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Dokumentenidentifikation DE102006016441A1 11.10.2007
Titel Elektrowerkzeugmaschine und Verfahren zum Betreiben derselben
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Seiler, Hartmut, 72760 Reutlingen, DE;
Lamprecht, Dirk, 70565 Stuttgart, DE
DE-Anmeldedatum 07.04.2006
DE-Aktenzeichen 102006016441
Offenlegungstag 11.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.10.2007
IPC-Hauptklasse H02H 7/085(2006.01)A, F, I, 20060407, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung geht aus von einer Elektrowerkzeugmaschine und einem Verfahren zum Betreiben einer Elektrowerkzeugmaschine, bei der ein Werkzeug durch einen elektrischen Motor (10) in Abhängigkeit einer Stellung eines Schalters (18) zur Leistungsanforderung, insbesondere eines Druckschalters, angetrieben wird.
Es wird vorgeschlagen, dass eine Bestromung des Motors (10) bei Erkennen eines aus einem Signal einer Rotorlage-Erfassungseinheit (20) abgeleiteten Blockierfalls unterbrochen wird.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Elektrowerkzeugmaschine und einer Elektrowerkzeugmaschine nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Bei bekannten Elektrowerkzeugmaschinen wird durch die Betätigung eines Drückers durch den Finger des Anwenders der elektrische Motor mit Strom versorgt, der in der Regel proportional oder zumindest monoton ansteigend zur Drückerstellung ist. Der Motor dreht sich. Steigt nun das vom Motor geforderte Lastmoment so weit an, dass der Motor zum Stillstand kommt (Blockierfall), so wird im Regelfall bei unveränderter Drückerstellung die Bestromung des Motors beibehalten. Bekannt ist auch das Abschalten des Motors durch eine Überlastschaltung, die im Blockierfall nach einer gewissen Zeit anspricht. Das Ansprechen der Überlastschaltung erfolgt in der Regel thermisch, z.B. über einen Bimetallschalter oder einen PTC-Widerstand. Diese Art der Abschaltung weist jedoch erhebliche Nachteile auf.

Sie spricht nicht an, wenn der durch die Drückerstellung vorgegebene Strom durch den Motor zu gering ist, da sie so auszulegen ist, dass sie auch bei maximalem Motormoment nicht unmittelbar anspricht, sondern erst nach einer gewissen Zeit, in der Regel nach einigen Sekunden. Zum Wiedereinschalten des Motors ist dann häufig ein Wiedereinschaltknopf zu betätigen oder zumindest eine gewisse Zeitspanne zu warten, bis die Überlastschaltung abgekühlt ist. Diese Zeitspanne ist zumeist erheblichen Streuungen unterworfen. Aus diesen Gründen wird eine Überlastschaltung dann bevorzugt, wenn durch die Blockierung des Motors in kurzer Zeit eine Gefährdung von Personen oder Sachen möglich ist oder eine Beschädigung des Motors auftreten kann. In allen anderen Fällen wird die Bestromung im Blockierfall üblicherweise nicht unterbrochen.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Elektrowerkzeugmaschine, bei der ein Werkzeug durch einen elektrischen Motor in Abhängigkeit einer Stellung eines Schalters zur Leistungsanforderung, insbesondere eines Druckschalters, angetrieben wird.

Es wird vorgeschlagen, dass eine Rotorlageerfassung zur Erkennung eines Blockierfalls herangezogen und eine Bestromung des Motors bei Erkennen des Blockierfalls unterbrochen wird. Es kann vermieden werden, dass eine weitere und nutzlose Bestromung des Motors im Blockierfall bei einer akkubetriebenen Elektrowerkzeugmaschine die Akkueinheit im Stillstand entlädt. Dadurch lässt sich die in der Akkueinheit gespeicherte Energie für mehr Nutzarbeit einsetzen, z.B. lassen sich mehr Schraubungen durchführen. Außerdem wird die Akkueinheit geschont, da deren Erwärmung proportional zum Produkt aus Zeit und Strom zum Quadrat ist, d.h. dass eine kurzzeitige hohe Stromabgabe zu einer deutlich höheren Erwärmung führt als eine lang andauernde, geringe Stromabgabe. Darüber hinaus gewährleistet eine unmittelbare Abschaltung des Stroms nach der Blockierung des Einsatzwerkzeugs einen verbesserten Personen-, Werkstück- und Werkzeugmaschinenschutz. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn hohe Blockiermomente auftreten können, die vom Anwender nicht erwartet und/oder kaum beherrscht werden können. Vorteilhaft ist die Erfindung besonders für Elektrowerkzeugmaschinen mit einer Akkueinheit zur Stromversorgung des elektrischen Motors. Die Erfindung ist für alle Arten von Elektrowerkzeugmaschinen geeignet, besonders bevorzugt für Akkuschrauber und Akkubohrer.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, dass eine Blockierung des Motors auch dann erkannt wird, wenn der Motor mittels einer Schaltung zur Erfassung des Motorstroms mit einem einstellbaren Strom versorgt wird. Solche Schaltungen werden in der Regel zur Begrenzung des Drehmoments eines Elektromotors eingesetzt.

Günstigerweise kann im Blockierfall eine Verbindung zwischen einer den Motor bestromenden Akkueinheit und dem Motor unterbrochen werden. Die Akkueinheit wird geschont und kann länger eingesetzt werden.

Nach einem nebengeordneten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Elektrowerkzeugmaschine vorgeschlagen, bei der ein Werkzeug durch einen elektrischen Motor in Abhängigkeit einer Stellung eines Schalters zur Leistungsanforderung, insbesondere eines Druckschalters, angetrieben wird, wobei eine Verbindung einer den Motor bestromenden Akkueinheit zu dem Motor bei Erkennen eines Blockierfalls unterbrochen wird. Vorteilhaft kann damit eine unnötige Entladung der Akkueinheit vermieden und eine verbesserte Ausnutzung der Kapazität und Lebensdauer der Akkueinheit erreicht werden.

Vorteilhaft kann der Blockierfall mittels eines Signals wenigstens eines einer Motorwelle zugeordneten Drehwinkelsensors detektiert werden. Dazu kann an der Motorwelle z.B. ein Dauermagnet angeordnet sein, der einen oder mehrere Hallsensoren stimuliert. Bei einem so genannten EC-Motor mit elektrischer Kommutierung ist dies besonders vorteilhaft, da eine Rotorlageerfassung für derartige Motoren notwendig ist und damit keine zusätzlichen Bauelemente zugefügt werden müssen.

Alternativ oder zusätzlich kann der Blockierfall mittels eines Signals einer Polradspannung des Motors und/oder einer Harmonischen davon erkannt werden.

Es kann der Blockierfall dann festgestellt werden, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne eine Signaländerung unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts ist.

Dabei kann die Bestromung unmittelbar nach Erkennen des Blockierfalls unterbrochen werden. Eine unnötige Entladung der Akkueinheit wird vermieden.

Vorteilhaft wird der Motor erst wieder bestromt, wenn die Position des Schalters in Richtung auf eine höhere Leistungsanforderung verändert wird. Der Anwender behält die Kontrolle über die Elektrowerkzeugmaschine und kann sich auf eine höhere Last einstellen.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Motor erst wieder bestromt wird, wenn die Leistungsanforderung erniedrigt und dann wieder erhöht wird. Dadurch, dass ein erneutes Anlaufen des Motors aus dem Blockierfall möglich ist, kann z.B. eine Schraube unter Sichtkontrolle des Anwenders weitergedreht werden. Vor allem bei hohen Last- und Blockiermomenten kann sich der Anwender in diesem Fall auf die erforderlichen Kräfte einstellen.

Es wird eine Elektrowerkzeugmaschine vorgeschlagen, bei der Antriebsenergie für ein Werkzeug durch einen elektrischen Motor in Abhängigkeit einer Stellung eines Schalters zur Leistungsanforderung, insbesondere eines Druckschalters, bereitgestellt wird und bei der eine Rotorlageerfassung zur Erkennung eines Blockierfalls vorgesehen ist und eine Elektronikeinheit eine Bestromung des Motors bei Erkennen des Blockierfalls unterbricht. Zur Stromunterbrechung ist zweckmäßigerweise eine Leistungselektronik vorgesehen, die vorzugsweise unmittelbar nach dem Erkennen des Blockierfalls die Bestromung des Motors unterbricht.

Gemäß einem nebengeordneten Aspekt der Erfindung wird eine Elektrowerkzeugmaschine vorgeschlagen, bei der ein Werkzeug durch einen elektrischen Motor in Abhängigkeit einer Stellung eines Schalters zur Leistungsanforderung, insbesondere eines Druckschalters, antreibbar ist, wobei in einem Blockierfall die Elektronikeinheit eine Verbindung zwischen einer den Motor bestromenden Akkueinheit und dem Motor unterbricht. Vorteilhaft kann damit eine unnötige Entladung der Akkueinheit vermieden und eine verbesserte Ausnutzung der Kapazität und Lebensdauer der Akkueinheit erreicht werden.

Zur Erkennung des Blockierfalls kann wenigstens ein einer Motorwelle zugeordneter Drehwinkelsensor vorgesehen sein. Dies ist im Fall von EC-Motoren besonders vorteilhaft, da diese Bauteile bereits zum Betrieb des Motors vorhanden sind.

Zur Erkennung des Blockierfalls kann zusätzlich oder alternativ eine Polradspannung des Motors und/oder einer Harmonischen davon detektierbar sein.

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.

Dabei zeigen:

1 eine bevorzugte Elektrowerkzeugmaschine mit einer Anwenderfunktion gemäß 2 und

2 ein Blockschaltbild zu einer bevorzugten Anwenderfunktion.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

1 zeigt eine bevorzugte Elektrowerkzeugmaschine 100 mit einer in einem Handgriff 110 angeordneten Akkueinheit 14, deren Verbindung zu einem Motor 10 im Blockierfall durch eine Elektronikeinheit 16 unterbrechbar ist. Zum Einschalten der Elektrowerkzeugmaschine 100 ist ein Schalter 120 am Handgriff 110 einschaltbar. Bei Erkennen eines Blockierfalls ist trotz des gedrückten Schalters 120 die Bestromung des Motors 10 durch die Akkueinheit 14 zumindest teilautomatisiert unterbrechbar.

Das in 2 dargestellte Blockschaltbild zur Realisierung einer Anwenderfunktion im Blockierfall für bevorzugte akkubetriebene Elektrowerkzeugmaschinen erläutert eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung.

Der vorzugsweise als EC-Motor ausgebildete elektrische Motor 10 umfasst eine Leistungselektronik 12. Zur elektrischen Versorgung der Elektrowerkzeugmaschine dient eine Akkueinheit 14. Der als EC-Motor ausgebildete Motor 10 umfasst eine Rotorlage-Erfassungseinheit 20, mit der die Rotorlage eines Rotors des Motors 10 erfasst werden kann. Die Elektrowerkzeugmaschine ist z.B. ein Akkuschrauber.

Die Elektronikeinheit 16 zur Steuerung und Regelung der Elektrowerkzeugmaschine erhält Signale der Rotorlage-Erfassungseinheit 20, anhand derer der als EC-Motor ausgebildete Motor 10 im Normalbetrieb angesteuert wird.

Ein Anwender gibt über einen als Drücker ausgebildeten Schalter 18 eine Leistungsanforderung an die Elektronikeinheit 16, wenn er z.B. eine Schraube in ein Werkstück eindrehen will, die mit einem Schraubwerkzeug der Elektrowerkzeugmaschine in Wirkverbindung gebracht worden ist. Die Position des als Drücker ausgebildeten Schalters 18 ist kennzeichnend für die Größe der Leistungsanforderung durch den Anwender. Wird der als Drücker ausgebildete Schalter 18 in seine maximale Endstellung gedrückt, ist die Leistungsanforderung maximal, in einer Mittelstellung ist sie entsprechend geringer.

Die Erfassung der Rotorlage durch die Rotorlage-Erfassungseinheit 20 erlaubt die Erkennung eines Blockierfalls, nach der eine Bestromung des Motors 10 durch die Leistungselektronikeinheit 12 unterbrochen wird. Vorzugsweise erfolgen mit der Elektronikeinheit 16 die Blockiererkennung, die Abschaltung der Bestromung und die Wiederaufnahme der Bestromung des Motors 10, wobei die Leistungselektronikeinheit 12 entsprechend angesteuert wird.

Der Blockierfall kann mittels eines Signals wenigstens eines einer Motorwelle zugeordneten Drehwinkelsensors detektiert werden und/oder drehwinkelsensorlos mittels eines Signals einer Polradspannung des Motors 10 und/oder einer Harmonischen davon erkannt werden.

Der Blockierfall wird festgestellt, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne eine Signaländerung unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts erfolgt, insbesondere, wenn der betreffende Signalwert sich nicht ändert. Im Blockierfall dreht der Motor 10 nicht weiter, so dass sich z.B. der Drehwinkel nicht mehr ändert. Unmittelbar nach Erkennen des Blockierfalls wird die Bestromung des Motors 10 durch die Elektronikeinheit 16 unterbrochen.

Der Motor 10 wird erst wieder bestromt, wenn die Position des Schalters 18 in Richtung auf eine höhere Leistungsanforderung verändert wird oder dieser ganz losgelassen und dann wieder betätigt wird. Der Anwender kann die Schraubung unter Sicht kontrolliert weiterführen und ist auf die höhere Last und die zu erwartenden Kräfte vorbereitet.


Anspruch[de]
Verfahren zum Betreiben einer Elektrowerkzeugmaschine (100), bei der ein Werkzeug durch einen elektrischen Motor (10) in Abhängigkeit einer Stellung eines Schalters (18) zur Leistungsanforderung, insbesondere eines Druckschalters, angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestromung des Motors (10) bei Erkennen eines aus einem Signal einer Rotorlage-Erfassungseinheit (20) abgeleiteten Blockierfalls unterbrochen wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Blockierfall eine Verbindung zwischen einer den Motor (10) bestromenden Akkueinheit (14) und dem Motor (10) unterbrochen wird. Verfahren zum Betreiben einer Elektrowerkzeugmaschine, bei der ein Werkzeug durch einen elektrischen Motor (10) in Abhängigkeit einer Stellung eines Schalters (18) zur Leistungsanforderung, insbesondere eines Druckschalters, angetrieben wird, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung einer den Motor (10) bestromenden Akkueinheit (14) zu dem Motor (10) bei Erkennen eines Blockierfalls unterbrochen wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Blockierfall mittels eines Signals wenigstens eines einer Motorwelle zugeordneten Drehwinkelsensors detektiert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Blockierfall mittels eines Signals einer Polradspannung des Motors (10) und/oder einer Harmonischen davon erkannt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Blockierfall dann festgestellt wird, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne eine Signaländerung unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (10) erst wieder bestromt wird, wenn die Position des Schalters (18) in Richtung auf eine höhere Leistungsanforderung verändert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (10) erst wieder bestromt wird, wenn die Leistungsanforderung erniedrigt und dann wieder erhöht wird. Elektrowerkzeugmaschine, bei der ein Werkzeug durch einen elektrischen Motor (10) in Abhängigkeit einer Stellung eines Schalters (18) zur Leistungsanforderung, insbesondere eines Druckschalters, antreibbar ist, gekennzeichnet durch eine Elektronikeinheit 16, die eine Bestromung des Motors (10) bei Erkennen eines aus einem Signal einer Rotorlage-Erfassungseinheit (20) abgeleiteten Blockierfalls unterbricht. Elektrowerkzeugmaschine, bei der ein Werkzeug durch einen elektrischen Motor (10) in Abhängigkeit einer Stellung eines Schalters (18) zur Leistungsanforderung, insbesondere eines Druckschalters, antreibbar ist, gekennzeichnet durch eine Elektronikeinheit (16), die in einem Blockierfall eine Verbindung zwischen einer den Motor (10) bestromenden Akkueinheit (14) und dem Motor (10) unterbricht. Elektrowerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung des Blockierfalls wenigstens ein einer Motorwelle zugeordneter Drehwinkelsensor vorgesehen ist. Elektrowerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung des Blockierfalls eine Polradspannung des Motors (10) und/oder einer Harmonischen davon detektierbar ist.






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