DE102005016604A1 - Electrical hand tool machine e.g. angle grinder, has drive motor that is designed as electronically commutated direct current motor, and drive arrangement for transmission of torque of motor to tool holder and including belt pulleys - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Handwerkzeugmaschine, beispielsweise in der Hand zu haltende elektrische Geräte wie Winkelschleifer, Kreissägen mit einem oder mehreren Sägeblättern, Maschinen zur Herstellung von Schlitzen oder Nuten, Säbelsägen oder ähnliche Geräte, bei denen eines oder mehrere Werkzeuge rotatorisch und/oder linear angetrieben werden.The The invention relates to an electric hand tool, for example Handheld electrical equipment such as angle grinders, circular saws with one or more saw blades, machines for making slits or grooves, reciprocating saws or similar devices in which one or more Rotary and / or linear driven tools.
Insbesondere bei bekannten Winkelschleifern und Kreissägen ist der elektrische Antrieb als Innenläufer ausgebildet, dessen Drehachse gegenüber der Drehachse des rotierenden Werkzeugs um 90° gedreht ist. Die Umlenkung erfolgt in der Regel über ein Winkelgetriebe. Mit dieser Anordnung sind im Wesentlichen folgende Nachteile verbunden:
- – Durch die Trägheit des Antriebs entsteht bei Drehzahländerungen (Anlaufen oder stoßartige Belastung während des Betriebs) ein Reaktionsmoment, welches zur Arbeitsrichtung in einem Winkel steht und unerwünschte Seitwärtsbewegungen bewirkt. Dadurch geht eine Gefährdung für den Anwender aus, da insbesondere rotierende Werkzeuge starke seitliche Kräfte im Eingriff erfahren.
- – Mit der Verwendung eines Winkelgetriebes zur Umlenkung der Drehrichtung geht eine entsprechende Lärmemission einher, die das Tragen eines Gehörschutzes unabdingbar macht.
- – Durch das Winkelgetriebe erlangen die Maschinen im Bereich der Werkzeuge meist eine baubedingte Größenordung, die den Arbeitsbereich des Werkzeugs in der Breite und im Abstand zur Drehachse wesentlich einschränkt.
- – Die für die Anwendungsgebiete der Maschinen erforderlichen hohen Drehzahlen bewirken an den Getrieben Verschleiß durch entsprechend hohe Belastungen, die die zulässige Einschaltdauer der Maschinen und deren Lebensdauer einschränken.
- - Für hohe Leistungen ist eine Auslegung des elektrischen Antriebs nötig, die wegen der großen rotierenden Massen die genannten Effekte verstärken, zum anderen einer kompakten Bauform der Maschinen entgegenstehen. Eine Ausgestaltung und ein Betrieb von elektrischen Handwerkzeugen mit Akku als Stromversorgung ist bisher aufgrund dieser Einschränkungen kaum praktikabel und in jedem Fall sehr teuer.
- - Due to the inertia of the drive arises at speed changes (tarnishing or shock-like load during operation), a reaction torque, which is at an angle to the working direction and causes unwanted sideways movements. This poses a threat to the user, since in particular rotating tools experienced strong lateral forces engaged.
- - With the use of an angular gear for deflecting the direction of rotation is accompanied by a corresponding noise emission, which makes the wearing of hearing protection essential.
- - Due to the angular gear, the machines in the field of tools usually obtain a construction-related order of magnitude, which limits the working range of the tool in the width and the distance to the axis of rotation substantially.
- - The high speeds required for the applications of the machines cause wear on the gearboxes by correspondingly high loads, which limit the permissible duty cycle of the machines and their service life.
- - For high performance, a design of the electric drive is necessary, which reinforce the above effects due to the large rotating masses, on the other hand oppose a compact design of the machines. An embodiment and operation of electric hand tools with battery as a power supply is so far hardly practicable due to these restrictions and in any case very expensive.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer elektrischen Handwerkzeugmaschine, bei der eines oder mehrere dieser Nachteile beseitigt sind und die sowohl hinsichtlich der Leistung, der physikalischen Eigenschaften und des mechanischen Aufbaus verbessert ist.task The invention relates to the provision of an electric hand tool machine, in which one or more of these disadvantages are eliminated and the both in terms of performance, physical properties and the mechanical structure is improved.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine elektrische Handwerkzeugmaschine gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Is solved This object by an electric hand tool according to claim 1. Preferred embodiments are specified in the subclaims.
Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine besitzt einen Antriebsmotor, welcher als elektronisch kommutierter Gleichstrommotor ausgeführt ist, mindestens eine linear und/oder rotierend bewegbare Werkzeugaufnahme, und eine Getriebeanordung zur Übertragung eines Drehmoments von dem Antriebsmotor auf die mindestens eine Werkzeugaufnahme, wobei die Getriebeanordnung eine Riemengetriebestufe und/oder eine Zahnradgetriebestufe umfasst.The Hand tool according to the invention has a drive motor which commutes as electronically DC motor is running, at least one linearly and / or rotationally movable tool holder, and a transmission assembly for transmission a torque from the drive motor to the at least one Tool holder, wherein the gear assembly is a belt transmission stage and / or a gear transmission stage.
Der elektronisch kommutierte Gleichstrommotor weist vorzugsweise eine elektronische Regelung auf und ist vorzugsweise ein Scheibenläufer, vorzugsweise mit eisen- und drahtlosem Stator und Permanentmagnet-bestücktem Rotor.Of the electronically commutated DC motor preferably has a electronic control and is preferably a pancake, preferably with iron and wireless stator and permanent magnet equipped rotor.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Abtriebswelle des Gleichstrommotors parallel zu der Welle der Werkzeugaufnahme und die Riemengetriebestufe ist zur Drehmomentübertragung zwischen diesen Wellen angeordnet. Die Kombination aus elektronisch kommutiertem Gleichstrommotor und Riemengetriebe bildet eine Handwerkzeugmaschine mit hohem Wirkungsgrad, sehr geringer Geräuschentwicklung und geringen Reaktionskräften.In A preferred embodiment is the output shaft of the DC motor parallel to the shaft of the tool holder and the belt transmission stage is for torque transmission arranged between these waves. The combination of electronic Commutated DC motor and belt transmission forms a hand tool high efficiency, very low noise and low Reaction forces.
In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen sind zwei Werkzeugaufnahmen vorgesehen, welche durch den Gleichstrommotor, vorzugsweise durch entsprechende Ausgestaltung der Getriebeanordnung gegenläufig, antreibbar sind.In Further preferred embodiments are two tool holders provided, which by the DC motor, preferably by appropriate Design of the gear assembly in opposite directions, can be driven.
Die zwei Werkzeugaufnahmen können zur Aufnahme unterschiedlicher Werkzeuge ausgestaltet sein. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit eines Multi-Funktionswerkzeuges.The two tool holders can be configured for receiving different tools. Thereby the possibility arises a multi-function tool.
Die durch das erfindungsgemäße Antriebskonzept erzielbaren Vorteile sind besonders wirksam wenn die Werkzeugaufnahme(n) zur Aufnahme von Werkzeugen zum Trennen ausgestaltet ist/sind, weil hier im Stand der Technik die unerwünschten Reaktionskräfte und Geräuschemissionen besonders stark ausgeprägt sind.The by the drive concept according to the invention achievable advantages are particularly effective when the tool holder (s) designed to accommodate tools for separating is / are because here in the prior art, the undesirable reaction forces and noise emissions particularly pronounced are.
Schließlich kann aufgrund des erfindungsgemäßen Antriebskonzeptes ein Gehäuse für die Maschine vorgesehen sein, in dem die Getriebeanordung und der Gleichstrommotor staubdicht und/oder wasserdicht eingeschlossen sind, um dadurch ein explosionsgeschütztes Gerät zu bildenFinally, can due to the drive concept according to the invention a housing for the Machine may be provided, in which the gear assembly and the DC motor dustproof and / or waterproof are enclosed, thereby an explosion-proof Device too form
Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.The The invention will now be described with reference to some embodiments on the attached Drawing closer described.
In der Zeichnung zeigen:In show the drawing:
Das Antriebskonzept der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine stellt eine grundlegende Verbesserung der in Bezug auf den Stand der Technik genannten Nachteile dar. Es besteht im wesentlichen aus einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor mit elektronischer Regelung, einer Getriebeanordnung mit Lagerung und einer Abtriebswelle mit Aufnahme für das oder die angetriebene(n) Werkzeug(e).The Drive concept of the hand tool of the invention provides a fundamental improvement in terms of the state of the art It consists essentially of an electronic Commutated DC motor with electronic control, a gear arrangement with storage and an output shaft with receptacle for or the driven tool (s).
Der für das Antriebskonzept vorgesehene Motor arbeitet praktisch verschleißfrei, da die Kommutierung elektronisch erfolgt. Der Motoraufbau ist flach und kompakt, da der Motor als sog. Scheibenläufer, vorzugsweise mit eisen- und drahtlosem Stator und Permanentmagnet-bestücktem Rotor aufgebaut sein kann. Ein Beispiel für einen geeigneten derartigen Motor sind die von der Firma "CoreMotion" angebotenen Scheibenläufermotoren. Aufgrund der verwendeten gedruckten Schaltung entfällt bei diesen Motoren jegliche Drahtwicklung am Stator – die Bahnführung der Schaltung ist bestmöglich für ein optimales elektrisches Feld ausgelegt. Der Rotor ist mit Permanentmagneten bestückt, so dass der Motor ohne jeglichen Eisenkern auskommt. Durch die elektrischen Eigenschaften des Motors gegenüber konventionellen elektrischen Motoren erfolgt so gut wie keine Erwärmung des Motors. Dadurch ist ein Wirkungsgrad von etwa 90% möglich, was auf kleinstem Bauraum hohe Leistung ermöglicht. Gleichzeitig bietet der Motor ein hohes Anlaufmoment und Nenndrehzahlen, die den für die genannten Applikationen üblichen Drehzahlen entsprechen. Der Motor arbeitet nahezu geräuschlos.Of the for the Drive concept provided engine works practically wear-free, since the commutation is done electronically. The engine body is flat and compact, since the engine is designed as a so-called disk rotor, preferably with iron and wireless stator and permanent magnet-equipped rotor can. An example for a suitable such motor are the pancake motors offered by the company "CoreMotion". Due to the used printed circuit is omitted These motors any wire winding on the stator - the web guide of the circuit is best possible for optimal electric field designed. The rotor is with permanent magnets stocked, so that the engine gets by without any iron core. By the electric Characteristics of the engine over Conventional electric motors are as good as no heating of the Engine. As a result, an efficiency of about 90% is possible, which High performance possible in the smallest space. At the same time offers the motor has a high starting torque and rated speeds that are specified for the above Applications usual Correspond to speeds. The engine works almost noiselessly.
Die Drehzahlregelung kann neben einer festen oder variablen mechanischen Übersetzung auch elektronisch an der Steuerung des Motors erfolgen. Dies ermöglicht gegenüber den meisten genannten Geräten mit fester Drehzahl die Möglichkeit, die Drehzahl hinsichtlich des verwendeten Werkzeugs und des zu bearbeitenden Materials zu optimieren.The Speed control can be in addition to a fixed or variable mechanical translation also be done electronically to the control of the engine. This allows compared to the most of the mentioned devices fixed speed the possibility the speed with regard to the tool used and the tool to be machined Optimize materials.
Eine Drehrichtungsänderung ist ohne die Notwendigkeit eines schaltbaren Getriebes möglich. Auch eine unterschiedliche getriebeseitige Übersetzung, die durch Richtungsumkehr des Motors geschaltet wird, ist möglich.A Changing direction of rotation is possible without the need for a switchable transmission. Also a different gearbox-side translation, the direction reversal the engine is switched is possible.
Die Steuerung und der Motor werden üblicherweise über ein Schaltnetzteil mit Wechselspannung versorgt. Ebenso ist es möglich, die zum Betreiben notwenige Gleichspannung nicht im Gerät zu erzeugen, sondern durch einen Akku zuzuführen. Da die Leistungsaufnahme bei mit herkömmlichen Geräten vergleichbaren Leistungen wegen des hohen Wirkungsgrads wesentlich geringer ist, ist erstmals ein netzunabhängiger Betrieb dieser Geräte ohne Einschränkung möglich.The Control and the engine are usually over Switching power supply supplied with AC voltage. Likewise it is possible the not to generate necessary DC voltage in the device to operate but fed by a battery. As the power consumption comparable with conventional devices Power is much lower because of the high efficiency, is for the first time a network independent Operation of these devices without restriction possible.
Aufgrund der Verschleißarmut von Riemengetrieben, der dämpfenden Eigenschaften bei stoßartiger Belastung, des geringen Laufgeräusches, eignet sich ein solches vorzugsweise, um die Rotation des Motors auf die Abtriebswelle zu übertragen. Wegen der vom Achsabstand unabhängigen Verwendung sind zum einen kompakte Bauformen, zum anderen auch applikationsspezifische Sonderlösungen möglich. Bei Verwendung von Zahnriemen ist auch eine exakte Synchronisierung von Motor und Werkzeug möglich.by virtue of the low wear belt-driven, the steaming Properties at jerky Load, low running noise, Such is preferable to the rotation of the engine to transfer to the output shaft. Because of the distance from the center independent Use is on the one hand compact designs, on the other hand also application-specific Special solutions possible. at Use of timing belt is also an exact synchronization of engine and tool possible.
Grundsätzlich ist ein Stirnradgetriebe mit einer oder mehreren Stufen ebenso denkbar.Basically a spur gear with one or more stages also conceivable.
Das Gehäuse umfasst sämtliche Komponenten des Antriebs. Aufgrund der geringen Wärmeentwicklung des gesamten Antriebs ist erstmals bei genannten Geräten ein vollständig geschlossenes Gehäuse denkbar. Dies bedingt wegen fehlender Luftströme zum Kühlen ein nochmals reduziertes Betriebsgeräusch; auch sind so explosionsgeschütze Geräte möglich.The casing includes all Components of the drive. Due to the low heat development of the entire drive is for the first time in the mentioned devices Completely closed housing conceivable. This requires due to lack of air currents for cooling a further reduced Operating noise; Also, such explosion-proof devices are possible.
Wie
aus der
Das
in
Variante
A (siehe
Diese Variante eignet sich auch dazu, die rotatorische in eine lineare Bewegung zu überführen und zum Beispiel eine Säbelsäge mit einem Sägeblatt anzutreiben.These Variant is also suitable for turning the rotary into a linear one To convict movement and for example, a saber saw with a sawblade drive.
Variante
B (siehe
Diese Variante kann verwendet werden, wenn verwendete Werkzeuge bestimmte Drehzahlbereiche erforderlich machen, die bisher nur über ein Schaltgetriebe oder ein eigenständiges. Gerät realisiert werden konnten. Als Beispiel können bei Schleifscheiben die Arbeitsgänge Trennen, Schruppen und Schlichten verwendet werden, wobei letzter Idealerweise höhere Drehzahlen bedingt. Ebenso ist ein Gerät für die kombinierte Anwendung von Sägen und Schleifen denkbar. Praktisch kann durch eine konstruktive Anpassung der Aufnahme der unterschiedlichen Werkzeuge erreicht werden, dass diese nur auf die Aufnahme mit der geeigneten Drehzahl adaptiert werden können.These Variant can be used if specific tools used Required speed ranges, previously only a manual transmission or an independent one. Device realized could become. As an example for grinding wheels the operations Cutting, roughing and finishing are used, the last ideal higher Speeds conditionally. Likewise, a device for the combined application of saws and Grinding conceivable. Practically, through a constructive adaptation the inclusion of different tools can be achieved these are adapted only to the recording with the appropriate speed can be.
Variante
C (siehe
Die Gegenläufigkeit von zwei Werkzeugen ermöglicht – vorzugsweise bei gleicher Drehzahl – eine Aufhebung der resultierenden Kräfte im Eingriff (Schnittkräfte). Denkbar ist zum Beispiel die Gegenläufigkeit von zwei Kreissägeblättern oder zwei Trennscheiben. Je nach Abstand der Werkzeuge zueinander ist das kräftefreie Trennen bei doppelter Breite des Sägespalts (wenn die beiden Säge- bzw. Trennblätter mit geringem Abstand nebeneinander liegen) bis hin zur Einbringung von Schlitzen oder Nuten, wenn der Abstand der Trennblätter größer ist und einen Zwischenraum aufweisen (zum Beispiel zum Verlegen von Elektroleitungen) denkbar.The contrariness of two tools - preferably at the same speed - one Cancellation of the resulting forces engaged (cutting forces). It is conceivable, for example, the opposition of two circular saw blades or two cutting discs. Depending on the distance of the tools to each other the force-free Cutting at double the width of the sawing gap (if the two saw blades or release sheets with close to each other) to the introduction of Slots or grooves when the distance between the separator sheets is larger and have a gap (for example for laying electrical cables) conceivable.
Bei Überführung der rotatorischen in zwei gegenläufige lineare Bewegungen ist die Variante zur Umsetzung einer Säbelsäge mit gegenläufigem Hub geeignet.When transferring the rotational in two opposite directions linear movements is the variant for implementing a reciprocating saw with opposite stroke suitable.
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