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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr und/oder
zur Verstellung der Kohlebürsten für einen reversiblen
Elektromotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Solche
Vorrichtungen, insbesondere in der Art eines Stellrings, werden
in Elektrowerkzeugen, die mittels Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC)
betrieben werden, verwendet. Diese Elektrowerkzeuge können
mit einer Elektroniksteuerung versehen sein. Bei dem Elektromotor
für das Elektrohandwerkzeug kann es sich um einen bürstenlosen (EC-)Motor
handeln.
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Es
ist aus der
EP 0 778
655 A2 eine Vorrichtung zur Verstellung der Kohlebürsten
in der Art eines Stellrings für einen reversiblen Elektromotor
mit einem Sockel und mit einem verschwenkbar am Sockel gelagerten
Träger bekannt. Am Träger sind Bürstenhalter
für die auf dem Kollektor des Elektromotors schleifenden
Kohlebürsten angeordnet. Der Stellring dient damit als
Halterung für die Kohlebürsten des mechanischen
Stromwenders oder Kommutators des Elektromotors. Durch Drehen des
Stellrings erreicht man den Wechsel der Drehrichtung der elektrischen
Maschine. Weiter erlaubt der Stellring eine optimale Kommutierung
beim Links- und/oder Rechtslauf des Elektromotors, wodurch eine
Reduzierung des Bürstenfeuers, der Funkstörung
und eine längere Lebensdauer der Kohlebürsten
erzielt wird.
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Bei
Elektrowerkzeugen ist häufig der Elektromotor mittels einer
Leistungselektronik, wie einer Pulsweitensteuerung, einer Phasenanschnittsteuerung,
einer Phasenabschnittsteuerung o. dgl., ansteuerbar. Die Leistungselektronik
kann auf einer Leiterplatte als separates Bauteil an zweckmäßiger
Stelle im Gehäuse des Elektrowerkzeugs, beispielsweise im
Handgriff des Elektrowerkzeugs, angeordnet sein. Es sind auch beispielsweise
im Handgriff befindliche elektrische Schalter für Elektrowerkzeuge
bekannt, bei denen die Leistungselektronik im Schaltergehäuse
angeordnet ist. Da die Kommutierung mit Vorteil direkt auf dem Elektromotor
erfolgt, sind dank dem Lüfterstrom des Motors die Bürsten
und der Kollektor gut gekühlt. Die Leistungsstellung hingegen
findet in der Regel im Handgriff oder im Schaltergehäuse statt.
Wegen geringem oder fehlendem Luftstrom ist hier die Entwärmung
schwierig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr
und/oder zur Verstellung der Kohlebürsten so weiterzuentwickeln,
daß die Entwärmung für die Leistungselektronik
verbessert ist. Insbesondere ist es Aufgabe, das Antriebssystem
von Elektrowerkzeugen optimal zu strukturieren, um minimale Kosten,
und zwar Teilekosten, Beschaffungs- und/oder Logistikkosten, Montagekosten
o. dgl., eine optimale Entwärmung sowie eine maximale Leistung
zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung
zur Drehrichtungsumkehr und/oder zur Verstellung der Kohlebürsten
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr
und/oder zur Verstellung der Kohlebürsten sind zumindest
Teile der Leistungselektronik am Sockel und/oder am Träger
angeordnet. Bevorzugterweise ist die Leistungselektronik nicht nur
teilweise sondern die gesamte Leistungselektronik am Sockel und/oder
am Träger des Stellrings befindlich. Anders als bei dem
Stand der Technik, wo die Leistungselektronik nicht Bestandteil
des Stellrings ist, schafft die Erfindung somit eine Einheit für das
Kommutieren und/oder Leistungsstellen von elektrischen Maschinen,
insbesondere im Elektrowerkzeug, also einen Leistungsstellring.
Damit ist auch die Aufgabe gelöst, Kommutierung und/oder Leistungsstellen
sowie eventuell weitere Funktionen räumlich zu vereinen.
Der Grund, warum Kommutierung und/oder Leistungsstellen räumlich
vereint sein sollten, ist wie erwähnt, die verbesserte
Entwärmung für das Leistungsteil. Außerdem
erlaubt die Aufteilung des elektrischen Systems in Module, die entweder
Leistungs- und/oder Signal-Ströme führen, eine erhebliche
Vereinfachung der Verkabelung und die räumlich optimale
Platzierung der Funktionen. Eine klare Trennung zwischen Leitungen,
die Signalströme und solchen die Leistungsströme
führen, wird dadurch ermöglicht. Weitere Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In
einer einfachen Ausgestaltung befinden sich die Schaltkontakte,
die in der Art von Kontaktflügeln ausgestaltet sein können,
an den Bürstenhaltern, die mit den Kohlebürsten
in elektrischer Verbindung stehen. Die Festkontakte, die mit den
Feldwicklungen des Elektromotors in elektrischer Verbindung stehen,
sind am Sockel angeordnet. Die Festkontakte wirken mit den Schaltkontakten
als Gegenkontakte in einer wechselweisen Kontaktierung der Kohlebürsten
zur Drehrichtungsumkehr des Elektromotors bei Verschwenkung des
Trägers zusammen.
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In
an sich üblicher Weise kann die Leistungselektronik wenigstens
einen Leistungshalbleiter, welcher die Ströme in den Motorwindungen
des Elektromotors schaltet, beispielsweise einen Triac, einen Thyristor,
einen MosFET, eine Leistungsdiode, eine H-Brücke o. dgl.,
aufweisen. Zweckmäßigerweise ist eine Sensoren,
wie Stromsensoren und/oder Sensoren für die Rotorposition
des Elektromotors, aufweisende Signalverarbeitungselektronik am
Sockel und/oder am Träger angeordnet. Um einen besonderen
Schutz vor der Einwirkung von Schadstoffen zu erreichen, kann die
Signalverarbeitungselektronik und/oder die Leistungselektronik gekapselt,
vergossen o. dgl. sein.
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In
einer weiteren Ausgestaltung kann der Sockel und/oder der Träger
Elemente des Elektromotors umfassen. Insbesondere kann eine Lagerschale für
ein Kugellager der Rotorwelle des Elektromotors am Sockel und/oder
am Träger angeordnet sein. Es kann der Sockel und/oder
der Träger ein Teil des Gehäuses oder der tragenden
Struktur des Elektrohandwerkzeugs bilden. Man erreicht dadurch eine
Integration von Bauteilen, wodurch eine Kompaktifizierung sowie
auch eine Kostenreduzierung erzielt wird.
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Zur
weiteren Verbesserung der Entwärmung können Leitflossen
zur Führung eines, insbesondere für die Kühlung
des Elektromotors dienenden Kühlluftstroms, am Sockel und/oder
am Träger angeordnet sein. Dadurch kühlt der Kühlluftstrom
für den Elektromotor gleichzeitig die Leistungselektronik. Ebenso
kann ein Kühlkörper am Sockel und/oder am Träger
zur Kühlung der Leistungselektronik angeordnet sein. Insbesondere
ist der Kühlkörper am Leistungshalbleiter befindlich
oder steht zumindest in thermischer Verbindung mit dem Leistungshalbleiter. Zweckmäßigerweise
sind die metallischen Teile der Bürstenhalter für
die Kohlebürsten als Wärme leitende und/oder Wärme
an die Luft abgebende Teile ausgebildet. Schließlich können
auch die Pole der Leistungshalbleiter in der Leistungselektronik
direkt auf die Bürstenhalter für die Kohlebürsten
elektrisch und/oder wärmetechnisch kontaktieren, um eine
weitere Verbesserung der Wärmeabfuhr zu erreichen.
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Üblicherweise
ist der Sockel und/oder der Träger aus Kunststoff mittels
Spritzgießen hergestellt. Die tragende Struktur des Sockels
und/oder des Trägers kann jedoch statt aus Kunststoff auch aus
Metall bestehen. Dadurch dient die tragende Struktur gleichzeitig
der Wärmespreizung, der Wärmeleitung, der Wärmeabgabe
o. dgl. an die Luft. Anstelle von Luft kann auch ein anderes Fluid
in einer Art Kühlkreislauf zum Abtransport der Wärme
dienen, wobei es sich dann zweckmäßigerweise um
ein Fluid mit einer größeren Wärmekapazität
handelt. Es kann sich weiterhin anbieten, daß der Sockel und/oder
der Träger räumlich derart strukturiert ist, daß eine
Abschirmung zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit
(EMV) und/oder zur Verhinderung eines Wärmeflusses von
den Kohlebürsten auf die wärmeempfindlichen Teile,
beispielsweise der Leistungselektronik, ermöglicht ist.
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Um
eine weitere Steigerung der Wärmeabfuhr zu erreichen, kann
ein Lüfter zur Erzeugung eines Kühlluftstroms
am Sockel und/oder am Träger zur Kühlung der Leistungselektronik
angeordnet sein. Falls gewünscht, kann ein solcher Lüfter
nur den Leistungsstellring kühlen, oder dann auch zusätzlich
den Elektromotor im Blockierfall. Zwecks guter Anpassung an die
jeweils abzuführende Wärme läßt
sich die Lüfterleistung steuern und/oder regeln.
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In
einer kompakten Ausgestaltung ist am Sockel und/oder am Träger
ein Stecker oder ein sonstiger Anschluß für den
Netzanschluß, für den Anschluß zur Leistungselektronik,
für den mechanisch und/oder elektrisch kontaktierenden
Anschluß zu einem Stellelement mit Potentiometer o. dgl.
angeordnet. Der Leistungsstellring kann eine Anschlußmöglichkeit
aufweisen, und zwar beispielsweise auf der dem Handgriff zugeordneten
Seite, mittels welcher ein Bedienelement mechanisch und elektrisch
kontaktiert werden kann. Bei diesem Bedienelement kann es sich um
einen sogenannten Potischalter handeln, um eine Drehzahlsteuerung
für den Elektromotor des Elektrowerkzeugs durch den Benutzer
zu ermöglichen. Desweiteren kann es sich auch anbieten,
am Sockel und/oder am Träger ein Drehpotentiometer als
Stellglied für die Leistungselektronik anzuordnen.
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Besitzt
der Elektromotor keine Kohlebürsten, so kann die Vorrichtung
zur Drehrichtungsumkehr für den reversiblen Elektromotor,
der insbesondere für ein Elektrohandwerkzeug bestimmt ist,
einen Sockel sowie einen verschwenkbar am Sockel gelagerten Träger
aufweisen, wobei Schaltkontakte, insbesondere in der Art von Kontaktflügeln,
am Träger sowie Festkontakte am Sockel angeordnet sind.
Selbstverständlich können umgekehrt auch die Schaltkontakte am
Sockel sowie die Festkontakte am Träger angeordnet sein.
Der Elektromotor ist mittels einer Leistungselektronik, wie einer
Pulsweitensteuerung, einer Phasenanschnittsteuerung, einer Phasenabschnittsteuerung
o. dgl., ansteuerbar. Anders als beim Stand der Technik, bei dem
die Leistungselektronik nicht Bestandteil des Stellrings ist, ist
erfindungsgemäß die Leistungselektronik, zumindest
teilweise, am Sockel und/oder am Träger angeordnet, so
daß ein Leistungsstellring geschaffen ist. Ein solcher
Stellring ist besonders für bürstenlose (EC-)Maschinen,
die im Netz- oder Batterie-Spannungsbereich arbeiten, geeignet und
enthält die Einheit Mikrocontroller oder Logikschaltungen
sowie Leistungshalbleiter. Falls nicht ein sensorloser Betrieb vorgesehen
ist, enthält die Einheit auch Sensoren für die Erfassung
der Rotorposition. Damit entfallen Kohlebürsten sowie die
mechanische Drehrichtungsumkehr, wobei letztere ersetzt wird durch
einen lediglich Signalstrom führenden Umschalter in beliebiger
Art, der auch in der Form eines Stellrings ausgestaltet sein kann.
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Für
eine besonders bevorzugte Ausgestaltung ist noch nachfolgendes festzustellen.
Die Erfindung stellt eine Einheit bereit, welche einerseits die Funktionalität
eines Stellrings, d. h. eines drehbaren Bürstenhalters,
aufweist, andererseits die Funktionalität eines Leistungsstellers.
Im Folgenden wird diese Einheit auch als Leistungsstellring bezeichnet.
Unter einem Leistungssteller versteht man ein Modul welches die
Ströme in den Motorwindungen schaltet beziehungsweise steuert.
Beispiele hierfür sind Triac, Thyristor, MosFET, Leistungsdioden
sowie Kombinationen derselben oder Leistungsendstufen für
ein 3-Phasen-System, wie beispielsweise drei H-Brücken.
Leistungssteller können Sensoren aufweisen, wie beispielsweise
Stromsensoren oder Sensoren für die Rotorposition.
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Für
bevorzugte Ausführungen kann weiterhin folgendes festgestellt
werden. Die Grundfunktionen im elektrischen System der Maschinen
im Rahmen des Gesamtsystems ”Elektrowerkzeug” sind:
- – das Mensch-Maschinen-Interface, üblicherweise
ein gefederter Drücker, der auf den Schleifer eines Linearpotentiometer
wirkt,
- – das Ein- und/oder Aus-Schalten,
- – die Drehrichtungsumkehr,
- – der Kontroll-Teil zum Messen, Steuern, Regeln (MSR)
oder auch Teilmengen und/oder Kombinationen davon,
- – das Leistung stellen, also der Leistungssteller oder
die Endstufe,
- – das Kommutieren der elektrischen Maschine.
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Im
Fall von Wechselstrom(AC)-Maschinen oder bürstenbehafteten
Gleichstrom(DC)-Maschinen geschieht das Kommutieren entweder durch
feststehende Bürstenplatten oder durch Stellringe, welche die
Bürsten auf den Kollektor des Maschinenrotors drücken.
Im Fall von batteriebetriebenen bürstenlosen EC-Maschinen
geschieht das Kommutieren durch die Schaltlogik der Halbleiter der
Leistungs-Endstufe.
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Das
Mensch-Maschinen-Interface ist auf seine minimale Funktion, d. h.
auf das Ablesen des Willen des Gerätebenutzers, reduziert.
Es ist als Poti-Schalter ausgeführt, welcher nur Signalströme schaltet
oder moduliert. Der Kontroll-Teil und die Leistungsstufe sowie der
Stellring bilden eine Einheit, und zwar den Leistungsstellring.
Die Leistung tragenden Kabel führen von der Energiequelle,
dem Netz oder einem Akku-Pack, direkt zum Leistungsstellring. Der
Kontroll-Teil besteht aus einer Elektronik, welche als Ring oder
als flexibler Print ausgeführt ist. Dies erlaubt die Integration
in den Leistungsstellring.
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Der
Leistungsstellring besitzt zwei Schaltstellungen, und zwar jeweils
eine Schaltstellung für den Rechtslauf sowie für
den Linkslauf des Elektromotors. Jedoch kann der Leistungsstellring
auch mehr als zwei Schaltstellungen aufweisen, beispielsweise eine
dritte Schaltstellung, in welcher das Elektrowerkzeug im Zustand ”Aus” ist.
Eine bevorzugte Ausführung hierfür sieht nachfolgendes
vor. Wird der Drücker beziehungsweise Trigger als manuelle Handhabe
durch den Benutzer gedrückt, so schnappt der Leistungsstellring
aus einer Zwangs-Mittelstellung in die Stellung Rechtslauf (”CW
= Clockwise”/Uhrzeigersinn) oder Linkslauf (”CCW
= Counterclockwise”/Gegenuhrzeigersinn) für den
Elektromotor, und zwar je nach Vorwahl durch die für die
Finger des Benutzers greifbare Handhabe am Leistungsstellring.
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In
Weiterbildungen kann der Leistungsstellring auch den Kontroll-Teil
eines Schalters umfassen, und zwar derjenige, der für MSR
zuständig ist. Die signalverarbeitende Elektronik und die
Leistungs-Elektronik können gekapselt oder vergossen sein.
Die Einheit kann zusätzlich Elemente der elektrischen Maschine
umfassen, beispielsweise kann sie eine Lagerschale für
ein Kugellager der Rotorwelle enthalten. Die Einheit kann ein Teil
des Gehäuses oder der tragenden Struktur der elektrischen
Maschine darstellen. Im Falle von EC-Maschinen für Netz-
oder Batterie-Spannung enthält die Einheit Mikrocontroller oder
Logikschaltungen sowie Leistungshalbleiter. Falls nicht ein sensorloser
Betrieb vorgesehen ist enthält die Einheit auch Sensoren
für die Erfassung der Rotorposition. Die Kohlebürsten
sowie die mechanische Drehrichtungsumkehr entfallen dann. Letztere
wird ersetzt durch einen lediglich Signalstrom führenden
Umschalter irgendwelcher Art, der auch in der Form eines Stellrings
ausgeführt sein kann. Der Leistungsstellring kann Leitflossen
zur Führung des Kühlluftstroms umfassen. Der Leistungsstellring
kann einen Lüfter aufweisen. Dieser kühlt nur
den Leistungsstellring oder dann auch den Motor im Blockierfall.
Die Lüfterleistung kann gesteuert oder geregelt sein. Die
Einheit kann einen Stecker enthalten. Der Leistungsstellring kann
einen Kühlkörper aufweisen. Die metallischen Teile
der Kohlebürstenhalter können als Wärme
leitende und Wärme an die Luft abgebende Teile ausgebildet
sein. Die tragende Struktur des Leistungsstellrings kann metallisch
sein und dient gleichzeitig der Wärmespreizung oder Wärmeleitung
oder Wärmeabgabe an die Luft oder ein anderes Fluid. Pole
der Leistungshalbleiter können direkt auf die Halter der
Kohlebürsten elektrisch oder auch wärmetechnisch
kontaktieren. Der Leistungsstellring kann in sich räumlich
so strukturiert sein, daß beispielsweise eine Abschirmung zwecks
Verbesserung der EMV möglich ist, oder daß beispielsweise
der Wärmefluß von den Bürsten auf die
wärmeempfindlicheren Teile, beispielsweise der Kontroll-Stufe,
nicht erfolgen kann. Der Leistungsstellring kann, beispielsweise
auf der Seite des Handgriffs, eine Anschlußmöglichkeit
aufweisen, mittels welcher ein Bedienelement, wie ein Potischalter,
mechanisch und elektrisch kontaktiert werden kann. Der Stellring
kann die Funktion eines Drehpotentiometers haben.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß die die Leistung tragenden Stromleiter nicht mehr wie
bisher durch das Schaltergehäuse sondern direkt zum Leistungsstellring
im Motorgehäuse oder auf dem Motor führen. Der
Verkabelungsaufwand minimiert sich, was sowohl zu einer Kosteneinsparung
als auch einer einfacheren Montage führt. Der elektrische
Wirkungsgrad steigt, und die Abwärme kann direkt in den
Kühlluftstrom der elektrischen Maschine abgegeben werden. Die
mit Hilfe der Erfindung erreichte bessere Entwärmung erlaubt
auch den Einsatz preiswerterer Leistungshalbleiter. Es besteht zudem
das Potential, dieselbe Grund-Struktur für AC-, DC- und/oder
EC-Antriebe zu verwenden, da die leistungsführenden Unterbaugruppen
sich in einer Linie mit dem Motor befinden und das Bedienelement
im Handgriff nur Signalströme führt. Schließlich
ergeben sich im Handgriff neue gestalterische Freiheiten durch den
Entfall des Platzbedarfs für den Leistungssteller.
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Als
weitere durch die Erfindung erzielten Vorteile sind noch zu nennen:
- – Die Leistungselektronik befindet
sich im kühlenden Luftstrom. Dadurch sind Einsparungen
am Kühlkörper oder am Leistungshalbleiter möglich. Alternativ
ist auch eine Leistungserhöhung möglich.
- – Die Drehrichtungsumkehr über einen mechanischen
Stellring ist besser und kostengünstiger als eine vollelektronische
Drehrichtungsumkehr.
- – Das ”Gasgebe”-Signal für
die Drehzahl des Elektromotors ist über einen sehr einfachen
Potisteller, lediglich mittels Steuerströmen ermöglicht. Die
EIN/AUS-Funktion ist elektronisch ohne mechanischen Kontakt realisierbar.
Dadurch sind schlankere Handgriffe möglich.
- – Es ist eine sehr einfache Verdrahtung mittels Signalleitungen
und Leitungen für den Leistungsstrom in der Maschine ermöglicht.
Die Leistung wird nur dort geführt wo sie notwendig ist.
- – Es kann ein ”vollelektronischer Schalter” in
einfacher Art und Weise realisiert werden.
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Eine
Ausführung nach dem Stand der Technik, also mit konventionellem
Rechts-/Links-Umschalter und ohne Stellring, ist in 1 dargestellt. Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen
und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen gemäß 2 ff.
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es
zeigen
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1 die
Anordnung der Leistungselektronik in einem Elektrowerkzeug nach
dem Stand der Technik in schematischer Art,
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2 die
erfindungsgemäße Anordnung der Leistungselektronik
in einem Elektrowerkzeug als schematisches Blockschaltbild,
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3 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verstellung der
Kohlebürsten in perspektivischer Ansicht,
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4 die
Vorrichtung nach 3 in einer anderen perspektivischen
Ansicht,
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5 die
Vorrichtung entsprechend 3, wobei einzelne Teile weggelassen
sind,
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6 die
Vorrichtung entsprechend 4, wobei einzelne Teile weggelassen
sind,
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7 die
Kontaktanordnung in der Vorrichtung entsprechend einer weiteren
Ausführung und
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8 die
Kontaktanordnung in der Vorrichtung entsprechend einer noch weiteren
Ausführung.
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Wie
in 1 zu sehen ist, ist bisher der Schalter 1 mit
Leistungselektronik nicht im Luftstrom für den Elektromotor 2 befindlich.
Es wird ein konventioneller Rechts/Links(RL)-Umschalter verwendet. Dies
erfordert große Kühlkörper, teure Bauteile,
viele Leitungen u. dgl. sowie setzt enge Leistungsgrenzen. Gemäß der 2 ist
bei der Erfindung die Leistungselektronik für das Elektrowerkzeug,
wie für eine Bohrmaschine oder einen Schrauber, vom Schalter 4 in den
mechanisch verstellbaren Kohlebürstenhalter und damit in
den Stellring 3 zur Drehrichtungsumkehr verlagert. Dadurch
befindet sich die Leistungselektronik im Kühlluftstrom
für den Elektromotor 2. Somit sind höhere
Leistungen und/oder billigere Bauteile möglich sowie weniger
elektrische Leitungen erforderlich. Beispielsweise sind statt 8
leistungsführenden Leitungen nur noch 2 leistungsführende
Leitungen plus 2 Signalleitungen erforderlich.
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Wie
man nun weiter anhand der 3 sieht, weist
der Stellring 3 als Vorrichtung zur Verstellung der Kohlebürsten 7 für
den reversiblen Elektromotor eines Elektrohandwerkzeugs einen Sockel 5 und
einen verschwenkbar am Sockel 5 gelagerten Träger 6 auf.
Am Träger 6, der mittels seitlicher Betätigungsnocken 8 verschwenkbar
ist, sind Bürstenhalter 9 für die auf
dem Kollektor des Elektromotors schleifenden Kohlebürsten 7 angeordnet.
Der Elektromotor ist mittels einer Leistungselektronik 10,
die in 6 zu sehen ist, und bei der es sich um eine Pulsweitensteuerung,
eine Phasenanschnittsteuerung, eine Phasenabschnittsteuerung o.
dgl. handelt, ansteuerbar. Die auf einer Leiterplatte 11 befindliche
Leistungselektronik 10 ist am Sockel 5 angeordnet.
Falls gewünscht, kann sich die Leistungselektronik 10 auch am
Träger 6 befinden, was vorliegend jedoch nicht weiter
gezeigt ist.
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Wie
in 5 zu sehen ist, befinden sich Schaltkontakte 12 in
der Art von Kontaktflügeln an den Bürstenhaltern 9,
die mit den Kohlebürsten 7 in elektrischer Verbindung
stehen. Weiter sind Festkontakte 13, die mit den Feldwicklungen
des Elektromotors in elektrischer Verbindung stehen, am Sockel 5 angeordnet,
und zwar auf die Leiterplatte 11 aufgelötet. Die
Festkontakte 13 wirken mit den Schaltkontakten 12 als
Gegenkontakte in einer wechselweisen Kontaktierung der Kohlebürsten 7 zur
Drehrichtungsumkehr des Elektromotors bei Verschwenkung des Trägers 6 zusammen.
Im übrigen kann für einen bürstenlosen
Elektromotor, bei dem die Kohlebürsten 7 entfallen,
die beschriebene Vorrichtung als Drehrichtungsumschalter wirken,
wobei wiederum die Leistungselektronik 10 am Sockel 5 und/oder
am Träger 6 angeordnet ist.
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Die
Leistungselektronik 10 weist wenigstens einen Leistungshalbleiter 14 auf,
welcher die Ströme in den Motorwindungen des Elektromotors
schaltet beziehungsweise steuert. Beispielsweise kann es sich bei
dem Leistungshalbleiter 14 um einen Triac, einen Thyristor,
einen MosFET, eine Leistungsdiode, eine H-Brücke mit Leistungshalbleitern,
Relais und/oder elektrischen Schaltern o. dgl. handeln. Eine nicht
weiter gezeigte Signalverarbeitungselektronik, die Sensoren, wie
Stromsensoren und/oder Sensoren für die Rotorposition des
Elektromotors, aufweist, kann ebenfalls am Sockel 5 und/oder
am Träger 6 angeordnet sein. Zweckmäßigerweise
kann zum Schutz die Signalverarbeitungselektronik und/oder die Leistungselektronik 10 gekapselt
oder vergossen sein.
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In
Weiterbildungen der Vorrichtung 3 zur Verstellung der Kohlebürsten 7,
die im Einzelnen jedoch in den Figuren nicht näher dargestellt
sind, kann der Sockel 5 und/oder der Träger 6 Elemente
des Elektromotors umfassen, insbesondere eine Lagerschale für
ein Kugellager der Rotorwelle des Elektromotors. Der Sockel 5 und/oder
der Träger 6 können ein Teil des Gehäuses
oder der tragenden Struktur des Elektrohandwerkzeugs bilden. Zweckmäßigerweise
kann die tragende Struktur des Sockels 5 und/oder des Trägers 6 aus
Metall bestehen, derart daß die tragende Struktur gleichzeitig
der Wärmespreizung, der Wärmeleitung, der Wärmeabgabe
o. dgl. an die Luft und/oder ein anderes Fluid dient. Weiter kann
der Sockel 5 und/oder der Träger 6 räumlich
derart strukturiert sein, daß eine Abschirmung zur Verbesserung der
EMV oder die Verhinderung eines Wärmeflusses von den Kohlebürsten 7 auf
die wärmeempfindlichen Teile, beispielsweise der Leistungselektronik 10,
ermöglicht ist.
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Es
können Leitflossen zur Führung eines, insbesondere
für die Kühlung des Elektromotors dienenden Kühlluftstroms
am Sockel 5 und/oder am Träger 6 angeordnet
sein, derart daß der Kühlluftstrom die Leistungselektronik 10 kühlt.
Außerdem kann auch ein Kühlkörper am
Sockel 5 und/oder am Träger 6 zur Kühlung
der Leistungselektronik 10 angeordnet sein. Die metallischen
Teile der Bürstenhalter 9 für die Kohlebürsten 7 können
als Wärme leitende und/oder Wärme an die Luft
abgebende Teile ausgebildet sein. Schließlich kann ein
Lüfter zur Erzeugung eines Kühlluftstroms am Sockel 5 und/oder
am Träger 6 zur Kühlung der Leistungselektronik 10 angeordnet
sein, wobei der Lüfter den Leistungsstellring 3 oder
dann auch den Elektromotor im Blockierfall kühlt. Die Lüfterleistung
des Lüfters läßt sich hierfür steuern
und/oder regeln. Darüberhinaus können die Pole
der Leistungshalbleiter 14 in der Leistungselektronik 10 direkt
auf die Bürstenhalter 9 für die Kohlebürsten 7 elektrisch
und/oder wärmetechnisch kontaktieren.
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Am
Sockel 5 ist gemäß 4 ein
Stecker 23, beispielsweise mit Push-In-Klemmen oder Buchsen-Klemmen,
für einen Netzanschluß angeordnet. Der Stecker 23 dient
als Anschluß für die Spannungsversorgung zur Leistungselektronik 10.
Desweiteren kann der Stecker 23 gemäß 3 auch
für den mechanisch und/oder elektrisch kontaktierenden Anschluß zu
einem Stellelement mit Potentiometer o. dgl. dienen. Falls die Leistungselektronik 10 auf
dem Träger 6 befindlich ist, kann der Stecker 23 auch
am Träger 6 angeordnet sein. Am Sockel 5 und/oder
am Träger 6 kann noch ein nicht weiter gezeigtes
Drehpotentiometer als Stellglied für die Leistungselektronik 10 angeordnet
sein. Der Leistungsstellring 3 kann beispielsweise auf
der Seite des Handgriffs des Elektrowerkzeugs eine Anschlußmöglichkeit
aufweisen, mittels welcher das Potentiometer mechanisch und elektrisch
kontaktiert werden kann.
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Die
nähere Ausgestaltung der Kontaktanordnung 12, 13 ist
in 5 und 6 sowie in einer weiteren Ausführung
in 7 zu sehen. Der Festkontakt 13 gemäß 7 ist
als ein länglicher federnder Kontaktarm 15 ausgebildet.
Der Schaltkontakt 12 ist als seitlicher, abstehender und
im wesentlichen nichtfedernder Kontaktflügel am Bürstenhalter 9 ausgebildet.
Der Kontaktarm 15 wirkt mit dem Schaltkontakt 12 als
Gegenkontakt schaltend in einer Einfachkontaktierung zusammen.
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Die
nähere Ausgestaltung der Kontaktanordnung 12, 13 ist
in noch einer weiteren Ausführung in 8 zu
sehen. Dort besteht der Festkontakt 13 aus einer Kontaktbahn 16 mit
einem U-förmig gebogenen Kontaktarm 17, 18.
Am Bürstenhalter 9 sind zwei Gegenkontakte 19, 20 als
Schaltkontakte 12 angeordnet, derart daß der Festkontakt 13 beidseitig
gegen die Gegenkontakte 19, 20 eine Kraft in einer
Doppelkontaktierung ausübt.
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Der
Bürstenhalter 9 ist einteilig oder zweiteilig
ausgestaltet, und zwar im letzteren Fall bestehend aus einer Grundplatte 21 aus
Kupfer und einer Halterung 22 aus Messing. Wie man sieht
sind die Kontaktarme 17, 18 des Festkontakts 13 federnd
sowie die Gegenkontakte 19, 20 des Schaltkontakts 12 feststehend,
also nicht federnd, ausgestaltet. Selbstverständlich können
auch umgekehrt die Kontaktarme des Festkontakts 13 feststehend
sowie nicht federnd und die Gegenkontakte des Schaltkontakts 12 federnd
ausgestaltet sein, was jedoch nicht weiter gezeigt ist. In letzterem
Fall dient dann die Grundplatte 21 als federndes Element
für die Gegenkontakte 19, 20. Desweiteren
kann, was ebenfalls nicht weiter gezeigt ist, der Festkontakt 13 in
der Art einer Kontaktbahn derart gebogen sein, daß zwei
federnde Kontaktarme 17, 18 von außen
her statt wie in 8 von innen her gegen die beiden
Gegenkontakte 19, 20 eine Kraft ausüben.
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Es
können in an sich bekannter Art längliche Kontaktnieten
mit den als Keilflächen ausgestalteten Kontaktarmen 17, 18 des
Festkontakts 13 zusammenwirken. Diese Ausgestaltung unterstützt
das Schalten unter Strom. Die Kontaktnieten sind am Gegenkontakt 19, 20 angebracht.
Schließlich können die Kontakte der Kontaktanordnung 12, 13 beispielsweise
mit einem Edelmetall beschichtet sein.
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Die
Erfindung ist 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 der erfindungsgemäße
Leistungsstellring 3 nicht nur für Elektrowerkzeuge
sondern auch für weitere Elektrogeräte mit mechanischer
oder elektronischer Drehrichtungsumkehr Verwendung finden. Desweiteren
kann der Stellring 3 auch die Funktion eines Drehpotentiometers aufweisen
und so beispielsweise bei einem Polierer in Winkelschleifer-Bauform
mit einer ”Gasgebe”-Funktion eingesetzt werden.
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- 1
- Schalter
(nach Stand der Technik)
- 2
- Elektromotor
- 3
- Stellring
(für Elektrowerkzeug nach der Erfindung)/Leistungsstellring/Vorrichtung
zur Verstellung der Kohlebürsten
- 4
- Schalter
(für Elektrowerkzeug nach der Erfindung)
- 5
- Sockel
- 6
- Träger
- 7
- Kohlebürste
- 8
- Betätigungsnocken
- 9
- Bürstenhalter
- 10
- Leistungselektronik
- 11
- Leiterplatte
- 12
- Schaltkontakt/Kontaktanordnung
- 13
- Festkontakt/Kontaktanordnung
- 14
- Leistungshalbleiter
- 15
- Kontaktarm
- 16
- Kontaktbahn
- 17,
18
- Kontaktarm
- 19,
20
- Gegenkontakt
- 21
- Grundplatte
(von Bürstenhalter)
- 22
- Halterung
(von Bürstenhalter)
- 23
- Stecker
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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