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Die
Erfindung betrifft ein Elektrogerät nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
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Bei
dem Elektrogerät
kann es sich um ein Elektrohandwerkzeug, und zwar um ein Akku- und/oder ein Netz-Elektrowerkzeug,
insbesondere um Bohrmaschinen, Schleifer, Sägen, Hobel, Winkelschleifer
o. dgl., handeln. Bei dem Elektrogerät kann es sich auch um ein
Hausgerät,
wie ein Küchenarbeitsgerät, ein Staubsauger
o. dgl., handeln.
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Solche
Elektrowerkzeuge besitzen einen Elektromotor. Höherwertige Elektrowerkzeuge
weisen oft einen Microcontroller zur Ausführung eines Steuerungsprozesses
im Elektrowerkzeug auf, wobei der Steuerungsprozeß zur Ansteuerung
des Elektromotors dient. Beispielsweise kann der Elektromotor des
Elektrowerkzeugs vom Steuerungsprozeß mit einer vom Benutzer vorgewählten Drehzahl
betrieben werden, um die werkstückgerechte
Bearbeitung eines Werkstücks
zu ermöglichen.
In üblicher
Weise arbeitet der Microcontroller im Elektrowerkzeug mittels einer
Software. Aufgrund der Verwendung eines Microcontrollers handelt
es sich dabei um ein aufwendiges Elektrowerkzeug.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktionalität des Elektrowerkzeugs
und/oder das Elektrogeräts
in kostengünstiger
Weise zu steigern.
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Diese
Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Elektrogerät durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Beim
erfindungsgemäßen Elektrogerät, und zwar
insbesondere beim erfindungsgemäßen Elektrowerkzeug,
führt der
Microcontroller bzw. der Mikroprozessor wenigstens zwei Steuerungsprozesse aus.
Der Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, daß der Microcontroller
zusätzlich
zum Betrieb des Elektromotors noch zur Durchführung wenigstens eines weiteren
Steuerungsprozesses ohne nennenswerte Mehrbelastung geeignet ist.
Vorteilhafterweise wird dadurch die Wirtschaftlichkeit des eher teuren
Microcontrollers gesteigert. Dabei kann es sich anbieten, daß die beiden
Steuerungsprozesse mit unterschiedlicher Frequenz und/oder Priorität vom Microcontroller
abarbeitbar sind, um eine werkstückgerechte
Bearbeitung unter unterschiedlichen Bedingungen sicherzustellen.
Geschaffen ist somit ein Verfahren für ein Power Tool mit mindestens
zwei Aufgaben, die mit unterschiedlicher Frequenz und/oder Priorität abgearbeitet
werden. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Flexibel
einsetzbare Elektrowerkzeuge und/oder elektrische Geräte werden
häufig
mit einer Versorgungsspannung aus einem mobilen Energiespeicher
in der Art eines Akkus betrieben. Die Spannungsversorgung der Elektronik
zur Ansteuerung des Elektromotors, und damit insbesondere des Microcontrollers,
erfolgt dann zweckmäßigerweise
mit Hilfe der Versorgungsspannung aus demselben mobilen Energiespeicher.
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In üblicher
Weise kann das Elektrogerät
einen Schalter mit einem Betätigungsorgan
aufweisen, so daß durch
Betätigung
des Betätigungsorgans durch
den Benutzer der Betrieb des Elektrogeräts ein- und/oder ausschaltbar
ist. Mittels des Schalters kann weiter die Drehzahl des Elektromotors
entsprechend der Stellung des Betätigungsorgans einstellbar sein.
Hierzu betreibt dann der Microcontroller den Elektromotor entsprechend
der mittels des Betätigungsorgans
eingestellten Drehzahl. Falls es sich um ein Akku-Elektrogerät handelt
betreibt der Microcontroller den Elektromotor mittels eines Pulsweiten-Modulations-Signals.
Der mechanische Schalter ist an geeigneter, gut zugänglicher
Stelle am Elektrogerät
oder am Elektrowerkzeug angeordnet. Beispielsweise ist bei einem
Elektrowerkzeug hierfür
im Handgriff ein Elektrowerkzeugschalter vorgesehen. Der Schalter
weist ein Schaltergehäuse
auf, wobei zweckmäßigerweise
der Microcontroller im Schaltergehäuse befindlich ist.
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In
weiterer Ausbildung sind Steuergrößen und/oder Meßgrößen und/oder
Meßwerte
des Elektrogeräts
oder des Elektrowerkzeugs als Eingangsgrößen vom Microcontroller erfaßbar. Zur
Erleichterung der Verarbeitung dieser Werte mittels des Microcontrollers
werden zweckmäßigerweise
die Steuergrößen und/oder
Meßgrößen und/oder
Meßwerte mittels
eines A/D(Analog/Digital)-Wandlers ermittelt. Bei klassischen Microcontroller-Systemen
werden mehrere Meßgrößen der
Reihe nach mit derselben Abtastfrequenz erfaßt. In Weiterbildung der Erfindung
legt hingegen ein Dispatcher-Prozeß im Microcontroller die Reihenfolge
und/oder die Frequenz der zu erfassenden Eingangsgrößen fest.
Mittels der zum jeweiligen Zeitpunkt neu erfaßten Eingangsgrößen sind
Verarbeitungsvorgänge
im Microcontroller auslösbar,
die einen entsprechenden Steuervorgang des Microcontrollers im Elektrogerät oder Elektrowerkzeug
bewirken.
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In
einer weiteren Ausgestaltung wird die Erfassung des Sollwertes für die Drehzahl
entsprechend der Stellung des Betätigungsorgans, also beispielsweise
der Drückerstellung,
bei der es sich um einen zweiten Steuerungsprozeß handelt, in größeren Zeitabständen durchgeführt als
die Erfassung des Laststroms für
den Elektromotor, bei dem es sich um einen ersten Steuerungsprozeß handelt.
Die Verarbeitung der Größe des Sollwertes
für die
Drehzahl erfolgt im Microcontroller mit kleinerer Frequenz als der
Größe des Laststroms,
derart daß die
Latenzzeit der Systemantwort auf die Größe des Laststroms kurz gegenüber derjenigen
der Größe des Sollwertes für die Drehzahl
ist. Eine solche Ausgestaltung schützt den Anwender vor Gefahren,
beispielsweise solchen, die von einem blockierenden Werkzeug ausgehen.
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Für eine besonders
bevorzugte Ausgestaltung ist nachfolgendes festzustellen. Ein Elektrowerkzeugschalter
mit einem Microcontroller kann so programmiert werden, daß ein Dispatcher-Prozeß sich um
die Reihenfolge und/oder Frequenz der zu erfassenden Eingangsgrößen kümmert. Die
zum jeweiligen Zeitpunkt neu erfaßten Größen lösen ihrerseits Verarbeitungsvorgänge aus,
aus deren Kombination der Ausgangsprodukte eine Systemantwort resultiert.
Die Erfassung des Sollwertes entsprechend der Drückerstellung kann in größeren Zeitabständen durchgeführt werden,
da sich auch der menschliche Finger nur mit begrenzter Geschwindigkeit
bewegen kann. Die Erfassung und Verarbeitung dieser Größe kann
mit kleinerer Frequenz erfolgen und die Latenzzeit der Systemantwort
darf größer sein.
Hingegen kann sich der Laststrom durch ein Ereignis unerwartet schnell
verändern.
Die Erfassung und Verarbeitung dieser Größe soll mit größerer Frequenz
erfolgen und die Latenzzeit der Systemantwort soll hierfür kurz sein.
Bei der Kombination der beiden Systemantworten muß die Reaktion
auf Lastströme daher
mit höherer
Priorität
behandelt werden, um den Anwender vor Gefahren zu schützen. Insbesondere kann
ein Elektrowerkzeugschalter für
die Li-Ionen-Akku-Technologie so programmiert werden, daß die Latenzzeit
der Systemantwort auf Lastströme möglichst
kurz ist.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß der
Elektrowerkzeugschalter auf Steuergrößen und/oder Meßgrößen adäquat reagieren
kann. Jede erfaßte
Größe führt zu einer
Systemantwort. Die Erfassung und Verarbeitung dieser Größen als
auch die daraus resultierenden Systemantworten können sich in ihrer Frequenz, Priorität und Latenzzeit
unterscheiden und sich während
der Systemlaufzeit auch dynamisch verändern. Durch unterschiedliche
Abtastfrequenzen ergeben sich neuartige Möglichkeiten, auf Ereignisse
unterschiedlich schnell und/oder zweckgerichtet zu reagieren. Insgesamt
wird somit der Betrieb des Elektrogeräts oder des Elektrowerkzeugs
verbessert sowie auch für
den Benutzer sicherer. Außerdem
wird die Funktionalität
des Elektrogeräts
oder des Elektrowerkzeugs in kostengünstiger Weise gesteigert.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen
ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen die
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1 schematisch
ein Elektrowerkzeug, wobei das Gehäuse des Elektrowerkzeugs teilweise aufgebrochen
dargestellt ist,
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2 ein
Blockschaltbild für
das Elektrowerkzeug,
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3 ein
schematisches Blockschaltbild zur Steuerung des Elektrowerkzeugs
und
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4 eine
beispielhafte Darstellung zur Abarbeitung der Steuerungsprozesse
im Elektrowerkzeug.
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In 1 ist
ein Elektrowerkzeug 1 mit einem Elektromotor 2 zum
Antrieb eines Werkzeugs 3 zu sehen. Es kann sich dabei
um ein Akku- und/oder Netz-Elektrowerkzeug handeln. Beispielhaft
ist in 1 eine Akku-Bohrmaschine als Elektrowerkzeug 1 gezeigt,
die mit einer Versorgungsspannung aus einem mobilen Energiespeicher 8 in
der Art eines Akkus betrieben wird. Selbstverständlich kann es sich bei dem
Elektrowerkzeug 1 auch um einen Schleifer, eine Säge, einen
Hobel, einen Winkelschleifer o. dgl. handeln.
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Im
Gehäuse 4 des
Elektrowerkzeugs 1 ist ein Schalter 5 mit einem
Schaltergehäuse 13 angeordnet.
Der Schalter 5 ist derart im Gehäuse 4 aufgenommen,
daß ein
manuell vom Benutzer bewegbares Betätigungsorgan 6 des
Schalters 5 aus dem Gehäuse 4 herausragt.
Der Schalter 5 besitzt ein Kontaktsystem 7, auf
das das Betätigungsorgan 6 zur Umschaltung
einwirkt, so daß die
Spannungsversorgung aus dem Energiespeicher 8 für das Elektrowerkzeug 1,
und zwar insbesondere zum Betrieb des Elektromotors 2,
mittels des Betätigungsorgans 6 vom
Benutzer ein- und/oder ausschaltbar ist. Schließlich umfaßt der Schalter 5 eine
elektrische Schaltungsanordnung zur Steuerung und/oder Regelung
des Elektromotors 2. Die Schaltungsanordnung dient als
Steuerelektronik 9 zur Drehzahlveränderung des Elektromotors 2 entsprechend
der Stellung des vom Benutzer bewegten Betätigungsorgans 6. Die
Steuerelektronik 9 umfaßt einen Microcontroller wie
anhand von 2 zu sehen ist, und befindet
sich zweckmäßigerweise
im Schaltergehäuse 13.
Der Microcontroller 9, der mittels einer Software arbeitet, dient
zur Ausführung
von Steuerungsprozessen im Elektrowerkzeug 1.
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Wie
weiter in 1 zu sehen ist, ist am Gehäuse 4 eine
Arbeitsfeldbeleuchtung 10 angeordnet, mit deren Hilfe der
Arbeitsbereich für
das Werkzeug 3 als Unterstützung für den Benutzer beleuchtbar
ist. Die Spannungsversorgung für
die Arbeitsfeldbeleuchtung 10 erfolgt ebenfalls aus dem
Energiespeicher 8, und zwar vorliegend über die Steuerelektronik 9,
die hierfür
als Pulsweiten-Modulations-Schaltung arbeitet. Damit wird die Arbeitsfeldbeleuchtung 10
über ein
von der Versorgungsspannung aus dem Energiespeicher 8 gespeistes
Pulsweiten-Modulations-Signal 11 betrieben, womit die Helligkeit
der Arbeitsfeldbeleuchtung 10 dementsprechend wunschgemäß eingestellt
werden kann.
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Ein
Steuerungsprozeß im
Microcontroller 9 dient somit zur Ansteuerung des Elektromotors 2. Wie
aus 2 hervorgeht, betreibt hierbei der Microcontroller 9 mittels
eines Pulsweiten-Modulations-Signals 12 den
Elektromotor 2 entsprechend der mittels des Betätigungsorgans 6 vom
Benutzer eingestellten Drehzahl. Der Microcontroller 9 führt wenigstens
zwei Steuerungsprozesse, gegebenenfalls auch noch weitere Steuerungsprozesse
aus. Für
diese weiteren Steuerungsprozesse sind Steuergrößen und/oder Meßgrößen und/oder
Meßwerte
des Elektrowerkzeugs 1 als Eingangsgrößen vom Microcontroller 9 erfaßbar. Wie
in 2 zu sehen ist, handelt es sich dabei um die nachfolgenden
weiteren Meßwerte.
Die Temperatur im Energiespeicher 8 wird mittels eines Temperatursensors 14 gemessen.
Ein Spannungssensor 15 mißt die vom Energiespeicher 8 abgegebene
Versorgungsspannung. Desweiteren wird über ein Potentiometer 16 eine
zur Stellung des Betätigungsorgans 6 korrespondierende
Spannung erzeugt. Schließlich
wird der Wert des Laststroms vom Elektromotor 2 mittels
eines Stromsensors 17 erfaßt. Diese Steuergrößen und/oder
Meßgrößen und/oder Meßwerte werden
dem Microcontroller 9 über
einen im Microcontroller 9 integrierten A/D(Analog/Digital)-Wandler 18 als
Eingangsgrößen für die weiteren Steuerungsprozesse
zugeführt.
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Bei
der Erfassung des Laststroms für
den Elektromotor 2 als Meßgröße 1 mittels des Stromsensors 17 handelt
es sich um den ersten Steuerungsprozeß, den der Microcontroller 9 ausführt. In 3 ist
der erste Steuerungsprozeß als
Task 1 bezeichnet. Bei der Erfassung des Sollwertes für die Drehzahl
des Elektromotors 2 entsprechend der Stellung des Betätigungsorgans 6 bzw.
der Drückerstellung durch
das Potentiometer 16 als Meßgröße 2 handelt es sich
um den vom Microcontroller 9 ausgeführten zweiten Steuerungsprozeß, der in 3 mit
Task 2 bezeichnet ist. Je nach Erfordernis sind die beiden Steuerungsprozesse
Task 1 und Task 2 mit unterschiedlicher Frequenz
und/oder Priorität
vom Microcontroller 9 abarbeitbar. Der zweite Steuerungsprozeß Task 2 wird
vom Microcontroller 9 in größeren Zeitabständen durchgeführt als
der erste Steuerungsprozeß Task 1.
Mit anderen Worten erfolgt die Verarbeitung der Meßgröße 2 des
Sollwertes mit kleinerer Frequenz als der Meßgröße 1 des Laststroms, so
daß die
Latenzzeit der Systemantwort auf die Meßgröße 1 des Laststroms
kurz gegenüber
derjenigen der Meßgröße 2 des
Sollwertes ist. Dadurch kann geführlichen
Betriebszuständen
des Elektowerkzeugs 1, beispielsweise das Blockieren des Werkzeugs 3,
rechtzeitig begegnet werden, um den Anwender vor Gefahren zu schützen.
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Ebenso
kann die Meßgröße 3 des
Temperatursensors 14 sowie die Meßgröße 4 des Spannungssensors 15 mit
den Steuerungsprozessen gemäß Task 3 sowie
Task 4 im Microcontroller 9 mit der erforderlichen
Frequenz und/oder Priorität
abgearbeitet werden. Hierfür
legt ein in 3 gezeigter Dispatcher-Prozeß 19 im
Microcontroller 9 die Reihenfolge und/oder Frequenz der
zu erfassenden Eingangsgrößen gemäß Meßgröße 1 bis 4 fest.
Wie in 4 beispielhaft gezeigt ist, wird die Meßgröße 1 für den Laststrom
dreimal so häufig
wie die übrigen Meßgrößen ermittelt.
Die Meßgröße 2 für den Sollwert,
die Meßgröße 3 für die Temperatur
sowie die Meßgröße 4 für die Spannung
werden hingegen jeweils gleich häufig
ermittelt. Mittels der zum jeweiligen Zeitpunkt neu erfaßten Eingangsgrößen gemäß den Meßgrößen 1 bis
Meßgrößen 4 sind
dann Verarbeitungsvorgänge
im Microcontroller 9 auslösbar, die zur entsprechenden
Systemantwort 1 bis Systemantwort 4 führen, wie
in 3 zu sehen ist. Diese Systemantworten 1 bis 4 bewirken
entsprechend ihrer Priorität
dann die jeweilige gesamte Systemantwort 20, welche dann
einen entsprechenden Steuervorgang des Microcontrollers 9 im
Elektrowerkzeug 1 bewirkt.
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Die
Erfindung eignet sich nicht nur für Gleichspannungs(DC)-Elektrowerkzeuge
sondern auch für Wechselspannungs(AC)-Elektrowerkzeuge,
welche einen Microcontroller zur Steuerung enthalten. Solche netzgespeisten
AC-Elektrowerkzeuge arbeiten für
die Drehzahleinstellung mittels einer Phasenan- und/oder Phasenabschnitt-Steuerung.
Desweiteren ist die Erfindung anhand eines Elektrowerkzeugs erläutert, jedoch
nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie
umfaßt vielmehr
auch alle fachmännischen
Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten
Erfindung. So kann die Abarbeitung von zwei Steuerungsprozessen,
insbesondere mit unterschiedlicher Frequenz und/oder Priorität auch bei
Microcontroller in sonstigen Elektrogeräten, beispielsweise an Hausgeräten, an
Gartengeräten
o. dgl., zum Einsatz kommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrowerkzeug
- 2
- Elektromotor
- 3
- Werkzeug
- 4
- Gehäuse (von
Elektrowerkzeug)
- 5
- Schalter/Elektrowerkzeugschalter
- 6
- Betätigungsorgan
- 7
- Kontaktsystem
- 8
- Energiespeicher
- 9
- Steuerelektronik/Elektronik/Microcontroller
- 10
- Arbeitsfeldbeleuchtung
- 11
- Pulsweiten-Modulation-Signal
(für Arbeitsfeldbeleuchtung)
- 12
- Pulsweiten-Modulations-Signal
(für Elektromotor)
- 13
- Schaltergehäuse
- 14
- Temperatursensor
- 15
- Spannungssensor
- 16
- Potentiometer
- 17
- Stromsensor
- 18
- A/D-Wandler
- 19
- Dispatch-Prozeß
- 20
- Systemantwort
