DE29909200U1 - Operating hours counter for a working device which emits vibrations or vibrations during operation, in particular a manual working device driven by an internal combustion engine - Google Patents
Operating hours counter for a working device which emits vibrations or vibrations during operation, in particular a manual working device driven by an internal combustion engineInfo
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Description
Betriebsstundenzähler für ein beim Betrieb Vibrationen bzw. Schwingungen aussendendes Arbeitsgerät, insbesondere ein verbrennungsmotorisch angetriebenes HandarbeitsgerätOperating hour counter for a working device that emits vibrations or oscillations during operation, in particular a hand-held tool powered by an internal combustion engine
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet Überwachung von Maschinen. Sie betrifft einen Betriebsstundenzähler für ein beim Betrieb Vibrationen bzw. Schwingungen aussendendes Arbeitsgerät, insbesondere ein verbrennungsmotorisch angetriebenes Handarbeitsgerät.The present invention relates to the field of machine monitoring. It relates to an operating hour counter for a working device that emits vibrations or oscillations during operation, in particular a hand-held tool driven by an internal combustion engine.
Zur Beurteilung von Baugruppen bzw. Bauteilen von verbrennungsmotorisch angetriebenen Arbeitsgeräten im Praxiseinsatz hinsichtlich Verschleiß, Dauerfestigkeit usw. ist die Kenntnis der Laufzeit des Arbeitsgerätes erforderlich. Auch in Verbindung mit Garantieansprüchen sowie bei der Abgasproblematik in bestimmten Ländern wie z.B. den USA (abgas-In order to assess assemblies or components of combustion engine-driven work equipment in practical use with regard to wear, fatigue strength, etc., it is necessary to know the service life of the work equipment. This is also important in connection with warranty claims and with the exhaust gas problem in certain countries such as the USA (exhaust gas
relevante Teile) spielt die Beurteilung der Maschinenlaufzeit eine wichtige Rolle. In der Fahrzeugtechnik beispielsweise sind Systeme zur Erfassung der Laufzeiten hinlänglich bekannt. Diese Systeme werden aber vorwiegend elektrisch bzw. mechanisch angesteuert. relevant parts), the assessment of machine running time plays an important role. In automotive engineering, for example, systems for recording running times are well known. However, these systems are mainly controlled electrically or mechanically.
Gegenwärtig werden die Laufzeiten von verbrennungsmotorisch angetriebenen Geräten durch die Abschätzung der Anzahl von Tankfüllungen bzw. durch den Einsatz von elektrisch aus der Zündanlage des Gerätes angesteuerten Betriebsstundenzählern durchgeführt. Elektrisch angesteuerte Zähler werden auch gegenwärtig jedoch nur im Entwicklungsprozess (Praxiseinsatz) eines solchen Gerätes verwendet. Nachteilig bei den elektrisch angesteuerten Zählern ist, dass ständig eine Verbindung zum Hochspannungsteil der Zündspule vorhanden sein muss. Der Anwender kann hierbei leicht eingreifen und das Zählen der Betriebszeit manipulieren. Currently, the running times of devices powered by combustion engines are determined by estimating the number of tank fills or by using operating hour counters that are electrically controlled by the device's ignition system. However, electrically controlled counters are currently only used in the development process (practical use) of such a device. The disadvantage of electrically controlled counters is that there must be a constant connection to the high-voltage part of the ignition coil. The user can easily intervene and manipulate the counting of the operating time.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Betriebsstundenzähler zu schaffen, der auf einfache und sichere Weise die Betriebszeit z.B. einer Motorsäge ermittelt, ohne dass der Anwender unkontrolliert eingreifen kann.It is therefore an object of the invention to provide an operating hour counter which determines the operating time of, for example, a chainsaw in a simple and safe manner without the user being able to intervene in an uncontrolled manner.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, den Betriebsstundenzähler durch einen Kontaktgeber schwingungserregt anzusteuern, und den Betriebsstundenzähler bzw. den steuernden Kontaktgeber fest mit dem Arbeitsgerät bzw. dessen motorischer Antriebseinheit zu verbinden. Hierdurch kann ein manipulierender Eingriff des Anwenders praktisch ausgeschlossen werden. Die Anordnung des Betriebsstundenzählers am Gerät kann dabei den jeweiligen Erfordernissen (Gerätetyp, Gerätegeometrie etc.) flexibel angepasst werden.The object is achieved by the totality of the features of claim 1. The core of the invention consists in controlling the operating hours counter by means of a contactor in a vibration-excited manner and in firmly connecting the operating hours counter or the controlling contactor to the working device or its motor drive unit. This practically excludes any manipulation by the user. The arrangement of the operating hours counter on the device can be flexibly adapted to the respective requirements (device type, device geometry, etc.).
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Betriebsstundenzähler, die auf der Geberseite besonders einfach und funktionssicher ausgebildet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktgeber ein Paar von Kontakten umfasst, die elastisch aufgehängt sind und sich gegeneinander schwingend kontaktieren.A first preferred embodiment of the operating hour counter according to the invention, which is designed to be particularly simple and functionally reliable on the sensor side, is characterized in that the contact sensor comprises a pair of contacts which are elastically suspended and contact each other in a swinging manner.
Ein sehr sicherer und hinsichtlich der Auswertbarkeit komfortabler Betriebsstundenzähler ergibt sich, wenn gemäss einer zweiten bevorzugten Ausführungsform die Zählschaltung einen MikroController umfasst, der aus einer in den Betriebsstundenzähler integrierten Batterie mit Betriebsspannung versorgt und mit einer fest vorgegebenen Taktfrequenz betrieben wird, und wenn die Taktfrequenz des MikroControllers durch einen Schwingquarz festgelegt ist.A very safe and, in terms of evaluability, convenient operating hour counter is obtained if, according to a second preferred embodiment, the counting circuit comprises a microcontroller which is supplied with operating voltage from a battery integrated in the operating hour counter and is operated with a fixed clock frequency, and if the clock frequency of the microcontroller is determined by an oscillating quartz.
Eine bevorzugte Weiterbildung dieser Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller einen Detektionseingang aufweist, dass der Kontaktgeber derart an den Detektionseingang angeschlossen ist, dass sich beim Umschalten des Kontaktgebers von einem Kontaktzustand in den anderen Kontaktzustand der logische Pegel am Detektionseingang des Mikrocontrollers ändert, und dass der Mikrocontroller derart programmiert ist, dass er bei Aenderung des logischen Pegels am Detektionseingang aus einem stand-by-Zustand aufgeweckt wird und in Echtzeit eine vorgegebene Zeitspanne weiterzählt, und nach Ablauf dieser Zeitspanne den Detektionseingang wieder abfragt, ob eine Pegeländerung vorliegt, und weiterzählt, wenn eine solche Aenderung vorliegt, oder in den stand-by-Zustand zurückfällt, wenn keine solche Aenderung vorliegt. Bevorzugt wird der Mikrocontroller dabei mit einer Taktfrequenz von mehreren kHz, vorzugsweise 32,768 kHz betrieben, und beträgt die Zeitspanne zwischen zwei Abfragen des Detektionseingangs mehrere Sekunden, vorzugsweise etwa 5 Sekunden.A preferred development of this embodiment is characterized in that the microcontroller has a detection input, that the contactor is connected to the detection input in such a way that when the contactor switches from one contact state to the other contact state, the logic level at the detection input of the microcontroller changes, and that the microcontroller is programmed in such a way that when the logic level at the detection input changes, it is woken up from a standby state and continues counting in real time for a predetermined period of time, and after this period of time has elapsed, it queries the detection input again to see whether there is a level change and continues counting if there is such a change, or falls back to the standby state if there is no such change. The microcontroller is preferably operated with a clock frequency of several kHz, preferably 32.768 kHz, and the time period between two queries of the detection input is several seconds, preferably about 5 seconds.
Ein einfache und manipulationssichere Auswertung des Betriebsstundenzählers wird erreicht, wenn gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung der Betriebsstundenzähler fest mit dem Arbeitsgerät verbunden ist, eine Vorrichtung zur Abfrage des jeweiligen Standes der Zählschaltung vorgesehen ist, die Zählschaltung bzw. der MikroController einen Eingang aufweist, welcher durch die Abfragevorrichtung ansteuerbar ist, und durch Eingabe einer bestimmten Datenfolge in den Eingang die Zählschaltung bzw. der MikroController aufgefordert werden kann, dass Zählergebnis an die Abfragevorrichtung abzugeben.A simple and tamper-proof evaluation of the operating hours counter is achieved if, according to another embodiment of the invention, the operating hours counter is permanently connected to the work device, a device is provided for querying the current status of the counting circuit, the counting circuit or the microcontroller has an input which can be controlled by the query device, and by entering a specific data sequence into the input, the counting circuit or the microcontroller can be requested to pass the counting result to the query device.
Die Manipulationssicherheit wird weiter erhöht, wenn gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung in die Zählschaltung bzw. den Mikrocontroller die Seriennummer des Arbeitsgerätes, an welchem der Betriebsstundenzähler befestigt ist, auslesbar eingespeichert ist, und der Zählerinhalt und ggf. die eingespeicherte Seriennummer gegen ein Ueberschreiben bzw. Löschen durch eine unbefugte Person gesichert sind.The security against manipulation is further increased if, according to an advantageous further development, the serial number of the work tool to which the operating hour counter is attached is stored in a readable manner in the counting circuit or the microcontroller, and the counter content and, if applicable, the stored serial number are protected against overwriting or deletion by an unauthorized person.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Further embodiments emerge from the dependent claims.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnungen näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt dabei die elektrische Schaltung eines Betriebsstundenzählers gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Grundgedanke für das vorgeschlagene System geht davon aus, dass das zu überwachende Arbeitsgerät im Betrieb Schwingungen bzw. Vibrationen emittiert, die durch einen Sensor erfasst werden. Diese Schwingungen sind im motorischen Betrieb vorwiegend über 10 g gross. Deshalb unterscheiden sich diese Schwingungen normalerweise von einzelnen Stössen, wie sie z.B. während des Transports bzw. der Lagerung des Arbeitsgerätes entstehen. Ein geeignet ausgebildeter Sensor kann deshalb zwischen Motorbetrieb und "Störschwingungen" unterscheiden.The invention will be explained in more detail below using an embodiment in conjunction with the drawings. The single figure shows the electrical circuit of an operating hour counter according to a preferred embodiment of the invention. The basic idea for the proposed system is that the implement to be monitored emits oscillations or vibrations during operation, which are detected by a sensor. These oscillations are mainly over 10 g in motor operation. These oscillations are therefore normally different from individual shocks, such as those that occur during transport or storage of the implement. A suitably designed sensor can therefore distinguish between motor operation and "interference oscillations".
Zusätzlich kann beim Betriebsstundenzähler eine Kalibriermöglichkeit vorgesehen werden.In addition, a calibration option can be provided for the operating hour counter.
Der elektrische Aufbau des Systems ist in der Figur dargestellt. Beim gezeigten Betriebsstundenzähler 10 wird die Detektion durch eine Anordnung von elastisch aufgehängten Kontakten 12, 13 erreicht, die zusammen einen Kontaktgeber 11 bilden. Werden die beiden Kontakte 12, 13 den Schwingungen des Arbeitsgerätes ausgesetzt, schwingen sie gegeneinander. Werden mechanische Schwingungen entsprechender Grosse erreicht, so wird durch Berührung der Kontakte 12, 13 kurzzeitig ein Stromkreis geschlossen, der zur Auslösung eines Zählvorgangs in einer an den Kontaktgeber 11 angeschlossenen Zählschaltung 18 führt. Die Sensibilität des Kontaktgebers 11 wird dabei durch die freie Schwinglänge der Kontakte 12,13 beeinflusst bzw. bestimmt. Der Kontaktgeber 11 ist an einen Detektionseingang GP3 der Zählschaltung angeschlossen. Ein paralleler Kondensator C3 dient zur Entstörung des Kontaktgebers 11. Ein Widerstand R6 bildet den Arbeitswiderstand, der den Detektionseingang GP3 bei offenem Kontaktgeber 11 über den Widerstand R4 auf das positive Potential einer angeschlossenen Batterie 16 legt. Wird der Kontaktgeber 11 geschlossen, wird der Detektionseingang GP3 auf Nullpotential gelegt.The electrical structure of the system is shown in the figure. In the operating hour counter 10 shown, detection is achieved by an arrangement of elastically suspended contacts 12, 13, which together form a contactor 11. If the two contacts 12, 13 are exposed to the vibrations of the working device, they oscillate against each other. If mechanical vibrations of a corresponding magnitude are reached, contacting the contacts 12, 13 briefly closes an electrical circuit, which triggers a counting process in a counting circuit 18 connected to the contactor 11. The sensitivity of the contactor 11 is influenced or determined by the free oscillation length of the contacts 12, 13. The contactor 11 is connected to a detection input GP3 of the counting circuit. A parallel capacitor C3 serves to suppress interference in the contactor 11. A resistor R6 forms the working resistance, which sets the detection input GP3 to the positive potential of a connected battery 16 via the resistor R4 when the contactor 11 is open. If the contactor 11 is closed, the detection input GP3 is set to zero potential.
Das sogenannte Herz des Betriebsstundenzählers 10 bzw. der Zählschaltung 18 ist ein spezieller MikroController 14 (z.B. vom Typ PIC12C672 der Firma Microchip Technology Inc.). Dieser Prozessor arbeitet mit einer Taktfrequenz von 32,768 kHz. Dies wird durch einen Schwingquarz 15 realisiert. Die beiden Kondensatoren C1 und C2 dienen zur Verbesserung des Anschwingverhaltens. Das Masterclear wird auf intern programmiert. Damit können zusätzliche Bauelemente, die bei einer externen Beschaltung erforderlich wären, vermieden werden. Somit entstehen für den autarken Betrieb des Mikrocontrollers 14 nur geringe Bauelementekosten. The so-called heart of the operating hours counter 10 or the counting circuit 18 is a special microcontroller 14 (e.g. type PIC12C672 from Microchip Technology Inc.). This processor operates at a clock frequency of 32.768 kHz. This is achieved by an oscillating quartz 15. The two capacitors C1 and C2 serve to improve the oscillation behavior. The master clear is programmed internally. This means that additional components that would be required for external wiring can be avoided. This means that only low component costs arise for the autonomous operation of the microcontroller 14.
Die Versorgung des Betriebsstundenzählers 10 übernimmt eine Batterie 16 mit einer Kapazität von 50 mAh. Bei einem Stromverbrauch von ca. 300 nA im stand-by-Zustand und ca. 15 &mgr;&Agr; im aktivierten Zustand ist die Lebensdauer des Betriebsstundenzählers 10 wesentlich grosser als die der Motoreinheit des Arbeitsgerätes.The operating hour counter 10 is powered by a battery 16 with a capacity of 50 mAh. With a power consumption of approximately 300 nA in the stand-by state and approximately 15 μα in the activated state, the service life of the operating hour counter 10 is significantly longer than that of the motor unit of the implement.
Wie bereits erwähnt, wird bei Veränderung des logischen Pegels am Detektionseingang GP3 der Schaltkreis aufgeweckt und zählt dann in Echtzeit eine vorgegebene Zeit, z.B. 5 Sekunden. Nach Ablauf dieser Zeit wird der Detektionseingang GP3 vom Mikrocontroller 14 nochmals abgefragt, ob eine Detektion vorliegt. Liegt eine Detektion vor, d.h., ist der Kontaktgeber 11 erneut (aufgrund von Schwingungen des Motorbetriebs) geschlossen, beginnt der Zählvorgang erneut; anderenfalls fällt der Schaltkreis zurück in den stand-by-Zustand.As already mentioned, when the logic level at the detection input GP3 changes, the circuit is woken up and then counts a predefined time in real time, e.g. 5 seconds. After this time has elapsed, the detection input GP3 is again checked by the microcontroller 14 to see whether a detection has occurred. If a detection has occurred, i.e. the contactor 11 is closed again (due to vibrations in the motor operation), the counting process begins again; otherwise the circuit falls back into the standby state.
Gleichzeitig ist es möglich, den Mikrocontroller 14 über einen anderen Eingang GPO aufzuwecken. Hier wird dann über eine am Betriebsstundenzähler 10 angebrachte Anschlussbuchse 17 mittels eines eingesteckten Lesegerätes eine Datenübertragung (über einen speziellen Konverter) eingeleitet, wobei der Eingang GPO sowohl Daten empfangen, als auch senden kann. Ein spezielles Signalspiel bzw. eine spezielle Datenfolge sorgt für das sichere Auslesen der bereits gezählten Betriebszeit. Zusätzlich kann zu dieser Betriebszeit die Seriennummer des überwachten Arbeitsgerätes ausgelesen werden, die aus Sicherheitsgründen im Mikrocontroller 14 abgespeichert ist. Ist im Schaltkreis durch den Erstprogrammierer des Geräteherstellers ein Securitybit gesetzt worden, so kann der Schaltkreis nicht mehr überschrieben werden. Somit sind Fremdeingriffe in den Betriebsstundenzähler 10 wirkungslos.At the same time, it is possible to wake up the microcontroller 14 via another GPO input. Here, a data transfer (via a special converter) is then initiated via a connection socket 17 attached to the operating hours counter 10 using a plugged-in reader, whereby the GPO input can both receive and send data. A special signal sequence or a special data sequence ensures that the operating time already counted is read out safely. In addition, the serial number of the monitored work device can be read out for this operating time; this is stored in the microcontroller 14 for security reasons. If a security bit has been set in the circuit by the device manufacturer's initial programmer, the circuit can no longer be overwritten. This means that external interventions in the operating hours counter 10 are ineffective.
Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung ein Betriebsstundenzähler, der einfach und funktionssicher ist, sich leicht elektronisch auslesen lässt, und sich durch eine hohe Sicherheit gegen Manipulationen auszeichnet.Overall, the invention results in an operating hour meter that is simple and reliable, can be easily read electronically, and is characterized by a high level of security against manipulation.
BEZEICHNUNGSLISTELIST OF DESIGNATIONS
Claims (12)
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Legal Events
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| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20001116 |
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| R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 20021203 |