CN103402708A - 电气开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电气开关(5)、尤其是用于电器的电气开关(5)。所述电器可以是具有电动机的电动工具，例如蓄电池式电动工具和/或电网供电式电动工具，例如电钻、研磨机、电锯、电刨、角度研磨机或类似物。所述开关(5)具有两个用于供给电压、尤其是向蓄电池供给电压的电气供电接头(11、12)以及用于输送电压至电动机的电动机电气接头(13、14)。此外，所述开关(5)还具有用于执行电器中控制过程的控制电子元件(9)，例如微处理器、微控制器或类似物，其中，所述控制电子元件(9)尤其是借助软件来工作。另外，用于在所述控制电子元件(9)和外部装置(17)之间进行通信的数据线(15)可连接到所述开关(5)上，其中，尤其是所述电动机电气接头之一(14)用于所述数据线(15)。此外，本发明还涉及用于电气开关(5)与外部装置(7)通信的相应方法。

Description

电气开关
技术领域
本发明涉及根据权利要求1前序部分的电气开关。
背景技术
这样的开关用在电器中，其中，所述电器优选能够是具有电动机的电动工具，更确切地说是蓄电池式电动工具和/或电网供电式电动工具，尤其是电钻、研磨机、电锯、电刨、角度研磨机或类似物。然而所述电器还可以是家用电器，例如厨房用具、吸尘器或类似物。
此类电气开关具有两个用于供给电压、尤其是向蓄电池供给电压的电气供电接头以及两个用于输送电压至电动机的电动机电气接头。此外，该开关还具有用于执行电器中控制过程的控制电子元件，例如微处理器、微控制器或类似物。电动工具的电动机例如能够由控制过程以由用户预选的转速来运行，以便能够以适合于工件的方式加工工件。电动工具中的控制电子元件通常借助软件来工作。在制造开关时，该控制电子元件配备相应的软件。并未设置有软件的后续修改和/或调整。
发明内容
本发明所基于的任务是：通过如下方式进一步改进该电气开关：可以事后配备软件和/或事后修改软件。尤其是应当可以用新的应用软件从外部对电动工具开关进行编程。
这尤其是意味着应当提供如下的技术可能性：电动工具开关中的微控制器的非易失性程序存储器和/或数据存储器能够用新的内容、应用软件或其它数据进行编写。该内容应当在除了已经存在的接头、即接头蓄电池+、蓄电池-、电动机1以及电动机2以外尽可能无需另外附加电气接头的情况下从外部输送到电动工具开关，。
此外， 任务尤其是：针对所述问题情况寻找经济的解决方案并且在下面进行描述。
在这种类型的电气开关中，该任务通过权利要求1的表征特征得到解决。
在按照本发明的开关中，可设置用于在控制电子元件和外部装置之间进行通信的数据线，其中，尤其是所述电动机电气接头之一用于该数据线。换句话说，在有相应需要时该数据线能够为了在开关和外部装置之间进行数据传输而连接到所述一个电动机电气接头上。由此，该控制电子元件能够在需要时配备相应软件，使得尤其是提供了用于与电动工具开关进行通信的、目的在于将软件装载到嵌入式微控制器中的方法。本发明另外的拓展方案是从属权利要求的主题。
在简单的拓展方案中提出：针对通过数据线的数据传输使用异步串行数据协议。
此外，本发明提供了用于电气开关与外部装置通信的方法，该电气开关具有借助软件来工作的控制电子元件，其中，用于在控制电子元件和外部装置之间进行通信的数据线可连接到该开关上。在该方法中，所述电动机电气接头之一能够用于数据线上的数据传输。
在另一拓展方案中，所述外部装置是编程器，其方式使得可用应用软件对控制电子元件进行编程。
该开关通常具有操作机构，所述操作机构用于开关所述电气供电接头之一上的接通触头。然后提出：在接通该接通触头时激活该控制电子元件。在此，必要时还能够启动应用软件的流程(Ablauf)。
适宜地，应用软件存储在该控制电子元件的程序存储器中。在功能安全的拓展方案中，该控制电子元件具有引导装载程序软件(Boot-Loader-Software)，该引导装载程序软件用于用应用软件对控制电子元件进行编程。然后一方面进一步提出：在操作操作机构并且程序存储器中不存在应用软件时直接执行存在的引导装载程序软件。另一方面，在操作操作机构并且程序存储器中已经存在应用软件时仅在存在有预定义条件的情况下才启动存在的引导装载程序软件。该条件例如可以是：没有电动机连接到电动机电气接头上或电气供电接头上的供电电压处在特定值域内。
在另一简单但功能安全的拓展方案中，该引导装载程序软件能够在其运行期间监视用于数据传输的电动机接头的数据。所提供的串行输入数据能够由引导装载程序软件根据预给定协议收集。此外，输出数据能够由引导装载程序软件通过用于数据传输的电动机接头串行发送。
利用本发明获得的优点尤其是在于：电气开关、尤其是电动工具开关能够在无软件的情况下、更确切地说仅装配引导装载程序的情况下制成。由此的优点是：该软件能够事后根据客户愿望制作和修改。还能够向客户提供由较小的零件量组成的生产批次(Produktionslose)，客户然后又自行通过用期望的应用软件进行编程来构成变型(variantenbildung)。
附图说明
具有不同改进方案和拓展方案的发明实施例在附图中示出且在下文更详细地描述。其中：
图1示意示出具有电气开关的电动工具，其中，该电动工具的壳体局部剖示地示出；
图2示意示出与计算机相连的图1电气开关；
图3以原理框图示出为DC(直流电流)电动机而构造的电气开关；
图4示出用于数据传输的比特帧；
图5示出用于数据传输的命令响应帧；
图6示出用于数据传输的命令帧；
图7示出用于数据传输的响应帧。
具体实施方式
在图1中可见具有电动机2的电动工具1，电动机2用于驱动工具3。在此，电动工具1可以是蓄电池式电动工具和/或电网供电式电动工具。例如在图1中示出了蓄电池式电钻作为电动工具1，它利用来自以蓄电池方式的移动式能量存储器8的供电电压来运行。当然，该电动工具1还可以是研磨机、电锯、电刨、角度研磨机或类似物。
在电动工具1的壳体4中设置具有开关壳体10的开关5。该开关5被容纳在壳体4中，其方式使得开关5的可由用户手动移动的操作机构6从该壳体4中伸出。该开关5具有接触系统7，用于进行转换的操作机构6作用于该接触系统7，从而使来自能量存储器8的用于电动工具1、更确切地说尤其是用于运行电动机2的供电电压可由用户借助操作机构6接通和/或断开。为此，该开关5具有两个用于向蓄电池8供给电压的电气供电接头11、12以及两个用于输送电压至电动机2的电动机电气接头13、14。
最后，该开关5包括用于控制和/或调节电动机2的电气电路装置和/或电子电路装置。该电路装置用作控制电子元件9，其例如用于与由用户所移动的操作机构6的位置相应地设定和/或修改电动机2的转速。该控制电子元件9包括微处理器、微控制器或类似物且适宜地位于开关壳体10中。该借助软件来工作的控制电子元件9还用于执行电动工具1中的控制过程。如已经所述的，该控制电子元件9中的控制过程用于操控电动机2。对此，该控制电子元件9借助脉宽调制信号与由用户借助操作机构6所设定的转速相应地运行电动机2。然而，在需要时，该控制电子元件9还能够通过如下方式来执行另外的控制过程：在电气开关5中、例如在控制电子元件9的程序存储器16中存储相应的软件。在借助操作机构6接通电气供电接头11、12之一上的接通触头7时激活控制电子元件9且必要时启动相应应用软件的流程。
为了在电气开关5中存储相应软件，也或为了传输另外的数据，在开关5中设置有数据线15’。电动机电气接头13、14之一用于该数据线15’，更确切地说，当前情况下是电动机接头14，借此，内部数据线15’在电动机接头14和控制电子元件9之间建立连接。然后借助内部数据线15’以及另一外部数据线15，使控制电子元件9和外部装置17之间的通信成为可能，如在图2中示出的。该外部装置17当前是计算机，它用于从开关5中读出数据、用于将数据写入开关5和/或用于将相应软件传输到电气开关5上。因此，该计算机17能够作为编程器使用，其方式使得可用应用软件对控制电子元件9进行编程。出于简单的拓展方案目的，可连接到开关5的电动机接头14上的该数据线15构造成所谓的“单线连接”。然后，针对通过数据线15的数据传输，使用异步串行数据协议。
该控制电子元件9能够具有引导装载程序软件，该引导装载程序软件用于用应用软件对控制电子元件9进行编程。在由用户操作操作机构6并且程序存储器16中不存在应用软件时直接执行存在的引导装载程序软件。如果相反在程序存储器16中已经存在应用软件，那么仅在存在有预定义条件的情况下才启动存在的引导装载程序软件。该条件例如可以是：没有电动机2连接到电动机电气接头13、14上，例如在图2中参考仍未嵌入到电动工具1的壳体4中的电动工具开关5示出的。对此，另一预定义条件还能够在于：电气供电接头11、12上的供电电压位于特定的值域内。然后还能够以简单的方式用应用软件对已经嵌入到电动工具1的壳体4中的电动工具开关5进行编程。该引导装载程序软件在其运行期间监视用于数据传输的电动机接头14的数据。在此所提供的串行输入数据由引导装载程序软件根据预给定协议收集。输出数据由引导装载程序软件通过用于数据传输的电动机接头14串行发送。
可编程电动工具开关5的详细拓展方案在图3中可见。应当能够通过编程器17(见图2)从外部、即与交货状态相应地在密封(verschlossen)状态下对该电动工具开关5进行编程。对此，需要使用开关5的四个接头11、12、13、14，即蓄电池B+、蓄电池B-、电动机M1、电动机M2，而无须通过额外接头来拓展这些接头。在该小数量接头可能性的情况下，使用串行协议用于数据传输。借助该协议及额外的小软件、所谓的引导装载程序共同提供了如下可能性：从外部接收应用软件和应用数据、将所述应用软件和应用数据写入非易失性存储器16(见图1)中且出于控制目的重新读出所述应用软件和应用数据。
供电接头：
必须从外部向该微控制器9供给电流和电压，供电接头11(B+)和供电接头12(B-)用于此目的。在电动工具开关5的内部无较大的电路花费和/或软件花费(引导装载程序)时，这两个接头11、12不能用于数据传输。因此，接头11、12(B+和B-)继续用作纯粹的供电接头。
通信接头：
通过用于电动机2的顺时针旋转/逆时针旋转(R/L)的内部转换开关18，始终有两个电动机接头13、14之一与接头11(B+)相连，更确切地说，当前两个电动机接头13、14之一是电动机接头13(M2)。因此，仅剩余的第二电动机接头14(M1)仍作为通信接头。
用于操控电动机2的功率Mosfet 19和用于测量电动机2的电动机电流的电阻20能够用作微控制器9上的数据输出端22(SO：串行输出)和数据输入端21(SI：串行输入)的通信信道。因此，第二电动机接头14(M1)和微控制器9之间的在开关5中已经存在的连接用作内部数据线15’。
引导装载程序的激活：
通过按钮6(设置点)，供电接头12(B-)上的接通触头7能够被闭合。由此电子元件9被激活且微控制器9被启动。
1a. 如果程序存储器16中不存在应用软件，那么已经存在的引导装载程序软件直接被执行。
1b. 然而如果程序存储器16中已经存在应用软件，那么该应用软件启动且预定义条件用作启动引导装载程序的标准，例如没有电动机2连接在电动机接头13、14(M1和M2)上或供电电压在特定的范围内。
2. 该引导装载程序在其数据输入端21(SI)上监听数据是否通过通信接头14被提供。如果是这种情况，那么它能够根据特定协议来收集这些串行输入数据且必要时通过数据输出端22(SO)串行发送输出数据。
串行数据传输：
按照图2，在电动工具开关5和从外部连接的编程器17之间进行串行通信。为了使串行通信顺利地运转，该通信遵循预给定协议。串行数据传输能够是异步或同步的。使用异步数据传输。因为仅存在通信线15，所以该时钟(Takt)作为时帧由编程器17预给定且该编程器17和引导装载程序在该时间窗内进行通信。因此，虽然是异步数据传输，在发送器(编程器17)和接收器(电动工具开关5)之间仍实现同步。
数据传输频率容差：
这样的做法的优点在于：相对于例如RS232接口情况下约为±3%的容差范围，编程器17和电动工具开关5的同步允许较大的容差范围，约为±10%。因此，该优点有特别积极的影响，这是因为出于商业原因在微控制器9中仅能够使用便宜RC振荡器，它虽然几乎不能满足±3%的精确性，但是具有约为±10%的精确性。由此，如同在传统异步数据传输情况下，发送器和接收器彼此间的调谐不是必需的。因此，引导装载程序软件能够更简单地、也就是说更节省存储器地得到开发。
各个比特的传输(比特帧)：
数据的各个比特从编程器17传输至电动工具开关5以及又传输回去以时分复用方法进行，且因此是双向的。该时帧表示为在图4中示出的比特帧23。与图4相应地，待传输的比特由编程器17通过时钟比特(Clock，时钟)导入，接着是来自编程器17的数据比特(主，Host)且之后向引导装载程序提供一个比特长度的时隙供使用，以便在其侧将比特(设备)发送给编程器17。反向的时钟比特(Stop，停止)结束该时帧23。
命令和响应的传输：
按照图5，命令响应帧24(Command-Response-Frame)由24个比特帧23组成。该命令响应帧24根据通信方向分成命令帧和响应帧。
命令：
根据图6的命令帧25包含所有24个主比特，这些主比特分成16比特长的数据字(比特23-比特8)和8比特长的命令字节(比特7-比特0)。命令可以是对非易失性程序存储器和/或数据存储器16进行读取、删除和写。
响应：
响应帧26包含所有的设备比特，这些设备比特分成16比特长的数据字(比特23-比特8)和8比特长的响应字节(比特7-比特0)。命令之后是相应的响应，更确切地说命令之后读取存储器内容以及删除命令和写命令之后是确认。
通信和编程：
因此，借助所述方法存在如下可能性：由编程器17向电动工具开关5或向其微控制器9发送命令。因此，该编程器17能够将电动工具开关5置于如下状态：引导装载程序通过微控制器9被激活且等待命令。编程器17和开关5之间的通信由编程器17发起。在第一命令帧25的传输期间，引导装载程序以空的响应帧26响应。现在将另外的命令帧25发送给开关5的同时，该引导装载程序现在能够针对相应先前的命令将响应打包到响应帧26中。现在该编程器17能够继续处理这些响应、对此作出反应且又向引导装载程序发送新的命令。因此，微控制器9的非易失性存储器16能够被读出、删除且用新的内容、即应用软件和/或应用数据进行编写。
本发明不仅适合于直流电压(DC)电动工具，而且适合于包含用于控制的微控制器的交流电压(AC)电动工具。电网馈电的这种AC电动工具针对借助相位截止控制(Phasenanschnitt-Steuerung)和/或相位反向截止控制(Phasenabschnitt-Steuerung)的转速设定来工作。此外，本发明参考电动工具进行阐述，但并不限于所述的和示出的实施例。而是本发明还包括通过权利要求所限定的本发明范围内的所有专业的改进方案。因此，这样的具有编程接口的电气开关还能够应用在另外的电器中，例如应用在家用电器、园用工具或类似物上。
参考标记列表
1：电动工具
2：电动机
3：工具
4：(电动工具的)壳体
5：开关/电动工具开关
6：操作机构/按钮
7：接触系统/接通触头
8：能量存储器/蓄电池
9：控制电子元件/电子元件/微控制器
10：开关壳体
11、12：供电接头/接头
13、14：电动机接头/接头/通信接头
15、15’：数据线
16：程序存储器/存储器/程序存储器和/或数据存储器
17：外部装置/编程器
18：转换开关
19：功率Mosfet
20：电阻
21：数据输入端
22：数据输出端
23：比特帧/时帧
24：命令响应帧
25：命令帧
26：响应帧

Claims (9)

1. 一种电气开关，尤其是用于电器的电气开关，更确切地说，优选用于具有电动机(2)的电动工具(1)的电气开关，电动工具(1)例如是蓄电池式电动工具和/或电网供电式电动工具，例如电钻、研磨机、电锯、电刨、角度研磨机或类似物，所述电气开关具有两个用于供给电压、尤其是向蓄电池(8)供给电压的电气供电接头(11、12)，具有两个用于输送电压至所述电动机(2)的电动机电气接头(13、14)，并且具有用于执行所述电器中控制过程的控制电子元件(9)，例如微处理器、微控制器或类似物，其中，尤其是所述控制电子元件(9)借助软件来工作，其特征在于，可设置用于在所述控制电子元件(9)和外部装置(17)之间进行通信的数据线(15)，并且尤其是所述电动机电气接头(14)之一用于所述数据线(15)。
2. 根据权利要求1所述的电气开关，其特征在于，针对通过所述数据线(15)的所述数据传输使用异步串行数据协议。
3. 一种用于电气开关(5)与外部装置(17)通信的方法，所述电气开关(5)尤其是用于电器的电气开关(5)，更确切地说优选用于具有电动机(2)的电动工具(1)的电气开关(5)，所述电动工具(1)例如是蓄电池式电动工具和/或电网供电式电动工具，例如电钻、研磨机、电锯、电刨、角度研磨机或类似物，其中，所述开关(5)具有两个用于供给电压、尤其是向蓄电池(8)供给电压的电气供电接头(11、12)，其中，所述开关具有两个用于输送电压至所述电动机(2)的电动机电气接头(13、14)，其中，所述开关(5)具有用于执行电器中控制过程的控制电子元件(9)，例如微处理器、微控制器或类似物，并且其中，尤其是所述控制电子元件(9)借助软件来工作，其特征在于，用于在所述控制电子元件(9)和所述外部装置(17)之间进行通信的数据线(15)可连接到所述开关(5)上，并且其中尤其是所述电动机电气接头之一(14)用于所述数据线(15)上的数据传输。
4. 根据权利要求3所述的用于电气开关(5)与外部装置(17)通信的方法，其特征在于，所述外部装置(17)是编程器，其方式使得所述控制电子元件(9)可用应用软件进行编程。
5. 根据权利要求3或4所述的用于电气开关(5)与外部装置(17)通信的方法，其特征在于，所述开关(5)具有用于开关所述电气供电接头之一(12)上的接通触头(7)的操作机构(6)，并且优选在接通所述接通触头(7)时激活所述控制电子元件(9)且必要时启动应用软件的流程。
6. 根据权利要求3、4或5所述的用于电气开关(5)与外部装置(17)通信的方法，其特征在于，所述应用软件存储在所述控制电子元件(9)的程序存储器(16)中。
7. 根据权利要求3至6之一项所述的用于电气开关(5)与外部装置(17)通信的方法，其特征在于，所述控制电子元件(9)具有用于用应用软件对所述控制电子元件(9)进行编程的引导装载程序软件，并且在操作所述操作机构(6)并且所述程序存储器(16)中不存在应用软件时直接执行存在的引导装载程序软件。
8. 根据权利要求3至7之一项所述的用于电气开关(5)与外部装置(17)通信的方法，其特征在于，所述控制电子元件(9)具有用于用应用软件对所述控制电子元件(9)进行编程的引导装载程序软件，并且在操作所述操作机构(6)并且所述程序存储器(16) 中已经存在应用软件时仅在存在有预定义条件的情况下才启动存在的引导装载程序软件，其中，所述条件例如是：没有电动机(2)连接到所述电动机电气接头(13、14)上或所述电气供电接头(11、12)上的供电电压处在特定值域中。
9. 根据权利要求3至8之一项所述的用于电气开关(5)与外部装置(17)通信的方法，其特征在于，所述引导装载程序软件在其运行期间监视用于数据传输的电动机接头(14)的数据，并且优选所述所提供的串行输入数据由所述引导装载程序软件根据预给定协议收集，并且进一步优选所述输出数据由所述引导装载程序软件通过用于数据传输的电动机接头(14)串行发送。
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