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Die
Erfindung betrifft eine Elektrowerkzeugsteuerung für eine Antriebseinrichtung,
aufweisend eine einen Betriebszustand der Antriebseinrichtung beeinflussende
Steuerelektronik und ein eine Spannungsversorgung der Antriebseinrichtung
und/oder der Steuerelektronik bewirkendes Schaltelement.
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Stand der
Technik
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Steuervorrichtungen
für Elektrowerkzeuge mit
einer Antriebseinrichtung sind bekannt. Mittels einer derartigen
Steuervorrichtung wird die Antriebseinrichtung (zum Beispiel Elektromotor)
eines Elektrowerkzeugs (zum Beispiel Bohrmaschine, Schwingschleifer,
Tacker) beeinflusst. Das Elektrowerkzeug weist dafür üblicherweise
ein oder mehrere, vom Benutzer betätigbare Bedienelemente auf, sodass
der von der Steuervorrichtung eingestellte Betriebszustand vom Benutzer
vorgegeben werden kann. Eine Elektrowerkzeugsteuervorrichtung weist üblicherweise
mindestens ein Schaltelement auf und ist an seiner einen Seite an
einen Netzanschluss zur Stromversorgung angeschlossen. Auf der anderen Seite
des Schaltelements ist eine Steuerelektronik angeschlossen, die
die vom Schaltelement bereitgestellte Spannung abgreift und entweder
direkt oder in modulierter Form (zum Beispiel pulsweitenmoduliertes
Spannungssignal) an die Antriebseinrichtung weiterleitet. Durch
ein an den gewünschten
Betriebszustand entsprechend angepasstes Signal erzielt die Steuerelektronik
den gewünschten
Betriebszustand der Antriebseinrichtung.
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Im
Laufe des Fortschritts der genannten Elektrowerkzeuge hat sich die
Anforderung gestellt, dass Elektrowerkzeuge nach dem Einschalten
des Netzschaltbauteils (zum Beispiel eines Netzschalters) schnellstmöglich anlaufen
sollen. Insbesondere bei modernen Elektrowerkzeugen mit einem Mikrocontroller
ergibt sich hier ein unerwünschtes
verzögertes
Ansprechen des Elektrowerkzeugs. Es ist bekannt, die Einschaltdauer
des Elektrowerkzeugs dadurch zu verkürzen, indem die Elektronik
permanent mit Netzspannung versorgt wird. Da das Werkzeug dadurch
gewissermaßen
ständig
in Betrieb ist, entfallen Wartezeiten, die durch das Starten der
Elektronikversorgung entstehen. Auch zur Realisierung von Zusatzfunktionen,
wie zum Beispiel einer Wiedereinschaltsperre, ist eine permanente
Versorgungsspannung der Steuerelektronik, beziehungsweise mindestens
eines Teils davon, erforderlich. Dabei ist insbesondere bei Netzschaltbauteilen
mit zwei Schaltelementen (zweipolig trennend) eine permanente Versorgung
der Elektronik mit Spannung nur durch einen hohen Verdrahtungsaufwand
zu erzielen. Dies ist ungünstig,
da der Fertigungsaufwand und die Fertigungskosten unerwünscht hoch
sind.
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Vorteile der
Erfindung
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Erfindungsgemäß wird bei
einer Elektrowerkzeugsteuervorrichtung ein als Impedanz wirkendes,
das Schaltelement elektrisch überbrückendes Bypass-Bauteil
eingesetzt. Beim Arbeitseinsatz des Elektrowerkzeugs ist das Schaltelement
geschlossen und die Netzspannung wird über das Schaltelement und die
Steuerelektronik direkt oder moduliert an die Antriebseinrichtung
weitergeleitet. Ist der Arbeitsvorgang beendet und das Elektrowerkzeug
soll in einen Ruhezustand überführt werden,
so wird das Schaltelement geöffnet.
Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass der Benutzer ein Bedienelement
betätigt, welches
den Kontakt des Schaltelements öffnet.
Damit ist der direkte Stromfluss durch das Schaltelement unterbro chen.
Durch das das Schaltelement überbrückende Bypass-Bauteil
stellt sich nun die vorteilhafte Wirkung ein, dass nämlich ein
Strom über das
als parallel geschaltete Impedanz wirkende Bypass-Bauteil fließt und der
Steuerelektronik somit ein Ruhestrom zur Verfügung gestellt wird. Eine derartige
Steuervorrichtung lässt
sich kostengünstig
fertigen, da lediglich das Schaltelement überbrückt wird und die bekannte zusätzliche
Verdrahtung zur Steuerelektronik entfällt. Ferner wird die Steuerelektronik nun
nur noch während
des Arbeitsvorgangs (aktivierter Zustand) mit der vollen Netzspannung
beaufschlagt, während
sie im Ruhezustand nur noch mit einer erheblich reduzierten Spannung
versorgt wird. Dies reduziert die Belastung der Steuerelektronik, verbessert
den Wirkungsgrad und bewirkt eine höhere Zuverlässigkeit. Damit lässt sich
auch ein Energiesparmodus des Elektrowerkzeugs realisieren, um den
Stromverbrauch im Ruhezustand (deaktivierter Zustand) des Elektrowerkzeugs
so gering wie möglich
zu halten.
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Vorteilhafterweise
ist die Antriebseinrichtung als Elektromotor ausgebildet.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Elektrowerkzeugsteuervorrichtung mindestens
zwei, die Spannungsversorgung mindestens zweipolig trennende Schaltelemente
auf. Dadurch lässt
sich die Entkopplung des Elektrowerkzeugs vom Stromnetz im Ruhezustand
verbessern.
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Es
ist vorteilhaft, wenn jedem Schaltelement ein das Schaltelement
elektrisch überbrückendes
Bypass-Bauteil zugeordnet ist. Damit wird jede direkte Verbindung
zwischen Netzanschluss und der Antriebseinrichtung und/oder der
Steuerelektronik aufgehoben. Für
ein Elektrowerkzeug mit einem üblichen
zweipoligen Anschluss bedeutet dies, dass im Ruhezustand sowohl
der Phasenleiter als auch der Nullleiter jeweils durch ein Schaltelement
unterbrochen sind. Eine Verbindung zwischen dem Netzanschluss und
der Antriebseinrich tung und/oder der Steuerelektronik besteht dann
im deaktivierten Zustand nur noch über die entsprechenden Bypass-Bauteile.
Da ein einziges Schaltelement je nach Orientierung des Netzsteckers
in der Steckdose entweder dem Phasenleiter oder dem Nullleiter zugeordnet
sein kann, wird mit zwei Schaltelementen sichergestellt, dass die
direkte Durchleitung des Phasenleiters im Ruhezustand stets getrennt
ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das (mindestens
eine) Schaltelement und das (mindestens eine) Bypass-Bauteil in
einem Netzschaltbauteil integriert. Unter einem Netzschaltbauteil
soll dabei die Baugruppe eines Elektrowerkzeugs verstanden werden,
die, beispielsweise in einem Gehäuse,
das Schaltelement aufweist, also insbesondere ein Netzschalter.
Da sich mit einer erfindungsgemäßen Anordnung
die permanente Versorgung der Steuerelektronik sehr kompakt realisieren
lässt,
können
die genannten Elemente nun in das Netzschaltbauteil integriert werden.
Damit lässt
sich die Elektrowerkzeugsteuervorrichtung insgesamt mit weniger Bauraum
realisieren.
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Vorteilhafterweise
ist das Bypass-Bauteil als eine Schaltanordnung aufweisend einen
Widerstand und/oder einen Kondensator und/oder eine Spule ausgeführt. Dies
bedeutet, dass je nach Anforderung ein Bypass-Bauteil mit ohmschen
und/oder kapazitiven und/oder induktiven Anteilen verwendet werden kann.
Dabei müssen
die einzelnen Teile nicht diskret ausgeführt sein; vielmehr können auch
Bauteile verwendet werden, die als einfache oder komplexe Impedanzen
wirken.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Steuerelektronik eine
einen Schaltzustand des Netzschalters ermittelnde Detektionsvorrichtung
auf zur Schaltung der Steuerelektronik zwischen mindestens zwei
definierten Betriebszuständen.
Mittels der Detektionsvorrichtung kann die Schaltung dediziert in einen
gewünschten
Betriebszustand geschaltet werden. Wird in der Steuerelektronik
beispielsweise ein Mikrocontroller verwendet, so kann dieser Mikrocontroller
bei Erkennung eines Energiesparmodus in einen speziellen Schlafmodus
(sleep mode) geschaltet werden, um so den Stromverbrauch zu reduzieren, insbesondere
auf wenige μA.
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Mit
Vorteil ist die Detektionsvorrichtung eine Messvorrichtung zum Messen
einer Spannung, eines Stroms und/oder einer Netzwellenform. Damit
lässt sich
auf einfache Weise der Schaltzustand des (mindestens einen) Schaltelements
ermitteln.
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Vorteilhafterweise
ist einer der Betriebszustände
ein Ruhemodus, in dem die Steuerelektronik mit einer Standby-Spannung
gespeist wird. Dies bedeutet, dass die Steuerelektronik im Ruhemodus
gerade soviel Spannung erhält,
um eine in der Steuerelektronik vorgesehene Standby-Funktion auszuführen. Die
Standby-Spannung kann zur Versorgung eines Mikrocontrollers, einer
Standard-Phasenanschnittsteuerung, einer Elektronik zur Drehzahlregelung
oder anderen Funktionen des Elektrowerkzeugs verwendet werden.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Steuerelektronik
in das Netzschaltbauteil integriert. Dadurch lassen sich weitere
Bauraumeinsparungen realisieren.
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Vorteilhafterweise
ist der Steuerelektronik ein den Strom zur Antriebseinrichtung führendes, elektronisches
Leistungshalbleiterbauelement, insbesondere ein Triac, zugeordnet,
wobei das Leistungshalbleiterbauelement aus dem Netzschaltbauteil
herausgeführt
ist. Um der Antriebseinrichtung den im Betriebszustand benötigten Strom
schaltbar zuzuführen,
wird ein elektronisches Leistungshalbleiterbauelement verwendet.
Da dieses Leistungshalbleiterbauelement im Betrieb stets Wärmeleistung
abgibt, ist es vorteilhaft, wenn das Leistungshalbleiterbauelement
aus dem Netzschaltbauteil herausge führt ist, um so eine verbesserte
Kühlung
des Leistungshalbleiterbauelements zu erzielen.
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Vorteilhafterweise
ist das Leistungshalbleiterbauelement in einem Kühlluftstrom angeordnet. Da
es üblicherweise
schwierig ist, eine ausreichende Kühlung dieses Leistungshalbleiterbauelements
zu erzielen, wird das Leistungshalbleiterbauelement abgesetzt. Wird
das Leistungshalbleiterbauelement in einem Kühlluftstrom des Elektrowerkzeugs
platziert, der beispielsweise durch ein mit der Antriebseinrichtung
drehendes Lüfterrad
oder Turbinenrad erzeugt wird, so kann das Leistungshalbleiterbauelement sehr
gut gekühlt
werden.
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Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
Elektrowerkzeugsteuervorrichtung und
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2 eine
Steuerelektronik.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine Elektrowerkzeugsteuervorrichtung 1 für eine Antriebseinrichtung 10,
die hier als Elektromotor 12 ausgeführt ist. Die Steuervorrichtung 1 weist
zwei in einem Netzschaltbauteil 14 integrierte Schaltelemente 16 und
eine Steuerelektronik 18 auf, wobei jedem Schaltelement 16 ein
als Impedanz wirkendes, das jeweilige Schaltelement 16 elektrisch überbrückendes
Bypass-Bauteil 20 zugeordnet ist. Ferner ist der Steuervorrichtung 1 ein
zweipoliger Netzanschluss 22 mit einem Netzstecker 24 zugeordnet.
Die Schaltelemente 16 sind derart angeordnet, dass sie
die Stromleitung vom Netzanschluss 22 in Richtung der Steuerelektronik 18 zweipolig,
also auf beiden Leitungen, unterbrechen können. (Ebenso ist eine einpo lige
Unterbrechung möglich,
die sinngemäß in den
nachfolgenden Erläuterungen
mitzulesen ist.) Wie der 1 zu entnehmen ist, sind die
Bypass-Bauteile 20 jeweils derart angeordnet, dass sie mit
einem Anschluss an der dem Netzanschluss 22 zugewandten
Seite des Schaltelements 16 kontaktiert sind und mit einem
zweiten Anschluss an der dem Netzanschluss 22 abgewandten
Seite des Schaltelements 16 kontaktiert sind. Dies bedeutet, dass
im geöffneten
Zustand der Schaltelemente 16 eine galvanische Verbindung
zwischen dem Netzanschluss 22 und der Steuerelektronik 18 nur über die Bypass-Bauteile 20 besteht.
Aufgrund der wirksamen Impedanz der Bypass-Bauteile 20 liegt
im Ruhemodus, also bei geöffneten
Schaltelementen 16, nur eine im Vergleich zur Netzspannung
deutlich reduzierte Standby-Spannung an der Steuerelektronik 18 an.
Diese Standby-Spannung ist zu gering für den Betrieb des Elektromotors 12,
jedoch ausreichend, um bestimmte Funktionen innerhalb der Steuerelektronik 18 aktiv
zu halten. Sind die Schaltelemente 16 geschlossen (Arbeitsmodus),
so wird die Netzspannung direkt an die Steuerelektronik weitergeleitet.
In diesem Ausführungsbeispiel
sind die Bypass-Bauteile 20 als Widerstände 26 ausgeführt. Der
Benutzer schaltet zwischen dem Ruhemodus und dem Arbeitsmodus mittels
des Bedienelements 28. Bei einem Drücken des Bedienelements 28 schließen die Schaltelemente 16,
während
sie bei einem Loslassen des Bedienelements 28 öffnen. Im
Arbeitsmodus greift die Steuerelektronik 18 die vom Netzschaltbauteil 14 bereitgestellte
Spannung ab und gibt sie in direkter oder modulierter Form an den
Elektromotor 12 weiter. Dadurch wird der Betrieb des Elektromotors 12 und
des Elektrowerkzeugs erzielt. Die Steuerelektronik weist einen ersten
elektrischen Anschluss 30, einen zweiten elektrischen Anschluss 32,
einen ersten Motoranschluss 34 und einen zweiten Motoranschluss 36 auf.
(Die genannten Anschlüsse
bedürfen
keiner weiteren Erläuterung,
dienen jedoch zur Orientierung in der nachfolgend beschriebenen
Figur.)
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2 zeigt
eine Ausgestaltung einer Steuerelektronik 18, die über die
elektrischen Anschlüsse 30, 32 und
die Motoranschlüsse 34, 36 verfügt. Hauptbestandteile
der Steuerelektronik 18 sind der Mikrocontroller 38 mit
seinen Anschlüssen 40, 42, 44, 46 und 48,
sowie das Leistungshalbleiterbauelement 50, welches hier
als Triac 52 ausgeführt
ist. Am Anschluss 40 greift der Mikrocontroller 38 eine
Betriebsspannung VCC ab und ist an seinem Anschluss 42 über einen
Widerstand 54 und eine Diode 56 mit dem Nullleiter
GND verbunden. Der Anschluss 44 dient der Netzsynchronisation.
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Der
Anschluss 46 greift eine Spannung einer Detektionsvorrichtung 58 ab,
die hier als Spannungsmessvorrichtung 60 ausgeführt ist,
um den Schaltzustand der Schaltelemente 16 wie folgt zu
detektieren: Wird das Bedienelement 28 betätigt, das
Netzschaltbauteil 14 also eingeschaltet, steigt die Spannung zwischen
den elektrischen Anschlüssen 30, 32,
da nun direkt die Netzspannung anliegt. Da die Spannung zwischen
den elektrischen Anschlüssen 30, 32 ansteigt,
erhöht
sich auch die Spannung der als Spannungsteiler ausgeführten Spannungsmessvorrichtung 60.
Dieser Spannungsanstieg wird vom Mikrocontroller 38 ausgewertet,
und der Übergang
vom Ruhemodus in den Arbeitsmodus wird festgestellt. Grundsätzlich lassen
sich auch andere Verfahren zur Detektion des Schaltzustands der
Schaltelemente 16 verwenden. So können für eine störsichere Auswertung die Signale
der Detektionsvorrichtung als auch die der Netzsynchronisation sowie
eine Kombination der Auswertung beider Signale verwendet werden. (Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
weist die Spannungsmessvorrichtung 60 eine Diode auf, die jedoch
auch entfallen kann.)
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Über den
Anschluss 48 wird der Triac 52 gezündet, wenn
der Elektromotor 12 anlaufen soll. In diesem Fall wird
die am elektrischen Anschluss 30 anliegende Spannung VCC
zum Motoranschluss 36 geleitet.
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Stellt
der Mikrocontroller 38 fest, dass die Schaltelemente 16 geöffnet sind,
also lediglich eine Standby-Spannung anliegt, schaltet der Mikrocontroller 38 in
einen Schlafmodus und verbessert dadurch die Energieeinsparung.
Es ist vorteilhaft, wenn ein Mikrocontroller 38 mit einem
geringen Ruhestrom ausgewählt
wird. Der benötigte
Ruhestrom lässt
sich auf einfache Weise mittels der Widerstände 26 einstellen.