Verfahren zum Betreiben einer Handwerkzeugmaschine

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, den Zustand eines Drehschlagwerks einer Handwerkzeugmaschine während der Anwendung eines Drehschlagschraubers zu bestimmen. Dabei erfolgt jedoch nur eine Unterscheidung nach Betriebsmodi eines Drehschlagwerks. Bei manchen Anwendungen ist eine bloße Information darüber, dass ein Drehschlagwerk betrieben wird oder nicht, nicht ausreichend. So setzt z.B. beim Einschrauben einer Holzschraube das Drehschlagwerk ein zu arbeiten, während die Holzschraube noch nicht vollständig in das Material eingeschraubt ist, da das erforderliche Drehmoment das sogenannte Ausrückmoment des Drehschlagwerks bereits zu diesem Zeitpunkt überschreitet.

Eine Reaktion rein aufgrund des Zustands des Drehschlagwerks ist also für eine korrekte automatische Systemfunktion, wie beispielswiese ein Abschalten der Handwerkzeugmaschine, nicht zielführend. Trotz bekannter Möglichkeiten, das Einsetzen des Drehschlagwerks zu erkennen, stellen einige Anwendungsfälle hinsichtlich einer Erkennung eines Arbeitsfortschritts beim Verschrauben eine Herausforderung dar, insbesondere Verschraubungen in inhomogenen Materialien, beispielsweise Betonverschraubungen oder Verschraubungen in einer Stahlbetonwand, die Beton, Steine und Eisen enthält.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Handwerkzeugmaschine anzugeben und eine verbesserte Handwerkzeugmaschine bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Handwerkzeugmaschine und eine Handwerkzeugmaschine mit den Merkmalen der jeweils unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in abhängigen Ansprüchen angegeben. Ein Verfahren zum Betreiben einer Handwerkzeugmaschine mit einem Elektromotor umfasst folgende Verfahrensschritte. Es wird ein Modellsignal einer Betriebsgröße des Elektromotors verwendet. Ein Signal der Betriebsgröße des Elektromotors wird erfasst. Das erfasste Signal wird mit dem Modellsignal durch Ermitteln eines Vergleichsparameters auf Basis des erfassten Signals und des Modellsignals verglichen. Der Vergleichsparameter wird mit einem ersten vorgebbaren Schwellwert verglichen. Es wird eine Amplitude des Signals der Betriebsgröße ermittelt. Die ermittelte Amplitude wird mit einem zweiten vorgebbaren Schwellwert verglichen. Ein Arbeitsfortschritt der Handwerkzeugmaschine wird auf Basis des Vergleichs des ermittelten Vergleichsparameters mit dem ersten Schwellwert und des Vergleichs der ermittelten Amplitude mit dem zweiten Schwellwert bestimmt.

Der erste Schwellwert und der zweite Schwellwert beziehen sich auf unterschiedliche Größen. Der erste Schwellwert ist derart definiert, dass er mit dem Vergleichsparameter verglichen werden kann. Der zweite Schwellwert ist derart definiert, dass er mit der Amplitude des Signals der Betriebsgröße verglichen werden kann.

Vorteilhafterweise ermöglicht es das Verfahren, dass der Arbeitsfortschritt beim Betreiben der Handwerkzeugmaschine, beispielsweise ein Arbeitsfortschritt beim Verschrauben einer Schraube mittels der Handwerkzeugmaschine, auch für eine Verschraubung in einem inhomogenen Material zuverlässig erkannt werden kann.

In einer Ausführungsform wird ein Betriebszustand des Elektromotors in Abhängigkeit vom Arbeitsfortschritt angepasst. Die Handwerkzeugmaschine wird also durch das Bestimmen des Arbeitsfortschritts und das Anpassen des Betriebszustandes des Elektromotors in Abhängigkeit vom Arbeitsfortschritt betrieben. Vorteilhafterweise kann eine geeignete Reaktion auf den Arbeitsfortschritt erfolgen, insbesondere auch bei Verschraubungen in inhomogenen Materialen (z.B.: Beton). Das heißt, auch bei inhomogenen Materialen ist eine anwendungsbezogene Reaktion des Handwerkzeugs auf den Arbeitsfortschritt möglich. Durch eine geeignete und anwendungsbezogene Reaktion kann beispielsweise eine Beschädigung einer Schraube oder des Materials, in das sie verschraubt werden soll, verhindert werden. Des Weiteren können Arbeiten mit der Handwerkzeugmaschine schneller durchgeführt werden, was zu einer höheren Produktivität eines Anwenders führt.

In einer Ausführungsform wird der Betriebszustand des Elektromotors angepasst, wenn der ermittelte Vergleichsparameter kleiner ist als der erste Schwellwert und die ermittelte Amplitude des Signals der Betriebsgröße größer ist als der zweite Schwellwert. Vorteilhafterweise kann dadurch eine Kopfauflage eines Schraubenkopfs auf einem zu verschraubenden Material im Rahmen einer Verschraubung erkannt werden.

In einer Ausführungsform wird die Amplitude des Signals der Betriebsgröße auf Basis des Vergleichsparameters oder auf Basis einer Vergleichsparameterschätzung ermittelt.

In einer Ausführungsform umfasst das Anpassen des Betriebszustandes des Elektromotors ein Anpassen der Betriebsgröße oder eines Betriebsgrößenprofils des Elektromotors.

In einer Ausführungsform ist die Betriebsgröße eine Drehzahl des Elektromotors oder eine mit der Drehzahl korrelierte Betriebsgröße. In einer Ausführungsform weist das Modellsignal ein oszillierendes Profil auf. Vorteilhafterweise repräsentiert ein solches Modellsignal einen Schlagbetrieb eines Schlagschraubers oder Drehschlagschraubers, sodass der Schlagbetrieb zuverlässig erkannt werden kann. In einer Ausführungsform wird als Vergleichsparameter eine mittlere quadratische Abweichung oder eine Kreuzkorrelation ermittelt.

Eine Handwerkzeugmaschine umfasst einen Elektromotor mit einem Sensor und eine Steuerungseinrichtung. Der Sensor ist zum Erfassen eines Signals einer Betriebsgröße des Elektromotors ausgebildet. Die Steuerungseinrichtung ist dazu ausgebildet, ein Verfahren gemäß einer der genannten Ausführungsformen durchzuführen. Das Verfahren zum Betreiben einer Handwerkzeugmaschine wird im Folgenden im Zusammenhang mit schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 : Verfahrensschritte eines Verfahrens 1 zum Betreiben einer Handwerkzeugmaschine;

Fig. 2: eine Sequenz unterschiedlicher Arbeitsfortschritte beim Verschrauben einer Schraube in ein inhomogenes Material in einer Querschnittsansicht; und

Fig. 3: eine Handwerkzeugmaschine.

Fig. 1 zeigt schematisch Verfahrensschritte eines Verfahrens 100 zum Betreiben einer Handwerkzeugmaschine. Die Handwerkzeugmaschine umfasst einen Elektromotor. Die Handwerkzeugmaschine kann beispielsweise als ein Schlagschrauber, insbesondere als ein Drehschlagschrauber ausgebildet sein. Die Handwerkzeugmaschine kann jedoch als jede beliebige Handwerkzeugmaschine mit einem Elektromotor ausgebildet sein, insbesondere als eine Handwerkzeugmaschine, bei der eine Erkennung eines Arbeitsfortschritts relevant ist. Beispielsweise kann die Handwerkzeugmaschine als Schlagbohrmaschine ausgebildet sein.

In einem ersten Verfahrensschritt 101 wird ein Modellsignal einer Betriebsgröße des Elektromotors bereitgestellt und verwendet. Die Betriebsgröße des Elektromotors ist beispielhaft eine Drehzahl des Elektromotors. Es kann sich bei der Betriebsgröße jedoch auch um eine mit der Drehzahl korrelierte Betriebsgröße handeln. Das Modellsignal kann beispielsweise auf einem Speicher der Handwerkzeugmaschine bereitgestellt werden. Das Modellsignal kann jedoch auch extern, beispielsweise über ein Endgerät, dass über eine drahtlose Verbindung mit der Handwerkzeugmaschine verbunden ist, bereitgestellt werden. In einem optionalen zweiten Verfahrensschritt 102 kann das Modellsignal segmentiert werden, wenn dies zweckmäßig ist. Das Semgentieren des Modellsignals ist jedoch nicht zwingend erforderlich.

Das Modellsignal der Betriebsgröße kann beispielsweise ein oszillierendes Profil aufweisen. Ein oszillierendes Modellsignal der Betriebsgröße kann beispielsweise durch ein trigonometrisches Signalprofil repräsentiert sein. Das oszillierende Modellsignal repräsentiert beispielsweise einen Schlagbetrieb des Schlagschraubers bzw. Drehschlagschraubers.

Im Folgenden wird ein beispielhaftes und typisches Modellsignal einer Betriebsgröße eines Elektromotors eines Drehschlagschraubers erläutert. Das Modellsignal kann beispielsweise derart gewählt werden, dass die Betriebsgröße in Abhängigkeit von einer Zeit aufgetragen ist. Alternativ kann statt einer Zeit auch eine andere Größe wie beispielsweise ein Motordrehwinkel des Elektromotors als Bezugsgröße gewählt werden.

Das beispielhafte Modellsignal umfasst einen ersten Bereich, der durch ein monotones Anwachsen der Betriebsgröße gekennzeichnet ist, sowie durch einen Abschnitt, in dem die Betriebsgröße annähernd konstant ist. In dem ersten Bereich arbeitet der Drehschlagschrauber ohne Schlag.

In einem zweiten Bereich arbeitet der Drehschlagschrauber in einem Drehschlagbetrieb. Der Drehschlagbetrieb ist durch einen oszillierenden Verlauf der Betriebsgröße gekennzeichnet, wobei die Form der Oszillation beispielsweise trigonometrisch, etwa sinusförmig, oder anderweitig oszillierend sein kann. Diese charakteristische Form der Betriebsgröße im Schlagschraubbetrieb entsteht durch ein Aufziehen und Freilaufen eines Schlagwerksschlägers und einer zwischen Schlagwerk und Elektromotor befindlichen Systemkette u.a. des Getriebes.

In einem dritten Verfahrensschritt 103 wird ein Signal der Betriebsgröße des Elektromotors erfasst. Hierzu weist der Elektromotor einen Sensor zum Erfassen des Signals einer Betriebsgröße des Elektromotors auf. Die Drehzahl des Elektromotors kann beispielsweise mittels eines Hall-Sensors erfasst werden.

In einem vierten Verfahrensschritt 104 wird das erfasste Signal der Betriebsgröße mit dem Modellsignal der Betriebsgröße verglichen. Dies erfolgt durch Ermitteln eines Vergleichsparameters auf Basis des erfassten Signals und des Modellsignals. Als Vergleichsparameter kann beispielsweise eine mittlere quadratische Abweichung oder eine Kreuzkorrelation auf Basis des Modellsignals der Betriebsgröße und des erfassten Signals der Betriebsgröße ermittelt werden. Es kann jedoch auch ein anderer Vergleichsparameter ermittelt werden.

In einem fünften Verfahrensschritt 105 wird der Vergleichsparameters mit einem ersten vorgebbaren Schwellwert verglichen. Der erste vorgebbare Schwellwert kann im Rahmen eines optionalen sechsten Verfahrensschritts 106 beispielsweise durch einen Benutzer der Handwerkzeugmaschine eingestellt werden. Der Benutzer kann den ersten Schwellwert beispielsweise über ein Endgerät der Handwerkzeugmaschine oder über ein Bedienfeld der Handwerkzeugmaschine einstellen. Der erste Schwellwert kann beispielsweise auf dem Speicher der Handwerkzeugmaschine hinterlegt werden.

In einem siebten Verfahrensschritt 107 wird eine Amplitude des Signals der Betriebsgröße ermittelt. Die Amplitude des Signals der Betriebsgröße kann beispielsweise auf Basis des Vergleichsparameters oder auf Basis einer Schätzung des Vergleichsparameters, d.h. auf Basis der Berechnung des Vergleichsparameters, ermittelt werden. Die Amplitude kann jedoch auf eine beliebige Weise auf Basis des Signals der Betriebsgröße ermittelt werden. Dabei kann das Modellsignal berücksichtigt werden, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist.

In einem achten Verfahrensschritt 108 wird die ermittelte Amplitude mit einem zweiten vorgebbaren Schwellwert verglichen. Der zweite Schwellwert kann auf dem Speicher der Handwerkzeugmaschine hinterlegt sein oder in einem optionalen neunten Verfahrensschritt 109 an der Handwerkzeugmaschine oder über ein Endgerät eingestellt werden. In einem zehnten Verfahrensschritt 110 wird ein Arbeitsfortschritt der Handwerkzeugmaschine auf Basis des Vergleichs des ermittelten Vergleichsparameters mit dem ersten Schwellwert und des Vergleichs der ermittelten Amplitude mit dem zweiten Schwellwert bestimmt. Das Bestimmen des Arbeitsfortschritts umfasst ein Prüfen, ob der Vergleichsparameter kleiner oder größer ist als der erste Schwellwert und, ob die Amplitude kleiner oder größer ist als der zweite Schwellwert. Beispielsweise kann eine Kopfauflage eines Schraubenkopfs einer Schraube am zu verschraubenden Material dadurch erkannt werden, dass der Vergleichsparameter kleiner ist als der erste Schwellwert und die Amplitude größer ist als der zweite Schwellwert.

In einem elften Verfahrensschritt 111 wird ein Betriebszustandes des Elektromotors in Abhängigkeit vom Arbeitsfortschritt angepasst, d.h. es erfolgt eine Reaktion auf den Arbeitsfortschritt, beispielsweise einem Arbeitsfortschritt einer Verschraubung.

Das Anpassen des Betriebszustandes des Elektromotors kann beispielsweise ein Anpassen der Betriebsgröße oder eines Betriebsgrößenprofils des Elektromotors umfassen. Dies kann beispielsweise ein Verändern der Drehzahl, d.h. ein Erhöhen der Drehzahl, ein Reduzieren der Drehzahl oder ein Stoppen des Elektromotors umfassen. Es kann beispielsweise auch eine Richtungsumkehr des Elektromotors als Reaktion auf einen Arbeitsfortschritt eingeleitet werden. Das Betriebsgrößenprofil kann beispielsweise derart angepasst werden, dass es beispielsweise zumindest abschnittsweise einen konstanten Anstieg der Betriebsgröße oder beispielsweise eine oszillierende Betriebsgröße mit einer vorgebbaren Schlagfrequenz für einen Schlagbetrieb der Handwerkzeugmaschine repräsentiert.

Wird ein erwünschter Arbeitsfortschritt erreicht, kann dies einem Nutzer signalisiert werden. Beispielsweise kann eine Lampe der Handwerkzeugmaschine dazu ausgebildet sein, zu leuchten, wenn ein gewisser Arbeitsfortschritt erreicht wurde. Beispielsweise kann es sein, dass im Rahmen des Verfahrens 100 hinsichtlich des Arbeitsfortschritts festgestellt wird, dass eine bei einer Verschraubung eine Kopfauflage erreicht wurde, d.h. dass eine Schraube soweit in ein Material verschraubt wurde, bis ein Schraubenkopf am Material, in das die Schraube verschraubt wird, aufliegt.

Eine solche Kopfauflage kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass der ermittelte Vergleichsparameter kleiner ist als der erste Schwellwert und die ermittelte Amplitude des Signals der Betriebsgröße größer ist als der zweite Schwellwert. Sodann kann der Betriebszustand des Elektromotors angepasst werden. Ist der ermittelte Vergleichsparameter kleiner als der erste Schwellwert, bedeutet dies, dass das erfasste Signal im Rahmen einer hinreichenden Genauigkeit mit dem Modellsignal übereinstimmt. Dies kann beispielsweise einen ordnungsgemäßen Schlagbetrieb der Handwerkzeugmaschine signalisieren. Ist nun zusätzlich die Amplitude der Betriebsgröße größer als der zweite Schwellwert, so kann dies beispielsweise eine Kopfauflage signalisieren.

Fig. 2 zeigt schematisch eine beispielhafte Sequenz 200 unterschiedlicher Arbeitsfortschritte beim Verschrauben einer Schraube 206 in ein inhomogenes Material 207 in einer Querschnittsansicht. In der beispielhaften Darstellung der Fig.

2 handelt es sich bei dem inhomogenen Material 207 beispielhaft um Beton oder Stahlbeton. Ein vor dem Verschrauben der Schraube 206 gebohrtes Sackloch 208 ist in Fig. 2 nicht gezeigt, sondern lediglich angedeutet.

Zu einem ersten Zeitpunkt 201 wird die Schraube 206 angesetzt. Die Handwerkzeugmaschine ist noch nicht im Schlagbetrieb. Der Vergleichsparameter ist zum ersten Zeitpunkt 201 größer als der erste Schwellwert. Die Amplitude ist kleiner als der zweite Schwellwert.

Zu einem nachfolgenden zweiten Zeitpunkt 202 ist die Schraube 206 bereits in das inhomogene Material 207 teilweise verschraubt worden. Die Handwerkzeugmaschine beginnt mit dem Schlagbetrieb. Zu diesem Zeitpunkt ist der Vergleichsparameter kleiner als der erste Schwellwert. Die Amplitude der Betriebsgröße ist zum zweiten Zeitpunkt 202 kleiner als der zweite Schwellwert. Eine Kopfauflage wurde noch nicht erreicht. Zu einem nachfolgenden dritten Zeitpunkt 203 ist die Schraube 206 noch weiter in das inhomogene Material 207 verschraubt worden. In diesem Bereich weist das inhomogene Material 207 beispielhaft einen Kiesel oder Stahl auf. Der Vergleichswert ist kleiner als der erste Schwellwert. Die Handwerkzeugmaschine ist im Schlagbetrieb. Die Amplitude ist gegenüber dem zweiten Zeitpunkt 202 erhöht, jedoch nicht größer als der zweite Schwellwert. Eine Kopfauflage wurde aus diesem Grund noch nicht erkannt.

Zu einem nachfolgenden vierten Zeitpunkt 204 ist die Schraube 206 weiter in das inhomogene Material 207 verschraubt worden. Der Vergleichsparameter ist kleiner als der erste Schwellwert. Die Amplitude ist zum vierten Zeitpunkt 204 kleiner als der zweite Schwellwert, da eine Kopfauflage eines Schraubenkopfs 210 auf dem inhomogenen Material 207 noch nicht erreicht wurde.

Zu einem nachfolgenden fünften Zeitpunkt 205 ist die Schraube 206 vollständig verschraubt worden. Der Schraubenkopf 210 liegt an einer Oberfläche 211 des inhomogenen Materials 207 an. In diesem Fall ist der Vergleichsparameter kleiner als der erste Schwellwert. Zusätzlich ist die Amplitude größer als der zweite Schwellwert. Die Kopfauflage wurde erreicht und wird richtig erkannt. Auf Basis dieses Arbeitsfortschritts kann nun eine Reaktion erfolgen und der Betriebszustand des Elektromotors angepasst werden.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Handwerkzeugmaschine 10.

Die Handwerkzeugmaschine 10 weist neben dem Elektromotor 11 mit dem Sensor 12 zum Erfassen des Signals der Betriebsgröße und dem Speicher 13 eine Steuerungseinrichtung 14 auf. Die Steuerungseinrichtung 14 ist dazu ausgebildet, den Vergleichsparameter zu ermitteln und den Vergleichsparameter mit dem ersten Schwellwert zu vergleichen. Die Steuerungseinrichtung 14 ist ferner dazu ausgebildet, die Amplitude des Signals der Betriebsgröße zu ermitteln und die ermittelte Amplitude des Signals der Betriebsgröße mit dem zweiten Schwellwert zu vergleichen. Die Steuerungseinrichtung 14 ist ferner dazu ausgebildet, einen Arbeitsfortschritt in Abhängigkeit der Vergleiche zu ermitteln und den Arbeitsfortschritt zu signalisieren, indem sie beispielswiese eine Lampe der Handwerkzeugmaschine 10 aktiviert und den Arbeitsfortschritt durch Leuchten oder Blinken anzeigt. Die Steuerungseinrichtung 14 kann auch dazu ausgebildet sein, eine Reaktion einzuleiten, d.h. die Betriebsgröße des Elektromotors 11 anzupassen, wenn der Vergleichsparameter kleiner ist als der erste Schwellwert und die ermittelte Amplitude größer ist als der zweite Schwellwert.