-
Die Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine mit einem Drehstromanschluss und einem elektronisch kommutierten Elektromotor.
-
Stand der Technik
-
Aus dem Stand der Technik sind Handwerkzeugmaschinen, insbesondere Winkelschleifer mit elektronisch kommutiertem Elektromotor bekannt. Solche Handwerkzeugmaschinen liegen in verschiedenen Größen und Leistungsklassen vor. Die Auslegung gestaltet sich oft schwierig, weil insbesondere die geometrischen Größen der Bauteile, sowie die einzubauenden Massen zu ergonomisch ungünstig zu handhabenden Handwerkzeugen führen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat dem gegenüber den Vorteil einer optimal ausgelegten Ergonomie und Bedienerfreundlichkeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Handwerkzeugmaschine.
-
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine mindestens eine elektromotorische Antriebseinheit und mindestens einen dreiphasigen Wechselstromanschluss auf. Der dreiphasige Wechselstromanschluss ist dazu vorgesehen, die elektromotorische Antriebseinheit insbesondere mit Drehstrom zu versorgen. Unter einem Drehstrom, auch dreiphasiger Wechselstrom, sollen drei einzelne Wechselströme beziehungsweise Wechselspannungen gleicher Frequenz verstanden werden. Es wird vorgeschlagen, dass die Aufnahmeleistung mindestens Paufnahme 3000 W beträgt. Die Aufnahmeleistung errechnet sich aus der Spannung und dem Strom, den die elektromotorische Antriebseinheit aus dem Drehstromnetz aufnimmt.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des Systems nach dem Hauptanspruch möglich.
-
Vorteilhafterweise beträgt der Wert einer mechanischen Abgabeleistung Pmech mindestens 2400W, besonders mindestens 2800W, bevorzugt aber mindestens 3200W. Die mechanische Abgabeleistung ist die Leistung, die an einer Werkzeugspindel der Handwerkzeugmaschine gemessen wird. Die mechanische Abgabeleistung ist um einen Wirkungsgrad geringer als die Aufnahmeleistung der elektromotorischen Antriebseinheit.
-
Die Werkzeugspindel ist mit einem Bearbeitungswerkzeug verbunden. Das Bearbeitungswerkzeug weist vorteilhafterweise einen Durchmesser dWerkzeug auf, der mindestens 180 mm, besonders 230 mm, bevorzugt 300 mm, höchstens aber 400 mm beträgt.
-
Vorteilhafterweise ist die elektromotorische Antriebseinheit als elektronisch kommutierter Elektromotor ausgebildet. Die Kommutierung erfolgt bei elektronisch kommutierten Elektromotoren mit Hilfe einer Elektronik. Dadurch weisen elektronisch kommutierte Elektromotoren eine höhere Lebensdauer und eine höhere Leistungsfähigkeit auf als Motoren, deren Kommutierung mit Hilfe von Kohlebürsten geschieht. Durch Verzicht auf die Kohlebürsten ist der Verschleiß der elektronisch kommutierten Elektromotoren gering.
-
Vorteilhafterweise ist der elektronisch kommutierte Elektromotor als Außenläufermotor ausgebildet. Ist der elektronisch kommutierte Elektromotor ein Außenläufermotor, ist der elektromotorische Antrieb robust ausgelegt und kann aus dem Stand heraus hohe Drehmomente liefern. Ein solcher Antrieb eignet sich demnach besonders für Anwendungen, bei denen hohe Drehmomente insbesondere bei geringen Drehzahlen gefordert sind.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der elektronisch kommutierte Elektromotor das Bearbeitungswerkzeug der Handwerkzeugmaschine direkt antreibt. Unter „direkt“ soll hier insbesondere verstanden werden, dass der elektronisch kommutierte Elektromotor mit dem Bearbeitungswerkzeug ohne Zwischenschaltung eines konventionellen Getriebes verbunden ist. Dadurch wird eine hohe Effizienz bei Minimierung des Verschleißes erreicht. Dadurch wird Bauraum in der Handwerkzeugmaschine geschaffen, der geeignet ist, Elektromotoren aufzunehmen, die geeignet sind, hohe Drehmomente abzugeben und deshalb unter Verzicht auf ein Getriebe als Direktantrieb arbeiten können.
-
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform treibt der elektronisch kommutierte Elektromotor das Bearbeitungswerkzeug über einen Riementrieb an. Dadurch wird kostengünstig eine hohe Effizienz bei Minimierung des Verschleißes, sowie ein geräuscharmer Lauf erreicht.
-
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine einen Wirkungsgrad zwischen 65% und 90% liegt, bevorzugt aber zwischen 75%–85% liegt. Der Wirkungsgrad errechnet sich aus dem Quotienten von Aufnahmeleistung zu an der Spindel abgegebener mechanischer Leistung. In dem Bereich ergibt sich eine hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Kosten optimale Handwerkzeugmaschine.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Handwerkzeugmaschine eine Werkzeugspindel auf, deren Spindeldrehzahl nSpindel zwischen 3500 und 8800 rpm liegt.
-
Die genannten Vorteile gelten insbesondere, wenn die Handwerkzeugmaschine als Winkelschleifer ausgebildet ist.
-
Zeichnungen
-
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine dargestellt. In Kenntnis der erfindungswesentlichen Parameter und deren Relationen zueinander wird der Fachmann beim Auslegen einer neuen Handwerkzeugmaschine die für seinen Handwerkzeugmaschinentyp relevanten, in den unabhängigen Ansprüchen genannten Parameter und Verhältnisse entsprechend kombinieren.
-
Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine,
-
2 eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine in schematischer Darstellung,
-
3 eine erste Umrichterschaltung in schematischer Darstellung,
-
4 eine zweie Umrichterschaltung in schematischer Darstellung.
-
Beschreibung
-
Die der Erfindung zugrundeliegende Handwerkzeugmaschine 10 ist in den 1 und 2 als Winkelschleifer dargestellt.
-
Die Handwerkzeugmaschine 10 weist einen dreiphasigen Wechselstromanschluss 12 auf. Der dreiphasigen Wechselstromanschluss 12 versorgt eine elektromotorische Antriebseinheit 14 mit Drehstrom. Bevorzugt beträgt eine Aufnahmeleistung Werte, die größer als 3000 W sind. Die elektromotorische Antriebseinheit 14 ist, wie in 2 dargestellt, in einem ersten Gehäuseteil 16 angeordnet. Die elektromotorische Antriebseinheit 14 treibt über einen Riementrieb 18 eine Werkzeugwelle 20 an. Auf die Werkzeugwelle 20 ist ein Bearbeitungswerkzeug 22 montiert. Das Bearbeitungswerkzeug 22 kann eine Schleif-, Trenn- oder Polierscheibe sein.
-
In einem zweiten Gehäuseteil 23 ist eine Elektronik 24 angeordnet, die dazu vorgesehen ist, die elektromotorische Antriebseinheit 14 zu bestromen, zu steuern und/oder regeln.
-
Eine mechanische Abgabeleistung Pmech der Handwerkzeugmaschine 10 beträgt mindestens 2400W, besonders mindestens 2800W, bevorzugt aber mindestens 3200W.
-
Das Bearbeitungswerkzeug 22 weist im Ausführungsbeispiel einen Durchmesser dWerkzeug auf. Der Durchmesser dWerkzeug beträgt mindestens 180 mm, besonders 230 mm, bevorzugt 300 mm, höchstens aber 400 mm.
-
Im Ausführungsbeispiel ist die elektromotorische Antriebseinheit 14 als elektronisch kommutierter Elektromotor 14 ausgebildet. Des Weiteren ist der elektronisch kommutierte Elektromotor 14 im Ausführungsbeispiel ein bürstenloser Motor. Der bürstenlose Motor hat keinen Kommutator und keine Kohlebürsten zur Stromwendung. Die Kommutierung des bürstenlosen Motors erfolgt mit Hilfe von mindestens einem Sensor beziehungsweise mehrerer Sensoren.
-
Es ist aber auch denkbar, dass die Kommutierung des bürstenlosen Motors sensorlos erfolgt. Bei der sensorlosen Kommutierung erfolgt die Erfassung einer Position des Rotors über eine in den Spulen des Stators ausgelöste Gegenspannung. Die Gegenspannung wird von der Elektronik 24 ausgewertet.
-
Im Ausführungsbeispiel ist der elektronisch kommutierte Elektromotor 14 ein Außenläufermotor. Bei Motoren dieser Art wird der Stator, der die Wicklungen trägt vom Rotor umschlossen. Das Magnetfeld wird durch Permanentmagnete erzeugt, die im Rotor angeordnet sind. Der Rotor ist üblicherweise an einer Motorwelle 38 befestigt, während der Stator auf einem Statorträger angeordnet ist. Mögliche Vorteile dieser Motoren sind die zu erreichenden hohen Drehmomente.
-
Es ist aber auch denkbar, dass der elektronisch kommutierte Elektromotor 14 als Innenläufermotor ausgeführt ist. Bei Innenläufermotoren befindet sich der Stator, der die stromführenden Wicklungen trägt, an einem Motorgehäuse. Der Rotor, der die Permanentmagnete trägt, ist mit einer Motorwelle verbunden.
-
Der elektronisch kommutierte Elektromotor 14 treibt das Bearbeitungswerkzeug 22 direkt antreibt. Unter „direkt“ soll verstanden werden, dass die Motorwelle 38 des elektronisch kommutierten Elektromotors 14 mit der Werkzeugwelle 20 ohne Zwischenschaltung eines konventionellen Getriebes, wie beispielsweise ein Planetengetriebe, Kegelgetriebe oder Stirnrad verbunden ist. Der elektronisch kommutierte Elektromotor 14 ist mit dem Bearbeitungswerkzeug 22 über einen Riementrieb 18 verbunden.
-
Der Wirkungsgrad bei Nennleistung sollte zwischen 65% und 90%, besonders aber zwischen 75% und 85% liegen. Um diesen Wirkungsgrad zu erreichen, wird beispielsweise eine Kühlung aktiv ausgeführt und ein Wirkungsgrad eines Kühlsystems dem Wirkungsgrad bei Nennleistung angepasst. Bei aktiver Kühlung wird die Wärmeenergie von einer zu kühlenden Komponente mit Hilfe des Kühlsystems abtransportiert.
-
Die Werkzeugwelle 20 setzt sich in einer Werkzeugspindel 40 fort. Die Drehzahl der Werkzeugspindel 40 nSpindel liegt bevorzugt zwischen 3500 und 8800 rpm.
-
Die Handwerkzeugmaschine 10 ist als Winkelschleifer ausgebildet. Winkelschleifer sind Handwerkzeugmaschinen 10 zum Schleifen und Trennen von Metallen und ähnlichen Werkstoffen. Es ist aber auch denkbar, dass die Handwerkzeugmaschine 10 als ein Tellerschleifer, ein Topfschleifer, ein Polierer, ein Betonschleifer oder eine Fräse ausgebildet ist.
-
3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Umrichterschaltung 30.
-
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Drehstrom durch einen Gleichrichter 32 in einen Gleichstrom umgewandelt. Der Gleichstrom wird mit Hilfe eines Frequenzumrichters 34 in eine dem elektronisch kommutierten Elektromotor 14 passende Spannung mit veränderlicher Frequenz umgewandelt. Bei dieser Eingangsspannungn von größer 380V können die Leistungshalbleiter des Frequenzumrichters 34 als IGBTs (insulated-gate bipolar transistor) ausfgeführt sein.
-
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Umrichterschaltung 30.
-
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Drehstrom einem Schaltnetzteil 36 zugeführt. Das Schaltnetzteil 36 wandelt den Drehstrom in eine Gleichspannung um. Beispielsweise ist es vorteilhaft, die Gleichspannung kleiner als 60V zu wählen, da diese Spannung keinen Berührschutz erfordert. Die Gleichspannung wird mit Hilfe eines Frequenzumrichters 34 in eine dem elektronisch kommutierten Elektromotor 14 passende Spannung mit veränderlicher Frequenz umgewandelt. Die Leistungshalbleiter des Frequenzumrichters 34 können hier auch als MosFETs (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) ausgeführt sein.
