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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Zusatzgerät, insbesondere Staubsaugegerät, zu einem Elektrowerkzeug,
mit einer Stromerkennungseinrichtung zur Erkennung eines Stromflusses
in einem Stromleiter für
die Stromversorgung des Elektrowerkzeuges und zur Zuschaltung des
Zusatzgerätes
bei Betrieb des Elektrowerkzeuges.
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Bei
der Bearbeitung von Werkstücken
mit Elektrowerkzeugen können
oftmals Schadstoffe oder Stäube
auftreten. So entstehen bei zerspanenden Elektrowerkzeugen, wie
beispielsweise bei Bohr-, Schleif- und Sägemaschinen Stäube und
Späne oder bei
Schweiß-
und Spritzautomaten giftige Dämpfe. Da
diese Schadstoffe oder Stäube
meist eine Gefährdung
für die
Umgebung darstellen, müssen
sie möglichst
unmittelbar bei ihrer Entstehung beseitigt werden. Während des
Betriebes dieser Elektrowerkzeuge wird folglich parallel ein beigestelltes
elektrisches Zusatzgerät,
wie zum Beispiel ein Staubsaugegerät, betrieben, um die beim Betrieb
der Elektrowerkzeuge entstehende Schadstoffe oder Stäube nahe
dem Entstehungsort und zügig
abführen
zu können.
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Für einen
bedienerfreundlichen, parallelen Betrieb beider Geräte (Elektrowerkzeug
und Zusatzgerät)
sind im Stand der Technik Ausführungen
von Zusatzgeräten
bekannt, die einen elektrischen Anschluss für das Elektrowerkzeug und eine
integrierte Stromerkennungseinrichtung aufweisen. Sobald das am
Zusatzgerät
elektrisch angeschlossene Elektrowerkzeug eingeschaltet wird, erkennt
die in der Stromerkennungseinrichtung des Zusatzgerätes befindliche
Elektronik, zum Beispiel über
einen Übertrager, den
Stromfluss für
den Betrieb des Elektrowerkzeuges, und schaltet das Zusatzgerät automatisch
ein. Somit muss der Betreiber des Elektrowerkzeuges mit Beginn beziehungsweise
Abschluss des Arbeitsvorganges nicht gleichzeitig zwei Geräte zu- beziehungsweise
abschalten.
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Nachteilig
an der vorbeschriebenen Lösung nach
dem Stand der Technik ist, dass über
die Netzanschlussleitung des Zusatzgerätes der Summenstrom vom Stromfluss
des Elektrowerkzeuges und des Zusatzgerätes fließt und die anschließbare elektrische
Leistung für
beide Geräte
durch den Querschnitt der Netzanschlussleitung des Zusatzgerätes begrenzt
ist. Zum Beispiel verfügt
ein Staubsauger mit einer Eigenleistung von 1100 W bei einem Mittelspannungsanschluss
von 230 V eine maximale Netzanschlussleistung von 2500 W, so dass
nur 1400 W anschließbare
Leistung für
das Elektrowerkzeug zur Verfügung
steht. Noch weiter reduziert ist die anschließbare Leistung für das Elektrowerkzeug
bei einem Niederspannungsanschluss des Staubsaugers mit 120 V. Hier
ist bei gleicher Eigenleistung des Staubsaugers von 1100 W eine
maximale Netzanschlussleistung von 1600 W gegeben, so dass, nur 500
W anschließbare
Leistung für
das Elektrowerkzeug möglich
ist. Diese zur Verfügung
stehenden anschließbaren
Leistungen sind für
den Betrieb besonders leistungsintensiver Elektrowerkzeug häufig zu gering.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Zusatzgerät nach der gattungsgemäßen Art
dahingehend zu verbessern, dass die anschließbare Leistung des Elektrowerkzeuges
nicht durch die Anschlussleitung des Zusatzgerätes begrenzt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass die Stromerkennungseinrichtung einen Stromsensor aufweist,
mit dem der Stromfluss im Stromleiter kontaktlos erfassbar ist.
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Somit
muss das Elektrowerkzeug zur Erfassung des Stromflusses in seinem
Stromleiter nicht mit dem Zusatzgerät beziehungsweise der Stromerkennungseinrichtung
elektrisch gekoppelt sein. Da der Stromfluss in diesem Stromleiter
erfindungsgemäß ohne direkten
elektrischen Kontakt zum Stromleiter erfasst wird, kann das Elektrowerkzeug
auch unabhängig
vom elektrischen Anschluss des Zusatzgerätes betrieben und mit einer
eigenen Absicherung separat an das Stromversorgungsnetz angeschlossen
werden. Die Anschlussleistung des Elektrowerkzeuges ist folglich
nicht mehr durch den Querschnitt der Netzanschlussleitung des Zusatzgerätes begrenzt.
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In
einer vorzugsweisen Ausführungsform
erfolgt die Stromerkennung des Stromflusses im Stromleiter mittels
eines Hallsensors oder eines induktiven Sensors.
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Durch
den stromdurchflossenen Stromleiter wird ein den Stromleiter umgebendes
Magnetfeld erzeugt. Wird ein stromführender Hallsensor mit diesem
Magnetfeld in Wirkverbindung gebracht, kann dieser berührungslos
die Stromstärke
in diesem Stromleiter messen. Dieser Messwert kann von der Stromerkennungseinrichtung
als Signal zur Zuschaltung des Zusatzgerätes entsprechend weiterverarbeitet
werden.
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Unter
Verwendung beispielsweise dieses Hallsensors genügt es für die Erfassung des Stromflusses
im Stromleiter, wenn eine isolierte Netzanschlussleitung des Elektrowerkzeuges
durch den Wirkungsbereich des Stromsensors verläuft, in welchem der Stromsensor
den Stromfluss in der Netzanschlussleitung erfasst. Vorzugsweise
wird die in einer separaten Steckdose angeschlossene Netzanschlussleitung
des Elektrowerkzeuges in unmittelbarer Nachbarschaft zum Stromsensor
und innerhalb des Wirkungsbereiches des Stromsensors am Zusatzgerät vorbeigeführt.
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Dabei
ist es möglich,
dass die Netzanschlussleitung durch das Zusatzgerät hindurch
verlegt oder außerhalb
des Zusatzgerätes
an diesem angelegt wird.
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Hat
das Zusatzgerät
eine Einhängung,
insbesondere eine Einhängelasche
zur lösbaren
Halterung der Netzanschlussleitung, kann diese Netzanschlussleitung
leicht und handlich am Zusatzgerät ein-
und ausgehängt
werden. So können
in unkomplizierter Handhabung die Netzanschlussleitungen verschiedener
Elektrowerkzeuge mit dem Zusatzgerät kombiniert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die
zugehörige Zeichnung
zeigt in
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1 eine
schematische, sinnbildliche Darstellung eines Staubsaugegerätes mit
dem erfindungsgemäßen Stromsensor,
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2 eine
Ausführungsform
der Sensoreinheit, sowie
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3 eine
zugehörige
Blockschaltung.
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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Das
Staubsaugegerät 1 ist
ein Zusatzgerät 1 zu
einem Elektrowerkzeug 2, wie zum Beispiel eine Handschleifmaschine 2.
Beim Betrieb der Handschleifmaschine 2 an einem nicht dargestellten
Werkstück
entsteht Schleifstaub, der vom Staubsaugegerät 1, das der Handschleifmaschine 2 beigestellt
ist, abgesaugt wird. Das Staubsaugegerät 1 enthält in einem
fahrbaren Gehäuse 3 einen
motorgetriebenen Saugventilator 4 und einen Staubbehälter 5,
in dem der abgesaugte Staub gesammelt wird. An einem Saugstutzen
des Staubbehälters 5 ist
eine Saugleitung 6 mit einem Saugtrichter 7 angeschlossen. Durch
den Betrieb des Saugventilators 4 wird der Staub vom Saugtrichter 7 erfasst
und in den Staubbehälter 5 gefördert. Über eine
Netzanschlussleitung 8 ist das Staubsaugegerät 1 mit
einer Steckdose 9 des öffentlichen
Stromversorgungsnetzes verbunden. Das Staubsaugegerät 1 birgt
in seinem Gehäuse 3 außerdem eine
Stromerkennungseinrichtung 10 mit einem als Hallsensor 11' ausgebildeten
Stromsensor 11.
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An
der Außenseite
des Gehäuses 3 ist
eine Netzanschlussleitung 12 des Elektrowerkzeuges 2 mittels
zweier Einhängelaschen 13 lösbar eingehängt, so
dass diese Netzanschlussleitung 12 in diesem Bereich nahe
an dem Zusatzgerät 1 vorbeiführt und
sich in unmittelbarer Nähe
des im Inneren des Gehäuses 3 angeordneten
Hallsensors 11' der
Stromerkennungseinrichtung 10 befindet. Die Netzanschlussleitung 12 des
Elektrowerkzeuges 3 verläuft somit vom Ausgang am Elektrowerkzeug 3 durch
den Wirkungsbereich des Hallsensors 11' hindurch und ist über eine
separate Steckdose 14 mit dem öffentlichen Stromversorgungsnetz
verbunden.
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Der
separate Anschluss an das öffentliche Stromversorgungsnetz
ermöglicht
einen von der Netzanschlussleitung 8 des Staubsaugegerät 1 unabhängigen Betrieb
des Elektrowerkzeuges 2.
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Wird
das Elektrowerkzeug 2 angeschaltet, fließt ein Strom
durch die Netzanschlussleitung 12 des Elektrowerkzeuges 2 für den Betrieb
des Elektrowerkzeuges 2. Dieser Strom wird durch den Hallsensor 11' erkannt und
erfasst. Der erfasste Messwert des Stromes dient der Stromerkennungseinrichtung 10 als
Signal zur Zuschaltung des Staubsaugegerätes 1 über ein
angesteuertes Schaltelement 15, das den Stromfluss in der
Netzanschlussleitung 8 des Staubsaugegerätes 1 für den Antrieb
des Saugventilators 4 freigibt. Damit wird mit dem Betriebsstart
des Elektrowerkzeuges 2 das Staubsaugegerät 1 zur selbsttätigen Absaugung
des entstehenden Staubanfalls automatisch zugeschaltet.
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Die
erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht,
dass verschiedenen Elektrowerkzeuge 2 mit beliebig großer Anschlussleistung
für einen
automatischen Parallelbetrieb mit dem Staubsaugegerät 1 kombiniert
werden können.
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Zur
zuverlässigen
Funktion der Erfindung ist es vorteilhaft, den Stromsensor 11 derart
auszubilden, dass er selektiv nur auf die durch die Netzanschlussleitung 12 vermittelten
Magnetfelder anspricht und nicht durch störende Magnetfelder aus anderen
Quellen beeinflusst wird.
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In
einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform ist die Stromerkennungseinrichtung 10 daher
durch einen induktiven Kompensationssensor beziehungsweise Induktionssensor 11'' realisiert. Diese Ausführungsform
wird in 2 und 3 gezeigt.
Zweckmäßig wird
zu diesem Zweck im Inneren des Gehäuses 3 des Staubsaugegeräts 1 ein
Spulenpaar aus zwei Spulen 16, 17 angebracht,
welches an der Innenseite in unmittelbarer Umgebung einer der oben
beschriebenen Einhängelaschen 13 positioniert ist.
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Der
Vorteil der Verwendung zweier Spulen 16, 17 besteht
darin, den Stomsensor 11 derart realisieren zu können, dass
er von magnetischen Störfeldern
in der Umgebung des Staubsaugegeräts 1 nicht beeinträchtigt wird.
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Das
Spulenpaar ist dabei derart verschaltet, dass die Wicklungsrichtungen
der beiden einzelnen Spulen 16, 17 entgegengesetzt
orientiert sind. Sie sind dabei bezüglich der Geometrie und Wicklungszahl
derart bemessen, dass ein näherungsweise
homogenes magnetischen Wechselfeld, welches beispielsweise von Geräten in größerem Abstand
erzeugt wird, in beiden Spulen 16, 17 eine Spannung gleichen
Betrags, jedoch entgegengesetzten Vorzeichens induziert. Das kann
zum Beispiel dadurch erfolgen, dass die beiden Spulen 16, 17 gleiche
Geometrie haben, beispielsweise mit einem Durchmesser von 5 mm,
und dicht nebeneinander angeordnet sind, beispielsweise mit einem
Abstand von 5 mm zueinander. Bevorzugt weisen die Spulen 16, 17 jeweils einen
Durchmesser auf, der dem Durchmesser der Netzanschlussleitung 12 entspricht.
Die an den Spulen 16, 17 in Summe abgegriffene
Spannung verschwindet aus diesem Grunde im Falle nahezu homogener
Magnetfelder, wie sie von Feldquellen generiert werden, die sich
in einem Abstand zu den Spulen 16, 17 befinden,
der im Vergleich zum Abstand der beiden Einzelspulen 16, 17 groß ist. (Multipolentwicklung
des Magnetfelds der Störquelle
in Terme proportional zu Potenzen des Abstands der Störquelle
zu den Sensorspulen).
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Die
an den Spulen 16, 17 abgegriffene Spannung kann,
wie in 2 gezeigt, einem Messverstärker 18 zugeführt werden.
Zweckmäßig verfügt der Messverstärker 18 dabei über eine
Bandpasscharakteristik, welche nur die Netzfrequenz (50 Hz/60 Hz) passieren
lässt.
Die Amplitude der verstärkten
Induktionsspannung kann dann in einer Vergleichseinheit 19 mit
einem Schwellwert verglichen werden. Dabei ist die Vergleichseinheit 19 zum
Beispiel analog über einen
Komparatorschaltkreis ausgeführt,
oder alternativ mit Hilfe eines Mikrocontrollers digital realisiert. Abhängig vom
Erreichen oder nicht Erreichen des Schwellwerts kann dann das Schaltelement 15 aktiviert
werden, welches den Saugventilator 4 ein- oder ausschalten
kann.
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Da
das Spulenpaar 16, 17 derart ausgebildet ist,
dass der Abstand der beiden Spulen 16 und 17 vergleichbar
ist mit dem Abstand der einzelnen Spulen 16, 17 zu
der in der Einhängelasche 13 fixierten Netzanschlussleitung 12,
kann das Streufeld der Netzanschlussleitung 12 jedoch nicht
als homogen betrachtet werden. Das heißt, dass bei in der Netzanschlussleitung 12 fließendem Strom
in der Spule 16 eine Induktionsspannung eines anderen Betrags
induziert wird als in der Spule 17. Das heißt, dass
dieser Induktionssensor 11'' besonders selektiv
auf inhomogene Felder anspricht, welche in der unmittelbaren Umgebung
der Sensorspulen 17, 16 erzeugt werden. Diese
selektive Charakteristik kann zum Beispiel durch Einbau eines sogenannten
(magnetischen) Topfkerns 21 noch verbessert werden. Eines Topfkerns 21,
der im Wesentlichen topfförmig
ausgebildet ist und zweckmäßig an der
dem Gehäuse 3 zugewandten
Seite geöffnet
und an der dem Gehäuse 3 abgewandten
Seite geschlossen ist. Im Ergebnis kann so der Einfluss von Störmagnetfeldern
reduziert werden, welche im Inneren des Gehäuses 3 zum Beispiel
durch den Saugventilator 4 erzeugt werden können.
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Zweckmäßig ist
die Stärke
des Gehäusematerials
des Staubsaugegeräts 1 in
der Umgebung der Spulen 16, 17 besonders klein
ausgeführt
(1-2 mm). Die betrachtete Einhängelasche 13 ist
zweckmäßig so ausgebildet,
dass ihre Konstruktion sicherstellt, dass die Netzanschlussleitung 12 an
einer definierten Position in der Nähe der Spulen 16, 17 gehaltert wird.
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Die
Erfindung ist dabei nicht auf die Verwendung zweier einzelner, identisch
ausgeformter (Empfangs-)Spulen beschränkt.
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Das
Ziel der Unterdrückung
homogener Magnetfelder zur selektiven Detektion von Feldinhomogenitäten, so
dass der Stromsensor
11 unempfindlicher auf magnetische
Störfelder
reagiert, kann auch durch alternative Spulenkonfigurationen realisiert werden.
Hierbei kann insbesondere auf den Stand der Technik bekannter induktiver
Kompensationssensoren zurückgegriffen
werden, vergleiche zum Beispiel
CA
2321953 ,
EP
1 092 989 A1 oder
DE 10 2004 047 190 A1 , und insbesondere auch
eine Mehrzahl von Kompensationsspulen verwendet, oder diese durch
Leiterbahnenschleifen auf einer Leiterplatte realisiert werden.
Die
CA 2321953 beschreibt
eine Induktionssensorvorrichtung zum Erfassen von eisenhaltigen
Objekten, die in einem Medium eingeschlossen sind, mit einem Sendespulenpaar,
zur Erzeugung eines wechselnden magnetischen Felds, und mit einer
Empfangsspule zur Erfassung von Störungen des magnetischen Felds,
die von dem eisenhaltigen Objekt verursacht werden. Dabei sind die
Sendespulen beabstandet voneinander derart angeordnet, dass sie
keine überlappenden
Windungsebenen aufweisen, die in der gleichen geometrischen Ebene angeordnet
sind. Innerhalb der Sendespulen ist jeweils eine Empfangsspule in
Bezug zu der jeweiligen Achse der Sendespulen derart angeordnet,
dass im Wesentlichen keine Spannung (in die Empfangsspulen) induziert
wird, solange sich kein eisenhaltiges Objekt in der näheren Umgebung
befindet. Ebenfalls ist die Verwendung der aus der
EP 1 092 989 A1 bekanten
Vorrichtung denkbar. Hierbei wird ein System zur Magnetfelderregung
nicht nur durch primäre
Sendespulen beziehungsweise Erregerspulen gebildet, sondern es werden
zusätzlich
Trimm-Windungen und so genannte Korrekturwindungen hinzugefügt. Der Unterschied
zwischen Trimm- und Korrekturwindungen ist dabei der, dass die Korrekturwindungen
mit der primären
Erregerspule in Reihe geschaltet sind und somit immer mit dem gleichen
Strom durchflossen werden, während
die so genannten Trimm-Windungen mit einem justierbaren Bruchteil
des in den Korrektur- und Erregerspulen fließenden Stroms beschickt werden
können.
Auf diese Art kann erreicht werden, dass sich bei Abwesenheit metallischer
Objekte in der Umgebung des Sensors in den Detektorspulen beziehungsweise
Empfangsspulen keine induzierte Spannung ergibt. Auch mittels des
in der
DE 10 2004
047 190 A1 offenbarten Detektors zur Ortung metallischer
Objekte kann die Unterdrückung homogener
Magnetfelder zur selektiven Detektion von Feldinhomogenitäten realsiert
werden. Der Detektor weist eine Sendespule und zumindest zwei Empfangsspulen
auf, die induktiv miteinander gekoppelt sind, wobei die Empfangsspulen
koaxial zueinander, in einer Ebene angeordnet sind und die Sendespule
in einer dazu versetzten, das heißt in einer Z-Richtung verschobenen,
parallelen zweiten Ebene angeordnet ist. In der Nähe der Sendespule
sind Kompensationswindungen mindestens einer Empfangsspule ausgebildet.
Dabei werden Anzahl und Position der jeweiligen Kompensationswindungen
so dimensioniert, dass die Abhängigkeit
der induzierten Spannung im Detektorspulensystem von einer Fehlpositionierung
der Erregerspule in der Höhe,
das heißt
in Z-Richtung, möglichst
genau kompensiert wird. Eine geringfügige Fehlpositionierung der
Erregerspule in Z-Richtung wirkt sich auf die in den Empfangswicklungen
in der Summe induzierter Spannung somit nicht mehr aus.
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Der
Vorteil des Einsatzes mehrerer Kompensationsspulen besteht darin,
dass damit die Abhängigkeit
des Ansprechverhaltens des Sensors 11 von der genauen Position
der Netzanschlussleitung 12 reduziert werden kann.
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Zweckmäßig können die
Induktivitäten
als oberflächenbestückte Bauelemente
auf einer Leiterplatte angeordnet werden, die zum Beispiel innerhalb des
magnetischen Topfkerns 21 mechanisch gefasst ist. Besonders
geeignet erscheinen auf Topfkernen 21 aufgewickelte Speicherdrosseln,
wie sie zum Beispiel in Schaltreglern verwendet werden.
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Ebenso
ist denkbar, eine Kompensation, das heißt eine Unterdrückung homogener
Magnetfelder, in analoger Weise zu den obigen Ausführungen durch
zwei in enger Nachbarschaft angeordnete Hallsensoren zu realisieren.
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Der
Fachmann wird die oben dargestellten Merkmale der Ausführungsbeispiele
einzeln und in sinnvoller Kombination mit bekannten Verfahren und Methoden
aus dem Stand der Technik betrachten.