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Dokumentenidentifikation DE10214364A1 16.10.2003
Titel Überwachungseinrichtung, Elektrowerkzeugmaschine, Stromversorgungseinrichtung und zugehöriges Betriebsverfahren
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Fiebig, Arnim, 70771 Leinfelden-Echterdingen, DE;
Baur, Hans-Joachim, 70771 Leinfelden-Echterdingen, DE;
Lohr, Guenter, 70771 Leinfelden-Echterdingen, DE;
Roepke, Stefan, 70771 Leinfelden-Echterdingen, DE;
Glauning, Rainer, 72631 Aichtal, DE;
Bosch, Volker, 70567 Stuttgart, DE
Vertreter Daub, T., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 88662 Überlingen
DE-Anmeldedatum 30.03.2002
DE-Aktenzeichen 10214364
Offenlegungstag 16.10.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.10.2003
IPC-Hauptklasse H02H 7/00
IPC-Nebenklasse H02H 5/04   F16P 7/00   B25F 5/00   
Zusammenfassung Die Erfindung geht aus von einer Überwachungseinrichtung für eine Elektrowerkzeugmaschine, insbesondere zur Temperaturüberwachung bei einer akkubetriebenen Maschine, mit einem Schaltelement (12) zum Trennen eines elektrischen Verbrauchers (14) von einer Stromversorgungseinrichtung (10). Es wird vorgeschlagen, daß zur Erfassung eines ersten Betriebsparameters (TMOTOR) des Verbrauchers (14) und/oder der Stromversorgungseinrichtung (10) ein erster Sensor (16) vorgesehen ist, wobei der erste Sensor (16) mit einer Anzeigeeinheit und/oder mit einem Steuereingang des Schaltelements (12) verbunden ist, um den Schaltvorgang in Abhängigkeit von dem ersten Betriebsparameter (TMOTOR) zu steuern. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Elektrowerkzeugmaschine sowie eine Stromversorgungseinrichtung mit einer derartigen Überwachungseinrichtung und ein entsprechendes Betriebsverfahren.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für eine Elektrowerkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Elektrowerkzeugmaschine bzw. eine Stromversorgungseinrichtung mit einer derartigen Überwachungseinrichtung gemäß Anspruch 8 bzw. 9 sowie ein entsprechendes Betriebsverfahren gemäß Anspruch 10.

Bei heutigen Elektrowerkzeugmaschinen, wie beispielsweise Handbohrmaschinen und Akkuschraubern, wird die Betriebstemperatur nicht überwacht, was in zweierlei Hinsicht problematisch ist.

Zum einen kann das Überschreiten einer gerätespezifischen Maximaltemperatur zu einer Beschädigung der Elektrowerkzeugmaschine oder eines zur Stromversorgung dienenden Akkus führen, was von dem jeweiligen Benutzer insbesondere bei einer starken mechanischen Belastung der Elektrowerkzeugmaschine beachtet werden muß.

Zum anderen wird die Lebensdauer eines Akkumulators wesentlich verringert, wenn der Akkumulator bei sehr geringen Temperaturen entladen wird. Insbesondere nach einer längeren Lagerung einer Elektrowerkzeugmaschine in kalten Räumen sollte der Akkumulator also nach Möglichkeit erst auf Betriebstemperatur aufwärmen, bevor die Elektrowerkzeugmaschine benutzt wird.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung sieht deshalb eine Überwachungseinrichtung für eine Elektrowerkzeugmaschine vor, die mit einem Sensor einen Betriebsparameter der Elektrowerkzeugmaschine erfaßt und in Abhängigkeit von dem erfaßten Betriebsparameter ein Schaltelement ansteuert, das einen elektrischen Verbraucher von einer Stromversorgungseinrichtung trennt oder mit dieser verbindet.

Die parameterabhängige Ansteuerung des Schaltelements kann wahlweise direkt oder unter Zwischenschaltung einer Auswertungseinheit erfolgen, die beispielsweise auch andere Parameter berücksichtigen kann.

Alternativ oder zusätzlich kann der Sensor für den zu erfassenden Betriebsparameter auch eine Anzeigeeinheit ansteuern, die dem Benutzer den Wert des erfaßten Betriebsparameters qualitativ oder quantitativ anzeigt, wobei die Anzeigeeinheit im Rahmen der Erfindung ein akustisches und/oder optisches Signal abgeben kann.

Die Anzeigeeinheit kann beispielsweise aus einem Warnsummer bestehen, der ein akustisches Warnsignal ausgibt, wenn der erfaßte Betriebsparameter vorgegebene Grenzwerte über- bzw. unterschreitet.

Es ist jedoch auch möglich, daß die Anzeigeeinheit aus einer Signallampe besteht, die beim Über- bzw. Unterschreiten vorgegebener Grenzwerte für den zu erfassenden Betriebsparameter aufleuchtet.

Ferner kann die Anzeigeeinheit den Wert des zu erfassenden Betriebsparameters auch quantitativ wiedergeben, indem beispielsweise ein Skaleninstrument oder eine numerische Anzeigeeinheit verwendet wird.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem überwachten Betriebsparameter um die Temperatur der Elektrowerkzeugmaschine oder eines zur Stromversorgung dienenden Akkumulators. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des überwachten Betriebsparameters nicht auf die Temperatur beschränkt. Vielmehr können im Rahmen der Erfindung auch andere Betriebsparameter erfaßt werden, wie beispielsweise der Stromverbrauch, die Versorgungsspannung oder die von der Elektrowerkzeugmaschine aufgenommene elektrische Leistung.

Weiterhin ist zu bemerken, daß der Sensor den zu überwachenden Betriebsparameter direkt oder indirekt messen kann. Beispielsweise kann die Betriebstemperatur direkt durch ein Thermometer oder indirekt durch die Messung eines temperaturabhängigen Widerstands erfaßt werden.

In einer Variante der Erfindung sind zwei Sensoren vorgesehen, wobei der eine Sensor einen Betriebsparameter des elektrischen Verbrauchers der Elektrowerkzeugmaschine erfaßt, während der andere Sensor einen Betriebsparameter der zugehörigen Stromversorgungseinrichtung mißt. Die Verwendung von zwei Sensoren ist vorteilhaft, da sich der elektrische Verbraucher in der Elektrowerkzeugmaschine einerseits und die Stromversorgungseinrichtung andererseits bei Belastung unterschiedlich stark erwärmen können. Vorzugsweise mißt der eine Sensor deshalb die Betriebstemperatur des Motors der Elektrowerkzeugmaschine, während der andere Sensor die Betriebstemperatur des Akkumulators erfaßt. Die Abschaltung der Elektrowerkzeugmaschine erfolgt dann in Abhängigkeit von beiden Betriebsparametern, wobei für die beiden Betriebsparameter unterschiedliche Grenzwerte festgelegt werden können, welche die jeweilige thermische Belastbarkeit der Stromversorgungseinrichtung einerseits und des elektrischen Verbrauchers andererseits berücksichtigen.

Ferner können auch mehr als zwei Sensoren eingesetzt werden, die unterschiedliche Betriebsparameter erfassen oder an verschiedenen Stellen in der Elektrowerkzeugmaschine angeordnet sind.

Vorzugsweise ist eine Vergleichereinheit vorgesehen, die den von dem Sensor erfaßten Betriebsparameter mit einem vorgegebenen Minimalwert und/oder mit einem vorgegebenen Maximalwert vergleicht und das Schaltelement entsprechend ansteuert.

So erfolgt in der Regel eine Abschaltung, wenn der überwachte Betriebsparameter den vorgegebenen Maximalwert überschreitet, um eine Beschädigung der Elektrowerkzeugmaschine oder der zugehörigen Stromversorgungseinrichtung zu verhindern. Vorzugsweise wird die Elektrowerkzeugmaschine auch dann automatisch abgeschaltet, wenn der überwachte Betriebsparameter den vorgegebenen Minimalwert unterschreitet, da beispielsweise eine Entladung eines sehr kalten Akkumulators die Lebensdauer des Akkumulators verkürzt.

Bei der vorstehend beschriebenen Variante mit mehreren Sensoren kann für jeden Sensor eine Vergleichereinheit vorgesehen sein, um die Ausgangssignale der einzelnen Sensoren individuell auswerten zu können. So ist es beispielsweise möglich, daß eine Vergleichereinheit die Betriebstemperatur des Motors der Elektrowerkzeugmaschine mit einem vorgegebenen Maximalwert und/oder einem vorgegebenen Minimalwert vergleicht, während eine andere Vergleichereinheit die Betriebstemperatur der zugehörigen Stromversorgungseinheit mit einem vorgegebenen Minimalwert und/oder einem vorgegebenen Maximalwert vergleicht. Hierbei können die Minimal- bzw. Maximalwerte der beiden Vergleichereinheiten verschieden sein, um die unterschiedliche thermische Belastbarkeit der Elektrowerkzeugmaschine und der Stromversorgungseinrichtung berücksichtigen zu können.

Die eigentliche Abschaltung der Elektrowerkzeugmaschine erfolgt durch ein steuerbares Schaltelement, wie beispielsweise ein Relais, einen Leistungstransistor oder einen Bimetallschalter.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Elektrowerkzeugmaschine mit einer derartigen Überwachungseinrichtung. Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung kann also in eine ansonsten herkömmliche Elektrowerkzeugmaschine eingebaut sein und beispielsweise deren Betriebstemperatur überwachen.

Es ist jedoch alternativ auch möglich, daß die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung in eine Stromversorgungseinrichtung, wie beispielsweise ein Akku-Pack, integriert ist und deren Betriebstemperatur überwacht.

Ferner betrifft die Erfindung auch ein entsprechendes Betriebsverfahren, das bereits vorstehend erläutert wurde.

Darüber hinaus ist zu erwähnen, daß die einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung nahezu beliebig auf das Elektrogerät und die Stromversorgungseinrichtung (z. B. Akku-Pack) aufgeteilt werden können. So kann das Schaltelement beispielsweise wahlweise in dem Elektrogerät oder in der Stromversorgungseinrichtung angeordnet sein. In gleicher Weise kann auch der Sensor wahlweise in dem Elektrogerät oder in der Stromversorgungseinrichtung angeordnet sein. Schließlich ist es auch möglich, daß die Auswertungseinheit wahlweise in dem Elektrogerät oder in der Stromversorgungseinrichtung angeordnet ist. Hierbei sind beliebige Kombinationen der Anordnung der Komponenten in dem Elektrogerät bzw. in der Stromversorgungseinrichtung möglich.

Darüber hinaus ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, daß die einzelnen Komponenten (Schaltelement, Sensor, Vergleichereinheit bzw. Auswertungseinheit) der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung auf zwei Geräte verteilt angeordnet sind.

So können beispielsweise Handwerkzeugmaschinen durch ein Akku-Pack mit Strom versorgt werden, wobei zusätzlich ein Winkelgetriebeaufsatz montiert ist. Hierbei ist es möglich, daß der Temperatursensor in dem Winkelgetriebeaufsatz angeordnet ist, während das Schaltelement in den Akku-Pack integriert ist.

Es ist also im Rahmen der Erfindung auch ein Zusammenwirken von drei, vier oder mehr Einheiten möglich, die jeweils einzeln oder gemeinsam die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung verkörpern, wobei die einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung beliebig auf die einzelnen Einheiten verteilt werden können.

Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung als Blockschaltbild sowie

Fig. 2 das Betriebsverfahren der in Fig. 1 dargestellten Überwachungseinrichtung als Flußdiagramm.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel dient zur Temperaturüberwachung einer Handwerkzeugmaschine, wobei es sich beispielsweise um eine akkubetriebene Handbohrmaschine handeln kann.

Die Stromversorgung erfolgt hierbei durch ein Akku-Pack 10, der über ein steuerbares Schaltelement 12 mit einem Elektromotor 14 verbunden ist, der die Handwerkzeugmaschine antreibt. Darüber hinaus weist die Handwerkzeugmaschine eine Steuerelektronik und Bedienungselemente auf, die jedoch zur Vereinfachung nicht dargestellt sind.

Zur Messung der Betriebstemperatur des Elektromotors 14 weist die Handwerkzeugmaschine einen Temperatursensor 16 auf, der ausgangsseitig ein entsprechendes Temperatursignal TMOTOR ausgibt.

Ausgangsseitig ist der Temperatursensor 16 mit einer Vergleichereinheit 18 verbunden, welche die aktuelle Betriebstemperatur TMOTOR des Elektromotors 14 mit einem vorgegebenen Minimalwert TMIN1 und einem vorgegebenen Maximalwert TMAX1 vergleicht. Beim Unterschreiten des Minimalwerts TMIN1 und beim Überschreiten des Maximalwerts TMAX1 gibt die Vergleichereinheit 18 ein Steuersignal mit logischem High-Pegel aus, wohingegen die Vergleichereinheit 18 ansonsten einen logischen Low-Pegel ausgibt.

Weiterhin weist die Überwachungseinrichtung einen Temperatursensor 20 auf, der die Betriebstemperatur des Akku-Packs 10 mißt und ausgangsseitig ein entsprechendes Temperatursignal TAKKU ausgibt.

Das Temperatursignal TAKKU wird ebenfalls einer Vergleichereinheit 22 zugeführt, die die gemessene Betriebstemperatur mit einem vorgegebenen Minimalwert TMIN2 und einem vorgegebenen Maximalwert TMAX2 vergleicht. Beim Überschreiten des Maximalwerts TMAX2 und beim Unterschreiten des Minimalwerts TMIN2 erzeugt die Vergleichereinheit 22 dann ein Steuersignal mit einem logischen High-Pegel, wohingegen das Steuersignal am Ausgang der Vergleichereinheit 22 ansonsten einen logischen Low-Pegel aufweist.

Ausgangsseitig sind die beiden Vergleichereinheiten 18, 22 mit einem ODER-Glied 24 verbunden, das einen Steuereingang des Schaltelements 12 ansteuert und damit den Elektromotor 14 an- oder abschaltet.

Darüber hinaus ist das ODER-Glied 24 auch mit einer Anzeigeeinheit 26 verbunden, die aus einer Signallampe besteht. Beim Verlassen der zugelassenen Temperaturbereiche leuchtet dann die Signallampe der Anzeigeeinheit 26 auf, wodurch der Benutzer erkennen kann, daß das automatische Abschalten nicht auf einer Fehlfunktion beruht, sondern durch eine Überhitzung bzw. eine zu geringe Temperatur verursacht wurde.

Im folgenden wird nun unter Bezugnahme auf das in Fig. 2 dargestellte Flußdiagramm das erfindungsgemäße Betriebsverfahren beschrieben.

Hierbei wird in einer Endlosschleife zunächst die Betriebstemperatur TMOTOR des Elektromotors 14 gemessen und anschließend von der Vergleichereinheit 18 mit dem vorgegebenen Minimalwert TMIN1 und mit dem vorgegebenen Maximalwert TMAX2 verglichen. Beim Verlassen des vorgegebenen Temperaturbereichs steuert die Vergleichereinheit 18 dann über das ODER-Glied 24 das Schaltelement 12 so an, daß der Elektromotor 14 abgeschaltet wird.

Andernfalls wird dagegen von dem Temperatursensor 20 die Betriebstemperatur des Akku-Packs 10 gemessen und von der Vergleichereinheit 22 mit den vorgegebenen Grenzwerten TMIN2 und TMAX2 verglichen. Beim Verlassen des zulässigen Temperaturbereichs steuert die Vergleichereinheit 22 dann ebenfalls das Schaltelement 12 so an, daß der Elektromotor 14 abgeschaltet wird.

Falls sich dagegen sowohl die Betriebstemperatur des Elektromotors 14 als auch die Betriebstemperatur des Akku-Packs 10 innerhalb des zulässigen Temperaturbereichs befinden, so liegt an den Eingängen des ODER-Glieds 24 jeweils ein Low- Pegel an, so daß der Elektromotor eingeschaltet wird.

Die vorgegebenen Temperaturgrenzwerte TMIN1, TMAX1, TMIN2 und TMAX2 sind hierbei für den Elektromotor 14 und den Akku-Pack 10 unterschiedlich und berücksichtigen die jeweilige thermische Belastbarkeit. Bezugszeichen 10 Akku-Pack

12 Schaltelement

14 Elektromotor

16 Temperatursensor

18 Vergleichereinheit

20 Temperatursensor

22 Vergleichereinheit

24 ODER-Glied

26 Anzeigeeinheit


Anspruch[de]
  1. 1. Überwachungseinrichtung für ein Elektrogerät, insbesondere zur Temperaturüberwachung bei einer akkubetriebenen Handwerkzeugmaschine, mit mindestens einem Schaltelement (12) zum Trennen eines elektrischen Verbrauchers (14) von einer Stromversorgungseinrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung eines ersten Betriebsparameters (TMOTOR) des Verbrauchers (14) und/oder der Stromversorgungseinrichtung (10) ein erster Sensor (16) vorgesehen ist, wobei der erste Sensor (16) zur Steuerung des Schaltvorgangs in Abhängigkeit von dem ersten Betriebsparameter (TMOTOR) mit einem Steuereingang des Schaltelements (12) und/oder mit einer optischen und/oder akustischen Anzeigeeinheit (26) verbunden ist.
  2. 2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem ersten Sensor (16) ein zweiter Sensor (20) vorgesehen ist, der einen zweiten Betriebsparameter (TAKKU) erfaßt, wobei die beiden Sensoren (16, 18) ausgangsseitig mit dem Steuereingang des Schaltelements (12) verbunden sind, um den Schaltvorgang in Abhängigkeit von dem ersten Betriebsparameter (TMOTOR) und dem zweiten Betriebsparameter (TAKKU) zu steuern.
  3. 3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sensor (16, 18) mit einer Vergleichereinheit (18, 22) verbunden ist, die den ersten Betriebsparameter (TMOTOR) und/oder den zweiten Betriebsparameter (TAKKU) mit einem vorgegebenen Maximalwert (TMAX1, TMAX2) und/oder mit einem vorgegebenen Minimalwert (TMIN1, TMIN2) vergleicht und das Schaltelement (12) in Abhängigkeit von dem Vergleich ansteuert.
  4. 4. Überwachungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (12) ein Relais, ein Leistungstransistor, ein Triac oder ein Bimetall-Schalter ist.
  5. 5. Überwachungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erfaßte erste Betriebsparameter (TMOTOR) und/oder der zweite Betriebsparameter (TAKKU) die Temperatur des elektrischen Verbrauchers (14) und/oder die Temperatur der Stromversorgungseinrichtung (10) ist.
  6. 6. Überwachungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Verbraucher (14) ein Elektromotor ist.
  7. 7. Überwachungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung (10) einen Akkumulator aufweist.
  8. 8. Überwachungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Sensor (16) und/oder der zweite Sensor (20) in dem Elektrogerät oder in der Stromversorgungseinrichtung angeordnet ist.
  9. 9. Überwachungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (12) in dem Elektrogerät oder in der Stromversorgungseinrichtung angeordnet ist.
  10. 10. Überwachungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichereinheit (18, 22) in dem Elektrogerät oder in der Stromversorgungseinrichtung angeordnet ist.
  11. 11. Elektrowerkzeugmaschine mit einer Überwachungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.
  12. 12. Stromversorgungseinrichtung mit einer Überwachungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10.
  13. 13. Betriebsverfahren für eine Überwachungseinrichtung für ein Elektrogerät mit den folgenden Schritten:
    1. - Erfassung eines ersten Betriebsparameters (TMOTOR) eines elektrischen Verbrauchers (14) in dem Elektrogerät und/oder einer Stromversorgungseinrichtung (10) des Elektrogeräts,
    2. - Vergleich des ersten Betriebsparameters (TMOTOR) mit einem vorgegebenen Maximalwert (TMAX1) und/oder einem vorgegebenen Minimalwert (TMIN1)
    3. - Optische und/oder akustische Anzeige eines das Ergebnis des Vergleichs wiedergebenden Signals und/oder Trennen des elektrischen Verbrauchers (14) von der Stromversorgungseinrichtung (10) beim Überschreiten des Maximalwerts (TMAX1) und/oder beim Unterschreiten des Minimalwerts (TMIN1).
  14. 14. Betriebsverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Verbraucher (14) wieder mit der Stromversorgungseinrichtung (10) verbunden wird, wenn der Maximalwert (TMAX1) wieder unterschritten oder der Minimalwert (TMIN1) wieder überschritten wird.
  15. 15. Betriebsverfahren nach Anspruch 13 und/oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Betriebsparameter (TMOTOR) des elektrischen Verbrauchers (14) und ein zweiter Betriebsparameter (TAKKU) der Stromversorgungseinrichtung (10) erfaßt wird, wobei der elektrische Verbraucher (14) von der Stromversorgungseinrichtung (10) getrennt wird, wenn der erste Betriebsparameter (TMOTOR) einen ersten Maximalwert (TMAX1) überschreitet und/oder der erste Betriebsparameter (TMOTOR) einen ersten Minimalwert (TMIN1) unterschreitet und/oder der zweite Betriebsparameter (TAKKU) einen zweiten Maximalwert (TMAX2) überschreitet und/oder der zweite Betriebsparameter (TAKKU) einen zweiten Minimalwert (TMIN2) unterschreitet.






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