EP3946818B1 - Method for detecting a first operating state of a handheld power tool - Google Patents
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- EP3946818B1 EP3946818B1 EP20710078.5A EP20710078A EP3946818B1 EP 3946818 B1 EP3946818 B1 EP 3946818B1 EP 20710078 A EP20710078 A EP 20710078A EP 3946818 B1 EP3946818 B1 EP 3946818B1
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- B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
- B25B23/147—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers
- B25B23/1475—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers for impact wrenches or screwdrivers
Definitions
- the invention relates to a method for detecting a first operating state of a hand-held power tool, according to the preamble of patent claim 1, and to a hand-held power tool configured to carry out the method.
- a rotary impact wrench of this type comprises, for example, a structure in which an impact force in a direction of rotation is transmitted to a screw element by a rotary impact force of a hammer.
- the rotary impact wrench having this structure comprises a motor, a hammer driven by the motor, an anvil struck by the hammer, and a tool.
- the motor built into a housing is driven, the hammer is driven by the motor, the anvil is struck by the rotating hammer, and an impact force is transmitted to the tool, whereby two different operating states can be distinguished, namely "no impact operation” and "impact operation".
- EN 10 2013 212506 A1 describes a machine tool switching device with at least one switching element for switching between at least two operating modes, and with at least one sensor unit which comprises at least one sensor element.
- the WO 2013/174594 A1 discloses a percussion unit with a control unit which is intended to control a pneumatic percussion mechanism.
- the disadvantage here is that a fixed limit and/or threshold value can practically only be perfectly set for one application. As soon as the application changes, the associated current or speed values or their temporal progressions also change and impact detection based on the set limit and/or threshold value or their temporal progressions no longer works.
- an automatic shutdown based on the detection of impact operation switches off reliably in different speed ranges in individual application cases when self-tapping screws are used, but in other application cases when self-tapping screws are used, no shutdown occurs.
- the object of the invention is to provide a method for detecting operating states which is improved compared to the prior art and which at least partially eliminates the disadvantages mentioned above, or at least to provide an alternative to the prior art.
- a further object is to provide a corresponding hand-held power tool.
- the method according to the invention enables the detection of the first operating state independently of at least one target speed of the electric motor, at least one starting characteristic of the electric motor and/or at least one charge state of a power supply, in particular a battery, of the hand-held power tool.
- the method according to the invention enables the detection of the first operating state for applications in which a loose fastening element is screwed into a fastening support, as well as in which a fixed, in particular at least partially screwed, fastening element is screwed into a fastening support.
- the applications can include both hard and soft screwing cases, whereby a typical application can be, for example, a self-tapping screw connection or a wood screw connection.
- the "loose fastening element” is to be understood as a fastening element that is essentially not screwed into the fastening carrier and that is to be screwed into the fastening carrier.
- the "fixed fastening element” is to be understood as a fastening element that is at least partially screwed into the fastening carrier or is essentially completely screwed into the fastening carrier.
- the at least one state-typical model signal form can be determined, wherein the state-typical model signal form is assigned to the first operating state.
- a limit and/or threshold value for an existing match or an existing error between the signal of the operating variable and the state-typical model signal form can represent an adjustable value for application cases for successful impact detection.
- the state-typical model signal form is stored or saved internally in the device, alternatively and/or additionally provided to the hand-held power tool, in particular provided by an external data device.
- decide should also be understood as recognizing or detecting, whereby a clear assignment should be achieved.
- Identify should be understood as recognizing a partial match with a pattern, which can be made possible, for example, by fitting a signal to the pattern, a Fourier analysis or the like.
- the "partial match” should be understood in such a way that the fitting has an error that is less than a predetermined threshold, in particular less than 30%, most particularly less than 20%.
- the signal of the operating variable should be understood here as a temporal sequence of measured values.
- the signal of the operating variable can also be a frequency spectrum.
- the signal of the operating variable can also be reworked, for example smoothed, filtered, fitted and the like.
- the state-typical model signal shape is an oscillation curve around a mean value, in particular an essentially trigonometric oscillation curve.
- the state-typical model signal shape preferably represents an ideal impact operation of the hammer on the anvil of the rotary impact mechanism.
- the operating variable is a speed of the electric motor or an operating variable that correlates with the speed.
- the rigid transmission ratio of the electric motor to the impact mechanism results in a direct dependency of the motor speed on the impact frequency, for example.
- Another conceivable operating variable that correlates with the speed is the motor current.
- a motor voltage, a Hall signal from the motor, a battery current or a battery voltage are also conceivable as an operating variable of the electric motor, whereby an acceleration of the electric motor, an acceleration of a tool holder or a sound signal from an impact mechanism of the hand-held power tool are also conceivable as the operating variable.
- the signal of the operating variable in method step S1 is recorded as a time course of measured values of the operating variable, or as measured values of the operating variable as a variable of the electric motor that correlates with the time course, for example an acceleration, a jerk, in particular of a higher order, a power, an energy, an angle of rotation of the electric motor, an angle of rotation of the tool holder or a frequency.
- the signal of the operating variable is recorded in method step S1 as a time course of measured values of the operating variable, whereby in a step S1a following method step S1, due to the rigid transmission ratio of the transmission, a transformation of the time course of the measured values of the operating variable into a course of the measured values of the operating variable as a variable of the electric motor that correlates with the time course takes place.
- the signal of the operating variable is stored as a sequence of measured values in a memory, preferably a ring buffer, in particular of the hand-held power tool.
- a segmentation of the measured values is carried out such that the signal of the operating variable always comprises a predetermined number of measured values.
- the signal of the operating variable is compared using one of the comparison methods comprising at least one frequency-based comparison method and/or a comparative comparison method, wherein the comparison method compares the signal of the operating variable with the state-typical model signal form to determine whether at least one predetermined threshold value is met.
- the predetermined threshold value can be specified at the factory or can be set by a user.
- the frequency-based comparison method comprises at least bandpass filtering and/or frequency analysis, wherein the predetermined threshold value is at least 85%, in particular 90%, most particularly 95%, of a predetermined limit value.
- bandpass filtering for example, the recorded signal of the operating variable is filtered via a bandpass whose passband matches the state-typical model signal shape.
- a corresponding amplitude in the resulting signal is to be expected in the first operating state, in particular in impact mode.
- the specified threshold value of the bandpass filtering can therefore be at least 85%, in particular 90%, very particularly 95%, of the corresponding amplitude in the first operating mode, in particular in impact mode.
- the specified limit value can be the corresponding amplitude in the resulting signal of an ideal first operating state, in particular an ideal impact mode.
- the previously defined state-typical model signal form for example a frequency spectrum of the first operating state, in particular of impact operation
- a corresponding amplitude of the first operating state, in particular of impact operation is to be expected in the recorded signals of the operating variable.
- the predetermined threshold value of the frequency analysis can be at least 85%, in particular 90%, very particularly 95%, of the corresponding amplitude in the first operating mode, in particular in impact operation.
- the predetermined limit value can be the corresponding amplitude in the recorded signals of an ideal first operating state, in particular of an ideal impact operation. In this case, appropriate segmentation of the recorded signal of the operating variable may be necessary.
- the decision as to whether the first operating state has been identified in the signal of the operating variable can be made at least partially by means of the frequency-based comparison method, in particular the bandpass filtering and/or the frequency analysis.
- the comparative comparison method comprises at least the parameter estimation and/or the cross-correlation, wherein the predetermined threshold value is at least 50% of a match of the signal of the operating variable with the state-typical model signal shape.
- the measured signal of the operating variable can be compared with the state-typical model signal form by means of the comparative comparison method.
- the measured signal of the operating variable is determined in such a way that it has essentially the same finite signal length as that of the state-typical model signal form.
- the comparison of the state-typical model signal form with the measured signal of the operating variable can be output as a signal of a finite length, in particular a discrete or continuous signal. Depending on the degree of agreement or deviation of the comparison, a result can be output as to whether the first operating state, in particular the impact operation, is present. If the measured If the signal of the operating variable corresponds at least 50% to the state-typical model signal form, the first operating state, in particular impact operation, may be present.
- the comparative method can output a degree of deviation from one another as a result of the comparison by comparing the measured signal of the operating variable with the state-typical model signal form.
- the deviation of at least 50% from one another can be a criterion for the presence of the first operating state, in particular impact operation.
- a comparison can be made in a simple manner between the previously defined state-typical model signal shape and the signal of the operating variable.
- estimated parameters of the state-typical model signal shape can be identified in order to adjust the state-typical model signal shape to the measured signal of the operating variables.
- a result can be determined as to whether the first operating state, in particular impact operation, is present.
- the result of the comparison can then be evaluated to determine whether the specified threshold value has been reached. This evaluation can either be a quality determination of the estimated parameters or the deviation between the defined state-typical model signal shape and the recorded signal of the operating variable.
- method step S2 contains a step S2a of determining the quality of the identification of the state-typical model signal form in the signal of the operating variable, wherein in method step S3 the decision as to whether the first operating state is present is made at least partially based on the quality determination. As a measure of the quality determination, a quality of fit of the estimated parameters can be determined.
- the decision as to whether the first operating state has been identified in the signal of the operating variable can be made at least partially by means of the quality determination, in particular the measure of the quality.
- method step S2a can include a deviation determination of the identification of the state-typical model signal form and the signal of the operating variable.
- the deviation of the estimated parameters of the state-typical model signal form from the measured signal of the operating variable can be, for example, 70%, in particular 60%, very particularly 50%.
- the decision as to whether the first operating state is present is made at least partially based on the deviation determination. The decision as to whether the first operating state is present can be made at the predetermined threshold value of at least 50% agreement between the measured signal of the operating variable and the state-typical model signal form.
- a comparison can be made between the previously defined state-typical model signal shape and the measured signal of the operating variable.
- the previously defined state-typical model signal shape can be correlated with the measured signal of the operating variable.
- a degree of agreement between the two signals can be determined. The degree of agreement can be, for example, 40%, in particular 50%, and most particularly 60%.
- the decision as to whether the first operating state is present can be made at least partially based on the cross-correlation of the state-typical model signal shape with the measured signal of the operating variable.
- the decision can be made at least partially based on the predetermined threshold value of at least 50% agreement between the measured signal of the operating variable and the state-typical model signal shape.
- the first operating state is determined based on less than ten impacts of a percussion mechanism of the hand-held power tool, in particular less than ten impact oscillation periods of the electric motor, preferably less than six impacts of a percussion mechanism of the hand-held power tool, in particular less than six impact oscillation periods of the electric motor, very preferably less than four impacts of a percussion mechanism, in particular less than four impact oscillation periods of the electric motor.
- a strike of the percussion mechanism is to be understood as an axial, radial, tangential and/or circumferentially directed strike of a percussion mechanism striker, in particular a hammer, on a percussion mechanism body, in particular an anvil.
- the impact oscillation period of the electric motor is correlated with the operating variable of the electric motor.
- An impact oscillation period of the electric motor can be determined based on operating variable fluctuations during the first operating state in the signal of the operating variable.
- the identification of the impacts of the impact mechanism of the hand-held power tool, in particular the impact oscillation periods of the electric motor, can be achieved, for example, by using a Fas-Fitting algorithm, by means of which an evaluation of the impact detection can be made possible within less than 100 ms, in particular less than 60 ms, most particularly less than 40 ms.
- the inventive method enables the detection of the first operating state essentially for all of the above-mentioned applications and a screw connection for loose as well as fixed fastening elements in the fastening carrier.
- the hand-held power tool is an impact wrench, in particular a rotary impact wrench
- the first operating state is an impact mode, in particular a rotary impact mode.
- the present invention makes it possible to largely dispense with more complex methods of signal processing such as filters, signal loops, system models (static and adaptive) and signal tracking.
- these methods allow an even faster identification of the impact operation or the work progress, which can cause an even faster reaction of the tool. This applies in particular to the number of impacts that have passed since the impact mechanism was used until identification and also in special operating situations such as the start-up phase of the drive motor. There is no need to limit the functionality of the tool, such as reducing the maximum drive speed.
- a further subject of the invention is a hand-held power tool according to claim 15, comprising an electric motor, a sensor for measuring an operating variable of the electric motor, and a motor controller, wherein the hand-held power tool is advantageously an impact wrench, in particular a rotary impact wrench, and the first operating state is an impact mode, in particular a rotary impact mode.
- the electric motor causes an input spindle to rotate, wherein an output spindle is connected to a tool holder.
- An anvil is connected to the output spindle in a rotationally fixed manner and a hammer is connected to the input spindle in such a way that, as a result of the rotation of the input spindle, it carries out an intermittent movement in the axial direction of the input spindle and an intermittent rotary movement around the input spindle, wherein the hammer intermittently strikes the anvil in this way and thus emits an impact and a rotational impulse to the anvil and thus to the output spindle.
- a first sensor transmits a first signal to the control unit, for example to determine a motor rotation angle.
- a second sensor can transmit a second signal to the control unit for determining an engine speed.
- the control unit is advantageously designed to carry out a method according to one of claims 1 to 14.
- the hand-held power tool is a battery-operated hand-held power tool, in particular a battery-operated impact wrench. This ensures flexible and mains-independent use of the hand-held power tool.
- the hand-held power tool is a cordless screwdriver, a drill, an impact drill or a hammer drill, whereby a drill, a core bit or various bit attachments can be used as a tool.
- the hand-held power tool according to the invention is designed in particular as an impact wrench tool, whereby the pulsed release of the motor energy generates a higher peak torque for screwing in or unscrewing a screw or a nut.
- the transmission of electrical energy is to be understood in particular as meaning that the hand-held power tool transmits energy to the body via a battery and/or via a power cable connection.
- the screwing tool can be designed to be flexible in the direction of rotation. In this way, the proposed method can be used both for screwing in and for unscrewing a screw or a nut.
- the Figure 1 shows a hand-held power tool 100 according to the invention, which has a housing 105 with a handle 115.
- the hand-held power tool 100 can be mechanically and electrically connected to a battery pack 190 for mains-independent power supply.
- the hand-held power tool 100 is designed, for example, as a cordless impact wrench.
- the present invention is not limited to cordless impact wrenches, but can in principle be used in hand-held power tools 100 in which the detection of operating states is necessary, such as impact drills.
- An electric motor 180 which is supplied with power by the battery pack 190, and a gear 170 are arranged in the housing 105.
- the electric motor 180 is connected to an input spindle via the gear 170.
- a control unit 370 is arranged within the housing 105 in the area of the battery pack 190, which acts on the electric motor 180 and the transmission 170 for controlling and/or regulating them, for example by means of a set motor speed n, a selected angular momentum, a desired transmission gear x or the like.
- the electric motor 180 can be operated, for example, via a manual switch 195, i.e. can be switched on and off, and can be any type of motor, for example an electronically commutated motor or a DC motor.
- the electric motor 180 can be electronically controlled or regulated in such a way that both reversing operation and specifications with regard to the desired motor speed n and the desired angular momentum can be implemented.
- the functioning and structure of a suitable electric motor are sufficiently known from the prior art, so that a detailed description is omitted here for the sake of brevity.
- a tool holder 140 is rotatably mounted in the housing 105 via an input spindle and an output spindle.
- the tool holder 140 serves to hold a tool and can be molded directly onto the output spindle or connected to it in the form of an attachment.
- the control unit 370 is connected to a power source and is designed such that it can control or regulate the electric motor 180 electronically using various current signals.
- the various current signals provide different rotational impulses for the electric motor 180, with the current signals being passed to the electric motor 180 via a control line.
- the power source can be designed, for example, as a battery or, as in the exemplary embodiment shown, as a battery pack 190 or as a mains connection.
- control elements may be provided to set different operating modes and/or the direction of rotation of the electric motor 180.
- FIG 2 an example signal of an operating variable 200 of an electric motor 180 of a rotary impact wrench is shown, as it occurs in this or a similar form during the intended use of a rotary impact wrench. While the following statements refer to a rotary impact wrench, they also apply within the scope of the invention to other hand-held power tools 100 such as impact drills.
- the abscissa x represents the Figure 2 the time is plotted as a reference value.
- a value correlated with time is plotted as a reference value, such as the angle of rotation of the tool holder 140 or the angle of rotation of the electric motor 180.
- the motor speed n present at any time is plotted on the ordinate f(x) in the figure.
- f(x) represents, for example, a signal of the motor current.
- Motor speed and motor current are operating variables that are usually recorded by a control unit 370 in hand-held power tools 100 without any additional effort.
- the determination of the signal of an operating variable 200 of the electric motor 180 is in Figure 4 , which shows a schematic flow diagram of a method according to the invention, is identified as method step S1.
- a user of the hand-held power tool 100 can select the operating variable on the basis of which the inventive method is to be carried out.
- Fig. 2(a) is an application of a loose fastening element, for example a screw, in a fastening support, for example a wooden board, is shown.
- the signal comprises a first region 310, which is characterized by a monotonous increase in the engine speed, as well as a region of comparatively constant engine speed, which can also be referred to as a plateau.
- the intersection point between abscissa x and ordinate f(x) in Figure 2(a) corresponds to the start of the impact wrench during the screwing process.
- the impact wrench operates in the operating state of screwing without impact.
- Rotary impact mode is characterized by an oscillating course of the signal of operating variable 200, whereby the form of the oscillation can be trigonometric or otherwise oscillating, for example.
- the oscillation has a course that can be described as a modified trigonometric function, whereby the upper half-wave of the oscillation has a pointed hat or tooth-like shape.
- This characteristic form of the signal of operating variable 200 in impact wrench mode is created by the winding up and free running of the impact mechanism striker and the system chain located between the impact mechanism and the electric motor 180, including the gear 170.
- the qualitative signal form of the impact operation is therefore known in principle due to the inherent properties of the rotary impact wrench.
- at least one state-typical model signal form 240 is defined in a step S0, wherein the state-typical model signal form 240 corresponds to the first operating state, in the example of Figure 2(a) i.e. the impact wrench operation in the second area 320.
- the state-typical model signal shape 240 contains features typical for the first operating state, such as the presence of an oscillation curve, oscillation frequencies or amplitudes, or individual signal sequences in continuous, quasi-continuous or discrete form.
- the first operating state to be detected may be characterized by signal forms other than oscillations, such as discontinuities or growth rates in the function f(x).
- the state-typical model signal form is characterized by these parameters instead of oscillations.
- Fig. 2(b) is an application of a fixed fastening element, such as a screw, in a mounting support, such as a wooden board, shown.
- “fixed” means that the fastening element is at least partially screwed into the fastening carrier and an interrupted screwing process is to be continued.
- the reference numerals and designations of the first and second areas 310, 320 are as in Fig. 2(a) .
- the difference of the use case in Fig. 2(b) to Fig. 2(a) is that after a short start-up phase with the monotonically increasing speed, the rotary impact operation already starts during the monotonically increasing speed.
- Fig. 2(b) It can be seen that there is essentially no plateau with the comparatively constant speed.
- the state-typical model signal form 240 can be defined in method step S0.
- the state-typical model signal form 240 can be stored, calculated or saved internally in the device.
- the state-typical model signal form can alternatively and/or additionally be provided to the hand-held power tool 100, for example by an external data device.
- the signal of the operating variable of the electric motor 180 is compared with the state-typical model signal form 240.
- the feature "compare” should be interpreted broadly and in the sense of a signal analysis, so that a result of the comparison can in particular also be a partial or gradual match between the signal of the operating variable 200 of the electric motor 180 and the state-typical model signal form 240, wherein the degree of match between the two signals can be determined by various methods, which will be mentioned later.
- step S3 of the method according to the invention the decision as to whether the first operating state is present is made at least partially based on the result of the comparison.
- the degree of agreement is a parameter that can be set at the factory or by the user to set a sensitivity for detecting the first operating state.
- the method steps S1, S2 and S3 are carried out repeatedly during the operation of a hand-held power tool 100 in order to monitor the operation for the presence of the first operating state.
- the determined signal of the operating variable 200 can be segmented in method step S1, so that the method steps S2 and S3 are carried out on signal segments, preferably always of the same, fixed length.
- the signal of the operating variable 200 can be stored as a sequence of measured values in a memory, preferably a ring buffer.
- the hand-held power tool 100 comprises the memory, preferably the ring buffer.
- the signal of the operating variable 200 is determined as a time course of measured values of the operating variable, or as measured values of the operating variable as a variable of the electric motor 180 that correlates with the time course.
- the measured values can be discrete, quasi-continuous or continuous.
- One embodiment provides that the signal of the operating variable 200 is recorded in method step S1 as a time course of measured values of the operating variable and in a method step S1a following method step S1, a transformation of the time course of the measured values of the operating variable into a course of the measured values of the operating variable as a variable of the electric motor 180 that correlates with the time course, such as the angle of rotation of the tool holder 140 or the angle of rotation of the motor.
- Figure 3a Signals f(x) of an operating variable 200 over an abscissa x, in this case over time t.
- the operating variable can be an engine speed or a parameter correlated with the engine speed.
- the figure contains two signal curves of operating size 200 in the first operating mode, in the case of a rotary impact wrench, in rotary impact wrench mode.
- the signal comprises a wavelength of an oscillation curve assumed to be ideally sinusoidal, whereby the signal with the shorter wavelength, T1, has a curve with a higher impact frequency, and the signal with the longer wavelength, T2, has a curve with a lower impact frequency.
- Both signals can be generated with the same hand-held power tool 100 at different motor speeds and depend, among other things, on the rotational speed requested by the user from the hand-held power tool 100 via the control switch.
- the parameter "wavelength" is to be used to define the state-typical model signal form 240, then in the present case at least two different wavelengths T1 and T2 would have to be stored as possible parts of the state-typical model signal form so that the comparison of the signal of the operating variable 200 with the state-typical model signal form 240 leads to the result "match” in both cases. Since the engine speed can change generally and to a large extent over time, this means that the wavelength sought also varies and the methods for detecting this beat frequency would therefore have to be adjusted accordingly.
- the time values of the abscissa are therefore transformed into values that correlate with the time values, such as acceleration values, higher order jerk values, power values, energy values, frequency values, angle of rotation values of the tool holder 140 or angle of rotation values of the electric motor 180.
- the rigid transmission ratio of the electric motor 180 to the impact mechanism and the tool holder 140 results in a direct, known dependence of the motor speed on the impact frequency.
- the state-typical model signal shape 240 can be defined valid for all speeds by a single parameter of the wavelength over the time-correlated quantity, such as the angle of rotation of the tool holder 140 or the motor angle of rotation.
- the comparison of the signal of the operating variable 200 in method step S2 is carried out with a comparison method, wherein the comparison method comprises at least a frequency-based comparison method and/or a comparative comparison method.
- the comparison method compares the signal of the operating variable 200 with the state-typical model signal form 240 to determine whether at least one predetermined threshold value is met.
- the frequency-based comparison method comprises at least bandpass filtering and/or frequency analysis.
- the comparative comparison method comprises at least parameter estimation and/or cross-correlation. The frequency-based and comparative comparison methods are described in more detail below.
- the input signal is filtered via a bandpass whose passband represents the predetermined threshold value.
- the passband results from the state-typical model signal shape 240. It is also conceivable that the passband corresponds to a frequency defined in connection with the state-typical model signal shape 240. In the event that amplitudes of this frequency exceed a previously defined limit value, as is the case in the first operating state, the comparison in method step S2 then leads to the result that the signal of the operating quantity 200 is equal to the state-typical model signal shape 240, and that the first operating state is thus carried out.
- the definition of an amplitude limit value can be as a method step S2a following method step S2 of a quality determination of the correspondence of the state-typical model signal form 240 with the signal of the operating variable 200, on the basis of which it is decided in method step S3 whether the first operating state exists or not.
- the signal of the operating variable 200 is transformed from a time domain to the frequency domain with appropriate weighting of the frequencies on the basis of frequency analysis, for example the fast Fourier transformation (FFT), wherein at this point the term "time domain” is to be understood as both "course of the operating variable over time” and “course of the operating variable as a variable correlated with time” in accordance with the above explanations.
- FFT fast Fourier transformation
- Frequency analysis in this form is well known as a mathematical tool for signal analysis in many areas of technology and is used, among other things, to approximate measured signals as series expansions of weighted periodic harmonic functions of different wavelengths.
- the weighting factors indicate whether and to what extent the corresponding harmonic functions of a certain wavelength are present in the signal under investigation.
- frequency analysis can be used to determine whether and with what amplitude the frequency assigned to the state-typical model signal shape 240 is present in the signal of the operating variable 200.
- a limit value of the amplitude can be set, which is a measure of the degree of agreement between the signal of the operating variable 200 and the state-typical model signal shape 240. If the amplitude of the frequency assigned to the state-typical model signal shape 240 in the signal of the operating variable 200 exceeds this limit value, it is determined in method step S3 that the first operating state is present.
- the signal of the operating variable 200 is compared with the state-typical model signal shape 240 in order to find out whether the measured signal of the operating variable 200 has at least a 50% match with the state-typical model signal shape 240 and thus the predetermined threshold value is reached. It is also conceivable that the signal of the operating variable 200 is compared with the state-typical model signal shape 240 in order to determine a deviation of the two signals from one another.
- the measured signal of the operating variables 200 is compared with the state-typical model signal shape 240, wherein estimated parameters are identified for the state-typical model signal shape 240.
- estimated parameters a degree of agreement between the measured signal of the operating variables 200 and the state-typical model signal shape 240 can be determined as to whether the first operating state is present.
- the parameter estimation is based on the compensation calculation, which is a mathematical optimization method known to those skilled in the art.
- the mathematical optimization method makes it possible to adjust the state-typical model signal shape 240 to a series of measurement data of the signal of the operating variable 200.
- the decision as to whether the first operating state is present can be made.
- a measure of a deviation of the estimated parameters of the state-typical model signal shape 240 from the measured signal of the operating variable 200 can also be determined.
- a deviation determination is carried out in the method step S2 following method step S2. If the deviation of 70% from the state-typical model signal shape 240 to the measured signal of the operating variable is determined, the decision can be made as to whether the first operating state was identified in the signal of the operating variable and whether the first operating state is present.
- a quality determination for the estimated parameters is carried out in a method step S2a following method step S2.
- values for a quality between 0 and 1 are determined, with a higher value representing a higher agreement between the state-typical model signal form 240 and the signal of the operating variable 200.
- the decision as to whether the first operating state is present is made in the preferred embodiment in method step S3 at least partially based on the condition that the value of the quality is in a range of 50%.
- the cross-correlation method is used as a comparative comparison method in method step S2. Like the mathematical methods described above, the cross-correlation method is known per se to those skilled in the art. In the cross-correlation method, the state-typical model signal shape 240 is correlated with the measured signal of the operating variable 200.
- the result of the cross-correlation is again a signal sequence with an added signal length from a length of the signal of the operating variable 200 and the state-typical model signal form 240, which represents the similarity of the time-shifted input signals.
- the maximum of this output sequence represents the time of the highest agreement between the two signals, i.e. the signal of the operating variable 200 and the state-typical model signal form 240. and is thus also a measure of the correlation itself, which in this embodiment is used in method step S3 as a decision criterion for the presence of the first operating state.
- a significant difference to the parameter estimation is that any state-typical model signal shapes can be used for the cross-correlation, while in the parameter estimation the state-typical model signal shape 240 must be able to be represented by parameterizable mathematical functions.
- Figure 5 shows the measured signal of the operating variable 200 for the case where bandpass filtering is used as the frequency-based comparison method. The time or a value correlated with time is plotted as the abscissa x.
- Figure 5a shows the measured signal of the operating variable, an input signal of the bandpass filtering, wherein in the first area 310 the hand-held power tool 100 is operated in screwing mode. In the second area 320 the hand-held power tool 100 is operated in rotary impact mode.
- Figure 5b represents the output signal after the bandpass has filtered the input signal.
- Figure 6 represents the measured signal of the operating quantity 200 in the case that frequency analysis is used as the frequency-based comparison method.
- Figure 6 a and b show the first area 310 in which the hand tool 100 is in screwing mode.
- the time t or a time-correlated quantity is plotted.
- the signal of the operating variable 200 is shown transformed, whereby, for example, it can be transformed from time to frequency using a fast Fourier transformation.
- the frequency f is plotted so that the amplitudes of the signal of the operating variable 200 are shown.
- Figures 6c and d the second region 320 is shown, in which the hand-held power tool 100 is in rotary impact mode.
- Figure 6c shows the measured signal of the operating quantity 200 plotted over time in rotary impact operation.
- Figure 6d shows the transformed signal of the operating variable 200, where the signal of the operating variable 200 is plotted against the frequency f as abscissa x'.
- Figure 6d shows characteristic amplitudes for rotary impact operation.
- Figure 7a shows a typical case of a comparison using the comparative comparison method of parameter estimation between the signal of an operating variable 200 and a state-typical model signal shape 240 in the first area 310 described in Figure 2. While the state-typical model signal shape 240 has an essentially trigonometric curve, the signal of the operating variable 200 has a curve that differs greatly from this. Regardless of the choice of one of the comparison methods described above, in this case the comparison carried out in method step S2 between the state-typical model signal shape 240 and the signal of the operating variable 200 results in the degree of agreement between the two signals being so low that the first operating state is not determined in method step S3.
- Figure 8 shows the comparison of the state-typical model signal shape 240, see Figure 8b and e , with the measured signal of operating size 200, see Figure 8a and 8d , in case cross-correlation is used as a comparative comparison method.
- the time or a value correlated with time is plotted on the abscissa x.
- the first area 310 the screwing operation
- the second area 320 the first operating state
- the measured signal of the operating variable, Figure 8a and Figure 8d with the state-typical model signal shape, Figure 8b and 8e , correlated.
- Figure 8c shows the result of the correlation during the first range 310, where it can be seen that there is a slight agreement between the two signals. In Figure 8c Therefore, the screw operation is present.
- Figure 8f the result of the correlation during the second area 320 is shown. It is in figure 8f It can be seen that there is a high degree of agreement, so that the hand-held power tool 100 is operated in the first operating state.
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines ersten Betriebszustandes einer Handwerkzeugmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, und eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Handwerkzeugmaschine.The invention relates to a method for detecting a first operating state of a hand-held power tool, according to the preamble of
Aus dem Stand der Technik, siehe beispielsweise
In der
Die
Aus der
Für die Bereitstellung von intelligenten Werkzeugfunktionen ist eine Kenntnis über den gerade anliegenden Betriebszustand erforderlich. Eine Identifizierung desselben wird im Stand der Technik beispielsweise durch die Überwachung der Betriebsgrößen des Elektromotors, wie etwa Drehzahl und elektrischer Motorstrom, durchgeführt. Hierbei werden die Betriebsgrößen dahingehend untersucht, ob bestimmte Grenzwerte und/oder Schwellwerte erreicht werden. Entsprechende Auswertemethoden arbeiten mit absoluten Schwellwerten und/oder Signalgradienten.In order to provide intelligent tool functions, knowledge of the current operating state is required. In the current state of the art, this is identified, for example, by monitoring the operating variables of the electric motor, such as speed and electric motor current. The operating variables are examined to determine whether certain limit values and/or threshold values are reached. Corresponding evaluation methods work with absolute threshold values and/or signal gradients.
Nachteilig ist hierbei, dass ein fester Grenzwert und/oder Schwellwert praktisch nur für einen Anwendungsfall perfekt eingestellt sein kann. Sobald sich der Anwendungsfall verändert, verändern sich auch die dazugehörigen Strom- bzw. Drehzahlwerte bzw. deren zeitlichen Verläufe und eine Schlagerkennung anhand des eingestellten Grenzwertes und/oder Schwellwertes bzw. deren zeitliche Verläufe funktioniert nicht mehr.The disadvantage here is that a fixed limit and/or threshold value can practically only be perfectly set for one application. As soon as the application changes, the associated current or speed values or their temporal progressions also change and impact detection based on the set limit and/or threshold value or their temporal progressions no longer works.
So kann es vorkommen, dass beispielsweise ein auf der Erkennung des Schlagbetriebs basierende automatische Abschaltung bei einzelnen Anwendungsfällen bei einer Verwendung von selbstschneidenden Schrauben zuverlässig in verschiedenen Drehzahlbereichen abschaltet, allerdings in anderen Anwendungsfällen bei der Verwendung von selbstschneidenden Schrauben keine Abschaltung erfolgt.For example, it may happen that an automatic shutdown based on the detection of impact operation switches off reliably in different speed ranges in individual application cases when self-tapping screws are used, but in other application cases when self-tapping screws are used, no shutdown occurs.
Bei anderen Verfahren zur Bestimmung von Betriebsmodi bei Drehschlagschraubern werden zusätzliche Sensoren, etwa Beschleunigungssensoren, eingesetzt, um von Schwingungszuständen des Werkzeugs auf den gerade anliegenden Betriebsmodus zu schließen.Other methods for determining operating modes in impact wrenches use additional sensors, such as acceleration sensors, to determine the current operating mode from the vibration conditions of the tool.
Nachteile dieser Verfahren sind zusätzlicher Kostenaufwand für die Sensoren sowie Einbußen in der Robustheit der Handwerkzeugmaschine, da die Anzahl der eingebauten Bauteile und elektrischen Verbindungen im Vergleich zu Handwerkzeugmaschinen ohne diese Sensorik steigt.Disadvantages of these methods are additional costs for the sensors as well as losses in the robustness of the handheld power tool, since the number of installed components and electrical connections increases compared to handheld power tools without these sensors.
Prinzipiell existiert die Problematik der Erkennung von Betriebszuständen auch bei anderen Handwerkzeugmaschinen wie etwa Schlagbohrmaschinen, sodass die Erfindung nicht auf Drehschlagschrauber begrenzt ist.In principle, the problem of detecting operating states also exists with other hand-held power tools such as impact drills, so that the invention is not limited to impact wrenches.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Erkennung von Betriebszuständen anzugeben, welches die oben genannten Nachteile zumindest teilweise behebt, oder zumindest eine Alternative zum Stand der Technik anzugeben. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine entsprechende Handwerkzeugmaschine anzugeben.The object of the invention is to provide a method for detecting operating states which is improved compared to the prior art and which at least partially eliminates the disadvantages mentioned above, or at least to provide an alternative to the prior art. A further object is to provide a corresponding hand-held power tool.
Diese Aufgaben werden mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.These objects are achieved by means of the respective subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of respective dependent subclaims.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Erkennung eines ersten Betriebszustandes einer Handwerkzeugmaschine offenbart, wobei die Handwerkzeugmaschine einen Elektromotor aufweist. Dabei umfasst das Verfahren die Schritte:
- S1 Ermitteln eines Signals einer Betriebsgröße des Elektromotors;
- S2 Vergleichen des Signals der Betriebsgröße mit zumindest einer zustandstypischen Modellsignalform, wobei die zustandstypische Modellsignalform (240) dem ersten Betriebszustand zugeordnet ist;
- S3 Entscheiden, ob der erste Betriebszustand vorliegt, wobei die Entscheidung zumindest teilweise davon abhängt, ob in Schritt S2 die zustandstypische Modellsignalform im Signal der Betriebsgröße identifiziert wird.
- S1 Determining a signal of an operating variable of the electric motor;
- S2 comparing the signal of the operating variable with at least one state-typical model signal form, wherein the state-typical model signal form (240) is assigned to the first operating state;
- S3 Deciding whether the first operating state exists, the decision depending at least in part on whether the state-typical model signal shape is identified in the signal of the operating variable in step S2.
Auf diese Weise kann eine einfache und sichere Überwachung und Steuerung zur Erkennung des ersten Betriebszustandes erfolgen, wobei grundsätzlich als Betriebsgrößen, welche über einen geeigneten Messwertgeber aufgenommen werden, verschiedene Betriebsgrößen in Frage kommen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass diesbezüglich kein zusätzlicher Sensor notwendig ist, da diverse Sensoren, wie beispielsweise zur Drehzahlüberwachung, vorzugsweise Hallsensoren, bereits in Elektromotoren eingebaut sind.In this way, simple and safe monitoring and control can be carried out to detect the first operating state, whereby various operating variables can be considered as operating variables, which are recorded via a suitable sensor. It is particularly advantageous that no additional sensor is required in this regard, since various sensors, such as those for speed monitoring, preferably Hall sensors, are already built into electric motors.
Dabei erweist sich der Ansatz zur Erkennung des ersten Betriebszustandes über Betriebsgrößen in den werkzeuginternen Messgrößen, wie beispielsweise die Drehzahl des Elektromotors, als besonders vorteilhaft, da mit dieser Methode die Schlagerkennung besonders zuverlässig und weitgehend unabhängig vom allgemeinen Betriebszustands des Werkzeugs bzw. dessen Anwendungsfall erfolgt. Dabei wird im Wesentlichen auf, insbesondere zusätzliche, Sensoreinheiten zur Erfassung der werkzeuginternen Messgrößen verzichtet, wie beispielsweise eine Beschleunigungssensoreinheit, sodass im Wesentlichen ausschließlich das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung des ersten Betriebszustands dient.The approach to detecting the first operating state using operating variables in the tool-internal measured variables, such as the speed of the electric motor, has proven to be particularly advantageous, since this method enables impact detection to be particularly reliable and largely independent of the general operating state of the tool or its application. In this case, there is essentially no need for additional sensor units for detecting the tool-internal measured variables, such as an acceleration sensor unit, so that essentially only the method according to the invention serves to detect the first operating state.
Weiter ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Erkennung des ersten Betriebszustands unabhängig zumindest einer Solldrehzahl des Elektromotors, zumindest einer Anlaufcharakteristik des Elektromotors und/oder zumindest eines Ladezustands einer Energieversorgung, insbesondere eines Akkus, der Handwerkzeugmaschine.Furthermore, the method according to the invention enables the detection of the first operating state independently of at least one target speed of the electric motor, at least one starting characteristic of the electric motor and/or at least one charge state of a power supply, in particular a battery, of the hand-held power tool.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Erkennung des ersten Betriebszustands für Anwendungsfälle, bei dem ein loses Befestigungselement in einen Befestigungsträger geschraubt wird, als auch bei dem ein festes, insbesondere zumindest teilweise eingeschraubtes, Befestigungselement in einen Befestigungsträger eingeschraubt wird. Die Anwendungsfälle können dabei sowohl harte als auch weiche Schraubfälle umfassen, wobei ein typischer Anwendungsfall beispielsweise eine selbstschneidende Verschraubung oder eine Holzverschraubung sein kann.The method according to the invention enables the detection of the first operating state for applications in which a loose fastening element is screwed into a fastening support, as well as in which a fixed, in particular at least partially screwed, fastening element is screwed into a fastening support. The applications can include both hard and soft screwing cases, whereby a typical application can be, for example, a self-tapping screw connection or a wood screw connection.
Hierbei ist als das "lose Befestigungselement" ein Befestigungselement zu verstehen, dass im Wesentlichen nicht in dem Befestigungsträger eingeschraubt ist und dass in den Befestigungsträger eingeschraubt werden soll. Als das "feste Befestigungselement" ist ein Befestigungselement aufzufassen, dass zumindest teilweise in dem Befestigungsträger eingeschraubt ist oder aber im Wesentlichen gänzlich im Befestigungsträger eingeschraubt ist.The "loose fastening element" is to be understood as a fastening element that is essentially not screwed into the fastening carrier and that is to be screwed into the fastening carrier. The "fixed fastening element" is to be understood as a fastening element that is at least partially screwed into the fastening carrier or is essentially completely screwed into the fastening carrier.
In einem, den Verfahrensschritten S1 bis S3 vorhergehenden, weiteren Verfahrensschritt S0 kann die zumindest eine zustandstypische Modellsignalform festlegt werden, wobei die zustandstypische Modellsignalform dem ersten Betriebszustand zugeordnet ist. In diesem Zusammenhang kann ein Grenz- und/oder Schwellwert für eine vorhandene Übereinstimmung beziehungsweise einen vorliegenden Fehler vom Signal der Betriebsgröße zur zustandstypischen Modellsignalform eine einstellbare Größe für Anwendungsfälle für eine erfolgreiche Schlagerkennung darstellen.In a further method step S0 preceding method steps S1 to S3, the at least one state-typical model signal form can be determined, wherein the state-typical model signal form is assigned to the first operating state. In this context, a limit and/or threshold value for an existing match or an existing error between the signal of the operating variable and the state-typical model signal form can represent an adjustable value for application cases for successful impact detection.
Insbesondere ist die zustandstypische Modellsignalform geräteintern hinterlegt oder gespeichert, alternativ und/oder zusätzlich der Handwerkzeugmaschine bereitgestellt, insbesondere von einem externen Datengerät bereitgestellt.In particular, the state-typical model signal form is stored or saved internally in the device, alternatively and/or additionally provided to the hand-held power tool, in particular provided by an external data device.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll "ermitteln" insbesondere messen oder aufnehmen einschließen, wobei "aufnehmen" im Sinne von messen und speichern aufgefasst werden soll, zudem soll "ermitteln" auch eine mögliche Signalverarbeitung eines gemessenen Signals einschließen.In the context of the present invention, "determine" should in particular include measuring or recording, whereby "recording" should be understood in the sense of measuring and storing, and "determine" should also include possible signal processing of a measured signal.
Weiter soll "entscheiden" auch als erkennen oder detektieren verstanden werden, wobei eine eindeutige Zuordnung erreicht werden soll. Als "identifizieren" soll ein Erkennen einer teilweisen Übereinstimmung mit einem Muster verstanden werden, die beispielsweise durch ein Anfitten eines Signals an das Muster, eine Fourier-Analyse oder dergleichen ermöglicht werden kann. Die "teilweise Übereinstimmung" soll derart verstanden werden, dass das Anfitten einen Fehler aufweist, der geringer als eine vorgegebene Schwelle ist, insbesondere geringer als 30%, ganz insbesondere geringer als 20%.Furthermore, "decide" should also be understood as recognizing or detecting, whereby a clear assignment should be achieved. "Identify" should be understood as recognizing a partial match with a pattern, which can be made possible, for example, by fitting a signal to the pattern, a Fourier analysis or the like. The "partial match" should be understood in such a way that the fitting has an error that is less than a predetermined threshold, in particular less than 30%, most particularly less than 20%.
Das Signal der Betriebsgröße soll hier als eine zeitliche Abfolge von Messwerten aufgefasst werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Signal der Betriebsgröße auch ein Frequenzspektrum sein. Alternativ und/oder zusätzlich kann das Signal der Betriebsgröße auch nachgearbeitet werden, wie beispielsweise geglättet, gefiltert, gefittet und dergleichen.The signal of the operating variable should be understood here as a temporal sequence of measured values. Alternatively and/or additionally, the signal of the operating variable can also be a frequency spectrum. Alternatively and/or additionally, the signal of the operating variable can also be reworked, for example smoothed, filtered, fitted and the like.
In einer Ausführungsform ist die zustandstypische Modellsignalform ein Schwingungsverlauf um einen Mittelwert, insbesondere ein im wesentlichen trigonometrischer Schwingungsverlauf. Dabei stellt die zustandstypische Modellsignalform vorzugsweise einen idealen Schlagbetrieb des Hammers auf den Amboss des Drehschlagwerks dar.In one embodiment, the state-typical model signal shape is an oscillation curve around a mean value, in particular an essentially trigonometric oscillation curve. The state-typical model signal shape preferably represents an ideal impact operation of the hammer on the anvil of the rotary impact mechanism.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Betriebsgröße eine Drehzahl des Elektromotors oder eine mit der Drehzahl korrelierende Betriebsgröße. Durch das starre Übersetzungsverhältnis von Elektromotor zum Schlagwerk ergibt sich beispielsweise eine direkte Abhängigkeit von Motordrehzahl zur Schlagfrequenz. Eine weitere denkbare mit der Drehzahl korrelierende Betriebsgröße ist der Motorstrom. Als Betriebsgröße des Elektromotors sind auch denkbar eine Motorspannung, ein Hallsignal des Motors, ein Batteriestrom oder eine Batteriespannung, wobei als die Betriebsgröße auch eine Beschleunigung des Elektromotors, eine Beschleunigung einer Werkzeugaufnahme oder ein Schallsignal eines Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine denkbar ist.In a further embodiment, the operating variable is a speed of the electric motor or an operating variable that correlates with the speed. The rigid transmission ratio of the electric motor to the impact mechanism results in a direct dependency of the motor speed on the impact frequency, for example. Another conceivable operating variable that correlates with the speed is the motor current. A motor voltage, a Hall signal from the motor, a battery current or a battery voltage are also conceivable as an operating variable of the electric motor, whereby an acceleration of the electric motor, an acceleration of a tool holder or a sound signal from an impact mechanism of the hand-held power tool are also conceivable as the operating variable.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Signal der Betriebsgröße in Verfahrensschritt S1 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße aufgenommen, oder als Messwerte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors aufgenommen, beispielsweise eine Beschleunigung, einen Ruck, insbesondere höherer Ordnung, eine Leistung, eine Energie, ein Drehwinkel des Elektromotors, ein Drehwinkel der Werkzeugaufnahme oder eine Frequenz.In a further embodiment, the signal of the operating variable in method step S1 is recorded as a time course of measured values of the operating variable, or as measured values of the operating variable as a variable of the electric motor that correlates with the time course, for example an acceleration, a jerk, in particular of a higher order, a power, an energy, an angle of rotation of the electric motor, an angle of rotation of the tool holder or a frequency.
In der letztgenannten Ausführungsform kann gewährleistet werden, dass sich eine gleichbleibende Periodizität des zu untersuchenden Signals unabhängig von der Motordrehzahl ergibt.In the latter embodiment, it can be ensured that a constant periodicity of the signal to be examined results regardless of the engine speed.
Alternativ wird das Signal der Betriebsgröße in Verfahrensschritt S1 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße aufgenommen, wobei in einem dem Verfahrensschritt S1 folgenden Schritt S1a aufgrund des starren Übersetzungsverhältnisses des Getriebes eine Transformation des Zeitverlaufs der Messwerte der Betriebsgröße in einen Verlauf der Messwerte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors erfolgt. Somit ergeben sich wiederum dieselben Vorteile wie bei der direkten Aufnahme des Signals der Betriebsgröße über die Zeit.Alternatively, the signal of the operating variable is recorded in method step S1 as a time course of measured values of the operating variable, whereby in a step S1a following method step S1, due to the rigid transmission ratio of the transmission, a transformation of the time course of the measured values of the operating variable into a course of the measured values of the operating variable as a variable of the electric motor that correlates with the time course takes place. The same advantages arise as with the direct recording of the signal of the operating variable over time.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Signal der Betriebsgröße als Folge von Messwerten in einem Speicher, vorzugsweise einem Ringspeicher, insbesondere der Handwerkzeugmaschine, gespeichert.In a further embodiment, the signal of the operating variable is stored as a sequence of measured values in a memory, preferably a ring buffer, in particular of the hand-held power tool.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird in Verfahrensschritt S1 eine Segmentierung der Messwerte derart durchgeführt, dass das Signal der Betriebsgröße stets eine vorgegebene Anzahl an Messwerten umfasst.In a preferred embodiment, in method step S1, a segmentation of the measured values is carried out such that the signal of the operating variable always comprises a predetermined number of measured values.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird in Verfahrensschritt S2 das Signal der Betriebsgröße mittels eines der Vergleichsverfahren umfassend zumindest ein frequenzbasiertes Vergleichsverfahren und/oder ein vergleichendes Vergleichsverfahren verglichen, wobei das Vergleichsverfahren das Signal der Betriebsgröße mit dem zustandstypischen Modellsignalform vergleicht, ob zumindest ein vorgegebener Schwellwert erfüllt wird. Der vorgegebene Schwellwert kann dabei werksseitig vorgegeben sein oder von einem Benutzer einstellbar sein.In a particularly advantageous embodiment, in method step S2 the signal of the operating variable is compared using one of the comparison methods comprising at least one frequency-based comparison method and/or a comparative comparison method, wherein the comparison method compares the signal of the operating variable with the state-typical model signal form to determine whether at least one predetermined threshold value is met. The predetermined threshold value can be specified at the factory or can be set by a user.
In einer Ausführungsform umfasst das frequenzbasierte Vergleichsverfahren zumindest die Bandpassfilterung und/oder die Frequenzanalyse, wobei der vorgegebene Schwellwert zumindest 85%, insbesondere 90%, ganz insbesondere 95%, eines vorgegebenen Grenzwerts beträgt.In one embodiment, the frequency-based comparison method comprises at least bandpass filtering and/or frequency analysis, wherein the predetermined threshold value is at least 85%, in particular 90%, most particularly 95%, of a predetermined limit value.
In der Bandpassfilterung wird beispielsweise das aufgenommene Signal der Betriebsgröße über einen Bandpass, dessen Durchlassbereich mit der zustandstypischen Modellsignalform übereinstimmt, gefiltert. Eine entsprechende Amplitude im resultierenden Signal ist im ersten Betriebszustand, insbesondere im Schlagbetrieb, zu erwarten. Der vorgegebene Schwellwert der Bandpassfilterung kann daher zumindest 85%, insbesondere 90%, ganz insbesondere 95%, der entsprechenden Amplitude im ersten Betriebsmodus, insbesondere im Schlagbetrieb, sein. Der vorgegebene Grenzwert kann hierbei die entsprechende Amplitude im resultierenden Signal eines idealen ersten Betriebszustands, insbesondere eines idealen Schlagbetriebs, sein.In bandpass filtering, for example, the recorded signal of the operating variable is filtered via a bandpass whose passband matches the state-typical model signal shape. A corresponding amplitude in the resulting signal is to be expected in the first operating state, in particular in impact mode. The specified threshold value of the bandpass filtering can therefore be at least 85%, in particular 90%, very particularly 95%, of the corresponding amplitude in the first operating mode, in particular in impact mode. The specified limit value can be the corresponding amplitude in the resulting signal of an ideal first operating state, in particular an ideal impact mode.
Durch das bekannte frequenzbasierte Vergleichsverfahren der Frequenzanalyse kann die zuvor festgelegte zustandstypische Modellsignalform, beispielsweise ein Frequenzspektrum des ersten Betriebszustands, insbesondere eines Schlagbetriebs, in den aufgenommenen Signalen der Betriebsgröße gesucht werden. In den aufgenommenen Signalen der Betriebsgröße ist eine entsprechende Amplitude des ersten Betriebszustands, insbesondere des Schlagbetriebs, zu erwarten. Der vorgegebene Schwellwert der Frequenzanalyse kann zumindest 85%, insbesondere 90%, ganz insbesondere 95%, der entsprechenden Amplitude im ersten Betriebsmodus, insbesondere im Schlagbetrieb, sein. Der vorgegebene Grenzwert kann hierbei die entsprechende Amplitude in den aufgenommenen Signalen eines idealen ersten Betriebszustands, insbesondere eines idealen Schlagbetriebs, sein. Dabei kann eine angemessene Segmentierung des aufgenommenen Signals der Betriebsgröße notwendig sein.Using the known frequency-based comparison method of frequency analysis, the previously defined state-typical model signal form, for example a frequency spectrum of the first operating state, in particular of impact operation, can be searched for in the recorded signals of the operating variable. A corresponding amplitude of the first operating state, in particular of impact operation, is to be expected in the recorded signals of the operating variable. The predetermined threshold value of the frequency analysis can be at least 85%, in particular 90%, very particularly 95%, of the corresponding amplitude in the first operating mode, in particular in impact operation. The predetermined limit value can be the corresponding amplitude in the recorded signals of an ideal first operating state, in particular of an ideal impact operation. In this case, appropriate segmentation of the recorded signal of the operating variable may be necessary.
In Verfahrensschritt S3 kann zumindest teilweise mittels dem frequenzbasierten Vergleichsverfahren, insbesondere der Bandpassfilterung und/oder der Frequenzanalyse, die Entscheidung getroffen werden, ob der erste Betriebszustand im Signal der Betriebsgröße identifiziert wurde.In method step S3, the decision as to whether the first operating state has been identified in the signal of the operating variable can be made at least partially by means of the frequency-based comparison method, in particular the bandpass filtering and/or the frequency analysis.
In einer Ausführungsform umfasst das vergleichende Vergleichsverfahren zumindest die Parameterschätzung und/oder die Kreuzkorrelation, wobei der vorgegebene Schwellwert zumindest 50% einer Übereinstimmung des Signals der Betriebsgröße mit dem zustandstypischen Modellsignalform beträgt.In one embodiment, the comparative comparison method comprises at least the parameter estimation and/or the cross-correlation, wherein the predetermined threshold value is at least 50% of a match of the signal of the operating variable with the state-typical model signal shape.
Das gemessene Signal der Betriebsgröße kann mit der zustandstypischen Modellsignalform mittels dem vergleichenden Vergleichsverfahren verglichen werden. Das gemessene Signal der Betriebsgröße wird derart ermittelt, dass es im Wesentlichen dieselbe endliche Signallänge wie jene der zustandstypischen Modellsignalform aufweist. Der Vergleich der zustandstypischen Modellsignalform mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße kann dabei als ein, insbesondere diskretes oder kontinuierliches, Signal einer endlichen Länge ausgegeben werden. Abhängig eines Grads der Übereinstimmung oder einer Abweichung des Vergleichs, kann ein Ergebnis ausgegeben werden, ob der erste Betriebszustand, insbesondere der Schlagbetrieb, vorhanden ist. Wenn das gemessene Signal der Betriebsgröße zumindest zu 50% mit der zustandstypischen Modellsignalform übereinstimmt, kann der erste Betriebszustand, insbesondere der Schlagbetrieb, vorliegen. Zudem ist denkbar, dass das vergleichende Verfahren mittels des Vergleichs des gemessenen Signals der Betriebsgröße mit der Zustandstypischen Modellsignalform einen Grad einer Abweichung zueinander als Ergebnis des Vergleichs ausgeben kann. Hierbei kann die Abweichung von zumindest 50% zueinander als ein Kriterium für ein Vorliegen des ersten Betriebszustands, insbesondere des Schlagbetriebs, sein.The measured signal of the operating variable can be compared with the state-typical model signal form by means of the comparative comparison method. The measured signal of the operating variable is determined in such a way that it has essentially the same finite signal length as that of the state-typical model signal form. The comparison of the state-typical model signal form with the measured signal of the operating variable can be output as a signal of a finite length, in particular a discrete or continuous signal. Depending on the degree of agreement or deviation of the comparison, a result can be output as to whether the first operating state, in particular the impact operation, is present. If the measured If the signal of the operating variable corresponds at least 50% to the state-typical model signal form, the first operating state, in particular impact operation, may be present. It is also conceivable that the comparative method can output a degree of deviation from one another as a result of the comparison by comparing the measured signal of the operating variable with the state-typical model signal form. In this case, the deviation of at least 50% from one another can be a criterion for the presence of the first operating state, in particular impact operation.
Bei einer Parameterschätzung kann auf einfache Weise ein Vergleich zwischen der zuvor festgelegten zustandstypischen Modellsignalform und dem Signal der Betriebsgröße erfolgen. Hierzu können geschätzte Parameter der zustandstypischen Modellsignalform identifiziert werden, um die zustandstypische Modellsignalform dem gemessenen Signal der Betriebsgrößen anzugleichen. Mittels eines Vergleichs zwischen den geschätzten Parametern der zuvor festgelegten zustandstypischen Modellsignalform und dem Signal der Betriebsgröße, kann ein Ergebnis zum Vorliegen des ersten Betriebszustands, insbesondere des Schlagbetriebs, ermittelt werden. Anschließend kann eine Bewertung des Ergebnisses des Vergleichs erfolgen, ob der vorgegebene Schwellwert erreicht wurde. Diese Bewertung kann entweder eine Gütebestimmung der geschätzten Parameter oder die Abweichung zwischen der festgelegten zustandstypischen Modellsignalform und dem erfassten Signal der Betriebsgröße sein.With a parameter estimation, a comparison can be made in a simple manner between the previously defined state-typical model signal shape and the signal of the operating variable. For this purpose, estimated parameters of the state-typical model signal shape can be identified in order to adjust the state-typical model signal shape to the measured signal of the operating variables. By comparing the estimated parameters of the previously defined state-typical model signal shape and the signal of the operating variable, a result can be determined as to whether the first operating state, in particular impact operation, is present. The result of the comparison can then be evaluated to determine whether the specified threshold value has been reached. This evaluation can either be a quality determination of the estimated parameters or the deviation between the defined state-typical model signal shape and the recorded signal of the operating variable.
In einer weiteren Ausführungsform enthält Verfahrensschritt S2 einen Schritt S2a einer Gütebestimmung der Identifizierung der zustandstypischen Modellsignalform im Signal der Betriebsgröße, wobei in Verfahrensschritt S3 die Entscheidung, ob der erste Betriebszustand vorliegt, zumindest teilweise anhand der Gütebestimmung erfolgt. Als ein Maß der Gütebestimmung kann eine Anpassungsgüte der geschätzten Parameter ermittelt werden.In a further embodiment, method step S2 contains a step S2a of determining the quality of the identification of the state-typical model signal form in the signal of the operating variable, wherein in method step S3 the decision as to whether the first operating state is present is made at least partially based on the quality determination. As a measure of the quality determination, a quality of fit of the estimated parameters can be determined.
In Verfahrensschritt S3 kann zumindest teilweise mittels der Gütebestimmung, insbesondere des Maßes der Güte, die Entscheidung getroffen werden, ob der erste Betriebszustand im Signal der Betriebsgröße identifiziert wurde.In method step S3, the decision as to whether the first operating state has been identified in the signal of the operating variable can be made at least partially by means of the quality determination, in particular the measure of the quality.
Zusätzlich oder alternativ zur Gütebestimmung kann in Verfahrensschritt S2a eine Abweichungsbestimmung der Identifizierung der zustandstypischen Modellsignalform und dem Signal der Betriebsgröße umfassen. Die Abweichung der geschätzten Parameter der zustandstypischen Modellsignalform zum gemessenen Signal der Betriebsgröße kann beispielsweise 70%, insbesondere 60%, ganz insbesondere 50%, betragen. In Verfahrensschritt S3 erfolgt die Entscheidung, ob der erste Betriebszustand vorliegt, zumindest teilweise anhand der Abweichungsbestimmung. Die Entscheidung zum Vorliegen des ersten Betriebszustands kann bei dem vorgegebenen Schwellwert von zumindest 50% Übereinstimmung des gemessenen Signals der Betriebsgröße und der zustandstypischen Modellsignalform erfolgen.In addition or as an alternative to the quality determination, method step S2a can include a deviation determination of the identification of the state-typical model signal form and the signal of the operating variable. The deviation of the estimated parameters of the state-typical model signal form from the measured signal of the operating variable can be, for example, 70%, in particular 60%, very particularly 50%. In method step S3, the decision as to whether the first operating state is present is made at least partially based on the deviation determination. The decision as to whether the first operating state is present can be made at the predetermined threshold value of at least 50% agreement between the measured signal of the operating variable and the state-typical model signal form.
Bei einer Kreuzkorrelation kann ein Vergleich zwischen der zuvor festgelegten zustandstypischen Modellsignalform und dem gemessenen Signal der Betriebsgröße erfolgen. Bei der Kreuzkorrelation kann die zuvor festgelegte zustandstypische Modellsignalform mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße korreliert werden. Bei einer Korrelation der zustandstypischen Modellsignalform mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße kann ein Maß der Übereinstimmung der beiden Signale ermittelt werden. Das Maß der Übereinstimmung kann beispielsweise 40%, insbesondere 50%, ganz insbesondere 60%, betragen.With a cross-correlation, a comparison can be made between the previously defined state-typical model signal shape and the measured signal of the operating variable. With a cross-correlation, the previously defined state-typical model signal shape can be correlated with the measured signal of the operating variable. With a correlation of the state-typical model signal shape with the measured signal of the operating variable, a degree of agreement between the two signals can be determined. The degree of agreement can be, for example, 40%, in particular 50%, and most particularly 60%.
In Verfahrensschritt S3 des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Entscheidung, ob der erste Betriebszustand vorliegt, zumindest teilweise anhand der Kreuzkorrelation der zustandstypischen Modellsignalform mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße erfolgen. Die Entscheidung kann zumindest teilweise anhand dem vorgegebenen Schwellwert von zumindest 50% Übereinstimmung des gemessenen Signals der Betriebsgröße und der zustandstypischen Modellsignalform getroffen werden.In method step S3 of the method according to the invention, the decision as to whether the first operating state is present can be made at least partially based on the cross-correlation of the state-typical model signal shape with the measured signal of the operating variable. The decision can be made at least partially based on the predetermined threshold value of at least 50% agreement between the measured signal of the operating variable and the state-typical model signal shape.
In einem Verfahrensschritt wird der erste Betriebszustand anhand von weniger als zehn Schlägen eines Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine, insbesondere weniger als zehn Schlagschwingungsperioden des Elektromotors, bevorzugt weniger als sechs Schläge eines Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine, insbesondere weniger als sechs Schlagschwingungsperioden des Elektromotors, ganz bevorzugt weniger als vier Schlägen eines Schlagwerks, insbesondere weniger als vier Schlagschwingungsperioden des Elektromotors, identifiziert. Hierbei soll als ein Schlag des Schlagwerks ein axialer, radialer, tangentialer und/oder in Umfangsrichtung gerichteter Schlag eines Schlagwerksschläger, insbesondere eines Hammers, auf einen Schlagwerkskörper, insbesondere einen Amboss, verstanden werden. Die Schlagschwingungsperiode des Elektromotors ist mit der Betriebsgröße des Elektromotors korreliert. Eine Schlagschwingungsperiode des Elektromotors kann anhand von Betriebsgrößenschwankungen während des ersten Betriebszustands im Signal der Betriebsgröße ermittelt werden.In a method step, the first operating state is determined based on less than ten impacts of a percussion mechanism of the hand-held power tool, in particular less than ten impact oscillation periods of the electric motor, preferably less than six impacts of a percussion mechanism of the hand-held power tool, in particular less than six impact oscillation periods of the electric motor, very preferably less than four impacts of a percussion mechanism, in particular less than four impact oscillation periods of the electric motor. In this case, a strike of the percussion mechanism is to be understood as an axial, radial, tangential and/or circumferentially directed strike of a percussion mechanism striker, in particular a hammer, on a percussion mechanism body, in particular an anvil. The impact oscillation period of the electric motor is correlated with the operating variable of the electric motor. An impact oscillation period of the electric motor can be determined based on operating variable fluctuations during the first operating state in the signal of the operating variable.
Die Identifizierung der Schläge des Schlagwerks der Handwerkzeugmaschine, insbesondere die Schlagschwingungsperioden des Elektromotors, kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ein Fas-Fitting-Algorithmus verwendet wird, mittels dem eine Auswertung der Schlagerkennung innerhalb von weniger als 100 ms, insbesondere weniger als 60 ms, ganz insbesondere weniger als 40 ms, ermöglicht werden kann. Hierbei ermöglicht das erfinderische Verfahren die Erkennung des ersten Betriebszustands im Wesentlichen für sämtliche oben genannte Anwendungsfälle und einer Verschraubung für lose als auch feste Befestigungselemente in den Befestigungsträger.The identification of the impacts of the impact mechanism of the hand-held power tool, in particular the impact oscillation periods of the electric motor, can be achieved, for example, by using a Fas-Fitting algorithm, by means of which an evaluation of the impact detection can be made possible within less than 100 ms, in particular less than 60 ms, most particularly less than 40 ms. In this case, the inventive method enables the detection of the first operating state essentially for all of the above-mentioned applications and a screw connection for loose as well as fixed fastening elements in the fastening carrier.
Vorteilhafterweise ist die Handwerkzeugmaschine eine Schlagschraubmaschine, insbesondere eine Drehschlagschraubmaschine, und der erste Betriebszustand ein Schlagbetrieb, insbesondere ein Drehschlagbetrieb.Advantageously, the hand-held power tool is an impact wrench, in particular a rotary impact wrench, and the first operating state is an impact mode, in particular a rotary impact mode.
Durch die vorliegende Erfindung ist ein weitest gehender Verzicht auf aufwändigere Methoden der Signalverarbeitung wie z.B. Filter, Signalrückschleifen, Systemmodelle (statische sowie adaptive) und Signalnachführungen möglich.The present invention makes it possible to largely dispense with more complex methods of signal processing such as filters, signal loops, system models (static and adaptive) and signal tracking.
Darüber hinaus erlauben diese Methoden eine noch schnellere Identifikation des Schlagbetriebs bzw. des Arbeitsfortschritts womit eine noch schnellere Reaktion des Werkzeugs hervorgerufen werden kann. Dies gilt insbesondere für die Anzahl der vergangenen Schläge nach Einsetzen des Schlagwerks bis zur Identifikation und auch in besonderen Betriebssituationen wie z.B. der Anlaufphase des Antriebsmotors. Dabei müssen auch keine Einschränkungen der Funktionalität des Werkzeugs wie beispielsweise eine Herabsetzung der maximalen Antriebsdrehzahl getroffen werden.In addition, these methods allow an even faster identification of the impact operation or the work progress, which can cause an even faster reaction of the tool. This applies in particular to the number of impacts that have passed since the impact mechanism was used until identification and also in special operating situations such as the start-up phase of the drive motor. There is no need to limit the functionality of the tool, such as reducing the maximum drive speed.
Es ist grundsätzlich keine zusätzliche Sensorik (z.B. Beschleunigungssensor) notwendig, dennoch können diese Auswertemethoden auch auf Signale weiterer Sensorik angewendet werden. Des Weiteren kann in anderen Motorkonzepten, welche beispielsweise ohne Drehzahlerfassung auskommen, diese Methode auch bei anderen Signalen zur Anwendung kommen.In principle, no additional sensors (e.g. acceleration sensors) are necessary, but these evaluation methods can also be applied to signals from other sensors. Furthermore, in other engine concepts that do not require speed detection, for example, this method can also be used for other signals.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Handwerkzeugmaschine gemäß dem Patentanspruch 15. aufweisend einen Elektromotor, einen Messwertaufnehmer einer Betriebsgröße des Elektromotors, und eine Motorsteuerung, wobei vorteilhafterweise die Handwerkzeugmaschine eine Schlagschraubmaschine, insbesondere eine Drehschlagschraubmaschine, und der erste Betriebszustand ein Schlagbetrieb, insbesondere ein Drehschlagbetrieb, ist. Dabei versetzt der Elektromotor eine Eingangsspindel in Rotation, wobei eine Ausgangsspindel mit einer Werkzeugaufnahme verbunden ist. Ein Amboss ist drehfest mit der Ausgangsspindel verbunden und ein Hammer ist derart mit der Eingangsspindel verbunden, dass er infolge der Drehbewegung der Eingangsspindel eine intermittierende Bewegung in axialer Richtung der Eingangsspindel sowie eine intermittierende rotatorische Bewegung um die Eingangsspindel ausführt, wobei der Hammer auf diese Weise intermittierend auf den Amboss aufschlägt und so einen Schlag- und einen Drehimpuls an den Amboss und somit an die Ausgangsspindel abgibt. Ein erster Sensor übermittelt ein erstes Signal beispielsweise zur Ermittlung eines Motordrehwinkels an die Steuerungseinheit. Ferner kann ein zweiter Sensor ein zweites Signal zur Ermittlung einer Motorgeschwindigkeit an die Steuerungseinheit übermittelt. Die Steuerungseinheit ist vorteilhafterweise dazu ausgelegt, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 durchzuführen.A further subject of the invention is a hand-held power tool according to claim 15, comprising an electric motor, a sensor for measuring an operating variable of the electric motor, and a motor controller, wherein the hand-held power tool is advantageously an impact wrench, in particular a rotary impact wrench, and the first operating state is an impact mode, in particular a rotary impact mode. The electric motor causes an input spindle to rotate, wherein an output spindle is connected to a tool holder. An anvil is connected to the output spindle in a rotationally fixed manner and a hammer is connected to the input spindle in such a way that, as a result of the rotation of the input spindle, it carries out an intermittent movement in the axial direction of the input spindle and an intermittent rotary movement around the input spindle, wherein the hammer intermittently strikes the anvil in this way and thus emits an impact and a rotational impulse to the anvil and thus to the output spindle. A first sensor transmits a first signal to the control unit, for example to determine a motor rotation angle. Furthermore, a second sensor can transmit a second signal to the control unit for determining an engine speed. The control unit is advantageously designed to carry out a method according to one of
In einer weiteren Ausführungsform ist die Handwerkzeugmaschine eine akkubetriebene Handwerkzeugmaschine, insbesondere ein akkubetriebener Drehschlagschrauber. Auf diese Weise ist eine flexible und netzunabhängige Benutzung der Handwerkzeugmaschine gewährleistet.In a further embodiment, the hand-held power tool is a battery-operated hand-held power tool, in particular a battery-operated impact wrench. This ensures flexible and mains-independent use of the hand-held power tool.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Handwerkzeugmaschine ein Akku-Schrauber, eine Bohrmaschine, eine Schlagbohrmaschine oder ein Bohrhammer, wobei als Werkzeug ein Bohrer, eine Bohrkrone oder verschiedene Bitaufsätze verwendet werden können. Die erfindungsgemäße Handwerkezugmaschine ist insbesondere als Schlagschraubwerkzeug ausgebildet, wobei durch die impulshafte Freisetzung der Motorenergie ein höheres Spitzendrehmoment für ein Einschrauben oder ein Herausschrauben einer Schraube oder einer Schraubenmutter erzeugt wird. Unter Übertragung elektrischer Energie soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Handwerkzeugmaschine über einen Akku und/oder über eine Stromkabelanbindung an den Korpus Energie weiterleitet.In a preferred embodiment, the hand-held power tool is a cordless screwdriver, a drill, an impact drill or a hammer drill, whereby a drill, a core bit or various bit attachments can be used as a tool. The hand-held power tool according to the invention is designed in particular as an impact wrench tool, whereby the pulsed release of the motor energy generates a higher peak torque for screwing in or unscrewing a screw or a nut. In this context, the transmission of electrical energy is to be understood in particular as meaning that the hand-held power tool transmits energy to the body via a battery and/or via a power cable connection.
Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform das Schraubwerkzeug in der Drehrichtung flexibel ausgebildet sein. Auf diese Weise kann das vorgeschlagene Verfahren sowohl zum Eindrehen als auch zum Herausdrehen einer Schraube beziehungsweise einer Schraubenmutter verwendet werden.In addition, depending on the selected embodiment, the screwing tool can be designed to be flexible in the direction of rotation. In this way, the proposed method can be used both for screwing in and for unscrewing a screw or a nut.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches in der Zeichnung dargestellt ist. Dabei ist zu beachten, dass die in den Figuren beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung nur einen beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.Further features, possible applications and advantages of the invention emerge from the following description of the embodiment of the invention, which is shown in the drawing. It should be noted that the features described or shown in the figures, either individually or in any combination, are only descriptive of the subject matter of the invention, regardless of their summary in the patent claims or their reference, and regardless of their wording or representation in the description or in the drawing, and are not intended to limit the invention in any way.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer elektrischen Handwerkzeugmaschine;
- Fig. 2(a)
- eine schematische Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße einer Handwerkzeugmaschine bei einem losen Befestigungselement;
- Fig. 2(b)
- eine schematische Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße einer Handwerkzeugmaschine bei einem festen Befestigungselement;
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung zweier verschiedener Aufzeichnungen des Signals der Betriebsgröße;
- Fig. 4
- ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- Fig. 5
- eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und eines zustandstypischen Modellsignals für die Bandpassfilterung;
- Fig. 6
- eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und eines zustandstypischen Modellsignals für die Frequenzanalyse;
- Fig. 7
- eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und eines zustandstypischen Modellsignals für die Parameterschätzung;
- Fig. 8
- eine gemeinsame Darstellung eines Signals einer Betriebsgröße und eines zustandstypischen Modellsignals für die Kreuzkorrelation.
- Fig.1
- a schematic representation of an electric hand tool;
- Fig. 2(a)
- a schematic representation of a signal of an operating variable of a hand-held power tool with a loose fastening element;
- Fig. 2(b)
- a schematic representation of a signal of an operating variable of a hand-held power tool with a fixed fastening element;
- Fig.3
- a schematic representation of two different recordings of the operating variable signal;
- Fig.4
- a flow chart of a method according to the invention; and
- Fig.5
- a joint representation of a signal of an operating variable and a state-typical model signal for bandpass filtering;
- Fig.6
- a joint representation of a signal of an operating variable and a state-typical model signal for frequency analysis;
- Fig.7
- a joint representation of a signal of an operating variable and a state-typical model signal for parameter estimation;
- Fig.8
- a joint representation of a signal of an operating variable and a state-typical model signal for the cross-correlation.
Die
In dem Gehäuse 105 sind ein von dem Akkupack 190 mit Strom versorgter, elektrischer Elektromotor 180 und ein Getriebe 170 angeordnet. Der Elektromotor 180 ist über das Getriebe 170 mit einer Eingangsspindel verbunden. Ferner ist innerhalb des Gehäuses 105 im Bereich des Akkupacks 190 eine Steuerungseinheit 370 angeordnet, welche zur Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors 180 und des Getriebes 170 beispielsweise mittels einer eingestellten Motordrehzahl n, einem angewählten Drehimpuls, einem gewünschten Getriebegang x oder dergleichen auf diese einwirkt.An
Der Elektromotor 180 ist beispielsweise über einen Handschalter 195 betätigbar, d. h. ein- und ausschaltbar, und kann ein beliebiger Motortyp, beispielsweise ein elektronisch kommutierter Motor oder ein Gleichstrommotor, sein. Grundsätzlich ist der Elektromotor 180 derart elektronisch steuer- bzw. regelbar, dass sowohl ein Reversierbetrieb, als auch Vorgaben hinsichtlich der gewünschten Motordrehzahl n und des gewünschten Drehimpulses realisierbar sind. Die Funktionsweise und der Aufbau eines geeigneten Elektromotors sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, sodass hier zwecks Knappheit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung verzichtet wird.The
Über eine Eingangsspindel und eine Ausgangsspindel ist eine Werkzeugaufnahme 140 drehbar im Gehäuse 105 gelagert. Die Werkzeugaufnahme 140 dient zur Aufnahme eines Werkzeugs und kann unmittelbar an die Ausgangsspindel angeformt sein oder aufsatzförmig mit dieser verbunden sein.A
Die Steuerungseinheit 370 steht mit einer Stromquelle in Verbindung und ist derart ausgebildet, dass sie den Elektromotor 180 mittels verschiedener Stromsignale elektronisch steuer- bzw. regelbar ansteuern kann. Die verschiedenen Stromsignale sorgen für unterschiedliche Drehimpulse des Elektromotors 180, wobei die Stromsignale über eine Steuerleitung an den Elektromotor 180 geleitet werden. Die Stromquelle kann beispielsweise als Batterie oder, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Akkupack 190 oder als Netzanschluss ausgebildet sein.The
Ferner können nicht im Detail dargestellte Bedienelemente vorgesehen sein, um verschiedene Betriebsmodi und/oder die Drehrichtung des Elektromotors 180 einzustellen.Furthermore, control elements not shown in detail may be provided to set different operating modes and/or the direction of rotation of the
In
Auf der Abszisse x ist im vorliegenden Beispiel der
Motordrehzahl und Motorstrom sind Betriebsgrößen, die bei Handwerkzeugmaschinen 100 üblicherweise und ohne Zusatzaufwand von einer Steuerungseinheit 370 erfasst werden. Das Ermitteln des Signals einer Betriebsgröße 200 des Elektromotors 180 ist in
In
In dem ersten Bereich 310 arbeitet der Drehschlagschrauber im Betriebszustand des Schraubens ohne Schlag.In the
In einem zweiten Bereich 320 arbeitet der Drehschlagschrauber in einem Drehschlagbetrieb. Der Drehschlagbetrieb ist durch einen oszillierenden Verlauf des Signals der Betriebsgröße 200 gekennzeichnet, wobei die Form der Oszillation beispielsweise trigonometrisch oder anderweitig oszillierend sein kann. Im vorliegenden Fall hat die Oszillation einen Verlauf, den man als modifizierte trigonometrische Funktion bezeichnen kann, wobei die obere Halbwelle der Schwingung eine spitzhut- oder zahnartige Form hat. Diese charakteristische Form des Signals der Betriebsgröße 200 im Schlagschraubbetrieb entsteht durch das Aufziehen und Freilaufen des Schlagwerksschlägers und der zwischen Schlagwerk und Elektromotor 180 befindlichen Systemkette u.a. des Getriebes 170.In a
Die qualitative Signalform des Schlagbetriebs ist aufgrund der inhärenten Eigenschaften des Drehschlagschraubers also prinzipiell bekannt. In dem erfindungsgemäßen Verfahren der
In anderen Anwendungen kann der erste, zu detektierende Betriebszustand durch andere Signalformen als durch Schwingungen gekennzeichnet sein, etwa durch Unstetigkeiten oder Wachstumsraten in der Funktion f(x). In solchen Fällen ist die zustandstypische Modellsignalform durch eben diese Parameter gekennzeichnet anstelle durch Schwingungen.In other applications, the first operating state to be detected may be characterized by signal forms other than oscillations, such as discontinuities or growth rates in the function f(x). In such cases, the state-typical model signal form is characterized by these parameters instead of oscillations.
In
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfinderischen Verfahrens kann in Verfahrensschritt S0 die zustandstypische Modellsignalform 240 festgelegt werden. Die zustandstypische Modellsignalform 240 kann geräteintern hinterlegt, berechnet oder gespeichert sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die zustandstypische Modellsignalform alternativ und/oder zusätzlich der Handwerkzeugmaschine 100 bereitgestellt werden, beispielsweise von einem externen Datengerät.In a preferred embodiment of the inventive method, the state-typical
In einem Verfahrensschritt S2 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Signal der Betriebsgröße des Elektromotors 180 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 verglichen. Das Merkmal "vergleichen" soll im Kontext mit der vorliegenden Erfindung breit und im Sinne einer Signalanalyse ausgelegt werden, sodass ein Ergebnis des Vergleichs insbesondere auch eine teilweise oder graduelle Übereinstimmung des Signals der Betriebsgröße 200 des Elektromotors 180 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 sein kann, wobei der Grad der Übereinstimmung der beiden Signale durch verschiedene Verfahren ermittelt werden kann, die an späterer Stelle noch genannt werden.In a method step S2 of the method according to the invention, the signal of the operating variable of the
In einem Verfahrensschritt S3 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Entscheidung, ob der erste Betriebszustand vorliegt, zumindest teilweise anhand des Ergebnisses des Vergleichs getroffen. Hierbei ist der Grad der Übereinstimmung ein werks- oder benutzerseitig einstellbarer Parameter zur Einstellung einer Sensitivität der Erkennung des ersten Betriebszustandes.In a method step S3 of the method according to the invention, the decision as to whether the first operating state is present is made at least partially based on the result of the comparison. The degree of agreement is a parameter that can be set at the factory or by the user to set a sensitivity for detecting the first operating state.
In praktischen Anwendungen kann vorgesehen sein, dass die Verfahrensschritte S1, S2 und S3 sich wiederholend während des Betriebs einer Handwerkzeugmaschine 100 ausgeführt werden, um den Betrieb auf das Vorhandensein des ersten Betriebszustands zu überwachen. Zu diesem Zweck kann in Verfahrensschritt S1 eine Segmentierung des ermittelten Signals der Betriebsgröße 200 erfolgen, sodass die Verfahrensschritte S2 und S3 an Signalsegmenten, vorzugsweise stets gleicher, festgelegter Länge, durchgeführt werden.In practical applications, it can be provided that the method steps S1, S2 and S3 are carried out repeatedly during the operation of a hand-held
Zu diesem Zweck kann das Signal der Betriebsgröße 200 als Folge von Messwerten in einem Speicher, vorzugsweise einem Ringspeicher, gespeichert werden. In dieser Ausführungsform umfasst die Handwerkzeugmaschine 100 den Speicher, vorzugsweise den Ringspeicher.For this purpose, the signal of the operating variable 200 can be stored as a sequence of measured values in a memory, preferably a ring buffer. In this embodiment, the hand-held
Wie im Zusammenhang mit
Eine Ausführungsform sieht dabei vor, dass das Signal der Betriebsgröße 200 in Verfahrensschritt S1 als Zeitverlauf von Messwerten der Betriebsgröße aufgenommen wird und in einem dem Verfahrensschritt S1 folgenden Verfahrensschritt S1a eine Transformation des Zeitverlaufs der Messwerte der Betriebsgröße in einen Verlauf der Messwerte der Betriebsgröße als eine mit dem Zeitverlauf korrelierende Größe des Elektromotors 180 erfolgt, wie beispielsweise der Drehwinkel der Werkzeugaufnahme 140 oder den Motordrehwinkel.One embodiment provides that the signal of the operating variable 200 is recorded in method step S1 as a time course of measured values of the operating variable and in a method step S1a following method step S1, a transformation of the time course of the measured values of the operating variable into a course of the measured values of the operating variable as a variable of the
Die Vorteile dieser Ausführungsform werden im Folgenden anhand
Die Abbildung enthält zwei Signalverläufe der Betriebsgröße 200 im ersten Betriebsmodus, im Falle eines Drehschlagschraubers also im Drehschlagschraubmodus. In beiden Fällen umfasst das Signal eine Wellenlänge eines idealisiert als sinusförmig angenommenen Schwingungsverlaufs, wobei das Signal mit kürzerer Wellenlänge, T1 Verlauf mit höherer Schlagfrequenz, und das Signal mit längerer Wellenlänge, T2 einen Verlauf mit niedrigerer Schlagfrequenz, aufweist.The figure contains two signal curves of
Beide Signale können mit derselben Handwerkzeugmaschine 100 bei verschiedenen Motorgeschwindigkeiten erzeugt werden und sind unter anderem abhängig davon, welche Umdrehungsgeschwindigkeit der Benutzer über den Bedienschalter von der Handwerkzeugmaschine 100 anfordert.Both signals can be generated with the same hand-held
Soll nun beispielsweise der Parameter "Wellenlänge" zur Definition der zustandstypischen Modellsignalform 240 herangezogen werden, müssten also im vorliegenden Fall zumindest zwei verschiedene Wellenlängen T1 und T2 als mögliche Teile der zustandstypischen Modellsignalform hinterlegt sein, damit der Vergleich des Signals der Betriebsgröße 200 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 in beiden Fällen zum Ergebnis "Übereinstimmung" führt. Da sich die Motordrehzahl über der Zeit allgemein und in großem Umfang ändern kann, führt dies dazu, dass auch die gesuchte Wellenlänge variiert und dadurch die Methoden zur Erkennung dieser Schlagfrequenz dementsprechend adaptiv eingestellt werden müssten.If, for example, the parameter "wavelength" is to be used to define the state-typical
Bei einer Vielzahl von möglichen Wellenlängen würde der Aufwand des Verfahrens und der Programmierung entsprechend schnell ansteigen.If there were a large number of possible wavelengths, the complexity of the process and the programming would increase accordingly quickly.
In der bevorzugten Ausführungsform werden daher die Zeitwerte der Abszisse in mit den Zeitwerten korrelierende Werte transformiert, wie beispielsweise Beschleunigungswerte, Ruckwerte höherer Ordnung, Leistungswerte, Energiewerte, Frequenzwerte, Drehwinkelwerte der Werkzeugaufnahme 140 oder Drehwinkelwerte des Elektromotors 180. Dies ist möglich, weil sich durch das starre Übersetzungsverhältnis von Elektromotor 180 zum Schlagwerk und zur Werkzeugaufnahme 140 eine direkte, bekannte Abhängigkeit von Motordrehzahl zur Schlagfrequenz ergibt. Durch diese Normierung wird ein von der Motordrehzahl unabhängiges Schwingungssignal gleichbleibender Periodizität erreicht, was in
Entsprechend kann in dieser Ausführungsform der Erfindung die zustandstypische Modellsignalform 240 gültig für alle Drehzahlen durch einen einzigen Parameter der Wellenlänge über die mit der Zeit korrelierende Größe, wie beispielsweise den Drehwinkel der Werkzeugaufnahme 140 oder den Motordrehwinkel, festgelegt werden.Accordingly, in this embodiment of the invention, the state-typical
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Vergleich des Signals der Betriebsgröße 200 in Verfahrensschritt S2 mit einem Vergleichsverfahren, wobei das Vergleichsverfahren zumindest ein frequenzbasiertes Vergleichsverfahren und/oder ein vergleichendes Vergleichsverfahren umfasst. Das Vergleichsverfahren vergleicht das Signal der Betriebsgröße 200 mit dem zustandstypischen Modellsignalform 240, ob zumindest ein vorgegebener Schwellwert erfüllt wird Das frequenzbasierte Vergleichsverfahren umfasst zumindest die Bandpassfilterung und/oder die Frequenzanalyse. Das vergleichende Vergleichsverfahren umfasst zumindest die Parameterschätzung und/oder die Kreuzkorrelation. Das frequenzbasierte und das vergleichende Vergleichsverfahren wird im Folgenden detaillierter beschrieben.In a preferred embodiment, the comparison of the signal of the operating variable 200 in method step S2 is carried out with a comparison method, wherein the comparison method comprises at least a frequency-based comparison method and/or a comparative comparison method. The comparison method compares the signal of the operating variable 200 with the state-typical
In Ausführungsformen mit Bandpassfilterung wird das, gegebenenfalls wie beschrieben, auf eine mit der Zeit korrelierenden Größe transformierte Eingangssignal über einen Bandpass gefiltert, dessen Durchlassbereich den vorgegebenen Schwellwert darstellt. Der Durchlassbereich ergibt sich aus der zustandstypischen Modellsignalform 240. Es ist auch denkbar, dass der Durchlassbereich mit einer im Zusammenhang mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 festgelegten Frequenz übereinstimmt. In dem Fall, dass Amplituden dieser Frequenz einen vorher festgelegten Grenzwert überschreiten, wie dies im ersten Betriebszustand der Fall ist, führt der Vergleich in Verfahrensschritt S2 dann zu dem Ergebnis, dass das Signal der Betriebsgröße 200 der zustandstypischen Modellsignalform 240 gleicht, und dass somit der erste Betriebszustand ausgeführt wird. Die Festlegung eines Amplitudengrenzwertes kann in dieser Ausführungsform als einem dem Verfahrensschritt S2 folgenden Verfahrensschritt S2a einer Gütebestimmung der Übereinstimmung der zustandstypischen Modellsignalform 240 mit dem Signal der Betriebsgröße 200 aufgefasst werden, auf Grundlage derer in Verfahrensschritt S3 entschieden wird, ob der erste Betriebszustand vorliegt oder nicht.In embodiments with bandpass filtering, the input signal, optionally as described, transformed to a time-correlated quantity, is filtered via a bandpass whose passband represents the predetermined threshold value. The passband results from the state-typical
In Ausführungsformen, welche als frequenzbasierte Vergleichsverfahren die Frequenzanalyse verwenden, wird das Signal der Betriebsgröße 200 auf Grundlage der Frequenzanalyse, beispielsweise der schnellen Fourier-Transformation (Fast Fourier Transformation, FFT), von einem Zeitbereich in den Frequenzbereich mit entsprechender Gewichtung der Frequenzen transformiert, wobei an dieser Stelle der Begriff "Zeitbereich" gemäß der obigen Ausführungen sowohl als "Verlauf der Betriebsgröße über die Zeit" als auch als "Verlauf der Betriebsgröße als eine mit der Zeit korrelierenden Größe" zu verstehen ist.In embodiments that use frequency analysis as a frequency-based comparison method, the signal of the operating variable 200 is transformed from a time domain to the frequency domain with appropriate weighting of the frequencies on the basis of frequency analysis, for example the fast Fourier transformation (FFT), wherein at this point the term "time domain" is to be understood as both "course of the operating variable over time" and "course of the operating variable as a variable correlated with time" in accordance with the above explanations.
Die Frequenzanalyse in dieser Ausprägung ist als mathematisches Werkzeug der Signalanalyse aus vielen Bereichen der Technik hinreichend bekannt und wird unter anderem dazu verwendet, gemessene Signale als Reihenentwicklungen gewichteter periodischer, harmonischer Funktionen unterschiedlicher Wellenlänge anzunähern. Dabei geben die Gewichtungsfaktoren an, ob und wie stark die korrespondierenden harmonischen Funktionen einer bestimmten Wellenlänge in dem untersuchten Signal vorhanden sind.Frequency analysis in this form is well known as a mathematical tool for signal analysis in many areas of technology and is used, among other things, to approximate measured signals as series expansions of weighted periodic harmonic functions of different wavelengths. The weighting factors indicate whether and to what extent the corresponding harmonic functions of a certain wavelength are present in the signal under investigation.
Bezogen auf das erfindungsgemäße Verfahren kann mithilfe der Frequenzanalyse also festgestellt werden, ob und mit welcher Amplitude die der zustandstypischen Modellsignalform 240 zugeordnete Frequenz im Signal der Betriebsgröße 200 vorhanden ist. Wie im Zusammenhang mit der Bandpassfilterung erwähnt, kann ein Grenzwert der Amplitude festgelegt werden, welcher ein Maß des Grades der Übereinstimmung des Signals der Betriebsgröße 200 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 ist. Übersteigt die Amplitude der der zustandstypischen Modellsignalform 240 zugeordneten Frequenz im Signal der Betriebsgröße 200 diesen Grenzwert, wird in Verfahrensschritt S3 festgestellt, dass der erste Betriebszustand vorliegt.In relation to the method according to the invention, frequency analysis can be used to determine whether and with what amplitude the frequency assigned to the state-typical
In Ausführungsformen, in denen das vergleichende Vergleichsverfahren verwendet wird, wird das Signal der Betriebsgröße 200 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 vergleichen, um herauszufinden, ob das gemessene Signal der Betriebsgröße 200 zumindest eine Übereinstimmung von 50% mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 aufweist und damit der vorgegebene Schwellwert erreicht wird. Denkbar ist auch, dass das Signal der Betriebsgröße 200 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 vergleichen wird, um eine Abweichung der beiden Signale zueinander zu ermitteln.In embodiments in which the comparative comparison method is used, the signal of the operating variable 200 is compared with the state-typical
In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei denen die Parameterschätzung als vergleichendes Vergleichsverfahren verwendet wird, wird das gemessene Signal der Betriebsgrößen 200 mit der zustandstypische Modellsignalform 240 vergleichen, wobei für die zustandstypische Modellsignalform 240 geschätzte Parameter identifiziert werden. Mit Hilfe der geschätzten Parameter kann ein Maß der Übereinstimmung des gemessenen Signals der Betriebsgrö-ßen 200 mit der zustandstypischen Modellsignalform 240 ermittelt werden, ob der erste Betriebszustand vorliegt. Die Parameterschätzung basiert hierbei auf der Ausgleichsrechnung, die eine, dem Fachmann bekannten, mathematische Optimierungsmethode ist. Die mathematische Optimierungsmethode ermöglicht mit Hilfe der geschätzten Parameter die zustandstypische Modellsignalform 240 an eine Reihe von Messdaten des Signals der Betriebsgröße 200 anzugleichen. Abhängig ein Maß der Übereinstimmung der geschätzten Parameter der zustandstypischen Modellsignalform 240 mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße 200 kann die Entscheidung, ob der erste Betriebszustand vorliegt, getroffen werden.In embodiments of the method according to the invention in which the parameter estimation is used as a comparative comparison method, the measured signal of the operating
Mit Hilfe der Ausgleichsrechnung des vergleichenden Verfahrens der Parameterschätzung kann auch ein Maß einer Abweichung der geschätzten Parameter der zustandstypischen Modellsignalform 240 zu dem gemessenen Signal der Betriebsgröße 200 ermittelt werden.With the help of the adjustment calculation of the comparative method of parameter estimation, a measure of a deviation of the estimated parameters of the state-typical
Um zu entscheiden, ob eine ausreichende Übereinstimmung oder eine ausreichend geringe Abweichung der zustandstypischen Modellsignalform 240 mit den geschätzten Parametern zum gemessenen Signal der Betriebsgröße 200 vorliegt, wird in dem Verfahrensschritt S2 folgenden Verfahrensschritt S2a eine Abweichungsbestimmung durchgeführt. Wird die Abweichung von der zustandstypischen Modellsignalform 240 zum gemessenen Signal der Betriebsgröße von 70% ermittelt, kann die Entscheidung getroffen werden, ob der erste Betriebszustand im Signal der Betriebsgröße identifiziert wurde und ob der erste Betriebszustand vorliegt.In order to decide whether there is sufficient agreement or a sufficiently small deviation of the state-typical
Um zu entscheiden, ob eine ausreichende Übereinstimmung der zustandstypischen Modellsignalform 240 mit dem Signal der Betriebsgröße 200 vorliegt, wird in einer weiteren Ausführungsform in einem dem Verfahrensschritt S2 folgenden Verfahrensschritt S2a eine Gütebestimmung für die geschätzten Parameter durchgeführt. Bei der Gütebestimmung werden Werte für eine Güte zwischen 0 und 1 ermittelt, wobei gilt, dass ein höherer Wert eine höhere Übereinstimmung zwischen der zustandstypischen Modelsignalform 240 mit dem Signal der Betriebsgröße 200 repräsentiert. Die Entscheidung, ob der erste Betriebszustand vorliegt, wird in der bevorzugten Ausführungsform in dem Verfahrensschritt S3 zumindest teilweise anhand der Bedingung getroffen, dass der Wert der Güte in einem Bereich von 50%.In order to decide whether there is sufficient agreement between the state-typical
In einer Ausführungsform des erfinderischen Verfahrens wird als vergleichendes Vergleichsverfahren in Verfahrensschritt S2 das Verfahren der Kreuzkorrelation verwendet. Wie die im vorstehenden beschriebenen mathematischen Verfahren auch, ist das Verfahren der Kreuzkorrelation dem Fachmann an sich bekannt. Bei dem Verfahren der Kreuzkorrelation wird die zustandstypische Modellsignalform 240 mit dem gemessenen Signal der Betriebsgröße 200 korreliert.In one embodiment of the inventive method, the cross-correlation method is used as a comparative comparison method in method step S2. Like the mathematical methods described above, the cross-correlation method is known per se to those skilled in the art. In the cross-correlation method, the state-typical
Im Vergleich zum weiter oben vorgestellten Verfahren der Parameterschätzung ist das Ergebnis der Kreuzkorrelation wieder eine Signalfolge mit einer addierten Signallänge aus einer Länge des Signals der Betriebsgröße 200 und der zustandstypischen Modellsignalform 240, welches die Ähnlichkeit der zeitverschobenen Eingangssignale darstellt. Dabei stellt das Maximum dieser Ausgangsfolge den Zeitpunkt der höchsten Übereinstimmung der beiden Signale, also des Signals der Betriebsgröße 200 und der zustandstypischen Modelsignalform 240, dar und ist damit auch ein Maß für die Korrelation selbst, welches in dieser Ausführungsform in Verfahrensschritt S3 als Entscheidungskriterium für das Vorliegen des ersten Betriebszustands verwendet wird. In der Implementierung im erfindungsgemäßen Verfahren ist ein wesentlicher Unterschied zur Parameterschätzung, dass für die Kreuzkorrelation beliebige zustandstypische Modelsignalformen verwendet werden können, während bei der Parameterschätzung die zustandstypische Modellsignalform 240 durch parametrisierbare mathematische Funktionen dargestellt werden können muss.In comparison to the parameter estimation method presented above, the result of the cross-correlation is again a signal sequence with an added signal length from a length of the signal of the operating variable 200 and the state-typical
In
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung.The invention is not limited to the embodiment described and illustrated. Rather, it also includes all specialist developments within the scope of the invention defined by the patent claims.
Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen sowie Kombinationen von Merkmalen umfassen können.In addition to the embodiments described and illustrated, further embodiments are conceivable, which may include further modifications and combinations of features.
Claims (15)
- Method for detecting a first operating state of a handheld power tool (100), the handheld power tool (100) including an electric motor (180), the method comprising the following step:S1 ascertaining a signal of an operating quantity (200) of the electric motor (180);wherein the method is characterized by the following steps:S2 comparing the signal of the operating quantity (200) with at least one state-typical model signal form (240), the state-typical model signal form (240) having been assigned to the first operating state;
andS3 deciding whether the first operating state is present, the decision depending at least partially on whether the state-typical model signal form (240) is identified in the signal of the operating quantity (200) in step S2. - Method according to Claim 1, characterized in that the state-typical model signal form (240) is an oscillation curve, in particular a trigonometric oscillation curve.
- Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the operating quantity is a speed of the electric motor (180) or an operating quantity correlating with the speed.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that the signal of the operating quantity (200) is recorded in method step S1 as a temporal progression of measured values of the operating quantity or as measured values of the operating quantity as a quantity of the electric motor (180) correlating with the temporal progression.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that the signal of the operating quantity (200) is recorded in method step S1 as a temporal progression of measured values of the operating quantity, and, in a method step S1a following the method step, the temporal progression of the measured values of the operating quantity is transformed into a progression of the measured values of the operating quantity as a quantity of the electric motor (180) correlating with the temporal progression.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that the signal of the operating quantity (200) is stored as a sequence of measured values in a memory, preferably a ring memory, in particular of the handheld power tool (100).
- Method according to Claim 6, characterized in that in method step S1 the measured values are segmented in such a manner that the signal of the operating quantity (200) always comprises a predetermined number of measured values.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that in method step S2 the signal of the operating quantity (200) is compared by means of one of the comparison methods encompassing at least one frequency-based comparison method and/or a comparative comparison method, the comparison method comparing the signal of the operating quantity (200) with the state-typical model signal form (240) in order to determine whether at least one predetermined threshold value is satisfied.
- Method according to Claim 8, characterized in that the frequency-based comparison method encompasses at least bandpass filtering and/or frequency analysis, the predetermined threshold value amounting to at least 85%, in particular 90%, quite particularly 95%, of a predetermined limiting value.
- Method according to Claim 8, characterized in that the comparative comparison method encompasses at least parameter estimation and/or crosscorrelation, the predetermined threshold value amounting to at least 50% of a concordance of the signal of the operating quantity (200) with the state-typical model signal form (240).
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that method step S2 includes a subsequent method step S2a of a determination of the quality of the identification of the state-typical model signal form (240) and of the signal of the operating quantity (200), the decision in method step S3 as to whether the first operating state is present being made at least partially on the basis of the quality determination.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that method step S2 includes a subsequent method step S2a of a determination of the deviation of the identification of the state-typical model signal form (240) and of the signal of the operating quantity (200), the decision in method step S3 as to whether the first operating state is present being made at least partially on the basis of the deviation determination.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first operating state is identified on the basis of fewer than ten impacts of an impact mechanism of the handheld power tool (100), in particular fewer than ten impact-oscillation periods of the electric motor (180), preferably fewer than six impacts of an impact mechanism of the handheld power tool (100), in particular fewer than six impact-oscillation periods of the electric motor (180), quite preferably fewer than four impacts of an impact mechanism of the handheld power tool (100), in particular fewer than four impact-oscillation periods of the electric motor (180).
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that the handheld power tool (100) is an impact wrench, in particular a rotary impact wrench, and the first operating state is an impact mode, in particular a rotary impact mode.
- Handheld power tool (100) including an electric motor (180), a pick-up for a measured value of an operating quantity of the electric motor (180) and a control unit (370), characterized in that the control unit (370) has been set up to implement the method according to one of Claims 1 to 13.
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