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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ansteuerung eines Elektromotors
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine
derartige Einrichtung wird vor allem in einem Elektrowerkzeug mit
einem Elektromotor eingesetzt. Insbesondere kann es sich dabei um
ein Akku-Elektrowerkzeug mit einem bürstenlosen Gleichstrom-Motor
handeln.
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Bei
Elektrowerkzeugen ist es bekannt, die Schaltung zur Ansteuerung
des Elektromotors auf einer Platine in der Art eines Elektronikmoduls
im Gehäuse
des Elektrowerkzeugs anzuordnen. Das Elektronikmodul umfaßt dabei
eine Leistungsschaltung mit wenigstens einen Leistungshalbleiter,
insbesondere zum steuerbaren Anlegen einer elektrischen Spannung
an den Elektromotor, sowie eine Steuerschaltung zur Steuerung der
Leistungsschaltung und/oder des Leistungshalbleiters, derart daß der Elektromotor
mit einer einstellbaren Drehzahl, einem einstellbaren Drehmoment
o. dgl. betreibbar ist. Weiter ist im Gehäuse des Elektrowerkzeugs ein
Schaltmodul mit einem Betätigungsorgan,
das manuell vom Benutzer verstellbar ist, zum Ein- und/oder Ausschalten
der Steuerschaltung für
den Betrieb des Elektromotors und/oder des Elektromotors angeordnet.
Zusätzlich
kann der Verstellweg des Betätigungsorgans als
Vorgabe für
die Drehzahl des Elektromotors dienen. Desweiteren kann im Elektrowerkzeug
noch ein Umschalter für
den Rechts-/Links-Lauf des Elektromotors angeordnet sein.
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Als
nachteilig hat sich dabei der mit der Verkabelung des Elektronikmoduls,
des Leistungshalbleiters, des Schaltmoduls sowie gegebenenfalls
des Umschalters einhergehende Aufwand herausgestellt. Aufgrund des
beschränkten
Einbauraums im Gehäuse
des Elektrowerkzeugs ist die Unterbringung der Einrichtung oft erschwert.
Weiterhin können
die Leitungen auch Verfälschungen
des mittels der Leistungshalbleiter geschalteten Motorstroms bewirken, so
daß der
Elektromotor fehlerhaft betrieben wird, was letztendlich Schäden und
Ausfall des Elektrowerkzeugs hervorrufen kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Ansteuerung
eines Elektromotors zu schaffen, die kompakt ausgebildet ist und
so auch in beschränkten
Einbauräumen
untergebracht werden kann. Insbesondere soll die Ansteuereinrichtung
in einfacher Art und Weise an die Einbauräume in verschiedenen Elektrowerkzeugen
anpaßbar
sein.
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Diese
Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung zur Ansteuerung
eines Elektromotors durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Ansteuereinrichtung
sind das Elektronikmodul sowie das Schaltmodul als jeweils separate
Komponenten ausgestaltet. Das Elektronikmodul sowie das Schaltmodul
sind weiterhin derart auf einem Träger angeordnet, daß das Elektronikmodul
sowie das Schaltmodul zueinander entsprechend dem jeweiligen Einbauraum
im Elektrowerkzeug positionierbar sind und eine zusammenhängende Baugruppe
bilden. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Um
eine Drehzahleinstellung, eine Drehmomenteinstellung o. dgl. für den Elektromotor
durch den Benutzer zu gestatten, bietet es sich an, daß das Schaltmodul
einen Sollwertgeber aufweist. Der Sollwertgeber erzeugt dann eine
Sollwertvorgabe in Abhängigkeit
von der Stellung des Betätigungsorgans. Die
Sollwertvorgabe des Sollwertgebers kann dabei in der Art einer digitalen
Wegabfrage aus zur Stellung des Betätigungsorgans korrespondierenden
Digitalwerten bestehen, was im Hinblick auf die einzuhaltenden Fertigungstoleranzen
für den
Sollwertgeber von Vorteil ist. Die Digitalwerte des Sollwertgebers werden
dann der Steuerschaltung beziehungsweise einem im Elektronikmodul
befindlichen Mikroprozessor, Mikrocontroller o. dgl. zur weiteren
Verarbeitung zugeführt.
Es handelt sich hierbei um eine sehr kostengünstige Realisierung des Sollwertgebers
durch eine geringe Anzahl von Bauteilen, wobei lediglich ein geringer
Bauraum für
das komplette Schaltmodul erforderlich ist.
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Zwecks
einfacher Montage kann der Träger eine
Aufnahme für
das Elektronikmodul aufweisen. In platzsparender Bauweise umfaßt das Elektronikmodul
zwei übereinander
angeordnete Leiterplatten für die
Steuerschaltung sowie für
die Leistungsschaltung, wobei die beiden Leiterplatten mittels Abstandhalter
paketartig angeordnet sind. Die Leiterplatte für die Steuerschaltung ist dem
Träger
zugewandt in der Aufnahme angeordnet, wobei die Steuerschaltung zum
Schutz vor Beschädigungen
in der Aufnahme mittels einer Vergußmasse vergossen werden kann. Weiterhin
ist die Leiterplatte für
die Leistungsschaltung dem Träger
abgewandt in der Aufnahme angeordnet, wobei die Leistungsschaltung
bevorzugterweise frei von Vergußmasse
ist. Um eine gute Wärmeabfuhr
der Verlustwärme
zu gewährleisten,
ist ein Kühlkörper an
der Leistungsschaltung, und zwar insbesondere in wärmeleitendem
Kontakt mit dem Leistungshalbleiter, angeordnet. Der einfachen Montage halber
kann der Kühlkörper mittels
einer elastischen Halteklammer am Träger befestigt sein.
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In
weiterer Ausgestaltung sind Bohrungen, Löcher, Durchbrüche o. dgl.
am Träger
zur Befestigung des Schaltmoduls angeordnet. Dadurch läßt sich
das Schaltmodul in einfacher Art und Weise zum Elektronikmodul entsprechend
den Gegebenheiten des jeweiligen Elektrowerkzeugs positionieren. Zweckmäßigerweise
weist der Träger
eine weitere Aufnahme für
den Anschluß für die Spannungsversorgung
auf. Handelt es sich bei dem Elektrowerkzeug um ein Akku-Elektrowerkzeug,
so dient der elektrische Anschluß zur elektrischen Verbindung
mit dem Akku, wobei der elektrische Anschluß in der Art eines Tulpenadapters,
eines Steckadapters o. dgl. ausgestaltet sein kann. Dadurch ist
auch der Anschluß zum
Elektronikmodul und/oder zum Schaltmodul entsprechend dem Einbauraum
im jeweiligen Elektrowerkzeug positionierbar. Der Anschluß steht dann
mit dem Elektronikmodul und/oder dem Schaltmodul mittels Leitungen,
Leiterbahnen o. dgl. in elektrischer Verbindung.
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In
einer einfachen sowie preisgünstigen
Ausgestaltung weist der digitale Sollwertgeber eine Leiterplatte
mit zu den Digitalwerten der Sollwertvorgabe korrespondierenden
Kontaktflächen
auf. Mit dem Betätigungsorgan
steht ein Schleifer, beispielsweise in Abhängigkeit von der Anzahl der
Kontaktflächen ein
5-Finger-Schleifer, in Wirkverbindung, wobei der Schleifer die jeweiligen
Kontaktflächen
entsprechend der Stellung des Betätigungsorgans kontaktiert.
Die jeweils kontaktierten Kontaktflächen codieren dann den für die Sollwertvorgabe
dienenden Digitalwert. Es bietet sich dann weiter an, zwei weitere
Kontaktflächen
auf der Leiterplatte vorzusehen, die zur Erzeugung des Signals für die Rechts-/Links-Lauf-Funktion
des Elektromotors dienen. Eine Kontaktbrücke, die mit einem vom Benutzer
verstellbaren Umschalthebel am Schaltmodul in Wirkverbindung steht,
kontaktiert die jeweilige weitere Kontaktfläche entsprechend der Rechts-/Links-Stellung.
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In
preisgünstiger
Weise lassen sich noch Zusatzfunktionen in der Ansteuereinrichtung
realisieren. So kann das Elektronikmodul eine Überwachungsschaltung zur Überwachung
der Temperatur, des Stromes o. dgl. enthalten. Dadurch ist bei einer Übertemperatur,
eines Überstromes
o. dgl. der Betrieb des Elektromotors abschaltbar, so daß der Elektromotor
vor Beschädigung
geschützt
ist. Zur Anzeige eines solchen Überlastfalles
für den
Benutzer kann ein am Elektrowerkzeug angebrachtes Leuchtmittel,
wie eine LED, mit der Überwachungsschaltung
in elektrischer Verbindung stehen.
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Zusammenfassend
läßt sich
für eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung einer EC-Steuerung, also als Ansteuereinrichtung
für einen
bürstenlosen, elektronisch
kommutierten Gleichstrommotor, nachfolgendes bemerken. Der Aufbau
der EC-Steuerung wird aufgeteilt in die Komponenten Elektronik, Schaltmechanik
und Akkuanschluß.
Diese drei Komponenten können
flexibel zueinander positioniert und auch separat verwendet werden.
Trotz der flexiblen Anordnung bildet die EC-Steuerung eine zusammenhängende Baugruppe.
Der Akkuanschluß ist über Leitungen
mit der Elektronik im Gehäuse
fest verbunden. Die Schaltmechanik kann über Positionierbohrungen, die
sich auf einer Montageplatte am Gehäuse der Elektronik befinden,
je nach Anwendung positioniert und fixiert werden. Die Schaltmechanik
ist somit ebenfalls fest mit dem Rest der EC-Steuerung verbunden.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß die
Ansteuereinrichtung kompakt ausgebildet ist. Folglich benötigt die komplette
Ansteuereinrichtung einen lediglich geringen Bauraum und ist daher
auch in engen Einbauräumen
der Griffschale von Elektrowerkzeugen unterzubringen. Die Ansteuereinrichtung
besitzt einen flexiblen Aufbau, wodurch diese in verschiedene Elektrowerkzeuge
einfach eingepaßt
werden kann. Dennoch bildet die Ansteuereinrichtung eine fest verbundene
sowie vormontierbare Baugruppe. Dadurch ergibt sich wiederum eine
einfache Montage sowie eine Reduzierung des Verkabelungsaufwands
im Elektrowerkzeug, da in der Ansteuereinrichtung ansonsten separat
zu montierende Teile bereits zusammengefaßt sind. Weiterhin resultiert
daraus auch eine erhebliche Kosteneinsparung für den Elektrowerkzeug-Hersteller.
Falls gewünscht,
können
die Komponenten jedoch auch separat verwendet werden. Schließlich ist
noch hervorzuheben, daß die
erfindungsgemäße Ansteuereinrichtung
eine höhere
Betriebssicherheit wie bisherige Einrichtungen aufweist, so daß diesbezüglichen
Beschädigungen
des Elektrowerkzeugs wirksam vorgebeugt ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen
ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
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1 einen
Schnitt durch ein Akku-Elektrowerkzeug,
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2 die
Ansteuereinrichtung aus 1 in perspektivischer Ansicht,
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3 das
Schaltmodul aus der Ansteuereinrichtung gemäß 2 als Einzelteil,
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4 einen
Querschnitt durch das Schaltmodul aus 3,
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5 die
im Schaltmodul befindliche Leiterplatte als Einzelteil,
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6 die
Ansteuereinrichtung wie in 2, wobei
das Schaltmodul entfernt ist,
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7 das
Elektronikmodul aus der Ansteuereinrichtung gemäß 2 als Einzelteil
und
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8 schematisch
die Schaltungsanordnung für
die Ansteuerung des Elektromotors.
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In 1 ist
ein Elektrowerkzeug 1, bei dem es sich um eine Bohrmaschine,
einen Bohrhammer, einen Schleifer, eine Säge, einen Hobel, einen Winkelschleifer
o. dgl. handeln kann, schematisch gezeigt. Vorliegend handelt es
sich bei dem Elektrowerkzeug 1 um eine Akku-Bohrmaschine.
Das Elektrowerkzeug 1 besitzt ein Gehäuse 2 mit einem Handgriff 3.
Im Gehäuse 2 befindet
sich ein Elektromotor 4, der zum Antrieb eines in einer
Werkzeugaufnahme 6 befindlichen Werkzeugs 5, wie
eines Bohrers, dient. Beispielsweise kann es sich beim Elektromotor 4 um
einen bürstenlosen
Gleichstrommotor handeln, wobei der Elektromotor 4 mittels
eines in den Handgriff 3 einsteckbaren, aufladbaren, aus
einem Akku bestehenden Energiespeichers 32 mit elektrischer
Energie versorgt wird.
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Im
Gehäuse 2 befindet
sich eine Einrichtung 7 zur Ansteuerung des Elektromotors 2.
Die Ansteuereinrichtung 7 besitzt ein Elektronikmodul 8,
das wiederum eine Leistungsschaltung 9 sowie eine Steuerschaltung 10 umfaßt, wie
in 8 schematisch gezeigt ist. Die Leistungsschaltung 9 besitzt
wenigstens einen Leistungshalbleiter 11 zum steuerbaren
Anlegen einer elektrischen Spannung an den Elektromotor 4.
Häufig
sind in der Leistungsschaltung 9 mehrere Leistungshalbleiter 11 befindlich,
beispielsweise sechs Leistungshalbleiter 11 bei einem bürstenlosen
Gleichstrommotor. Die Steuerschaltung 10 dient zur Steuerung
des Leistungshalbleiters 11, derart daß der Elektromotor 4 mit
einer einstellbaren Drehzahl, einem einstellbaren Drehmoment o.
dgl. betreibbar ist.
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Die
Steuereinrichtung 7 weist weiter ein Schaltmodul 12 in
der Art einer Schaltmechanik auf, um dem Benutzer das Ein- und/oder
Ausschalten des Betriebs für
den Elektromotor 4 zu ermöglichen. Hierzu ragt aus dem
Handgriff 3 ein vom Benutzer manuell bewegbares, verstellbares
Betätigungsorgan 13 heraus,
das über
einen Stößel 14 auf
das Schaltmodul 12 einwirkt. Wie man der in 2 als
Einzelteil dargestellten Ansteuereinrichtung 7 entnimmt,
sind das Elektronikmodul 8 sowie das Schaltmodul 12 als jeweils
separate Komponenten ausgestaltet. Desweiteren sind das Elektronikmodul 8 sowie
das Schaltmodul 12 auf einem Träger 16 angeordnet,
derart daß das
Elektronikmodul 8 sowie das Schaltmodul 12 zueinander
zweckmäßig positioniert
sind und eine zusammenhängende
Baugruppe bilden.
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Damit
die Drehzahl, das Drehmoment o. dgl. vom Benutzer des Elektrowerkzeugs 1 mittels
des Betätigungsorgans 13 vorgebbar
ist, enthält
das Schaltmodul 12 einen in 4 sichtbaren
Sollwertgeber 15. Der Sollwertgeber 15 erzeugt
einen zur jeweiligen Wegstellung des Betätigungsorgans 13 korrespondierenden
Wert als Sollwertvorgabe, der wiederum der Steuerschaltung 10 zur
Drehzahleinstellung, zur Drehmomenteinstellung o. dgl. in Abhängigkeit
von der Stellung des Betätigungsorgans 13 dient. Die
Sollwertvorgabe des Sollwertgebers 15 besteht aus zur jeweiligen
Stellung des Betätigungsorgans 13 korrespondierenden
Digitalwerten in der Art einer digitalen Wegabfrage, wie man auch
der nachfolgend noch näher
erläuterten 5 entnimmt.
Diese Digitalwerte des Sollwertgebers 15 werden dann einem Mikroprozessor,
Mikrocontroller o. dgl. im Elektronikmodul 8 zur weiteren
Verarbeitung zugeführt.
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Wie
in 7 zu sehen ist, umfaßt das Elektronikmodul 8 zwei
paketartig angeordnete Leiterplatten 18, 19. Auf
der einen Leiterplatte 18 befinden sich die elektrischen
und/oder elektronischen Bauelemente für die Steuerschaltung 10.
Auf der anderen Leiterplatte 19 befinden sich die elektrischen und/oder
elektronischen Bauelemente für
die Leistungsschaltung 9. Die beiden Leiterplatten 18, 19 sind
mittels Abstandhalter 20 übereinander angeordnet. Der
Träger 16 weist
eine Aufnahme 17 auf, in der das Elektronikmodul 8 entsprechend 6 befindlich ist.
Zweckmäßigerweise
ist das Elektronikmodul 8 derart in der Aufnahme 17 angeordnet,
daß die
Leiterplatte 18 für
die Steuerschaltung 10 dem Träger 16 zugewandt und
die Leiterplatte 19 für
die Leistungsschaltung 9 dem Träger 16 abgewandt ist.
Die Aufnahme 17 besitzt einen etwas hochgezogenen Rand, so
daß die
Steuerschaltung 10 in der Aufnahme 17 mittels
einer Vergußmasse
vergießbar
ist. Die Leistungsschaltung 9 hingegen ist frei von Vergußmasse. An
der Leistungsschaltung 9 ist ein Kühlkörper 21 angeordnet,
und zwar in wärmeleitendem
Kontakt mit dem Leistungshalbleiter 11. Der Kühlkörper 21 ist mittels
einer elastischen Halteklammer 22 am Träger 16 befestigt.
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Wie
man weiter der 6 entnimmt, sind Bohrungen 23,
Löcher,
Durchbrüche
o. dgl. am Träger 16 zur
Befestigung, beispielsweise durch Verschraubung, des Schaltmoduls 12 an
in 3 sichtbaren Laschen 34 angeordnet. Mit
Hilfe dieser Bohrungen 23 und Laschen 34 ist das
Schaltmodul 12 zum Elektronikmodul 8 entsprechend
den im Handgriff 3 verfügbaren
Bauraum gemäß 2 positionierbar.
Am Träger 16 befindet
sich eine weitere Aufnahme 24, wie in 2 zu
erkennen ist, in der der elektrische Anschluß 25 für die Spannungsversorgung
befestigbar ist. Bei dem elektrischen Anschluß 25 kann es sich
um den Anschluß zum
Akku 32 handeln, wobei der Anschluß 25 beispielsweise
in der Art eines Tulpenadapters, eines Steckadapters o. dgl. zum
einfachen Wechsel des Akkus 32 ausgestaltet ist. Der Anschluß 25 ist
wieder zum Elektronikmodul 8 und/oder dem Schaltmodul 12 entsprechend
der Ausgestaltung im Gehäuse 2 positionierbar.
Der elektrische Anschluß 25 steht
mit dem Elektronikmodul 8 und/oder dem Schaltmodul 12 in
elektrischer Verbindung.
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Der
Sollwertgeber 15 weist eine Leiterplatte 26 auf,
welche in 5 näher gezeigt ist. Die Leiterplatte 26 besitzt
zu den Digitalwerten der Sollwertvorgabe korrespondierende Kontaktflächen 27.
Ein mit dem Betätigungsorgan 13 in
Wirkverbindung stehender, in 4 sichtbarer
Schleifer 29, bei dem es sich beispielsweise um einen 5-Finger-Schleifer
handelt, kontaktiert die jeweiligen Kontaktflächen 27 entsprechend
der Stellung des Betätigungsorgans 13.
Der von den jeweiligen Kontaktflächen 27 erzeugte
Digitalcode dient dann als entsprechende Sollwertvorgabe. Zwei weitere
Kontaktflächen 28 auf
der Leiterplatte 26 sind dazu vorgesehen, das Signal für die Rechts-/Links-Funktion
des Elektromotors 4 zu erzeugen. Hierzu kontaktiert eine
mit einem in 3 gezeigten Umschalthebel 30 am
Schaltmodul 12 in Wirkverbindung stehende Kontaktbrücke 33,
die gemäß 4 als
Feder ausgebildet ist, die jeweilige weitere Kontaktfläche 28 entsprechend
der Rechts-/Links-Stellung des Umschalthebels 30. Der Umschalthebel 30 wird
seinerseits mittels eines in 2 sichtbaren
Rechts-/Links-Schiebers 31 vom Benutzer bewegt.
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Falls
gewünscht
kann das Elektronikmodul 8 eine nicht weiter gezeigte,
an sich bekannte Überwachungsschaltung
zur Überwachung
der Temperatur, des Stromes o. dgl. enthalten. Dadurch ist bei einer Übertemperatur,
eines Überstromes
o. dgl. der Betrieb des Elektromotors 4 zur Vermeidung
von Beschädigungen
abschaltbar. Ein Leuchtmittel, wie eine Glühlampe, eine Leuchtdiode, LED
o. dgl., kann zur Anzeige einer Übertemperatur,
einer Unterspannung o. dgl. mit der Überwachungsschaltung in elektrischer
Verbindung stehen, um so dem Benutzer den jeweiligen Zustand des
Elektrowerkzeugs 1 zu visualisieren.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Sie
umfaßt
vielmehr auch alle fachmännischen
Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten
Erfindung. So kann die erfindungsgemäße Ansteuereinrichtung 7 nicht
nur in Elektrowerkzeugen 1 Verwendung finden, sondern kann
auch in sonstigen Elektrogeräten,
wie Elektrohaushaltsgeräten,
Elektrogartengeräten,
Werkzeugmaschinen, Steuergeräten
o. dgl. vorteilhaft eingesetzt werden.
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- 1
- Elektrowerkzeug
- 2
- Gehäuse (von
Elektrowerkzeug)
- 3
- Handgriff
- 4
- Elektromotor
- 5
- Werkzeug
- 6
- Werkzeugaufnahme
- 7
- Einrichtung
zur Ansteuerung von Elektromotor/Ansteuereinrichtung
- 8
- Elektronikmodul
- 9
- Leistungsschaltung
- 10
- Steuerschaltung
- 11
- Leistungshalbleiter
- 12
- Schaltmodul
- 13
- Betätigungsorgan
- 14
- Stößel
- 15
- Sollwertgeber
- 16
- Träger
- 17
- Aufnahme
(am Träger)
- 18,
19:
- Leiterplatte
(für Elektronikmodul)
- 20
- Abstandhalter
- 21
- Kühlkörper
- 22
- Halteklammer
- 23
- Bohrung
(im Träger)
- 24
- (weitere)
Aufnahme (am Träger)
- 25
- (elektrischer)
Anschluß
- 26
- Leiterplatte
(von Sollwertgeber)
- 27
- Kontaktfläche (für Sollwertgeber)
- 28
- Kontaktfläche (für Rechts-/Links-Stellung)
- 29
- Schleifer
- 30
- Umschalthebel
- 31
- Rechts-/Links-Schieber
- 32
- Energiespeicher/Akku
- 33
- Kontaktbrücke
- 34
- Lasche