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Die
Erfindung betrifft einen Geräteschalter für ein
Elektrowerkzeug, insbesondere ein Elektrowerkzeug mit Akkubetrieb,
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Elektrowerkzeug, insbesondere
ein Elektrowerkzeug mit Akkubetrieb, nach dem Oberbegriff von Anspruch
10. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Überwachung
eines Elektrowerkzeugs insbesondere eines Elektrowerkzeugs mit Akkubetrieb
nach dem Oberbegriff von Anspruch 15.
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Elektrowerkzeuge,
insbesondere Elektrowerkzeuge die mit einem Akku betrieben werden können,
sind in vielfältiger Anwendung bekannt, etwa als Bohrmaschinen
oder Akkuschrauber. Wie beispielsweise in der
DE 40 38 786 A1 beschrieben, weisen
derartige Elektrowerkzeuge einen Geräteschalter zur Steuerung
und Regelung der Drehzahl des Werkzeugs durch den Benutzer auf.
Dies wird dadurch verwirklicht, dass in dem Geräteschalter eine
Elektronik integriert ist, die eine Leistungsschaltung zur Drehzahlsteuerung
und Regelung aufweist. Im Steuerungsfall wird der das Werkzeug antreibende
Motor von einer Spannungsquelle, insbesondere einem Akku mit Strom
so versorgt, dass der zugeführte Strom über einen
Leistungshalbleiter abfließt, dessen Leitfähigkeit
letztlich über die Drückposition des Handschaltknopfes
bestimmt wird. Damit wird eine Leistungssteuerung des Elektromotors
möglich. Zur Leistungssteuerung können ein Leistungstransistor
sowie gegebenenfalls ein hierzu erforderlicher Kühlkörper
vorgesehen sein.
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Bekannt
ist auch, die Temperatur im Leistungsbauteil zu überwachen.
Hierzu wird beispielsweise in der
DE 10 2005 010 129 A1 vorgeschlagen, beim
Erreichen einer vorgegebenen Grenztemperatur die Leistung der Last,
etwa durch eine Reduzierung des fließenden Laststroms,
zu vermindern. Zum Erreichen der maximalen Drehzahl wird ein zweiter Kontakt,
der so genannte Überbrückungskontakt geschlossen,
wenn etwa 80% der maximalen Drehzahl erreicht sind, so dass dann
die volle Spannung des Akkus am Motor anliegt.
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Weiterhin
ist eine Temperatursteuerung auch aus der
JP 2006 166601 bekannt. Dabei wird
in einem Elektrowerkzeug ein Überhitzungsschutz dadurch
verwirklicht, dass mit einem als temperaturabhängiger Widerstand
ausgebildeten Temperatursensor die Temperatur erfasst wird. Damit
kann der dem Motor zugeführte Strom über ein Kontrollelement
so reduziert werden, dass die Temperatur wieder sinkt. Der hierbei
vorgeschlagene Überhitzungsschutz ist außerhalb
des Druckschalters, mit dem die Drehzahl des Werkzeugs beeinflusst
werden kann, am Motor angebracht.
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Erfindungsgemäß wird
nun ein Geräteschalter für ein Elektrowerkzeug
vorgeschlagen in den eine Schutzschaltung integriert ist, mit der
die Drehzahl des Elektrowerkzeugs in Abhängigkeit von einer überwachten
Temperaturen, der an der Spannungsversorgung, insbesondere dem Akku
anliegenden Spannung und des Stroms beeinflusst werden kann. Bevorzugt
wird diese Schaltung analog ausgeführt.
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Bevorzugt
wird die Schutzschaltung so ausgeführt und implementiert,
dass sie direkt auf eine im Geräteschalter vorgesehene
Leistungsschaltung einwirkt und damit einen Wechsel von einem kritischen zu
einem unkritischen Betriebszustand erreicht werden kann.
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Vornehmlich
aus Gründen der Kostenreduzierung kann die Schutzschaltung
als analoge Schutzschaltung in der Leistungsschaltung vorgesehen
werden.
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Weiterhin
wird ein Elektrowerkzeug mit einem derartigen Geräteschalter
vorgeschlagen, so dass das Elektrowerkzeug selbst vor Beschädigungen
geschützt werden kann.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Elektrowerkzeug
insbesondere ein Elektrowerkzeugs mit Akkubetrieb mit einem Geräteschalter überwacht
werden, wobei der Geräteschalter eine Leistungsschaltung
zur Drehzahlsteuerung und/oder Drehzahlregelung eines Motors aufweist.
Dabei können sowohl die Temperatur wenigstens einer temperatursensiblen
Komponente des Elektrowerkzeugs, wie auch der Strom, der durch die
Leistungsschaltung fließt und die aktuelle Spannung der
Spannungsversorgung, insbesondere des Akkus überwacht werden.
In Abhängigkeit von den überwachten Werten für
die Temperatur, den Strom und die Spannung kann dann mit der Schutzschaltung,
die im Gehäuseschalter angeordnet ist, eine Drehzahlsteuerung
und/oder -regelung und/oder eine teilweise oder vollständige
Abschaltung einzelner Komponenten des Elektrowerkzeugs erfolgen.
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Zur Überwachung
wirkt die Schutzschaltung in einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung auf die Leistungsschaltung direkt ein.
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Die
Schutzschaltung kann dabei so ausgeführt sein, dass mit
ihr die Drehzahl in einem vorgegebenen Bereich gesteuert und/oder
geregelt und bei Überschreiten dieses Bereichs der Wert
für die Drehzahl auf den maximal möglichen Wert
gesetzt werden kann. Der vorgegebene Regelbereich kann dabei den
gesamten Drehzahlbereich des Elektrowerkszeugs umfassen. Möglich
ist es auch, die Regelung auf ein bestimmtes Regelintervall, etwa
zwischen 0% und 50% des maximal möglichen Drehzahlbereiches
zu beschränken.
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Wird
das Erreichen oder Überschreiten einer definierten Temperatur
bei einer überwachten Komponente erkannt, so wird in einen
sicheren Betriebsmodus gewechselt. Ebenso kann beim Erreichen oder
Unterschreiten einer vorgegebenen Mindesteingangsspannung das Elektrowerkzeug
abgeschaltet werden. Damit können insbesondere Akkus, die
auf Lithium-Ionen-Basis aufbauen, geschont und vor Tiefentladung
geschützt werden.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Geräteschalter und
dem erfindungsgemäßen Elektrowerkzeug sowie dem
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ist
es nun möglich, eine Überwachung von temperatursensiblen
Komponenten wie des Motors, der eingesetzten elektrischen und elektronischen
Bauteile, der Zellen und Zellenclustern zu gewährleisten und
bei Überschreiten definierter Temperaturschwellwerte Maßnahmen
zum Schutz dieser Komponenten zu ergreifen. Gleichzeitig können
mit der Überwachung des Stromes, bei geeigneter Wahl der
Stromgrenze, die stromführenden Komponenten Zelle, Zellcluster,
Leistungsbauteil, Schalter mit Schaltkontakten, Leitungen und Motor
vor zu hoher Stromaufnahme bzw. Stromabgabe geschützt werden.
Damit kann auch ein thermischer Schutz des Leistungsbauteils erreicht
werden. Mit der gleichzeitigen Überwachung der Spannung
kann darüber hinaus eine Änderung, insbesondere
ein Abfall der Akkuspannung unter einen festgelegten Sollwert erkannt
werden. Damit lässt sich der Akku schonen, da es damit
möglich wird, den Akku in Abhängigkeit von der überwachten
Spannung, etwa bei Erreichen der Entladeschlußspannung,
abzuschalten.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungen.
Es zeigen im Einzelnen:
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1:
schematisch einen Geräteschalter eines Elektrowerkzeugs;
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2:
ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer
im Geräteschalter integrierten Funktionalität;
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3:
ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer
im Geräteschalter integrierten Funktionalität.
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1 zeigt
einen Geräteschalter 12 für ein schematisch
angedeutetes Elektrowerkzeug 10, etwa einen Akkuschrauber,
eine Bohrmaschine oder dergleichen. Der Geräteschalter 12 weist
einen Drücker 14 auf, der auf einer Drückerachse 16 sitzt
und mit einem Geräteschaltergehäuse 18 verbunden
ist. Über den Drücker 14 kann ein Benutzer
das Elektrowerkzeug 10 manuell betätigen und beispielsweise eine
Drehzahl verändern. Weiterhin kann ein Umschalthebel 22 zum
Umschalten einer Drehrichtung vorgesehen sein. Mit Anschlüssen 24 kann
der Geräteschalter 12 mit einer Spannungsquelle,
insbesondere einem Akku verbunden werden. Im Innern des Geräteschaltergehäuses 18 sind
elektrische und elektronische Bauelemente untergebracht, wozu auch
eine Leistungsschaltung 20 gehört, die gestrichelt
angedeutet ist. Diese Leistungsschaltung 20 dient zur Steuerung
und Regelung des zur Last fließenden Stromes. Üblicherweise
weist sie einen Leistungstransistor, beispielsweise einen Leistungs-MOSFET
auf.
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In
dem Geräteschalter 12 ist eine Schutzschaltung 26 vorgesehen,
die bevorzugt mit der Leistungsschaltung 20 auf einer gemeinsamen
Platine integriert ist. Zudem sind Sensoren zur Überwachung von
Temperaturen, Stromstärken und Spannungen vorgesehen. Mit
der Schutzschaltung 26 können die überwachten
Werte von Temperatur, anliegender Spannung und Strom so ausgewertet
werden, dass eine Überwachung und ein Schutz empfindlicher Komponenten
wie des Motors, der eingesetzten elektrischen und elektronischen
Bauteile, der Zellen des Akkus sowie der Zellencluster gewährleistet
werden kann. Temperatursensible Komponenten wie der Motor, die elektrischen
und elektronischen Bauelemente und die Akkuzellen und Akkupacks
werden vor Überhitzung geschützt. Akkuzellen und
Akkupacks werden vor zu starker Entladung (Tiefentladung) geschützt.
Stromführende Komponenten wie Akkuzellen, Akkupacks, Akkukon takte,
Leitungen, Leistungselektronik und Motor werden vor zu hohen Stromstärken
geschützt. Dadurch erhöhen sich Zuverlässigkeit und
Lebensdauer der bezeichneten Komponenten. Außerdem können
durch die Vermeidung von Bauteildefekten Sach- und Personenschäden
vermieden werden. Durch die Begrenzung der maximalen Strömstärke
in der Leistungsschaltung 20 wird außerdem eine
Begrenzung des maximalen, durch das Elektrowerkzeug 10 bereitgestellten,
Drehmoments erreicht. Dadurch werden ebenfalls Sach- und Personenschäden
vermieden.
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In 2 ist
schematisch ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäß in den Geräteschalter 12 integrierten
Funktionalität der Leistungs- und Schutzschaltungen 20, 26 dargestellt.
Dabei ist eine Spannungsversorgung 28, insbesondere ein
Akku vorgesehen, so dass das Elektrowerkzeug mit einer ausreichenden
Spannung versorgt wird. Weiterhin ist eine Einheit zur Temperaturerfassung
und Signalaufbereitung 30 ebenso vorgesehen wie eine Einheit
zur Spannungserfassung und Signalaufbereitung 32. Die Einheiten 28, 30 und 32 sind
mit einer Logikeinheit 34 verbunden. Die Logikeinheit 34 ermöglicht
es, die aus den Einheiten 28, 30 und 32 kommenden
aktuellen Eingangswerte zu verarbeiten, insbesondere mit gespeicherten
Sollwerten eines Sollwertspeichers 36 zu vergleichen. In Abhängigkeit
von den Ergebnissen, die aus dem Vergleich der Sollwerte mit den
aktuellen Werten ermittelt werden, kann ein Leistungsstellglied 38 zur
Steuerung des Leistungsstromes angesteuert werden. In das Leistungsstellglied 38 kann
auch eine Strom- und Temperaturüberwachung integriert sein,
die allerdings auch separat vorgesehen sein kann.
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Mit
dem dargestellten Geräteschalter 12 kann im gesamten
Steuer- und/oder Regelbereich von 0% bis 100% die Drehzahl des Elektrowerkzeugs 10 gesteuert
und/oder geregelt werden kann. Alternativ kann die Drehzahlregelung
auch nur in einem an sich beliebig einstellbaren Intervall, etwa
zwischen 0% und 40%, erfolgen. Der Bereich von 41%–100%
bleibt in diesem Fall ausgeblendet und beim Überschreiten
des maximalen Regelbereichswertes von 40% wird auf 100%, d. h. auf
den maximal möglichen Wert der Drehzahl gesprungen.
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Die
Schutzschaltung 26 wird bevorzugt analog ausgeführt.
Damit wird eine kostengünstige Lösung erreicht.
Mit dieser Schutzschaltung 26, die auch bevorzugt so ausgeführt
wird, dass sie direkt auf die Leistungsschaltung 20 einwirken
kann, ist es möglich, eine Grenzwertüberwachung
gleichzeitig für unterschiedliche, im Betrieb des Elektrowerkzeugs 10 relevante
Parameter zu gewährleisten. Es kann die maximale Temperatur
für unterschiedliche Elemente des Elektrowerkzeugs 10,
wie beispielsweise die Temperatur eines vorgesehenen Akkus, oder
des Leistungsbauteils überwacht werden. Gleichzeitig ist es
möglich, die von der Spannungsversorgung, insbesondere
vom Akku zur Verfügung gestellte Spannung zu überwachen
und beim Unterschreiten einer vorgegebenen Mindestspannung ein Tiefentladen des
Akkus zu unterbinden. Weiterhin kann gleichzeitig der in der Leistungsschaltung 20 fließende
Strom überwacht werden, um beim Überschreiten
eines maximal zulässigen Stromes Gegenmaßnahmen
zur Reduzierung des Stroms zu ergreifen, die bis hin zur Abschaltung
des Elektrowerkzeugs 10 gehen können.
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Für
die Überwachung der temperatursensiblen Komponenten des
Elektrowerkzeugs gibt es verschiedene Möglichkeiten, mit
denen ein Übergang von einem kritischen Betriebszustand
in einen unkritischen erreicht werden kann. So kann eine Auswerteschaltung
für die Temperaturerfassung ein stetiges Signal ausgeben.
Beim Erreichen von diskret einstellbaren Grenzwertstufen wird über
den zur Verfügung gestellten Sollwert in der Logikeinheit 34 der Sollwert
angepasst und die Drehzahl und Leistung gegebenenfalls bis hin zum
Stillstand des Elektrowerkzeugs 10 abgesenkt.
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In
einer alternativen Variante zur Auswertung wird wiederum von der
Temperaturerfassung ein stetiges Signal ausgegeben.
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Beim
Erreichen von kontinuierlichen Grenzwerten wird über die
Logikeinheit 34 das Sollwertsignal kontinuierlich beeinflusst.
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Weiterhin
kann die Temperaturauswerteschaltung so ausgeführt werden,
dass beim Erreichen einer eingestellten Grenze das Sollwertsignal auf
Null gesetzt wird.
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Das
Sollwertsignal für die Temperatur kann auch direkt mit
dem aktuellen Temperatursignal gekoppelt werden, so dass eine separate
Auswertung hierfür entfallen kann. In diesem Fall beeinflusst
eine Änderung der Temperatur direkt das Sollwertsignal.
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Um
Schwingungen in der Schaltung zu vermeiden, kann eine an sich bekannte
Hysterese in der Schaltung der Logikeinheit 34 oder in
der Sensorsignalerfassung 30 implementiert werden.
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Zur
Spannungsüberwachung wird für den Sollwert der
Spannung ein minimaler Wert für die Eingangsspannung festgelegt.
Beim Erreichen oder Unterschreiten dieser minimalen Eingangsspannung können
unterschiedliche Varianten zum Schutz des Elektrowerkzeugs 10 verwirklicht
werden. So kann beispielsweise die Versorgungsspannung der gesamten
Elektronik abgeschaltet werden. Weiterhin kann über die
Logikeinheit 34 ein Reset durchgeführt werden
und dabei ein vorhandener Frequenzgenerator, der beispielsweise
ein pulsweitenmoduliertes Signal zur Ansteuerung der Leistungsschaltung
generiert, abgeschaltet und verriegelt werden. Ebenso kann das Frequenzsignal,
das beispielsweise als PWM-Signal ausgebildet ist und der Leistungsschaltung 20 zugeführt
wird, gesperrt werden.
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Die
Stromüberwachung kann beispielsweise dadurch erfolgen,
dass etwa mit einem so genannten Intelligent Power Switch (IPS)
der zulässige Strom im Leistungsbauteil begrenzt wird.
Damit wird dieses Bauteil vor einem überhöhten
Stromfluss und einer daraus resultierenden unzulässigen Überhitzung
ge schützt. Außerdem kann zusätzlich eine
eigenständige Temperaturüberwachung vorgesehen
sein.
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Mit
dem vorgeschlagenen Überwachungssystem kann ein Übergang
von einem kritischen Betriebszustands des Elektrowerkzeugs 10 zu
einem unkritischen Zustand durch eine Drehzahlreduzierung oder eine
Abschaltung des Elektrowerkzeugs 10 erfolgen. Zum einen
wird damit das Elektrowerkzeug 10 selbst geschützt.
Zum andern kann auch ein Beitrag zur Vermeidung von Personenschäden
des Benutzers geleistet werden.
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Die
Schutzschaltung 26 ist in den Geräteschalter 12 integriert
und bevorzugt so ausgebildet, dass sie direkt auf die Leistungsschaltung 20 einwirken
kann.
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3 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform
einer in den Geräteschalter 12 integrierten Funktionalität.
Die in 3 schematisch dargestellte Schaltung umfasst dabei
sowohl die Funktionalität der Leistungsschaltung 20 als
auch die Funktionalität der Schutzschaltung 26 aus 1.
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Die
in 3 dargestellte Schaltung umfasst eine Logikeinheit 101.
Die Logikeinheit 101 ist mit einer ersten Temperaturüberwachungseinrichtung 110 zur Überwachung
der Temperatur einer Spannungsquelle 103 des Elektrowerkzeugs 10 verbunden.
Die Spannungsquelle 103 des Elektrowerkzeugs 10 kann beispielsweise
ein Akku sein. Die Temperaturüberwachungseinrichtung 110 zur Überwachung
der Temperatur der Spannungsquelle 103 misst die Temperatur
der Spannungsquelle 103 fortlaufend und vergleicht die
gemessene Temperatur mit einer vorgegebenen Grenztemperatur. Sobald
die von der Temperaturüberwachungseinrichtung 110 ermittelte Temperatur
der Spannungsquelle 103 den festgelegten Grenzwert überschreitet, übergibt
die Temperaturüberwachungseinrichtung 110 ein
Signal an die Logikeinheit 101.
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Die
Logikeinheit 101 ist weiter mit einer Temperaturüberwachungseinrichtung 111 zur Überwachung
der Temperatur einer Leistungsschaltung 106 verbunden.
Die Temperaturüberwachungseinrichtung 111 ermittelt
fortlaufend die Temperatur der Leistungsschaltung 106 und
vergleicht diese mit einer festgelegten Grenztemperatur. Sobald
die ermittelte Temperatur der Leistungsschaltung 106 den
festgelegten Grenzwert überschreitet, übergibt
die Temperaturüberwachungseinrichtung 111 ein
entsprechendes Signal an die Logikeinheit 101.
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Die
Logikeinheit 101 ist weiter mit einer Temperaturüberwachungseinrichtung 112 zur Überwachung
der Temperatur eines Motors 108 des Elektrowerkzeugs 10 verbunden.
Die Temperaturüberwachungseinrichtung 112 ermittelt
fortlaufend die Temperatur des Motors 108 und vergleicht
diese mit einem festgelegten Grenzwert. Sobald die ermittelte Temperatur
des Motors 108 den festgelegten Grenzwert überschreitet, übergibt
die Temperaturüberwachungseinrichtung 112 ein
entsprechendes Signal an die Logikeinheit 101.
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Die
Temperaturüberwachungseinrichtungen 110, 111, 112 sind
jeweils mit einem Temperatursensor verbunden, der in gutem thermischem
Kontakt mit der von der jeweiligen Temperaturüberwachungseinrichtung überwachten
Komponente des Elektrowerkzeugs 10 steht. Die Temperaturüberwachungseinrichtungen 110, 111, 112 weisen
außerdem jeweils eine Auswerteschaltung auf, die zur Auswertung
des durch den jeweiligen Temperatursensor gelieferten Signals dient,
den Vergleich mit dem jeweils festgelegten Grenzwert durchführt
und ein vom Ergebnis dieses Vergleichs abhängiges Signal
erzeugt und an die Logikeinheit 101 übergibt.
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Die
Logikeinheit kann zusätzlich mit weiteren Temperaturüberwachungseinrichtungen
zur Überwachung der Temperatur anderer elektrischer oder
elektronischer oder anderer Komponenten des Elektrowerkzeugs 10 verbunden
sein.
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Die
Logikeinheit 101 ist weiter mit einer Spannungsüberwachungseinrichtung 104 verbunden,
die zur Überwachung einer von der Spannungsquelle 103 des
Elektrowerkzeugs 10 bereitgestellten Spannung vorgesehen
ist. Die Spannungsüberwachungseinrichtung 104 vergleicht
die von der Spannungsquelle 103 gelieferte Spannung mit
einem vorgegebenen Grenzwert. Falls die von der Spannungsquelle 103 bereitgestellte
Spannung den vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, liefert die
Spannungsüberwachungseinrichtung 104 ein entsprechendes Signal
an die Logikeinheit 101. Die Spannungsüberwachungseinrichtung 104 kann
die von der Spannungsquelle 103 gelieferte Spannung beispielsweise mittels
eines Komparators mit einer Referenzspannung einer Zener-Diode vergleichen.
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Die
Logikeinheit 101 ist weiter mit einer Stromüberwachungseinrichtung 107 zur Überwachung
eines in der Leistungsschaltung 106 fließenden
Stroms verbunden. Die Stromüberwachungseinrichtung 107 ermittelt
fortlaufend den in der Leistungsschaltung 106 fließenden
Strom und vergleicht diesen mit einem festgelegten Grenzwert. Falls
der in der Leistungsschaltung 106 fließende Strom
den festgelegten Grenzwert überschreitet, liefert die Stromüberwachungseinrichtung 107 ein
entsprechendes Signal an die Logikeinheit 101.
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Die
Logikeinheit 101 ist weiter mit einer Sollwertvorgabe 102 verbunden.
Die Sollwertvorgabe 102 liefert einen von der Position
des Drückers 14 des Geräteschalters 12 abhängigen
Sollwert. Der von der Sollwertvorgabe 102 an die Logikeinheit 101 übergebene
Sollwert gibt somit den Wunsch des Benutzers des Elektrowerkzeugs 10 wieder.
Falls der Benutzer des Elektrowerkzeugs den Drücker 14 des Geräteschalters 12 überhaupt
nicht betätigt, liefert die Sollwertvorgabe 102 einen
Sollwert von 0%. Falls der Benutzer des Elektrowerkzeugs 10 den
Drücker 14 des Geräteschalters 12 zur
Hälfte eindrückt, liefert die Sollwertvorgabe 102 einen
Sollwert von 50%. Falls der Benutzer den Drücker 14 vollständig
eindrückt, liefert die Sollwertvorgabe 102 einen
Sollwert von 100% an die Logikeinheit 101.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Drücker 14 als
Taster aufgeführt. In dieser Ausführungsform liefert
die Sollwertvorgabe 102 lediglich Sollwerte von 0% oder
100% an die Logikeinheit 101.
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Die
Logikeinheit 101 ermittelt aus dem von der Sollwertvorgabe 102 bereitgestellten
Sollwert einen angepassten Sollwert. Dabei berücksichtigt
die Logikeinheit 101 die von den Temperaturüberwachungseinrichtungen 110, 111, 112 gelieferten
Signale. Die Logikeinheit 101 kann zur Ermittlung des angepassten
Sollwerts auch die von der Spannungsüberwachungseinrichtung 104 und
von der Stromüberwachungseinrichtung 107 bereitgestellten
Signale berücksichtigen. Falls keine der erwähnten Überwachungseinrichtungen
einen kritischen Zustand einer der überwachten Komponenten
des Elektrowerkzeugs 10 anzeigt, kann die Logikeinheit 101 den
von der Sollwertvorgabe 102 gelieferten Sollwert direkt als
angepassten Sollwert übernehmen. Alternativ kann die Logikeinheit 101 eine
beliebige Skalierung des von der Sollwertvorgabe 102 gelieferten
Sollwerts vornehmen. Um Umschaltverluste der Leistungsschaltung 106 zu
reduzieren, kann die Logikeinheit 101 den Sollwert der
Sollwertvorgabe 102 in einem festgelegten unteren Bereich
des Sollwerts bis beispielsweise 40% als angepassten Sollwert übernehmen,
einen höheren von der Sollwertvorgabe 102 gelieferten
Sollwert hingegen direkt auf einen angepassten Sollwert von 100%
umsetzen.
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Falls
eine der beschriebenen Überwachungseinrichtungen einen
kritischen Zustand eines Bauteils des Elektrowerkzeugs 10 anzeigt,
kann die Logikeinheit 101 eine Reduzierung des angepassten Sollwerts
vornehmen. Die Logikeinheit 101 kann den angepassten Sollwert
in diesem Fall beispielsweise auf 0% reduzieren.
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In
einer anderen Ausführungsform der Erfindung stellen die
Temperaturüberwachungseinrichtungen 110, 111, 112 der
Logikeinheit 101 ein von der jeweils ermittelten Temperatur
abhängiges Signal bereit. In dieser Ausführungsform
der Erfindung kann die Logikeinheit 101 den angepassten
Sollwert mit zunehmenden Temperaturen der durch die Temperaturüberwachungseinrichtungen 110, 111, 112 überwachten
Komponenten zunehmend reduzieren. Die Reduzierung des angepassten
Sollwerts kann beispielsweise in ein oder mehreren diskreten Stufen
erfolgen. Die Reduzierung des angepassten Sollwertes kann auch kontinuierlich
mit steigenden Temperaturen erfolgen. In jedem Fall wird der angepasste
Sollwert mit dem Ziel reduziert, eine Überhitzung einer der überwachten
Komponenten des Elektrowerkzeugs 10 zu vermeiden.
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Die
Logikeinheit 101 übergibt den angepassten Sollwert
an eine Einheit 105 zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten
Signals. Die Einheit 105 zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten
Signals erzeugt ein pulsweitenmoduliertes Signal mit einem dem angepassten
Sollwert entsprechenden Tastverhältnis. Die Einheit 105 zur
Erzeugung des pulsweitenmodulierten Signals übergibt das
pulsweitenmodulierte Signal an die Leistungsschaltung 106.
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Die
Leistungsschaltung 106 versorgt den Motor 108 des
Elektrowerkzeugs 10 dem pulsweitenmodulierten Signal entsprechend
mit Spannung. Die Leistungsschaltung 106 kann beispielsweise
als Leistungs-MOSFET ausgeführt sein, dessen Gate-Kontakt
durch das pulsweitenmodulierte Signal geschaltet wird.
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Die
Stromüberwachungseinrichtung 107 überwacht
dabei den durch die Leistungsschaltung 106 fließenden
Strom. Hierfür kann beispielsweise der Spannungsabfall
an einem Serienwiderstand (Shunt) gemessen werden. Falls die Leistungsschaltung 106 als
Leistungs-MOSFET ausgeführt ist, kann die Stromüberwachungseinrichtung 107 alternativ den
Widerstand RDS(on) des Leistungs-MOSFET überwachen.
Dies geschieht vorzugsweise mit passiven Bauelementen als P-, PI-,
PID- oder PD-Regler mit einem Operationsverstärker.
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In
alternativen Ausführungsformen können die Leistungsschaltung 106 und
die Stromüberwachungseinrichtung 107 als integrierter
Leistungshalbleiter ausgeführt sein. Derartige Bauteile
sind unter den Bezeichnungen „Intelligent Power Switch", „SmartFET", „TempFET", „SenseFET", „HITFET"
etc. von diversen Herstellern erhältlich. Je nach Ausführungsform
kann auch die Temperaturüberwachungseinrichtung 111 zur Überwachung
der Temperatur der Leistungsschaltung 106 innerhalb dieses
integrierten Leistungshalbleiters vorgesehen sein. Zusätzlich können
auch weitere Überwachungsfunktionen, etwa zur Überwachung
der an der Leistungsschaltung 106 anliegenden Spannung
integriert sein. Das integrierte Bauelement aus Leistungsschaltung 106 und Stromüberwachungseinrichtung 107 kann
auch dazu ausgebildet sein, die Leistungsschaltung 106 im
Falle einer unzulässig hohen Stromstärke, einer
unzulässig hohen Temperatur oder einer unzulässig
hohen anliegenden Spannung selbstständig abzuschalten.
In diesem Fall kann die Rückmeldung an die Logikeinheit 101 alternativ
entfallen. Falls eine Rückmeldung an die Logikeinheit 101 vorgesehen
ist, kann die Logikeinheit 101 im Fall eines kritischen
Betriebszustands der Leistungsschaltung 101 zusätzlich
weitere Komponenten des Elektrowerkzeugs 10, etwa die Einheit 105 zur
Erzeugung des pulsweitenmodulierten Signals, deaktivieren.
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Die
Logikeinheit 101 kann dazu ausgebildet sein, einzelne Baugruppen
des Elektrowerkzeugs 10 im Falle einer unzulässig
niedrigen Spannung der Spannungsquelle 103 abzuschalten.
Die Logikeinheit 101 kann in einem solchen Fall beispielsweise
die Einheit 105 zur Erzeugung des pulsweitenmodulierten
Signals und/oder die Leistungsschaltung 106 abschalten.
Hierdurch wird eine schädliche Tiefentladung des die Spannungsquelle 103 bildenden
Akkus verhindert.
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In
einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Generierung, Überwachung
und Abschaltung der Versorgungsspannung durch einen integrierten
Schaltkreis vorgenommen werden.
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Erfindungsgemäß sind
die Logikeinheit 101, die Temperaturüberwachungseinrichtungen 110, 111, 112,
die Einheit zur Erzeugung des pulsweitenmodulierten Signals 105,
die Leistungsschaltung 106, die Einrichtung zur Stromüberwachung 107,
die Sollwertvorgabe 102, sowie die Spannungsüberwachungseinrichtung 104 innerhalb
des Geräteschalters 12 des Elektrowerkzeug 10 angeordnet.
Bevorzugterweise sind alle beschriebenen Bauteile als analoge Schaltungen
ausgeführt. Dies ist besonders kostengünstig.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4038786
A1 [0002]
- - DE 102005010129 A1 [0003]
- - JP 2006166601 [0004]