-
Die
Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
-
Solche
Schalter werden für Elektrowerkzeuge mit einem Elektromotor,
beispielsweise für handgeführte Elektrowerkzeuge,
wie Elektrobohrmaschinen, Bohrhämmer, Elektroschrauber
o. dgl., verwendet.
-
Ein
derartiger elektrischer Schalter, der aus der
DE 41 14 854 A1 bekannt
ist, weist ein Schaltergehäuse mit ersten elektrischen
Anschlüssen für die elektrische Verbindung zu
einer Spannungsversorgung sowie zweiten elektrischen Anschlüssen
für die elektrische Verbindung zum Elektromotor auf. Der Schalter
besitzt ein manuell vom Benutzer zwischen einer Ausgangs- und einer
Endstellung verstellbares Betätigungsorgan, wobei der Elektromotor
bei in der Ausgangsstellung befindlichem Betätigungsorgan ausgeschaltet
sowie bei nicht in der Ausgangsstellung befindlichem Betätigungsorgan,
d. h. bei Betätigung des Betätigungsorgans durch
den Benutzer, zu dessen Betrieb eingeschaltet ist. Gegebenenfalls kann
der Schalter eine Steuereinrichtung zum Betrieb, und zwar zur Steuerung
und/oder Regelung des Elektromotors, wie dessen Drehzahl, Drehmoment
o. dgl., in Abhängigkeit vom Verstellweg des Betätigungsorgans
besitzen. Desweiteren ist der Schalter mit einer bei der Rückstellung
des Betätigungsorgans in die Ausgangsstellung wirkenden Bremsschaltung
zur Abbremsung des Elektromotors versehen. Schließlich
ist im Schalter noch eine Umkehrschaltung zur Umschaltung der Drehrichtung des
Elektromotors angeordnet.
-
Beim
bekannten Schalter ist die mechanische Bremsschaltung mittels eines
elektromechanischen Schaltkontakts als Bremskontakt realisiert,
der im Schaltergehäuse elektrisch vor dem mechanischen
Umschalter für die Drehrichtung und den elektrisch danach
folgenden Motoranschlüssen angeordnet ist. Dieselbe Anordnung
ist prinzipiell auch bei Verwendung einer elektronischen Bremse
anstelle des Bremskontakts möglich. Im Normalfall wird
der Umschalter für die Drehrichtung des Elektromotors während
der Elektromotor ausgeschaltet ist, also stromlos geschaltet. Bei
sehr schneller Betätigung der Umkehrschaltung durch den
Benutzer, und zwar noch vor Beendigung des Bremsvorgangs, kann es jedoch
auch geschehen, daß der Umschaltkontakt der Umkehrschaltung
beim Umschalten den induzierten Bremsstrom unterbricht. In diesem
Fall läuft der Elektromotor noch, wobei die Bremse aus
Sicht des Motors nach dem Umschalter angeordnet ist. Dann schaltet
der Umschalter den Elektromotor ungewollterweise wieder ein, da
beispielsweise die Sperrdiode durch die erfolgte Umschaltung in
Durchlaßrichtung arbeitet.
-
In
diesem speziellem Fall ist beim Umschalten der Umschalter somit
kein stromloser Schalter. Folglich unterliegt der Umschalter in
der Umkehrschaltung, wie die sonstigen unter Strom schaltenden mechanischen
Kontakte in elektrischen Schaltern, über dessen Lebensdauer
hinweg mechanischem und elektrischem Verschleiß durch Abbrand und/oder
Veränderung des Kontaktmaterials. Dieser Verschleiß tritt
vor allem durch den abreißenden Lichtbogen beim Ausschalten,
aber auch beim Einschalten auf. Der Verschleiß des Kontaktmaterials führt
im Laufe der Lebensdauer zu einer Erhöhung des Durchgangs-Widerstandes
und damit zu einer eventuell unzulässigen Erwärmung
der Kontaktstellen in der Umkehrschaltung. Dies kann bei entsprechend
hohen Strömen zu weiterem Verschleiß und/oder
Verschweißen der Kontakte führen. Spätestens
dann wenn die Kontakte komplett verschlissen sind, führt
dies zum Ausfall des Schalters. Hinzu kommt, daß die meisten
Umschalter für die Drehrichtung aus Kostengründen
in Elektrowerkzeugschaltern in der Art von Schiebeschaltern ausgestaltet sind,
welche im Normalfall für stromloses Schalten ausgelegt
sind, so daß vor allem die oben genannten Umschaltungen
während des Bremsvorgangs für den Umschalter sehr
schädlich sind.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den elektrischen Schalter
derart weiterzuentwickeln, daß der elektrische Verschleiß der
mechanischen Kontakte verringert ist, und daß damit insbesondere die
Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Schaltsicherheit des Schalters
erhöht ist. Insbesondere soll auf wirtschaftliche Weise
eine Entlastung des Umschaltkontaktes beim Elektrowerkzeugschalter, über
den der ganze Strom zum und/oder vom Motor fließt, erreicht
werden.
-
Diese
Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektrischen
Schalter durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
-
Beim
erfindungsgemäßen elektrischen Schalter ist die
Bremsschaltung zwischen den zweiten elektrischen Anschlüssen,
also den Motoranschlüssen, sowie der Umkehrschaltung angeordnet. Um
den Umschalter für die Drehrichtung vor den hohen Bremsströmen
und dem möglichen Aufreißen des Bremsstromes beim
schnellen Umschalten zu entlasten, ist also erfindungsgemäß der
Bremskontakt beziehungsweise die elektrische Bremse aus Motorsicht
elektrisch vor dem Umschalter plaziert. Hierdurch wird der Umschalter
durch den Bremsstrom nicht mehr belastet, da er beim Umschaltvorgang
nicht mehr vom induzierten Strom durchflossen wird. Geschaffen ist
damit ein stromloser Umschaltkontakt beim Umschalten der Drehrichtung
durch die motorseitige Anordnung des Bremskontaktes bzw. der elektrischen
Bremse in einem elektrischen Schalter für ein Elektrowerkzeug,
insbesondere für ein Gleichstrom(DC)-Power-Tool. Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
In
an sich bekannter Art und Weise kann der Schalter eine Steuereinrichtung
zum Betrieb des Elektromotors aufweisen. Mit Hilfe der Steuereinrichtung
ist somit eine Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors bevorzugterweise
in Abhängigkeit vom Verstellweg des Betätigungsorgan
ermöglicht. Beispielsweise kann der Benutzer durch entsprechende
manuelle Verstellung des Betätigungsorgans die Drehzahl,
das Drehmoment o. dgl. des Elektromotors in der Art einer „Gas-Gebe”-Funktion
einstellen.
-
Der
elektrische Schalter kann einen Schaltkontakt für die Spannungsversorgung
besitzen, um den Elektromotor von der Spannungsversorgung zu trennen,
wenn das Elektrowerkzeug nicht benutzt wird. Hierzu wirkt das Betätigungsorgan
bei Bewegung aus der und/oder in die Ausgangsstellung auf den Schaltkontakt
zum Betrieb des Elektromotors schaltend ein.
-
Zweckmäßigerweise
befindet sich dieser Schaltkontakt zwischen den ersten elektrischen
Anschlüssen, also den Anschlüssen des Schalters
zur Spannungsversorgung, sowie der Steuereinrichtung.
-
In
weiterer Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung zwischen den ersten
elektrischen Anschlüssen, also den Batterieanschlüssen,
sowie der Umkehrschaltung angeordnet sein. In an sich bekannter
Weise kann die Bremsschaltung als mechanischer Schaltkontakt zum
Kurzschließen des Elektromotors ausgebildet sein. Alternativ
ist es auch möglich, daß die Bremsschaltung als
Elektronik für die Kurzschlußbremsung des Elektromotors
ausgebildet ist. In diesem Fall ist es im Hinblick auf eine sanfte
sowie schonende Abbremsung zweckmäßig, wenn es
sich um eine getaktet arbeitende Elektronik handelt.
-
Die
Umkehrschaltung kann mechanische Umschaltkontakte zur wechselweisen
Kontaktierung der zweiten elektrischen Anschlüsse, also
der Motoranschlüsse, für die Drehrichtungsumkehr
des Elektromotors aufweisen. Ebenso ist es möglich, daß die Umkehrschaltung
zur elektronisch arbeitenden Drehrichtungsumkehr mit einer Leistungsschaltung
versehen ist. Die Leistungsschaltung kann je einen Zweig mit jeweils
einem Leistungshalbleiter für den Rechts- sowie den Linkslauf
des Elektromotors aufweisen.
-
Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß der Umschalter für die Drehrichtung besonders
kostengünstig hergestellt werden kann, da dieser im Normalfall,
also beim Umschalten noch während des Bremsvorganges, nicht
mehr durch den Bremsstrom belastet wird. Der Aufwand für
den Umschalter ist somit verringert, womit diese Einsparung beispielsweise
zur Verstärkung und/oder Verbesserung der Bremse beziehungsweise
des Bremskontaktes verwendet werden kann. Weiterhin ist vorteilhaft,
daß bei sehr schnellem Umschalten kein Verschweißen
der Kontakte auftreten kann. Wenn überhaupt, so muß der
Umschalter nur noch den Strom einschalten. Ein Aufreißen
der Kontakte ist nicht erforderlich, da der Schaltpunkt, an dem
der Umschalter offen ist, noch durch die Bremse geschützt
ist. Ein solches Einschalten ist dann der Fall, wenn der Bremsvorgang
noch nicht abgeschlossen ist, der Bremskontakt aber durch erneutes
Drücken des Drückers, also bei Bewegung des Betätigungsorgans
durch den Benutzer, schon wieder offen ist und sich der induzierte
Reststrom des Motors über die Sperrdiode abbaut, die nach
dem Umschalten nun für den Bremsstrom in Durchlaßrichtung
arbeitet.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind
in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen
-
1 einen
elektrischen Schalter gemäß einer ersten Ausführungsform
in schematischer Art,
-
2 einen
elektrischen Schalter gemäß einer zweiten Ausführungsform
in schematischer Art
-
3 einen
elektrischen Schalter gemäß einer dritten Ausführungsform
in schematischer Art und
-
4 schematisch
ein Elektrowerkzeug, wobei das Gehäuse des Elektrowerkzeugs
teilweise aufgebrochen dargestellt ist.
-
In 4 ist
ein Elektrowerkzeug 15 mit einem Elektromotor 16 zum
Antrieb eines Werkzeugs 17 zu sehen. Es kann sich dabei
um ein Akku- und/oder Netz-Elektrowerkzeug handeln. Beispielhaft
ist in 4 eine Akku-Bohrmaschine als Elektrowerkzeug 15 gezeigt,
die mit einer Versorgungsspannung aus einem mobilen Energiespeicher 18 in
der Art eines Akkus betrieben wird. Selbstverständlich kann
es sich bei dem Elektrowerkzeug 15 auch um eine sonstige
Elektrobohrmaschine, einen Bohrhammer, einen Elektroschrauber, einen
Schleifer, eine Säge, einen Hobel, einen Winkelschleifer
o. dgl. handeln.
-
Im
Gehäuse 19 des Elektrowerkzeugs 15 ist ein
elektrischer Schalter 1 mit einem Gehäuse 2 angeordnet.
Der Schalter 1 ist derart im Gehäuse 19 des
Elektrowerkzeugs 15 aufgenommen, daß ein manuell
vom Benutzer bewegbares Betätigungsorgan 5 des
Schalters 1 aus dem Gehäuse 19 herausragt.
Der Schalter 1 besitzt ein Gehäuse 2,
wie in 1 zu sehen ist, in das mit B1, B2 bezeichnete, erste
elektrische Anschlüsse 3 für die elektrische Verbindung
zur Spannungsversorgung 18 führen. Der Schalter 1 ist
vorliegend für ein Akku-Elektrowerkzeug bestimmt, womit
die Batterie-Pole B1, B2 am Energiespeicher 18 mit den
entsprechenden Anschlüssen 3 verbindbar sind.
Am Gehäuse 2 des Schalters 1 sind weiter
mit M1, M2 bezeichnete, zweite elektrische Anschlüsse 4 für
die in 4 sichtbare elektrische Verbindung zum Elektromotor 16 angeordnet.
-
Desweiteren
umfaßt der Schalter 1 das manuell vom Benutzer
zwischen einer Ausgangs- und einer Endstellung verstellbare Betätigungsorgan 5. Befindet
sich das Betätigungsorgan 5 in der Ausgangsstellung,
so ist der Elektromotor 16 ausgeschaltet. Wird hingegen
das Betätigungsorgan 5 vom Benutzer entsprechend
bewegt, so daß das Betätigungsorgan 5 außerhalb
der Ausgangsstellung, also nicht mehr in der Ausgangsstellung befindlich
ist, so ist der Elektromotor 16 eingeschaltet. Zu diesem Zwecke
besitzt der Schalter 1 ein Kontaktsystem mit einem in 4 schematisch
gezeigten Schaltkontakt 20, auf den das Betätigungsorgan 5 bei
Bewegung aus der und/oder in die Ausgangsstellung dementsprechend
schaltend einwirkt, so daß die Spannungsversorgung aus
dem Energiespeicher 18 für das Elektrowerkzeug 15,
und zwar insbesondere zum Betrieb des Elektromotors 16,
mittels des Betätigungsorgans 5 vom Benutzer ein-
und/oder ausschaltbar ist.
-
Vorliegend
dient der Schalter 1 auch zum benutzergemäßen
Betrieb des Elektromotors 16, und zwar zur Einstellung
von dessen Drehzahl, Drehmoment o. dgl., wozu im Gehäuse 2 des
Schalters 1 eine als Elektronik ausgestaltete Steuereinrichtung 6 zur
Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors 16 angeordnet
ist. Die Steuereinrichtung 6 betreibt den Elektromotor
in Abhängigkeit vom Verstellweg des Betätigungsorgans 5,
das wiederum vom Benutzer entsprechend bewegt wird. Bei Rückstellung
des Betätigungsorgans 5 in die Ausgangsstellung,
also wenn der Benutzer das Betätigungsorgan 5 losläßt, wirkt
eine Bremsschaltung 7 zur Abbremsung des Elektromotors 16.
Schließlich ist im Gehäuse 2 des Schalters 1 noch
eine Umkehrschaltung 8 zur Umschaltung der Drehrichtung
des Elektromotors 16 befindlich, womit mittels der Umkehrschaltung 8 vom Benutzer
zwischen Rechts- und Linkslauf des Elektromotors 16 gewählt
werden kann. Zur Auswahl der Drehrichtung des Elektromotors 16 betätigt
der Benutzer ein am Gehäuse 19 des Elektrowerkzeugs 15 befindliches,
in 4 gezeigtes Betätigungselement 21 in
der Art eines Schiebers, das dementsprechend auf die Umkehrschaltung 8 einwirkt.
-
Wie
in 4 gezeigt ist, ist der Schaltkontakt 20 zwischen
den ersten elektrischen Anschlüssen 3 sowie der
Steuereinrichtung 6 befindlich. Wie man anhand der 1 weiter
erkennt, ist die Bremsschaltung 7 in elektrischer Sicht
zwischen den zweiten elektrischen Anschlüssen 4 sowie
der Umkehrschaltung 8 angeordnet. Die Steuereinrichtung 6 ist
zwischen den ersten elektrischen Anschlüssen 3 sowie der
Umkehrschaltung 8 angeordnet.
-
Die
Bremsschaltung 7 ist gemäß 1 als mechanischer
Schaltkontakt 9 zum Kurzschließen des Elektromotors 16 ausgebildet.
In einer anderen Ausgestaltung, die in 2 zu sehen
ist, ist die Bremsschaltung 7 als Elektronik 10 für
die Kurzschlußbremsung des Elektromotors 16 ausgebildet. Zweckmäßigerweise
handelt es sich dabei um eine getaktet arbeitende Elektronik 10,
um ein sanftes Abbremsen zu ermöglichen. Entsprechend der 1 oder 2 weist
die Umkehrschaltung 8 mechanische Umschaltkontakte 11, 12 zur
wechselweisen Kontaktierung der zweiten elektrischen Anschlüsse 4 für
die Drehrichtungsumkehr des Elektromotors 16 auf. In einer
anderen Ausgestaltung, die in 3 gezeigt
ist, ist die Umkehrschaltung 8 als eine Schaltung zur elektronisch
arbeitenden Drehrichtungsumkehr ausgestaltet. Hierfür weist
die Umkehrschaltung 8 je einen Zweig 13, 14 für
den Rechts- sowie den Linkslauf des Elektromotors 16 auf.
Der jeweilige Zweig 13, 14 wird mittels einer
einen Leistungshalbleiter umfassenden Leistungsschaltung, die vorliegend
in der Steuereinrichtung 6 angeordnet ist, mit Spannung
versorgt.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen
Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche
definierten Erfindung. So kann ein solcher elektrischer Schalter
nicht nur für sämtliche Gleichstrom(DC)-Werkzeugschalter
für DC-Powertools, insbesondere Drills, Bohrschrauber,
Sägen, Hämmer, Schlagschrauber o. dgl., Verwendung
finden sondern auch für sonstige DC-Anwendungen außerhalb
des Powertool-Segmentes eingesetzt werden. Desweiteren läßt
sich der elektrische Schalter auch bei mit Wechselstrom (AC) betriebenen
Elektrogeräten vorteilhaft einsetzen.
-
- 1
- (elektrischer)
Schalter
- 2
- Gehäuse
(von Schalter)
- 3
- (erster
elektrischer) Anschluß
- 4
- (zweiter
elektrischer) Anschluß
- 5
- Betätigungsorgan
- 6
- Steuereinrichtung
- 7
- Bremsschaltung
- 8
- Umkehrschaltung
- 9
- (mechanischer)
Schaltkontakt (für Bremsschaltung)
- 10
- Elektronik
(für Bremsschaltung)
- 11,
12
- (mechanischer)
Umschaltkontakt) (für Umkehrschaltung)
- 13,
14
- Zweig
(für Umkehrschaltung)
- 15
- Elektrowerkzeug
- 16
- Elektromotor
- 17
- Werkzeug
- 18
- Energiespeicher/Spannungsversorgung
- 19
- Gehäuse
(von Elektrowerkzeug)
- 20
- Schaltkontakt
- 21
- Betätigungselement
(für Umkehrschaltung)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-