-
Die
Erfindung betrifft ein Bohrgerät,
insbesondere eine handgeführte
Schlagbohrmaschine oder einen handgeführten Bohrhammer mit elektrischem
Antriebsmotor gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs
-
Handgeführte Elektrowerkzeuge
oder Bohrwerkzeuge in Form von Schlagbohrmaschinen und Bohrhämmern sind
wohlbekannt und werden sowohl für
den professionellen Bedarf als auch für den Heimwerkerbedarf in großen Stückzahlen
verkauft. Mit dieser Art von handgeführten Bohrgeräten wird
in der Regel Mauerwerk, Beton oder Stein gebohrt, wobei sowohl vertikal
als auch horizontal gebohrt werden kann. Zum Bohren werden gewöhnlich Bohrwerkzeuge
in Form von sogenannten Spiralbohrern benutzt, die eine entlang
des Bohrwerkzeugs verlaufende schraubenlinienförmige Drallnut besitzen, durch
welche das von der Bohrwerkzeugspitze im Bohrloch gelöste Bohrklein
oder Bohrmehl aus dem Bohrloch herausgefördert wird.
-
Wenn
mit solchen Bohrgeräten
senkrecht oder schräg
nach unten gebohrt wird, wird das im Bohrloch gelöste Bohrklein
oder Bohrmehl langsamer als beim horizontalen Bohren oder beim Bohren vertikal
nach oben vom Bohrwerkzeug durch die Drallnut zur Bohrlochmündung gefördert. Dies
führt dazu,
dass der auf das Bohrwerkzeug einwirkende Drehwiderstand im Bohrloch
und damit der Energieverbrauch für
den Bohrvorgang ansteigt. Unter ungünstigen Umständen kann
es sogar zu einem Festsetzen oder Blockieren des Bohrwerkzeugs im
Bohrloch kommen, was bei Unachtsamkeit des Bedieners des Bohrgeräts dazu
führen
kann, dass sich das letztere dreht und aus dem Griff löst, wodurch
nicht selten Verletzungen des Bedieners verursacht werden.
-
Wenn
mit solchen Bohrgeräten
andererseits durch eine Wand oder ein anderes Werkstück aus Beton
oder Stein hindurch gebohrt wird, kommt es beim Austritt des Bohrwerkzeugs
aus der Wand oder dem Werkstück
nicht selten um das Bohrloch herum zu einem Abplatzen von größeren Stücken des
Betons oder Steins, das in der Regel unerwünscht ist.
-
Aus
der
DE 101 37 736
A1 ist bereits ein Bohrgerät der eingangs genannten Art
bekannt, bei dem zur Optimierung des Betriebszustands u.a. Parameter
erfasst werden, die den Ist-Betriebszustand des Bohrgeräts charakterisieren,
wie seine augenblickliche Schlagfrequenz und Drehzahl, die auf das Werkzeug
einwirkende Längsbeschleunigung und/oder
Querbeschleunigung, sowie die Leistung des Bohrgeräts. Auf
der Basis der erfassten Parameter wird eine Prozessanalyse durchgeführt, um
parameterspezifische Merkmale zu erhalten, die ausgewertet werden,
um eine den Ist-Betriebszustand charakterisierende Information zu
erhalten. Dann werden bekannte, den Betriebszustand beschreibende Referenzdaten
des eingesetzten Werkzeugs sowie des Materials des zu bearbeitenden
Gegenstan des in Abhängigkeit
von einem vorgegebenen Gütekriterium
ausgewählt
und durch Vergleich der den Ist-Betriebszustand charakterisierenden
Information mit den ausgewählten
Referenzdaten ein optimaler Arbeitspunkt ermittelt, auf dessen Grundlage
Drehzahl und Schlagfrequenz geregelt werden. Wenn sich während des
Bohrens der Ist-Betriebszustand des Bohrgeräts verändert, zum Beispiel infolge
eines Drehmomentanstiegs die aufgenommene Leistung ansteigt und
die Drehzahl absinkt, wird dieser veränderte Betriebszustand mit
den Referenzdaten verglichen, was voraussichtlich dazu führen wird,
dass das Kennlinienfeld eines härteren
Materials besser zum augenblicklichen Ist-Betriebszustand passt
und daher die Schlagzahl erhöht
wird, wenn als Gütekriterium
maximaler Bohrfortschritt gewählt
worden ist, d.h. die Forderung, ein Bohrloch in möglichst
kurzer Zeit und unter Außerachtlassung
des Energieeinsatzes zu erzielen. Wenn der Drehmomentanstieg jedoch nicht
auf ein härteres
Material zurückzuführen ist, sondern
auf ein weiches Material und eine dadurch bedingte ungenügende Abförderung
von Bohrklein aus dem Bohrloch beim Bohren nach unten, kann das
bekannte Optimierungsverfahren dazu führen, dass sich das Werkzeug
im Bohrloch festsetzt. Bei Unachtsamkeit des Bedieners kann dies
wiederum zur Folge haben, dass sich das Bohrgerät aus dem Griff des Bedieners
löst und
bei diesem zu Verletzungen führt.
-
Aus
der
DE 195 31 484
C2 ist es bei einem tragbaren Werkzeug in Form einer Handbohrmaschine
bereits an sich bekannt, eine Einrichtung zur Einstellung der Lage
des Werkzeugs vorzusehen, welche die Einstellung beliebiger Winkelstellungen
des Werkzeugs ermöglicht,
und das Werkzeug mit einem werkzeuginternen Sensor zur Erfassung
der tatsächlichen
Winkelstellung zu versehen, wobei eine Auswerte-/Regeleinheit die
tatsächlich
erfasste Winkelstellung mit der eingestellten Winkelstellung vergleicht
und die Differenz zwischen den beiden Größen zur Anzeige bringt bzw.
zur Unterbrechung der Energiezufuhr zum Werkzeug ausnutzt, wenn
die Differenz einen vorgegebenen Toleranzwert überschreitet.
-
Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bohrgerät der vorgenannten Art
dahingehend zu verbessern, dass ein Festsetzen des Bohrwerkzeugs
im Bohrloch beim Bohren nach unten vermieden werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Das
erfindungsgemäße Bohrgerät weist
den Vorteil auf, dass beim Bohren nach unten ein Festsetzen des
Bohrers und somit das dadurch für
den Bediener entstehende Verletzungsrisiko vermieden wird. Durch
den Sensor zur Erfassung der Ausrichtung der Bohrachse des Bohrgeräts ist es
möglich, festzustellen,
ob im Wesentlichen nach unten oder im Wesentlichen horizontal gebohrt
wird, während
es die Sensorik zur Erfassung mindestens eines Bohrbetriebsparameters,
zum Beispiel der Drehzahl oder des Drehmoments des Bohrgeräts ermöglicht,
Veränderungen
des Verhaltens des Bohrgeräts
im Betrieb zu erfassen, so dass die Ausgangssignale der Sensorik,
die für
diese Veränderungen
bezeichnend sind, unter Berücksichtigung
der Signale vom Sensor ausgewertet werden können, um ansprechend auf die
Auswertung der Ausgangssignale die Bewegung des Bohrwerkzeugs zu
verändern.
Diese Veränderung
besteht erfindungsgemäß darin,
dass ein Schlagwerk des Bohrgeräts
zeitweilig abgeschaltet wird, wenn die Sensorik einen Anstieg des
Drehwider stands und der Sensor eine vertikal oder steil nach unten
geneigte Ausrichtung der Bohrachse anzeigt, was von der Auswerteschaltung
als Anzeichen für
eine ungenügende
Abförderung
von Bohrklein oder Bohrmehl aus dem Bohrloch angesehen wird. Weiter
kann die Drehzahl des Antriebsmotors des Bohrgeräts verringert werden, wenn
die Sensorik einen Abfall des Drehwiderstands feststellt und der Sensor
eine im Wesentlichen horizontale Ausrichtung des Bohrlochs anzeigt,
was von der Auswerteschaltung als Anzeichen für einen unmittelbar bevorstehenden
Austritt des Bohrwerkzeugs aus einer Wand nach deren Durchbohren
gedeutet wird.
-
In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der
Sensor zur Erfassung der Ausrichtung der Bohrachse des Bohrgeräts ein Neigungssensor
oder mindestens ein sogenannter Beschleunigungssensor ist, mit dessen
Hilfe von der Auswerteschaltung die Ausrichtung des Bohrgeräts vor Beginn
oder während
des Bohrens erkannt werden kann.
-
Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die
Sensorik zur Erfassung von Parametern des Bohrbetriebs einen Drehzahlsensor
umfasst, der als Parameter die momentane Drehzahl des Bohrwerkzeugs
oder eines Antriebsmotors des Bohrgeräts abgreift und mit einer vorgegebenen
Mindestdrehzahl oder einem kurz zuvor abgegriffenen Drehzahlwert
vergleicht, um Veränderungen
der Drehzahl zu erfassen, die zum Beispiel ein Anzeichen für ein bevorstehendes
Festsetzen des Bohrwerkzeugs oder einen unmittelbar bevorstehenden
Durchbruch desselben durch eine Wand sind. Da die Drehzahl des Bohrwerkzeugs
bei den meisten Bohrgeräten
zur Anpassung an unterschiedliche Bohrwerkzeugdurchmesser und Werkstückmaterialien
einstellbar ist, ist die oben genannte vorgegebene Mindestdrehzahl
zweckmäßig von
der eingestellten Drehzahl abhängig.
Alternativ könnte auch
ein Drehmomentsensor verwendet werden, wobei in diesem Fall die
Auswerteeinrichtung zweckmäßig das
vom Drehmomentsensor erfasste Drehmoment mit einem kurz zuvor vom
Sensor erfassten Drehmomentwert vergleicht. Grundsätzlich wäre auch
ein Vergleich mit einem vorgegebenen Drehmomentwert denkbar, jedoch
müsste
das Bohrgerät dann
eine Einrichtung zum Eingeben oder Messen des Durchmessers des Bohrwerkzeugs
aufweisen, da das gemessene Drehmoment stark von diesem abhängig ist.
-
Hingegen
eignet sich ein Drehmomentsensor besonders gut zur Feststellung
eines unmittelbar bevorstehenden Durchbruchs des Bohrwerkzeugs durch
eine Wand oder dergleichen, da es bereits kurz vor dem Durchbruch
zu einer spürbaren
Reduzierung des Widerstanddrehmoments des Bohrwerkzeugs kommt. Durch
Vergleich des momentanen Drehmoments am Antriebsmotor, oder alternativ
der vom Drehmoment abhängigen
Strom- oder Leistungsaufnahme des Antriebsmotors des Bohrgeräts mit einem kurz
zuvor ermittelten Drehmoment kann dieser Drehmomentabfall festgestellt
werden.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus den übrigen,
in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.
-
Zeichnungen
-
Die
Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht einer Schlagbohrmaschine;
-
2 eine
vergrößerte Ansicht
eines Neigungssensors der Schlagbohrmaschine bei einer vertikaler
Ausrichtung der Bohrachse der Schlagbohrmaschine;
-
3 eine
vergrößerte Ansicht
eines Neigungssensors der Schlagbohrmaschine bei schräger Ausrichtung
der Bohrachse;
-
4 eine
vergrößerte Ansicht
eines Neigungssensors der Schlagbohrmaschine bei horizontaler Ausrichtung
der Bohrachse;
-
5 ein
Blockschaltbild von Komponenten der Schlagbohrmaschine.
-
Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
-
Die
in der Zeichnung dargestellte Schlagbohrmaschine 2 besteht
im Wesentlichen aus einem Gehäuse 4 mit
einem Griffteil 6, einem über das Gehäuse 4 überstehenden
Bohrfutter 8 zum Einspannen eines Bohrers oder eines anderen
Bohrwerkzeugs 10.
-
Wie
bei den meisten handelsüblichen Schlagbohrmaschinen
ist das Gehäuse 4 am
Griffteil 6 mit einem Ein-/Aus-Schalter 12, einem
in den Ein-/Aus-Schalter 12 integrierten Stellrad 14 zur
Einstellung der Drehzahl des Bohrfutters 8, einem Feststellknopf 16 für den Dauerbetrieb
der Bohrmaschine 2 und einem Schalter 18 zur Umschaltung
der Drehrichtung des Bohrfutters 8 versehen. Auf der Oberseite
des Gehäuses 4 befindet
sich ein Schiebeschalter 20 zur Umschaltung von reinem
Bohrbetrieb auf Schlagbohrbetrieb und umgekehrt. Das Gehäuse 4 umschließt einen
elektrischen Antriebsmotor und ein Getriebe (nicht dargestellt)
und ist zur Belüftung
des Motors an seinen Seitenflächen
und auf seiner Oberseite mit Lüftungsschlitzen 22 versehen.
-
Neben
dem Motor und dem Getriebe umschließt das Gehäuse weiter einen Neigungssensor 24 zur
Erfassung der Ausrichtung einer Bohrachse des Bohrwerkzeugs 10,
einen Drehzahlsensor 26 zur Messung der Drehzahl des Bohrwerkzeugs 10 oder des
Antriebmotors der Bohrmaschine 2, sowie einen Drehmomentsensor 28 zur
Erfassung des von einem Werkstück
auf das Bohrfutter und den Antriebsmotor ausgeübten Widerstandsdrehmoments,
von denen in 1 nur der Neigungssensor 24 schematisch
dargestellt ist.
-
Wie
am besten in 2 dargestellt, besteht dieser
Neigungssensor 24 aus einem geschlossenen Gehäuse 30,
beispielsweise einer Ampulle aus Glas, das etwa zu einem Viertel
mit Quecksilber oder einer anderen elektrisch leitenden Flüssigkeit 32 gefüllt ist. Das
Gehäuse 30 ist
im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine zu einer Bohr achse
B der Bohrmaschine 2 parallele Achse A und weist an seinem
dem Bohrfutter 8 zugewandten Ende einen nach außen zu konisch
verjüngten
Vorsprung 34 auf. In das Gehäuse 30 münden insgesamt
vier Kontakte 36, 38, 40, 42.
Drei der Kontakte 36, 40, 42 sind drahtförmig ausgebildet
und so in eine Wand 44 des Gehäuses 30 eingeschweißt, dass
ihre freien Enden ins Gehäuseinnere
münden.
Von diesen drei Kontakten 36, 40, 42 ist
der erste 36 am äußersten
Ende des verjüngten
Vorsprungs 34 angeordnet, während die beiden anderen an
entgegengesetzten Stirnenden 46, 48 des Gehäuses 30 angeordnet
sind, und zwar beide auf der zum Griffteil 6 der Bohrmaschine 2 benachbarten
Seite des Gehäuses 30.
Der vierte Kontakt 38 ist ringförmig ausgebildet, umgibt die
Innenseite des konischen Vorsprungs 34 und ist über einen
in die Wand 44 des Gehäuses 30 eingeschweißten Verbindungsdraht 50 nach
außen
geführt.
-
Durch
diese Anordnung wird erreicht, dass der erste und der vierte Kontakt 36, 38 immer
dann durch die leitende Flüssigkeit 30 elektrisch
verbunden sind, wenn die Bohrachse B der Bohrmaschine 2 unter
einem Winkel von mehr als 45 Grad zur Horizontalen H ausgerichtet
ist, wie in 2 für einen Winkel von 90 Grad
dargestellt. Wenn die Bohrachse B hingegen flacher als 45 Grad geneigt
ist, fließt
die Flüssigkeit 32 vollständig aus
dem überstehenden Vorsprung 34 heraus
und unterbricht die Verbindung zwischen dem ersten und vierten Kontakt 36, 38,
wie in 3 für
einen Winkel von 30 Grad dargestellt. Der zweite und der dritte
Kontakt 40, 42 hingegen sind immer dann durch
die elektrisch leitende Flüssigkeit 32 verbunden,
wenn die Bohrachse BA unter einem Winkel von weniger als 15 bis
20 Grad zur Horizontalen H ausgerichtet ist und der Griffteil 6 der Bohrmaschine 2 nach
unten weist, wie in 4 für einen Winkel von 0 Grad dargestellt.
-
Wie
am besten in 5 dargestellt, sind die vier
Kontakte 36, 38, 40, 42 mit
einer Auswerteschaltung 52 verbunden, wobei die Kontakte 36 und 40 weiter
mit einer Stromquelle 58 verbunden sind, so dass durch
ein Stromsignal an den Kontakten 38, 42 in der
Auswerteschaltung 52 festgestellt werden kann, ob eines
der beiden Paare von Kontakten 36, 38 bzw. 40, 42 gemeinsam
in die Flüssigkeit 32 eintaucht
und damit eine der beiden zuvor beschriebenen Ausrichtungen der
Bohrmaschine 2 signalisiert. Die Auswerteschaltung 52 ist
mit einer Steuerung 54 für den Antriebsmotor der Bohrmaschine 2 verbunden,
die in Abhängigkeit
vom Ergebnis der Auswertung in der Auswerteschaltung 52 eine
Abschaltung bzw. Zuschaltung eines Schlagwerks (nicht dargestellt)
der Bohrmaschine 2 bzw. eine Veränderung der Drehzahl des Antriebsmotors
ermöglicht.
-
An
Stelle des oben beschriebenen Neigungssensors 24 kann auch
ein sogenannter linearer Beschleunigungssensor mit mehreren Wirkachsen verwendet
werden, der an Stelle der elektrisch leitenden Flüssigkeit
bewegliche Kugeln enthält,
deren von der Ausrichtung der Bohrachse B abhängige Lage ist durch geeignete
Mittel detektiert wird.
-
Der
Drehzahlsensor 26 kann in an sich bekannter Weise als analoger
Tachogenerator oder als optischer oder elektromagnetischer Drehzahlmesser ausgebildet
sein, der die Drehzahl des Antriebsmotors der Bohrmaschine 2 oder
einer Abtriebswelle ihres Untersetzungsgetriebes abgreift. Der Drehzahlsensor 26 ist
ebenfalls mit der Auswerteschaltung 52 verbunden, die das
Unterschreiten einer vorgegebenen Mindestdrehzahl feststellt. Diese
vorgegebene Mindestdrehzahl hängt
jedoch von der am Stellrad 14 eingestellten Drehzahl des
Bohrfutters 8 ab und ist umso höher, je höher die eingestellte Drehzahl
ist. Somit wird tatsächlich
festgestellt, wenn der Quotient aus der gemessenen Drehzahl des
Bohrfutters 8 oder der aus der Drehzahl des Antriebsmotors berechneten
Drehzahl des Bohrfutters 8 einerseits und der am Stellrad 14 eingestellten
Drehzahl des Bohrfutters 8 andererseits einen vorbestimmten
Mindestwert unterschreitet.
-
Der
Drehmomentsensor 28 misst zum Beispiel den Stromfluss zum
Antriebsmotor der Bohrmaschine 2 in kurzen Zeitabständen und
ist ebenfalls mit der Auswerteschaltung 52 verbunden, welche
die Ausgangssignale des Drehmomentsensors 28 über gewisse
kurze Zeitintervalle vergleicht und dadurch einen Abfall des Widerstandsdrehmoments
während des
Bohrbetriebs feststellen kann.
-
Die
Auswerteschaltung 52 erhält zudem Informationen über die
Schaltstellung des Schiebeschalters 20, so dass sie auch
feststellen kann, ob sich die Schlagbohrmaschine 2 im reinen
Bohrbetrieb oder im Schlagbohrbetrieb befindet.
-
Wenn
in der Auswerteschaltung 52 festgestellt wird, dass erstens
der Kontakt 38 stromführend ist,
das heißt
im Wesentlichen nach unten gebohrt wird, und dass zweitens die vorgegebene
Mindestdrehzahl bzw. der vorgegebene Mindestwert für den Quotienten
aus der gemessenen und der eingestellten Drehzahl des Bohrfutters 8 unterschritten
wird, ist dies ein Anzeichen dafür,
dass das Bohrwerkzeug 10 nicht mehr imstande ist, das Bohrklein
ordnungsgemäß aus dem
Bohrloch abzufördern.
Wenn in diesem Fall durch die Informationen über die Schiebestellung des
Schiebeschalters 20 festgestellt wird, dass die Bohrmaschine
im Schlagbohrbetrieb arbeitet und ihr Schlagwerk eingeschaltet ist,
wird es durch ein Signal von der Auswerteschaltung 52 vorübergehend abgeschaltet
und im reinen Bohrbetrieb weitergebohrt, bis die Drehzahl wieder
oberhalb der vorgegebenen Mindestdrehzahl liegt. Anschließend erfolgt eine
erneute Umschaltung in den Schlagbohrbetrieb. Auf diese Weise kann
ein Festsetzen des Bohrwerkzeugs 10 und damit ein Drehen
der Bohrmaschine 2 um die Bohrachse B verhindert werden.
-
Wenn
hingegen in der Auswerteschaltung 52 festgestellt wird,
dass erstens der Kontakt 42 stromführend ist, das heißt im Wesentlichen
horizontal gebohrt wird, und dass zweitens das Widerstandsdrehmoment
während
des Bohrbetriebs plötzlich
abfällt, kann
dies ein Anzeichen dafür
sein, dass das Bohrwerkzeug 10 das Werkstück gerade
durchstößt und auf
der entgegengesetzten Seite aus diesem austritt. In diesem Fall
veranlasst die Auswerteschaltung 52 eine sofortige Reduzierung
der Drehzahl des Antriebsmotors, wodurch auch die Aufschlagenergie geringer
wird und ein starkes Abplatzen von Teilen des Werkstücks am Austritt
des Bohrwerkzeugs 10 verhindert werden kann.