JP5931282B2 - 打撃装置 - Google Patents

Description

従来技術
本発明は、ニューマティック式打撃機構と、この打撃機構を調整するように構成された制御ユニットとを備えた打撃装置、特に穿孔ハンマー及び／又は打撃ハンマー用の打撃装置に関する。

発明の開示
本発明は、ニューマティック式打撃機構と、この打撃機構を調整するように構成された制御ユニットとを備えた打撃装置、特に穿孔ハンマー及び／又は打撃ハンマー用の打撃装置に関する。

本発明では、少なくとも１つの負荷推定回路を含む制御ユニットを提案する。本発明の「打撃装置」とは、特に、打撃機構を駆動するように構成された装置であると理解されたい。打撃装置は特には制御ユニットを含む。また、打撃装置は、当該打撃装置を駆動するように構成された駆動ユニット及び／又は伝動ユニットを含むことができる。これに関連して「制御ユニット」とは特に、打撃装置のうち、駆動ユニット及び／又は打撃機構を調整及び／又は制御するように構成された装置を意味する。駆動ユニットは特に、打撃機構を駆動するように構成される。さらに、駆動ユニットは、回転作業運動を行う工具を駆動するように構成される。駆動ユニットは、特には、モータと、作業運動を変換するための伝動ユニットとを含む。制御ユニットは、有利には、電気制御ユニット乃至電子制御ユニットとして構成される。

「穿孔ハンマー及び／又は打撃ハンマー」とは、本発明では特に、打撃インパルスを印加される回転式又は非回転式の工具によって被加工材を加工するように構成された工具機械である。有利には、工具機械は、ユーザが手持ち操作するハンドガイド式工具機械として構成される。これに関連して、「打撃機構」とは特に、軸方向の打撃インパルスを形成し、及び／又は、当該打撃インパルスを形成して工具ホルダに配置された工具へ伝達する少なくとも１つのモジュールを含む装置である。こうしたモジュールは、特には、打撃部、打撃ボルト、打撃管等のガイドエレメント、ポット状ピストンなどのピストンその他、当業者にその有効性が知られたモジュールであってよい。打撃部は、打撃インパルスを工具へ直接に伝達することもできるが、有利には間接的に伝達する。有利には、打撃部は打撃インパルスを打撃ボルトへ伝達し、この打撃ボルトが打撃インパルスを工具へ伝達する。なお、「構成される」とは、特には、何らかの目的のために専用に形成及び／又は実現されることを意味する。

「負荷推定回路」とは、本発明では特に、少なくとも１つの入力値を考慮して、少なくとも１つの未知のパラメータの値及び／又は特性を推定する装置及び／又はアルゴリズムであると理解されたい。有利には、負荷推定回路は少なくとも１つの既知のパラメータを考慮する。これに関連して「パラメータ」とは特には入力量を意味する。ここでのパラメータは、固定値であってもよいし、特には時間の関数及び／又は回転位置及び／又は他の変数であってもよい。負荷推定回路は制御技術から当業者に良く知られている。負荷推定回路は有利には少なくとも部分的にアルゴリズムとして計算ユニット上に構成される。なお、「推定する」とは、本発明では、推定されるパラメータの絶対値及び／又は値の特性が充分に良好に真のパラメータに対応し、所定のタスクにおいて真のパラメータを代表するのに適することを意味する。推定に必要な精度はタスクに応じて当業者が設定可能である。有利には、パラメータの推定は、真の値からの偏差が５０％未満、有利には２５％未案である場合に、真の値に充分に良好に対応しているとされる。

制御ユニットは推定されるパラメータを評価する。実際のパラメータの測定は省略可能である。制御ユニットは大きなコストをかけなければ測定できないパラメータのみを考慮する。制御ユニットは測定に不確実な要素が存在するパラメータは考慮しない。

また本発明では、負荷推定回路が負荷監視回路として構成される。本発明における「負荷監視回路」とは、システムモデルを用いて物理系の少なくとも１つのパラメータを少なくとも１つの入力値から推定する負荷推定回路であると理解されたい。本発明における「システムモデル」とは、特には、物理系の簡単化された数学的シミュレーションを意味し、特に物理系のダイナミクスモデルを含む。ダイナミクスモデルは物理系の種々の物質のダイナミックな力の作用を少なくとも部分的に考慮している。推定されるパラメータの絶対値及び／又は絶対値特性が物理系の真のパラメータに充分に良好に対応し、所定のタスクにおいて充分に真のパラメータの代表値となるのであれば、システムモデルは特に確実に適用できる簡単化された物理系のシミュレーションとなる。本発明における「物理系」とは、打撃装置の１つもしくは複数の要素、特には駆動ユニットである。制御ユニットは推定されたパラメータを評価する。各パラメータは負荷監視回路によって特に精確に推定される。負荷監視回路はダイナミックな力の影響を少なくとも部分的に考慮できる。

さらに本発明では、制御ユニットは、打撃機構の動作状態を識別するように構成される。有利には、制御ユニットは、打撃機構の打撃モード及び／又はアイドリングモードを識別及び／又は判別するように構成される。なお、制御ユニットが、打撃機構の他の動作状態、特に、打撃周波数もしくは打撃強度や、当業者にとって有意なその他の動作状態を識別するように構成することもできる。本発明における「打撃モード」とは特に打撃機構から有利には規則的な打撃インパルスが出力される打撃機構の動作状態であり、「アイドリングモード」とは、規則的な打撃インパルスが生じていないことを特徴とする打撃機構の動作状態であると理解されたい。特に、制御ユニットは、負荷推定回路によって推定されたパラメータを考慮して、打撃機構の動作状態を求める。有利には、打撃機構の所定の動作状態が識別される。制御ユニットは、所望の動作状態が保証されるよう、打撃機構の動作パラメータを調整する。

また、制御ユニットは、少なくとも１つの動作パラメータを処理するように構成される。動作パラメータは特には負荷推定回路の入力値であってよい。有利には、当該動作パラメータは、駆動制御部の動作パラメータから形成される。本発明における「駆動制御部」とは、特に、打撃装置の駆動ユニットの回転数を制御するために設けられている制御ユニットであると理解されたい。本発明における「駆動制御部の動作パラメータ」とは、特には、駆動ユニットを制御する駆動制御部によって利用される動作パラメータである。有利には、当該動作パラメータは、駆動ユニットの電流消費量、及び／又は、駆動ユニットのモータ回転数である。回転数が伝動部で検出される場合、モータ回転数は既知の伝達比で伝動部の回転数から計算できる。なお、制御ユニットは既存の動作パラメータを利用でき、新たな動作パラメータを測定及び／又は計算する必要は省略される。

また、本発明の実施形態では、制御ユニットは、少なくとも１つの既知の負荷と少なくとも１つの推定負荷とに依存して動作パラメータを処理するように構成される。推定負荷は、特には、駆動ユニットの、小さい負荷変化及び／又は迅速かつ高度にダイナミックな負荷変化であってよい。本発明における「負荷」とは、特には、駆動ユニットの駆動シャフトに作用する負荷トルクであると理解されたい。推定負荷は、特に、少なくとも部分的に打撃モードによって発生する負荷、とりわけ打撃機構の周期的なピストン運動に起因する負荷である。本発明における「小さい負荷変化」とは、特には、駆動ユニットの非制御状態において、１０％未満、有利には５％未満の回転数変動を生じさせる負荷変化である。本発明における「迅速かつ高度にダイナミックな負荷変化」とは、ピストンの１運動サイクル内、特にピストンを駆動する外心伝動部の１回転中に生じる負荷変化である。

既知の負荷が考慮される場合、推定すべき負荷を良好な精度で求めることができる。特に、動作パラメータを用いれば、動作パラメータが直接に観察される場合に既知の負荷によってカバーされる小さい負荷及び／又は高ダイナミックな負荷を推定できる。ここで、「カバーされる」とは、特には、動作パラメータの特性における未知のパラメータが、動作パラメータの振幅の５０％未満、有利には３０％未満、特に有利には１０％未満の小さな割合しか有さないことを意味する。例えば、駆動ユニットに作用する負荷トルクは、穿孔工具による回転作業運動の加工過程によって、打撃機構の打撃モードよりも大きな回転数変化又は電流消費量変化を生じさせる。既知の動作パラメータを考慮せずに回転数変化及び／又は電流消費量変化を考察しても、打撃モードの識別は不可能である。有利には、制御ユニットは、駆動ユニットの回転数を動作パラメータとして処理するように構成される。回転数は特にはダイナミックに検出される。他のセンサは省略可能である。また有利には、制御ユニットは、既知の周期時間を有する既知の負荷を考慮するように構成される。つまり、制御ユニットは、時間周期性を有する負荷を考慮するように構成される。時間周期性の負荷は、特に、駆動ユニットの給電電流の周波数に依存して変化する。例えば、駆動ユニットへ供給される給電電流の変動は、打撃装置が接続されている電流源の電源周波数の２倍に相当する。さらに、制御ユニットは、角度周期性を有する負荷を考慮するように構成されてもよい。角度周期性の負荷は、特に、作業ユニットの回転位置に依存して変化する。特に、角度周期性の負荷は、駆動ユニットの回転位置とともに変化する外心伝動部の伝達比に依存して変化する。

有利には、負荷推定回路は、所定の時間にわたる動作パラメータの特性、特に駆動ユニットのモータで測定された回転数特性から既知の値を減算することにより、所定の時間にわたる未知の負荷の推定特性を求める。この場合、既知の負荷は時間及び／又は駆動ユニットの回転位置に依存する関数である。既知の負荷は駆動ユニットの基本回転数及び／又は目標回転数であってよい。当該回転数は緩慢にしか変化せず、所定の時間にわたる平均によって、及び／又は、ローパスフィルタリングによって、求められる。別の既知の負荷として、例えばモータの不均等性や、モータへの給電電圧の不均等性、乃至、伝動部の伝達比の変動に起因する回転数変動が挙げられる。これらの負荷は時間及び／又は角度に依存している。これらの負荷の関数は当業者が定めることができる。

ここでは、未知の負荷が特に良好に推定される。推定された負荷は動作状態を識別するのに特に適する。未知の負荷は有利には打撃モードに起因する回転数変動の量である。これに代えて、負荷と時間との関数を導出することもできる。基本回転数及び／又は目標回転数の考慮を省略してもよい。既知の各負荷の和は、負荷トルク、特に打撃モードに起因する負荷トルクに直接に比例する。本発明によれば打撃モードを確実に識別できる。

また、制御ユニットがフィルタユニットを含み、既知の周波数帯域でのフィルタリングによって未知の負荷を動作パラメータから推定するように当該フィルタユニットを構成することもできる。当該フィルタユニットは特には負荷推定回路の関数を有する。特に、動作パラメータはバンドパスフィルタによって処理される。未知の負荷は既知の周波数帯域において生じる。バンドパスフィルタは、有利には、当該既知の周波数帯域以外の周波数を抑圧する。このため、未知の負荷によって偏差した周波数スペクトルを有する既知の負荷の作用が抑圧され、当該未知の負荷をバンドパスフィルタでのフィルタリングによって動作パラメータから推定できる。こうして制御ユニットは打撃機構の動作状態を識別でき、よって、未知の負荷の複雑な計算を省略できる。

さらに、制御ユニットが、推定負荷と少なくとも１つの限界値との比較により動作状態を求めるように構成することができる。特に、推定されたパラメータ及び／又は推定された負荷の導関数が当該限界値を上方超過もしくは下方超過した場合に、打撃モード及び／又はアイドリングモードを識別できる。

また、制御ユニットは、少なくとも１つの既知の負荷を求める学習モードを有することができる。特に、制御ユニットは学習モードでは一定の負荷及び／又は時間依存性の負荷及び／又は角度依存性の負荷を学習できる。制御ユニットは、当該負荷に対して、スケーリングパラメータを含む予め定められた関数を有する。学習モードでは、打撃装置は、負荷に対して格納された関数から既知の時間依存性及び角度依存性の周期時間にわたって、時間領域及び角度領域の回転数信号を平均し、既知の負荷の和が有する回転数信号からの差ができるだけ小さくなるようにスケーリングパラメータを設定する。有利には、読み込みフェーズは、制御ユニットによって識別される動作状態が発生しないアイドリングモードで行われる。既知の負荷は有利には制御ユニットによって求められる。打撃装置の耐用期間にわたって変化する負荷が新たに学習される。このため、ユーザ及び／又は専門家による負荷の計算を回避できる。

制御ユニットは、駆動ユニットの駆動トルクを推定するように構成されたダイナミクスモデルを有する。特に、制御ユニットは、モータの電流消費量を考慮してモータの駆動トルクを推定するように構成されたダイナミクスモデルを有する。有利には、ダイナミクスモデルは、モータの質量慣性モーメント及び／又はモータの回転数及び／又は磁力線依存性のモータ定数及び／又は摩擦定数及び／又は結合磁束及び／又は負荷トルク及び／又は粘性摩擦成分及び／又は渦摩擦成分を考慮する。ダイナミクスモデルが別の影響量、特に時間依存性及び角度依存性の影響量を考慮してもよい。本発明における「磁力線」とは、モータ内の電磁的な力線のことであると理解されたい。当該磁力線は、特に、モータの電流消費量とモータ定数とに依存して定まる。磁力線依存性のモータ定数は、所定の特性曲線によって検出可能である。特性曲線は例えば有限要素モデルによって計算される。

当業者にとって、電流消費量と回転数とを考慮してモータの駆動トルクを計算するためのダイナミクスモデルを求める手法は公知である。有利には、ダイナミクスモデルは、モータ及び／又は駆動ユニットの負荷トルクを推定するように構成される。有利には、制御ユニットの負荷監視回路はルエンベルガー監視回路として構成されている。本発明における「ルエンベルガー監視回路」とは、特に、当業者に公知の、監視回路のモデルによって推定された値と実際に測定された値とを比較する負荷監視回路である。比較によって得られた差が、シミュレートされたモデルの補正素子を形成する。推定値と測定値との差から、未知の量を推定できる。ここでの「量」とは特には物理量であると理解されたい。モデルは、特に、電流消費量を考慮してモータの回転数を推定するように構成される。ルエンベルガー監視回路は、推定された回転数と測定された回転数とを比較し、当該推定された回転数と当該測定された回転数との差が最小化されるよう、負荷トルクに対する補正素子を適合化し、この負荷トルクの補正素子に基づいて、モータの負荷トルクを推定する。

なお、補正素子がどれだけの速度で変化するかを定める別のパラメータを設けてもよい。当該パラメータは、特に、推定すべきパラメータの周波数スペクトルに依存して、当業者が選定できる。負荷トルクは、打撃機構の動作状態を識別するのに適している。特に、負荷トルクは、打撃モードを識別するのに適している。制御ユニットは、負荷トルクを処理して、所定の動作状態を識別する。負荷トルクを測定するセンサは省略できる。

打撃装置は、特に、ローバスト及び／又は低コストである。ダイナミクスモデルにより、負荷トルクを特に精確に推定できる。ダイナミクス効果及び／又は摩擦効果及び／又はモータ定数と磁力線との依存関係が考慮される。有利には、ダイナミクスモデルは制御ユニットの計算ユニット上に構成される。ルエンベルガー監視回路に代えて、当業者は、ダイナミクスモデルによって推定されたパラメータと測定されたパラメータとの差から推定量を求める別の適切な方法、例えば、公知のカルマンフィルタを利用してもよい。

また、測定パラメータと推定パラメータとの比較から、ダイナミクスモデルのモデルパラメータを求めることもできる。特に、ダイナミクスモデルのモデルパラメータは学習モードで求めることができる。学習モードは有利には打撃装置のアイドリングモードにおいて実行される。推定すべきパラメータ、特に打撃モードに起因する負荷トルクは、アイドリングモードでは少なくとも殆ど省略できる。この場合の「少なくとも殆ど」とは、推定すべきパラメータが識別すべき動作状態における値の３０％未満の値、有利には１０％未満の値にしかならないことを意味する。ダイナミクスモデルで推定された値と測定値との差、特に、ダイナミクスモデルで推定された回転数と測定回転数との差に基づいて、エラーを有するモデルパラメータを推定できる。当該差が最小化されるように学習モードにおいてモデルパラメータを変更する種々のプロセスが当業者に公知である。ダイナミクスモデルは、推定された回転数を測定された回転数へ収束させる補正パラメータを含む。有利には、モデルパラメータの自動計算が達成される。打撃装置の耐用期間中の変化も考慮できる。

さらに、制御ユニットは、少なくとも１つの推定パラメータと少なくとも１つの限界値とを比較することにより、動作状態を求めるように構成される。動作状態はディジタル信号として出力される。特に、推定パラメータが限界値を上回ると、打撃モードが識別される。推定パラメータは特には推定負荷トルクである。有利には、推定パラメータは打撃モードに起因する推定負荷である。有利には、複数の動作状態に推定負荷トルクの複数の限界値が割り当てられる。有利には、負荷トルクの勾配及び／又は振幅周波数が所定の動作状態に割り当てられる。特に、制御ユニットは、回転数依存性の周波数帯域の負荷トルクの振幅周波数が打撃機構で予測される打撃周波数の範囲内で発生した場合に、打撃モードを識別する。本発明における「予測される打撃周波数」とは、特に、打撃機構の打撃モードで、駆動回転数に基づき、打撃機構の駆動ユニットの所定の伝達比により設定される打撃周波数であると理解されたい。制御ユニットは動作状態を特に確実に求めることができる。障害的な影響量が特に良好に消去されるからである。

さらに、制御ユニットは、アイドリングモードから打撃モードへの移行時に少なくとも１つの動作パラメータを一時的に開始値へ設定するように構成される。本発明のアイドリングモードから打撃モードへの「移行」とは、アイドリングモードからの打撃機構のスタートを意味する。打撃モードへの移行とは、特に、打撃機構がアイドリングモードから打撃モードへ切り替えられたときに行われる。ここでの「動作パラメータ」とは、打撃装置により打撃機構を動作させるために形成及び／又は制御されるパラメータ、例えば駆動回転数もしくは動作圧もしくは絞り位置であると理解されたい。本発明における「開始値」とは、特に、打撃機構の確実なスタートに適した安定動作パラメータである。ここで、「確実な」とは、アイドリングモードから打撃モードへ打撃機構を切り替える際に９０％超、有利には９５％超、特に有利には９９％超の確率で打撃モードが開始されることを意味し、「一時的に」とは、特に、制限された時間範囲を意味する。当該時間範囲は、特に、３０秒未満、有利には１０秒未満、特に有利には５秒未満である。このようにして、打撃機構の確実なスタートが達成される。

打撃機構のスタートに適さない動作パラメータを有する打撃モードもありうる。打撃機構のスタートに適さない動作パラメータは、作業値として許容される。例えば、打撃機構のスタートに適さない動作パラメータでのアイドリングモードが発生することがあり、ここでの動作パラメータはアイドリング値として許容される。打撃機構の信頼性及び打撃機構の出力を高めることができる。このために、制御ユニットは、打撃モード中の少なくとも１つの動作状態において、動作パラメータを過臨界の作業値へ調整するように構成される。制御ユニットは、特に、ユーザが所定の条件のもとで過臨界となる作業値を要求する場合、過臨界の作業値を設定するように構成される。

ここで「過臨界の作業値」とは、特に、アイドリングモードから打撃モードへの有効な移行が保証されない動作パラメータであると理解されたい。とりわけ、打撃機構が過臨界の動作パラメータを有する打撃モードにある場合、全ケースに対して５０％未満、有利には８０％未満、特に有利には９５％未満のケースでしか打撃モードが開始されない。打撃部又は打撃の形成に用いられる他の打撃部材の打撃振幅と動作パラメータとの関係は、特にはヒステリシスを有する。過臨界の動作パラメータは、特には、限界値が上方超過もしくは下方超過され、限界値の上方又は下方で打撃振幅の関数が動作パラメータに依存して多義的となることにより識別される。

打撃モードが有効に行われている期間における過臨界の作業値は、有利には、打撃モードの安定な続行によって識別される。確実な打撃機構のスタートは、有利には、開始値で行われる。有利には、当該開始値は、動作パラメータに依存した振幅の関数が一義的な解を有する領域に存在する。打撃機構の出力は、過臨界の動作パラメータにおいて高められる。よって、打撃機構を有する工具機械の出力も高められる。

過臨界の動作パラメータでの打撃機構の作動が許容されることもありうる。有利には、打撃機構は、アイドリングモードにおいては、過臨界の開始値に対応するアイドリング値で作動される。有利には、打撃機構のスタートのための動作パラメータは一時的に開始値に設定される。打撃機構は、打撃モードとアイドリングモードとにおいて過臨界の動作パラメータで作動される。打撃機構は、ユーザによって選択された動作パラメータを有するアイドリングモード及び打撃モードで作動されるのである。ユーザは選択した動作パラメータをアイドリングモードにおいても特に良好に識別することができる。

有利には、動作パラメータは排気ユニットの絞り特性量である。ここでの「絞り特性量」とは、特に、排気ユニットの流れ抵抗（特に流れ断面積）を変化させる排気ユニットの設定量である。本発明における「排気ユニット」は、特に、打撃機構の送気ユニット乃至排気ユニットである。排気ユニットは特に、打撃機構内の少なくとも１つの空間の圧力乃至体積の補償のために設けられる。特に、排気ユニットは、打撃部をガイドするガイド管内の空間から排気を行うために、打撃方向で見て打撃部の前方又は後方に設けられる。有利には、動作パラメータは、打撃方向で見て打撃部の前方に存在する空間の排気ユニットにおける絞り位置である。排気ユニットの流れ断面積が増大されると、打撃部前方の空間からの排気が増大され、打撃部とは反対側の対抗圧が低下し、これにより打撃強度が高まる。排気ユニットでの流れ断面積が低減されると、打撃部前方の空間からの排気が低減され、打撃部とは反対側の対抗圧が高まり、これにより打撃強度が低下する。特には、対抗圧によって打撃部が打撃方向とは反対側に行うバックストローク、すなわち、打撃機構の始動が支援される。当該動作パラメータは、打撃機構の確実な始動を保証する。低減された流れ断面積を有する動作パラメータは安定動作パラメータであり、開始値に適する。増大された流れ断面積を有する動作パラメータは、打撃機構の出力が高まった場合の臨界的な動作パラメータであり、作業値に適する。

本発明の有利な実施形態によれば、動作パラメータは打撃周波数である。本発明の「打撃周波数」とは、打撃機構が打撃モードで打撃インパルスを形成する際の平均周波数であると理解されたい。打撃周波数は特には打撃機構回転数に依存して変化する。ここでの「打撃機構回転数」とは、特に、打撃機構のピストンを運動させる外心伝動部の回転数を意味する。ピストンは、特に、圧力クッションを形成して打撃部の圧力印加を行うように構成される。打撃部は、特に、ピストンが形成する圧力クッションによって打撃周波数で駆動される。打撃周波数と打撃機構回転数とは有利には直接に関係している。特には、打撃周波数の値［１／ｓ］は打撃機構回転数［Ｕ／ｓ］である。これは、打撃部が外心伝動部の１回転ごとに１回の打撃を行うことに相当する。よって、この場合は「周波数」の概念と「回転数」の概念が等価に使用される。

当業者は、打撃機構の構成が本発明と異なる場合、次のような構成を相応に適合化すべきである。つまり、打撃機構回転数を制御ユニットによって特に簡単に調整できる。打撃機構回転数は加工のケースごとに良好に適合化できる。打撃機構は、高い打撃機構回転数では高い出力を送出できる。打撃機構回転数が高い場合、打撃機構の駆動ユニットが高い回転数で駆動される。同様に、駆動ユニットによって駆動される排気ユニットも高い回転数で駆動される。こうして、排気ユニットによる打撃機構及び／又は駆動ユニットの冷却が改善される。

打撃機構の打撃振幅の関数は打撃機構回転数に依存して変化する。当該回転数が基本回転数を上回る場合、当該関数はヒステリシスを有し、多義的となる。よって、アイドリングモードから打撃モードへの切り替えの際、及び／又は、打撃モードの中断後に打撃モードを新たにスタートする際の打撃モードの開始が確実でないか又は不可能となることがある。また、当該回転数が基本回転数を下回る場合には、開始値及び／又は安定した打撃モードのための作業値が用いられる。基本回転数を上回る打撃機構回転数は、臨界的な打撃モードのための作業値として利用可能である。なお、最大回転数が上方超過される場合には、打撃モードは確実でないか又は不可能となる。ここで「確実でない」とは、少なくとも５分ごと、特には少なくとも１分ごとに、打撃モードがランダムに反復されたり欠落したりすることであると理解されたい。

さらに、動作モードの移行を表すモード移行センサが設けられる。特に、制御ユニットのモード移行センサは、アイドリングモードから打撃モードへの移行をシグナリングする。モード移行センサは、工具が被加工材を押圧する圧力を検出する。これは、有利には、ユーザが処理過程を開始する場合に識別される。特に有利には、モード移行センサが打撃機構の切り替え、すなわち、アイドリング開口の開閉と動作モード変化のために設けられている打撃機構の開口の開閉とを識別する。モード移行センサは、打撃機構の動作モード変化のために設けられているアイドリングスリーブ及び／又は制御スリーブの重なりを検出する。制御ユニットは、有利には、打撃機構の動作モード変化が生じた場合に識別される。制御ユニットは有利には、動作モードの変化を支援する動作パラメータ及び／又は動作モードの移行を可能にする動作パラメータを変更する。これにより、打撃モードは確実に開始される。

また本発明は、ハンドガイド式工具機械、特に、本発明の打撃装置を備えた穿孔ハンマー及び／又は打撃ハンマーに関する。本発明のハンドガイド式工具機械は上述した利点を有する。

さらに、本発明は、上述した特徴を有する打撃装置用の制御装置に関する。本発明の制御ユニットを備えた打撃装置は、上述した利点を有する。制御ユニットは既存の制御ユニットに対して後付け可能である。

本発明はさらに、上述した特徴を有する打撃装置の作動方法に関する。本発明の方法は特に動作パラメータを求めることに適する。

有利な制御ユニットは、本発明の方法を実行するためのプログラム及び／又は本発明の方法を実行するためのパラメータ乃至値を呼び出し可能に記憶したメモリユニットと、上述した方法乃至プログラムを実行する計算ユニットとを含む。

さらなる利点は以下の図示の実施例の説明から得られる。図には本発明の４つの実施例が示されている。以下の説明、特許請求の範囲及び図に記載されている各特徴は相互に関連している。当業者は、目的に応じて、各特徴を単独でも任意に組み合わせても考察できる。

第１の実施例の制御ユニットを備えた、アイドリングモードにある穿孔ハンマー乃至打撃ハンマーを示す概略図である。 打撃モードにある穿孔ハンマー乃至打撃ハンマーを示す概略図である。 打撃機構の動作時の制御ユニットの動作を示すフローチャートである。 学習モードでの制御ユニットの動作を示すフローチャートである。 回転数信号に影響を及ぼす複数のパラメータを示すグラフである。 学習モードで学習される複数のパラメータを示すグラフである。 開始値及び限界値及び作業値及び最大値の設定の例を表すグラフである。 アイドリングモードから打撃モードへの移行時の打撃装置の制御ユニットの動作を示すグラフである。 第２の実施例の穿孔ハンマー乃至打撃ハンマーの種々の動作状態での信号を表す信号スペクトル図である。 アイドリングモードにある、第３の実施例の穿孔ハンマー乃至打撃ハンマーを表す概略図である。 負荷監視回路のブロック回路図である。 負荷監視回路と駆動ユニットとを備えたシステムの概略図である。 モータの特性曲線を示すグラフである。 推定負荷トルク及び測定負荷トルクの例を表すグラフである。 打撃機構の測定負荷トルク及び推定負荷トルクの特性と動作状態との例を表すグラフである。 第４の実施例の穿孔ハンマー乃至打撃ハンマーの打撃機構の排気部の概略図である。 排気部の別の態様の概略図である。

図１，図２には、ニューマティック式打撃機構１６ａと、これを調整乃至制御するように構成された制御ユニット１４ａとを備えた、穿孔ハンマー乃至打撃ハンマー１２ａ用の打撃装置１０ａが示されている。打撃装置１０ａは、モータ３６ａ及び伝動部３８ａを備えており、伝動部３８ａは第１の歯車４０ａを介して打撃管４２ａを回転駆動し、第２の歯車４４ａを介して外心伝動部４６ａを駆動する。打撃管４２ａは、工具５０ａを懸架する工具支承部４８ａに回転固定に接続されている。工具支承部４８ａ及び工具５０ａは、穿孔動作中、打撃管４２ａを介して、回転作業運動５２ａによって駆動される。

打撃部５４ａが打撃方向５６ａの打撃モードにおいて工具支承部４８ａの方向へ加速される場合、この打撃部５４ａは工具５０ａとの間に配置された打撃ボルト５８ａへ衝突して打撃インパルスを生じさせ、この打撃インパルスが打撃ボルト５８ａから工具５０ａへ伝達される。工具５０ａは、当該打撃インパルスによって打撃性の作業運動６０ａを行う。また、ピストン６２ａが、打撃管４２ａ内で運動可能なように、打撃部５４ａに対して打撃方向５６ａとは反対側で支承されている。ピストン６２ａは、打撃機構回転数１２４ａ（図８）によって駆動される外心伝動部４６ａにより、連接棒６４ａを介して、打撃管４２ａ内で打撃方向５６ａに沿って周期的に往復運動するように駆動される。ピストン６２ａは、打撃管４２ａ内で打撃部５４ａとの間に存在するエアクッション６６ａを圧縮する。ピストン６２ａが打撃方向５６ａへ運動すると、打撃部５４ａが打撃方向５６ａへ加速される。こうして打撃モードが開始される。打撃ボルト５８ａの衝撃応力によって、及び／又は、ピストン６２ａと打撃部５４ａとの間での、打撃方向に対して反対向きのピストン６２ａの後退運動によって、及び／又は、打撃部５４ａと打撃ボルト５８ａとの間の打撃方向５６ａに対して反対向きの打撃空間１３４ａにおける対抗圧によって、打撃部５４ａは打撃方向５６ａに対して反対向きに運動し、続いて、次の打撃インパルスで新たに打撃方向５６ａへ加速される。

なお、打撃管４２ａ内の打撃部５４ａと打撃ボルト５８ａとの間の領域には排気開口６８ａが設けられており、打撃部５４ａと打撃ボルト５８ａとの間の打撃空間１３４ａ内の空気を放出させることができる。また、打撃管４２ａ内の打撃部５４ａとピストン６２ａとの間の領域にはアイドリング開口７０ａが設けられている。工具支承部４８ａは打撃方向５６ａで移動可能に支承されており、制御スリーブ７２ａに取り付けられている。ばねエレメント７４ａは制御スリーブ７２ａに対して打撃方向５６ａの力を作用させる。

図２の打撃モード、すなわち、工具５０ａがユーザによって被加工材へ押しつけられるモードでは、工具支承部４８ａがばねエレメント７４ａの力に対して制御スリーブ７２ａを移動させ、これによりアイドリング開口７０ａが閉鎖されている。工具５０ａが被加工材から離れると、工具支承部４８ａ及び制御スリーブ７２ａがばねエレメント７４ａによって打撃方向５６ａへ移動するので、制御スリーブ７２ａの開口がアイドリング開口７０ａに連なり、貫通孔が開放される。こうして、アイドリング開口７０ａにより、ピストン６２ａと打撃部５４ａとの間のエアクッション６６ａにおける圧力が解放される。図１のアイドリングモードでは、打撃部５４ａはエアクッション６６ａによっては全く又は殆ど加速されない。つまり、アイドリングモードでは、打撃部５４ａは打撃インパルスを打撃ボルト５８ａへ全く作用させないか又はごく僅かしか作用させない。さらに、穿孔ハンマー乃至打撃ハンマー１２ａには、ユーザがマシンをガイドするためのハンドグリップ８０ａ及び付加的ハンドグリップ８２ａを備えた工具機械ケーシング７８ａが設けられている。

制御ユニット１４ａは、負荷推定回路１８ａを含む。負荷推定回路１８ａは制御ユニット１４ａ内に組み込まれている。制御ユニット１４ａは、打撃機構１６ａの所定の動作状態を識別するように構成されている。制御ユニット１４ａは、少なくとも１つの動作パラメータを処理するように構成されている。制御ユニット１４ａは、少なくとも１つの既知の負荷と少なくとも１つの推定負荷とに依存して動作パラメータを処理するように構成されている。制御ユニット１４ａの負荷推定回路１８ａは、モータ３６ａで測定されたモータ回転数ωを用いて未知の駆動負荷ｆ_Ｌを推定するように構成されている。未知の駆動負荷ｆ_Ｌはモータ３６ａに作用する未知の負荷トルクＭ_Ｌである。

全トルクＭは、モータ３６ａで取り出される全てのトルクの和を表している。全トルクＭは、モータの駆動トルクＭ_Ｍと未知の負荷トルクＭ_Ｌとを含む。また、回転慣性Ｊは、モータ３６ａ並びに伝達比を考慮すべき伝動部３８ａ及び外心伝動部４６ａの回転数ωで回転している部材全ての慣性である。この場合、角運動量
Ｊ［ｄω（ｔ）／ｄｔ］＝ΣＭ
が成り立つ。

全トルクＭは、モータ３６ａの駆動トルクＭ_Ｍと、当該モータ３６ａに作用する負荷のトルクＭ_Ｌｉとの和である。よって、
Ｊ［ｄω（ｔ）／ｄｔ］＝Ｍ_Ｍ＋Ｍ_Ｌ１＋Ｍ_Ｌ２＋…
である。モータ回転数ωは、時間の関数ω（ｔ）として表される。当該関数ω（ｔ）は、殆どもしくは緩慢にしか変化しない基本回転数ω_０と、迅速かつ高度にダイナミックに変化する成分ｆ_ｉ（ｔ）と、探索される駆動負荷ｆ_Ｌとから成り、すなわち、
ω（ｔ）＝ω_０＋ｆ_１（ｔ）＋ｆ_２（ｔ）＋…＋ｆ_Ｌ
で表される。

関数ｆ_ｉ（ｔ）は既知の負荷を表している。上掲の式は、角運動量の積分によって得られるため、関数ｆは回転トルクの次元を有さないので、記号Ｍに代えて記号ｆを用いることができる。当該処理は当業者に公知である。推定負荷ｆ_Ｌは、測定されたモータ回転数ω（ｔ）から既知の量を減算することにより求められる。この場合、モータ３６ａの回転数Ｍ_Ｍの関数をｆ_Ｍ（ｔ）として、
ｆ_Ｌ＝ω（ｔ）−ω_０−ｆ_Ｍ（ｔ）−ｆ_１（ｔ）−ｆ_２（ｔ）−…
が成り立つ。

既知の負荷成分ｆ_ｉ（ｔ）は、特に、可変の伝達比や、モータの不均等性、モータの駆動制御部からの不均等な給電電圧などによる回転数変動を表している。このため、時間周期性の負荷ｆ_ｉ（ｔ）と角度周期性の負荷ｆ_ｉ（φ）とは異なりうる。時間周期性の負荷ｆ_ｉ（ｔ）は、例えば、穿孔ハンマー乃至打撃ハンマー１２ａの電流供給部の２倍の電源周波数を有する電圧変動であり、角度周期性の負荷ｆ_ｉ（φ）は、例えば、外心伝動部４６ａの回転位置にともなって変化する伝達比である。特性が精確に既知となっている負荷を計算制御量として制御ユニット１４ａへ格納することも、当業者には公知である。

制御ユニット１４ａは、打撃機構１６ａの動作状態を識別するように構成されている。図３には、打撃機構１６ａの動作時の制御ユニット１４ａの動作フローが示されている。入力量は、測定されたモータ回転数ωである。最初のステップ９４ａでは、使用されているセンサに依存して、センサ補償が行われる。次のステップ９６ａで、測定されたモータ回転数ωから平均回転数が求められる。ついで、ステップ９８ａで、測定されたモータ回転数ωと平均回転数との差が求められる。さらなるステップ１００ａで、時間周期性の負荷ｆ_ｉ（ｔ）が減算され、ステップ１０２ａで角度周期性の負荷ｆ_ｉ（φ）が減算される。選択的に、ステップ１０４ａで、別の入力量から計算された制御量８４ａを減算してもよい。得られた結果は推定負荷ｆ_Ｌの特性を表しており、これが次のステップ１０６ａで分析及び／又はフィルタリングされる。特には、予測される打撃周波数による周期で、パターンを処理できる。推定負荷は負荷量８６ａとして出力され、負荷量８６ａと限界値との比較により動作状態が求められる。制御ユニット１４ａは、この比較により、打撃機構１６ａの動作状態、特に打撃モード及びアイドリングモードを求めることができる。

図４には、制御ユニットが既知の負荷を求める際の学習モードのフローチャートが示されている。測定されたモータ回転数ωは、時間ｔ（時間領域）の関数ω（ｔ）として時間ベースで計算され、さらに、角度φ（角度領域）の関数ω（φ）として角度ベースで計算される。角度領域では、特に、外心伝動部４６ａ及び／又はモータ３６ａの回転位置に依存する周期的影響が識別される。関数ω（ｔ）は、ステップ１０８ａで、周期時間ｔ_１にわたって平均され、この結果が既知の負荷の学習特性ｆ_１（ｔ）となる。関数ω（φ）は、ステップ１１０ａで周期時間φ_２にわたって平均され、さらにステップ１１２ａで周期時間φ_３にわたって平均され、これらの結果が既知の負荷の学習特性ｆ_２（φ），ｆ_３（φ）となる。角度ベースの周期時間φは、負荷への影響とモータ回転数ωとの伝達比に依存する。考慮される角度周期性及び時間周期性の既知の負荷成分の数に応じて、これらの負荷成分が、上述した手段で、測定されたモータ回転数ωから求められる。学習すべき負荷ｆ_ｉの数は当業者が適切に定めることができる。数ｉが大きくなると、推定負荷ｆ_Ｌを求める際の精度も高くなるが、負荷を計算する及び／又は設定する及び／又は学習するコストも高くなる。有利には、学習は、推定負荷ｆ_Ｌの影響のないアイドリングモードにおいて行われる。学習モードでの既知の負荷ｆ_ｉの計算については、図５，図６に則して後述する。

図５には、測定されるモータ回転数ωに影響するパラメータが示されている。ここでのパラメータは負荷ｆ_１（ｔ），ｆ_２（φ），ｆ_３（φ）である。最下方のグラフ１７４ａには、測定されたモータ回転数の時間領域の特性ω（ｔ）が示されており、これは負荷ｆ_ｉの影響を受けている。図の下方から上方へ向かって順に、グラフ１７６ａ，１７８ａ，１８０ａは、それぞれ異なる周期時間を有する角度周期性の負荷の特性ｆ_３（φ），ｆ_２（φ）と、時間周期性の負荷の特性ｆ_１（ｔ）とを表している。最上方のグラフ１８２ａには基本回転数の特性ω_０が表されている。基本回転数ω_０は長時間にわたって不変であり、動作モードが変化する際に新たな値を取る。基本回転数ω_０は、例えば、所望の打撃周波数に対するモータ３６ａの回転数目標値に相当する。

図６には、学習モードで学習されるパラメータの特性が示されている。学習されるパラメータは、負荷の学習特性ｆ_１（ｔ），ｆ_２（φ），ｆ_３（φ）である。最上方のグラフ１８４ａには、測定されたモータ回転数の時間領域の特性ω（ｔ）が示されている。その下方では、グラフ１８６ａに、周期ｔ_１にわたる平均によって学習される特性ｆ_１（ｔ）が示されており、グラフ１８８ａに、周期φ_２にわたる平均によって学習される特性ｆ_２（φ）が示されており、グラフ１９０ａに、周期φ_３にわたる平均により学習される特性ｆ_３（φ）が示されている。この実施例では、ｆ_３（φ）の１周期φ_３はモータ３６ａの１回転に相当し、ｆ_２（φ）の１周期φ_２は外心伝動部４６ａの１回転に相当する。

制御ユニット１４ａは、アイドリングモードから打撃モードへの移行時の少なくとも１つの動作状態において、少なくとも１つの動作パラメータを一時的に開始値２８へ調整するように構成されている。開始値２８ａは、特には、確実な打撃機構のスタートが可能となる打撃周波数の値である。

図７には、周波数ｆと、打撃機構１６ａで設定可能な開始値２８ａと、打撃機構１６ａの限界周波数１２８ａと、打撃機構１６ａの作業周波数１３０ａと、打撃機構１６ａの打撃周波数の最大値１３２ａとに依存する打撃エネルギＥが示されている。限界周波数１２８ａの下方では、打撃モードへの動作モード移行時に、確実な打撃機構のスタートが行われる。打撃モードにおける打撃周波数が限界周波数１２８ａの下方の値から限界周波数１２８ａと最大周波数１３２ａとの間の領域まで高められる場合、打撃機構は打撃モードにおける打撃エネルギＥを増大させる。アイドリングモードから打撃モードへの移行は、限界周波数１２８ａの上方では中止され、幾つかのケースのみで行われる。つまり、打撃部５４ａはアイドリングモードに基づいてはピストン６２ａの運動に殆どもしくは全く追従しない。最大周波数１３２ａの上方では、多くの場合、打撃モードは中止される。打撃モードに対する作業周波数１３０ａは打撃機構のスタートが成功した後で設定され、打撃機構１６ａの出力は限界周波数１２８ａの下方の所定のモードに比べて高められる。最大周波数１３２ａを上回る打撃周波数もしくは打撃機構回転数１２４ａは利用不能である。この場合、打撃機構回転数１２４ａは、外心伝動部４６ａの回転数、ひいては、打撃周波数に対応する。付加的に、アイドリングモードに対するアイドリング値９０ａを、有利には、開始値２８ａより高く作業周波数１３０ａより低い値に設定可能である。

ここで、動作モードの変化すなわち移行をシグナリングするために、モード移行センサ３４ａが設けられている。モード移行センサ３４ａは、制御スリーブ７２ａが移動してアイドリング開口７０ａが閉鎖されたとき、つまり、打撃機構１４ａがアイドリングモードから打撃モードへ移行したときに、信号９２ａ（図８）を制御ユニット１４ａへ伝送する。特に、確実な打撃機構のスタートが可能となる開始値２８ａより高くなるように打撃周波数が選定されている場合、制御ユニット１４ａは打撃周波数をさしあたり開始値２８ａまで低下させる。負荷推定回路１８ａによってアイドリングモードから打撃モードへの移行及び／又は打撃機構のスタートが識別された場合、制御ユニット１４ａは打撃周波数を選定された打撃周波数へ調整する。

図８には、打撃装置１０ａの動作のチャートが示されている。グラフ１６６ａはモード移行センサ３４ａの信号９２ａを示しており、ここでは値１が打撃モードを表している。モード移行センサ３４ａがモード移行をシグナリングする場合、打撃機構１６ａはアイドリングモードから打撃モードへ移行している。グラフ１７０ａは打撃周波数に対応する打撃機構回転数１２４ａの目標値を示している。打撃機構回転数１２４ａ及びモータ回転数ω（ｔ）はここでは等価物として扱われている。具体的な数値については、モータ３６ａと外心伝動部４６ａとの間の伝達比を考慮しなければならない。打撃機構回転数１２４ａの目標値は、打撃モードが識別された際に、開始値２８ａへ低減される。グラフ１６８ａは負荷推定回路１８ａの信号８８ａを示しており、ここでは値１が打撃モードを表している。打撃モードが開始されると、打撃機構回転数１２４ａの目標値は作業周波数１３０ａに対応する打撃機構回転数１２４ａの値へ引き上げられる。この場合、遅延パラメータによって増大の勾配が定められる。当該打撃モードは、モード移行センサ３４ａがアイドリングモードへの移行をシグナリングするまで維持される。最下方のグラフ１７２ａにはモータ回転数ω（ｔ）が示されている。

以下では各実施例の相違点のみを説明する。全実施例にわたって、同じ要素又は同様の機能を有する要素には基本的に同じ参照番号を付してある。なお、各実施例を区別するために、態様ごとにａ，ｂ，ｃ，ｄ，…の記号を付す。

図９には、ここでは詳細には示されていない穿孔ハンマー乃至打撃ハンマーの信号スペクトル図が示されている。穿孔ハンマー乃至打撃ハンマーは、第２の実施例の打撃装置を含む。第２の実施例は、負荷推定回路がバンドパスフィルタとして構成されたフィルタユニットを含む点で第１の実施例と異なる。バンドパスフィルタは回転数信号のうち打撃周波数によって励振される既知の周波数帯域を通過させ、それ以外の成分を抑圧する。打撃周波数は、打撃機構のピストンを駆動する外心伝動部の回転数に対応する。打撃周波数は、打撃周波数そのもの及び／又は打撃周波数の逓倍の振動を励振する。したがって、バンドパスフィルタが通過させる適切な周波数帯域は、打撃周波数の領域又は打撃周波数の逓倍の領域にある。つまり、打撃周波数は、ユーザ設定に応じて１５Ｈｚから７０Ｈｚまでの領域にあり、図９では４０Ｈｚに設定されている。

当該打撃周波数は、打撃モード中の信号スペクトル１５６ｂにおいては見えない。第２の実施例の穿孔ハンマー乃至打撃ハンマーでは、信号スペクトル１５６ｂにおいて、２００Ｈｚの位置に打撃周波数の５倍の著しい最大値１６２ｂが見られる。アイドリングモードの信号スペクトル１５８ｂでは、当該最大値はほぼ完全に消滅している。つまり、この実施例では、バンドパスフィルタの周波数特性１６０ｂの中央周波数１６４ｂが打撃周波数の５倍に設定されている。中央周波数１６４ｂは、打撃周波数の調整時に、又は、外心伝動部の回転数の調整時に、相応に変更される。打撃モードの打撃周波数の５倍に相当する著しい最大値１６２ｂは、打撃機構の動作状態、特にアイドリングモード及び打撃モードを求めるのに適している。バンドパスフィルタによってフィルタリングされてその出力側に生じた信号が設定閾値を上回ると、打撃モードが識別される。当該閾値及び中央周波数１６４ｂ及びバンドパスフィルタの帯域幅は、当業者が試行によって適切に設定できる。この実施例では、閾値は、ここでは詳細には図示されていない操作エレメントを介して設定可能である。

図１０には、第３の実施例の打撃装置１０ｃと制御ユニット１４ｃと打撃機構１６ｃとを備えた穿孔ハンマー乃至打撃ハンマー１２ｃが示されている。ここでの打撃装置１０ｃは負荷推定回路１８ｃが負荷監視回路２０ｃとして構成されている点で第１の実施例と異なる。負荷監視回路２０ｃは、駆動ユニット３０ｃのモータ３６ｃの負荷トルク

を推定するように構成されたダイナミクスモデルを有している（図１０）。負荷監視回路２０ｃは、負荷トルクＭ_Ｌを、駆動ユニット３０ｃのモータ３６ｃのモータ回転数ωとモータ電流ｉとから求める（図１１）。図１２には、負荷監視回路２０ｃと電圧Ｕで駆動される駆動ユニット３０ｃとを含むシステムが示されている。負荷監視回路２０ｃは、ダイナミクスモデルのシミュレーション素子１２２ｃと補正素子１９２ｃとを用いて、モータ回転数ω及びモータ電流ｉにより、負荷トルク

を推定する。負荷監視回路２０ｃの基礎となっているのは、推定アルゴリズム

を基礎としたモータ３６ｃのモデルである。ここで、Ｊ_Ｍはモータ３６ｃの質量慣性トルクであり、ωはモータ３６ｃのモータ回転数であり、ｃは磁力線依存性のモータ定数であり、Ψは結合磁束であり、Ｍ_Ｌはモータ３６ｃで取り出される負荷トルクであり、ｅは定摩擦成分であり、ａωは粘性摩擦成分であり、ｂω^２は渦摩擦成分である。

図１３には、駆動トルクＭ_Ｍを求めるための磁力線依存性のモータ定数とモータ電流ｉとの関係を表す特性曲線ｃ（Ψ）ｉ＝ｃ（ｉ）が示されている。駆動トルクＭ_Ｍは、モータ電流ｉによって生じる磁界がモータ３６ｃに作用させるモーメントである。当該特性曲線は、モータ３６ｃの有限要素モデルを用いて、又は、当業者に公知の他の手段によって求められる。直流電動機の場合、モータ定数は一定であってΨには依存しないので、当該関係は簡単化される。

負荷トルクＭ_Ｌは時間の経過にともなっては緩慢にしか変化せず、つまり、近似的に
ｄＭ_Ｌ／ｄｔ＝０
が成り立つと仮定される。ここで、負荷監視回路２０ｃは、当業者に公知のルエンベルガー監視回路として構成されており、ダイナミクスモデルのシミュレーション素子１２２ｃによって推定されるモータ３６ｃのモータ回転数ωが真の回転数と比較される。定摩擦成分と渦摩擦成分とが無視される監視回路のダイナミクスでは、

によって推定される状態が、式

において表される。ここで、Ｉ_１，Ｉ_２は負荷監視回路２０ｃの補正素子１９２ｃを表している。係数Ｉ_１，Ｉ_２を適切に選択することにより、監視回路のダイナミクス、すなわち、偏差がある場合に推定モータ回転数

が測定モータ回転数ωによって収束する際の速度を制御できる。負荷トルクＭ_Ｌのうち、識別すべき監視状態に起因する成分の影響を検出するために、当業者は適切な監視回路ダイナミクスを選定可能である。有利には、監視回路ダイナミクスは、ピストン６２ｃの運動サイクル及び／又は打撃部５４ｃの打撃サイクルの持続時間に少なくとも対応するように選定される。負荷監視回路２０ｃによって推定される負荷トルク

は、この場合、打撃サイクル中にモータ３６ｃにかかる負荷トルクＭ_Ｌの平均値に対応する。当該平均値はピストン運動によって規則的な影響を受けるので、打撃機構１６ｃの打撃モードとアイドリングモードとでは明らかに区別される。

監視回路ダイナミクスを形成する係数Ｉ_１，Ｉ_２を求める技術は当業者に公知である。負荷トルク

が所定の閾値を上回った場合、打撃モードが識別される。さらに、負荷トルク

の特性が制御ユニット１４ｃによって記録される。負荷トルク

の長期的傾向から、穿孔ハンマー乃至打撃ハンマー１２ｃのサービス状態が推定される。特にアイドリングモードでの平均負荷トルク

の上昇は、穿孔ハンマー乃至打撃ハンマー１２ｃの内部の摩擦が高まっていることを示唆する。これは、汚れ、不十分な潤滑性もしくはその他の摩耗現象が生じていることを表している。ここで、平均負荷トルク

の限界値が超過された場合、及び／又は、平均負荷トルク

が所定の時間範囲内で大きく上昇した場合には、詳細には図示されていないサービスランプによって、穿孔ハンマー乃至打撃ハンマー１２ｃの推奨サービスがユーザにシグナリングされる。この実施例では、アイドリングモードでの平均負荷トルク

が基準値より５０％以上大きい場合に、推奨サービスがシグナリングされる。

図１４には、例えば実際の負荷トルクＭ_Ｌ及び負荷監視回路２０ｃで推定された負荷トルク

の特性が示されている。負荷推定回路２０ｃは有利には制御ユニット１４ｃ上に構成されている。推定負荷トルク

は、制御装置１４ｃ上で制御アルゴリズムの入力量として、例えばモータ３６ｃの制御に用いられる。打撃モードでは、負荷トルク

が打撃部５４ｃとピストン６２ｃとの間の空気ばねの空気圧の周期的変化によって上昇するので、この空気圧を負荷トルク

によって推定できる。このように、モータ３６ｃの制御アルゴリズムは、空気ばねの空気圧を考慮できる。周期は、打撃周波数と外心伝動部４６ｃの回転数とに対応する。負荷トルクＭ_Ｌの測定は省略可能である。有利には、計算のための負荷制御回路２０ｃは制御ユニット１４ｃのディジタルシグナルプロセッサ上に時間離散形態で構成される。式の変換は、当業者に周知のタスティン近似（バイリニア近似）によって行われる。

動作状態は、推定負荷と少なくとも１つの限界値２６ｃとの比較により求められる。図１５の上段のグラフ１１４ｃには負荷トルクＭ_Ｌの特性が示されており、中段のグラフ１１６ｃには負荷監視回路２０ｃによって推定される推定負荷トルク

の特性が示されており、下段のグラフ１１８ｃには動作状態を表す信号９２ｃの特性が示されている。ここで、値１は動作状態「打撃モード」に対応し、値０は「アイドリングモード」に対応する。監視ダイナミクスは、推定負荷トルク

が打撃サイクルの持続時間中に収束して、推定負荷トルク

が平滑化された推定負荷トルクＭ_Ｌに対応するように選定される。限界値２６ｃは、推定負荷トルク

と限界値２６ｃとの比較において、推定負荷トルク

が打撃モードで限界値２６ｃよりも大きくなり、アイドリングモードで限界値２６ｃよりも小さくなるように定められる。例えば、限界値２６ｃは、打撃モードでの推定負荷トルク

の平均値の１／２の値である。推定負荷トルク

が選択された監視ダイナミクスに基づいて平滑化されることにより、打撃モード中の推定負荷トルク

は、持続的に限界値２６ｃを上回る。制御ユニット１４ｃは、推定負荷トルク

の最大値１２６ｃが上方超過されると、過負荷状態に基づいて、打撃機構１６ｃの駆動ユニット３０ｃを停止させる。

図１６，図１７には、別の実施例の穿孔ハンマー及び打撃ハンマー１２ｄ用の打撃装置１０ｄが示されている。打撃装置１０ｄは、制御ユニット１４ｄによって定められる動作パラメータが排気ユニット３２ｄの絞り特性量である点で上述した打撃装置と異なる。打撃管４２ｄ内の打撃空間は、打撃ボルトと打撃部とによって画定される。排気ユニット３２ｄは、打撃管４２ｄ内の打撃空間から排気を行うための排気開口を有する。排気ユニット３２ｄは、打撃空間と打撃機構１６ｄの環境との間の圧力補償に用いられる。排気ユニット３２ｄは調整ユニット１３６ｄを有する。調整ユニット１３６ｄは、打撃過程で行われる、打撃方向５６ｄで見て打撃部の前方に配置された打撃空間からの排気を制御するように構成されている。打撃機構１６ｄの打撃管４２ｄは、穿孔ハンマー及び打撃ハンマー１２ｄの伝動部ケーシング１３８ｄに支承されている。伝動部ケーシング１３８ｄは、打撃管４２ｄの外側に向かって星形に配置された複数のリブ１４０ｄを有する。打撃管４２ｄと伝動部ケーシング１３８ｄとの間では、外心伝動部に近い側の端部領域１４４ｄに、打撃管４２ｄを伝動部ケーシング１３８ｄに対して支承する軸受ブシュ１４２ｄが挿入されている。

軸受ブシュ１４２ｄは伝動部ケーシング１３８ｄのリブ１４０ｄとともに複数の空気チャネル１４６ｄを形成しており、各空気チャネルは打撃管４２ｄの排気開口へ通じている。各空気チャネル１４６ｄは排気ユニット３２ｄの一部を成している。打撃空間は、各空気チャネル１４６ｄを介して、打撃方向５６ｄを基準として打撃管４２ｄよりも後方に位置する伝動空間１４８ｄに接続されている。各空気チャネル１４６ｄは、さらに、打撃空間と伝動空間１４８ｄとを接続している部分の流れ断面積を調整するための絞り位置１５０ｄを形成している。調整ユニット１３６ｄは、絞り位置１５０ｄの流れ断面積を調整するように構成されている。絞り位置１５０ｄを形成する空気チャネル１４６ｄは、打撃空間と伝動空間１４８ｄとの間の移行部を形成している。

さらに、調整リング１９４ｄが設けられており、これは、内側に向かって星形に配置されたバルブ突起１５４ｄを有する。調整リング１９４ｄの回転位置に依存して、バルブ突起１５４ｄが空気チャネル１４６ｄを完全にもしくは部分的にカバーする。調整リング１９４ｄを調整することにより、流れ断面積を調整可能である。制御ユニット１４ｄは、サーボドライブ１２０ｄを用いて調整ユニット１３６ｄの調整リング１９４ｄを回転させることにより、この調整リング１９４ｄを操作する。排気ユニット３２ｄが部分的に閉鎖されると、打撃部が打撃方向５６ｄへ運動する際に打撃空間に発生する圧力が緩慢に解放される。この場合、打撃方向５６で見て打撃部の運動に対して反対向きの対抗圧が生じる。

当該対抗圧は、打撃方向５６ｄに対して反対向きの打撃部の後退運動、ひいては、打撃機構のスタートを支援する。打撃機構回転数に対して、過臨界の作業値、すなわち、排気ユニット３２が開放されていて確実な打撃機構のスタートを行えない値が選択されている場合、制御ユニット１４ｄはアイドリングモードから打撃モードへの変化に際して排気ユニット３２ｄを部分的に閉鎖する。打撃空間における対抗圧により、打撃モードのスタートが支援される。打撃機構のスタートが成功した後、制御ユニット１４ｄは排気ユニット３２ｄを再び開放する。制御ユニット１４ｄは排気ユニット３２ｄの絞り特性量の動作パラメータを出力制御に利用する。

Claims (16)

1. ニューマティック式打撃機構（１６ａ；１６ｃ；１６ｄ）と、該打撃機構を調整及び／又は制御するように構成された制御ユニット（１４ａ；１４ｃ；１４ｄ）とを備えた
   打撃装置において、
   前記制御ユニット（１４ａ；１４ｃ；１４ｄ）は少なくとも１つの負荷推定回路（１８ａ；１８ｃ；１８ｄ）を含み、
   当該負荷推定回路（１８ａ；１８ｃ；１８ｄ）は、前記打撃機構（１６ａ；１６ｃ；１６ｄ）の、測定された少なくとも１つの動作パラメータを用いて未知の負荷トルクｆ _Ｌ を推定するように構成されており、
   前記制御ユニット（１４ａ；１４ｃ；１４ｄ）は、推定された負荷トルクｆ _Ｌ に基づいて、前記打撃機構（１６ａ；１６ｃ；１６ｄ）の所定の動作状態を識別するように構成されており、
   前記制御ユニット（１４ａ）は、前記打撃機構（１６ａ；１６ｃ；１６ｄ）が過臨界の動作パラメータで作動されるアイドリングモードから、打撃モードへ移行する少なくとも１つの前記動作状態において、排気部（３２ｄ）の絞り特性量及び／又は打撃周波数を一時的に打撃機構（１６ａ；１６ｃ；１６ｄ）の確実なスタートに適した安定動作パラメータである開始値（２８ａ）へ調整するように構成されていることを特徴とする打撃装置。
2. 前記動作パラメータには、前記打撃機構（１６ａ；１６ｃ；１６ｄ）の駆動ユニット（３０ｃ）の電流消費量、及び、前記駆動ユニット（３０ｃ）のモータ回転数のうちの少なくとも１つが含まれる、
   請求項１記載の打撃装置。
3. 前記負荷推定回路（１８ｃ）は負荷監視回路（２０ｃ）として構成されている、請求項１又は２記載の打撃装置。
4. 前記制御ユニット（１４ａ；１４ｃ；１４ｄ）は、少なくとも１つの既知の負荷トルクと少なくとも１つの前記推定された負荷トルクｆ _Ｌ とに依存して前記動作パラメータを処理するように構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の打撃装置。
5. 前記既知の負荷トルクには、時間及び／又は前記駆動ユニット（３０ｃ）の回転位置に依存する関数、前記駆動ユニット（３０ｃ）の基本回転数、及び、前記駆動ユニット（３０ｃ）の目標回転数のうちの少なくとも１つが含まれる、請求項４記載の打撃装置。
6. 前記制御ユニット（１４ａ；１４ｃ；１４ｄ）は、既知の周波数帯域でのフィルタリングによって前記動作パラメータから前記未知の負荷トルクｆ_Ｌを推定するように構成されたフィルタユニットを含む、請求項１から５までのいずれか１項記載の打撃装置。
7. 前記制御ユニット（１４ａ）は、前記推定された負荷トルクｆ _Ｌ と少なくとも１つの限界値（２６ｃ）とを比較することにより前記動作状態を求めるように構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の打撃装置。
8. 前記制御ユニット（１４ｃ）は少なくとも１つの前記既知の負荷トルクを求めるための学習モードを有する、請求項４から７までのいずれか１項記載の打撃装置。
9. 前記制御ユニット（１４ｃ）は、前記未知の負荷トルクｆ _Ｌ として、駆動ユニット（３０ｃ）の駆動トルクを推定するように構成されたダイナミクスモデルを含む、請求項１記載の打撃装置。
10. 前記制御ユニット（１４ｃ）は、測定された前記動作パラメータと前記推定された負荷トルクｆ _Ｌ との比較から前記ダイナミクスモデルのモデルパラメータを求めるように構成されている、請求項９記載の打撃装置。
11. 前記制御ユニット（１４ｃ）は、少なくとも１つの前記動作パラメータと少なくとも１つの限界値（２６ｃ）とを比較することにより前記動作状態を求めるように構成されている、請求項９記載の打撃装置。
12. 動作モードの移行を表すように構成されたモード移行センサ（３４ａ）が設けられている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の打撃装置。
13. 前記打撃装置は、穿孔ハンマー及び／又は打撃ハンマー（１２ａ；１２ｃ；１２ｄ）用の打撃装置である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の打撃装置。
14. 請求項１から１３までのいずれか１項記載の打撃装置（１０ａ；１０ｃ；１０ｄ）を備えたハンドガイド式工具機械。
15. 前記ハンドガイド式工具機械は、穿孔ハンマー及び／又は打撃ハンマーである、請求項１４記載のハンドガイド式工具機械。
16. 請求項１から１３までのいずれか１項記載の打撃装置（１０ａ；１０ｃ；１０ｄ）用の制御ユニット（１４ａ；１４ｃ；１４ｄ）。

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