DE10309414B4

DE10309414B4 - Sensoreinrichtung und zugehöriges Verfahren für eine Handwerkzeugmaschine

Info

Publication number: DE10309414B4
Application number: DE2003109414
Authority: DE
Inventors: Martin Rittner; Joerg Friedrich; Markus Leupert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: DE10309414A1

Abstract

Sensoreinrichtung zur Erkennung eines Blockierfalls bei einer Handwerkzeugmaschine, insbesondere bei einem Bohrhammer (10), mit einem ersten Bewegungssensor (18) zur Erfassung einer Bewegungsgröße der Handwerkzeugmaschine in einer vorgegebenen ersten Empfindlichkeitsachse (X1), dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bewegungssensor (18) zusätzlich zu der ersten Empfindlichkeitsachse (X1) zumindest eine zweite Empfindlichkeitsachse (Y) aufweist zur Erfassung von auf die Handwerkzeugmaschine wirkenden Vibrationen, wobei die erste Empfindlichkeitsachse (X1) des ersten Bewegungssensors (18) im wesentlichen rechtwinklig zu der zweiten Empfindlichkeitsachse (Y) des ersten Bewegungssensors (18) ausgerichtet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Sensoreinrichtung zur Erkennung eines Blockierfalls bei einer Handwerkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Handwerkzeugmaschinen mit einem rotierenden Werkzeug, wie beispielsweise Bohrhämmern oder Bohrmaschinen, kann ein so genannter Blockierfall auftreten, wobei das rotierende Werkzeug in dem bearbeiteten Werkstück festläuft und sich deshalb nicht mehr drehen kann.
Bei einem derartigen Blockierfall besteht die Gefahr einer Verletzung des Bedieners oder umstehender Personen, da sich die Handwerkzeugmaschine bei einem Blockierfall durch die Kraft des Antriebsmotors dreht.
Zur Vermeidung derartiger Verletzungen bei einem Blockierfall einer Handwerkzeugmaschine ist aus EP 1 008 422 A2 eine Sicherheitseinrichtung bekannt, die einen Blockierfall erkennt und beim Vorliegen eines Blockierfalls eine Sicherheitskupplung trennt, wodurch die ungewollte Drehung der Handwerkzeugmaschine bei einem Blockierfall beendet wird.
Zur Erkennung des Blockierfalls weist die bekannte Sicherheitseinrichtung zwei Bewegungssensoren auf, die jeweils die Beschleunigung der Handwerkzeugmaschine in einer vorgegebenen Empfindlichkeitsachse messen.
Der eine Bewegungssensor ist hierbei zu der Drehachse des rotierenden Werkzeugs beabstandet in dem Griff der Handwerkzeugmaschine angeordnet, wobei die Empfindlichkeitsachse dieses Bewegungssensors bezüglich der Drehachse des rotierenden Werkzeugs in Umfangsrichtung verläuft, so dass dieser Bewegungssensor eine Drehbeschleunigung de Handwerkzeugmaschine um die Drehachse des Werkzeugs erfasst.
Der andere Bewegungssensor ist dagegen in der Verlängerung der Drehachse des rotierenden Werkzeugs angeordnet, wobei die Empfindlichkeitsachse dieses Bewegungssensors rechtwinklig zu der Drehachse des rotierenden Werkzeugs ausgerichtet ist. Dieser Bewegungssensor hat die Aufgabe, Fehlauslösungen der Sicherheitskupplung aufgrund von Vibrationen zu verändern.
Die bekannte Sicherheitseinrichtung wertet also die von den beiden Bewegungssensoren gemessenen Bewegungsgrößen aus, um einerseits Blockierfälle möglichst schnell zu erkennen und andererseits eine Fehlauslösung aufgrund von Vibrationen zu verhindern.
In der DE 196 28 945 A1 ist eine Handwerkzeugmaschine mit einem Beschleunigungssensor beschrieben, der eine Beschleunigung der Handwerkzeugmaschine um eine Drehachse erfasst, indem ein Beschleunigungswert gemessen und aus diesem durch Integration eine Geschwindigkeit und durch weitere Integration ein Translationsweg ermittelt wird.
Vorteile der Erfindung
Mit der Erfindung soll eine Sensoreinrichtung für eine Handwerkzeugmaschine und ein Verfahren zur Erkennung eines Blockierfalls vorgeschlagen werden, mit der bzw. durch das mit geringem Aufwand eine Detektion des Blockierfalls zuverlässig möglich ist.
Die Erfindung sieht eine Sensoreinrichtung zur Erkennung eines Blockierfalls bei einer Handwerkzeugmaschine vor, die einen Bewegungssensor zur Erfassung einer Bewegungsgröße der Handwerkzeugmaschine aufweist, wobei dieser Bewegungssensor zusätzlich zu der ersten Empfindlichkeitsachse zumindest eine zweite Empfindlichkeitsachse aufweist. Dies bedeutet, dass der bei der Erfindung eingesetzte Bewegungssensor nicht nur in einer einzigen Empfindlichkeitsachse eine Bewegungsgröße misst, sondern in mehreren Richtungen. Der erfindungsgemäß eingesetzte Bewegungssensor weist zwei getrennte Empfindlichkeitsachsen auf, die im Wesentlichen rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind. Hierbei sind die beiden Empfindlichkeitsachsen des Bewegungssensors vorzugsweise rechtwinklig zu der Drehachse des rotierenden Werkzeugs der Handwerkzeugmaschine ausgerichtet und liegen dabei vorzugsweise in einer Ebene.
Beispielsweise kann die eine Empfindlichkeitsachse des Bewegungssensors bezüglich der Drehachse des rotierenden Werkzeugs in Umfangsrichtung ausgerichtet sein, um eine Drehbeschleunigung der Handwerkzeugmaschine bei einem Blockierfall zu erfassen, wohingegen die andere Empfindlichkeitsachse des erfindungsgemäßen Bewegungssensors bezüglich der Drehachse des rotierenden Werkzeugs radial verlaufen kann, um Vibrationen zu erfassen und eine Fehlauslösung durch derartige Vibrationen auszuschließen.
Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass der erfindungsgemäße Bewegungssensor in einer Vielzahl von Empfindlichkeitsachsen Bewegungsgrößen der Handwerkzeugmaschine misst.
Die von den Bewegungssensoren gemessenen Bewegungsgrößen können wahlweise als getrennte Ausgangssignale ausgegeben oder von dem Bewegungssensor miteinander verknüpft und als gemeinsames Ausgangssignal abgegeben werden.
In einer Variante der Erfindung weist der Bewegungssensor deshalb zur getrennten Ausgabe der in den einzelnen Empfindlichkeitsachsen gemessenen Bewegungsgrößen jeweils einen Signalausgang auf, so dass die gemessenen Bewegungsgrößen getrennt und ausgewertet werden können.
In einer anderen Variante der Erfindung weist der Bewegungssensor dagegen lediglich einen Signalausgang auf, wobei an diesem Signalausgang ein Ausgangssignal ausgegeben wird, das die in den verschiedenen Empfindlichkeitsachsen gemessenen Bewegungsgrößen miteinander verknüpft.
Der multidirektional empfindliche Bewegungssensor ist vorzugsweise in der Handwerkzeugmaschine zu der Drehachse des rotierenden Werkzeugs in radialer Richtung beabstandet angeordnet, damit der Bewegungssensor eine Drehbeschleunigung der Handwerkzeugmaschine erfassen kann.
Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, den multidirektional empfindlichen Bewegungssensor in der Verlängerung der Drehachse des rotierenden Werkzeugs der Handwerkzeugmaschine anzuordnen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen multidirektional empfindlichen Bewegungssensor vorzugsweise ein weiterer Bewegungssensor vorgesehen, der ebenfalls eine Bewegungsgröße der Handwerkzeugmaschine erfasst. Dieser zusätzliche Bewegungssensor ist in der Handwerkzeugmaschine vorzugsweise zu dem multidirektional empfindlichen Bewegungssensor beabstandet angeordnet. Beispielsweise kann der multidirektional empfindliche Bewegungssensor zu der Drehachse des rotierenden Werkzeugs der Handwerkzeugmaschine in radialer Richtung beabstandet in dem Handgriff der Handwerkzeugmaschine angeordnet sein, während der zusätzliche Bewegungssensor vorzugsweise in der Verlängerung der Drehachse des rotierenden Werkzeugs angeordnet ist.
Der zusätzliche Bewegungssensor weist vorzugsweise eine Empfindlichkeitsachse auf, die zu einer der Empfindlichkeitsachsen des multidirektional empfindlichen Bewegungssensor parallel ausgerichtet ist. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass der zusätzliche Bewegungssensor eine Empfindlichkeitsachse aufweist, die zu mindestens einer der Empfindlichkeitsachsen des multidirektional empfindlichen Bewegungssensors angewinkelt ist.
Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff der Bewegungsgröße ist allgemein zu verstehen und umfasst beispielsweise die Beschleunigung der Handwerkzeugmaschine in der jeweiligen Empfindlichkeitsachse.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die verwendeten Bewegungssensoren vorzugsweise lineare Bewegungssensoren sind, die jeweils nur in der jeweiligen Empfindlichkeitsachse empfindlich sind.
Ferner ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Sensoreinrichtung beschränkt, die in einer Handwerkzeugmaschine eingebaut werden kann, sondern umfasst auch eine Handwerkzeugmaschine mit einer derartigen Sensoreinrichtung.
Zur Vermeidung von Verletzungen bei einem Blockierfall kann die Handwerkzeugmaschine eine Trennkupplung aufweisen, die von der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung angesteuert wird und den Antriebsstrang bei der Detektion eines Blockierfalls trennt, wie eingangs zum Stand der Technik beschrieben wurde.
Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die Handwerkzeugmaschine den Antriebsstrang bei einem Blockierfall zwischen Werkzeug und Werkstück nicht nur trennt, sondern aktiv bremst oder sogar blockiert, was beispielsweise in DE 195 40 718 A1 beschrieben ist, so dass der Inhalt dieser Druckschrift der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist. Hierzu kann die Handwerkzeugmaschine eine Blockierverzahnung aufweisen, die von der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung angesteuert werden kann. Durch eine derartige aktive Abbremsung oder Blockierung des Antriebsstrangs wird der bei einem Blockierfall auftretende Verdrehwinkel der Handwerkzeugmaschine erheblich verringert.
Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zur Erkennung eines Blockierfalls einer Handwerkzeugmaschine, wobei zwei Bewegungsgrößen der Handwerkzeugmaschine in zwei Empfindlichkeitsachsen gemessen werden und aus den gemessenen Bewegungsgrößen ein Signal bestimmt wird, das gegebenenfalls einen Blockierfall anzeigt.
Hierbei werden die beiden Bewegungsgrößen der Handwerkzeugmaschine erfindungsgemäß durch einen einzigen Bewegungssensor gemessen. Dies bietet gegenüber der eingangs beschriebenen bekannten Sicherheitseinrichtung einer Handwerkzeugmaschine den Vorteil, dass auf einen zweiten Bewegungssensor unter Umständen verzichtet werden kann.
Die Messung der beiden Bewegungsgrößen erfolgt hierbei vorzugsweise an derselben Stelle innerhalb der Handwerkzeugmaschine.
Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 einen Bohrhammer mit einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung zur Erkennung eines Blockierfalls sowie
2 eine vereinfachte Rückansicht des Bohrhammers aus 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Zeichnung in 1 zeigt eine Seitenansicht eines weitgehend herkömmlich aufgebauten Bohrhammers 10 mit einem Bohrmeißel 12, der um eine vorgegebene Drehachse 14 drehbar ist.
Im Betrieb des Bohrhammers 10 besteht die Gefahr, dass der Bohrmeißel 12 in einem zu bearbeitenden Werkstück festläuft und dadurch blockiert. Bei einem derartigen Blockierfall führt das von dem Bohrhammer 10 auf den Bohrmeißel 12 ausgeübte Drehmoment zu einer Drehung des Bohrhammers 10 um die Drehachse 14, was bei einer ungebremsten und fortgesetzten Drehung zu Verletzungen des Bedieners oder umstehender Personen führen kann.
Der Bohrhammer 10 weist deshalb eine Sensoreinrichtung auf, die es ermöglicht, einen derartigen Blockierfall zu erkennen, so dass bei einem Blockierfall eine Sicherheitskupplung ausgelöst werden kann, die einen zur Vereinfachung nicht dargestellten Antriebsmotor des Bohrhammers 10 von dem Bohrmeißel 12 trennt. Auf diese Weise wird bei einem Blockierfall verhindert, dass sich der Bohrhammer 10 zu weit um die Drehachse 14 dreht, wodurch eine Verletzung der Bedienungsperson zuverlässig verhindert wird.
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung weist zwei Bewegungssensoren 16, 18 auf, wobei der Bewegungssensor 16 in dem Bohrhammer 10 in der Verlängerung der Drehachse 14 angeordnet ist, wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist.
Der Bewegungssensor 18 ist dagegen in dem Bohrhammer 10 zu der Drehachse 14 in radialer Richtung beabstandet in einem Griff 20 des Bohrhammers 10 angeordnet.
Der Bewegungssensor 18 weist zwei Empfindlichkeitsachsen Y, X1 auf, wobei die Empfindlichkeitsachse Y bezüglich der Drehachse 14 des Bohrmeißels 12 radial verläuft, während die Empfindlichkeitsachse X1 bezüglich der Drehachse 14 des Bohrmeißels 12 in Umfangsrichtung verläuft.
Der Bewegungssensor 18 erfasst also zum einen die Drehbeschleunigung des Bohrhammers 10 bezüglich der Drehachse 14 des Bohrmeißels 12 und erzeugt ein entsprechendes Beschleunigungssignal a_x1.
Zum anderen erfasst der Bewegungssensor 18 die Beschleunigung des Bohrhammers 10 in Richtung der Empfindlichkeitsachse Y und erzeugt ein entsprechendes Beschleunigungssignal a_y. Die Messung der Beschleunigung des Bohrhammers 10 in Richtung der Empfindlichkeitsachse Y ermöglicht hierbei eine Erfassung der auf den Bohrhammer 10 wirkenden Vibrationen, damit eine Fehlauslösung der in dem Bohrhammer 10 angeordneten Sicherheitskupplung aufgrund von Vibrationen verhindert werden kann.
Der andere Bewegungssensor 16 weist dagegen nur eine einzige Empfindlichkeitsachse X2 auf, die durch die Verlängerung der Drehachse 14 des Bohrmeißels 12 verläuft und parallel zu der Empfindlichkeitsachse X1 des Bewegungssensors 18 ausgerichtet ist. Der Bewegungssensor 16 ermöglicht somit eine Erfassung von Vibrationen in Richtung der Empfindlichkeitsachse X2, wodurch die Verhinderung von Fehlauslösungen der Sicherheitskupplung aufgrund von Vibrationen weiter verbessert werden kann.
Die von den beiden Bewegungssensoren 16, 18 erfolgten Beschleunigungssignale a_x1, a_x2 und a_y werden einer Auswertungseinheit 22 zugeführt, die in Abhängigkeit von den Beschleunigungssignalen a_x1, a_x2 und a_y ermittelt, ob ein Blockierfall vorliegt und gegebenenfalls die zur Vereinfachung nicht dargestellte Sicherheitskupplung auslöst.

10: Bohrhammer
12: Bohrmeißel
14: Drehachse
16: Bewegungssensor
18: Bewegungssensor
20: Griff
22: Auswertungseinheit
X1: Empfindlichkeitsachse
X2: Empfindlichkeitsachse
Y: Empfindlichkeitsachse
a_x1: Beschleunigungssignal
a_x2: Beschleunigungssignal
a_y: Beschleunigungssignal

Claims

Sensoreinrichtung zur Erkennung eines Blockierfalls bei einer Handwerkzeugmaschine, insbesondere bei einem Bohrhammer (10), mit einem ersten Bewegungssensor (18) zur Erfassung einer Bewegungsgröße der Handwerkzeugmaschine in einer vorgegebenen ersten Empfindlichkeitsachse (X1), dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bewegungssensor (18) zusätzlich zu der ersten Empfindlichkeitsachse (X1) zumindest eine zweite Empfindlichkeitsachse (Y) aufweist zur Erfassung von auf die Handwerkzeugmaschine wirkenden Vibrationen, wobei die erste Empfindlichkeitsachse (X1) des ersten Bewegungssensors (18) im wesentlichen rechtwinklig zu der zweiten Empfindlichkeitsachse (Y) des ersten Bewegungssensors (18) ausgerichtet ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bewegungssensor (18) mindestens drei Empfindlichkeitsachsen aufweist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bewegungssensor (18) zur getrennten Ausgabe der in den verschiedenen Empfindlichkeitsachsen (X1, Y) gemessenen Bewegungsgrößen mehrere Signalausgänge aufweist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bewegungssensor zur gemeinsamen Ausgabe der in den verschiedenen Empfindlichkeitsachsen (X1, Y) gemessenen Bewegungsgrößen nur einen einzigen Signalausgang aufweist.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem ersten Bewegungssensor (18) ein zweiter Bewegungssensor (16) vorgesehen ist, wobei der erste Bewegungssensor (18) zu dem zweiten Bewegungssensor (16) beabstandet angeordnet ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bewegungssensor (16) eine Empfindlichkeitsachse (X2) aufweist, die parallel zu einer der Empfindlichkeitsachsen (X1, Y) des ersten Bewegungssensors (18) ausgerichtet ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bewegungssensor (16) eine Empfindlichkeitsachse aufweist, die einen vorgegebenen Winkel mit mindestens einer der Empfindlichkeitsachsen (X1, Y) des ersten Bewegungssensors (18) einschließt.
Handwerkzeugmaschine mit einer Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren zur Erkennung eines Blockierfalls bei einer Handwerkzeugmaschine, insbesondere bei einem Bohrhammer (10), mit den folgenden Schritten: – Messung einer ersten Bewegungsgröße der Handwerkzeugmaschine in einer vorgegebenen ersten Empfindlichkeitsachse (X1), – Messung einer zweiten Bewegungsgröße der Handwerkzeugmaschine in einer vorgegebenen zweiten Empfindlichkeitsachse (Y) zur Erfassung von auf die Handwerkzeugmaschine wirkenden Vibrationen, wobei die erste Empfindlichkeitsachse (X1) des ersten Bewegungssensors (18) im wesentlichen rechtwinklig zu der zweiten Empfindlichkeitsachse (Y) des ersten Bewegungssensors (18) ausgerichtet ist, – Bestimmung eines den Blockierfall anzeigenden Signals in Abhängigkeit von der ersten Bewegungsgröße und der zweiten Bewegungsgröße, wobei die erste Bewegungsgröße und die zweite Bewegungsgröße durch einen einzigen Bewegungssensor (18) gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bewegungsgröße und die zweite Bewegungsgröße an derselben Stelle in der Handwerkzeugmaschine gemessen werden.