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Die Erfindung betrifft ein kabelloses Elektrowerkzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung die Steigerung der Effizienz eines kabellosen Elektrowerkzeugs.
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Ein kabelloses Elektrowerkzeug wie beispielsweise ein Akkuschrauber, eine Akkusäge oder eine elektrische Rasenkantenschere umfasst einen Energiespeicher zur Energieversorgung. Ein elektrischer Verbraucher kann beispielsweise einen Elektromotor oder ein Leuchtmittel umfassen. Üblicherweise ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, um den Fluss von Energie vom elektrischen Energiespeicher zum Verbraucher zu steuern. In einigen Ausführungsformen ist eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise in Form einer LED-Zeile vorgesehen, um einen elektrischen Parameter am Elektrowerkzeug anzuzeigen. Dieser Parameter kann beispielsweise einen Ladezustand des Energiespeichers umfassen. Die Anzeigeeinrichtung kann auch integriert mit dem auswechselbaren elektrischen Energiespeicher ausgeführt sein.
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US 020040049311 A1 zeigt ein Verfahren zur Steuerung eines rotierenden Elektrowerkzeugs, bei dem ein optimierter Arbeitspunkt eines Elektromotors bestimmt und an einen Benutzer ausgegeben wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektrowerkzeug und ein Verfahren zum Steuern eines Elektrowerkzeugs anzugeben, um eine Energieeffizienz des Elektrowerkzeugs zu optimieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein kabelloses Elektrowerkzeug umfasst eine Schnittstelle für einen elektrischen Energiespeicher, einen elektrischen Verbraucher, eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Energieflusses vom Energiespeicher zum Verbraucher und eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines Parameters an einen Benutzer. Dabei ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, als Parameter einen Wirkungsgrad des Elektrowerkzeugs zu bestimmen und mittels der Ausgabeeinrichtung einen Hinweis auf den bestimmten Wirkungsgrad auszugeben.
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Dadurch kann einem Benutzer eine Information gegeben werden, auf deren Basis er seinen Arbeitsfortschritt so anpassen kann, dass der Wirkungsgrad optimiert ist. So kann die im Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie in verbesserter Weise zur Erzielung des jeweiligen Arbeitsergebnisses verwendet werden. Es kann ein optimaler Arbeitsfortschritt über die mit dem Energiespeicher mögliche Laufzeit erzielt werden. Der Benutzer kann so mit der Maschine verbessert kommunizieren und in verbesserter Weise lernen, das Elektrowerkzeug energieeffizient zu verwenden. Eine Maschinenkennlinie, die einen Zusammenhang zwischen der Art der Benutzung (Belastung) und dem Wirkungsgrad ausdrückt, kann so durch den Benutzer verbessert erlernt werden. Das Elektrowerkzeug kann eine verbesserte Rückmeldung an den Benutzer bereitstellen. Der Benutzer kann die Rückmeldung sowohl auf das Elektrowerkzeug als auch auf seinen gerade durchgeführten Arbeitsgang beziehen. Der Einsatzbereich des Elektrowerkzeugs kann so verbessert an den Benutzer kommuniziert werden. Beispielsweise kann in verbesserter Weise vermittelt werden, ob die Auslegung des Elektrowerkzeugs zur Größe der vorliegenden Anwendung passt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Wirkungsgrad eine Entnahmefähigkeit des Energiespeichers. Die Kapazität des Energiespeichers ist üblicherweise unter Voraussetzung eines vorbestimmten Entladestroms angegeben. Bei abweichendem Entladestrom kann die tatsächlich entnehmbare Energiemenge nach oben oder unten variieren. Durch die Berücksichtigung der Charakteristik des Energiespeichers kann die Gesamteffizienz des Elektrowerkzeugs mit dem Energiespeicher berücksichtigt werden. Insbesondere können unterschiedliche Charakteristika verschiedener Energiespeicher in die Anzeige miteinbezogen werden. So kann der jeweilige Energiespeicher energieoptimiert verwendet werden.
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In einer Ausführungsform umfasst der Verbraucher einen Elektromotor und die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, den Wirkungsgrad auf der Basis eines Drehmoments des Elektromotors zu bestimmen.
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Der Wirkungsgrad des Elektromotors kann von dem jeweils umgesetzten Drehmoment abhängig sein. Durch Berücksichtigung des abgegebenen Drehmoments kann der Elektromotor verbessert im Bereich seines höchsten Wirkungsgrads betrieben werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern eines Elektrowerkzeugs umfasst Schritte des Erfassens eines Lastfalls, des Bestimmens eines Wirkungsgrads des Elektrowerkzeugs (100) im Lastfall, und des Ausgebens eines Hinweises auf den bestimmten Wirkungsgrad an einen Benutzer.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 eine schematische Darstellung eines Elektrowerkzeugs;
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2 Kennlinien eines Wirkungsgrads des Elektrowerkzeugs von 1;
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3 eine exemplarische Ausgabeeinrichtung für das Elektrowerkzeug von 1, und
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4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Elektrowerkzeugs
darstellt.
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Genaue Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt ein kabelloses Elektrowerkzeug 100. Das Elektrowerkzeug 100 kann beispielsweise eine elektrische Arbeitsleuchte, einen Akkuschrauber oder eine elektrische Rasenkantenschere umfassen. Das Elektrowerkzeug 100 umfasst eine Schnittstelle 105 zur Verbindung eines elektrischen Energiespeichers 110, einen Verbraucher 115, eine Ausgabeeinrichtung 120 und eine Steuereinrichtung 125. Der Energiespeicher 110 kann insbesondere einen Lithium-Ionen- oder Nickel-Metallhydrid-Akku umfassen. In einer Ausführungsform umfasst der Energiespeicher 110 eine Mess- oder Steuereinrichtung, die mittels der Schnittstelle 105 mit der Steuereinrichtung 125 gekoppelt werden kann. Dabei können insbesondere Lade- und Entladeparameter wie eine Temperatur, eine Zellenspannung, eine Gesamtspannung, ein Entladestrom, ein Fehlerzustand oder andere Informationen über die Schnittstelle 105 ausgetauscht werden. Der Verbraucher 115 ist ein beliebiger elektrischer Verbraucher, der insbesondere einen Elektromotor umfassen kann. Der Elektromotor kann ein Getriebe mit einer festen oder mehreren wählbaren Gangstufen umfassen. Die Steuereinrichtung 125 umfasst bevorzugterweise einen programmierbaren Mikrocomputer. Mittels der Steuereinrichtung 125 kann insbesondere der Energiefluss vom Energiespeicher 110 zum Verbraucher 115 gesteuert werden. Die Steuerung kann durch eine Beeinflussung des durch den Verbraucher 115 fließenden Stroms oder einer am Verbraucher 115 anliegenden Spannung bewirkt werden. Die Ausgabeeinrichtung 120 kann optisch, akustisch oder haptisch oder in einer Kombination davon ausgeführt sein. Bevorzugterweise ist die Ausgabeeinrichtung 120 zur Ausgabe eines nicht-binären Parameters eingerichtet.
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Bevorzugterweise umfasst das Elektrowerkzeug 100 zusätzlich noch eines oder mehrere Eingabeelemente 130 oder einen oder mehrere Sensoren 135. Die Steuerung des Energieflusses erfolgt in diesem Fall in Abhängigkeit eines Signals eines Eingabeelements 130 oder eines Sensors 135.
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Die Steuereinrichtung 125 ist zusätzlich dazu eingerichtet, einen Wirkungsgrad des Elektrowerkzeugs 100 zu bestimmen und einen Hinweis auf den Wirkungsgrad mittels der Ausgabeeinrichtung 120 auszugeben. Bevorzugterweise erfolgt die Bestimmung unter Berücksichtigung von Parametern des Energiespeichers 110.
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2 zeigt eine erste Kennlinie 205 und eine zweite Kennlinie 210 des Elektrowerkzeugs 100 von 1. In horizontaler Richtung ist eine Belastung des Elektrowerkzeugs 100 und in vertikaler Richtung ein Wirkungsgrad dargestellt. Die Belastung kann beispielsweise einen durch den Verbraucher 115 fließenden Strom umfassen. Handelt es sich beim Verbraucher 115 um einen Elektromotor, so kann die Belastung auch auf der Basis einer Drehzahl oder eines Drehmoments bestimmbar sein. Die beispielhafte erste Kennlinie 205 kann sich beispielsweise ergeben, wenn das Getriebe des Verbrauchers 115 eine schnelle Gangstufe und die zweite Kennlinie 215, wenn das Getriebe des Verbrauchers 115 eine langsame Gangstufe umsetzt.
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3 zeigt eine exemplarische Ausgabeeinrichtung 120 für das Elektrowerkzeug 100 aus 1. Dabei ist eine exemplarische Skala 305 dargestellt, die als Beschriftung für den Benutzer an der Ausgabeeinrichtung 120 angebracht sein kann. Die Ausgabeeinrichtung 120 umfasst hier mehrere Segmente einer optischer Ausgabeeinrichtung, wobei die Segmente einzeln aktiviert oder deaktiviert werden können, um beispielsweise einen in 3 rechtsbündigen Balken darzustellen. Die Segmente können beispielsweise Leuchtdioden, elektronisches Papier oder andere optische Ausgabeelemente umfassen. Es kann auch eine farbige Ausgabe möglich sein, um einen hohen oder niedrigen Wirkungsgrad auch farblich zu kennzeichnen.
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In einer anderen Ausführungsform kann die Ausgabeeinrichtung 120 bezüglich eines Arbeitsfortschritts skaliert sein. Umfasst der Verbraucher 115 etwa ein abtragendes Werkzeug wie eine Fräse, einen Hobel, eine Säge oder eine Trennscheibe, so kann ein durch den Benutzer steuerbarer Arbeitsfortschritt den Lastfall des Elektrowerkzeugs 100 verändern, wobei unterschiedlichen Lastfällen unterschiedliche Wirkungsgrade zugeordnet sind. Ist der Arbeitsfortschritt minimal, so kann das in 3 links liegende Segment aktiviert werden, ist der Arbeitsfortschritt maximal, so kann hingegen das rechte Segment aktiviert werden. Bei einem mittleren Lastfall, der einem maximalen Wirkungsgrad entspricht (vgl. 2), kann hingegen ein mittleres Segment aktiviert werden. Die Ausgabe auf der optischen Ausgabeeinrichtung 120 kann so dem Benutzer als Hinweis auf einen optimierten Arbeitsfortschritt dienen. Für diese Ausführungsform kann eine andere als die Skala 305 bereitgestellt sein.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Steuern des Elektrowerkzeugs 100 von 1. In einem ersten Schritt 405 wird ein Lastfall des Elektrowerkzeugs 100 bestimmt. Der Lastfall kann beispielsweise auf der Basis von Daten des Energiespeichers 110 wie einer Spannung, einer Temperatur oder einem Entladestrom bestimmt werden. Der Lastfall kann auch auf der Basis einer Spannung oder eines Stroms des Verbrauchers 115 bestimmt werden. Umfasst der Verbraucher 115 einen Elektromotor, so kann der Lastfall zusätzlich oder alternativ auf der Basis einer Drehzahl oder eines Drehmoments des Elektromotors bestimmt werden. Ferner kann ein Signal eines Eingabeelements 130 oder eines Sensors 135 in die Bestimmung des Lastfalls einbezogen werden.
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In einem Schritt 410 wird auf der Basis des Lastfalls ein Wirkungsgrad des Elektrowerkzeugs 100 bestimmt. Bevorzugterweise umfasst der Wirkungsgrad auch den Energiespeicher 110 bzw. dessen Entnahmefähigkeit.
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In einem optionalen Schritt 415 wird der bestimmte Wirkungsgrad skaliert. Beispielsweise kann der Wirkungsgrad auf einen Arbeitsfortschritt bezogen werden, wie oben mit Bezug auf 3 genauer beschrieben ist. Dabei kann ein bezüglich des Wirkungsgrads optimierter Lastfall bestimmt werden. Der bestimmte Wirkungsgrad kann dann auf den optimierten Lastfall skaliert werden, so dass eine Abweichung vom optimierten Lastfall bestimmt wird.
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In einem Schritt 420 wird mittels der Ausgabeeinrichtung 120 ein Hinweis auf den Wirkungsgrad ausgegeben. Der Hinweis kann den bestimmten Wirkungsgrad oder eine Abweichung von einem Lastfall mit optimiertem Wirkungsgrad umfassen. Dadurch wird ein Benutzer des Elektrowerkzeugs 100 in die Lage versetzt, das Elektrowerkzeug 100 so zu verwenden, dass der Wirkungsgrad des Elektrowerkzeugs optimal ist. Die im Energiespeicher 110 gespeicherte elektrische Energie kann so verbessert genutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 020040049311 A1 [0003]
