Drehrichtung 63 des Antriebsmotors 12 gegensinniges Drehfeld 64. Dabei fließt beispielsweise über die Erregerwicklung w1 ein Erregerstrom ID2, der entgegengesetzt zu dem vorher beschriebenen Erregerstrom ID1 fließt. Die Erregerströme ID1, ID2 fließen jeweils zu einem vergleichbaren Zeitpunkt, sind jedoch zueinander gegensinnigen Drehfeldern zugeordnet.The energization module 22 is for energizing the drive motor 12 , ie the excitation winding w1-wn designed in the sense of braking. The energization module 22 generates, for example, a decelerating, to a respective direction of rotation 63 of the drive motor 12 opposite rotating field 64 , In this case, for example, via the excitation winding w1 an exciting current ID2 flows, which flows opposite to the previously described exciter current ID1. The excitation currents ID1, ID2 each flow at a comparable time, but are assigned to oppositely rotating fields.

Die Begrenzungseinrichtung 31 steuert die Bestromungseinrichtung 22 für den Bremsbetrieb, bei der das Drehfeld 64 den Antriebsmotor 12 abbremst, anhand von Steuerbefehlen 65.The limitation device 31 controls the energizing device 22 for the braking operation, in which the rotating field 64 the drive motor 12 decelerates, based on control commands 65 ,

Die Begrenzungseinrichtung 31 sendet die Steuerbefehle 65 abhängig von den eingangs erläuterten Bremsbedingungen, insbesondere gemäß mindestens einer der Formeln (a)–(g).The limitation device 31 sends the control commands 65 depending on the initially described braking conditions, in particular according to at least one of the formulas (a) - (g).

Eine in 4 eingezeichnete Kurve 66 zeigt beispielsweise einen Verlauf des Abgabedrehmoments Mab beim Einschrauben einer verhältnismäßig kleinen Schraube. Das Abgabedrehmoment Mab ist bis zu einem Zeitpunkt t5 verhältnismäßig niedrig. Bis zu diesem Zeitpunkt wird die meiste Energie zur Beschleunigung des Antriebsstranges benötigt. Der Antriebsrotor 12 dreht die Schraube ab dem Zeitpunkt t5 mit verhältnismäßig hoher Drehzahl ω ein, wobei das Drehmoment mit zunehmender Schraubtiefe aufgrund höherer Reibungseffekte zwischen dem Zeitpunkt t5 und einem Zeitpunkt t6 zunimmt.An in 4 drawn curve 66 shows, for example, a curve of the output torque Mab when screwing a relatively small screw. The output torque Mab is relatively low until a time t5. By that time, most of the energy needed to accelerate the powertrain is needed. The drive rotor 12 the screw rotates at a relatively high speed ω from time t5, with the torque increasing with increasing screw depth due to higher frictional effects between time t5 and time t6.

Zwar ist das Abgabedrehmoment Mab bei der Kurve 66 zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 verhältnismäßig gering, die Drehzahl ω jedoch hoch. Daher ist die im Antriebsstrang 11 vorhandene Rotationsenergie Erot verhältnismäßig groß. Bei dieser Ausgangssituation führte ein Weiterdrehen des Antriebsstrangs 11 ab dem Zeitpunkt t6 bei oder unmittelbar vor Erreichen eines Drehmoment-Maximalwerts Mmax1 beispielsweise zur Zerstörung der Schraube, zu einem übermäßig tiefen Einschrauben der Schraube in das Werkstück oder beides. Um dieser Situation abzuhelfen, steuert die Begrenzungseinrichtung 31 die Bestromungseinrichtung bzw. das Bestromungsmodul 22 zu dem obengenannten Bremsbetrieb anhand des gegensinnigen Drehfeldes 64 an. Das Abgabedrehmoment Mab ist nämlich im Verhältnis zu der im Antriebsstrang vorhandenen Rotationsenergie Erot bei einem Betriebsfall gemäß der Kurve 66 klein, so dass die Begrenzungseinrichtung 31 anhand der Bremsbedingung (a) die Notwendigkeit des aktiven Bremsbetriebs ermittelt.Although the output torque Mab is at the curve 66 between times t5 and t6 relatively low, the speed ω, however, high. Therefore, the drivetrain 11 existing rotational energy Erot relatively large. In this initial situation led a further rotation of the drive train 11 from the time t6 at or immediately before reaching a maximum torque value Mmax1, for example, to destroy the screw, to an excessively deep screwing the screw into the workpiece or both. To remedy this situation, the limiting device controls 31 the energizing device or the energizing module 22 to the above-mentioned braking operation based on the opposing rotating field 64 at. Namely, the output torque Mab is Erot in relation to the rotational energy present in the drive train in an operation case according to the curve 66 small, so the limiting device 31 determined on the basis of the braking condition (a) the need for active braking operation.

Anders ist die Situation bei beispielsweise einer großen Schraube. In 4 ist exemplarisch dafür ein Verlauf 67 des Abgabedrehmoments Mab eingezeichnet. Zum Zeitpunkt t5 steigt das Abgabedrehmoment Mab verhältnismäßig stark an. Zum Zeitpunkt t6, bei Erreichen eines Drehmoment-Maximalwerts Mmax2 sendet die Begrenzungseinrichtung 31 lediglich den Abschaltbefehl 39 an die Bestromungseinrichtung 22, so dass der Antriebsmotor 12 abgeschaltet wird. Ein Abbremsen des Antriebsmotors 12 mittels eines gegensinnigen Drehfeldes 64 ist bei diesem Betriebsfall nicht nötig und würde lediglich den Energieverbrauch erhöhen und damit die Nutzungsdauer des Energiespeichers 23 verkürzen.The situation is different with, for example, a large screw. In 4 is an example of a course 67 of the output torque Mab. At time t5, the output torque Mab increases relatively sharply. At time t6, upon reaching a maximum torque value Mmax2, the limiting device transmits 31 only the shutdown command 39 to the energizing device 22 so that the drive motor 12 is switched off. A slowing down of the drive motor 12 by means of an opposing rotating field 64 is not necessary in this case of operation and would only increase the energy consumption and thus the useful life of the energy storage 23 shorten.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Begrenzungseinrichtung 31 die Bestromungseinrichtung 22 bzw. das Bestromungsmodul zu dem Bremsbetrieb mittels des Brems-Drehfelds 64 ansteuert, wenn das Abgabedrehmoment Mab besonders stark ansteigt. Wenn beispielsweise ein Schraubkopf einer kleinen Schraube auf das Werkstück auftrifft, sozusagen ein harter Schraubfall eintritt, kann sich beispielsweise ein Verlauf 68 des Abgabedrehmoments Mab einstellen. Gerade dann ist es vorteilhaft, wenn die Begrenzungseinrichtung 31 das Bestromungsmodul 22 zur Erzeugung des abbremsenden Drehfeldes 64 ansteuert.It is particularly advantageous if the limiting device 31 the energizing device 22 or the Bestromungsmodul to the braking operation by means of the brake rotating field 64 controls when the output torque Mab increases particularly strong. For example, if a screw head of a small screw strikes the workpiece, so to speak enters a hard screwing, for example, a gradient 68 of the output torque Mab. Just then it is advantageous if the limiting device 31 the energization module 22 for generating the decelerating rotating field 64 controls.

Weiterhin ist es zweckmäßig, dass die Begrenzungseinrichtung 31 die Steuerbefehle 65 in Abhängigkeit von einem Bremsverlauf des Antriebsstrangs 11 ausgibt. So steuert die Begrenzungseinrichtung 31 beispielsweise zum Zeitpunkt t6 die Bestromungseinrichtung 22 derart an, dass sie den Antriebsmotor 12 maximal abbremst. Das Abgabedrehmoment Mab nimmt daher ab dem Zeitpunkt t6 sehr stark ab bzw. nicht mehr zu, was in einem Bremsverlauf 69 in 4 verdeutlicht ist. Ab dem Zeitpunkt t7 steuert die Begrenzungseinrichtung 31 das Bestromungsmodul 22 zu einem reduzierten Bremsbetrieb an, so dass das Abgabedrehmoment Mab ab dem Zeitpunkt t7 zunimmt, bis es zum Zeitpunkt t8 den Drehmoment-Maximalwert Mmax1 erreicht.Furthermore, it is expedient that the limiting device 31 the control commands 65 depending on a braking course of the drive train 11 outputs. So controls the limiting device 31 for example, at the time t6, the energizing device 22 such that it drives the drive 12 slowing down. The output torque Mab therefore decreases very sharply or no longer from time t6, what in a braking process 69 in 4 is clarified. From time t7, the limiting device controls 31 the energization module 22 to a reduced braking operation, so that the output torque Mab increases from the time t7 until it reaches the torque maximum value Mmax1 at the time t8.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10341975 A1 [0002] DE 10341975 A1 [0002]

Claims (27)

Steuerungseinrichtung zur Steuerung oder Regelung eines elektrischen Antriebsmotors (12) eines Antriebsstrangs (11), insbesondere einer Schraub-Werkzeugmaschine (10), mit einer Begrenzungseinrichtung (31) zur Begrenzung eines an dem Antriebsstrang (11) abtriebsseitig bereitgestellten Abgabedrehmoments (Mab) auf einen Drehmoment-Maximalwert (Mmax, Mmax1, Mmax2) anhand eines Motorstromwerts (34), der einen Motorstrom (Imot) zur Bestromung des Antriebsmotors (12) repräsentiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung (31) Vergleichsmittel (37) zum Vergleich des Drehmoment-Maximalwerts (Mmax, Mmax1, Mmax2) mit von dem Motorstrom (Imot) abhängigen inneren Motormomentwerten (36) aufweist, wobei bei dem Vergleich zur Nachbildung des real bereitgestellten Abgabedrehmoments (Mab) der jeweilige innere Motormomentwert (36) um einen von einer Beschleunigung (a) des Antriebsstrangs (11) abhängigen Trägheitsmomentwert (43) durch die Begrenzungseinrichtung (31) vermindert oder der Drehmoment-Maximalwert (Mmax, Mmax1, Mmax2) um den von der Beschleunigung (a) des Antriebsstrangs (11) abhängigen Trägheitsmomentwert (43) vergrößert ist.Control device for controlling or regulating an electric drive motor ( 12 ) of a drive train ( 11 ), in particular a screwing machine tool ( 10 ), with a limiting device ( 31 ) for limiting one on the drive train ( 11 ) on the output side provided output torque (Mab) to a maximum torque value (Mmax, Mmax1, Mmax2) based on a motor current value ( 34 ), a motor current (Imot) for energizing the drive motor ( 12 ), characterized in that the limiting device ( 31 ) Comparison means ( 37 ) for comparing the torque maximum value (Mmax, Mmax1, Mmax2) with engine torque (Imot) dependent inner engine torque values ( 36 ), wherein in the comparison to the simulation of the actually provided output torque (Mab) the respective internal motor torque value ( 36 ) about one of an acceleration (a) of the drive train ( 11 ) dependent inertia torque value ( 43 ) by the limiting device ( 31 ) or the maximum torque value (Mmax, Mmax1, Mmax2) by that of the acceleration (a) of the drive train ( 11 ) dependent inertia torque value ( 43 ) is enlarged. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung (31) Erzeugungsmittel (40) zum Erzeugen von das real bereitgestellte Abgabedrehmoment (Mab) repräsentierenden Abgabedrehmomentwerten (42) durch Vermindern der von dem Motorstrom (Imot) abhängigen inneren Motormomentwerte (36) des Antriebsmotors (12) um die von der Beschleunigung (a) des Antriebsstrangs (11) abhängigen Trägheitsmomentwerte (43) des Antriebsstrangs (11) aufweist, und dass die Vergleichsmittel (37) zum Vergleich der Abgabedrehmomentwerte (42) mit dem Drehmoment-Maximalwert (Mmax, Mmax1, Mmax2) ausgestaltet sind.Control device according to claim 1, characterized in that the limiting device ( 31 ) Generating means ( 40 ) for generating output torque values representing the actually provided output torque (Mab) ( 42 ) by reducing the motor current (Imot) dependent inner motor torque values ( 36 ) of the drive motor ( 12 ) by the acceleration (a) of the powertrain ( 11 ) dependent inertia torque values ( 43 ) of the drive train ( 11 ), and that the comparison means ( 37 ) for comparing the output torque values ( 42 ) are configured with the torque maximum value (Mmax, Mmax1, Mmax2). Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung (31) zur Nachbildung des real bereitgestellten Abgabedrehmoments (Mab) zum Vermindern des jeweiligen inneren Motormomentwerts (36) um mindestens einen Reibmomentwert (45) des Antriebsstrangs (11) oder zum Vergrößern des Drehmoment-Maximalwerts (Mmax, Mmax1, Mmax2) um den mindestens einen Reibmomentwert (45) ausgestaltet ist.Control device according to claim 1 or 2, characterized in that the limiting device ( 31 ) for simulating the actually provided output torque (Mab) for reducing the respective internal engine torque value ( 36 ) by at least one friction torque value ( 45 ) of the drive train ( 11 ) or for increasing the torque maximum value (Mmax, Mmax1, Mmax2) by the at least one friction torque value ( 45 ) is configured. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Eingang (56) für mindestens einen Temperaturwert (49) des Antriebsstrangs (11) aufweist, und dass die Begrenzungseinrichtung (31) zum Ermitteln des mindestens einen Reibmomentwerts (45) des Antriebsstrangs (11) in Abhängigkeit von dem mindestens einen Temperaturwert (49) ausgestaltet ist.Control device according to claim 2, characterized in that it comprises at least one input ( 56 ) for at least one temperature value ( 49 ) of the drive train ( 11 ), and that the limiting device ( 31 ) for determining the at least one friction torque value ( 45 ) of the drive train ( 11 ) in dependence on the at least one temperature value ( 49 ) is configured. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung (31) zum Ermitteln des mindestens einen Reibmomentwerts (45) des Antriebsstrangs (11) in Abhängigkeit von mindestens einem Drehzahlwert (28) des Antriebsstrangs (11) ausgestaltet ist.Control device according to claim 2 or 3, characterized in that the limiting device ( 31 ) for determining the at least one friction torque value ( 45 ) of the drive train ( 11 ) as a function of at least one speed value ( 28 ) of the drive train ( 11 ) is configured. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (11) ein dem Antriebsmotor (12) nachgeschaltetes Getriebe (13) aufweist, und dass die Steuerungseinrichtung einen Eingang (57) für einen Übersetzungswert (48) oder einen Sensor zum Ermitteln des Übersetzungswerts (48) aufweist, wobei der Übersetzungswert (48) ein an dem Getriebe (13) eingestelltes Übersetzungsverhältnis (u) repräsentiert.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive train ( 11 ) a the drive motor ( 12 ) downstream transmission ( 13 ), and in that the control device has an input ( 57 ) for a translation value ( 48 ) or a sensor for determining the translation value ( 48 ), the translation value ( 48 ) on the transmission ( 13 ) set gear ratio (u) represents. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung (31) zur Nachbildung des real bereitgestellten Abgabedrehmoments (Mab), insbesondere zum Erzeugen der Abgabedrehmomentwerte (42), in Abhängigkeit von mindestens einem Übersetzungsverhältnis (u) des Getriebes (13) ausgestaltet ist.Control device according to claim 6, characterized in that the limiting device ( 31 ) for simulating the actually provided output torque (Mab), in particular for generating the output torque values ( 42 ), depending on at least one transmission ratio (u) of the transmission ( 13 ) is configured. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung (31) zur Nachbildung des real bereitgestellten Abgabedrehmoments (Mab) in Abhängigkeit von einer Veränderung eines Solldrehzahlwerts (27) ausgestaltet ist.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the limiting device ( 31 ) for simulating the actually provided output torque (Mab) as a function of a change in a setpoint speed value ( 27 ) is configured. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung (31) zur Nachbildung des real bereitgestellten Abgabedrehmoments (Mab) durch Vermindern der inneren Motormomentwerte (36) um Kompensationswerte (51) oder Erhöhen des Drehmoment-Maximalwerts (Mmax, Mmax1, Mmax2) um Kompensationswerte (51) ausgestaltet sind, wobei die Kompensationswerte (51) einen Anstieg des Motorstroms (Imot) nach einer Erhöhung eines Solldrehzahlwertes (27) für einen vorbestimmten Zeitabschnitt repräsentieren, in dem die Erhöhung des Motorstroms (Imot) im Wesentlichen keine Änderung der abtriebsseitigen Drehzahl (ω) des Antriebsstrangs (11) bewirkt.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the limiting device ( 31 ) for simulating the real provided output torque (Mab) by reducing the internal motor torque values ( 36 ) around compensation values ( 51 ) or increasing the torque maximum value (Mmax, Mmax1, Mmax2) by compensation values ( 51 ), the compensation values ( 51 ) an increase of the motor current (Imot) after an increase of a setpoint speed value ( 27 ) for a predetermined period of time in which the increase in the motor current (Imot) substantially no change in the output side rotational speed (ω) of the drive train ( 11 ) causes. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Plausibili tätsprüfmittel (58), insbesondere Filtermittel (59), zum Prüfen einer Plausibilität der Abgabedrehmomentwerte (42) und/oder von zur Ermittlung der Abgabedrehmomentwerte (42) auszuwertender Sensorwerte aufweist.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises plausibility check means ( 58 ), in particular filter media ( 59 ), for checking a plausibility of the output torque values ( 42 ) and / or to determine the output torque values ( 42 ) to be evaluated sensor values. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsmittel (37) zum Durchführen einer Plausibilitätsprüfung bei einem Erreichen und/oder Überschreiten des Drehmoment-Maximalwerts (Mmax, Mmax1, Mmax2) durch die Abgabedrehmomentwerte (42) ausgestaltet sind.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the comparison means ( 37 ) for performing a plausibility check upon reaching and / or exceeding the maximum torque value (Mmax, Mmax1, Mmax2) by the output torque values ( 42 ) are configured. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Umschalteinrichtung (53) zum Umschalten des Antriebsmotors (12) in einen Bremsbetrieb aufweist, wenn die Abgabedrehmomentwerte (42) den Drehmoment-Maximalwert (Mmax, Mmax1, Mmax2) erreichen oder überschreiten.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a switching device ( 53 ) for switching the drive motor ( 12 ) in a braking operation when the output torque values ( 42 ) reach or exceed the maximum torque value (Mmax, Mmax1, Mmax2). Steuerungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (53) mindestens einen Schalter (55) zum Kurzschließen des Antriebsmotors (12) aufweist.Control device according to claim 12, characterized in that the switching device ( 53 ) at least one switch ( 55 ) for short-circuiting the drive motor ( 12 ) having. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung (31) zum Senden von Steuerbefehlen (65) zum Ansteuern einer den Antriebsmotor (12) bestromenden Bestromungseinrichtung (22) in einen Bremsbetrieb ausgestaltet ist, in dem die Bestromungseinrichtung (22) ein den Antriebsmotor (12) abbremsendes, zu einer jeweiligen Drehrichtung (63) des Antriebsmotors (12) gegensinniges Drehfeld (64) erzeugt, und dass die Begrenzungseinrichtung (31) zur Begrenzung des abtriebsseitig bereitgestellten Abgabedrehmoments (Mab) auf den Drehmoment-Maximalwert (Mmax, Mmax1, Mmax2) die Bestromungseinrichtung (22) zu dem Bremsbetrieb unter mindestens einer Bremsbedingung ansteuert, wobei die mindestens eine Bremsbedingung umfasst, dass ein Quotient des Abgabedrehmoments (Mab) und einer in dem Antriebsstrang (11) vorhandenen Rotationsenergie (Erot) kleiner oder gleich einer Maximal-Verhältniszahl (Xmax) ist.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the limiting device ( 31 ) for sending control commands ( 65 ) for driving a drive motor ( 12 ) energizing energizing device ( 22 ) is configured in a braking operation, in which the energizing device ( 22 ) a drive motor ( 12 ) decelerating, to a respective direction of rotation ( 63 ) of the drive motor ( 12 ) opposing rotating field ( 64 ) and that the limiting device ( 31 ) for limiting the output torque provided on the output side (Mab) to the torque maximum value (Mmax, Mmax1, Mmax2) the energizing device ( 22 ) to the braking operation under at least one braking condition, wherein the at least one braking condition comprises that a quotient of the output torque (Mab) and one in the drive train ( 11 ) is less than or equal to a maximum ratio (Xmax). Steuerungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bremsbedingung umfasst, dass das Abgabedrehmoment (Mab) im Verhältnis zu einer Drehzahl (ω) des Antriebsstrangs (11), insbesondere der ersten Potenz der Drehzahl (ω) des Antriebsstrangs (11), unterhalb oder gleich einer vorbestimmten oder einstellbaren Verhältniszahl (Ymax; Zmax) ist.Control device according to claim 14, characterized in that the at least one braking condition comprises that the output torque (Mab) in relation to a rotational speed (ω) of the drive train ( 11 ), in particular the first power of the rotational speed (ω) of the drive train ( 11 ), below or equal to a predetermined or adjustable ratio (Ymax; Zmax). Steuerungseinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bremsbedingung umfasst, dass das Abgabedrehmoment (Mab) eine vorbestimmte Anstiegsgeschwindigkeit (H) erreicht oder überschreitet.Control device according to Claim 14 or 15, characterized characterized in that the at least one braking condition comprising that the output torque (Mab) has a predetermined slew rate (H) reached or exceeded. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bremsbedingung umfasst, dass das Abgabedrehmoment (Mab) die vorbestimmte Anstiegsgeschwindigkeit (H) in Abhängigkeit von einer Mindest-Drehzahl (ωmin) des Antriebsmotors (12) erreicht oder überschreitet.Control device according to claim 16, characterized in that the at least one braking condition comprises that the output torque (Mab) the predetermined rate of increase (H) in dependence on a minimum speed (ωmin) of the drive motor ( 12 ) reaches or exceeds. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bremsbedingung umfasst, dass ein vorgebbarer oder vorgegebener Soll-Maximalwert (SMmax) und/oder das Abgabedrehmoment (Mab) repräsentierende Abgabedrehmomentwerte (42) vor dem Umschal ten gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Schwell-Drehmomentwert (Ms) sind.Control device according to one of claims 14 to 17, characterized in that the at least one braking condition comprises that a predefinable or predetermined desired maximum value (SMmax) and / or the output torque (Mab) representing output torque values ( 42 ) are equal to or less than a predetermined threshold torque value (Ms) before switching. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bremsbedingung umfasst, dass der Drehmoment-Maximalwert (Mmax, Mmax1, Mmax2) unterhalb eines Schwell-Drehmomentwerts ist.Control device according to one of the claims 14 to 18, characterized in that the at least one braking condition includes that the maximum torque value (Mmax, Mmax1, Mmax2) below a threshold torque value. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung (31) zur Ausgabe der Steuerbefehle (65) in Abhängigkeit von einem Bremsverlauf (69) des Antriebsstrangs (11) während des Bremsbetriebs ausgestaltet ist.Control device according to one of claims 14 to 19, characterized in that the limiting device ( 31 ) for issuing the control commands ( 65 ) as a function of a braking course ( 69 ) of the drive train ( 11 ) is configured during braking operation. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung zur Regelung des Bremsverlaufs (69) ausgestaltet ist.Control device according to claim 20, characterized in that the limiting device for controlling the braking course ( 69 ) is configured. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung den Bremsverlauf (69) so regelt, dass das Abgabedrehmoment (Mab) den Drehmoment-Maximalwert (Mmax, Mmax1, Mmax2) erreicht.Control device according to claim 21, characterized in that the limiting device the braking course ( 69 ) so that the output torque (Mab) sets the maximum torque value (Mmax, Mmax1, Mmax2). Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung bei Beginn des Bremsbetriebs die Bestromungseinrichtung (22) zu einer stärkeren Bremsung ansteuert und die Bremsung anschließend abhängig von dem Bremsverlauf (69) verringert oder regelt.Control device according to one of claims 21 to 22, characterized in that the limiting device at the beginning of the braking operation, the energizing device ( 22 ) drives to a stronger braking and the braking then depending on the braking course ( 69 ) reduces or regulates. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung (31) abschaltbar ist.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the limiting device ( 31 ) can be switched off. Werkzeugmaschine (10), insbesondere Hand-Werkzeugmaschine, mit einem einen elektrischen Antriebsmotor (12) aufweisenden Antriebsstrang (11), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuerungseinrichtung (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Steuerung oder Regelung des Antriebsmotors (12) aufweist.Machine tool ( 10 ), in particular hand machine tool, with an electric drive motor ( 12 ) having drive train ( 11 ), characterized in that it comprises a control device ( 17 ) according to one of the preceding claims for controlling or regulating the drive motor ( 12 ) having. Werkzeugmaschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (11) ein dem Antriebsmotor (12) nachgeschaltetes Getriebe (13) aufweist, und dass der Antriebsmotor (12) mindestens einen an einer dem Getriebe (13) zugewandten Seite des Antriebsmotors (12) angeordneten Temperatursensor (50) aufweist, wobei der mindestens eine Temperatursensor (50) zur Übermittlung von Temperaturwerten (49) mit der Steuerungseinrichtung (17) verbunden ist.Machine tool according to claim 25, characterized in that the drive train ( 11 ) a the drive motor ( 12 ) downstream transmission ( 13 ), and that the drive motor ( 12 ) at least one on a the transmission ( 13 ) facing side of the drive motor ( 12 ) arranged temperature sensor ( 50 ), wherein the at least one temperature sensor ( 50 ) for the transmission of temperature values ( 49 ) with the control device ( 17 ) connected is. Werkzeugmaschine nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Hand-Werkzeugmaschine (10) zum Bohren und/oder Schrauben ist.Machine tool according to claim 25 or 26, characterized in that it comprises a hand-held machine tool ( 10 ) for drilling and / or screwing.
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