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Die
Erfindung betrifft eine Elektrohandwerkzeugmaschine mit einem Hauptschalter
und mindestens einer Sicherheitseinrichtung zum Freigeben der Funktion
der Elektrohandwerkzeugmaschine.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Elektrohandwerkzeugmaschine, die
einen Hauptschalter und mindestens eine Sicherheitseinrichtung zum
Freigeben der Funktion der Elektrohandwerkzeugmaschine umfasst.
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Stand der Technik
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Elektrohandwerkzeugmaschinen
sowie Verfahren zum Betreiben dieser sind aus dem Stand der Technik
bekannt. Der Hauptschalter einer Elektrohandwerkzeugmaschine dient
dabei zum Ein- und Ausschalten und gegebenenfalls zum gestuften
oder stufenlosen Einstellen eines Betriebsparameters der Elektrohandwerkzeugmaschine.
Beispielsweise kann mittels des Hauptschalters die Drehzahl eines Elektromotors
der Elektrohandwerkzeugmaschine eingestellt werden. Auch ist es
bekannt, Elektrohandwerkzeugmaschinen mit einer Sicherheitseinrichtung zu
versehen, die beispielsweise mit dem Hauptschalter zusammenwirkt,
wie in der
DE 102
32 934 A1 offenbart. Die Sicherheitseinrichtung ist dabei
derart in die Elektrohandwerkzeugmaschine integriert, dass sie die
Funktion der Elektrohandwerkzeugmaschine freigeben oder unterbinden
kann, sodass im letzteren Fall trotz betätigtem Hauptschalter
die Elektrohandwerkzeugmaschine nicht benutzbar ist, da die Funktion
durch die Sicherheitseinrichtung nicht freigegeben ist. Durch die
Sicherheitseinrichtung soll beispielsweise unbeabsichtigtes Einschalten
der Elektrohandwerkzeugmaschine verhindert werden. Hierzu ist es
untere Anderem bekannt, sogenannte zweistufige mechanische Schalter
zu verwenden, sodass zwei Einschaltstufen notwendig sind um das
Gerät einzuschalten. Hierbei kann es sich um zwei voneinander
getrennte beziehungsweise beabstandete mechanische Schalter, die
an der Elektrohandwerkzeugmaschine angebracht sind, handeln, oder
um einen zwei Schaltefunktionen kombinierenden Schalter. Letzterer
kann beispielsweise derart konstruiert sein, dass zuerst ein Drücken,
dann ein Drehen oder umgekehrt erfolgen muss, um die Elektrohandwerkzeugmaschine
zu aktivieren. Derartige kombinierte Schalter sind jedoch kompliziert
und unpraktisch in der Bedienung, insbesondere wenn der Benutzer
der Elektrohandwerkzeugmaschine bei der Arbeit Handschuhe tragen
muss, die das Betätigen eines derartigen kombinierten Schalters
erschweren.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Sicherheitseinrichtung der erfindungsgemäßen Elektrohandwerkzeugmaschine
weist mindestens einen einem Handgriff der Elektrohandwerkzeugmaschine
zugeordneten kapazitiven Schalter auf. Es ist somit eine berührungslos
arbeitende Sicherheitseinrichtung für die Elektrohandwerkzeugmaschine
vorgesehen, die dem Handgriff der Elektrohandwerkzeugmaschine zugeordnet
ist und dadurch erfassen kann, ob eine Hand eines Benutzers an dem
Handgriff anliegt beziehungsweise ob ein Benutzer die Elektrohandwerkzeugmaschine
in vorschriftsmäßiger Art und Weise hält.
Aufgrund der vorteilhaften Ausbildung spielt es dabei keine Rolle,
ob der Benutzer Handschuhe trägt, da ein direkter Kontakt
mit der Hand des Benutzers nicht notwendig ist. Die Hand muss lediglich
in das elektrische Feld des kapazitiven Schalters eintauchen. Wird
der kapazitive Schalter betätigt beziehungsweise erfasst
der kapazitive Schalter die Hand eines Benutzers, wird die Funktion
der Elektrohandwerkzeugmaschine freigegeben, sodass der Benutzer
bei Betätigen des Hauptschalters die gewünschte
Funktion erhält. Unter einem Handgriff der Elektrohandwerkzeugmaschine
ist hierbei jeder zum Halten und/oder Bedienen vorgesehene Bereich
der Elektrohandwerkzeugmaschine zu verstehen. Dabei kann es sich
sowohl um einen an dem Gehäuse der Elektrohandwerkzeugmaschine
angeordneten Bereich der Elektrohandwerkzeugmaschine als auch um
einen von dem Gehäuse abstehenden (Griff-)Bereich handeln.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Funktion der Elektrohandwerkzeugmaschine
ein Tastbetrieb und/oder ein Rastbetrieb. Unter einem Tastbetrieb
ist hierbei das Betreiben der Elektrohandwerkzeugmaschine durch
ein aktives Betätigen des Hauptschalters durch einen Benutzer
zu verstehen. Beim Rastbetrieb reicht es aus, wenn der Benutzer den
Hauptschalter einmal betätigt und einrastet beziehungsweise
arretiert, wodurch die Elektrohandwerkzeugmaschine weiterläuft,
auch wenn der Benutzer den Hauptschalter nicht mehr betätigt.
Der Rastbetrieb kann beispielsweise durch ein mechanisches Einrasten
des Hauptschalters realisiert werden, wobei die Sicherheitseinrichtung
das Arretieren freigibt. Natürlich ist auch ein „elektrisches"
Arretieren denkbar.
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Vorteilhafterweise
weist der kapazitive Schalter mindestens einen an dem Handgriff
angeordneten Dielektrizitäts-Sensorbereich auf. Der kapazitive
Schalter ist also derart ausgebildet, dass er einen Sensorbereich
zur Erfassung der Dielektrizität aufweist. Der kapazitive
Schalter weist dazu vorteilhafterweise einen Messkondensator auf,
dessen Kapazität sich zwischen den Kondensatorplatten durch Einbringen
eines Dielektrikums, insbesondere durch Einbringen der Hand des
Benutzers, ändert. Der dann zusätzlich gemessene
Strom dient als Messsignal für den kapazitiven Schalter.
Vorteilhafterweise wird an den Messkondensator eine Wechselspannung
angelegt und die Impedanz des Systems gemessen. Der Dielektrizitäts-Sensorbereich,
der durch die Anordnung des Messkondensators bestimmt wird, ist
vorteilhafterweise derart an der Elektrohandwerkzeugmaschine beziehungsweise
dem Handgriff der Elektrohandwerkzeugmaschine angeordnet, dass der
Benutzer mit einer Hand sowohl den kapazitiven Schalter als auch
den Hauptschalter betätigen kann. Alternativ dazu ist der
kapazitive Schalter vorteilhafterweise an einer Stelle der Elektrohandwerkzeugmaschine
angeordnet, die es verlangt, dass der Benutzer die Elektrohandwerkzeugmaschine
mit beiden Händen halten/führen und betätigen
muss. Je nach Elektrohandwerkzeugmaschine kann eine der beiden genannten
Anordnungen sinnvoll sein. Natürlich ist auch eine Kombination
der beiden Möglichkeiten denkbar.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der kapazitive
Schalter mindestens zwei voneinander beabstandete Dielektrizitäts-Sensorbereiche
auf. Diese können einem Handgriff oder jeweils einem Handgriff
zugeordnet sein. Vorteilhafterweise sind sie einem Handgriff zugeordnet,
sodass erfasst beziehungsweise ermittelt werden kann, ob der Benutzer
den Handgriff der Elektrohandwerkzeugmaschine beispielsweise mit
der ganzen Hand umschließt. Hierbei müsste also
der Benutzer den Handgriff vollständig mit der Hand umschließen,
um die Funktion der Elektrohandwerkzeugmaschine freizugeben beziehungsweise
die Sicherheitseinrichtung zu betätigen.
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Besonders
bevorzugt liegen die Dielektrizitäts-Sensorbereiche des
kapazitiven Schalters an dem Handgriff einander im Wesentlichen
gegenüber.
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Zweckmäßigerweise
weist der kapazitive Schalter mindestens eine Erregerelektrode und
mindestens eine Empfängerelektrode auf. Diese sind derart
ausgebildet und/oder angeordnet, dass die Hand des Benutzers beziehungsweise
ihre Position erfasst werden kann. Zweckmäßigerweise
wird das Potential der Erregerelektrode und der Empfängerelektrode
auf das Erdungspotential des Elektrohandwerkzeugs bezogen. Die Arbeitsfrequenz
des kapazitiven Schalters wird dabei bevorzugt wesentlich höher
als die Netzfrequenz gewählt, um Interferenzen zu vermeiden
und ein sicheres Ausblenden elektrischer Niederfrequenzstörungen
zu ermöglichen. Weiterhin wird die Arbeitsfrequenz vorteilhafterweise niedrig
genug gewählt, sodass preisgünstige Bauelemente
zum Beispiel für den Tonfrequenzbereich zum Einsatz kommen
können. Für die Funktion des kapazitiven Schalters
ist die Signal-Form der Erreger-Spannung unerheblich. Es können
sowohl ein sinusförmiges Signal als auch andere Signalformen, wie
zum Beispiel ein rechteckförmiges Signal zum Einsatz kommen.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass der kapazitive Schalter als mehrkanaliger kapazitiver
Schalter ausgebildet ist. Hierzu weist der kapazitive Schalter mehrere
Elektrodenpaare und somit mehrere Dielelektrizitäts-Sensorbereiche
auf. Das Vorsehen von mehreren Dielektrizitäts-Sensorbereichen
hat darüber hinaus den Vorteil, dass beispielsweise beim
Ablegen der Elektrohandwerkzeugmaschine mit einer Seite auf einen
metallischen Untergrund, nur ein Messkondensator eine Dielektrizitätsänderung
erfasst, und ein unbeabsichtigtes Aktivieren der Elektrohandwerkzeugmaschine
beziehungsweise eine Freigabe des Hauptschalters unterbunden wird.
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Der
kapazitive Schalter weist vorteilhafterweise mehrere mit unterschiedlicher
Frequenz betriebene Erregerelektroden auf. Wobei diese mit einer
entsprechenden Anzahl von Empfängerelektroden oder auch
vorteilhafterweise mit einer geringeren Anzahl oder nur einer Empfängerelektrode
zusammenwirken. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise der mehrkanalige
kapazitive Schalter gebildet werden. Natürlich ist es auch
denkbar, mehrere Empfängerelektroden und eine geringere
Anzahl an Erregerelektroden, beispielsweise nur eine einzige, vorzusehen.
Dabei ist jedoch für jede Empfängerelektrode ein
eigener Messverstärker erforderlich.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für
die Sicherheitseinrichtung mindestens ein einem Handgriff der Elektrohandwerkzeugmaschine
zugeordneter kapazitiver Schalter, insbesondere wie er oben beschrieben
wurde, verwendet. Durch das vorteilhafte Verfahren kann berührungslos
erfasst werden, ob ein Benutzer die Elektrohandwerkzeugmaschine
in einer vorgesehenen Art und Weise hält beziehungsweise
bedient. Wird der kapazitive Schalter „betätigt",
so gibt die Sicherheitseinrichtung die Funktion der Elektrohandwerkzeugmaschine
frei, sodass sich beispielsweise ein Elektromotor der Elektrohandwerkzeugmaschine
ansteuern lässt.
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Vorteilhafterweise
werden als Funktion ein Tastbetrieb und/oder ein Rastbetrieb, wie
oben beschrieben, durch die Sicherheitseinrichtung als Funktion
der Elektrohandwerkzeugmaschine freigegeben.
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Zweckmäßigerweise
gibt der kapazitive Schalter beziehungsweise die Sicherheitseinrichtung die
Funktion der Elektrohandwerkzeugmaschine dann fei, wenn eine vorbestimmte
Dielektrizität zumindest eines Dielektrizität-Sensorbereichs
des kapazitiven Schalters verändert oder überschritten wird.
Wird also eine Änderung der Dielektrizität, beispielsweise
eines Messkondensators des kapazitiven Schalters, erfasst, so wird
die Funktion der Elektrohandwerkzeugmaschine freigegeben. Alternativ oder
zusätzlich dazu wird ein Grenzwert für die Dielektrizität
vorgegeben, der überschritten werden muss, damit die Funktion
der Elektrohandwerkzeugmaschine freigegeben wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung gibt der kapazitive Schalter die
Funktion der Elektrohandwerkzeugmaschine frei, wenn eine vorbestimmte
Dielektrizität des zumindest einen Dielektrizitäts-Sensorsbereichs
erfasst wird. Unter der vorbestimmten Dielektrizität ist
hierbei auch ein Dielektrizitäts-Bereich zu verstehen.
Hierdurch kann der kapazitive Schalter derart ausgebildet werden,
dass er lediglich durch die menschliche Hand eines Benutzers aktiviert
beziehungsweise betätigt werden kann.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass die Sicherheitseinrichtung die Funktion der
Elektrohandwerkzeugmaschine bei Betätigung des kapazitiven
Schalters für eine bestimmte Zeit und/oder für
die Dauer der Betätigung des Hauptschalters freigibt. Mit
anderen Worten gibt die Sicherheitseinrichtung nach einmaliger Aktivierung
die Funktion die Elektromaschine für eine bestimmte Zeit
oder solange der Hauptschalter betätigt wird, frei. Oder
eine Kombination der beiden Möglichkeiten ist vorgesehen,
wodurch beispielsweise die Elektrohandwerkzeugmaschine nach dem
(einmaligen) Betätigen des kapazitiven Schalters für
eine bestimmte Zeitdauer benutzbar ist, wobei nach Ausbleiben einer
Betätigung des Hauptschalters innerhalb der Zeitdauer der
kapazitive Schalter erneut betätigt werden muss, um die
Funktion der Elektrohandwerkzeugmaschine (erneut) freizugeben.
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Schließlich
ist vorgesehen, dass der kapazitive Schalter die Funktion der Elektrohandwerkzeugmaschine
für die Dauer seiner Betätigung freigibt. In diesem
Fall wird die Elektrohandwerkzeugmaschine abgeschaltet, sobald der
Benutzer die Hand von dem den kapazitiven Schalter aufweisenden
Handgriff entfernt. Dies hat beispielsweise Vorteile, wenn dem Benutzer
im Betrieb die Elektrohandwerkzeugmaschine aus der Hand gerissen
wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher
erläutert werden. Dazu zeigen
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1 ein
Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Elektrohandwerkzeugmaschine,
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2 ein
Ausführungsbeispiel einer möglichen Verschaltung
eines kapazitiven Schalters,
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3 den
schematischen Aufbau eines vorteilhaften kapazitiven Schalters und
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4A und 4B Ausführungsbeispiele von
vorteilhaften Verfahren zum Betreiben der Elektrohandwerkzeugmaschine.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt
in einem Ausführungsbeispiel eine Elektrohandwerkzeugmaschine 1,
die als Winkelschleifer 2 ausgebildet ist. Der Winkelschleifer 2 weist
ein Gehäuse 3 auf, in dem ein Elektromotor 4 sowie
eine hier nicht näher dargestellte Steuerschaltung angeordnet
sind. Das Gehäuse 3 ist im Wesentlichen zylinderförmig
ausgebildet. An einer Stirnseite schließt sich ein Getriebegehäuse 5 an
das Gehäuse 3 an, wobei in dem Getriebegehäuse 5 ein
mit dem Elektromotor 4 zusammenwirkendes Getriebe angeordnet
ist, welches die Antriebsleistung des Elektromotors 4 auf
eine Schleifscheibe 6 des Winkelschleifers 2 überträgt.
An dem Gehäuse 3 ist weiterhin ein mit der Steuerschaltung
zusammenwirkender Hauptschalter 7 zum Betätigen
des Winkelschleifers 2 angeordnet. Mittels des Hauptschalters 7 kann
ein Benutzer den Winkelschleifer 2 ein- und ausschalten und
gegebenenfalls die Drehzahl der Schleifscheibe 6 beziehungsweise
des Elektromotors 4 einstellen. Der Hauptschalter 7 ist
dabei als mechanisch zu betätigender Schalter, beispielsweise
als gängiger Druck-Hebel-Schalter, ausgebildet.
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Die
Elektrohandwerkzeugmaschine 1 beziehungsweise der Winkelschleifer 2 weist
weiterhin eine Sicherheitseinrichtung 8 auf, die mit dem
Hauptschalter 7 oder mit dem Elektromotor 4 derart
zusammenwirkt, dass die Funktion der Elektrohandwerkzeugmaschine 1 beziehungsweise
Winkelschleifers 2 nur dann freigegeben ist, wenn ein kapazitiver Schalter 9 von
dem Benutzer ebenfalls betätigt beziehungsweise aktiviert
ist. Hierdurch wird beispielsweise verhindert, dass die Elektrohandwerkzeugmaschine 1 unbeabsichtigt
aktiviert wird. Der kapazitive Schalter 9 weist in dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei voneinander beabstandete
Dielektrizitäts-Sensorbereiche 10 und 11 auf.
Jeder der Sensorbereiche 10, 11 wird von einer
Erregerelektrode 12 und einer damit zusammenwirkenden Empfängerelektrode 13 gebildet.
Wobei die Elektroden 12, 13 von außen
nicht sichtbar in dem Gehäuse 3 angeordnet sind,
sodass die Oberfläche des Gehäuses 3 designtechnisch
anspruchsvoll gestaltet werden kann, beispielsweise durch Markierung
der Sensorbereiche 10, 11 auf der Außenseite
des Gehäuses 3. Durch die interne Anordnung ist
der kapazitive Schalter darüber hinaus nicht verschleißanfällig.
Die Sensorbereiche 10, 11 beziehungsweise der
kapazitive Schalter 9 sind dabei im Bereich eines Handgriffes 14 angeordnet.
Ein Elektrodenpaar bestehend aus Erregerelektrode 12 und
Empfängerelektrode 13 bildet dabei einen Messkondensator 15 dessen
Kapazität zwischen den Kondensatorplatten durch Einbringen
eines Dielektrikums, wie zum Beispiel die Hand des Benutzers, die
aus dielektrisch gut nachzuweisenden Wasser (DK = 81) besteht, verändert
wird. Der Messkondensator 15 besteht aus zwei oder mehreren
leitfähigen Materialien oder ist als mindestens eine elektrisch leitfähige
Beschichtung auf der Innenseite des Gehäuses 3 ausgeführt.
Er ist mit einer elektronischen Schaltung, bevorzugt der Steuerschaltung,
verbunden, die ihn ansteuert. Dabei kann an den Messkondensator 15 eine
Gleichspannung oder bevorzugt eine Wechselspannung angelegt werden.
Wobei beim Anlegen einer Wechselspannung die Impedanz des Systems
erfasst wird. Vorteilhafterweise werden die Potentiale der Erreger-Elektrode 12 und
der Empfängerelektrode 13 auf das Erdungspotential
des Elektrohandwerkzeugs 1 bezogen.
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Im
Betrieb muss der Benutzer neben dem Hauptschalter 7 auch
den kapazitiven Schalter 9 betätigen beziehungsweise
aktivieren, sodass die Funktion der Elektrohandwerkzeugmaschine 1 freigegeben
wird. Wobei die Funktion der Elektrohandwerkzeugmaschine zusätzlich
oder an Stelle eines Tastbetriebs, wie oben beschrieben, auch ein
Rastbetrieb sein kann. Durch die Anordnung der Sensorbereiche 10 und 11 an
im Wesentlichen zwei gegenüberliegenden Seiten des Handgriffes 14 wird
vorausgesetzt, dass der Benutzer das Elektrohandwerkzeug 1 mit
der Hand „vollständig" umschließt. Das Freigeben
der Funktion kann dadurch geschehen, dass der Hauptschalter 7 oder
der Elektromotor 4 elektronisch oder mechanisch bei Aktivierung
des kapazitiven Schalters 9 freigegeben werden.
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In
einem anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel,
ist der kapazitive Schalter 9 an einem von dem Gehäuse 3 abstehenden
zweiten Handgriff angeordnet, sodass der Benutzer die Elektrohandwerkzeugmaschine 1 mit
zwei. Händen halten muss, um sie benutzen zu können.
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Die 2 zeigt
einen beispielhaften Aufbau des kapazitiven Schalters 9 beziehungsweise
der Sicherheitseinrichtung 8 in einer schematischen Darstellung.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der kapazitive
Schalter 9 als mehrkanaliger Schalter ausgebildet, wobei
zwei Erregerelektroden 12 mit einer Empfängerelektrode 13 zusammenwirken.
Wobei die erste Erregerelektrode 16 mit einer anderen Frequenz
beaufschlagt wird als die zweite Erregerelektrode 17. Beide
Erregerelektroden 12 sind an die Spannungsquelle angeschlossen
und mit der Empfängerelektrode 13 in variablem
Maß gekoppelt. Die Sicherheitseinrichtung 8 beziehungsweise
der kapazitive Schalter 9 weist weiterhin einen frequenzselektiven
Messverstärker 18 auf, der die an den Erregerelektroden 12 anliegenden
Spannungen oder Ströme verstärkt und spektral
filtert. Weiterhin weist die Sicherheitseinrichtung 8 einen
Diskriminator 19 auf, der die Amplitude am Ausgang des
frequenzselektiven Messverstärkers 18 mit einem
Referenzwert vergleicht und auf der Basis des Ergebnisses unterscheidet,
ob die kapazitive Kopplung zwischen Erregerelektroden 12 und
Empfängerelektrode 13 durch die Umgreifung des
Werkzeugs mit der Hand vergrößert wurde und das
Werkzeug genutzt werden kann oder ob keine Vergrößerung
der kapazitiven Kopplung beobachtet wurde und das Werkzeug aus diesem
Grund nicht in Betrieb genommen werden darf. Die den Diskriminator 19 aufweisende
Steuereinheit 20 erhält als Eingangssignal ein
Signal des Hauptschalters 7. Betätigt der Benutzer
nunmehr den Hauptschalter 7 so überprüft
die Sicherheitseinrichtung 8 ob die Elektrohandwerkzeugmaschine 1 benutzt
werden darf beziehungsweise ob der kapazitive Schalter 9 betätigt
wurde. Die Arbeitsfrequenz f der Erregerelektroden 12 wird
zweckmäßigerweise wesentlich höher als
die Netzfrequenz gewählt, um Interferenzen zu vermeiden und/oder
ein sicheres Ausblenden elektrischer Niederfrequenzstörungen
zu ermöglichen. Besonders vorteilhaft ist dabei der Frequenzbereich
von 2 kHz bis 10 kHz. Die Erregerspannung kann sowohl ein sinusförmiges
Signal als auch ein/eine andere Signalform aufweisendes Signal,
wie zum Beispiel ein rechteckförmiges Signal, sein.
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Die 3 zeigt
einen weiteren beispielhaften, schematisch dargestellten Aufbau
der Sicherheitseinrichtung 8 beziehungsweise des kapazitiven Schalters 9.
Aus den vorhergehenden Figuren bekannte Elemente sind auch hier
mit den gleichen Bezugszeichen versehen; dargestellt ist eine Erregerelektrode 12 die
von einer Wechselspannungsquelle 21 mit beispielsweise
5 V und einer Frequenz f gespeist wird. Das Signal der Empfängerelektrode 13 wird über
einen Bandpass 22 dem Diskriminator 19 zugeführt.
Der Diskriminator 19 vergleicht das erhaltene Signal mit
einem Referenzsignal 23 und unterscheidet, wie oben beschrieben,
ob die Funktion der Elektrohandwerkzeugmaschine 1 freigegeben
werden soll (Schritt 24).
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das (Tonfrequenz-)Erregersignal
zunächst an einem Digital-Ausgang eines Mikrocontrollers
erzeugt und dieser Digital-Ausgang an die Erregerelektrode 12 angeschlossen.
Der an der Empfängerelektrode 13 abgegriffene
Spannungspegel wird dann in einem Messverstärker (18)
in seiner Impedanz gewandelt. Vorteilhafterweise blendet der Impedanzwandler Störsignale
durch eine geeignete Frequenzcharakteristik selbst aus. Das Ausgangssignal
des Messverstärkers 18 wird anschließend
in einem Analog-Digital-Wandler digitalisiert und frequenzsynchron
zu einer vielfachen Erregerfrequenz f abgetastet. So ist ein schmalbandiges
digitales Filter bei geringen Bauelementkosten und ohne Anforderungen
an die Bauelementtoleranz realisierbar. Im Mikrocontroller wird dann
auf der Basis der digitalisierten Messwerte ein Zahlenwert errechnet,
welcher dem Wechselspannungspegel an der Empfängerelektrode 13 bei
der Frequenz f entspricht. Dieser Spannungspegel kann dann mit einem
Referenzwert (23) verglichen werden. Überschreitet
der Spannungspegel an der Empfängerelektrode 13 den
Referenzwert 23, wird an einem digitalen Ausgang ein Signal
aktiviert, welches die Benutzung der Elektrohandwerkzeugmaschine 1 freischaltet.
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Durch
ein mehrkanaliges Konzept, wie zum Beispiel in der 2 dargestellt,
ist es möglich eine Information über die Orientierung
der Hand des Benutzers zu gewinnen, beispielsweise um herauszufinden,
ob die Hand des Benutzers das Elektrohandwerkzeug 1 beziehungsweise
den Handgriff 14 vollständig umschließt.
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Zur
Bestimmung eines oder mehrerer Referenz-Schwellwerte erscheint es
zielführend, eine kontinuierliche Bestimmung der auf den
Empfängerelektroden 13 eingekoppelten Spannung
durchzuführen. Das für die Bewertung der Messsignale
verwendete Kriterium würde dann so aussehen, dass der jeweils
aktuelle Spannungswert an der Empfängerelektrode 13 den
während des Betriebes der Elektrohandwerkzeugmaschine 1 beobachteten
Minimalwert um einen gewissen Betrag überschreiten muss. Auf
diese Art und Weise können Fehlerfälle behandelt
werden, die beispielsweise durch das Aufbringen metallischer Markierungen,
wie zum Beispiel Inventarnummern im Bereich des Sensorbereichs (10, 11), entstehen
können, wodurch eine permanente Vergrößerung
der kapazitiven Kopplung folgen würde, ohne dass eine korrekte
Haltung des Elektrohandwerkzeugs 1 durch den Bediener stattfindet.
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Die
Verwendung mehrerer Erregerelektroden 12, wie in der 2 dargestellt,
die mit leicht unterschiedlicher Frequenz beaufschlagt sind, führt
zu einer kostengünstigen Lösung. Dabei extrahiert
die digitale Filterung im Mikrocontroller aus den digitalisierten
Spannungspegeln an der Empfängerelektrode 13 mehrere
Zahlenwerte, welche den Spannungsamplituden bei den verschiedenen
Erregerfrequenzen der Erregerelektrode 12 (16, 17)
entspricht. Dies kann numerisch beispielsweise durch eine Fouriertransformation
erfolgen oder alternativ durch geeignete digitale FIR- oder IIR-Filter.
Die Schaltung ermöglicht dadurch mehrere Vergleichsgrößen
bei Verwendung nur eines einzelnen Messverstärkers 18.
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Alternativ
zu einer digitalisierten Auswerteschaltung ist auch eine rein analoge
Umsetzung denkbar. In einer weiteren Ausführungsform wird dazu
die schmalbandige spektrale Filterung durch einen mehrstufigen analogen
Verstärker realisiert.
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Alternativ
zur Verwendung des Ausgangs der Wechselspannungsquelle 21 mit
einer einzelnen Nominalfrequenz f als Erregersignal, ist es ebenso denkbar,
eine beliebige Signalform auf die Erregerelektrode 12 aufzuschalten.
In diesem Fall ist es vorteilhaft die Bandpasscharakteristik auf
der Empfangseite durch einen Korrelationsfilter, insbesondere einen
digitalen Korrelationsfilter zu ersetzen. Durch Verwendung eines
im mathematischen Kontext als „Entfaltungs-Verfahren" beschriebenen
Algorithmus ist erneut ein Rückschluss auf den Betrag der kapazitiven
Verkopplung zwischen der jeweiligen Erregerelektrode 12 und
Empfängerelektrode 13 möglich. Auch hier
sind durch verschiedene Signalformen auf den Erregerelektroden 12 und
entsprechend passenden Entfaltungs-Filter mehrkanalige Schaltungen realisierbar.
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Die 4A und 4B zeigen
Ausführungsbeispiele zum Betreiben der Elektrohandwerkzeugmaschine 1 mit
der Sicherheitseinrichtung 8. In dem in der 4A dargestellten
Verfahren dient die Sicherheitseinrichtung 8 lediglich
zum einmaligen Entriegeln des Hauptschalters 7 (oder des
Elektromotors 4), sodass auch nachdem der kapazitive Schalter 9 deaktiviert
ist, die Elektrohandwerkzeugmaschine 1 weiter verwendet
werden kann. Dazu wird der Hauptschalter 7 freigegeben
sobald der kapazitive Schalter 9 betätigt wird
(j = ja). Sobald der Hauptschalter entriegelt ist, kann der Benutzer
die Elektromaschine 4 verwenden, bis er den Hauptschalter 7 deaktiviert.
Dann müsste erneut der kapazitive Schalter 9 betätigt
werden, um die Elektrohandwerkzeugmaschine 1 benutzen zu
können.
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Im
Gegensatz dazu ist in dem zweiten, in der 4B schematisch
dargestellten Verfahren vorgesehen, dass die Sicherheitseinrichtung 8 beziehungsweise
der kapazitive Schalter 9 permanent betätigt sein
muss um die Elektrohandwerkzeugmaschine 1 beziehungsweise
den Elektromotor 4 aktivieren zu können. Das bedeutet,
dass sobald der kapazitive Schalter 9 durch Entfernen der
Hand von den Dielektrizitäts-Sensorbereichen 10, 11 deaktiviert wird
(n = nein), die Elektromaschine 4 ebenfalls ausgeschaltet
wird, obwohl der Benutzer den Hauptschalter 7 betätigt.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Elektrohandwerkzeugmaschine,
ist der Hauptschalter 7 ebenfalls als kapazitiver Schalter 9 ausgestaltet,
um beispielsweise den Benutzungskomfort für den Benutzer
weiter zu erhöhen.
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Die
Form und Verteilung der Dielektrizitäts-Sensorflächen 10, 11 ist
frei gestaltbar, ist bevorzugt aber der Anatomie der menschlichen
Hand nachempfunden. Vorteilhafterweise sind die Sensorbereiche 10, 11,
wie in der 1 dargestellt, als längliche
Sensorbereiche ausgebildet. Mindestens einer der Dielektrizitäts-Sensorbereiche
kann auch in einem „mechanisch" geschützten Bereich
untergebracht sein, sodass er nicht ohne Weiteres aktiviert beziehungsweise
betätigt werden kann. Dies ist der Fall, wenn der Dielektrizitäts-Sensorbereich 10 oder 11 beispielsweise
in einer Mulde des Gehäuses angeordnet ist, die den Dielektrizitäts-Sensorbereich vor
einem „direkten" Zugriff abschirmt.
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Natürlich
kann die Elektrohandwerkzeugmaschine 1 auch als Bohrmaschine,
Schlag-Bohr-Maschine, Säge oder ähnliches ausgebildet
sein. Der hier beschriebene Winkelschleifer 2 stellt lediglich eine
mögliche Ausführungsform der Elektrohandwerkzeugmaschine 1 dar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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