DE102008059226B4

DE102008059226B4 - Elektrowerkzeuggerät

Info

Publication number: DE102008059226B4
Application number: DE102008059226A
Authority: DE
Inventors: Jochen Gräber
Original assignee: Metabowerke GmbH and Co
Current assignee: Metabowerke GmbH and Co
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2028-11-21
Also published as: DE102008059226A1

Abstract

Elektrowerkzeuggerät, insbesondere Elektrohandwerkzeuggerät, mit einem Elektromotor (2), einer elektronischen Steuervorrichtung (4) mit einer implementierten Ansteuerlogik zum Ansteuern des Elektromotors (2) und mit einer parallel zu dem Elektromotor (2) als induktiver Last geschalteten Freilaufstrecke (8) mit einer Freilaufdiode (10), dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (12) zur Erfassung des durch die Freilaufstrecke (8) fließenden Stroms vorgesehen ist, die derart mit der elektronischen Steuervorrichtung (4) zusammenwirkt, dass die Höhe des Motorstroms vor der Freilaufphase ermittelt und geprüft wird, ob Steuerungsmaßnahmen auszuführen sind, dass die Einrichtung (12) zur Erfassung des durch die Freilaufstrecke (8) fließenden Freilaufstroms zur Messung der Abklingzeit des Freilaufstroms ausgebildet ist, wobei die Einrichtung (12) einen Transistor (14) umfasst, dessen Basis über einen Vorwiderstand (16) an die eine Seite der Freilaufdiode (10) und dessen Emitter an die andere Seite der Freilaufdiode (10) gelegt ist und der Transistor (14) kollektorseitig über einen weiteren Widerstand (18) mit Masse verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrowerkzeuggerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Sowohl bei akkubetriebenen Elektrowerkzeuggeräten auch als bei netzspannungsgespeisten Elektrowerkzeuggeräten kann es vorkommen, dass ein zu hoher Strom durch die Wicklungen des Elektromotors und durch Schaltelemente und Bauteile fließt und zu Beschädigungen dieser Komponenten führt. Diese Gefahr besteht insbesondere im Hochlastbetrieb des Elektrowerkzeuggeräts oder im Fall des Blockierens des Elektrowerkzeuggeräts. Es sollten hierfür Vorkehrungen getroffen werden, die eine Beschädigung des Elektromotors und anderer Komponenten vermeiden.
Aus der DE 10 2006 000 443 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrowerkzeuggerätes, insbesondere eines akkubetriebenen Elektrohandwerkzeuggerätes bekannt, wobei der Motorstrom mittels einer elektrischen oder elektronischen Steuervorrichtung überwacht wird, um eine Beschädigung des Elektromotors in einem Störzustand zu vermeiden oder den Motorstrom innerhalb von vorgegebenen Grenzen zu halten.
Beim Betreiben eines Elektrowerkzeuggeräts besteht auch ein Bedürfnis, den Motorstrom innerhalb vorgegebener Grenzen zu halten, er soll also je nach Leistungsanforderung nicht zu niedrig und nicht zu hoch sein.
Aus der DE 10149390 C1 ist ein Steuergerät zum Betreiben eines eine induktive Last, bspw. in Form eines Elektromotors aufweisenden Lastkreises bekannt, wobei ein durch den Elektromotor als induktive Last erzeugter Freilaufstrom erfasst und die Höhe und/oder Abklingzeit des Freilaufstroms ermittelt wird und hieraus die Höhe des Motorstroms vor der Freilaufphase ermittelt und geprüft wird, ob Steuerungsmaßnahmen auszuführen sind.
Grundsätzlich könnte bei einem Elektrowerkzeuggerät eine aufwändige Messelektronik mit einer geeigneten Sensorik vorgesehen sein, welche den Betrieb des Elektromotors überwacht und gegebenenfalls Steuerungsmaßnahmen zur Steuerung des Motorstroms auslöst, um einerseits einen korrekten Betrieb des Elektrowerkzeuggeräts zu realisieren und andererseits eine Beschädigung des Elektromotors und anderer Komponenten des Geräts während Störzuständen zu verhindern. Es wäre beispielsweise denkbar, dass ein niederohmiger Messwiderstand oder Draht-Shunt mit einer nachgeschalteten Verstärkereinheit vorgesehen wird, was allerdings mit einigem Aufwand hinsichtlich der Baugröße und der Abführung von Verlustwärme verbunden und außerdem kostenintensiv ist. Es könnte weiterhin zumindest grundsätzlich an die Verwendung eines Magnetfeldsensors gedacht werden, oder es könnte der Einschaltwiderstand des Leistungsschalters selbst als Messwiderstand verwendet werden. Im letzteren Fall wäre jedoch das Messsignal klein und die Genauigkeit ließe zu wünschen übrig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektrowerkzeuggerät der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das sich hinsichtlich seiner bauteilmäßigen Voraussetzungen auf einfache und kostengünstige Art und Weise sowie außerdem betriebssicher ausführen lässt.
Diese Aufgabe wird durch ein Elektrowerkzeuggerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der hier in Rede stehende Elektromotor des Elektrowerkzeuggeräts weist einen induktiven Anteil auf. Dieser induktive Anteil führt dazu, dass beim ”Abschalten” des Stroms (wenn auch nur für sehr kurze Zeit) während der Ansteuerung des Elektromotors gemäß der Lenzschen Regel ein sogenannter Freilaufstrom erzeugt wird. Dieser Freilaufstrom fließt in einem zu den Motorklemmen parallelen Kreis (Motor-Minus, Freilaufdiode, Motor-Plus). Die Höhe dieses Freilaufstroms und/oder die Abklingzeit dieses Freilaufstroms stellt ein Maß dar für den Motorstrom unmittelbar vor dem Abschalten der Ansteuerung des Elektromotors, also für den ”Nutzstrom” im ”bestromten” Zustand des Elektromotors vor der Freilaufphase. Dies gilt sowohl für die Ansteuerung durch Pulsweitenmodulation als auch durch Phasenanschnittsteuerung. Durch die Ermittlung der Höhe oder der Abklingzeit des Freilaufstroms lässt sich somit unmittelbar auf die Höhe des Motorstroms im ”bestromten” Zustand des Elektromotors schließen. Sofern dieser Motorstrom sich als zu hoch erweist, so kann eine geeignete Steuerungsmaßnahme ausgelöst werden. Beispielsweise könnte die Energiezufuhr zum Elektromotor reduziert werden. Es kann aber auch sein, dass der auf diese Weise ermittelte Motorstrom zu gering ist, dann kann als Steuerungsmaßnahme die Energiezufuhr zum Elektromotor erhöht werden. Es wäre auch denkbar, dass als Steuerungsmaßnahme die Energiezufuhr zum Elektromotor beendet wird, wenn auf einen Störzustand geschlossen wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Elektrowerkzeuggerät wird die Abklingzeit des Freilaufstroms ermittelt.
Im Besonderen erweist es sich als vorteilhaft, dass der durch eine parallel zum Elektromotor als induktiver Last vorgesehene Freilaufdiode fließende Strom erfasst wird.
In der Erfindung wird ein Elektromotoranschluss, vorzugsweise Motor-Minus, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Vorwiderstands, an die Basis eines als Messmittel eingesetzten Transistors gelegt. Während ein Freilaufstrom fließt, wird der Transistor leitend, und es lässt sich so ein Emitter-Kollektor-Strom und hiermit einhergehende Potentialverhältnisse für Mess- und Steuerungszwecke nutzen.
In Fortbildung dieses Gedankens wird kollektorseitig an dem Transistor ein Potentialabgriff an eine elektronische Steuervorrichtung des Elektrowerkzeuggeräts als Messsignal zurückgeführt.
Weiter erweist es sich als vorteilhaft, dass die Einrichtung zur Erfassung des durch die Freilaufstrecke fließenden Stroms einen Transistor umfasst, dessen Basis und Emitter parallel zu dem Elektromotor und der Freilaufstrecke geschaltet sind. Hierbei ist vorteilhafterweise eine Basis des Transistors, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Widerstands, an einen Elektromotoranschluss, vorzugsweise Motor-Minus, gelegt.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:
1 ein vereinfachtes Schaltbild der Energieversorgung eines Elektromotors bei einem Elektrowerkzeuggerät, wobei der Elektromotor eine Freilaufstrecke aufweist (stand der Technik)
2 eine 1 entsprechende Darstellung nach der Erfindung; und
3 Strom- bzw. Spannungsverlauf beim Betrieb des erfindungsgemäßen Elektrowerkzeuggeräts.
1 vereinfacht ein Prinzipschaltbild zur Energieversorgung eines Elektromotors 2 eines Elektrowerkzeuggeräts gemäß dem Stand der Technik. Das nicht dargestellte Elektrowerkzeuggerät umfasst eine elektrische oder elektronische Steuervorrichtung 4, welche über einen Leistungsschalter 6 den Elektromotor 2 im beispielhaften Fall eines akkubetriebenen Elektrowerkzeuggeräts durch Pulsweitenmodulation (PWM) bestromt. Parallel zu den Anschlüssen des Elektromotors 2 ist eine Freilaufstrecke 8 mit einer Freilaufdiode 10 vorgesehen. Beim ”Abschalten” der an den Elektromotor 2 angelegten Betriebsspannung (Pulsende) durch den Leistungsschalter 6, bei dem es sich vorzugsweise um einen Mosfet handelt, stellt sich in an sich bekannter Weise ein Freilaufstrom durch die Freilaufstrecke 8 ein. Der Spannungsverlauf an dem Leistungsschalter 6 und der Strom durch die Freilaufstrecke 8 bzw. durch die Freilaufdiode 10 ist in 3 dargestellt. Je nach der Höhe des durch den Elektromotor 2 im angesteuerten, d. h. ”bestromten” Zustand fließenden Stroms ergibt sich eine längere bzw. eine kürzere Abklingzeit des Stroms durch die Freilaufstrecke 8 (in 3 als Dioden-Strom bezeichnet).
2 veranschaulicht die grundsätzliche Gestaltung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Elektrowerkzeuggeräts. Parallel zu dem Elektromotor 2 und parallel zu der Freilaufdiode 10 ist in der Freilaufstrecke 8 eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnete Einrichtung zur Erfassung des durch die Freilaufstrecke 8 und die Freilaufdiode 10 fließenden Freilaufstroms vorgesehen. Die Einrichtung 12 umfasst einen Transistor 14, dessen Basis über einen Vorwiderstand 16 an die eine Seite der Freilaufdiode 10 und dessen Emitter an die andere Seite der Freilaufdiode 10 gelegt ist. Der Transistor 14 ist kollektorseitig über einen weiteren Widerstand 18 mit Masse verbunden. Wenn ein Freilaufstrom durch die Freilaufstrecke 8 fließt, sperrt der Transistor 14. Ein zwischen dem Kollektor des Transistors 14 und dem Widerstand 18 abgegriffenes Potential wird dann Null (3. und 5. Zeile der 3). Dieser Potentialabgriff wird als Messsignal zu der Steuervorrichtung 4 zurückgeführt. Die Dauer dieses Signals stellt die Dauer der Abklingzeit des Freilaufstroms dar und ist ein Maß für die Höhe des Motorstroms vor dem Abschalten, also im bestromten Zustand des Elektromotors 4. Die Messeinrichtung 12 und die elektronische Steuervorrichtung 4 wirken derart zusammen, dass aus der Länge des zurückgeführten Signals auf die Höhe des Motorstroms vor der Freilaufphase, also im bestromten Zustand des Elektromotors 2, geschlossen wird. Anhand der Größe des Motorstroms kann dann geprüft werden, ob Steuerungsmaßnahmen auszuführen sind, also beispielsweise die Energiezufuhr zum Elektromotor reduziert oder erhöht werden sollte, um den Motorstrom innerhalb vorgegebener Grenzen zu halten, oder ob gar ein Störzustand vorliegt, so dass die weitere Energiezufuhr zum Elektromotor vorzugsweise sofort beendet werden sollte. Es könnte in Abhängigkeit von der Prüfung auch eine Störmeldung oder Warnanzeige ausgeben werden.

Claims

Elektrowerkzeuggerät, insbesondere Elektrohandwerkzeuggerät, mit einem Elektromotor (2), einer elektronischen Steuervorrichtung (4) mit einer implementierten Ansteuerlogik zum Ansteuern des Elektromotors (2) und mit einer parallel zu dem Elektromotor (2) als induktiver Last geschalteten Freilaufstrecke (8) mit einer Freilaufdiode (10), dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (12) zur Erfassung des durch die Freilaufstrecke (8) fließenden Stroms vorgesehen ist, die derart mit der elektronischen Steuervorrichtung (4) zusammenwirkt, dass die Höhe des Motorstroms vor der Freilaufphase ermittelt und geprüft wird, ob Steuerungsmaßnahmen auszuführen sind, dass die Einrichtung (12) zur Erfassung des durch die Freilaufstrecke (8) fließenden Freilaufstroms zur Messung der Abklingzeit des Freilaufstroms ausgebildet ist, wobei die Einrichtung (12) einen Transistor (14) umfasst, dessen Basis über einen Vorwiderstand (16) an die eine Seite der Freilaufdiode (10) und dessen Emitter an die andere Seite der Freilaufdiode (10) gelegt ist und der Transistor (14) kollektorseitig über einen weiteren Widerstand (18) mit Masse verbunden ist.