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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine mit einem zum Antrieb einer Antriebswelle vorgesehenen Getriebe, das von einem Motor antreibbar ist und im Betrieb der Handwerkzeugmaschine von einem Benutzer durch Betätigung eines zugeordneten Bedienelements über eine halbautomatische Getriebeumschaltvorrichtung mindestens zwischen einem ersten Gang und einem zweiten Gang umschaltbar ist.
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Aus dem Stand der Technik sind derartige Handwerkzeugmaschinen bekannt, die ein von einem zugeordneten Motor antreibbares Getriebe aufweisen, das von einem Benutzer durch Betätigung eines zugeordneten Bedienelements über eine halbautomatische Getriebeumschaltvorrichtung beispielsweise zwischen einem ersten Gang mit vergleichsweise hohem Drehmoment und einem zweiten Gang mit vergleichsweise niedrigem Drehmoment umschaltbar ist. Hierbei wird das Bedienelement gebräuchlicherweise von einem Benutzer-betätigbaren Handschalter zum Ein- und Ausschalten des Motors realisiert, wobei dem ersten Gang z. B. eine erste Betriebsposition des Handschalters zugeordnet ist und dem zweiten Gang z. B. eine zweite Betriebsposition des Handschalters zugeordnet ist.
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Nachteilig am Stand der Technik ist, dass eine derartige Handwerkzeugmaschine nur dann optimal betreibbar ist, wenn der Benutzer erforderliche Getriebeumschaltvorgänge jeweils an einem von einer momentanen Lastsituation der Handwerkzeugmaschine abhängigen, optimalen Umschaltzeitpunkt initiiert. Dies erfordert jedoch einige Übung im Umgang mit der Handwerkzeugmaschine, sodass es für einen ungeübten Benutzer nur schwer möglich ist, deren durch die Vorzüge der halbautomatischen Getriebeumschaltvorrichtung ermöglichtes Potential vollständig abzurufen.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine neue Handwerkzeugmaschine mit einer halbautomatischen Getriebeumschaltvorrichtung bereit zu stellen, bei deren Betrieb einem Benutzer eine Initiierung von Getriebeumschaltvorgängen zu geeigneten Umschaltzeitpunkten ermöglicht wird.
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Dieses Problem wird gelöst durch eine Handwerkzeugmaschine mit einem zum Antrieb einer Antriebswelle vorgesehenen Getriebe, das von einem Motor antreibbar ist und im Betrieb der Handwerkzeugmaschine von einem Benutzer durch Betätigung eines zugeordneten Bedienelements über eine halbautomatische Getriebeumschaltvorrichtung mindestens zwischen einem ersten Gang und einem zweiten Gang umschaltbar ist. Ein Schaltempfehlungselement ist vorgesehen, das dazu ausgebildet ist, beim Auftreten einer vorgegebenen Lastsituation der Handwerkzeugmaschine eine Empfehlung zur Getriebeumschaltung für den Benutzer auszugeben.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung einer Handwerkzeugmaschine mit einer halbautomatischen Getriebeumschaltvorrichtung, bei deren Betrieb eine sichere und zuverlässige Erkennung eines der vorgegebenen Lastsituation zugeordneten Umschaltzeitpunkts auf einfache Art und Weise ermöglicht wird.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Schaltempfehlungselement ein optisches Anzeigeelement zur Ausgabe einer optischen Empfehlung zur Getriebeumschaltung auf.
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Somit kann ein unkompliziertes und robustes Schaltempfehlungselement bereitgestellt werden.
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Das optische Anzeigeelement bildet bevorzugt eine Arbeitsfeldbeleuchtung aus.
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Somit kann durch die Verwendung eines bereits vorgesehenen bzw. vorhandenen Bauteils der Handwerkzeugmaschine ein zuverlässiges und kostengünstiges optisches Anzeigeelement bereitgestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Schaltempfehlungselement ein akustisches Rückmeldeelement zur Ausgabe einer akustischen Empfehlung zur Getriebeumschaltung auf.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines einfachen und soliden Schaltempfehlungselements.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Schaltempfehlungselement ein haptisches Rückmeldeelement zur Ausgabe einer haptischen Empfehlung zur Getriebeumschaltung auf.
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Somit kann ein robustes und stabiles Schaltempfehlungselement bereitgestellt werden.
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Bevorzugt ist eine Steuereinheit zur Bestimmung einer momentanen Lastsituation der Handwerkzeugmaschine vorgesehen. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, das Schaltempfehlungselement in Abhängigkeit von der bestimmten momentanen Lastsituation zur Ausgabe der Empfehlung zur Getriebeumschaltung anzusteuern.
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Somit kann eine geeignete Schaltempfehlung auf einfache Art und Weise erzeugt werden.
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Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet, die momentane Lastsituation auf der Basis eines im Motor fließenden Motorstroms zu bestimmen.
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Somit kann die momentane Lastsituation der Handwerkzeugmaschine sicher und präzise bestimmt werden.
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Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet, die momentane Lastsituation auf der Basis einer dem Motor zugeordneten Motordrehzahl zu bestimmen.
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Somit kann die momentane Lastsituation der Handwerkzeugmaschine zuverlässig und exakt bestimmt werden.
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Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet, die momentane Lastsituation auf der Basis eines vom Motor erzeugten Drehmoments zu bestimmen.
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Somit kann die momentane Lastsituation der Handwerkzeugmaschine einfach und sicher bestimmt werden.
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Bevorzugt ist ein Sensorelement zur Erzeugung eines die Motordrehzahl oder das Drehmoment repräsentierenden Signals vorgesehen, das durch die Steuereinheit auswertbar ist.
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Somit können die Motordrehzahl und das Drehmoment mit einem unkomplizierten und kostengünstigen Bauteil sicher und zuverlässig ermittelt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Bedienelement ein zum Einschalten des Motors vorgesehener Handschalter. Dem ersten Gang ist mindestens eine erste Betriebsposition des Handschalters zugeordnet und dem zweiten Gang ist mindestens eine zweite Betriebsposition des Handschalters zugeordnet.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung einer kompakten Handwerkzeugmaschine mit einem vergleichsweise einfachen Aufbau, bei der ein bereits vorhandener bzw. verwendeter Handschalter zur Initiierung von Getriebeumschaltvorgängen Anwendung findet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Handwerkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform, und
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2 ein Messdiagramm zur Illustration von Lastsituationen der Handwerkzeugmaschine von 1 in deren Betrieb.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine beispielhafte Handwerkzeugmaschine 100, die ein Werkzeuggehäuse 105 mit einem Handgriff 115 aufweist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Handwerkzeugmaschine 100 zur netzunabhängigen Stromversorgung mechanisch und elektrisch mit einem Akkupack 190 verbindbar. In 1 ist die Handwerkzeugmaschine 100 beispielhaft als Akku-Bohrschrauber ausgebildet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Akku-Bohrschrauber beschränkt ist, sondern vielmehr bei unterschiedlichen Handwerkzeugmaschinen Anwendung finden kann, unabhängig davon, ob die Handwerkzeugmaschine netzabhängig oder netzunabhängig mit dem Akkupack 190 betreibbar ist, z. B. bei einem Schrauber oder Akku-Schrauber, einer Schlagbohrmaschine oder Akku-Schlagbohrmaschine usw.
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In dem Werkzeuggehäuse 105 sind ein von dem Akkupack 190 mit Strom versorgter, elektrischer Antriebsmotor 180 und ein Getriebe 109 angeordnet. Der Antriebsmotor 180 ist über das Getriebe 109 mit einer Antriebswelle 120, z. B. einer Antriebsspindel, verbunden. Im Betrieb der Handwerkzeugmaschine 100 treibt der Motor 180 die Antriebswelle 120 über das Getriebe 109 drehend an.
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Der Antriebsmotor 180 ist illustrativ in einem Motorgehäuse 185 angeordnet und das Getriebe 109 in einem Getriebegehäuse 110, wobei das Getriebegehäuse 110 und das Motorgehäuse 185 beispielhaft in dem Werkzeuggehäuse 105 angeordnet sind. Dem Getriebe 109 ist eine Werkzeugaufnahme 140 zugeordnet, die beispielhaft ein Bohrfutter 145 aufweist. Diese Werkzeugaufnahme 140 dient zur Aufnahme eines Werkzeugs 158, z. B. einem Schrauberbit, und kann an die von dem Antriebsmotor 180 über das Getriebe 109 antreibbare Antriebswelle 120 angeformt sein oder aufsatzförmig mit dieser verbunden sein.
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Der Antriebsmotor 180 ist z. B. über ein nach Art eines Handschalters ausgebildetes Bedienelement 195 ein- und ausschaltbar und kann ein beliebiger Motortyp sein, z. B. ein elektronisch kommutierter Motor oder ein Gleichstrommotor. Vorzugsweise ist der Antriebsmotor 180 derart elektronisch steuer- bzw. regelbar, dass sowohl ein Reversierbetrieb, als auch Vorgaben hinsichtlich einer gewünschten Drehgeschwindigkeit realisierbar sind. Die Funktionsweise und der Aufbau eines geeigneten Antriebsmotors sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, sodass hier zwecks Knappheit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung verzichtet wird.
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Das Getriebe 109 kann z. B. nach Art eines Untersetzungsgetriebes ausgebildet sein, dem optional eine Drehmomentkupplung 199 zugeordnet ist. Diese ist dazu ausgebildet, ein Antreiben der Antriebswelle 120 durch das Getriebe 109 im Betrieb der Handwerkzeugmaschine 100 zu verhindern, falls ein von der Antriebswelle 120 auf das Getriebe 109 übertragenes Drehmoment einen von einem Benutzer der Handwerkzeugmaschine 100 einstellbaren Schwellwert überschreitet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Ausgestaltung eines geeigneten Getriebes mit einer zugeordneten Drehmomentkupplung sowie dessen Funktionsweise dem Fachmann hinreichend bekannt sind, sodass hier zwecks Knappheit der Beschreibung und Einfachheit der Zeichnungen auf eine Abbildung sowie detaillierte Beschreibung hiervon verzichtet wird.
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Illustrativ ist dem Getriebe 109 eine Getriebeumschaltvorrichtung 130, 150 zugeordnet, sodass das Getriebe 109 bei entsprechenden Getriebeumschaltvorgängen z. B. mindestens zwischen einem ersten Gang mit vergleichsweise hohem Drehmoment und einem zweiten Gang mit vergleichsweise niedrigem Drehmoment umschaltbar ist. Die Getriebeumschaltvorrichtung 130, 150 weist beispielhaft eine mechanische Gangschaltung 130 und eine elektronische Steuereinheit 150 auf. Die Gangschaltung 130 dient zur Durchführung einer mechanischen Umschaltung zwischen dem ersten und zweiten Gang am Getriebe 109. Die Steuereinheit 150 dient zur Bestimmung einer momentanen Lastsituation (252, 262 in 2) der Handwerkzeugmaschine 100 und ist dazu ausgebildet, die Gangschaltung 130 im Betrieb der Handwerkzeugmaschine 100 zur Durchführung einer derartigen Umschaltung zwischen dem ersten und zweiten Gang zumindest mittelbar anzusteuern.
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Die Bestimmung der momentanen Lastsituation (252, 262 in 2) kann von der Steuereinheit 150 z. B. auf der Basis eines im Motor 180 fließenden Motorstroms und/oder auf der Basis einer dem Motor 180 zugeordneten Motordrehzahl und/oder auf der Basis eines vom Motor 180 erzeugten Drehmoments durchgeführt werden. Zur Erzeugung eines die Motordrehzahl oder das Drehmoment repräsentierenden Signals, das durch die Steuereinheit 150 auswertbar ist, kann z. B. ein Sensorelement 177 vorgesehen sein. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass geeignete Sensorelemente sowie geeignete Verfahren zur Bestimmung einer momentanen Lastsituation der Handwerkzeugmaschine 100 hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt sind, sodass hier zwecks Einfachheit und Knappheit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung verzichtet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Getriebeumschaltvorrichtung 130, 150 eine halbautomatische Getriebeumschaltvorrichtung, sodass das Getriebe 109 auch als halbautomatisches Getriebe bezeichnet werden kann. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Verwendung eines halbautomatischen Getriebes lediglich beispielhaften Charakter hat und nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen ist, die ebenfalls z. B. bei Schaltgetrieben mit rein manueller Umschaltung Anwendung finden kann. Der Begriff „halbautomatisch” bedeutet im Kontext der vorliegenden Erfindung, dass ein entsprechender Getriebeumschaltvorgang zwar manuell von einem Benutzer der Handwerkzeugmaschine 100 initiiert bzw. ausgelöst wird, aber von der Gangschaltung 130 automatisch bzw. sozusagen ohne weiteres Zutun des Benutzers ausgeführt wird. Hierzu betätigt der Benutzer z. B. den Handschalter 195, der beim Umschalten vom ersten in den zweiten Gang illustrativ von einer ersten, dem ersten Gang zugeordneten Betriebsposition 195' in eine zweite, dem zweiten Gang zugeordnete Betriebsposition 195'' zu verschieben ist, und umgekehrt.
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Genauer ausgedrückt, schaltet der Benutzer die Handwerkzeugmaschine 100 durch Betätigen des Handschalters 195 ein, woraufhin diese im ersten Gang betrieben wird, bis der Handschalter 195 über die illustrativ mit 195'' gekennzeichnete zweite Betriebsposition hinaus in das Werkzeuggehäuse 105 hinein gedrückt wird, woraufhin ein zugeordneter Getriebeumschaltvorgang zur Umschaltung in den zweiten Gang von der Steuereinheit 150 ausgelöst und von der Gangschaltung 130 ausgeführt wird. Somit können alle Betriebspositionen des Handschalters 195, die in 1 illustrativ links von der mit 195'' gekennzeichneten zweiten Betriebsposition liegen, als die zweite Betriebsposition 195'' bezeichnet werden, während alle in 1 illustrativ rechts von dieser zweiten Betriebsposition 195'' liegenden Betriebspositionen als die erste Betriebsposition 195' bezeichnet werden können. Zur Umschaltung vom zweiten in den ersten Gang verringert der Benutzer seinen Druck auf den Handschalter 195, sodass dieser sich von der zweiten Betriebsposition 195'' zurück in die erste Betriebsposition 195' verschiebt, woraufhin ein zugeordneter Getriebeumschaltvorgang zur Umschaltung in den ersten Gang von der Steuereinheit 150 ausgelöst und von der Gangschaltung 130 ausgeführt wird.
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Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die oben beschriebene Verwendung des Handschalters 195 zur Auslösung entsprechender Getriebeumschaltvorgänge lediglich beispielhaften Charakter hat und nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen ist. Vielmehr können hierzu auch andere Bedienelemente Anwendung finden, z. B. eine separate Bedientaste 197, die nur gestrichelt angedeutet ist und ausschließlich zur Initiierung von Getriebeumschaltvorgängen vorgesehen sein kann.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Handwerkzeugmaschine 100 ein Schaltempfehlungselement 172, 174 auf, das dazu ausgebildet ist, beim Auftreten einer vorgegebenen Lastsituation (252, 262 in 2) der Handwerkzeugmaschine 100 eine Empfehlung zur Getriebeumschaltung für den Benutzer auszugeben. Hierzu ist das Schaltempfehlungselement 172, 174 im Betrieb der Handwerkzeugmaschine 100 von der Steuereinheit 150 in Abhängigkeit von der von dieser bestimmten momentanen Lastsituation ansteuerbar, um bei Auftreten einer vorgegebenen Lastsituation eine Empfehlung zur Getriebeumschaltung auszugeben.
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Das Schaltempfehlungselement 172, 174 kann z. B. mit einem optischen Anzeigeelement 172 zur Ausgabe einer optischen Empfehlung zur Getriebeumschaltung realisiert werden. Dieses kann mit einer oder mehreren LEDs oder einem beliebigen anderen Leucht- und/oder Anzeigemittel realisiert werden, z. B. einer LCD-Anzeige, und bei Auftreten der vorgegebenen Lastsituation aufleuchten, blinken und/oder die Farbe wechseln. Alternativ hierzu kann auch eine der Handwerkzeugmaschine 100 zugeordnete Arbeitsfeldbeleuchtung zur Realisierung des optischen Anzeigeelements 172 verwendet werden, die z. B. beim Auftreten der vorgegebenen Lastsituation blinkt.
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Darüber hinaus kann das Schaltempfehlungselement 172, 174 alternativ oder zusätzlich ein akustisches und/oder haptisches Rückmeldeelement 174 zur Ausgabe einer akustischen bzw. haptischen Empfehlung zur Getriebeumschaltung aufweisen. Eine geeignete haptische Empfehlung kann z. B. durch ein Absenken oder Anheben der Motordrehzahl bei Erreichen der vorgegebenen Lastsituation realisiert werden.
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2 zeigt ein Messdiagramm 200 mit einer Ordinate 210 zur Abbildung von Drehzahlen n in Abhängigkeit von Drehmomenten M, die auf einer Abszisse 220 abgebildet sind. In dem Messdiagramm sind zwei illustrative Drehmomentkennlinien 252, 262 der Handwerkzeugmaschine 100 von 1 abgebildet, wobei die Kennlinie 252 beispielhaft momentane Lastsituationen der Handwerkzeugmaschine 100 beim Betrieb im zweiten Gang repräsentiert und die Kennlinie 262 beispielhaft momentane Lastsituationen der Handwerkzeugmaschine 100 beim Betrieb im ersten Gang repräsentiert. Wie anhand der Drehmomentkennlinien 252, 262 ersichtlich, kann die Handwerkzeugmaschine 100 von 1 beim Betrieb im ersten Gang mit einem größeren maximalen Drehmoment M, aber einer kleineren maximalen Motordrehzahl n betrieben werden, als im zweiten Gang.
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Für den Fall, dass die Handwerkzeugmaschine 100 von 1 z. B. zum Lösen einer Schraube verwendet wird, würde der Benutzer der Handwerkzeugmaschine 100 diese zunächst im ersten Gang betreiben, um über ein möglichst großes Drehmoment M zu verfügen. Der Betrieb der Handwerkzeugmaschine 100 würde somit z. B. in einem ersten Arbeitspunkt 265 der Kennlinie 262 beginnen. Beginnt sich die Schraube dann zu lösen, sinkt das Drehmoment M entlang der Kennlinie 262 in Richtung eines mit 270 gekennzeichneten, zweiten Arbeitspunkts bei steigender Motordrehzahl n. Im zweiten Arbeitspunkt 270 entspricht die momentane Lastsituation dann der vorgegebenen Lastsituation, bei der ein Umschalten in den zweiten Gang vorteilhaft wäre, um ab hier die Handwerkzeugmaschine 100 von 1 im zweiten Gang vom zweiten Arbeitspunkt 270 ausgehend entlang der Kennlinie 252 bis zu einem dritten Arbeitspunkt 255 zu betreiben und somit größere Drehzahlen n bei weiter sinkendem Drehmoment M zu ermöglichen. Deshalb wird im Bereich des zweiten Arbeitspunkts 270 eine Empfehlung zur Getriebeumschaltung über das Schaltempfehlungselement 172, 174 von 1 an einen Benutzer der Handwerkzeugmaschine 100 von 1 ausgegeben.
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Für den Fall, dass ein Betrieb der Handwerkzeugmaschine 100 von 1 im zweiten Gang beispielsweise im Arbeitspunkt 255 der Kennlinie 252 beginnt, z. B. beim Festziehen einer Schraube, läuft oben beschriebener Vorgang in entgegengesetzter Richtung bzw. Reihenfolge ab.