DE102009027688A1 - Hand held power tool - Google Patents

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DE102009027688A1
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Jochen Roser
Thilo Koeder
Joachim Platzer
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B23/00—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer handgehaltenen Elektrowerkzeugmaschine (10) umfassend - ein Gehäuse (20) mit einem Griffbereich (40), - einen Werkzeugbereich (50) für ein linear und/oder oszillierend antreibbares Werkzeug (60), - ein gehäuseseitiges Bedienteil (30) zur benutzerseitigen Aktivierung des Werkzeugs (60) und/oder der Elektrowerkzeugmaschine (10), - eine im Gehäuse (20) angeordnete Antriebseinheit (80) zur Erzeugung einer Arbeitsbewegung des Werkzeugs (60), - eine im Gehäuse (20) angeordnete Elektronikeinheit (200) zum Beaufschlagen der Antriebseinheit (80) mit wenigstens Steuer- und/oder Regelsignalen, - eine Betriebsspannungseinheit (90) zur Bereitstellung einer elektrischen Gleichspannung, wobei die Antriebseinheit (80) wenigstens einen Anregungsaktor (100) mit einem Volumen anregungsaktiven Materials umfasst, welcher - im Betrieb von der Betriebsspannungseinheit (90) elektrisch versorgt ist, - von der Elektronikeinheit (200) gesteuert oder geregelt ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Elektronikeinheit (200) ausgebildet ist, um den wenigstens einen Anregungsaktor (100) in einer Resonanzfrequenz (f_res) zu betreiben.The invention relates to a hand-held power tool (10) comprising - a housing (20) with a grip area (40), - a tool area (50) for a linearly and / or oscillating drivable tool (60), - a housing-side operating portion (30 ) for the user-side activation of the tool (60) and / or the power tool (10), - in the housing (20) arranged drive unit (80) for generating a working movement of the tool (60), - in the housing (20) arranged electronic unit ( 200) for applying at least control and / or regulating signals to the drive unit (80), - an operating voltage unit (90) for providing a direct electrical voltage, the drive unit (80) comprising at least one excitation actuator (100) with a volume of excitation-active material - Is electrically powered during operation of the operating voltage unit (90), - is controlled or regulated by the electronic unit (200). It is proposed that the electronic unit (200) is designed to operate the at least one excitation actuator (100) at a resonance frequency (f_res).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer handgehaltenen Elektrowerkzeugmaschine umfassend ein Gehäuse mit einem Griffbereich, einen Werkzeugbereich für ein linear und/oder rotativ oszillierend antreibbares Werkzeug, ein gehäuseseitiges Bedienteil zur benutzerseitigen Aktivierung des Werkzeugs und/oder der Elektrowerkzeugmaschine, eine im Gehäuse angeordnete Antriebseinheit zur Erzeugung einer Arbeitsbewegung des Werkzeugs, eine im Gehäuse angeordnete Elektronikeinheit zum Beaufschlagen der Antriebseinheit mit der benötigten Bearbeitungsleistung bestehend aus wenigstens Steuer- und/oder Regelsignalen, eine Betriebsspannungseinheit zur Bereitstellung einer elektrischen Gleichspannung an die Elektronikeinheit, wobei die Antriebseinheit wenigstens einen Anregungsakter mit einem Volumen anregungsaktiven Materials umfasst, welcher im Betrieb von der Betriebsspannungseinheit elektrisch versorgt ist, von der Elektronikeinheit gesteuert oder geregelt ist.The Invention is based on a hand-held power tool comprising a housing with a grip area, a tool area for a linearly and / or rotationally drivable oscillating Tool, a housing-side control panel to the user side Activation of the tool and / or the power tool, a housing arranged in the drive unit for generating a Working movement of the tool, one arranged in the housing Electronic unit for acting on the drive unit with the required processing power consisting of at least Control and / or control signals, an operating voltage unit for Providing a DC electrical voltage to the electronics unit, wherein the drive unit at least one exciter character with a Volume of excitation active material, which in the operation of the operating voltage unit is electrically supplied, controlled by the electronic unit or regulated.

Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschinen zeichnen sich dadurch aus, dass diese tragbar sind und von einem Bediener im Betrieb in der Hand gehalten und geführt werden. Sie können kabellos über Batteriepacks oder mit Netzstrom betrieben werden. Insbesondere bestehen diese in der Regel aus nur einem Gehäuse, welches vollständig vom Benutzer gehalten wird.hand-held Power tools are characterized by the fact that they are portable are held in hand and by a server in operation and be guided. You can wirelessly over battery packs or be operated with mains power. In particular, these exist usually only one housing, which completely held by the user.

In der EP 1598171 B1 wird ein mechanischer Aufbau eines Schweißkopfes einer tragbaren Schweißpistole beschrieben, bei der ein Ultraschallaktor den Schweißkopf mit mechanischer Leistung beaufschlagt.In the EP 1598171 B1 describes a mechanical construction of a welding head of a portable welding gun, in which an ultrasonic actuator applied to the welding head with mechanical power.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einer handgehaltenen Elektrowerkzeugmaschine, umfassend ein Gehäuse mit einem Griffbereich, einen Werkzeugbereich für ein linear und/oder rotativ oszillierend antreibbares Werkzeug, ein gehäuseseitiges Bedienteil zur benutzerseitigen Aktivierung des Werkzeugs und/oder der Elektrowerkzeugmaschine, eine im Gehäuse angeordnete Antriebseinheit zur Erzeugung einer Arbeitsbewegung des Werkzeugs, eine im Gehäuse angeordnete Elektronikeinheit zum Beaufschlagen der Antriebseinheit mit der benötigten Bearbeitungsleistung bestehend aus wenigstens Steuer- und/oder Regelsignalen, eine Betriebsspannungseinheit zur Bereitstellung einer elektrischen Gleichspannung an die Elektronikeinheit, wobei die Antriebseinheit wenigstens einen Anregungsaktor mit einem Volumen anregungsaktiven Materials umfasst, welcher im Betrieb von der Betriebsspannungseinheit elektrisch versorgt ist, von der Elektronikeinheit gesteuert oder geregelt ist.The Invention is based on a hand-held power tool, comprising a housing with a grip area, a tool area for a linearly and / or rotationally drivable oscillating Tool, a housing-side control panel to the user side Activation of the tool and / or the power tool, a housing arranged in the drive unit for generating a Working movement of the tool, one arranged in the housing Electronic unit for acting on the drive unit with the required processing power consisting of at least Control and / or control signals, an operating voltage unit for Providing a DC electrical voltage to the electronics unit, wherein the drive unit has at least one excitation actuator with a Volume of excitation active material, which in the operation of the operating voltage unit is electrically supplied, controlled by the electronic unit or regulated.

Es wird vorgeschlagen, dass die Elektronikeinheit ausgebildet ist, um den wenigstens einen Anregungsaktor in einer Resonanzfrequenz zu betreiben.It it is proposed that the electronic unit is designed around the at least one excitation actuator in a resonant frequency to operate.

Wird der Anregungsaktor mit seiner Resonanzfrequenz betrieben, so kann bei ausreichend hoher Güte des Schwingsystems entsprechend einer elektrischen Eingangsleistung eine hohe mechanische Ausgangsleistung abgegeben werden. Der Anregungsaktor kann ein Ultraschallanregungsaktor sein, insbesondere ein Piezoaktor in Bauweise eines Langevin-Schwingers. Der Piezoaktor weist als anregungsaktives Material piezoelektrisches Material auf. Typischerweise liegt die Güte des ungedämpften Schwingsystems bei Werten über 100 typischerweise über 500. Das Resonanzsystem des Anregungsaktors, das die Resonanzfrequenz aufweist, umfasst den Langevin-Schwinger mit piezoelektrisch aktivem Material und an den Schwinger angekoppelte Komponenten, insbesondere Komponenten, die den Ultraschall verstärken und/oder zu einem Bearbeitungsort übertragen. Solche Komponenten sind z. B. als Booster oder Sonotrode bekannt. Dies ermöglicht eine Baugrößenreduktion und die Bereitstellung eines kompakten Geräts. Vorteilhaft wird damit eine kompakte Elektrowerkzeugmaschine hoher Leistungsfähigkeit geschaffen, die gleichzeitig handlich ist.Becomes the excitation actuator operated at its resonant frequency, so can at sufficiently high quality of the vibration system accordingly an electrical input power a high mechanical output power be delivered. The excitation actuator may be an ultrasonic excitation actuator, in particular a piezoelectric actuator in the construction of a Langevin oscillator. The piezoelectric actuator has piezoelectric as excitation-active material Material on. Typically, the quality of the undamped oscillatory system at values over 100, typically over 500. The Resonance system of the excitation actuator, which has the resonance frequency, includes the Langevin transducer with piezoelectrically active material and components coupled to the vibrator, in particular components, which amplify the ultrasound and / or transferred to a processing location. Such components are for. B. known as a booster or sonotrode. This allows a size reduction and providing a compact device. Advantageous becomes a compact power tool of high performance created, which is handy at the same time.

Es können auch mehrere Anregungsaktoren, z. B. mit gleicher oder auch mit unterschiedlicher Resonanzfrequenz, als Antriebskomponente vorgesehen sein. Alternativ können auch eine oder mehrere weitere Antriebskomponenten, etwa ein Elektromotor, vorgesehen sein. Die verschiedenen Antriebskomponenten können alternativ oder in Kombination betrieben werden. Wird der wenigstens eine Anregungsaktor in Resonanz betrieben, ist die Leistungsausbeute besonders hoch, so dass bei gegebener Ausgangsleistung der Elektrowerkzeugmaschine die Bauweise besonders kompakt sein kann, was der komfortablen Handhabung der handgehaltenen Elektrowerkzeugmaschine dient. Die vorgeschlagene Elektrowerkzeugmaschine ist ein einteiliges Gerät, bei dem auf störende Verbindungskabel zwischen separaten Gehäuseteilen verzichtet werden kann. Die Elektrowerkzeugmaschine kann schnurlos mit Batterien oder Akkus betreibbar sein oder auch – zusätzlich oder alternativ – mit Netzstrom über ein Netzkabel betreibbar sein. Das Werkzeug kann ein Einsatzwerkzeug sein, das lösbar mit dem Anregungsaktor verbunden ist, oder es kann mit dem Anregungsaktor fest verbunden sein. Die Verbindung kann z. B. stoffschlüssig oder kraftschlüssig sein. Die Elektrowerkzeugmaschine ist insbesondere eine Bearbeitungsmaschine, mit der Gegenstände oder Oberflächen bearbeitet oder verändert werden, wie etwa Bohrer, Bohrhämmer, Schneidwerkzeuge, Schleifmaschinen, Fräsen, Sägen, Schweißgeräte und dergleichen.It can also be several excitation factors, eg. B. with the same or with different resonant frequency, may be provided as a drive component. Alternatively, one or more further drive components, such as an electric motor, may be provided. The various drive components may be operated alternatively or in combination. If the at least one excitation actuator is operated in resonance, the power output is particularly high, so that for a given output power of the power tool, the construction can be particularly compact, which is convenient handling of the hand-held power tool. The proposed power tool is a one-piece device, can be dispensed with disturbing connection cable between separate housing parts. The electric machine tool can be operated cordlessly with batteries or rechargeable batteries or also - additionally or alternatively - be operated with mains power via a mains cable. The tool may be an insert tool detachably connected to the excitation actuator, or it may be fixedly connected to the excitation actuator. The connection can z. B. cohesive or non-positive. The power tool is in particular a processing machine, with the objects or Machined or modified surfaces such as drills, rotary hammers, cutting tools, grinding machines, milling, sawing, welding equipment and the like.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann die Elektronikeinheit eine Regeleinheit mit Frequenzanpassung zur Nachführung der Resonanzfrequenz des wenigstens einen Anregungsaktors umfassen. Vorteilhaft kann im Betrieb der Elektrowerkzeugmaschine die Resonanzfrequenz kontinuierlich angepasst werden, wenn sich etwa wegen Temperaturänderung, Wechsel des an den Anregungsaktor angekoppelten Werkzeugs oder bei Belastung des Werkzeugs die Resonanzfrequenz des Anregungsaktors ändert. Damit wird im Betrieb stets eine optimale Leistungsausbeute ermöglicht. Vorteilhaft kann die Elektronikeinheit eine Phasenregelkette umfassen, mit der die Resonanzfrequenz mit hoher Genauigkeit angeregt werden kann. So kann eine Phasenverschiebung zwischen elektrischem Strom und elektrischer Spannung, welche dem piezoelektrisch aktiven Material zur Anregung der Ultraschallschwingungen zugeführt werden, auf einen festen Wert, insbesondere 0° Phasendifferenz zwischen dem Strom- und Spannungssignal, eingestellt und gehalten werden, womit eine optimale Leistungsausbeute erreicht werden kann.According to one favorable development of the invention, the electronic unit a control unit with frequency adjustment for tracking the resonant frequency of the at least one excitation actuator. Advantageously, during operation of the power tool, the resonance frequency be continuously adjusted if, for example, due to temperature change, Change of the coupled to the excitation actuator tool or at Load of the tool changes the resonance frequency of the excitation actuator. Thus, an optimal power yield is always possible during operation. Advantageous For example, the electronics unit may comprise a phase locked loop with which the resonance frequency can be excited with high accuracy. So can a phase shift between electric current and electrical voltage which is the piezoelectric active material be supplied to excite the ultrasonic vibrations, to a fixed value, in particular 0 ° phase difference between the current and voltage signal, set and held be, with which an optimal power output can be achieved.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann das Volumen des piezoelektrisch aktiven Materials mindestens 0,2 cm3, vorzugsweise 0,5 cm3, insbesondere mindestens 1 cm3, betragen. Vorteilhaft kann eine ausreichende Ultraschallleistung bei kleiner Baugröße des Anregungsaktors erreicht werden.According to a favorable development of the invention, the volume of the piezoelectrically active material may be at least 0.2 cm 3 , preferably 0.5 cm 3 , in particular at least 1 cm 3 . Advantageously, a sufficient ultrasound power can be achieved with a small size of the excitation actuator.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann der wenigstens eine Anregungsaktor eine Leistungsdichte von mindestens 5 Watt/cm3, vorzugsweise von mindestens 20 Watt/cm3, bezogen auf das Volumen des piezoelektrisch aktiven Materials des wenigsten einen Anregungsaktors aufweisen. Eine entsprechend hohe Leistungsdichte ist vorteilhaft für eine handgehaltene kompakte Elektrowerkzeugmaschine mit möglichst kleinen Abmessungen und geringen Herstellkosten.According to a favorable development of the invention, the at least one excitation actuator may have a power density of at least 5 watts / cm 3 , preferably of at least 20 watts / cm 3 , based on the volume of the piezoelectrically active material of the at least one excitation actuator. A correspondingly high power density is advantageous for a hand-held compact power tool with the smallest possible dimensions and low production costs.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung kann der wenigstens eine Anregungsaktor an der Werkzeugspitze eine Schwingamplitude von mindestens 3 μm, vorzugsweise mindestens 8 μm, insbesondere mindestens 12 μm aufweisen. Eine entsprechend hohe Schwingamplitude ist vorteilhaft für eine gute Leistungsübertragung auf das Werkstück und damit für einen hohen Arbeitsfortschritt durch die Elektrowerkzeugmaschine.According to one favorable development of at least one excitation factor at the tool tip a vibration amplitude of at least 3 microns, preferably at least 8 μm, in particular at least 12 μm exhibit. A correspondingly high oscillation amplitude is advantageous for a good power transfer to the workpiece and thus for a high work progress through the Power tool.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann eingangsseitig der Elektronikeinheit eine elektrische Leistung zur Beaufschlagung des wenigstens einen Anregungsaktors mindestens 20 Watt betragen. Vorteilhaft kann damit eine ausreichende Leistung für eine Elektrowerkzeugmaschine sichergestellt werden. Übliche Leistungen liegen im Heimwerkerbereich, für kleine Schneidsysteme etwa zwischen 20 Watt und 250 Watt, vorzugsweise 50 Watt bis 150 Watt. Für leistungsstärkere Anwendungen, z. B. Bohren, werden Leistungen ab 50 W bis 1000 W, vorzugsweise 200 Watt bis 500 Watt benötigt. Im professionellen Handwerkerbereich liegt der Leistungsbedarf für kleine Systeme etwa zwischen 50 und 400 Watt, vorzugsweise 100 bis 250 Watt. Bei großen Systemen werden Leistungen von 200 W bis 2000 Watt, vorzugsweise 400 Watt bis 1000 Watt eingesetzt. Trotzdem kann eine Elektrowerkzeugmaschine mit handlichen Abmessungen geschaffen werden, die zum einen von der Hand des Bearbeiters umfasst oder gehalten werden kann und zum anderen ausreichend Leistung zur Bearbeitung bereitstellt.According to one favorable development of the invention can input side the electronic unit an electric power for applying of the at least one excitation factor amount to at least 20 watts. Advantageously, thus a sufficient power for a Electric power tool can be ensured. usual Services are in the DIY sector, for small cutting systems approximately between 20 watts and 250 watts, preferably 50 watts to 150 Watt. For more powerful applications, eg. B. Drilling, powers are from 50 W to 1000 W, preferably 200 watts needed up to 500 watts. In the professional artisan area the power requirement for small systems is around 50 and 400 watts, preferably 100 to 250 watts. For big ones Systems will power from 200 W to 2000 watts, preferably 400 watts to 1000 watts used. Nevertheless, a power tool can be created with handy dimensions, on the one hand of the hand of the editor can be included or held and for provides enough power for processing.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann eine maximale elektrische Anregungsfeldstärke des wenigstens einen Anregungsaktors im Bereich unterhalb von 300 V/mm liegen (bezogen auf die Dicke, insbesondere Scheibendicke, des piezoelektrisch aktiven Materials), vorzugsweise im Bereich zwischen 50 V/mm und 220 V/mm. Bei einer Scheibendicke des Anregungsaktors von typischerweise 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise 2 mm bis 6 mm, insbesondere um 5 mm liegen die elektrischen Spannungen bei unter 1000 Volt. Dies ermöglicht vorteilhaft einen Einsatz des Anregungsaktors in der handgehaltenen Elektrowerkzeugmaschine mit ausreichender mechanischer Ausgangsleistung bei vorteilhaft kleinen Abmessungen.According to one favorable development of the invention can be a maximum electrical excitation field strength of the at least one excitation actuator in the range below 300 V / mm (in terms of thickness, in particular slice thickness, of the piezoelectrically active material), preferably in the range between 50 V / mm and 220 V / mm. At a Slice thickness of the excitation actuator of typically 1 mm to 10 mm, preferably 2 mm to 6 mm, in particular by 5 mm are the electrical voltages below 1000 volts. this makes possible advantageous use of the excitation in the hand-held Electric machine tool with sufficient mechanical output power at advantageously small dimensions.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann eine elektrische Ausgangsspannung der Betriebsspannungseinheit bei Versorgung mit Elektrochemischen Speichern innerhalb von 3 Volt bis 100 Volt DC liegen vorzugsweise im Bereich von 3,5 V bis 40 V, insbesondere bei 36 Volt, 24 Volt, 18 Volt, 14,4 Volt, 12 Volt, 10,6 Volt, 7,2 Volt und 3,6 Volt. Vorteilhaft können Batteriepacks oder nachladbare Akkupacks eingesetzt werden, die klein und leicht genug sind, um eine gute Handhabbarkeit der Elektrowerkzeugmaschine bei hoher Ausgangsleistung noch zu gewährleisten.According to one favorable development of the invention can be an electrical Output voltage of the operating voltage unit when supplied with electrochemical Storage within 3 volts to 100 volts DC is preferred in the range of 3.5V to 40V, especially at 36V, 24V, 18 volts, 14.4 volts, 12 volts, 10.6 volts, 7.2 volts, and 3.6 volts. Advantageous can use battery packs or rechargeable battery packs Be that small and light enough to be easy to handle the power tool to ensure high output power yet.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann ein Gleichspannungsanteil der elektrischen Ausgangsspannung der Betriebsspannungseinheit bei Versorgung mit Netzspannung innerhalb 0,5 UNetz (Effektivwert der Netzspannung) bis 2 UNetz liegen. Vorzugsweise z. B. unter Verwendung eines Brückengleichrichters mit Glättungskondensator bei 1,4 UNetz. In einer weiteren Ausführung kann die Netzspannung mittels eines eingangsseitigen Transformators auf eine für die Betriebsspannungseinheit geeignete Spannung gewandelt werden.According to a favorable development of the invention, a DC voltage component of the electrical output voltage of the operating voltage unit can be at supply with mains voltage within 0.5 U network (rms value of the mains voltage) to 2 U network . Preferably z. B. using a bridge rectifier with smoothing capacitor at 1.4 U network . In a further embodiment, the mains voltage by means of an input side Transformers are converted to a suitable voltage for the operating voltage unit.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann die Betriebsfrequenz des wenigstens einen Anregungsaktors im Bereich zwischen 10 kHz und 1000 kHz, vorzugsweise zwischen 30 kHz und 50 kHz, insbesondere zwischen 35 kHz und 45 kHz, besonders bevorzugt um 40 kHz, liegen. Mit steigender Frequenz sinkt die Baugröße der Komponenten und steigt die mechanische Belastung des Schwingsystems, wobei sich im ausgewählten Frequenzbereich vorteilhafte Grö ßenverhältnisse bei hoher Ausgangsleistung und günstigem Gewicht der Elektrowerkzeugmaschine ergeben.According to one favorable development of the invention, the operating frequency the at least one excitation factor in the range between 10 kHz and 1000 kHz, preferably between 30 kHz and 50 kHz, in particular between 35 kHz and 45 kHz, more preferably around 40 kHz. With increasing frequency, the size of the Components and increases the mechanical load of the vibration system, wherein advantageous in the selected frequency range Size ratios with high output power and favorable weight of the electric machine tool.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann die Betriebsspannungseinheit einen elektrochemischen Speicher umfassen, vorzugsweise einen wiederaufladbaren elektrochemischen Speicher. Die Betriebsspannungseinheit hat einen nur geringen Platzbedarf, was für die Kompaktheit und das Gewicht der Elektrowerkzeugmaschine vorteilhaft ist. Günstig sind Systeme auf der Basis von z. B. Lithium-Ionen (Li-Ion) oder auch Nickel-Metallhydrid (NiMeH), Nickel-Cadmium (NiCd) oder auch Blei und dergleichen. Diese können fest im Gehäuse integriert sein und über einen Ladeanschluss nachgeladen werden. Alternativ kann die Betriebsspannungseinheit als Wechselsystem ausgebildet sein, mit austauschbaren elektrochemischen Speichern, die gegebenenfalls auch extern wiederaufladbar sein können, und die in eine dafür vorgesehene Aufnahme im oder am Gehäuse eingesteckt werden können. Die Nennspannung der Betriebsspannungseinheit kann je nach Leistungsanforderung z. B. zwischen 3 Volt dc und 48 Volt dc liegen, z. B. bei 12 Volt dc.According to one favorable development of the invention, the operating voltage unit comprise an electrochemical storage, preferably a rechargeable electrochemical storage. The operating voltage unit has a only small space requirement, what for the compactness and the weight the power tool is advantageous. Are cheap Systems based on z. As lithium ions (Li-ion) or else Nickel-metal hydride (NiMeH), nickel cadmium (NiCd) or lead and the same. These can be fixed in the housing be integrated and recharged via a charging port. Alternatively, the operating voltage unit can be designed as a change system be, with exchangeable electrochemical storage, if necessary also be rechargeable externally, and in one intended inclusion in or on the housing can be inserted. The rated voltage of the operating voltage unit depending on the power requirement z. B. between 3 volts dc and 48 Volts dc lie, z. B. at 12 volts dc.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann die Betriebsspannungseinheit eine AC/DC-Wandlungseinheit umfassen. In diesem Fall kann auch ein Netzanschluss für die Elektrowerkzeugmaschine vorgesehen sein, und in der Betriebsspannungseinheit kann die Gleichrichtung und Glättung der Netzspannung erfolgen. Zwar benötigt die Aufbereitung der Netzspannung mehr Platz als ein Energiespeicher, der weitere platzsparende und kompakte Aufbau in einem einzigen Gehäuse ermöglicht jedoch weiterhin eine vereinfachte Bedienung und Handhabung der Elektrowerkzeugmaschine.According to one favorable development of the invention, the operating voltage unit an AC / DC conversion unit. In this case can also be a Power supply for the power tool provided be, and in the operating voltage unit, the rectification and smoothing the mains voltage. Although needed the preparation of the mains voltage more space than an energy storage, the more space-saving and compact construction in a single Housing, however, still allows a simplified Operation and handling of the power tool.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann die Elektronikeinheit auf einer Platine konzentriert sein. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Anordnung im Gehäuse. Die elektronische Ansteuerung des Anregungsaktors ist besonders kompakt.According to one favorable development of the invention, the electronic unit be focused on a circuit board. This allows a particularly space-saving arrangement in the housing. The electronic Activation of the excitation actuator is particularly compact.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann zur Signalfilterung und zur induktiven Kompensation des wenigstens einen Anregungsaktors wenigstens eine Induktivität in einem Leistungskreis der Elektronikeinheit, der den wenigstens einen Anregungsaktor mit elektrischer Leistung beaufschlagt, vorgesehen sein. Es kann ein platzsparender Aufbau der Leistungsinduktivitäten in einem einzigen Spulenkern realisiert werden. Die bei Anregungsaktoren günstige Signalfilterung und induktive Kompensation des Piezoaktors kann direkt über eine gezielt eingestellte Streuinduktivität eines sowieso benötigten Übertragungstransformators bereitgestellt bzw. durch eine auf demselben Spulenkern gewickelte Induktivität gegeben werden. Ein zusätzlicher Spulenkern mit einer weiteren Induktivität im Leistungskreis kann dadurch entfallen.According to one favorable development of the invention can signal filtering and for inductive compensation of the at least one excitation actuator at least one inductance in a power circuit of the Electronic unit, the at least one excitation actuator with electrical Power applied, be provided. It can be a space saving Structure of the power inductors in a single coil core will be realized. The favorable with excitation actuators signal filtering and inductive compensation of the piezoelectric actuator can directly over a specifically set leakage inductance of a transmission transformer that is required anyway provided or by a wound on the same spool core Inductance can be given. An additional one Coil core with a further inductance in the power circuit can be omitted.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann wenigstens Antriebseinheit, Elektronikeinheit und Betriebsspannungseinheit so im Gehäuse verteilt sein, dass ein Masseschwerpunkt im Bereich des Griffteils liegt. Der Bediener kann die Elektrowerkzeugmaschine sicher und bequem handhaben. Die Sicherheit und der Bedienkomfort werden erhöht.According to one favorable development of the invention can at least drive unit, Electronic unit and operating voltage unit so in the housing be distributed that a center of gravity in the area of the grip part lies. The operator can make the power tool safe and secure easy to handle. The safety and ease of use are increased.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann die Antriebseinheit neben dem wenigstens einen Anregungsaktor mindestens eine weitere Antriebskomponente umfassen. Vorteilhaft kann der Arbeitsbewegung eines durch die mindestens eine weitere Antriebskomponente angetriebenen Werkzeugs eine durch den wenigstens einen Anregungsaktor Bewegung überlagert werden, wodurch der Arbeitsfortschritt erheblich verbessert und die Bearbeitung erleichtert werden kann.According to one favorable development of the invention, the drive unit at least one further next to the at least one excitation actuator Drive component include. Advantageously, the working movement a driven by the at least one further drive component tool one superimposed by the at least one excitation actuator movement which greatly improves work progress and the processing can be facilitated.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann der wenigstens eine Anregungsaktor einen Hauptenergieverbraucher der Elektrowerkzeugmaschine bilden, für den vorzugsweise mindestens 50% elektrische Eingangsleistung vorgesehen sein können. In einer günstigen Weiterbildung kann für den Anregungsaktor mindestens 75%, vorzugsweise mindestens 80% der elektrischen Eingangsleistung vorgesehen sein. Der Arbeitsfortschritt der Elektrowerkzeugmaschine beim Einsatz von Ultraschall ist besonders groß, so dass ein weiterer Energieverbraucher, insbesondere eine weitere Antriebskomponente, wie etwa ein Bohrer, ein Meisel, ein Messer oder dergleichen, kleiner ausgelegt werden kann. Damit kann auch der Antrieb und die zugehörigen Elektronikkomponenten und die Energieversorgung kleiner ausfallen, was wiederum einen verbesserten Bedienkomfort und eine verbesserte Handhabung der handgehaltenen Elektrowerkzeugmaschine erlaubt.According to one favorable development of the invention, the at least an excitation actuator a main energy consumer of the power tool form, for preferably at least 50% electrical Input power can be provided. In a cheap Training can be at least 75% for the excitation factor, preferably at least 80% of the electrical input power provided be. The work progress of the electric machine tool in use Ultrasound is particularly large, so another one Energy consumers, in particular a further drive component, such as a drill, a chisel, a knife or the like, smaller can be designed. This can also drive and the associated Electronic components and the power supply are smaller, which in turn improved the ease of use and improved Handling of the hand-held power tool allowed.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann eine oder mehrere Betriebsanzeigen für einen aktivierten Zustand des wenigstens einen Anregungsaktors vorgesehen sein. Die Anzeige kann dabei optisch und/oder akustisch und/oder haptisch erfolgen. Die Betriebssicherheit der Elektrowerkzeugmaschine wird erhöht, da klar erkennbar ist, wenn der Anregungsaktor aktiviert ist und mechanische Leistung abgeben kann.According to a favorable development of the invention, one or more operating indications for an activated state of the at least one Excitation actuator be provided. The display can be made optically and / or acoustically and / or haptically. The reliability of the power tool is increased because it is clearly visible when the excitation is activated and can deliver mechanical power.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann die Antriebseinheit, welche dem Werkzeug eine Arbeitsbewegung aufprägt, dem Werkzeug Überlagerungsschwingungen aufprägen. Die Antriebseinheit kann als weitere Antriebskomponente beispielsweise einen elektrischen Antriebsmotor aufweisen, der in dem Gehäuse der Elektrowerkzeugmaschine aufgenommen ist. Die Motorwelle ist in der Regel über eine Getriebeeinheit mit einer Werkzeugwelle gekoppelt, die Träger des Werkzeuges ist und die Arbeitsbewegung ausführt. Das Werkzeug ist üblicherweise auswechselbar auf der Werkzeugwelle zu befestigen.According to one favorable development of the invention, the drive unit, which imparts a working movement to the tool, the tool overlay vibrations impress. The drive unit can be used as a further drive component For example, have an electric drive motor in the housing of the power tool is added. The motor shaft is usually via a gear unit coupled with a tool shaft, the carrier of the tool is and executes the labor movement. The tool is usually replaceable to attach to the tool shaft.

Die Elektrowerkzeugmaschine kann z. B. zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken eingesetzt werden, wobei zur Verringerung der Spangröße vorteilhaft der Anregungsaktor in der Elektrowerkzeugmaschine angeordnet ist, welcher Überlagerungsschwingungen im Werkzeug erzeugen kann. Diese Überlagerungsschwingungen sind der Arbeitsbewegung des Werkzeugs überlagert.The Power tool can, for. B. for machining of Workpieces are used, to reduce the Spangröße advantageous the excitation in the Power tool is arranged, which overlay vibrations can generate in the tool. These superposition vibrations are superimposed on the working movement of the tool.

Die Überlagerungsschwingungen, welche nicht von dem Antriebsmotor, sondern von dem Anregungsaktor ausgehen, können je nach Art der Elektrowerkzeugmaschine sowie in Abhängigkeit des verwendeten Werkzeuges und des zu bearbeitenden Werkstückmaterials mit einer Frequenz erzeugt werden, die zu einer signifikanten Verringerung der Spangröße führt. Da kleinere Späne auch eine kleinere Wärmekapazität aufweisen, können sich die Späne in einem kürzeren Zeitraum abkühlen, wodurch die Brandgefahr reduziert ist. Außerdem führen die kleineren Späne an sich zu einer reduzierten Verletzungsgefahr, da der von ihnen ausgehende Impuls geringer ist.The superposition oscillations, which not from the drive motor but from the excitation actuator can go out, depending on the type of power tool and depending on the tool used and the to be machined workpiece material with a frequency can be generated, resulting in a significant reduction in chip size leads. Because smaller chips also have a smaller heat capacity can show the chips in a shorter Cool down period, reducing the risk of fire. In addition, the smaller chips lead to a reduced risk of injury, since the outgoing of them Impulse is lower.

Die Frequenz der Überlagerungsschwingungen liegt zweckmäßigerweise im Ultraschallbereich und kann somit beispielsweise zumindest 20 kHz betragen. Diese verhältnismäßig hohe Frequenz hat zum einen den Vorteil, dass Schwingungen in dieser Größenordnung nicht mehr für den Menschen zu hören sind, so dass keine Lärmbeläs tigung entsteht. Zum andern hat es sich gezeigt, dass Schwingungen ab dieser Größenordnung besonders wirksam sind, um die Größe der Späne, die bei der Bearbeitung eines Werkstückes entstehen, signifikant zu reduzieren.The Frequency of the superposition oscillations is expediently in the ultrasonic range and thus can, for example, at least 20 kHz. This relatively high Frequency has the advantage that vibrations of this magnitude no longer to be heard for man, so that no noise is generated. To change It has been shown that vibrations of this magnitude are particularly effective to the size of the chips, which arise when machining a workpiece, significantly to reduce.

Es kann zweckmäßig sein, Überlagerungsschwingungen zu erzeugen, die in noch erheblich größeren Größenordnungen liegen. Grundsätzlich kommen Schwingungen bis hin in den Megahertzbereich in Betracht. Außerdem ist es auch möglich, Überlagerungsschwingungen mit niedrigerer Frequenz zu generieren.It may be appropriate, overlay vibrations to generate that in even greater magnitude lie. Basically there are vibrations all the way to the Megahertz range is considered. In addition, it is also possible overlay vibrations to generate at lower frequency.

Auf Grund der Überlagerung zu der Arbeitsbewegung des Werkzeugs einerseits sowie der in der Regel deutlich höheren Frequenz bleibt das Erzeugen der Überlagerungsschwingungen ohne Einfluss auf die Arbeitsbewegung und damit auf das Ergebnis der Werkstückbearbeitung. Zudem weisen die Überlagerungsschwingungen üblicherweise nur eine sehr geringe Amplitude auf, so dass die Bearbeitung des Werkstückes nicht beeinträchtigt ist.On Reason of superposition to the working movement of the tool on the one hand, and the usually much higher frequency the generation of overlay vibrations remains without Influence on the work movement and thus on the result of the work Workpiece machining. In addition, the overlay vibrations usually only a very small amplitude, allowing the machining of the workpiece is not affected.

Die vorteilhafte Generierung von Überlagerungsschwingungen im Werkzeug kann sowohl bei rotatorischen als auch bei translatorischen bzw. gemischt rotatorischtranslatorischen Arbeitsbewegungen des Werkzeugs eingesetzt werden. Gemäß einer günstigen Ausführung ist die Elektrowerkzeugmaschine als Schleifgerät, beispielsweise als Winkelschleifer ausgebildet, die als Werkzeug eine an einer Werkzeugwelle gelagerte Schleifscheibe aufweist, wobei in diesem Fall die Werkzeugbewegung eine ausschließliche Rotationsbewegung ist. In Betracht kommen aber auch translatorische Bewegungen, beispielsweise bei Hubsägen, die eine oszillierende Hubbewegung ausführen.The advantageous generation of superposition oscillations in the tool can be used in both rotary and translatory or mixed rotationally translational working movements of the Tool are used. According to a favorable Execution is the power tool as a grinder, For example, designed as an angle grinder, as a tool a mounted on a tool shaft grinding wheel, wherein in this case, the tool movement is an exclusive one Rotation movement is. But also translational Movements, for example in lifting saws, the oscillating lifting movement To run.

Die Überlagerungsschwingungen können gemäß einer vorteilhaften Ausführung orthogonal zur Bewegungsebene des Werkzeugs angeregt werden, in der die Arbeitsbewegung stattfindet. Beispielsweise können bei Schleifscheiben die Überlagerungsschwingungen in Richtung der die Schleifscheibe tragenden Werkzeugwelle aufgebracht werden. Bei einer translatorischen Arbeitsbewegung erfolgt dagegen die Überlagerungsschwingung senkrecht zur Translationsbewegung.The overlay vibrations can according to an advantageous embodiment be excited orthogonal to the plane of movement of the tool, in the work movement takes place. For example, you can for grinding wheels, the superposition vibrations in the direction the grinding wheel carrying tool shaft are applied. In a translatory working movement, however, the superimposition oscillation takes place perpendicular to the translation movement.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist es aber auch möglich, dass die Überlagerungsschwingungen das Werkzeug in der Bewegungsebene anregen. Im Fal le einer Schleifscheibe bedeutet dies, dass die Schleifscheibe senkrecht zur Werkzeugwelle angeregt wird, so dass der Vektor der Anregung in der Bewegungsebene der Schleifscheibe liegt.According to one further expedient embodiment but it is also possible that the overlay vibrations excite the tool in the plane of movement. Im Fal le a grinding wheel means this is that the grinding wheel is excited perpendicular to the tool shaft so that the vector of excitation in the plane of motion of the Grinding wheel is located.

Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, die von dem Anregungsaktor ausgehenden Überlagerungsschwingungen auf ein Lager des Werkzeugs wirken zu lassen, wobei die Schwingungen sich über das Lager auch auf das Werkzeug ausbreiten. Im Falle von mehreren Lagern erfolgt dies vorzugsweise über das werkzeugnahe Lager, um eine Belastung der Getriebeeinheit sowie des Antriebsmotors durch die Überlagerungsschwingungen zu vermeiden.Of Further, it may be appropriate, the of the Excitation actuator outgoing superposition oscillations on a bearing of the tool to act, the vibrations spread over the bearing on the tool. In the event of of several camps, this is preferably done via the Tool-near bearing to load the gear unit as well of the drive motor by the superposition oscillations to avoid.

Als Anregungsaktor können verschieden ausgeführte, aktive Stellglieder eingesetzt werden, die durch Zufuhr von Energie zur Schwingungserzeugung angeregt werden können. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, dass der Anregungsaktor als Langevin-Schwinger mit eingespannten Piezoelementen ausgebildet ist, das durch Anlegen einer Spannung seine Ausdehnung ändert. Durch eine entsprechend hochfrequente Spannungsbeaufschlagung kann sich das Piezoelement in der gewünschten Frequenz der Überlagerungsschwingungen ausdehnen und zusammenziehen, wobei der Anregungsaktor mit einem Bauteil in der Kraftübertragungskette zwischen Antriebseinheit bzw. Antriebsmotor und Werkzeug gekoppelt ist, so dass sich die Schwingungen des Anregungsaktors bis in das Werkzeug ausbreiten können. Wie bereits zuvor beschrieben, erfolgt die Anregung vorzugsweise über ein Lager der Werkzeugwelle, die das Werkzeug trägt. Gemäß einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass der Anregungsaktor als magnetorestriktiver Anregungsaktor ausgebildet ist, was sich insbesondere zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen eignet.When Excitation actuator can perform differently, active actuators are used by supplying energy can be excited to generate vibration. According to one advantageous embodiment may be provided that the excitation actuator designed as a Langevin oscillator with clamped piezo elements is that changes its extent by applying a voltage. By a correspondingly high-frequency voltage application may occur the piezoelectric element in the desired frequency of the superposition oscillations expand and contract, the excitation with a Component in the power transmission chain between the drive unit or drive motor and tool is coupled, so that the Vibrations of the excitation actuator spread into the tool can. As already described above, the excitation takes place preferably via a bearing of the tool shaft, which is the Tool carries. According to another Embodiment is provided that the excitation actuator as magnetorestrictive excitation actuator is formed, which is in particular suitable for generating ultrasonic vibrations.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further Advantages are shown in the following description of the drawing. In the drawing, embodiments of the invention shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The specialist will expediently also consider the features individually and summarize to meaningful further combinations.

Es zeigen beispielhaft:It show by way of example:

1 ein Ausführungsbeispiel einer handgehaltenen Elektrowerkzeugmaschine in einer Ausgestaltung als Schneidgerät; 1 an embodiment of a hand-held power tool in an embodiment as a cutting device;

2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer handgehaltenen Elektrowerkzeugmaschine in einer Ausgestaltung als Bohrgerät; 2 another embodiment of a hand-held power tool in an embodiment as a drill;

3a, 3b eine Prinzipskizze einer Ansteuerung mit einer Wechselspannungsversorgung mit Netzstrom oder einer Gleichspannungsversorgung mit einem Batteriepack (3a) und eine günstige Taktung zur Verminderung der Baugröße einer Filtereinheit (3b); 3a . 3b a schematic diagram of a drive with an AC power supply with AC power or a DC power supply with a battery pack ( 3a ) and a favorable timing for reducing the size of a filter unit ( 3b );

4 einen Verlauf einer Ultraschallamplitude entlang einer Sonotrode; 4 a course of an ultrasonic amplitude along a sonotrode;

5 eine Impedanzkennlinie zum Nachweis einer Resonanzfrequenz eines Anregungsaktors; 5 an impedance characteristic for detecting a resonance frequency of an excitation actuator;

6 ein Ersatzschaltbild eines idealen Transformators; 6 an equivalent circuit diagram of an ideal transformer;

7 eine als Winkelschleifer ausgebildete elektrische Elektrowerkzeugmaschine im Schnitt; 7 a designed as angle grinder electric power tool in section;

8 in Einzeldarstellung die auf einer Werkzeugwelle angeordnete Schleifscheibe des Winkelschleifers aus 7, wobei die Werkzeugwelle in Lagern aufgenommen ist und das werkzeugnahe Lager von einem Anregungsaktor quer zur Wellenachse mit hochfrequenten Schwingungen beaufschlagt ist; 8th in an individual view, arranged on a tool shaft grinding wheel of the angle grinder 7 wherein the tool shaft is received in bearings and the tool-near bearing is acted upon by a Anreungsaktor transverse to the shaft axis with high-frequency oscillations;

9 die Schleifscheibe aus 8 mit Lager und Anregungsaktor in einer Draufsicht; und 9 the grinding wheel off 8th with bearing and excitation actuator in a plan view; and

10 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Anregungsaktor die die Schleifscheibe tragende Werkzeugwelle in Achslängsrichtung mit hochfrequenten Schwingungen beaufschlagt. 10 a further embodiment in which the excitation actuator acts on the grinding wheel supporting tool shaft in the axial direction with high-frequency oscillations.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.In the figures are the same or similar components with the same Numbered.

Zur Erläuterung der Erfindung zeigen die 1 und 2 verschiedene Beispiele von handgehaltenen Elektrowerkzeugmaschinen 10. 1 zeigt ein Schneidgerät mit langgestreckter Gehäuseform; 2 zeigt ein Bohrgerät mit T-förmiger Gehäuseform.To illustrate the invention show the 1 and 2 various examples of hand-held power tools 10 , 1 shows a cutting device with elongated housing shape; 2 shows a drill with T-shaped housing.

Die handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine 10 umfasst ein Gehäuse 20 mit einem Griffbereich 40. Ein Bediener hält die Elektrowerkzeugmaschine 10 an dem Griffbereich 40 und kann die Elektrowerkzeugmaschine 10 führen. Der Griffbereich 40 kann gegebenenfalls mit einem nicht dargestellten Dämpfungselement gegenüber andern Gehäusebereichen entkoppelt sein. Die Elektrowerkzeugmaschine 10 umfasst ferner einen Werkzeugbereich 50 für ein linear und/oder oszillierend antreibbares Werkzeug 60, etwa ein Messer (1) oder einen Bohrer (2) oder ein anderes Werkzeug entsprechend einem anderen Gerätetyp.The hand-held power tool 10 includes a housing 20 with a grip area 40 , An operator holds the power tool 10 at the grip area 40 and can the power tool 10 to lead. The grip area 40 may optionally be decoupled with a damping element, not shown, with respect to other housing areas. The power tool 10 further includes a tool area 50 for a linear and / or oscillating drivable tool 60 , about a knife ( 1 ) or a drill ( 2 ) or another tool according to another device type.

Ein gehäuseseitiges Bedienteil 30 dient zur benutzerseitigen Aktivierung des Werkzeugs 60 und/oder der Elektrowerkzeugmaschine 10. Das Bedienteil 30 kann z. B. ein Schalter oder ein Regler sein oder auch mehrere Bedienelemente umfassen, von denen z. B. eines zum Einschalten der Elektrowerkzeugmaschine 10 und eines zum Einschalten und/oder Regeln des Werkzeugs 60 vorgesehen sein kann.A housing-side control panel 30 serves for the user-side activation of the tool 60 and / or the power tool 10 , The control panel 30 can z. B. be a switch or a controller or include several controls, of which z. B. one for turning on the power tool 10 and one for turning on and / or controlling the tool 60 can be provided.

Im Gehäuse 20 ist eine Antriebseinheit 80 angeordnet, die in den Beispielen gemäß 1 und 2 nur eine Antriebskomponente umfasst, die durch einen Anregungsaktor 100 gebildet ist. Dieser kann als Piezo-angeregter Langevin-Schwinger (auch Piezoaktor genannt) ausgebildet sein, der ein Volumen piezoelektrisch aktiven Materials 102 umfasst, z. B. piezokeramische Scheiben, die zusammengepresst sind und die bei Beaufschlagung mit elektrischer Spannung eine Längenänderung durchführen. Bei Beauschlagung mit hochfrequenter elektrischer Spannung wird in an sich bekannter Weise Ultraschall generiert, der über einen Koppelelement 106 zu einem Werkzeug 60 geleitet wird. Das Koppelelement 106 kann eine an sich bekannte Sonotrode sein. Die Länge und die Form wie auch das Material des Koppelelements 106 bestimmen eine Resonanzfrequenz des Anregungsaktors 100. Auch das Werkzeug 60 kann die Resonanzfrequenz beeinflussen. In den Ausführungsvarianten in 1 und 2 ist der Anregungsaktor 100 so ausgeführt, dass Langevin-Schwinger und Koppelelement 106 in einer Einheit zusammengefasst sind, und deren gesamte Länge in etwa der halben Wellenlänge λ/2 der Ultraschallschwingung entspricht. Andere Ausführungsvarianten können vorsehen, dass der Anregungsaktor 100 zusammengesetzt ist aus mehreren Komponenten mit der Länge λ/2. Dies können sein: Schwingungserzeuger, bekannt als Konverter, im speziellen z. B. ein Langevin-Schwinger, Amplitudentransformationsstücke 104 bekannt als Booster, ggf. Verlängerungsstücke, sowie dem Koppelelement 106 bekannt als Sonotrode.In the case 20 is a drive unit 80 arranged in the examples according to 1 and 2 includes only one drive component that is driven by an excitation actuator 100 is formed. This can be designed as a piezo-excited Langevin oscillator (also called a piezoactuator), which is a volume of piezoelectrically active material 102 includes, for. B. piezoceramic discs that are pressed together and perform a change in length when exposed to electrical voltage. When Beauschlagung with high-frequency electrical voltage ultrasound is generated in a conventional manner, via a coupling element 106 to a tool 60 is directed. The coupling element 106 may be a known sonotrode. The length and shape as well as the material of the coupling element 106 determine a resonant frequency of the excitation actuator 100 , Also the tool 60 can affect the resonant frequency. In the embodiments in 1 and 2 is the excitation factor 100 designed so that Langevin oscillator and coupling element 106 are combined in one unit, and their entire length corresponds to approximately half the wavelength λ / 2 of the ultrasonic vibration. Other embodiments may provide that the excitation factor 100 composed of several components with the length λ / 2. These can be: Vibration generator, known as a converter, in particular z. A Langevin transducer, amplitude transformation pieces 104 known as a booster, possibly extension pieces, as well as the coupling element 106 known as sonotrode.

Eine im Gehäuse 20 angeordnete Elektronikeinheit 200 dient zum Beaufschlagen der Antriebseinheit 80 mit wenigstens Steuer- und/oder Regelsignalen, sowie der Spannungsversorgung des Anregungsaktors 100. Eine Betriebsspannungseinheit 90, hier als Batterie- oder Akkupack mit Batterien oder wiederaufladbaren Akkus 92 ausgebildet, dient zur Bereitstellung einer elektrischen Gleichspannung für die Elektronikeinheit 90, welche die Betriebsspannung in ein hochfrequentes Spannungssignal umsetzt, mit dem der Anregungsaktor 100 in gewünschter Weise zu Schwingungen angeregt wird.One in the case 20 arranged electronic unit 200 serves to pressurize the drive unit 80 with at least control and / or regulating signals, as well as the voltage supply of the excitation actuator 100 , An operating voltage unit 90 , here as a battery or battery pack with batteries or rechargeable batteries 92 designed, serves to provide a DC electrical voltage for the electronic unit 90 which converts the operating voltage into a high-frequency voltage signal with which the excitation actuator 100 is excited to vibrate in the desired manner.

Die Elektronikeinheit 200 ist ausgebildet, um den wenigstens einen Anregungsaktor 100 in einer Resonanzfrequenz f_res zu betreiben. Dabei umfasst die Elektronikeinheit 200 eine Regeleinheit 224 zur Nachführung der Resonanzfrequenz f_res des Anregungsaktors 100. Die Regeleinheit 224 kann eine Phasenregelkette umfassen, die den Anregungsaktor 100 in dessen Resonanzfrequenz anregen kann, wobei eine Phasenverschiebung zwischen dem eingespeisten Strom und der eingespeisten Spannung auf 0° eingestellt wird. Vorzugsweise wird die Resonanzfrequenz f_res nachgeregelt, wenn sich aufgrund von Erwärmung oder Lastwechsel am Werkzeug die Resonanzfrequenz ändert. Alternativ kann auch eine Frequenznachführung erfolgen, indem auf ein Maximum des in den Anregungsaktor 100 eingespeisten Stroms geregelt wird.The electronics unit 200 is formed around the at least one excitation actuator 100 to operate at a resonant frequency f_res. In this case, the electronic unit includes 200 a control unit 224 for tracking the resonance frequency f_res of the excitation actuator 100 , The control unit 224 may comprise a phase locked loop that controls the excitation factor 100 can excite in the resonant frequency, wherein a phase shift between the current fed and the voltage fed to 0 ° is set. The resonance frequency f_res is preferably readjusted when the resonant frequency changes due to heating or load changes on the tool. Alternatively, a frequency tracking can be done by a maximum of the in the excitation 100 fed electricity is regulated.

Ist der Anregungsaktor 100 ein Piezoaktor, beträgt das Volumen des piezoelektrisch aktiven Materials 102, z. B. aufeinandergestapelte piezoelektrische Scheiben, günstigerweise mindestens 0,2 cm3, vorzugsweise 0,5 cm3, insbesondere mindestens 1 cm3. Der Anregungsaktor 100 kann eine Leistungsdichte von mindestens 5 Watt/cm3, vorzugsweise von mindestens 20 Watt/cm3, bezogen auf das Volumen des piezoelektrisch aktiven Materials 102 des Anregungsaktors 100 aufweisen. Die Leistungsdichte ermöglicht einen Einsatz in einer handgehaltenen Elektrowerkzeugmaschine 10 mit ausreichender Leistungsabgabe des Werkzeugs 60.Is the excitation factor 100 a piezoactuator, is the volume of the piezoelectrically active material 102 , z. B. stacked piezoelectric discs, conveniently at least 0.2 cm 3 , preferably 0.5 cm 3 , in particular at least 1 cm 3 . The excitation factor 100 may have a power density of at least 5 watts / cm 3 , preferably at least 20 watts / cm 3 , based on the volume of the piezoelectric active material 102 of the excitation actuator 100 exhibit. The power density allows use in a hand-held power tool 10 with sufficient power output of the tool 60 ,

Die Aktivierung des Werkzeugs 60 durch den Aktivierungsaktor 30 kann mit einem Signalmittel 122 (2) angezeigt werden.The activation of the tool 60 through the activation factor 30 can with a signal means 122 ( 2 ) are displayed.

In 1 ist die Elektronikeinheit 200 besonders platzsparend auf einer einzigen Platine 210 integriert. In 2 ist die Elektronikeinheit auf zwei Platinen 212, 214 aufgeteilt, wobei eine im Hauptteil und eine im quer vom Hauptteil abstehenden Griffteil des T-förmigen Gehäuses 20 angeordnet ist. Vorteilhaft sind Antriebseinheit 80, Elektronikeinheit 200 und Betriebsspannungseinheit 90 so im Gehäuse 20 verteilt, dass ein Masseschwerpunkt im Bereich des Griffteils 40 liegt.In 1 is the electronics unit 200 particularly space-saving on a single board 210 integrated. In 2 is the electronics unit on two boards 212 . 214 split, one in the main part and a protruding transversely from the main part grip part of the T-shaped housing 20 is arranged. Advantageously, drive unit 80 , Electronic unit 200 and operating voltage unit 90 so in the case 20 that distributes a center of gravity in the area of the grip part 40 lies.

3a zeigt eine Prinzipskizze einer Ansteuerung des Anregungsaktors 100, beispielsweise in Form eines Piezoaktors 100, mit einer Wechselspannungsversorgung aus einem Versorgungsnetz oder einer Gleichspannungsversorgung mit einem Batteriepack. 3a shows a schematic diagram of a control of the excitation actuator 100 , for example in the form of a piezoelectric actuator 100 , with an AC power supply from a utility grid or a DC power supply with a battery pack.

Bei Netzversorgung der Elektronikeinheit 200, z. B. mit 220 Volt ac, ist eine Baugruppe 94 vorgesehen, welche die Wechselspannung gleichrichtet und glättet. Die Elektronikeinheit 200 umfasst eine Leistungserzeugungseinheit 222, in die die Gleichspannung eingespeist wird und die über eine entsprechende Filtereinheit 226 an den Anregungsaktor 100 gekoppelt ist. Eine Regeleinheit 224 stellt die Regelsignale für den Anregungsaktor 100 bereit. Die Betriebsfrequenz des Anregungsaktors 100 liegt im Bereich zwischen 10 kHz und 1000 kHz, vorzugsweise zwischen 30 kHz und 50 kHz, insbesondere zwischen 35 kHz und 45 kHz, besonders bevorzugt um etwa 40 kHz.With mains supply of the electronic unit 200 , z. B. with 220 volts ac, is an assembly 94 provided, which rectifies and smooths the AC voltage. The electronics unit 200 includes a power generation unit 222 into which the DC voltage is fed and the via a corresponding filter unit 226 to the excitation actuator 100 is coupled. A control unit 224 provides the control signals for the excitation actuator 100 ready. The operating frequency of the excitation actuator 100 is in the range between 10 kHz and 1000 kHz, preferably between 30 kHz and 50 kHz, in particular between 35 kHz and 45 kHz, particularly preferably around 40 kHz.

Erfolgt die Versorgung durch die Betriebsspannungseinheit 90 mittels Batterien oder Akkus 92, kann der Platzbedarf verringert werden, da die Baugruppe 94 zur Gleichrichtung und Glättung entfallen kann. Die elektrische Ausgangsspannung der Betriebsspannungseinheit 90 liegt vorzugsweise unterhalb von 100 Volt, etwa bei 36 Volt oder 10,8 Volt.Is the supply by the operating voltage unit 90 by means of batteries or rechargeable batteries 92 , the space requirement can be reduced because the assembly 94 for rectification and smoothing can be omitted. The electrical output voltage of the operating voltage unit 90 is preferably below half of 100 volts, about 36 volts or 10.8 volts.

Bevorzugt liegt die maximale elektrische Anregungsfeldstärke des wenigstens einen Anregungsaktors im Bereich unterhalb von 300 V/mm (bezogen auf die Di cke, insbesondere Scheibendicke, des piezoelektrisch aktiven Materials), vorzugsweise im Bereich zwischen 50 V/mm und 220 V/mm. Bei einer Scheibendicke des Anregungsaktors 100 von typischerweise 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise 2 mm bis 6 mm, insbesondere um 5 mm liegen die elektrische Spannungen bei unter 1000 VoltThe maximum electrical excitation field strength of the at least one excitation actuator preferably lies in the range below 300 V / mm (based on the thickness, in particular slice thickness, of the piezoelectrically active material), preferably in the range between 50 V / mm and 220 V / mm. At a slice thickness of the excitation actuator 100 of typically 1 mm to 10 mm, preferably 2 mm to 6 mm, in particular by 5 mm, the electrical voltages are less than 1000 volts

In einer Ausführungsvariante kann die Leistungserzeugungseinheit 222 mittels 4 MOSFET Halbleitern in einer an sich bekannten Vollbrückentopologie ausgeführt sein. In einerweiteren Variante kann die Erzeugung des Betriebssignals auch durch eine Halbbrücke (ebenfalls bekannt) mit z. B. einem Mittelpunktskondensator zur Filterung des DC Anteils erfolgen.In an embodiment variant, the power generation unit 222 be executed by 4 MOSFET semiconductors in a known full-bridge topology. In a further variant, the generation of the operating signal by a half-bridge (also known) with z. B. a midpoint capacitor for filtering the DC share done.

3b illustriert eine Möglichkeit, die Baugröße der Filtereinheit 226 möglichst klein zu gestalten. Dazu kann die Leistungseinheit 222 von der Regeleinheit 224 auch so angesteuert werden, dass diese mittels z. B. einer Sinus-Dreieck-Modulation anstatt einfachen Rechtecksignalen eine sinusähnlichere Rechteckspannung erzeugt. Je nach Höhe der Taktung, also der Anzahl der Einzelpulse, die Zusammen einen Sinus abbilden, kann der Gehalt an unerwünschten harmonischen Oberfrequenzen deutlich reduziert werden was zu einer kleineren Auslegung der Filtereinheit 226 führt. Hierzu ist die Anzahl der Rechteckimpulse pro Periodendauer des Sinussignals größer als 6, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 6 und 100 insbesondere in einem Bereich zwischen 10 und 26. In einer Ausführungsvariante kann die Anzahl und Breite der Rechteckimpulse von der Regeleinheit 224 z. B. bei Laständerungen auch während des Betriebes verändert werden. 3b illustrates one way the size of the filter unit 226 to be as small as possible. This can be done by the power unit 222 from the control unit 224 also be controlled so that this means z. B. a sine-wave modulation instead of simple square-wave signals generates a sine-like rectangular voltage. Depending on the amount of timing, ie the number of individual pulses, which together form a sine, the content of unwanted harmonic harmonic frequencies can be significantly reduced resulting in a smaller design of the filter unit 226 leads. For this purpose, the number of square pulses per period of the sine signal is greater than 6, preferably in a range between 6 and 100, in particular in a range between 10 and 26. In one embodiment, the number and width of the rectangular pulses from the control unit 224 z. B. are changed during load changes during operation.

4. zeigt einen Verlauf einer Ultraschallamplitude entlang eines als Piezoaktors ausgebildeten Anregungsaktors 100. Das Koppelelement 106 ist als Sonotrode ausgebildet. Der an das piezoelektrische Material 102 angrenzende Bereich des Anregungsaktor 100 wird zusammen mit den Piezoscheiben 102 als Konverter bezeichnet. Das piezoelektrische Material 102 wird durch die eingespeiste hochfrequente Wechselspannung zu Schwingungen angeregt, die über den Konverter in das Koppelelement 102 übertragen werden. Bei einem wie in 4 gezeigten dreistufigen Aufbau des Anregungsaktors 100 besteht dieser zusätzlich aus einem Booster 104 zur Amplitudenanpassung. Entlang der Längserstreckung M des Anregungsaktors 100 nimmt im Mittel die Amplitude Amp der angeregten Schwingung zu. Veränderungen der Resonanzfrequenz f_res des Schwingungssystems des Anregungsaktors 100 (gegebenenfalls mit angekoppeltem Werkzeug) im Betrieb werden vorzugsweise ausgeglichen, z. B. mit einer bereits oben erwähnten Phasenregelkette, mit der die Phasenverschiebung zwischen der zur Anregung des Anregungsaktors 100 in diesen eingespeisten elektrischen Spannung und dem eingespeisten elektrischen Strom auf null geregelt wird (Phasen-Null-Regelung), oder mit einer Maximumregelung des in den Anregungsaktor 100 eingespeisten elektrischen Strom. 4 , shows a course of an ultrasonic amplitude along a designed as a piezoelectric actuator excitation 100 , The coupling element 106 is designed as a sonotrode. The to the piezoelectric material 102 adjacent area of the excitation actuator 100 gets along with the piezo disks 102 referred to as a converter. The piezoelectric material 102 is excited by the fed high-frequency AC voltage to vibrations, via the converter in the coupling element 102 be transmitted. At a like in 4 shown three-stage structure of the excitation actuator 100 this additionally consists of a booster 104 for amplitude adjustment. Along the longitudinal extent M of the excitation actuator 100 takes on average the amplitude Amp of the excited oscillation. Changes in the resonant frequency f_res of the oscillation system of the excitation actuator 100 (optionally with coupled tool) in operation are preferably balanced, z. B. with an already mentioned above phase locked loop, with the phase shift between the excitation of the excitation 100 is regulated to zero in these fed-in electrical voltage and the supplied electric current (phase zero control), or with a maximum regulation of the in the excitation actuator 100 fed electric current.

5 zeigt eine Impedanzkennlinie eines piezoaktorisch ausgeführten Anregungsaktors mit den Resonanzfrequenzen f_res und f_res2. Kennlinie A zeigt einen Verlauf der Impedanz Imp als Funktion der Frequenz f, die bei der Resonanzfrequenz f_res ein Impedanzminimum und bei f_res2 ein Impedanzmaximum durchläuft. Die Frequenz f_res wird als Serienresonanz, f_res2 als Parallelresonanz bezeichnet. 5 shows an impedance characteristic of a piezoactively executed excitation actuator with the resonance frequencies f_res and f_res2. Characteristic A shows a profile of the impedance Imp as a function of the frequency f, which passes through an impedance minimum at the resonance frequency f_res and an impedance maximum at f_res2. The frequency f_res is referred to as a series resonance, f_res2 as a parallel resonance.

Kurve B zeigt den Verlauf der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, die bei der Resonanzfrequenz einen Nulldurchgang hat und von –90° unterhalb der Resonanzfrequenz f_res auf +90° oberhalb der Resonanzfrequenz f_res ändert. Bei Durchschreiten der Parallelresonanz f_res2 ändert sich die Phasenverschiebung von +90° unterhalb der Resonanzfrequenz auf –90° oberhalb der Resonanzfrequenz.Curve B shows the course of the phase shift between current and voltage, which has a zero crossing at the resonant frequency and from -90 ° below the resonance frequency f_res to + 90 ° above the resonance frequency f_res changes. When passing through the parallel resonance f_res2 changes the phase shift is + 90 ° below the resonance frequency at -90 ° above the resonance frequency.

Zur Signalfilterung und zur induktiven Kompensation des wenigstens einen Anregungsaktors 100 kann wenigstens eine Induktivität in einem Leistungskreis der Elektronikeinheit, der den wenigstens einen Anregungsaktor 100 mit elektrischer Leistung beaufschlagt, vorgesehen sein. Es kann ein platzsparender Aufbau der Leistungsinduktivitäten zusammen mit dem Übertragungstransformator in einem einzigen Spulenkern realisiert werden. Die bei Anregungsaktoren 100 günstige Signalfilterung und induktive Kompensation des Piezoaktors kann direkt über eine gezielt eingestellte Streuinduktivität eines sowieso benötigten Übertragungstransformators bereitgestellt bzw. durch eine auf demselben Spulenkern gewickelte Induktivität gegeben werden. Ein zusätzlicher Spulenkern mit einer weiteren Induktivität im Leistungskreis kann dadurch entfallen.For signal filtering and for inductive compensation of the at least one excitation actuator 100 For example, at least one inductor in a power circuit of the electronics unit may comprise the at least one excitation actuator 100 provided with electrical power, be provided. It can be a space-saving structure of the power inductors realized together with the transmission transformer in a single bobbin. The excitation actuators 100 Favorable signal filtering and inductive compensation of the piezoelectric actuator can be provided directly via a specifically set leakage inductance of a transmission transformer which is required anyway or can be given by an inductance wound on the same coil core. An additional coil core with a further inductance in the power circuit can thereby be omitted.

6 zeigt hierzu zur Erläuterung ein Ersatzschaltbild mit einem idealen Transformator. Die Induktivität M dient der eigentlichen Übertragung von Primärseite zu Sekundär seite. Die Streuinduktivitäten entstehen, da die Wicklungen nie ideal gekoppelt werden können. L1 und L2 bilden den Teil des Magnetfelds ab, der nicht von der Sekundärspule „eingefangen” werden kann. L1 und L2 sind elektrisch wie eine Luftspule anzusehen. 6 shows for explanation an equivalent circuit diagram with an ideal transformer. The inductance M serves the actual transmission from primary side to secondary side. The stray inductances arise because the windings can never be ideally coupled. L1 and L2 represent the part of the magnetic field that can not be "captured" by the secondary coil. L1 and L2 are to be considered as an air coil.

Die in 7 dargestellte als Winkelschleifer dargestellte Elektrowerkzeugmaschine 10 umfasst ein Gehäuse 20, welches aus einem Motorgehäuse 22 und einem Griffgehäuse 24 besteht, wobei zwischen Motorgehäuse 22 und Griffgehäuse 24 ein Dämpfungselement 26 angeordnet ist. Die Elektrowerkzeugmaschine 10 wird am Griffgehäuse 24 gehalten, welches den Griffbereich 40 bildet. Im Motorgehäuse 22 ist eine Antriebseinheit 80 mit einer als elektrischem Antriebsmotor 82 ausgebildeten Antriebskomponente aufgenommen, die über eine Getriebeeinheit 62 mit einer Werkzeugwelle 64 gekoppelt ist und diese antreibt. Die Werkzeugwelle 64 ist Träger eines als Schleifscheibe ausgebildeten Werkzeugs 60, die austauschbar an der Werkzeugwelle 64 befestigt ist.In the 7 presented as an angle grinder illustrated power tool 10 includes a housing 20 , which consists of a motor housing 22 and a handle housing 24 exists, being between motor housing 22 and handle housing 24 a damping element 26 is arranged. The power tool 10 gets on the handle housing 24 which holds the grip area 40 forms. In the motor housing 22 is a drive unit 80 with one as an electric drive motor 82 trained drive component, which has a gear unit 62 with a tool shaft 64 is coupled and this drives. The tool shaft 64 is a carrier designed as a grinding wheel tool 60 , which are interchangeable with the tool shaft 64 is attached.

In 8 ist die Werkzeugwelle 64 und das daran befestigte, als Schleifscheibe ausgebildete Werkzeug 60 in Einzeldarstellung gezeigt. Die Werkzeugwelle 64, die die Längsachse L aufweist, ist in Lagern 70 und 72 drehbar gelagert, die zueinander beabstandet im Gehäuse 20 angeordnet sind. Auf der der Schleifscheibe gegenüberliegenden Stirnseite befindet sich an der Werkzeugwelle 64 ein Kegelrad 74, über das die Werkzeugwelle 64 von dem elektrischen Antriebsmotor 82 angetrieben wird.In 8th is the tool shaft 64 and attached thereto, designed as a grinding wheel tool 60 shown in single representation. The tool shaft 64 having the longitudinal axis L is in bearings 70 and 72 rotatably mounted, which are spaced apart in the housing 20 are arranged. On the opposite side of the grinding wheel is located on the tool shaft 64 a bevel gear 74 , about which the tool shaft 64 from the electric drive motor 82 is driven.

Um die Größe der Späne zu verringern, die bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit dem als Schleifscheibe ausgebildeten Werkzeug 60 anfallen, wird das als Schleifscheibe ausgebildete Werkzeug 60 zusätzlich zu ihrer rotatorischen Arbeitsbewegung in hochfrequente Schwingungen versetzt. Es handelt sich hierbei um Überlagerungsschwingungen, die der Arbeitsbewegung des als Schleifscheibe ausgebildeten Werkzeugs 60 überlagert werden. Diese Überlagerungsschwingungen werden mithilfe des Anregungsaktors 100 erzeugt, der als weitere Antriebskomponente der Antriebseinheit 80 ebenfalls im Gehäuse 10 der handgehaltenen Elektrowerkzeugmaschine 10 angeordnet ist und direkt oder indirekt das als Schleifscheibe ausgebildete Werkzeug 60 zu den Überlagerungsschwingungen anregt. Im Ausführungsbeispiel gemäß 8 beaufschlagt der Anregungsaktor 100 das werkzeugseitige Lager 70 der Werkzeugwelle 64 und erzeugt Überlagerungsschwingungen, die orthogonal zur Längsachse L der Werkzeugwelle 64 gerichtet sind. Diese orthogonal zur Längsachse L gerichteten Überlagerungsschwingungen übertragen sich über die Werkzeugwelle 64 auch auf das als Schleifscheibe ausgebildete Werkzeug 60, das ebenfalls orthogonal zur Längsachse L und damit in ihrer Bewegungsebene Überlagerungsschwingungen ausübt.To reduce the size of the chips that are used when machining a workpiece with the tool designed as a grinding wheel 60 incurred, is designed as a grinding wheel tool 60 offset in addition to their rotary working movement in high-frequency oscillations. These are overlapping vibrations, that of the working movement of the tool designed as a grinding wheel 60 be superimposed. These beat oscillations are using the excitation 100 generated as the further drive component of the drive unit 80 also in the housing 10 the hand-held power tool 10 is arranged and directly or indirectly designed as a grinding wheel tool 60 to the superposition vibrations. In the embodiment according to 8th acts on the excitation actuator 100 the tool-side bearing 70 the tool shaft 64 and generates overlay vibrations orthogonal to the longitudinal axis L of the tool shaft 64 are directed. These superposition vibrations directed orthogonally to the longitudinal axis L are transmitted via the tool shaft 64 also on the designed as a grinding wheel tool 60 , which likewise exercises orthogonal to the longitudinal axis L and thus in its plane of motion superposition oscillations.

Grundsätzlich ist es auch möglich, den Anregungsaktor 100 an einer anderen Stelle zu positionieren, beispielsweise am werkzeugfernen Lager 72 oder unmittelbar an einer Position an der Werkzeugwelle 64 oder an dem als Schleifscheibe ausgebildeten Werkzeug 60, um dieses direkt mit Überlagerungsschwingungen zu beaufschlagen.In principle, it is also possible to use the excitation factor 100 to be positioned at a different location, for example at the tool-distant bearing 72 or directly at a position on the tool shaft 64 or on the tool designed as a grinding wheel 60 to directly apply this to superposition oscillations.

Als Anregungsaktor 100 können verschiedene aktive Stellglieder eingesetzt werden. Bevorzugt werden Stellglieder verwendet. die hochfrequente Schwingungen im Ultraschallbereich erzeugen, insbesondere in einem Frequenzbereich von mindestens 20 kHz, wobei ggf. auch Frequenzen in höheren Größenordnungen in Betracht kommen, insbesondere bis in den Megahertzbereich hinein, oder auch kleinere Frequenzen.As an excitation factor 100 Different active actuators can be used. Preferably, actuators are used. generate the high-frequency vibrations in the ultrasonic range, in particular in a frequency range of at least 20 kHz, possibly also frequencies in higher orders of magnitude come into consideration, especially into the megahertz range, or even smaller frequencies.

Als Anregungsaktor 100 wird beispielhaft ein Piezoelement verwendet. dessen Länge sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung ändert. Da Piezoelemente sehr schnell auf Spannungsänderungen reagieren, kann durch das Anlegen einer hochfrequenten Spannung eine entsprechend schnelle Längenänderung in dem Anregungsaktor erzeugt werden, die sich auf das hier beispielhaft als Schleifscheibe ausgebildete Werkzeug 60 auswirkt.As an excitation factor 100 For example, a piezoelectric element is used. whose length changes by applying an electrical voltage. Since piezoelectric elements react very quickly to changes in voltage, by applying a high-frequency voltage, a correspondingly rapid change in length can be generated in the excitation actuator, which is based on the tool, which is embodied here by way of example as a grinding wheel 60 effect.

Der Anregungsaktor 100 kann auch als magnetoresistiver Aktor ausgebildet sein, bei dem durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes der elektrische Widerstand geändert werden kann.The excitation factor 100 can also be designed as a magnetoresistive actuator, in which by applying an external magnetic field, the electrical resistance can be changed.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 8 und 9 werden die Überlagerungsschwingungen in Pfeilrichtung 110 orthogonal zur Längsachse L der Werkzeugwelle 64 bzw. des als Schleifscheibe ausgebildeten Werkzeugs 60 erzeugt. Im Ausführungsbeispiel gemäß 10 erfolgt dagegen die Anregung mit den Überlagerungsschwingungen gemäß Pfeilrichtung 110 in Richtung der Längsachse L von Werkzeugwelle 64 und Werkzeug 60 und damit senkrecht zur Bewegungsebene des als Schleifscheibe ausgebildeten Werkzeugs 60. Der Anregungsaktor 100, über den die Überlagerungsschwingungen generiert werden, beaufschlagt entweder unmittelbar die Werkzeugwelle 64 oder eines bzw. beide Lager 70 bzw. 72 oder unmittelbar das Werkzeug 60 mit den Überlagerungsschwingungen in Achsrichtung.In the embodiment according to 8th and 9 become the overlay vibrations in the direction of the arrow 110 orthogonal to the longitudinal axis L of the tool shaft 64 or the tool designed as a grinding wheel 60 generated. In the embodiment according to 10 on the other hand, the excitation with the superposition oscillations according to the arrow direction 110 in the direction of the longitudinal axis L of the tool shaft 64 and tool 60 and thus perpendicular to the plane of movement of the tool designed as a grinding wheel 60 , The excitation factor 100 , over which the overlay vibrations are generated, either directly applied to the tool shaft 64 or one or both bearings 70 respectively. 72 or directly the tool 60 with the superposition vibrations in the axial direction.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (28)

Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine (10) umfassend – ein Gehäuse (20) mit einem Griffbereich (40), – einen Werkzeugbereich (50) für ein linear und/oder oszillierend antreibbares Werkzeug (60), – ein gehäuseseitiges Bedienteil (30) zur benutzerseitigen Aktivierung des Werkzeugs (60) und/oder der Elektrowerkzeugmaschine (10), – eine im Gehäuse (20) angeordnete Antriebseinheit (80) zur Erzeugung einer Arbeitsbewegung des Werkzeugs (60), – eine im Gehäuse (20) angeordnete Elektronikeinheit (200) zum Beaufschlagen der Antriebseinheit (80) mit wenigstens Steuer- und/oder Regelsignalen, – eine Betriebsspannungseinheit (90) zur Bereitstellung einer elektrischen Gleichspannung, wobei die Antriebseinheit (80) wenigstens einen Anregungsaktor (100) mit einem Volumen anregungsaktiven Materials umfasst, welcher – im Betrieb von der Betriebsspannungseinheit (90) elektrisch versorgt ist, – von der Elektronikeinheit (200) gesteuert oder geregelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (200) ausgebildet ist, um den wenigstens einen Anregungsaktor (100) in einer Resonanzfrequenz (f_res) zu betreiben.Hand-held power tool ( 10 ) - a housing ( 20 ) with a grip area ( 40 ), - a tool area ( 50 ) for a linear and / or oscillating drivable tool ( 60 ), - a housing-side control panel ( 30 ) for the user-side activation of the tool ( 60 ) and / or the power tool ( 10 ), - one in the housing ( 20 ) arranged drive unit ( 80 ) for generating a working movement of the tool ( 60 ), - one in the housing ( 20 ) arranged electronic unit ( 200 ) for charging the drive unit ( 80 ) with at least control and / or regulating signals, - an operating voltage unit ( 90 ) for providing a direct electrical voltage, wherein the drive unit ( 80 ) at least one excitation factor ( 100 ) comprising a volume of excitation-active material which - in operation from the operating voltage unit ( 90 ) is electrically supplied, - from the electronic unit ( 200 ) is controlled or regulated, characterized in that the electronic unit ( 200 ) is formed around the at least one excitation actuator ( 100 ) in a resonant frequency (f_res) to operate. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (200) eine Regeleinheit (224) mit Frequenzanpassung zur Nachführung der Resonanzfrequenz (f_res) des wenigstens einen Anregungsaktors (100) umfasst.Hand-held power tool according to claim 1, characterized in that the electronic unit ( 200 ) a control unit ( 224 ) with frequency adaptation for tracking the resonance frequency (f_res) of the at least one excitation actuator ( 100 ). Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das anregungsaktive Material piezoelektrisch ist.Hand held power tool after a of the preceding claims, characterized in that the exciting active material is piezoelectric. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des piezoelektrischen Materials mindestens 0,2 cm3, vorzugsweise 0,5 cm3, insbesondere mindestens 1 cm3, beträgt.Hand-held power tool according to claim 3, characterized in that the volume of the piezoelectric material is at least 0.2 cm 3 , preferably 0.5 cm 3 , in particular at least 1 cm 3 . Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Anregungsaktor (100) eine Leistungsdichte von mindestens 5 Watt/cm3, vorzugsweise von mindestens 20 Watt/cm3, bezogen auf das Volumen des piezoelektrisch aktiven Materials (102) des wenigsten einen Anregungsaktors (100) aufweist.Claims, characterized in that the at least one excitation factor ( 100 ) has a power density of at least 5 watts / cm 3 , preferably at least 20 watts / cm 3 , based on the volume of the piezoelectrically active material ( 102 ) of at least one excitation actuator ( 100 ) having. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Anregungsaktor an der Werkzeugspitze eine Schwingamplitude von mindestens 3 μm, vorzugsweise mindestens 8 μm, insbesondere mindestens 12 μm aufweist.Hand held power tool after a of the preceding claims, characterized in that the at least one excitation actuator on the tool tip has a vibration amplitude of at least 3 μm, preferably at least 8 μm, in particular at least 12 microns. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eingangsseitig der Elektronikeinheit (200) eine elektrische Leistung zur Beaufschlagung des wenigstens einen Anregungsaktors (100) mindestens 20 Watt beträgt.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that the input side of the electronic unit ( 200 ) an electrical power for acting on the at least one excitation actuator ( 100 ) is at least 20 watts. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Scheibendicke des Anregungsaktors typischerweise 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise 2 mm bis 6 mm, insbesondere um 5 mm beträgt.Hand held power tool after a of the preceding claims, characterized in that a slice thickness of the excitation actuator typically 1 mm to 10 mm, preferably 2 mm to 6 mm, in particular by 5 mm. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingangsfeldstärke des wenigstens einen Anregungsaktors (100) im Bereich von 300 V/mm liegen bezogen auf eine Dicke, insbesondere eine Scheibendicke, des piezoelektrisch aktiven Materials, vorzugsweise im Bereich zwischen 50 V/mm und 220 V/mm.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that an input field strength of the at least one excitation actuator ( 100 ) in the range of 300 V / mm, based on a thickness, in particular a slice thickness, of the piezoelectrically active material, preferably in the range between 50 V / mm and 220 V / mm. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingangsspannung des wenigstens einen Anregungsaktors (100) im Bereich unterhalb von 1000 Volt liegt, vorzugsweise im Bereich zwischen 300 Volt und 700 Volt.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that an input voltage of the at least one excitation actuator ( 100 ) is in the range below 1000 volts, preferably in the range between 300 volts and 700 volts. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Ausgangsspannung der Betriebsspannungseinheit (90) unterhalb von 100 Volt liegt.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that an electrical output voltage of the operating voltage unit ( 90 ) is below 100 volts. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Ausgangsspannung der Betriebsspannungseinheit (90) oberhalb von 100 Volt liegt.Hand-held power tool according to one of claims 1 to 10, characterized in that an electrical output voltage of the operating voltage unit ( 90 ) is above 100 volts. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsfrequenz des wenigstens einen Anregungsaktors (100) im Bereich zwischen 10 kHz und 1000 kHz, vorzugsweise zwischen 30 kHz und 50 kHz, insbesondere zwischen 35 kHz und 45 kHz, liegt.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that the operating frequency of the at least one excitation actuator ( 100 ) in the range between 10 kHz and 1000 kHz, preferably between 30 kHz and 50 kHz, in particular between 35 kHz and 45 kHz. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannungseinheit (90) einen elektrochemischen Speicher (92) umfasst, vorzugsweise einen wiederaufladbaren elektrochemischen Speicher (92).Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that the operating voltage unit ( 90 ) an electrochemical storage ( 92 ), preferably a rechargeable electrochemical store ( 92 ). Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannungseinheit (90) einen Gleichrichter (94) umfasst.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that the operating voltage unit ( 90 ) a rectifier ( 94 ). Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (200) auf einer Platine (210) konzentriert ist.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic unit ( 200 ) on a board ( 210 ) is concentrated. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Signalfilterung und/oder zur induktiven Kompensation des wenigstens einen Anregungsaktors (100) wenigstens eine Induktivität in einem Leistungskreis der Elektronikeinheit (200), der den wenigstens einen Anregungsaktor (100) mit elektrischer Leistung beaufschlagt, vorgesehen ist.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that for signal filtering and / or for inductive compensation of the at least one excitation actuator ( 100 ) at least one inductance in a power circuit of the electronics unit ( 200 ) containing the at least one excitation factor ( 100 ) is supplied with electric power, is provided. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens Antriebseinheit (80), Elektronikeinheit (200) und Betriebsspannungseinheit (90) so im Gehäuse (20) verteilt sind, dass ein Masseschwerpunkt im Bereich des Griffteils (40) liegt.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that at least drive unit ( 80 ), Electronic unit ( 200 ) and operating voltage unit ( 90 ) so in the housing ( 20 ) are distributed that a center of gravity in the region of the handle part ( 40 ) lies. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (80) neben dem wenigstens einen Anregungsaktor (100) mindestens eine weitere Antriebskomponente umfasst.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that the drive unit ( 80 ) next to the at least one excitation factor ( 100 ) comprises at least one further drive component. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Anregungsaktor (100) einen Hauptenergieverbraucher der Elektrowerkzeugmaschine (10) bildet, für den vorzugsweise mindestens 50% elektrische Eingangsleistung vorgesehen sind.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one excitation actuator ( 100 ) a main energy consumer of the power tool ( 10 ), for which at least 50% electrical input power is preferably provided. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere optische und/oder akustische und/oder haptische Betriebsabzeigen (120, 122) für einen aktivierten Zustand des wenigstens einen Anregungsaktors (100) vorgesehen sind.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that one or more optical and / or audible and / or haptic operation ( 120 . 122 ) for an activated state of the at least one excitation actuator ( 100 ) are provided. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Arbeitsfeldbeleuchtung vorgesehen ist.Hand held power tool after a of the preceding claims, characterized in that a workfield lighting is provided. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anregungsaktor (100) zur Erzeugung von Überlagerungsschwingungen im Werkzeug (60) vorgesehen ist, die einer Arbeitsbewegung des Werkzeugs (60) überlagert sind.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that the excitation actuator ( 100 ) for generating superposition oscillations in the tool ( 60 ) provided for a working movement of the tool ( 60 ) are superimposed. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (60) drehbar gelagert ist und die Arbeitsbewegung des Werkzeugs (60) eine Rotationsbewegung ist.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that the tool ( 60 ) is rotatably mounted and the working movement of the tool ( 60 ) is a rotational movement. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet. dass das Werkzeug (60) eine Schleifscheibe ist.Hand-held power tool according to claim 19, characterized. that the tool ( 60 ) is a grinding wheel. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsschwingungen das Werkzeug (60) in wenigstens einer der folgenden Richtungen anregen – orthogonal zur Bewegungsebene des Werkzeugs (60), in der die Arbeitsbewegung des Werkzeugs (60) stattfindet; – in Richtung der Längsachse (L) einer das Werkzeug (60) tragenden Werkzeugwelle (64); – in der Bewegungsebene, in der die Arbeitsbewegung des Werkzeugs (60) stattfindet; und/oder – senkrecht zur Werkzeugwelle (64).Hand-held power tool according to one of claims 18 to 20, characterized in that the superimposed oscillations of the tool ( 60 ) in at least one of the following directions - orthogonal to the plane of movement of the tool ( 60 ), in which the working movement of the tool ( 60 ) takes place; In the direction of the longitudinal axis (L) of a tool ( 60 ) carrying tool shaft ( 64 ); - in the plane of movement where the working movement of the tool ( 60 ) takes place; and / or - perpendicular to the tool shaft ( 64 ). Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anregungsaktor (100) auf ein Lager (70, 72) des Werkzeugs (60) wirkt.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that the excitation actuator ( 100 ) to a warehouse ( 70 . 72 ) of the tool ( 60 ) acts. Handgehaltene Elektrowerkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das anregungsaktive Material (104) des Anregungsaktors (100) magnetorestriktiv ist.Hand-held power tool according to one of the preceding claims, characterized in that the excitation-active material ( 104 ) of the excitation actuator ( 100 ) is magnetostrictive.
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