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Die Erfindung betrifft ein Elektrowerkzeug, zum Beispiel einen Akkuschrauber, mit einer Steuereinrichtung umfassend einen Mikrocontroller zur Steuerung wenigstens einer Funktion des Elektrowerkzeugs und wenigstens eines mit dem Mikrocontroller elektrisch verbundenem Sensor.
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In Elektrowerkzeugen, insbesondere großen Akkuschraubern, Bohrhämmern oder ähnlichen Geräten, werden zur Erkennung von unkontrollierten Bewegungen ein oder mehrere Sensoren verwendet. Hierfür kommen insbesondere Inertialsensoren, wie z.B. Beschleunigungs- und Drehratensensoren zum Einsatz. Derartige Sensoren werden in den Elektrowerkzeugen ferner auch zur Realisierung einer elektrischen Wasserwaage oder zur Bestimmung eines Winkels verwendet. In beiden Fällen sind die entsprechenden Sensoren elektrisch mit einem Mikrocontroller verbunden, welcher die übertragenen Sensorinformationen weiter verarbeitet. Die Verbindung zwischen einem Sensor und dem Mikrocontroller erfolgt dabei typischerweise über einen Datenbus wie z.B. SPI oder I2C, oder direkt über entsprechende Signalleitungen. Problematisch bei diesem Aufbau ist unter anderem die Erkennung möglicher Fehler in der Kommunikation zwischen Sensor und Mikrocontroller. So kann eine Störung auf der Übertragungsstrecke zwischen Sensor und Mikrocontroller nur mit zusätzlichem Aufwand erkannt werden. Ferner benötigt die Realisierung eines Mikrocontrollers mit einem separaten Sensor relativ viel Platz auf der Platine, da entsprechend wenigstens zwei Bauteilgehäuse auf der Platine in geeigneter Weise untergebracht und miteinander verbunden werden müssen. Mit dem relativ hohen Platzbedarf dieser elektronischen bzw. elektromechanischen Komponenten ergeben sich auch Einschränkungen in Bezug auf die Gestaltung des Gerätegehäuses, was beispielsweise der Realisierung einer kompakten Bauform entgegen wirken kann.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine bessere Einbindung mikroelektromechanischer Sensoren in die Steuereinrichtungen von Elektrowerkzeugen zu erzielen. Diese Aufgabe wird durch ein Elektrowerkzeug gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß der Erfindung ist ein Elektrowerkzeug mit einer Steuereinrichtung umfassend einen Mikrocontroller und einen mit dem Mikrocontroller elektrisch verbundenen Sensor vorgesehen. Dabei sind der Mikrocontroller und der Sensor in einem gemeinsamen Bauteilgehäuse integriert. Durch die Integration des Mikrocontrollers und des mikroelektromechanischen Sensors in ein gemeinsames Bauteilgehäuse wird der elektrische Aufbau der Steuereinrichtung des Elektrogeräts vereinfacht. Ferner steigt die Robustheit der elektrischen Komponenten, da die als Schwachstelle identifizierte Verbindung zwischen Sensor und Mikrocontroller nunmehr mittels innerhalb des Bauteilgehäuses fest vergossenen elektrischen Leiterbahnen sichergestellt ist. Somit kann die Fehleranfälligkeit der elektrischen Schaltung insgesamt reduziert werden. Durch die robuste Ausführung und die reduzierte Fehleranfälligkeit lassen sich Funktionen, wie z.B. die Erkennung unkontrollierter Bewegungen (Kickback), erheblich vereinfachen. Durch die Verwendung eines Mikrocontrollers mit integriertem Sensor können die zur Verbindung eines externen Sensors benötigten Leiterbahnen auf der Platine wegfallen. Hierdurch kann die Platine und möglicherweise auch das Gehäuse kleiner gestaltet werden. Zudem wird das Verlegen der übrigen Leiterbahnen auf der Platine erleichtert. Aufgrund des geringeren Platzbedarfs auf der Platine können ferner Kosten eingespart werden. Des Weiteren muss nur noch ein Bauteil anstatt zwei separate Bauteile auf der Platine verlötet werden. Die kleinere Platine erlaubt mehr Freiheit gerade beim Einbau ins Gehäuse. Durch den Wegfall der fehleranfälligen Übertragungsstrecke erhöht sich auch die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Somit kann insbesondere eine aufwändige elektrische Prüfung der Übergangsstrecke entfallen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Mikrocontroller zur Steuerung wenigstens einer Funktion des Elektrogeräts und zur Verarbeitung eines vom Sensor bereitgestellten Sensorsignals ausgebildet ist. Durch die Zusammenfassung dieser Funktionen lässt sich der Schaltungsaufwand der Steuereinrichtung reduzieren. Damit wiederum können sowohl die Herstellungskosten als auch der Platzbedarf der Steuereinrichtung reduziert werden.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das den Mikrocontroller und den Sensor enthaltende Bauteil gemeinsam mit einer Leistungselektronik auf einer Leiterplatte angeordnet ist. Hiermit kann erreicht werden, dass nach einem Erkennen einer unkontrollierten Bewegung durch Auswertung eines vom Sensor bereitgestellten Sensorsignals die Leistungselektronik relativ schnell abgeschaltet oder ein Abbremsen des Elektromotors eingeleitet werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Mikrocontroller zur Steuerung einer Leistungselektronik des Elektrogeräts und/oder zur Auswertung eines einem Bedienelements des Elektrowerkzeugs zugeordneten Potentiometers ausgebildet ist. Sowohl die Steuerung der Leistungselektronik als auch die Auswertung des Potentiometers lassen sich als Funktionen relativ einfach mit der Sensorfunktionalität in einem gemeinsamen Bauteil integrieren.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung einen ersten Mikrocontroller zur Steuerung einer Leistungselektronik des Elektrogeräts und einen mit dem Sensor in einem gemeinsamen Bauteilgehäuse integrierten zweiten Mikrocontroller zur Verarbeitung eines vom Sensor bereitgestellten Sensorsignals und zur Auswertung eines einem Bedienelement des Elektrowerkzeugs zugeordneten Potentiometers umfasst. Die Verwendung der beiden separaten Mikrocontroller ermöglicht eine Optimierung der jeder Schaltung im Hinblick auf ihre jeweilige Aufgabe. Insbesondere kann das mit Hilfe des zweiten Mikrocontrollers direkt errechnete Potentiometersignal manipuliert werden, sobald eine unkontrollierte Bewegung durch Auswertung des Sensorsignals erkannt wird.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der erste oder zweite Mikrocontroller ferner zur Steuerung einer Ladezustandsanzeige des Elektrogeräts ausgebildet ist. Durch die Integration dieser Funktion in den Mikrocontroller kann der Schaltungsaufwand weiter reduziert werden.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Steuereinrichtung wenigstens zwei Leiterplatten mit jeweils einem Mikrocontroller umfasst, wobei die Leiterplatten mittels eines Datenbusses miteinander verbunden sind. Die Verwendung mehrerer Leiterplatten mit jeweils einem Mikrocontroller ermöglicht eine flexible Unterbringung der Steuereinrichtung innerhalb des Gerätegehäuses. Die Verwendung eines Datenbusses erlaubt eine robuste und sichere Verbindung zwischen den Einzelbestandteilen der Steuereinrichtung.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung mehrere Sensoren umfasst, welche jeweils zusammen mit einem zugeordneten Mikrocontroller in einem gemeinsamen Bauteil integriert sind. Durch die Verwendung mehrerer Sensoren können die gemessenen Werte zur Funktionskontrolle untereinander verglichen werden. Dies ermöglicht eine höhere Genauigkeit bei der Steuerung des Elektrogeräts.
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Schließlich sieht eine weitere Ausführungsform vor, dass die Steuereinrichtung einen separaten Sensor zur Funktionskontrolle umfasst. Mit Hilfe des zusätzlichen Sensors kann die Genauigkeit der Steuerung des Elektrogeräts verbessert werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Bauteil mit einem integrierten Mikrocontroller und Sensor; und
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2 ein erfindungsgemäßes Elektrogerät mit zwei jeweils einen Mikrocontroller und einen Sensor umfassenden Bauteil.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauteil 120 umfassend ein IC-Gehäuse 121 und mehrere aus dem Gehäuse 121 herausragende Kontaktpins 125. Innerhalb des Gehäuses 121 sind dabei erfindungsgemäß ein in Form integrierter Schaltkreise realisierter Mikroprozessor 122 sowie ein vorzugsweise in Form eines mikroelektromechanischen Bauelements realisierter Sensor 123 eingegossen. Der Mikrocontroller 122 und der Sensor 123 sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen Bauteil-Leiterplatte 126 angeordnet und mittels in der Bauteil-Leiterplatte 126 ausgebildeten Leiterstrukturen 124 elektrisch miteinander verbunden. Durch die Integration des Sensors 123 in das Bauteil 120 des Mikrocontrollers 122 ergibt sich eine einfachere Schaltungsanordnung. Ferner wird die elektrische Verbindung zwischen Mikroprozessor 123 und Sensor 122 verbessert, da die Leiterstrukturen 124 weniger anfällig für Störungen sind, als entsprechende elektrische Leitungen außerhalb des vergossenen Bauteilgehäuses 121. Damit kann insbesondere die Zuverlässigkeit des Sensors und der darauf basierenden Steuerung des Elektrogeräts deutlich erhöht werden.
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Die 2 zeigt beispielhaft ein erfindungsgemäßes Elektrogerät 100, wie z.B. einen Akkuschrauber oder Akkubohrer. Ein solches Elektrogerät 100 verfügt über einen Elektromotor 150, welcher von einer typischerweise mittels Leistungshalbleitern realisierten Leistungselektronik 140 angesteuert wird. Zur Ansteuerung der Leistungselektronik 140 und damit mittelbar auch des Elektromotors 150 weist das Elektrogerät 100 eine Steuereinrichtung 110 auf. Die Steuereinrichtung 110 umfasst im vorliegenden Beispiel zwei in verschiedenen Abschnitten des Gerätegehäuses 101 angeordnete und mittels einer Datenbusverbindung 113 miteinander verbundene Leiterplatten 111, 112. Auf der ersten Leiterplatte 111 ist ein erstes Bauteil 120 angeordnet, in dessen Bauteilgehäuse 121 ein erster Mikrocontroller 122 gemeinsam mit einem ersten Sensor 123 untergebracht ist. Der Mikrocontroller 122 ist dabei ausgebildet, die Leistungselektronik 140 anzusteuern. Ferner ist der erste Mikrocontroller 122 zur Steuerung einer Ladezustandsanzeige 180, welche den Ladezustand einer im Gerätegehäuse 101 integrierten bzw. am Gerätegehäuse 101 montierbaren Batterie 170 anzeigt. Die Ladezustandsanzeige 180 ist im vorliegenden Beispiel auf der ersten Leiterplatte angeordnet.
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Ferner ist der erste Mikrocontroller 122 zur Auswertung eines in einem Bedienelement 160 integrierten und durch Betätigen des Bedienelements 160 steuerbaren Potentiometers 161 ausgebildet. Hierzu ist das Potentiometer 161 elektrisch mit der ersten Platine 111 verbunden.
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Der Sensor 123 ist vorzugsweise als ein mikroelektromechanischer Inertialsensor, wie z.B. ein Beschleunigungssensor oder ein Drehratensensor, ausgebildet. Durch die Integration des Sensors 123 in das Bauteilgehäuse 121 des Mikrocontrollers 122 entfallen externe Verbindungsleitungen zwischen Mikrocontroller und Sensor, so dass hierdurch die Störanfälligkeit des Gesamtsystems erhöht wird.
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Des Weiteren umfasst die Steuereinrichtung 110 des Elektrogeräts 100 einen zweiten Mikrocontroller 132, welcher als Bauteil 130 auf der im unteren Teil des Griffes des Elektrogeräts 100 angeordneten zweiten Leiterplatte 112 verbaut ist. Im Bauteilgehäuse 131 des zweiten Bauteils 130 ist ferner ein zweiter Sensor 133 integriert, welcher über interne elektrische Leitungen an den zweiten Mikrocontroller 132 angeschlossen ist. Bei dem zweiten Sensor 133 kann es sich ebenfalls um einen mikroelektromechanischen Inertialsensor zum Erkennen von unbeabsichtigten bzw. gefährlichen Bewegungen des Elektrogeräts 100 handeln. Der zweite Mikrocontroller 132 kann dabei neben der Auswertung des vom zweiten Sensor 133 bereitgestellten Sensorsignals auch weitere Funktionen der Steuereinrichtung 110 des Elektrogeräts 100 durchführen. Der zweite Sensor 133 kann dabei zur Funktionsüberprüfung des ersten Sensors 123 dienen. Auch mit Hilfe eines separaten Sensors, welcher nicht im Bauteilgehäuse eines Mikrocontrollers untergebracht ist, kann eine solche Funktionsüberprüfung erfolgen (hier nicht gezeigt). Grundsätzlich ist es möglich, mit Hilfe des zweiten Sensors 133 oder eines weiteren im Bauteilgehäuse des zweiten Bauteils 130 untergebrachten Sensors auch andere Sensorfunktionen des Elektrogeräts zu realisieren, als die oben genannte Kickback-Erkennung.
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Je nach Anwendung können mehrere Mikrocontroller mit integrierten Sensoren im Elektrogerät 100 verbaut werden. Die gemessenen Werte können dann zur Funktionskontrolle untereinander verglichen werden.
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Die Zusammenfassung eines Mikrocontrollers und eines Sensors in einem gemeinsamen Bauteil ermöglicht eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten. Insbesondere können mehrere solche Bauteile mit gleichen oder unterschiedlichen Funktionen innerhalb des Elektrogeräts untergebracht werden. Dabei können die Bauteile sowohl auf einer gemeinsamen Platine als auch auf verschiedenen Platinen innerhalb des Gerätegehäuses angeordnet werden.
