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Die Erfindung betrifft ein Elektrowerkzeug gemäß Patentanspruch 1.
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Im Stand der Technik sind verschiedene Elektrowerkzeuge mit einem Elektromotor mit einem statischen Stillstandsmoment und einem Gehäuse bekannt, wobei am Gehäuse ein Werkzeughalter drehbar um eine Drehachse gelagert ist, wobei der Elektromotor mit dem Werkzeughalter in Verbindung steht, wobei am Gehäuse ein Griff für eine Bedienperson vorgesehen ist, wobei der Griff eine Grifflänge aufweist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein leistungsstarkes und kompaktes Elektrowerkzeug bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Elektrowerkzeug gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß weist das Elektrowerkzeug einen Elektromotor mit einem statischen Stillstandsmoment und ein Gehäuse auf, wobei am Gehäuse ein Werkzeughalter drehbar um eine Drehachse gelagert ist. Der Elektromotor steht mit dem Werkzeughalter in Verbindung, wobei am Gehäuse ein Griff für eine Bedienperson vorgesehen ist. Der Griff weist eine Grifflänge auf, wobei das Verhältnis von statischem Stillstandsmoment zu Grifflänge größer als 400 Nm/m ist. Auf diese Weise wird ein kompaktes Elektrowerkzeug bereit gestellt, das ein hohes Stillstandsdrehmoment bereithält.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die Grifflänge als Abstand zur Drehachse in Meter gemessen. Zudem wird das statische Stillstandsmoment in Newtonmetern gemessen.
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In einer weiteren Ausführungsform wird von der Grifflänge ein vorgegebener Endabstand abgezogen, wobei der Endabstand vorzugsweise im Bereich von 0,04 m für eine Grifflänge liegt. Auf diese Weise wird eine genaue Begrenzung des Verhältnisses ermöglicht.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Elektrowerkzeug zwei Griffe für ein zweihändiges Halten auf, wobei die zwei Griffe einen Winkel zwischen 160 ° und 200 ° beispielsweise 180 ° zueinander aufweisen. In dieser Ausführungsform wird als Grifflänge die Summe der zwei Grifflängen verwendet. Bei Berücksichtigung des Endabstands wird der Endabstand von jeder Grifflänge abgezogen bevor die Summe gebildet wird.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Elektrowerkzeug zwei Griffe für ein zweihändiges Halten aufweist, wobei die zwei Griffe einen Winkel kleiner als 160°, vorzugsweise kleiner als 90 ° zueinander aufweisen. In dieser Ausführungsform wird als Grifflänge die längste Grifflänge verwendet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein Sensor im Gehäuse angeordnet, wobei der Sensor zur Erkennung einer Drehung des Gehäuses ausgebildet ist, wobei das Drehmoment des Elektromotors wenigstens reduziert wird, wenn der Sensor eine Drehung des Gehäuses erfasst, die über einem vorgegebenen Grenzwert liegt.
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Die Erfassung der Drehung des Gehäuses ermöglicht eine einfache aber zuverlässige Erkennung eines zu hohen Drehmomentes des Elektrowerkzeuges. Dadurch ist es möglich, zuverlässig eine zu hohe Drehmomentabgabe des Elektrowerkzeuges zu erfassen und zu vermeiden. Damit können Verletzungen einer Bedienperson vermieden werden. Durch das vorgeschlagene Verfahren können kleinere Elektrowerkzeuge mit höheren möglichen Drehmomenten bereitgestellt werden. Weiterhin kann auf eine mechanische Begrenzungskupplung verzichtet werden. Durch die Verwendung der Drehung bzw. Drehbeschleunigung als Maß für das anliegende Drehmoment kann sicher eine Überforderung der Bedienperson mit einfachen Mitteln erkannt werden. Somit ist die Drehmomentbegrenzung kostengünstig und zuverlässig auszuführen.
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In einer Ausführungsform wird Reduzierung des Drehmomentes der Elektromotor stromlos geschalten. Diese Art der Begrenzung des Drehmomentes ist einfach und sicher auszuführen.
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In einer weiteren Ausführungsform wird zur Reduzierung des Drehmomentes der Elektromotor abgebremst wird. Dadurch wird eine definierte Begrenzung des Drehmomentes erreicht.
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In einer weiteren Ausführungsform wird als Drehung eine Rotationsbeschleunigung erfasst wird. Die Erfassung einer Rotationsbeschleunigung ermöglicht eine genauere Abschätzung des Drehmomentes, so dass eine präzisere Abschaltung bei einem zu hohen Drehmoment möglich ist. Vorzugsweise ist der Sensor als Beschleunigungssensor oder als Drehratensensor ausgebildet.
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In einer weiteren Ausführungsform wird als Grenzwert ein vorgegebener Drehwinkel zwischen 40° bis 100°, insbesondere im Bereich von 70° verwendet. Der Drehwinkelbereich von 40° bis 100° ermöglicht eine sichere Erkennung eines zu hohen Drehmomentes.
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In einer weiteren Ausführungsform wird als Grenzwert für die Drehung eine Beschleunigung um einen vorgegebenen Drehwinkel innerhalb einer vorgegebenen Zeit, insbesondere in 0,7 Sekunden oder kürzer, beispielsweise im Bereich von 0,5 Sekunden verwendet. Die Verwendung der Beschleunigung ermöglicht eine Abmilderung der Überraschung.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Elektrowerkzeug von einer aufladbaren Energiequelle, insbesondere einem Lithium-Ionen Akku mit Strom versorgt. Insbesondere bei Lithium-Ionen Akkus kann das beschriebene Verfahren für eine wirksame Begrenzung des Drehmomentes eingesetzt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Elektrowerkzeugs,
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2 eine Schaltungsanordnung des Elektrowerkzeugs.
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3 bis 5 Elektrowerkzeuge mit einem Griff und
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6 bis 8 Elektrowerkzeuge mit zwei Griffen.
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1 zeigt ein handgeführtes Elektrowerkzeug 10. Das Elektrowerkzeug 10 kann beispielsweise ein Schrauber, ein Bohrschrauber, eine Schlagbohrmaschine oder jede andere Art von Elektrowerkzeug sein, bei der ein Elektromotor 12 zum Betätigen eines Werkzeugs 1 verwendet wird, wobei der Elektromotor 12 von einer wieder aufladbaren Energiequelle 14 mit Strom versorgt wird. Die wiederaufladbare Energiequelle 14 ist beispielsweise als Akku, insbesondere als Lithium-Ionen Akku, ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können jedoch auch andere Akkuarten verwendet werden. Die Werkzeugaufnahme ist als Bohrfutter oder als SDS-System ausgebildet. Die Energiequelle 14 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel lösbar mit einem Gehäuse 11 des Elektrowerkzeugs 10 verbunden.
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In der dargestellten Ausführungsform ist die Energiequelle 14 an einem unteren Ende eines Handgriffs 19 lösbar befestigt. Am Gehäuse 11 ist ein Bedienelement 23 vorgesehen. Das Bedienelement 23 dient zur Betätigung, d.h. zum Ein- bzw. Ausschalten des Elektromotors 12. Das Bedienelement 23 ist in der dargestellten Ausführungsform als bewegbare Taste ausgebildet und mit einem Schalter 21 verbunden. Der Schalter 21 steuert die Versorgung des Elektromotors 12 mit Strom aus der Energiequelle 14. Der Elektromotor 12 ist über ein Getriebe 13 und eine Drehmomentkupplung 15 mit einer Werkzeugaufnahme 16 verbunden. In die Werkzeugaufnahme 16 kann ein Werkzeug 1, beispielsweise ein Bohrer oder ein Schraubendreher eingesetzt werden. Zudem kann ein Gangschalter 17 vorgesehen sein, mit dem eine Übersetzung des Getriebes 13 eingestellt werden kann. Das Elektrowerkzeug 10 weist eine Schaltung 52 auf.
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2 zeigt die Schaltung 52 des Elektrowerkzeugs 10 im Detail. Die Energiequelle 14 ist über einen ersten Strompfad 60 über eine Strommesseinrichtung 20 und eine Regelvorrichtung 18 mit einem ersten Anschluss 61 des Elektromotors 12 verbunden. Ein zweiter Pol der Energiequelle 14 ist über einen zweiten Strompfad 62 über den Schalter 21, die Regelvorrichtung 18 mit einem zweiten Anschluss 63 des Elektromotors 12 verbunden. Parallel zu den zwei Polen der Energiequelle 14 ist eine Spannungsmesseinrichtung 26 vorgesehen. Sowohl die Spannungsmesseinrichtung 26 als auch die Strommesseinrichtung 20 sind jeweils über Sensorleitungen 64, 65 mit einer Überwachungseinheit 22 verbunden. Die Überwachungseinheit 22 weist eine Steuereinheit 28 und eine Auswerteeinheit 50 auf. Weiterhin ist ein Sensor 40 vorgesehen, der über eine dritte Sensorleitung 66 mit der Auswerteeinheit 50 verbunden ist. Der Sensor 40 kann beispielsweise als Beschleunigungssensor oder als Drehratensensor ausgebildet sein und eine Gehäusebewegung erfassen und diese an die Auswerteeinheit 50 der Überwachungseinheit 22 übermitteln. Das Ergebnis der Auswerteeinheit 50 wird an die Steuereinheit 28 weitergeleitet. Der Sensor 40 und die Auswerteeinheit 50 sind jeweils über eine erste bzw. eine zweite Stromleitung 67, 68 mit dem ersten Strompfad 60 verbunden. Weiterhin sind der Sensor 40 und die Auswerteeinheit 50 jeweils über eine dritte bzw. vierte Stromleitung 69, 70 über den Schalter 21 an den zweiten Strompfad 62 angeschlossen.
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Die Regelvorrichtung 18 steht über eine Steuerleitung 71 mit der Steuereinheit 28 in Verbindung. Die Regelvorrichtung 18 ist in der Weise ausgebildet, um den Strom des ersten Strompfads 60 an den ersten Anschluss 61 weiterzuleiten und den Strom vom zweiten Anschluss 63 zum Schalter 21 weiterzuleiten oder die Stromrichtung zu ändern, d.h. den ersten Strompfad 60 an den zweiten Anschluss 63 des Elektromotors 12 und den zweiten Strompfad 62 an den ersten Anschluss 61 des Elektromotors 12 anzulegen. Zudem kann die Regelvorrichtung eine Bremsung des Elektromotors 12 ausführen, beispielsweise durch ein Kurzschließen der zwei Anschlüsse 61, 63.
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Die entsprechenden Schaltungszustände der Regelvorrichtung 18 werden von der Steuereinheit 28 vorgegeben. Die Überwachungseinheit 20 ermittelt mit Hilfe der Auswerteeinheit 50 und des Sensors 40 beispielsweise eine Überschreitung einer vorgegebenen Drehung oder einer vorgegebenen Drehbeschleunigung des Gehäuses, die eine spontane Momentenerhöhung eines Arbeitsfalls repräsentiert. Dazu überwacht der Sensor 40, der beispielsweise als Drehratensensor und/oder als Beschleunigungssensor ausgebildet ist, die Gehäusebewegung und meldet diese an die Auswerteeinheit 50. Die Auswerteeinheit 50 vergleicht das erhaltene Sensorsignal mit einem Grenzwert. Die Auswerteeinheit 50 übermittelt eine Überschreitung des Grenzwerts an die Steuereinheit 28.
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Als Grenzwert kann beispielsweise ein vorgegebener Drehwinkel zwischen 40° und 100°, insbesondere 70 ° verwendet werden. Zudem kann als Grenzwert eine Drehbeschleunigung um einen vorgegebenen Drehwinkel innerhalb einer vorgegebenen Zeit, insbesondere in 0,7 Sekunden oder kürzer, beispielsweise im Bereich von 0,5 Sekunden verwendet werden. Die Grenzwerte können abhängig von der Ausführungsform von den beschriebenen Beispielen abweichen.
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Erkennt die Steuereinheit 28 eine Grenzwertüberschreitung, z.B. eine vorgegebenen Drehung oder Beschleunigung, so steuert die Steuereinheit 28 die Regelvorrichtung 18 in der Weise an, dass das Drehmoment des Elektromotors wenigstens reduziert wird. Dazu dreht beispielsweise die Regelvorrichtung 18 die Stromrichtung durch den Motor 12 um, so dass eine Drehrichtungsumkehr des Elektromotors 12 erfolgt. Vorzugsweise schaltet die Steuereinheit 28 nach einem Motorstillstand des Elektromotors 12 und vor einem Hochdrehen mit einer geänderten Drehrichtung den Elektromotor ab. Somit ist eine vom Bediener gesteuerte Inbetriebnahme des Elektrowerkzeugs gewährleistet.
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Alternativ wird von der Regelvorrichtung 18 eine schnelle Bremsung, beispielsweise durch einen Kurzschlussbetrieb des Elektromotors 12 oder eine adäquate Methode veranlasst.
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Die Reduzierung des Drehmomentes wird auch durchgeführt, obwohl die Bedienperson das Bedienelement 23 gedrückt hält und eine gewünschte Betätigung des Elektrowerkzeuges anzeigt.
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Der Sensor 40 und die Auswerteeinheit 50 beziehen Strom aus der Energiequelle 14. Der Schalter 21 ist in der Weise ausgebildet, dass bei einem Unterbrechen der Energieversorgung des Elektromotors 12 durch ein Loslassen des Bedienelements 23 auch die Energieversorgung des Sensors 40 und/oder die Energieversorgung der Auswerteeinheit 50 unterbrochen wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Bedienperson über eine entsprechende Betätigung bzw. Nicht-Betätigung des Bedientasters 23 ein Ausschalten des Elektromotors anzeigt.
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Weiterhin ist die Steuereinheit 28 über eine zweite Steuerleitung 72 mit dem Schalter 21 verbunden. Erkennt die Steuereinheit 28 durch die Spannungsmesseinrichtung 26, dass die Spannung der Energiequelle 14 einen definierten unteren Spannungswert unterschreitet und somit im Fall eines Lithium-Ionen-Akkus eine Schädigung zu erwarten ist, dann wird der Schalter 21 von der Steuereinheit 28 in der Weise angesteuert, dass der Schalter 21 den Elektromotor und den Sensor 40 und/oder die Auswerteeinheit 50 stromlos schaltet. Auch in dieser Ausführungsform wird die Stromversorgung des Sensors 40 und/oder die Stromversorgung der Auswerteeinheit 50 unterbrochen.
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Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann der Sensor 40 und/oder die Überwachungseinheit 22 auch im Akkupack 14 angeordnet sein.
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Die 3 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Elektrowerkzeugen 10 mit einem Handgriff 19. Die Energiequelle 14 ist in den dargestellten Ausführungsformen nicht explizit dargestellt. Die Handgriffe 19 erweisen jeweils in Bezug auf die Drehachse 25 der Werkzeugaufnahme 16 eine effektive Länge L auf. Die effektive Länge L stellt den Bereich des Handgriffes 19 dar, der am weitesten von der Drehachse der Werkzeugaufnahme 16 entfernt ist und von einer Bedienperson noch umgreifbar ist und als Griff verwendet werden kann. Deshalb ist es erforderlich, von der Gesamtlänge des Handgriffes 19 einen Endabschnitt E von der tatsächlichen Länge des Griffes abzuziehen. Der Endabschnitt E kann in dem Bereich zwischen 0,02 und 0,6 m, beispielsweise bei 0,04 m liegen. 3 zeigt ein Elektrowerkzeug, bei dem der Handgriff 19 am Ende des Gehäuses 11 angeordnet ist. 4 zeigt ein Elektrowerkzeug, bei dem der Handgriff 19 ungefähr in der Mitte des Gehäuses angeordnet ist. 5 zeigt ein Elektrowerkzeug mit einem Handgriff 19, der am Ende des Elektrowerkzeugs angeordnet ist und als Bügelgriff ausgebildet ist.
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Die 6 bis 8 zeigen weitere Ausführungsformen von Elektrowerkzeugen, bei denen jeweils zwei Griffe 19, 24 vorgesehen sind. Bei der Ausführungsform der 8 sind sogar drei Griffe vorgesehen. Jeder Griff weist eine Grifflänge L1, L2 und einen entsprechenden Endabschnitt E1, E2 auf. Bei der Ausführungsform der 6 und 7, bei denen die Griffe sich in Bezug auf die Drehachse im gleichen Winkel, d. h. in einer Ebene befinden, wird für die Grifflänge der längste der zwei Griffe 19, 24 verwendet. In der Ausführungsform der 6 ist es der zweite Griff 24 mit der Grifflänge L2, der eine größere effektive Grifflänge für das Halten des Elektrowerkzeuges als der Griff 19 aufweist.
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In 7 ist der Griff 19 als Bügelgriff ausgebildet. Auch in dieser Ausführungsform weist der zweite Griff 24 die größere effektive Länge L2 zum Halten des Werkzeuges auf.
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Bei der Ausführungsform der 8 sind der erste und der zweite Griff 19, 24 in einem Winkel größer als 160 ° zur Drehachse 25 der Werkzeugaufnahme 16 angeordnet. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Handgriff 19, 24 in einer Ebene angeordnet. In dieser Ausführungsform wird als wirksame Grifflänge die Summe der wirksamen Grifflängen L1, L2 der zwei Handgriffe 19, 24 verwendet.
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In den Ausführungsformen der 6 bis 8 sind die zweiten Griffe 24 beispielsweise demontierbar und über das Lösen einer einfachen Klemmverbindung vom Elektrowerkzeug zu lösen.
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Das statische Stillstandsmoment oder das Rutschmoment einer Kupplung wird gemessen, in dem das Stillstandsmoment der angetriebenen Werkzeugaufnahme (Spindel) des Elektrowerkzeuges im kalten Zustand (z. B. 20 ° C) gemessen wird. Das Rutschmoment der Kupplung tritt anstelle des statischen Stillstandsmomentes, wenn das Rutschmoment kleiner ist als das Stillstandsmoment. Weist das Elektrowerkzeug mehrere Gänge auf, wird die niedrigste Drehzahl eingestellt. Ist ein Drehzahlregler am Elektrowerkzeug vorgesehen, so wird die höchste Drehzahl für die Ermittlung des Stillstandsmomentes bzw. des Rutschmomentes der Kupplung verwendet. Vorzugsweise werden mehrer Messungen durchgeführt und es wird ein Mittelwert gebildet. Das Stillstandsmoment bezeichnet das Drehmoment des Elektrowerkzeuges, das das Elektrowerkzeug bei stehender Werkzeugaufnahme und eingeschaltetem Elektromotor 12 aufbringen kann. Das Kupplungsmoment stellt das Drehmoment dar, bei dem die Drehmomentkupplung 15 öffnet und die Wirkverbindung zwischen dem Elektromotor 12 und dem Werkzeughalter 16 öffnet.
