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Die Erfindung bezieht sich auf ein zum Betreiben einer Elektromaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2010 040 497 B4 offenbart ein Haushaltsgerät mit mindestens einem rotatorisch und/oder translatorisch bewegbaren Werkzeug und einem elektromotorischen Antrieb, wobei das Haushaltsgerät Mittel zur Erfassung des Belastungszustands des Werkzeugs sowie eine Steuerungseinrichtung aufweist, die zur Veränderung der Leistung des elektromotorischen Antriebs in Abhängigkeit vom gemessenen Belastungszustand geeignet ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Haushaltsgeräts mit mindestens einem elektromotorisch antreibbaren Werkzeug. Dabei sind die Mittel zur Erfassung des Belastungszustands des Werkzeugs zur Bestimmung einer Drehzahl des Werkzeugs oder einer Stromaufnahme des elektromotorischen Antriebs vorgesehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Elektromaschine zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben einer Elektromaschine, wobei die Elektromaschine eine Antriebseinheit zur Übertragung einer Bewegung auf eine Abtriebseinheit und einer Betätigungseinheit zum Steuern oder Regeln der Antriebseinheit aufweist.
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Erfindungsgemäß werden zumindest zwei Betriebskennlinien, insbesondere Drehmoment bzw. Drehzahl-Betätigungsweg-Kennlinien, zum Steuern oder Regeln der Elektromaschine, insbesondere der Antriebseinheit, bereitgestellt.
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Bei einem Betätigungsvorgang der Elektromaschine wird üblicherweise eine Antriebseinheit elektrisch angetrieben um beispielsweise ein Drehmoment auf eine Abtriebseinheit zu übertragen, um beispielsweise mittels dem an der Abtriebseinheit anliegenden Drehmoment einen Bearbeitungsvorgang auszuführen, wie beispielsweise eine Schraube in ein Werkstück oder eine Mutter auf eine Schraube zu schrauben. Im Falle einer Schraubverbindung soll beispielsweise eine Schraube mit einem vorbestimmten Montagedrehmoment in ein Werkstück eingeschraubt werden, um ein zu verbindendes Werkstück optimal zu halten. Beispielsweise kann bei einem zu hohen Montagedrehmoment oder einer zu starken bzw. nicht abgestimmten Leistungsabgabe der Antriebseinheit entweder das Werkstück beschädigt werden, indem beispielsweise die Schraube zu tief oder zu schräg in das Werkstück geschraubt wird, oder die Schraube selbst beschädigt werden, indem beispielsweise sich ein Schraubkopf der Schraube von dem Gewindeabschnitt der Schraube ablöst bzw. abschert.
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Um beispielsweise einen optimalen Bearbeitungsvorgang auszuführen, kann es zweckmäßig sein, die Antriebseinheit derart zu steuern oder zu regeln, dass die Antriebseinheit in Abhängigkeit von zumindest zwei Betriebskennlinien gesteuert oder geregelt wird. Hierdurch kann unter anderem eine Abnutzung der Elektromaschine optimiert werden.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Elektromaschine besonderes gut kontrolliert werden, sodass ein besseres Arbeitsergebnis erreicht wird. Zudem kann auf besonders einfache Weise ein Drehzahlbereich dosiert werden, um beispielsweise ein „Ansetzen“ der Elektromaschine auf eine Schraube und ein Eindrehen der Schraube auf besonders einfache Weise zu kontrollieren. Des Weiteren kann die Elektromaschine auf besonders einfache Weise bedient werden.
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Unter einer „Antriebseinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest ein Antriebsmoment zu erzeugen und zur Weiterleitung an eine Abtriebseinheit insbesondere an ein Zubehörwerkzeug zur Verfügung zu stellen. Vorteilhaft weist die Elektromaschine die Antriebseinheit auf. Besonders vorteilhaft weist die Antriebseinheit zumindest einen Elektromotor auf. Die Antriebseinheit kann eine Antriebswelle aufweisen. Die Antriebseinheit kann als ein elektronisch kommutierter oder als ein Bürsten kommutierter Motor ausgebildet sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Elektromaschine motorlos ausgebildet sein, sodass beispielsweise Geräte wie Heißluftfön, Laser oder UV-Lampe mittels den erfindungsgemäßen Merkmalen ausgestaltet sein können.
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Unter der Elektromaschine soll insbesondere eine Handwerkzeugmaschine verstanden werden. Vorzugsweise kann unter der Elektromaschine ein Haushaltsgerät verstanden werden.
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Die Elektromaschine kann eine Elektronikeinheit aufweisen, welche dazu vorgesehen ist, die Antriebseinheit zu steuern oder zu regeln. Die Elektronikeinheit kann dazu vorgesehen sein, die zumindest zwei Betriebskennlinien bereitzustellen. Die Elektronikeinheit kann eine Speichereinheit zur Speicherung beispielsweise der Betriebskennlinien aufweisen. Die Elektronikeinheit kann eine Recheneinheit aufweisen, welche beispielsweise als ein Mikrocontroller ausgebildet ist. Die Elektronikeinheit kann mittels Leitungen, insbesondere Datenleitungen oder Stromversorgungsleitungen, mit der Antriebseinheit und/oder der Betätigungseinheit verbunden sein.
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Die Betriebskennlinien können jeweils aus einem Drehmoment oder einer Drehzahl bzw. einer Drehgeschwindigkeit gebildet sein. Die Betriebskennlinien können jeweils aus einem Betätigungsweg der Betätigungseinheit gebildet sein.
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Vorzugsweise ist die Betätigungseinheit zwischen einem Ruhezustand bzw. einem ersten Totpunkt und einem Betätigungszustand bzw. einem zweiten Totpunkt beweglich gelagert. Der Weg zwischen dem ersten Totpunkt und dem zweiten Totpunkt bildet den Betätigungsweg der Betätigungseinheit. Die Betätigungseinheit kann analog bzw. stufenlos oder digital ausgebildet sein. Die Betätigungseinheit kann mehrere Schaltstufen bzw. Schaltzustände aufweisen, sodass beispielsweise bei einer Veränderung des Betätigungswegs der Betätigungseinheit ein veränderter Schaltzustand, wie beispielsweise ein höherer oder niedrigerer Antriebsstrom, an die Antriebseinheit geschaltet wird.
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Es versteht sich, dass die Antriebseinheit in Abhängigkeit eines Betätigungswegs der Betätigungseinheit gesteuert oder geregelt wird.
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Es versteht sich, dass die Betätigungseinheit mittels einer von einem Bediener auf die Betätigungseinheit aufgebrachten Betätigungskraft betätigbar bzw. in den Betätigungszustand versetzbar ist. Unter Einwirkung einer Betätigungskraft ist die Betätigungseinheit von einem ersten Totpunkt zu einem zweiten Totpunkt verfahrbar.
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Bevorzugt verlaufen die Betriebskennlinien nicht geradlinig bzw. proportional. Vorzugsweise verlaufen die Betriebskennlinien zumindest teilweise degressiv, regressiv, progressiv, konstant und/oder progressiv gedeckelt.
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Es versteht sich ferner, dass die Betriebskennlinien zumindest im Wesentlichen unterschiedlich sein können. Insbesondere kann eine erste Betriebskennlinie und eine zweite Betriebskennlinie vorgesehen sein. Die zweite Betriebskennlinie kann zeitlich verzögert zu der ersten Betriebskennlinie beginnen. Die zweite Betriebskennlinie kann die erste Betriebskennlinie begrenzen. Die zweite Betriebskennlinie kann im Wesentlichen analog bzw. in ähnlicher Weise zu der ersten Betriebskennlinie verlaufen. Die zweite Betriebskennlinie kann die erste Betriebskennlinie schneiden. Die zweite Betriebskennlinie kann im Wesentlichen eine kleinere Steigung aufweisen als die erste Betriebskennlinie.
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Die erste und die zweite Betriebskennlinie können in einem Ruhezustand bzw. bei einem Beginn des Betätigungsvorgangs denselben Ausgangspunkt aufweisen.
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Es versteht sich des Weiteren, dass die Betriebskennlinien aus anderen einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden physikalischen Werten gebildet sein können, welche auf besonders einfache Weise auf das Drehmoment der Antriebseinheit und/oder einer Drehgeschwindigkeit der Abtriebseinheit bzw. auf den Betätigungsweg der Betätigungseinheit zum Betätigen der Antriebseinheit schließen lassen.
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Vorzugsweise wird die Antriebseinheit durch zumindest eine der Betriebskennlinien gesteuert oder geregelt. Es kann zweckmäßig sein, dass die Betriebskennlinie einen Antrieb der Antriebseinheit vorgibt.
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Insbesondere ist die Bedieneinheit dazu vorgesehen, die Antriebseinheit zu steuern oder zu regeln. Die Bedieneinheit kann die Antriebseinheit entsprechend der Betriebskennlinien steuern oder regeln. Die Betriebskennlinien können von einer Elektronikeinheit bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise ist die Antriebseinheit dazu vorgesehen, die Abtriebseinheit der Elektromaschine, insbesondere unmittelbar oder mittelbar, anzutreiben und/oder in Bewegung zu versetzen. Die Abtriebseinheit kann zumindest ein Zubehörwerkzeug, beispielsweise einen Bohrer und/oder ein Werkzeugbit und/oder ein Schneidblatt und/oder eine Schleifscheibe und/oder ein Trennblatt oder dergleichen, und/oder zumindest eine Werkzeugaufnahme, beispielsweise ein Spannfutter und/oder eine Sägeblattaufnahme und/oder einen Bithalter oder dergleichen aufweisen. Die Abtriebseinheit kann eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme von zumindest einem Zubehörwerkzeug aufweisen. Die Abtriebseinheit kann eine Abtriebswelle aufweisen.
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Unter einer „Bedieneinheit“ soll hier insbesondere eine Einheit verstanden werden, die zumindest ein Bauteil aufweist, das direkt von einem Bediener betätigbar ist und die dazu vorgesehen ist, durch eine Betätigung und/oder durch eine Eingabe von Parametern einen Prozess und/oder einen Zustand einer mit der Bedieneinheit gekoppelten Einheit zu beeinflussen und/oder zu ändern. Die Bedieneinheit kann ein Bedienelement aufweisen. Das Bedienelement kann als ein Bedienschieber ausgebildet sein. Das Bedienelement kann als eine Bedientaste ausgebildet sein. Das Betätigungselement kann als ein kraftabhängiger Taster ausgebildet sein, welcher dazu vorgesehen ist, die Antriebseinheit mittels einer Betätigungskraft, wie beispielsweise bei einer Verwendung eines Piezzo-Schalters, zu steuern oder zu regeln. Das Betätigungselement kann als ein Betätigungsschalter ausgebildet sein. Unter einem „Bedienelement“ soll insbesondere ein Element verstanden werden, dass dazu vorgesehen ist, bei einem Bedienvorgang eine Eingabegröße von einem Bediener aufzunehmen und insbesondere unmittelbar von einem Bediener kontaktiert zu werden, wobei ein Berühren des Bedienelements sensiert und/oder eine auf das Bedienelement ausgeübte Betätigungskraft sensiert und/oder mechanisch zur Betätigung einer Einheit weitergeleitet wird.
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Die Unteransprüche geben weitere zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens an.
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Es kann zweckmäßig sein, dass zumindest drei oder mehr Betriebskennlinien zum Steuern oder Regeln der Elektromaschine, insbesondere der Antriebseinheit, bereitgestellt werden. Vorzugsweise kann eine Vielzahl von Betriebskennlinien bereitgestellt werden, welche den Bearbeitungsvorgang erleichtern.
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Ferner kann es zweckmäßig sein, dass eine lineare Betätigung der Betätigungseinheit, insbesondere des Betätigungswegs der Betätigungseinheit, eine zumindest im Wesentlichen nicht lineare Betriebskennlinie ergibt.
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Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, dass die, insbesondere zumindest eine der Betriebskennlinie konstant, degressiv, regressiv, progressiv oder progressiv gedeckelt verläuft.
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Dadurch kann die Elektromaschine auf besonders vorteilhafte Weise auf den Bearbeitungsvorgang abgestimmt werden, um den Bearbeitungsvorgang zu optimieren.
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Es kann ferner zweckmäßig sein, dass die Elektromaschine eine Strömungserzeugungseinheit zur Durchströmung der Elektromaschine aufweist, wobei zumindest eine weitere Betriebskennlinie zum Steuern oder Regeln der Elektromaschine, insbesondere der Strömungserzeugungseinheit, bereitgestellt wird. Die Strömungserzeugungseinheit kann als eine Kühleinheit ausgebildet sein, welche eine Fluidströmung durch die Elektromaschine erzeugt. Die Strömungserzeugungseinheit kann als ein Lüfterelement ausgebildet sein. Die Strömungserzeugungseinheit kann benachbart zu der Antriebseinheit angeordnet sein. Die Strömungserzeugungseinheit von der Antriebseinheit, insbesondere einer Antriebsbewegung der Antriebseinheit, entkoppelt sein. Die Strömungserzeugungseinheit kann unabhängig von der Antriebseinheit steuerbar oder regelbar ausgebildet sein. Die weitere Betriebskennlinie kann beispielsweise der Betriebskennlinie der Antriebseinheit folgen. Die weitere Betriebskennlinie kann beispielsweise zeitlich versetzt, insbesondere mittels einem Totzeitglied, zu der Betriebskennlinie der Antriebseinheit ausgebildet sein. Dadurch kann auf besonders einfache Weise beispielsweise eine Kühlung der Elektromaschine und/oder der Antriebseinheit unabhängig von der Antriebseinheit, insbesondere einer Antriebsbewegung der Antriebseinheit, eingestellt werden.
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Es kann des Weiteren zweckmäßig sein, dass die Elektromaschine eine Reinigungseinheit zur Reinigung der Elektromaschine aufweist, wobei zumindest eine weitere Betriebskennlinie zum Steuern oder Regeln der Elektromaschine, insbesondere der Reinigungseinheit, bereitgestellt wird. Die Reinigungseinheit kann ein Vibrationselement aufweisen, welches dazu vorgesehen ist, eine Vibration auf die Elektromaschine oder einen Teil der Elektromaschine zu übertragen. Vorzugsweise kann das Vibrationselement dazu vorgesehen sein, eine Vibration auf einen Staubauffangbehälter der Elektromaschine zu übertragen. Dadurch kann beispielsweise der Staubauffangbehälter oder ein mit dem Staubauffangbehälter Staubfilter von Staub freigerüttelt werden.
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Die weitere Betriebskennlinie kann beispielsweise der Betriebskennlinie der Antriebseinheit folgen. Die weitere Betriebskennlinie kann beispielsweise zeitlich versetzt zu der Betriebskennlinie der Antriebseinheit sein. Die weitere Betriebskennlinie kann im Wesentlichen bei oder nach Erreichen eines Totpunkts der Betätigungseinheit zum Steuern oder Regeln der Strömungserzeugungseinheit und/oder der Reinigungseinheit herangezogen werden.
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Die weitere Betriebskennlinie kann beispielsweise nach einer bestimmten Zeitdauer oder einer Betriebszeitdauer bzw. einem Zeitintervall der Elektromaschine zum Steuern oder Regeln der Strömungserzeugungseinheit und/oder der Reinigungseinheit herangezogen werden.
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Es wird vorgeschlagen, dass eine der Betriebskennlinien in Abhängigkeit eines/des Betätigungswegs der Betätigungseinheit, insbesondere des Betätigungselements, gewählt wird. Es kann denkbar sein, dass die Betätigungseinheit ein Betätigungselement aufweist, welches beweglich in oder an der Elektromaschine, insbesondere einem Maschinengehäuse der Elektromaschine, gelagert ist. Die Betätigungseinheit kann in einem Betätigungszustand vorgespannt sein. Die Betätigungseinheit kann, insbesondere mittels einem Federelement, federnd gelagert sein. Das Federelement kann dazu vorgesehen sein, die Betätigungseinheit aus einem Betätigungszustand in einen Ruhezustand zu versetzten. Es kann zweckmäßig sein, dass das Federelement aus einer Tellerfeder, einer Spiralfeder oder dgl. gebildet ist. Die Betätigungseinheit kann dazu vorgesehen sein, die Antriebseinheit zu betätigen bzw. mit elektrischer Energie zu versorgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Betätigungseinheit dazu vorgesehen sein, eine andere einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Einheit zu betätigen.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass mehrere Betriebskennlinien vorgesehen sind, welche mit der Betätigungseinheit betätigbar sind und dazu vorgesehen sind, unterschiedlichen Funktionseinheiten, der Elektromaschine, insbesondere unabhängig voneinander und in Abhängigkeit von einem/dem Betätigungsweg und/oder einer Betätigungskraft der Betätigungseinheit zu steuern oder zu regeln. Die Funktionseinheiten können beispielsweise als Strömungserzeugungseinheit, als Reinigungseinheit, etc. ausgebildet sein. Beispielsweise kann bei einer Betätigung, insbesondere eines ersten Betätigungsweges, der Betätigungseinheit eine Betriebskennlinie einer ersten Funktionseinheit aktiviert werden und bei einer Betätigung, insbesondere eines zweiten Betätigungsweges, der Betätigungseinheit eine zweite Betriebskennlinie einer zweiten Funktionseinheit aktiviert werden.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass eine der Betriebskennlinien in Abhängigkeit von einem Betriebsmodus gewählt wird. Es wird des Weiteren vorgeschlagen, dass eine der Betriebskennlinien in Abhängigkeit von einem Betriebsmodus, insbesondere einer Gangstufe der Elektromaschine, eines Links-/ Rechtslaufs der Antriebseinheit, einer Meißel-/Bohrfunktion der Elektromaschine und/oder einer (Dreh-)Schlagfunktion, gewählt wird. Es versteht sich, dass auch andere einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Betriebsmodi bzw. Funktionen der Elektromaschine abgedeckt sein können. Unter einem Betriebsmodus kann beispielsweise eine Gangstufe, eine Drehmomentbegrenzung, eine Drehrichtungs-Änderung (Linkslauf oder Rechtslauf) oder dgl. verstanden werden. Beispielsweise kann sich bei einem Einschraubvorgang (Rechtslauf) einer Schraubverbindung eine Betriebskennlinie gewählt werden, welche insbesondere progressiv verläuft, um zu Beginn eines Schraubvorgangs über einen größeren Betätigungsweg ein optimales Drehmoment einstellen zu können. Dabei kann besonders zweckmäßig beispielsweise bei einem beginnenden Einschraubvorgang ein schiefes Einschrauben oder ein Abrutschen der Schraube und möglicherweise ein unkontrolliertes Betätigen der Betätigungseinheit durch den Bediener verhindert werden. Dadurch kann sich der Bediener besonders bevorzugt auf das Justieren und das Ausrichten der einzuschraubenden Schraube konzentrieren, ohne ein zu hohes Drehmoment oder eine zu hohe Drehgeschwindigkeit durch eine leichte Betätigung der Bedieneinheit zu riskieren. Am Ende des Schraubvorgangs kann beispielsweise die Drehgeschwindigkeit bei einer vollen Betätigung des Bedienelements erhöht werden. Beispielsweise bei einem Ausschraubvorgang (Linkskauf) der Schraube kann eine Betriebskennlinie herangezogen werden, welche insbesondere ebenfalls progressiv ist, jedoch ab einem vorbestimmten Betätigungsweg gedeckelt ist, sodass das Drehmoment bzw. die Drehgeschwindigkeit nicht weiter ansteigen.
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Es kann zweckmäßig sein, dass eine der Betriebskennlinien in Abhängigkeit einer Gangstufe gewählt wird. Es versteht sich, dass die Elektromaschine beispielsweise einen Mikroschalter oder einen Näherungsgeber aufweisen kann, um die gewählte Gangstufe der Elektromaschine zu erfassen. Dadurch kann eine Handhabung der Elektromaschine auf besonders einfache Weise vereinfacht werden.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass eine der Betriebskennlinien in Abhängigkeit einer Lage und/oder einer Lageänderung(-sgeschwindigkeit) der Elektromaschine gewählt wird. Auch kann eine der Betriebskennlinie in Abhängigkeit einer Lageänderungsgeschwindigkeit der Elektromaschine gewählt werden. Beispielsweise kann sich bei einer auf den Fußboden gerichteten Lage der Elektromaschine eine Betriebskennlinie gewählt werden, welche sich gegenüber einer Betriebskennlinie einer zur Drecke gerichteten Lage der Elektromaschine unterscheidet. Insbesondere wirkt bei einer auf den Fußboden gerichteten Elektromaschine die Gewichtskraft auf beispielsweise eine Schraubverbindung, sodass die Elektromaschine gegenüber einer über einem Kopf des Bedieners gerichteten Elektromaschine zu Beginn eines Einschraubvorgangs mit einem höheren Drehmoment beaufschlagt werden kann. Es versteht sich, dass die Elektromaschine beispielsweise einen Lagesensor oder einen Beschleunigungssensor aufweisen kann, um die Lage der Elektromaschine zu erfassen.
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Ferner kann es zweckmäßig sein, dass eine der Betriebskennlinien in Abhängigkeit eines Ladezustands eines Akkus gewählt wird. Der Akku kann mittels einer elektrischen Schnittstelle mit der Elektromaschine verbunden sein. Der Akku kann dazu vorgesehen sein, die Elektromaschine mit elektrischer Energie zu versorgen. Beispielsweise kann bei einem niedrigen bzw. nahezu leeren Ladezustand des Akkus eine Betriebskennlinie gewählt werden, welche gedeckelt ist, um ein Drehmoment bzw. eine Drehgeschwindigkeit zu begrenzen und den Akku zu schonen.
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Weiterhin kann es zweckmäßig sein, dass eine der Betriebskennlinien in Abhängigkeit von einem mit der Elektromaschine lösbar koppelbaren Zubehörwerkzeug gewählt wird. Die Elektromaschine kann eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme eines Zubehörwerkzeugs aufweisen. Es versteht sich, dass die Elektromaschine eine Zubehöridentifikationseinheit aufweisen kann. Die Elektromaschine kann in Abhängigkeit eines mittels der Zubehöridentifikationseinheit identifizierten und in oder mit der Elektromaschine gekoppelten Zubehörwerkzeugs eine Betriebskennlinie wählen. Beispielsweise kann bei einer Verwendung einer Elektromaschine mit einer mit der Elektromaschine gekoppelten Trennscheibe eine konstante Betriebskennlinie gewählt werden. Beispielsweise kann bei einer Verwendung einer Schleifscheibe eine degressive Betriebskennlinie gewählt werden kann. Es versteht sich, dass als Zubehörwerkzeug ein Bohrer, ein Bit, eine Schleifscheibe, ein Schleifpapier, ein Sägeblatt oder weitere einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Zubehörwerkzeuge in Frage kommen.
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Es versteht sich, dass die weitere Betriebskennlinie analog zu der, insbesondere ersten und zweiten, Betriebskennlinie verlaufen und/oder in Abhängigkeit von einem Betätigungsweg des Betätigungselements, eines Betriebsmodus der Elektromaschine, einer Lage der Elektromaschine, eines Ladezustands des Akkus oder dgl. gewählt werden kann.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Elektromaschine, insbesondere Bohrschrauber, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierdurch kann ein Bediener das Verfahren auf besonders einfache Weise mittels einer Elektromaschine durchführen.
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Als Elektromaschine kann ein Bohrschrauber, ein Schleifer, wie beispielsweise ein Schwingschleifer, ein (Rotations-)Exzenterschleifer, ein Winkelschleifer, ein Laubbläser oder dgl. verwendet werden.
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Es kann zweckmäßig sein, dass die Antriebseinheit aus einem EC-Motor gebildet ist.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, 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. Hierbei zeigt:
- 1 eine Ansicht auf eine exemplarische Elektromaschine,
- 2 eine Ansicht auf eine weitere exemplarische Elektromaschine und
- 3 bis 6 mehrere Betriebskennlinien.
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In den folgenden Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Figuren beziehen sich jeweils auf eine Elektromaschine 101 mit einer Aufnahmeeinheit 103 zur Aufnahme von Zubehörwerkzeugen (nicht gezeigt) wie beispielsweise Schrauberbits zum Drehen von Schrauben oder Bohrer zum Bohren von Löchern in ein Werkstück. Die Aufnahmeeinheit 103 weist eine einem Fachmann bekannte Klemmvorrichtung 105 auf, welche dazu vorgesehen ist, ein Zubehörwerkzeug in oder an der Elektromaschine 101 zu halten.
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Bei der Elektromaschine 101 kann es sich um diverse Elektromaschinen handeln und insbesondere um einen als Bohrschrauber ausgebildeten Akkuschrauber (1) oder als Exzenterschleifer ausgebildeten Schwingschleifer (2).
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1 zeigt die Elektromaschine 101 mit einer Antriebseinheit 13, insbesondere einer Antriebswelle (nicht gezeigt), zur Übertragung einer Bewegung auf eine Abtriebseinheit 14, insbesondere eine Abtriebswelle (nicht gezeigt) der Abtriebseinheit 14. Die Antriebseinheit 13 ist insbesondere dazu vorgesehen, eine Bewegung der Antriebseinheit 13 auf ein Zubehörwerkzeug (nicht gezeigt) zu übertragen. Die Antriebseinheit 13 ist als ein EC-Motor ausgebildet. Die Abtriebseinheit 14 umfasst die Aufnahmeeinheit 103 und die Klemmvorrichtung 105.
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Die Elektromaschine 101 weist ein zumindest teilweise als Handgriffgehäuse 15 ausgebildetes Maschinengehäuse 17 auf, welches ein Außengehäuse 17 der Elektromaschine 101 bildet. Das Handgriffgehäuse 15 ist dazu vorgesehen, von einer Hand eines Bedieners der Elektromaschine 101 umgriffen zu werden. Das Maschinengehäuse 17, 15 ist im Wesentlichen aus Kunststoff gebildet.
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Die Elektromaschine 101 weist ferner eine Schnittstelleneinheit 19 mit einer Halteeinheit 21 auf, welche mit einem Akku 23 lösbar befestigbar ist. Die Halteeinheit 21 ist dazu vorgesehen, den Akku 23 in einem mit der Elektromaschine 101 verbundenen Befestigungszustand zu halten. Die Akkueinheit 23 ist in einem Befestigungszustand mit der Elektromaschine 101 verbunden, sodass ein elektrischer Kontakt der Akkueinheit 23 mit der Antriebseinheit 13 der Elektromaschine 101 besteht, wobei die Akkueinheit 23 mit der Schnittstelleneinheit 19 verbunden ist. Die Akkueinheit 23 versorgt die Elektromaschine 101 mit elektrischer Energie.
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Die Elektromaschine 101 weist eine Elektronikeinheit 37 auf, welche dazu vorgesehen ist, die Antriebseinheit zu steuern oder zu regeln. Die Elektronikeinheit 37 ist dazu vorgesehen sein, die zumindest zwei, insbesondere zumindest drei, Betriebskennlinien 55 bereitzustellen. Die Elektronikeinheit 37 weist eine Speichereinheit zur Speicherung der zumindest zwei oder zumindest drei Betriebskennlinien 55 auf. Die Elektronikeinheit 37 weist eine Recheneinheit auf, welche beispielsweise als ein Mikrocontroller ausgebildet ist. Die Elektronikeinheit 37 ist mittels Leitungen, insbesondere Datenleitungen oder Stromversorgungsleitungen, mit der Antriebseinheit und dem Betätigungselement 25 verbunden. Der Akkupack 23, die Antriebseinheit 13, der Ein-/Aus-Schalter, das Betätigungselement 25 und die Elektronikeinheit 37 sind mittels Leitungen 43 zumindest elektrisch verbunden.
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Die Betriebskennlinien 55 sind jeweils aus einem Drehmoment 53 bzw. einer Drehgeschwindigkeit und aus einem Betätigungsweg 51 des Betätigungselements 25 gebildet (3).
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Es versteht sich, dass der anstatt des Betätigungswegs ein Kraftwirkung 51 gebildet sein kann. Es versteht sich, dass anstatt dem Drehmoment 53 eine Strömungsgeschwindigkeit, ein Wärmestrom, eine Helligkeit oder ein Signalton gebildet sein kann.
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Das Betätigungselement 25 ist zwischen einem Ruhezustand bzw. einem ersten Totpunkt und einem Betätigungszustand bzw. einem zweiten Totpunkt beweglich gelagert. Der Weg zwischen dem ersten Totpunkt und dem zweiten Totpunkt bildet den Betätigungsweg 51 des Betätigungselements 25. Das Betätigungselement 25 ist analog bzw. stufenlos schaltbar ausgebildet, sodass bei einer Veränderung des Betätigungswegs 51 der Betätigungseinheit 24 mehrere Schaltstufen bzw. Schaltzustände geschaltet werden können. Es versteht sich, dass die analoge Betätigung des Betätigungselements 25 digitalisiert werden kann.
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Das Betätigungselement 25 kann mittels einer von einem Bediener auf die Betätigungseinheit 24 aufgebrachten Betätigungskraft betätigt werden, um in den Betätigungszustand versetzt und beispielsweise von einem ersten Totpunkt zu einem zweiten Totpunkt verfahren zu werden.
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Das Betätigungselement 25 ist beweglich in oder an dem Maschinengehäuse 17 gelagert. Das Betätigungselement 25 ist in einem Betätigungszustand mittels einem Federelement vorgespannt und federnd gelagert, um das Betätigungselement 25 aus dem Betätigungszustand in den Ruhezustand zu versetzten. Als Federelement eignet sich eine Spiralfeder und insbesondere eine Druckfeder.
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Die Elektromaschine 101 weist ferner eine vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildete Getriebeeinheit auf (nicht gezeigt). Die Getriebeeinheit umfasst zumindest zwei beispielsweise mittels einer Schalttaste 29 schaltbare Gangstufen.
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Bei einer Betätigung des Betätigungselement 25 wird die Antriebseinheit 13 in einen Betätigungszustand versetzt und elektrisch angetrieben, um das Drehmoment 53 M auf eine Abtriebseinheit 14 aufzubringen und um mittels dem an der Abtriebseinheit 14 anliegenden Drehmoment 53 M beispielsweise ein Schraubmittel wie beispielsweise eine Schraube in ein Werkstück oder eine Mutter auf eine Schraube zu schrauben.
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Um eine optimale Schraubverbindung zu erreichen, wird die Antriebseinheit 13 derart gesteuert oder geregelt, dass die Elektronikeinheit 37 bzw. die Antriebseinheit 13 zwischen zumindest zwei Betriebskennlinien 55a, 55b, 55c, 55d, 55e wählbar ist.
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Die Antriebseinheit wird in Abhängigkeit des Betätigungsweg 51s des Betätigungselements 25 gesteuert oder geregelt. Die Antriebseinheit wird dabei durch zumindest eine der Betriebskennlinien 55a, 55b, 55c, 55d, 55e gesteuert oder geregelt.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer als Schwingschleifer, insbesondere Exzenterschleifer, ausgebildeten Elektromaschine 101. Die Elektromaschine 101 weist eine Strömungserzeugungseinheit 47 (nicht gezeigt) zur Durchströmung der Elektromaschine 101 auf, wobei zumindest eine weitere Betriebskennlinie zum Steuern oder Regeln der Elektromaschine 101, insbesondere der Strömungserzeugungseinheit 47, bereitgestellt wird. Die Strömungserzeugungseinheit 47 ist als eine Kühleinheit ausgebildet, welche eine Fluidströmung bzw. eine Luftströmung durch die Elektromaschine 101 erzeugt. Die Strömungserzeugungseinheit 47 ist als ein Lüfterelement (nicht gezeigt) ausgebildet, welches ein Lüfterrad aufweist, welches auf einer Rotorwelle sitzt und beispielsweise rotorisch betrieben wird. Die Strömungserzeugungseinheit 47 ist benachbart bzw. beabstandet zu der Antriebseinheit angeordnet, sodass das Lüfterelement unabhängig bzw. getrennt von der Antriebseinheit steuerbar oder regelbar ist. Dabei ist das Lüfterelement ist von einer Antriebsbewegung der Antriebseinheit entkoppelt.
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Die Elektromaschine 101 weist eine Reinigungseinheit 49 (nicht gezeigt) zur Reinigung der Elektromaschine 101 auf, wobei zumindest eine weitere Betriebskennlinie 55a, 55b, 55c, 55d, 55e, 55f zum Steuern oder Regeln der Reinigungseinheit 49 bereitgestellt wird. Die Reinigungseinheit 49 weist ein Vibrationselement (nicht gezeigt) auf, welches dazu vorgesehen ist, eine Vibration auf einen Teil der Elektromaschine 101 zu übertragen. Das Vibrationselement kann dazu vorgesehen sein, eine Vibration auf einen Staubauffangbehälter 71 der Elektromaschine 101 zu übertragen, um die einen Staubfilter des Staubauffangbehälters von Staub freizurütteln.
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3 zeigt mehrere Betriebskennlinien 55, welche zur Steuerung oder Regelung der Elektromaschine 101 in Betracht kommen. Die Betriebskennlinien 55 sind in einem Drehmoment bzw. Drehzahl-Betätigungsweg-Kennlinie 53, 51 dargestellt.
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Die gängigen herkömmlichen Elektromaschinen 101 aus dem Stand der Technik weisen üblicherweise eine einzige Betriebskennlinie 55 auf, welche üblicherweise linear verläuft und proportional zur Betätigung des Betätigungselements 25 ein proportionales Drehmoment 53 bzw. Drehzahl ausgibt.
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Zumindest eine der hinterlegten Betriebskennlinien 55a, 55b, 55c, 55e kann nicht-linear ausgebildet sein. Dabei kann eine lineare Betätigung des Betätigungselements 25 eine zumindest im Wesentlichen nicht lineare Betriebskennlinie 55a, 55b, 55c, 55d der Antriebseinheit ergeben. Dabei verlaufen die Betriebskennlinien 55a, 55b, 55c, 55e zumindest im Wesentlichen nicht geradlinig bzw. proportional zu dem Betätigungsweg 51 des Betätigungselements 25. Die Betriebskennlinien 55 verlaufen zumindest teilweise degressiv 55b, regressiv 55a, progressiv 55c, konstant 55f, progressiv gedeckelt 55d und/oder konstant 55e.
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Die Betriebskennlinien 55 können zumindest teilweise linear und verlaufen und zumindest abschnittsweise unterschiedliche Steigungen aufweisen 56 (3). Bei Verwendung einer Reinigungseinheit 49 kann die weitere Betriebskennlinie 55b der Reinigungseinheit 49 zeitlich verzögert zu der Betriebskennlinie 55a der Antriebseinheit beginnen (5). Dabei können mehrere Schaltkanäle (5) verwendet werden, welche von einer Bewegung des Betätigungselements 25 abhängig sind, sodass jeweils ein Schaltkanal zur Steuerung und/oder Regelung der Antriebseinheit, der Strömungserzeugungseinheit und der Reinigungseinheit vorgesehen ist.
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5 zeigt insbesondere mehrere Betriebskennlinien, welche mit der Betätigungseinheit betätigbar sind und dazu vorgesehen sind, unterschiedlichen Funktionseinheiten, der Elektromaschine, insbesondere unabhängig voneinander und in Abhängigkeit von einem/dem Betätigungsweg und/oder einer Betätigungskraft der Betätigungseinheit zu steuern oder zu regeln.
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Denkbar wäre auch, dass beispielsweise die Betriebskennlinie 55a die weitere Betriebskennlinie 55b, 55c zumindest abschnittsweise begrenzt bzw. deckelt. Die weitere Betriebskennlinie 55b, 55c kann im Wesentlichen analog bzw. in ähnlicher Weise zu der Betriebskennlinie 55a verlaufen, jedoch ein anderes, insbesondere höheres oder niedrigeres, Niveau darstellen. Die weitere Betriebskennlinie 55b, 55c kann die Betriebskennlinie 55a schneiden. Die weitere Betriebskennlinie 55b, 55c kann im Wesentlichen eine kleinere Steigung aufweisen als die Betriebskennlinie 55a.
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Die weitere Betriebskennlinie 55 der Reinigungseinheit 49 kann der Betriebskennlinie 55 der Antriebseinheit mit zunehmendem Betätigungsweg 51 folgen (5).
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Denkbar wäre auch ein einziger Schaltkanal (4), welcher von einer Bewegung des Betätigungselements 25 abhängig sind, sodass in Abhängigkeit des Betätigungswegs des Betätigungselements 25 eine Betriebskennlinie 55a, 55b, 55c der jeweiligen Einheit (Antriebseinheit 55a, Strömungserzeugungseinheit 55b, Reinigungseinheit 55c) geschaltet wird.
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Die Betriebskennlinien 55 können in einem Ruhezustand bzw. bei einem Beginn des Betätigungsvorgangs denselben Ausgangspunkt aufweisen.
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Beispielsweise kann bei Verwendung eines Bohrschraubers eine erste Betriebskennlinie 55c progressiv sein, wenn der Bohrschrauber in einem Schraubmodus betrieben wird (6). Beispielsweise kann bei Verwendung eines Bohrschraubers eine zweite Betriebskennlinie 55b degressiv sein, wenn der Bohrschrauber in einem Bohrmodus betrieben wird. Beispielsweise kann bei Verwendung eines Bohrschraubers eine dritte Betriebskennlinie 55c, 55d progressiv oder progressiv gedeckelt sein, wenn der Bohrschrauber in einem Linklaufmodus betrieben wird.
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Beispielsweise kann bei Verwendung eines Laubbläsers eine erste Betriebskennlinie 55e proportional sein, wenn der Laubbläser in einem Blasmodus betrieben wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass ein Dosieren einer Blasleistung kontrolliert werden kann. Beispielsweise kann bei Verwendung eines Laubbläsers eine zweite Betriebskennlinie 55f konstant sein, wenn der Laubbläser in einem Saugmodus betrieben wird. Dabei kann ein Saugmodus dadurch erreicht werden, dass eine Gerätelage um 180° gedreht wird. Dabei kann das Betätigungselement 25 digital ein- oder ausgeschaltet werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass eine volle Saugleistung bereitgestellt wird.
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Beispielsweise kann bei Verwendung eines Schleifers das Betätigungselement 25 derart betätig werden, dass nur die Antriebseinheit betrieben wird. Dabei kann das Betätigungselement 25 beispielsweise nur teilweise, insbesondere nur zu einem Drittel des Betätigungswegs 51, betätigt sein. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass ein sanftes bzw. geräuscharmes Anschleifen einer Werkstückoberfläche ermöglicht wird.
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Beispielsweise kann bei Verwendung eines Schleifers das Betätigungselement 25 derart betätig werden, dass zusätzlich zu der Antriebseinheit auch die Strömungserzeugungseinheit 47 zur Durchströmung der Elektromaschine 101 bzw. zur Absaugung von Schleifstaub betrieben wird. Dabei kann das Betätigungselement 25 beispielsweise nur teilweise, insbesondere nur zu einer Hälfte des Betätigungswegs 51, betätigt sein. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass eine bedarfsgerechte Absaugleistung zu ermöglichen.
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Beispielsweise kann bei Verwendung eines Schleifers das Betätigungselement 25 derart betätig werden, dass zusätzlich zu der Antriebseinheit und der Strömungserzeugungseinheit 47 auch die Reinigungseinheit 49 zur Reinigung der Elektromaschine 101 bzw. der des Staubauffangbehälters betrieben wird (5). Dabei kann das Betätigungselement 25 beispielsweise vollständig, insbesondere nur zu einem unteren Totpunkt des Betätigungswegs 51, betätigt sein. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass eine maximale Absaugung bei einer maximalen Absaugleistung ermöglicht wird.
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Beispielsweise kann bei Verwendung eines Schleifers das Betätigungselement 25 derart betätig werden, dass zusätzlich zu der Antriebseinheit auch die Strömungserzeugungseinheit 47 zur Durchströmung der Elektromaschine 101 bzw. zur Absaugung von Schleifstaub betrieben wird. Dabei kann das Betätigungselement 25 beispielsweise nur teilweise, insbesondere nur zu einer Hälfte des Betätigungswegs 51, betätigt sein. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass eine bedarfsgerechte Absaugleistung zu ermöglichen.
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Dabei könnten beim Schleifer (2) insgesamt drei Betriebskennlinien 55 bereitgestellt werden, welche in Abhängigkeit eines Betätigungswegs 51 aktiviert bzw. deaktiviert werden.
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Beispielsweise kann bei Verwendung eines Schraubers eine erste bzw. zweite Betriebskennlinie 55c, 55d progressiv gedeckelt bzw. progressiv sein, wenn der Schrauber mit einem Zubehörwerkzeug zum Eindrehen von Schrauben mit einem maximalen oder einem tatsächlichen Durchmesser von 3 bzw. 4 mm gekoppelt ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass ein Überdrehen der Schraube, insbesondere bei nicht vorgebührtem Holz, verhindert wird. Dabei kann eine progressive Betriebskennlinie 55c besonders vorteilhaft bei Schrauben mit einem maximalen oder einen tatsächlichen Durchmesser von 6 mm sein, wenn ein erforderliches Drehmoment 53 gewährleistet sein soll.
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Beispielsweise kann bei Verwendung eines Winkelschleifers eine erste bzw. zweite Betriebskennlinie 55b, 55f konstant bzw. degressiv sein, wenn der Winkelschleifer mit einem Zubehörwerkzeug zum Trennen von einem Werkstück (Trennscheibe) bzw. zum Schleifen von einem Werkstück (Schleifscheibe) gekoppelt ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass eine erforderliche Mindestschnittgeschwindigkeit bzw. dass ein erforderlicher Drehzahlbereich erreicht wird. Dabei kann eine proportionale Betriebskennlinie 55f besonders vorteilhaft bei Winkelschleifern mit einer Drahtbürste als Zubehörwerkzeug sein, um beispielsweise über einen gesamten Leistungsbereich eine Kontrolle bei allen Werkstückmaterialien zu haben.
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Beispielsweise kann bei Verwendung eines Schraubers das Betätigungselement 25 derart betätig werden, dass zusätzlich zu der Antriebseinheit auch die Strömungserzeugungseinheit 47 zur Durchströmung der Elektromaschine 101 bzw. zur Absaugung von Schleifstaub betrieben wird.
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Die Betriebskennlinien 55a, 55b, 55c, 55d, 55e können einen linear ansteigenden 55e, degressiven 55b, regressiven 55a, progressiven 55c, progressiv gedeckelten 55d oder konstant Verlauf 55f aufweisen.
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Die Betriebskennlinien 55 können in Abhängigkeit:
- - des Betätigungsweg 51s des Betätigungselement 25s,
- - von einem Betriebsmodus der Elektromaschine 101,
- - einer Gangstufe der Getriebeeinheit,
- - einer Lage der Elektromaschine 101,
- - eines Ladezustands eines Akkus und/oder
- - von einem mit der Elektromaschine 101 lösbar koppelbaren Zubehörwerkzeug,
gewählt werden.
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Bei einer Wahl der Elektromaschine 101 in Abhängigkeit von einer Lage der Elektromaschine 101 kann beispielsweise unterschieden werden, ob die Elektromaschine 101 zur Decke gerichtet ist bzw. für Über-Kopf-Arbeiten genutzt wird, indem der Bediener beispielsweise eine Schraube in eine Decke schrauben möchte oder ob die Elektromaschine 101 zum Boden gerichtet ist, indem der Bediener beispielsweise eine Schraube in einen Boden schrauben möchte.
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Die weiteren Betriebskennlinien 55 der Strömungserzeugungseinheit 47 und/oder der Reinigungseinheit 49 können analog zu den Betriebskennlinien 55 der Antriebseinheit verlaufen und/oder in Abhängigkeit von einem Betätigungsweg 51 des Betätigungselements 25, eines Betriebsmodus der Elektromaschine 101, einer Lage der Elektromaschine 101, eines Ladezustands des Akkus oder dgl. gewählt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010040497 B4 [0002]