DE102010030059A1 - Handgeführtes Eintreibgerät - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein handgeführtes Eintreibgerät, umfassend einen Eintreibstößel (13), einen mechanischen Energiespeicher (31), und eine einen Elektromotor (51) umfassende Antriebsanordnung (30) zur Einbringung von mechanischer Energie in den Energiespeicher (31), wobei eine Freigabe der gespeicherten mechanischen Energie einem Antrieb des Eintreibstößels (13) dient, wobei ein Kühlsystem (55) zur Kühlung des Elektromotors (51), insbesondere in Abhängigkeit von einem Motorzustand, vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein handgeführtes Eintreibgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • DE 10 2006 000 517 A1 beschreibt ein handgeführtes Eintreibgerät, bei dem mittels eines Elektromotors über eine Kugelumlaufspindel eine Spiralfeder gespannt werden kann. Nach einem Auslösen der gespannten Spiralfeder wirkt diese auf einen Eintreibstößel, mittels dessen Befestigungselemente aus einem Magazin des Eintreibgeräts in ein Werkstück getrieben werden.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein handgeführtes Eintreibgerät mit einer verbesserten Leistungsfähigkeit anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird für ein eingangs genanntes Eintreibgerät erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch das Vorsehen eines Kühlsystems zur Kühlung des Elektromotors in Abhängigkeit von dem Motorzustand wird eine Beschädigung des Motors durch Überhitzung vermieden. Hierdurch kann der Motor mit größerer Leistung oder auch bei gleicher Leistung kleiner bauend ausgelegt werden. Je nach Anforderungen kann auch ein Dauerbetrieb verlängert werden oder eine Schlagfrequenz des Eintreibgeräts kann erhöht werden.
  • Ein mechanischer Energiespeicher im Sinne der Erfindung ist jede geeignete Massnahme, um die von dem Elektromotor bereitgestellte mechanische Leistung über einen Zeitraum integriert zu speichern, um sie zum Zwecke des Eintreibvorgangs insbesondere in einem kürzeren Zeitraum bzw. mit höherer Leistung wieder abzugeben. Beispiele hierfür sind Federn aus Metall oder Carbonfaser, Gasdruckspeicher, Schwungräder und ähnliches.
  • Bisherige Ansätze zur Konstruktion von Eintreibgeräten haben einer Motorkühlung keine Rechnung getragen, da die Motoren im Regelfall nur zeitweise aktiviert werden, um den Energiespeicher aufzuladen. Bei Forderungen nach entsprechender Motorleistung oder besonders kleinem Bauraum der Motoren hat sich jedoch gezeigt, dass die gegebene Wärmeabführung des Motors unzureichend sein kann.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Eintreibgeräts ist es vorgesehen, dass das Kühlsystem einen Luftstrom zur Beströmung zumindest des Elektromotors erzeugt. Die kühlende Luft kann dabei durch geeignet positionierte Schlitze ein das Gehäuse ein- und austreten.
  • In vorteilhafter Weiterbildung umfasst das Kühlsystem dabei einen Lüfter mit einem zu dem Elektromotor separaten Antrieb. Damit kann ein Kühlluftstrom allgemein und insbesondere auch dann in ausreichender Menge sichergestellt werden, wenn der Motor nur in kurzen Intervallen oder mit ständig wechselnder Drehrichtung betrieben wird. Der Lüfter kann bevorzugt über eine Steuerelektronik in Abhängigkeit von dem Motorzustand schaltbar sein. Bei dem das Schaltkriterium liefernden Motorzustand kann es sich bevorzugt, aber nicht notwendig um eine Temperatur des Elektromotors handeln.
  • Zur Optimierung des Bauraums kann es vorgesehen sein, dass der Lüfter im Bereich eines Handgriffs des Eintreibgeräts angeordnet ist.
  • Zum Beispiel wenn Teile des Geräts gegen Schmutzeintrag von aussen geschützt werden müssen und der Motor deshalb in einem eigenen, vom schmutzgeschützten Bereich abgetrennten Gehäuseteil untergebracht wird, kann es auch vorgesehen sein, dass der Lüfter im Bereich des Motors angeordnet ist.
  • Wenn die Elektronik Bauteile umfasst, die im laufenden Betrieb besonders heiss werden kann es auch vorgesehen sein, dass der Lüfter im Bereich der Elektronik angeordnet ist. Falls notwendig, können auch zwei oder mehr getrennte Lüftervorgesehen sein, von denen zum Beispiel einer im Bereich des Motors und einer im Bereich der Elektronik angeordnet ist.
  • Besonders bevorzugt ist es zur Optimierung der Kühlung vorgesehen, dass der Lüfter zumindest zeitweise aktiviert ist, wenn der Elektromotor nicht aktiviert ist. Insbesondere kann der Lüfter hierdurch besonders kleinbauend ausgelegt werden.
  • Allgemein vorteilhaft kann der Luftstrom mit zumindest einer weiteren Komponente des Eintreibgeräts in thermischem Austausch stehen, um auch diese Komponente je nach Bedarf zu kühlen. Bei der Komponente kann es sich bevorzugt, aber nicht notwendig um einen elektrischen Energiespeicher, zum Beispiel einen auswechselbaren Akkueinsatz, und/oder eine Leistungselektronik handeln.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann der Luftstrom auch von einer beweglichen Mechanik des Eintreibgeräts erzeugt werden. Bevorzugt, aber nicht notwendig kann es sich dabei um die Antriebsanordnung und/oder den Eintreibstößel handeln. Eine solche Maßnahme zur Erzeugung eines Luftstroms kann sowohl als einzige Maßnahme als auch in Kombination mit einer beliebigen weiteren Maßnahme der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden. Als mögliche Detailgestaltung kann der Eintreibstößel zum Beispiel in geeigneter Nachbarschaft zu einem Luftkanal geführt sein, so dass der nach einem Auslösen des Eintreibstößels zwangsläufig erzeugte Luftstrom gezielt auf den zu dieser Zeit regelmäßig deaktivierten Motor geführt wird.
  • Bei einer weiteren, alternativen oder ergänzenden Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Kühlsystem ein Deaktivieren des Elektromotors in Abhängigkeit von einem Motorzustand umfasst.
  • Das Deaktivieren des Elektromotors kann je nach Anforderungen so lange erfolgen, bis der Motor ausreichend Zeit zur Abkühlung hatte. Es kann sich aber auch um ein gezieltes Verlängern der möglichen Schlagfrequenz handeln, so dass ein Benutzer des Eintreibgerätes in seiner Tätigkeit nicht unterbrochen, sondern allenfalls verlangsamt wird. Bei geeigneter Dosierung von deaktivierten Zeiten des Motors kann diese Verlangsamung unmerklich oder zumindest in nicht als störend empfundener Weise erfolgen.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung wird der Motorzustand mittels eines geeignet angeordneten Temperatursensors ermittelt. Der Temperatursensor kann je nach Anforderungen unmittelbar innen oder außen an dem Elektromotor oder auch an einem Bauteil einer Steuerelektronik angeordnet sein. Dabei wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die Erwärmung zumindest bestimmter Teile einer Steuerelektronik stark mit einer Erwärmung des Elektromotors korreliert ist. Es kann sich auch um die Temperaturmessung eines speziell vorgesehenen Bauteils wie etwa einem kalibrierten Widerstand handeln.
  • Alternativ oder ergänzend zu einer unmittelbaren Messung einer Temperatur kann der Motorzustand auch durch Berechung aus Betriebsgrößen ermittelt werden. Bevorzugt kann es sich dabei um Motorstrom und Motorspannung handeln.
  • Allgemein vorteilhaft kann der Motorzustand mittels prädiktiver Berechnung aus Betriebsdaten berechnet werden und/oder mittels der Zählung von Lastzyklen und/oder mittels einer Widerstandsmessung einer Motorwicklung. Grundsätzlich ist die Verwendung jedes bekannten oder gezielt gemessenen Parameters denkbar, der eine ausreichende Korrelation zu dem Motorzustand, insbesondere der Motortemperatur aufzeigt.
  • Allgemein bevorzugt ist es vorgesehen, dass zumindest Teile des Kühlsystems über ein Dämpfungsglied schlagentkoppelt gelagert sind. Hierdurch wird den hohen mechanischen Belastungen im Gehäuse eines Eintreibgeräts Rechnung getragen. Zum Beispiel kann ein möglicherweise vorgesehener Lüfter in Gummilagern aufgenommen sein, so dass die Gummilager das Dämpfungsglied ausbilden.
  • Allgemein bevorzugt ist es vorgesehen, dass ein auf einer Motorwelle des Elektromotors angeordnetes Lüfterrad nicht vorgesehen ist. Solche Lüfterräder sind bei dauerhaft betriebenen Elektromotoren zu Kühlzwecken weit verbreitet. Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Lüfterräder bei Eintreibgeräten nicht sehr effektiv sind, da die Motoren nur kurzzeitig unter hoher Last laufen und – je nach Auslegung des Eintreibgerätes – auch ihren Drehsinn ändern. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines Kühlsystems ist der Verzicht auf ein solches Lüfterrad ermöglicht. Insbesondere kann hierdurch der für den Motor notwendige Bauraum klein gehalten werden.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Nachfolgend werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • Das in 1 dargestellte handgeführte Eintreibgerät 10 ist elektrisch betrieben und weist ein Gehäuse 11 und eine darin angeordnete, insgesamt mit 30 bezeichnete Antriebsanordnung für einen Eintreibstößel 13 auf, der in einer Führung linear versetzbar geführt ist.
  • Ein mechanischer Energiespeicher ist als spannbare Feder 31, vorliegend eine Schraubenfeder aus Metall, ausgebildet.
  • Der mechanische Energiespeicher bzw. die Feder 31 kann über die Antriebsanordnung 30 gespannt werden, wozu diese einen Spannmechanismus 50 mit einem Elektromotor 51 umfasst. Neben dem Elektromotor umfasst die Antriebsanordnung weitere mechanische Elemente wie z. B. eine Drehspindel mit einer Kugelumlaufmutter.
  • Das Eintreibgerät 10 weist einen Handgriff 20 auf, an dem ein Auslöseschalter 19 zum Auslösen eines Eintreibvorganges mit dem Eintreibgerät 10 angeordnet ist. Die Auslösung erfolgt elektromechanisch, wodurch eine Kontrolle des Gerätezustand durch eine Steuerelektronik vor einer Freigabe des mechanischen Energiespeichers auf einfache Weise möglich ist.
  • An den Handgriff 20 angrenzend ist eine insgesamt mit 21 bezeichnete Stromversorgung angeordnet, über die das Eintreibgerät 10 mit elektrischer Energie versorgt wird. Vorliegend ist die Stromversorgung 21 als Akkumulator ausgebildet, der auswechselbar an einem unteren Ende des Handgriffs ansteckbar ist und der mehrere Akkumulatorzellen beinhaltet.
  • Eine elektrische Steuereinheit 23 ist im unteren Bereich des Handgriffs vorgesehen und dient der Steuerung des Elektromotors zur Spannung der Feder 31 sowie der gesicherten Auslösung des so aufgeladenen mechanischen Energiespeichers 31 nach Betätigung des Auslöseschalters 19.
  • Der Auslöseschalter 19 ist hierzu über eine Schalterleitung 57 mit der Steuereinheit 23 verbunden. Der Elektromotor 51 ist über eine Steuerleitung 54 mit der Steuereinheit 23 verbunden und kann über diese in Betrieb gesetzt werden, z. B. wenn bei einem Anpressvorgang ein Anpressschalter (nicht dargestellt) an einem Mündungsteil 12 betätigt wird oder bereits nach erfolgtem Eintreibvorgang, wenn das Eintreibgerät 10 wieder von einem Werkstück abgehoben wird.
  • Ein Kühlsystem zum Kühlen des Elektromotors 51 ist in dem Handgriff 20 des Eintreibgerätes 70 angeordnet. Es umfasst einen elektrisch angetriebenen Lüfter 55, der einen Lüftermotor 56 und einen Lüfterrotor 57 umfasst. Der Lüftermotor 56 ist über eine Leitung 58 mit der Steuereinheit 23 verbunden und kann über diese aktiviert werden.
  • In dem Elektromotor 51 der Antriebsanordnung 30 ist ein Temperatursensor 58 vorgesehen, über den die Temperatur des Elektromotors 51 überwacht wird. Über eine Leitung 59 ist der Temperatursensor 53 mit der Steuereinheit 23 verbunden, die in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur Tm des Elektromotors 51 und von in einem Speicher der Steuereinheit 23 hinterlegten Grenzwerten für die Temperatur des Elektromotors 51 den Motor 56 des Lüfters 55 aktiviert und deaktiviert.
  • Hierbei kann der Lüftermotor 56 auch dann aktiviert sein, wenn der Elektromotor 51 kurzzeitig (z. B. während einer Auslösung des Energiespeichers 31) oder auch länger (z. B. weil der Auslöseschalter 19 für einige Zeit nicht betätigt wird) nicht läuft. Zweckmäßig wird eine Hysterese für den gewünschten Temperaturverlauf des Elektromotors definiert, so dass nach Aktivierung des Lüfters 55 aufgrund des Überschreitens einer Grenztemperatur Tmax so lange eine Kühlung erfolgt, bis die Temperatur des Motors Tm unterhalb einer unteren Temperatur Tmin liegt. Hiernach kann sich der Motor im Betrieb um eine Temperatur Tmax–Tmin erwärmen, ohne dass der Lüfter 55 erneut zugeschaltet werden muss.
  • Der Lüfter 55 bewirkt einen Luftstrom entlang der Pfeile 61, der nicht nur den Lüftermotor 56, sondern nachfolgend auch die Steuerelektronik 23 und die Stromversorgung 21 kühlt. Hierzu wird die Luft in einem oberen, vorderen Gehäusebereich 50 durch Luftschlitze 41 angesaugt. Eine innere Gehäusewand 22 trennt den Ansaugbereich vom Gehäusebereich der übrigen Antriebsanordnung 30 ab, so dass ein Luftkanal gebildet ist, in dem der Elektromotor 51 angeordnet ist. Hierdurch wird die angesaugte Luft vorrangig zunächst zu dem Elektromotor 51 geführt. Nach Überstreichen oder Durchströmen des Elektromotors 51 wird die Luft durch die Gehäusewand 22 um 90° nach unten umgelenkt, wonach sie das innere des Handgriffs 20 von oben nach unten durchströmt und den bis dahin saugend betriebenen Lüfter 56, 57 passiert.
  • Stromabwärts des Lüfters 56, 57 tritt die Luft in eine untere Erweiterung ein, in der die Steuerelektronik 23 aufgenommen ist. Im unteren Abschluss des Handgriffs 20 und in einer oberen Abdeckung der unter dem Handgriff angebrachten Stromversorgung 21 sind überlappende Durchbrechungen 41, 42 vorgesehen, mittels derer die Kühlluft vom Handgriff 20 in die Stromversorgung 21 strömt. Nach überströmen der Akkumulatorzellen tritt die Kühlluft dann durch eine Öffnung 44 in dem Gehäuse der Stromversorgung wieder in den Außenraum aus.
  • Insgesamt werden somit zunächst der Elektromotor 51, dann die Steuerelektronik 23 und zuletzt die Stromversorgung 21 gekühlt.
  • Bei dem in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Lüfter 56, 57 in umgekehrter Richtung betrieben, so dass der Luftstrom bei sonst gleicher Gestaltung des Gehäuses genau den umgekehrten Weg vollzieht. Entsprechend wird hier zunächst die Stromversorgung 21, dann die Steuerelektronik 23 und zuletzt der Elektromotor 51 gekühlt. Bei dieser umgekehrten Reihenfolge ist die Lufttemperatur zur Kühlung des Elektromotors 51 höher, wogegen aber die Stromversorgung besser gekühlt wird. Dies kann insbesondere bei temperaturempfindlichen und hochwertigen Akkumulatoren gewünscht sein, wie z. B. Lithium-Ionen-Akkumulatoren.
  • Ein weiterer Unterschied im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel besteht in der Anordnung der Temperaturmessung. Im Beispiel nach 2 ist der Temperatursensor 53 im Bereich der Steuerelektronik angeordnet. Zum einen kann dies vorteilhaft sein, wenn die Steuerelektronik besonders temperaturempfindlich im Vergleich zu dem Motor ist. Zum anderen kann aber regelmäßig aus einer Temperatur der Steuerelektronik auf eine Motortemperatur rückgeschlossen werden, da die thermischen Verlustleistungen zumindest monoton, häufig auch nicht weitgehend linear miteinander verknüpft sind.
  • Die genaue Anordnung des Temperatursensors 53 an der Steuerelektronik 23 kann je nach Anforderungen erfolgen. Zum Beispiel kann er an einem Leistungsbauteil angebracht sein, das im Wesentlichen von demselben Strom durchflossen wird wie der Elektromotor 51. Es kann sich sogar um ein Bauteil handeln, das nur zu diesem Zweck in die Elektronik eingebaut wird, wie z. B. ein kalibrierter Widerstand. Vorteil dieser Varianten ist es, dass in den Motor selbst kein Sensor eingebaut werden muss, was den Motor einfacher und kostengünstiger macht.
  • Bei dem in 3 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel wird die Kühlluft nicht durch die Stromversorgung geführt, sondern überstreicht zunächst die Steuerelektronik 23 und zuletzt den Elektromotor 51.
  • Neben einer unmittelbaren Messung einer Temperatur mittels eines Temperatursensors 53 kann zusätzlich oder alternativ durch andere Maßnahmen auf einen für das Kühlsystem relevanten Motorzustand geschlossen werden. Zum Beispiel kann eine Anzahl von Lastzyklen des Elektromotors 51 gezählt werden und daraus, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Betriebsdauer, auf die Motortemperatur geschlossen werden. Eine solche Temperaturberechung könnte mit einer Messung der Temperatur im Gerät oder der Umgebung oder auf der Elektronik, da dadurch die Umgebung mit abgebildet werden kann.
  • Weiterhin kann anhand des Motorstroms oder durch die Motorleistung auf die Erwärmung des Motors rückgeschlossen werden. Eine weitere Möglichkeit zur Temperaturbestimmung bietet eine Widerstandmessung einer Wicklung des Motors.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Motor dadurch gekühlt, dass er nach Erreichen eines entsprechenden Motorzustands deaktiviert wird. Ein solches Kühlsystem durch Deaktivierung des Motors kann alternativ oder ergänzend zu einem Kühllüfter 56, 57 vorgesehen sein.
  • Es versteht sich, dass die einzelnen Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele je nach Anforderungen beliebig miteinander kombiniert werden können.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006000517 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Handgeführtes Eintreibgerät, umfassend einen Eintreibstößel (13), einen mechanischen Energiespeicher (31), und eine einen Elektromotor (51) umfassende Antriebsanordnung (30) zur Einbringung von mechanischer Energie in den Energiespeicher (31), wobei eine Freigabe der gespeicherten mechanischen Energie einem Antrieb des Eintreibstößels (13) dient, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlsystem (55) zur Kühlung des Elektromotors (51), insbesondere in Abhängigkeit von einem Motorzustand, vorgesehen ist.
  2. Eintreibgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (55) einen Luftstrom (61) zur Beströmung zumindest des Elektromotors (51) erzeugt.
  3. Eintreibgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem einen Lüfter (55) mit einem zu dem Elektromotor (51) separaten Antrieb (56) umfasst.
  4. Eintreibgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (55) über eine Steuerelektronik (23) in Abhängigkeit von dem Motorzustand, insbesondere einer Temperatur Tm des Elektromotors (51), schaltbar ist.
  5. Eintreibgerät nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (55) im Bereich eines Handgriffs (20) des Eintreibgeräts oder im Bereich eines Elektromotors (51) oder im Bereich einer Steuerelektronik (23) angeordnet ist.
  6. Eintreibgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (55) zumindest zeitweise aktiviert ist, wenn der Elektromotor (51) nicht aktiviert ist.
  7. Eintreibgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom (61) mit zumindest einer weiteren Komponente des Eintreibgeräts in thermischem Austausch steht, insbesondere mit einem elektrischen Energiespeicher (21) und/oder einer Leistungselektronik (23).
  8. Eintreibgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom (61) von einer beweglichen Mechanik des Eintreibgeräts, insbesondere Antriebsanordnung (30) und/oder Eintreibstößel (13), erzeugt wird.
  9. Eintreibgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem ein Deaktivieren des Elektromotors (51) in Abhängigkeit von einem Motorzustand umfasst.
  10. Eintreibgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorzustand mittels eines geeignet angeordneten Temperatursensors (53) ermittelt wird.
  11. Eintreibgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (53) unmittelbar innen oder außen an dem Elektromotor (51) oder an einem Bauteil einer Steuerelektronik (23) angeordnet ist.
  12. Eintreibgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorzustand durch Berechung aus Betriebsgrößen, insbesondere Motorstrom und Motorspannung, ermittelt wird.
  13. Eintreibgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorzustand mittels prädiktiver Berechnung aus Betriebsdaten, mittels der Zählung von Lastzyklen und/oder mittels einer Widerstandsmessung einer Motorwicklung ermittelt wird.
  14. Eintreibgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teile des Kühlsystems (56, 57) über ein Dämpfungsglied schlagentkoppelt gelagert sind.
  15. Eintreibgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Motorwelle des Elektromotors (51) angeordnetes Lüfterrad nicht vorgesehen ist.
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