DE19628945A1

DE19628945A1 - Verfahren zum Unterbrechen der Antriebstätigkeit einer Handwerkzeugmaschine, sowie nach diesem Verfahren arbeitende Handwerkzeugmaschine

Info

Publication number: DE19628945A1
Application number: DE19628945A
Authority: DE
Inventors: Thomas Leitenberger; Ludwig Dr Thome; Wolfgang Hirschburger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 1997-05-07
Also published as: DE59608362D1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Unterbrechen der Antriebstätigkeit einer Handwerkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. von einer Handwerkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5. Es ist schon ein derartiges Verfahren bzw. eine Handwerkzeugmaschine bekannt (WO 88/06508), bei dem bzw. der die Drehantriebstätigkeit dann unterbrochen wird, wenn ein Wert einer die räumliche Bewegung der Handwerkzeugmaschine als Ganzes kennzeichnenden Bewegungsgröße einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Zwar läßt sich mit dem bekannten Verfahren bzw. mit der bekannten Handwerkzeugmaschine bereits auf einfache Weise das Eintreten eines vom Bediener der Handwerkzeugmaschine nicht oder nur schwer zu beherrschenden Betriebszustandes erkennen. Je nach Art der als Kriterium verwendeten Bewegungsgröße und der Höhe des festgelegten Schwellwertes kann es jedoch auch im Normalbetrieb zu einer Auslösung der Antriebsunterbrechung kommen, was zu vermeiden ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 5 hat den Vorteil, daß eine sichere Erkennung des unbeherrschten Blockierfalls gewährleistet ist und Fehlauslösungen der Antriebsunterbrechung im Normalbetrieb weitgehend vermieden werden.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens bzw. der im Anspruch 5 angegebenen Handwerkzeugmaschine möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die Schwellwerte der jeweiligen Bewegungsgröße, bei deren Erreichen oder Überschreiten ein Auslösesignal erzeugt wird, nach einem Fuzzy-Algorithmus festzulegen.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine mit einer ersten Auswerteeinrichtung, Fig. 2 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs verschiedener Bewegungsgrößen und des zugehörigen Auslösesignals und Fig. 3 eine prinzipielle Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine mit einer zweiten Auswerteeinrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 10 eine Handwerkzeugmaschine bezeichnet, welche von einem Gehäuse 11 umgeben ist. In dem Gehäuse 11 ist eine in Fig. 1 nicht dargestellte Antriebseinrichtung untergebracht, welche zum drehenden Antrieb eines mit 12 bezeichneten, gestrichelt angedeuteten Werkzeugs um eine Drehachse 13 dient. Eine derartige Handwerkzeugmaschine ist beispielsweise bereits in der WO 88/06508 beschrieben, so daß hier auf eine Darstellung verzichtet werden kann.

Die Handwerkzeugmaschine 10 weist ferner Mittel 15 zum Unterbrechen der Drehantriebstätigkeit auf das Werkzeug 12 auf. Die Mittel 15 umfassen eine Vorrichtung 16 zum Erfassen von Meßwerten bestimmter Bewegungsgrößen, die die räumliche Bewegung der Handwerkzeugmaschine 10 als Ganzes kennzeichnen. Darüber hinaus umfassen die Mittel 15 eine Vergleichseinrichtung 17 zum Vergleichen von durch die Vorrichtung 16 erfaßten Meßwerten mit vorbestimmten Schwellwerten, einen Operator 18, mittels dessen die Vergleichsergebnisse der Vergleichseinrichtung 17 logisch verknüpfbar sind und einen Aktor 19 der die Drehantriebstätigkeit der Handwerkzeugmaschine 10 gegebenenfalls unterbricht. Die Vergleichseinrichtung 17 und der Operator 18 bilden eine Auswerteeinrichtung zur Erzeugung eines Auslösesignals zur Aktivierung des Aktors 19.

Im Beispielsfall ist die Vorrichtung 16 zum Erfassen der räumlichen Bewegung der Handwerkzeugmaschine 10 als Ganzes, also ihres Gehäuses 11, derart ausgebildet, daß sowohl ein Weg s, den die Handwerkzeugmaschine 10 als Ganzes zurücklegt, als auch eine Geschwindigkeit v, mit der sich die Handwerkzeugmaschine 10 bewegt, erfaßbar ist. Die Erfassung der jeweiligen Werte der Bewegungsgrößen s, v erfolgt fortlaufend mittels eines Sensors 20 der Vorrichtung 16, der als Beschleunigungsaufnehmer ausgebildet ist und ein Beschleunigungssignal a erzeugt. Werden die Meßwerte jeweils nach bestimmten Zeitintervallen ermittelt, kann durch die Wahl hinreichend kleiner Zeitintervalle ein quasikontinuierliches Meßsignal erzeugt werden, das für die Zwecke der Sicherheitsabschaltung geeignet ist.

Mit dem Sensor 20 kann sowohl die translatorische Beschleunigung, als auch die rotatorische Beschleunigung der Handwerkzeugmaschine 10 um die Drehachse 13 erfaßt werden. Für die Zwecke der Sicherheitsabschaltung im Falle des unbeherrschten Blockierfalles ist in erster Linie die rotatorische Beschleunigung des Gehäuses 11 der Handwerkzeugmaschine 10 um die Drehachse 13 von Bedeutung. Aus diesem Grund ist der Sensor 20 im Abstand r zur Drehachse 13 angeordnet. Aus dem jeweils ermittelten Beschleunigungswert a wird durch zeitabhängige Integration das Geschwindigkeitssignal v und das Wegsignal s erzeugt. Die Vorrichtung 16 enthält hierzu einen ersten Integrator 21 für das Geschwindigkeitssignal v und einen zweiten Integrator 22 für das Wegsignal s. Beide Integratoren 21, 22 sind dazu mit dem Ausgang des Sensors 20 verbunden.

Die Signale v und s stellen jeweils die Werte der entsprechenden Bewegungsgröße Geschwindigkeit und Weg zu einem bestimmten Zeitpunkt t dar. Die Signale s und v werden an die Vergleichseinrichtung 17 weitergeleitet, wo sie mit entsprechenden Schwellwerten s′ und v′ verglichen werden. Die Schwellwerte s′ und v′ sind vorbestimmt und orientieren sich an für den jeweiligen Benutzer zumutbaren Grenzwerten, innerhalb derer ein beherrschbarer Betriebszustand der Handwerkzeugmaschine 10 üblicherweise vorliegt. Kommt es beim Betrieb der Handwerkzeugmaschine zu einem Blockieren des Werkzeugs 12, so wird das Gehäuse 11 im wesentlichen um die Drehachse 13 beschleunigt und es besteht die Gefahr, daß die Handwerkzeugmaschine 10 dem Bediener aus der Hand geschleudert wird. Die Beschleunigung, die die Handwerkzeugmaschine 10 dabei erfährt, wird durch den Sensor 20 erfaßt und mittels der Integratoren 21 und 22 in das Geschwindigkeitssignal v und das Wegsignal s umgeformt.

Im Normalbetrieb kann es durchaus vorkommen, daß der Bediener die Handwerkzeugmaschine 10 bewußt um die Drehachse 13 schwenkt. Insbesondere im Hammerbetrieb kann es auch zu betriebsbedingten Beschleunigungen kommen. Es muß also ein verläßliches Kriterium für die Erkennung des unbeherrschten Blockierfalles gefunden werden, das bewußte bzw. betriebsbedingt normale Bewegungen von kritischen Bewegungen unterscheidet. Aus diesem Grund ist vorgesehen, daß die Sicherheitsabschaltung nur dann ausgelöst wird, wenn wenigstens zwei Bedingungen erfüllt sind, d. h. im Beispielsfall wenn sowohl die Wegstrecke s den zugehörigen Schwellwert s′ erreicht oder überschreitet und wenn die Geschwindigkeit v den zugehörigen Schwellwert v′ erreicht oder überschreitet. Die Erfüllung beider Kriterien wird durch den Operator 18 erkannt, der eine logische "und"- Verknüpfung der Vergleichssignale s s′ und v v′ zu einem Auslösesignal A vornimmt. Erst bei Vorliegen beider Bedingungen wird der Aktor 19 vom Operator 18 aktiviert. Der Aktor 19 kann beispielsweise als Trennkupplung im Antriebsstrang und/oder als Schalter zum Abschalten des Motors und/oder als Kupplung zur schlagartigen Verbindung des Gehäuses 11 mit dem Antriebsstrang ausgebildet sein. Eine besonders vorteilhafte Sicherheitsabschaltung zum Stoppen der beginnenden Drehbewegung des Gehäuses 11 der Handwerkzeugmaschine 10 wird durch das Vorsehen aller drei Aktorfunktionen erzielt. Die Schwellwerte s′, v′ und a′ können auch vom Bediener festlegbar sein, so daß beispielsweise für bestimmte Anwendungsfälle ein höherer Schwellwert wählbar ist.

In Fig. 2 ist in den Diagrammen I und II der zeitliche Verlauf der Werte der Bewegungsgrößen v und s und im Diagramm III der zugehörige Verlauf des vom Operator 18 erzeugten Auslösesignals A beispielhaft dargestellt. In den Diagrammen I und II sind die jeweiligen Schwellwerte v′, s′ eingetragen, die den als beherrschbar angesehenen Betriebsbereich der Handwerkzeugmaschine 10 begrenzen. Die Schwellwerte v′, s′ sind hier lediglich einseitig, d. h. für eine in einer bestimmten Laufrichtung betriebene Handwerkzeugmaschine dargestellt. Sind unterschiedliche Laufrichtungen möglich, so können entsprechende Grenzwerte auch für die andere Laufrichtung festgelegt werden. Im Diagramm I wird zum Zeitpunkt t = t₂ der Schwellwert v′ erreicht. Der Aktor 19 wird zu diesem Zeitpunkt t₂ jedoch nicht aktiviert, da der Wert der Bewegungsgröße s noch innerhalb des unkritischen Bereichs liegt. Erst zum Zeitpunkt t = t₃ erreicht der Wert der Bewegungsgröße s den für sie geltenden Grenzwert s′. Zu diesem Zeitpunkt t = t₃ sind beide Bedingungen für das Auslösen der Sicherheitsabschaltung erfüllt, so daß der Operator 18 das Auslösesignal A erzeugt und den Aktor 19 aktiviert. Die Sicherheitsabschaltung wird dadurch in Gang gesetzt.

Das zweite Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel lediglich hinsichtlich der Signalverarbeitung. Es ist eine Auswerteeinrichtung 18′ vorgesehen, in der in Abhängigkeit wenigstens zweier Werte der Bewegungsgrößen v, s und/oder a ein Auslösesignal nach einem Fuzzy-Algorithmus erzeugt wird. Fuzzy-Algorithmen sind allgemein bekannt, so daß sie hier nicht näher beschrieben werden müssen. Zum Zwecke der Offenbarung wird statt dessen auf die einschlägige Literatur, beispielsweise die Bücher "Fuzzy-Logic" von Constantin von Altrock, Verlag Oldenbourg und "Fuzzy-Logik" von Lilli, Francis-Verlag, verwiesen.

Im vorliegenden Beispiel sind die Schwellwerte s′, v′, a′ für die jeweilige Bewegungsgröße s, v, a, bei deren Erreichen oder Überschreiten die Auslösung des Aktors 19 erfolgt, in Abhängigkeit der jeweils anderen Größe(n) festlegbar. So ist es beispielsweise möglich, bei Verwendung der beiden Bewegungsgrößen s und v wie beim ersten Ausführungsbeispiel, die Auslösung der Antriebs unterbrechung bei einem relativ hohen Wert von v schon bei einem niedrigen Schwellwert s′ zu aktivieren und bei relativ kleinen Werten für v dagegen einen höheren Schwellwert s′ festzulegen. Analog dazu kann dann der Schwellwert v′ abhängig vom jeweiligen Wert der Bewegungsgröße s sein. Die Auswerteeinrichtung 18′ wird dabei durch einen Microcontroller gebildet. Insgesamt ergibt sich so eine die Vielzahl möglicher Bewegungszustände der Handwerkzeugmaschine berücksichtigende Antriebsunterbrechung.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So können auch andere oder alle Bewegungsgrößen zur Bildung des Auslösesignals A herangezogen werden. Die Erfindung kann bei allen Handwerkzeugmaschinen vorteilhaft Anwendung finden, bei denen ein Werkzeug drehend antreibbar ist und außerdem die Gefahr besteht, daß beim Blockieren des Werkzeugs die Handwerkzeugmaschine dem Bediener aus der Hand gerissen wird.

Claims

1. Verfahren zum Unterbrechen der Antriebstätigkeit einer Handwerkzeugmaschine (10) mit drehender Antriebsbewegung, insbesondere einer Bohr- bzw. Schlagbohrmaschine oder eines Bohrhammers, bei dem beim Betrieb der Handwerkzeugmaschine (10) der Wert einer die räumliche Bewegung der Handwerkzeugmaschine als Ganzes kennzeichnenden Bewegungsgröße erfaßt wird, wobei als Bewegungsgröße eine Beschleunigung (a), die die Handwerkzeugmaschine (10) erfährt, oder eine Geschwindigkeit (v), mit der sie sich bewegt, oder eine Wegstrecke (s), die sie zurücklegt, herangezogen wird und bei dem in Abhängigkeit des Wertes der Bewegungsgröße die Drehantriebstätigkeit der Handwerkzeugmaschine (10) bei Erreichen oder Überschreiten eines bestimmten Schwellwertes (s′, v′, a′) unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von verschiedenen Bewegungsgrößen erfaßt werden und die Drehantriebstätigkeit der Handwerkzeugmaschine (10) nur dann unterbrochen wird, wenn wenigstens zwei Werte verschiedener Bewegungsgrößen einen für die jeweilige Bewegungsgröße vorbestimmten Schwellwert (v′, s′ oder a′) erreicht oder überschritten haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Bewegungsgrößen Wegstrecke (s) und Geschwindigkeit (v) erfaßt werden und daß die Drehantriebstätigkeit dann unterbrochen wird, wenn beide zugehörigen Schwellwerte (s′ und v′) erreicht oder überschritten wurden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung der Drehantriebstätigkeit durch Auskuppeln im Antriebsstrang der Handwerkzeugmaschine (10) und/oder durch Abschalten eines Antriebsmotors der Handwerkzeugmaschine (10) und/oder durch schlagartiges Verbinden eines Gehäuses (11) der Handwerkzeugmaschine (10) mit dem Antriebsstrang herbeigeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerte (v′, s′ und/oder a′) der jeweiligen Bewegungsgröße (v, s und/oder a) nach einem Fuzzy-Algorithmus festgelegt werden.

5. Handwerkzeugmaschine mit drehender Antriebsbewegung, insbesondere Bohr- bzw. Schlagbohrmaschine oder Bohrhammer, welche mit Mitteln (15) zum Unterbrechen der Drehantriebstätigkeit ausgestattet ist, die eine Vorrichtung (16) zum Erfassen einer die räumliche Bewegung der Handwerkzeugmaschine (10) als Ganzes kennzeichnenden Bewegungsgröße und eine Vergleichseinrichtung (17) zum Vergleichen des jeweiligen Wertes der Bewegungsgröße mit einem vorgegebenen Schwellwert (s′, v′ oder a′) umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (16) zum Erfassen des jeweiligen Wertes von verschiedenen Bewegungsgrößen (s, v oder a) ausgebildet ist und die Vergleichseinrichtung (17) zum Vergleichen dieser Werte mit zugehörigen Schwellwerten (s′, v′ oder a′) eingerichtet ist, und daß ein Operator (18) vorgesehen ist, der nach Erreichen oder Überschreiten von wenigstens zwei der Schwellwerte (s′, v′ oder a′) einen Aktor (19) zum Unterbrechen der Antriebstätigkeit aktiviert.

6. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (19) als Trennkupplung im Antriebsstrang der Handwerkzeugmaschine (10) und/oder als Schalter zum Abschalten des Motors und/oder als Kupplung zur schlagartigen Verbindung eines Gehäuses (11) der Handwerkzeugmaschine mit dem Antriebsstrang ausgebildet ist.

7. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (16) zum Erfassen des jeweiligen Meßwertes der Bewegungsgröße einen Sensor (20) aufweist, der als Beschleunigungsaufnehmer ausgebildet ist und der Erzeugung eines Beschleunigungssignals dient, und daß darüber hinaus Integrationsglieder (21, 22) zur Bestimmung weiterer Bewegungsgrößen vorgesehen sind.

8. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (16) einen ersten Integrator (21) für das Geschwindigkeitssignal (v) und einen zweiten Integrator (22) für das Wegsignal (s) aufweist.

9. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinrichtung (18′) vorgesehen ist, in der die Schwellwerte (s′, v′ und/oder a′) für die Bewegungsgrößen (v, s und/oder a) nach einem Fuzzy-Algorithmus festlegbar sind.

10. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (18′) durch einen Mikrocontroller gebildet wird.