-
Die Erfindung betrifft eine Elektrowerkzeugsteuervorrichtung für eine Antriebseinrichtung eines Elektrowerkzeugs, aufweisend eine einen Betriebszustand der Antriebseinrichtung beeinflussende Steuerelektronik und ein eine Spannungsversorgung der Antriebseinrichtung und der Steuerelektronik bewirkendes Schaltelement, das durch ein als Impedanz wirkendes-Bypass-Bauteil elektrisch überbrückt ist. Der Betriebszustand umfasst mindestens einen Ruhemodus, in dem das Schaltelement geöffnet ist, und einen Arbeitsmodus, in dem das Schaltelement geschlossen ist. Die Steuerelektronik weist ferner eine einen Schaltzustand des Schaltelements ermittelnde Detektionsvorrichtung auf zur Schaltung der Steuerelektronik zwischen dem Ruhemodus und dem Arbeitsmodus.
-
Stand der Technik
-
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.
-
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.
-
Aus der gattungsgemäßen Druckschrift
DE 199 51 747 C1 ist eine Bremsschaltung für einen Elektromotor eines Elektrowerkzeugs mit einer Steuerelektronik bekannt, die mit einem aus wenigstens zwei Umschaltern bestehenden Betriebsschalter zum Umschalten der Betriebsart des Elektromotors zwischen einem Motorbetrieb und einem Bremsbetrieb und mindestens einem Leistungsschalter besteht. Ferner ist in der Bremsschaltung ein Netztrennelement vorgesehen, durch das der Elektromotor nach Abschluss eines Gegenstrombremsbetriebs von der Versorgungswechselspannung getrennt wird. Parallel zu dem Netztrennelement ist eine Brücke mit einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator angeordnet, über die nach Abschluss des Gegenstrombremsbetriebs bei geöffnetem Netztrennelement ein kleiner Ruhestrom durch den Elektromotor fließt.
-
Aus der
DE 30 21 689 A1 ist eine Überlastsicherung für einen Elektromotor eines Elektrohandwerkzeugs bekannt, bei dem zur Temperaturüberwachung der durch Überlastung gefährdeten Wicklung des Elektromotors ein Temperaturfühler vorgesehen ist, durch den die Leistungsaufnahme bei Übertemperatur derart herabsetzbar ist, dass bei Erreichen der Übertemperatur über dem Temperaturfühler die vom Elektromotor aufnehmbare maximale Stromstärke herabgesetzt wird.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannten Steuervorrichtungen für Elektrowerkzeuge derart zu verbessern, dass deren Steuerelektronik bei verbessertem Wirkungsgrad und höherer Zuverlässigkeit insbesondere im Ruhe- bzw. Energiesparmodus deutlich geringer gelastet wird.
-
Vorteile der Erfindung
-
Erfindungsgemäß
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuerelektronik im Arbeitsmodus direkt von einer Netzspannung eines Netzanschlusses und im Ruhemodus von einer im Vergleich zur Netzspannung deutlich reduzierten Standby-Spannung derart versorgt wird, dass im geöffneten Zustand des Schaltelements eine galvanische Verbindung zwischen dem Netzanschluss und der Steuerelektronik nur über das Bypass-Bauteil besteht und die Steuerelektronik gerade so viel Spannung erhält, um eine in der Steuerelektronik vorgesehene Standby-Funktion auszuführen.
-
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 unterbrochen. 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.
-
Vorteilhafterweise ist die Antriebseinrichtung als Elektromotor ausgebildet.
-
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.
-
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 Antriebseinrichtung 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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Steuerelektronik in das Netzschaltbauteil integriert. Dadurch lassen sich weitere Bauraumeinsparungen realisieren.
-
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 herausgeführt ist, um so eine verbesserte Kühlung des Leistungshalbleiterbauelements zu erzielen.
-
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.
-
Zeichnungen
-
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine Elektrowerkzeugsteuervorrichtung und
-
2 eine Steuerelektronik.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
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 einpolige 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.)
-
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.
-
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.)
-
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.
-
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.
