Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors eines Elektrowerkzeuges gemäß Patentanspruch 1, ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 9 und ein Elektrowerkzeug gemäß Patentanspruch 10.The invention relates to a method for operating an electric motor of a power tool according to claim 1, a control device according to claim 9 and a power tool according to claim 10.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, abhängig von einer Betätigung eines Schalters einen Elektromotor eines Elektrowerkzeuges zu steuern. Dabei wird der Elektromotor beispielsweise mit einer vorgegebenen Drehzahl oder mit einem vorgegebenen Drehmoment angesteuert.From the prior art it is known to control an electric motor of a power tool depending on an operation of a switch. In this case, the electric motor is driven, for example, with a predetermined speed or with a predetermined torque.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Bettreiben des Elektromotors, ein verbessertes Steuergerät und ein verbessertes Elektrowerkzeug bereitzustellen.The object of the invention is to provide an improved method for bed driving the electric motor, an improved control device and an improved power tool.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1, ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 9 und ein Elektrowerkzeug gemäß Patentanspruch 10 gelöst.The object of the invention is achieved by the method according to claim 1, a control device according to claim 9 and a power tool according to claim 10.
Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass eine Abnutzung des Elektrowerkzeuges reduziert wird. Insbesondere werden eine Abnutzung und insbesondere eine Beschädigung des Hammers und des Ambosses bei einem Elektrowerkzeug mit Schlagbetreib reduziert. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, dass während einer Anlaufphase eine Drehzahl des Elektromotors erhöht wird, wobei nach der Anlaufphase während einer Arbeitsphase die Drehzahl des Elektromotors, insbesondere während eines Schlagbetriebes des Elektrowerkzeuges auf einen konstanten Wert geregelt wird. Durch die konstante Drehzahl wird eine erhöhte Geschwindigkeit des Hammers beim Aufschlag auf den Amboss vermieden.An advantage of the described method is that wear of the power tool is reduced. In particular, wear and especially damage to the hammer and anvil are reduced in a percussion power tool. This advantage is achieved in that a speed of the electric motor is increased during a start-up phase, wherein after the start-up phase during a working phase, the speed of the electric motor, in particular during a striking operation of the power tool is controlled to a constant value. The constant speed avoids increased hammer speed when impacting the anvil.
Gute Ergebnisse mit einem begrenzten Aufwand für die Regelung werden insbesondere erreicht, wenn während der Arbeitsphase die Drehzahl in der Weise geregelt wird, dass sich die Drehzahl während einer Umdrehung des Elektromotors, insbesondere während einer Umdrehung der Aufnahme des Werkzeuges um weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, insbesondere weniger als 5% ändert.Good results with a limited effort for the control are achieved in particular, if during the working phase, the speed is controlled in such a way that the speed during one revolution of the electric motor, in particular during one revolution of the recording of the tool by less than 20%, in particular less than 10%, in particular less than 5% changes.
Eine weitere Verbesserung für eine sichere und rechtzeitige Erkennung des Endes der Anlaufphase mit geringem Aufwand wird erreicht, wenn die Anlaufphase als beendet erkannt wird, wenn der Elektromotor mit wenigstens einer festgelegten Stromstärke, insbesondere 15 Ampere über eine festgelegte Zeitdauer, insbesondere 5 Sekunde versorgt wurde.A further improvement for a safe and timely detection of the end of the start-up phase with little effort is achieved when the start-up phase is detected as finished when the electric motor has been supplied with at least a fixed current, in particular 15 amps for a fixed period of time, in particular 5 seconds.
Eine weitere Verbesserung wird erreicht, wenn während der Anlaufphase der Elektromotor zu einer Anlaufdrehzahl von insbesondere 20000 Umdrehungen pro Minute hochgedreht wird, und wenn nach der Anlaufphase der Elektromotor während der Arbeitsphase zu einer vorgegebenen Arbeitsdrehzahl von insbesondere 14500 Umdrehungen pro Minute verlangsamt wird, und wenn anschließend die vorgegebene Arbeitsdrehzahl während der Arbeitsphase konstant geregelt wird. Dadurch wird ein schnelles Erreichen der Arbeitsphase bei ausreichendem Drehmoment erreicht.A further improvement is achieved if, during the start-up phase, the electric motor is turned up to a starting speed of, in particular, 20,000 revolutions per minute, and if, after the start-up phase, the electric motor is slowed down during the working phase to a predetermined working speed of, in particular, 14500 revolutions per minute, and subsequently the predetermined working speed is constantly controlled during the working phase. As a result, a rapid achievement of the working phase is achieved with sufficient torque.
In einer weiteren Ausführung wird die Drehzahl mithilfe des Stroms, insbesondere mithilfe einer Pulsweitenmodulation der Stromversorgung des Elektromotors geregelt. Dadurch wird eine einfache und ausreichend präzise Regelung der Drehzahl ermöglicht.In another embodiment, the speed is controlled by the current, in particular by means of a pulse width modulation of the power supply to the electric motor. This allows a simple and sufficiently precise control of the speed.
In einer weiteren Ausführung wird eine Drehzahlregelung durchgeführt, wobei der Drehzahlregelung eine Stromregelung überlagert ist. Somit wird eine höhere Genauigkeit der konstanten Drehzahlregelung erreicht. In einer weiteren Ausführung wird ein PI-Regler für die Drehzahlregelung und/oder die Stromregelung verwendet. Dadurch kann eine ausreichend gute und schnelle Regelung mit begrenztem Aufwand erhalten werden.In a further embodiment, a speed control is performed, wherein the speed control is superimposed on a current control. Thus, a higher accuracy of the constant speed control is achieved. In a further embodiment, a PI controller is used for the speed control and / or the current control. This allows a sufficiently good and fast control can be obtained with limited effort.
In einer weiteren Ausführung wird die Pulsweitenmodulation mit einer Frequenz größer als 5 kHz, insbesondere größer als 10 kHz ausgeführt. Damit können die Stromwerte für die Regelung der Drehzahl präzise eingestellt werden.In a further embodiment, the pulse width modulation is performed with a frequency greater than 5 kHz, in particular greater than 10 kHz. This allows the current values for the regulation of the speed to be set precisely.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigenThe invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it
1 einen schematischen Querschnitt durch ein Elektrowerkzeug, 1 a schematic cross section through a power tool,
2 einen zweiten Querschnitt durch das Elektrowerkzeug, 2 a second cross section through the power tool,
3 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung zum Antreiben eines Elektromotors eines Elektrowerkzeuges, 3 a schematic representation of a circuit arrangement for driving an electric motor of a power tool,
4 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Schaltungsanordnung zur Durchführung der Drehzahlregelung, 4 a schematic representation of a section of a circuit arrangement for carrying out the speed control,
5 einen schematischen Programmablauf zum Betreiben des Elektrowerkzeuges, und 5 a schematic program flow for operating the power tool, and
6 eine schematische Darstellung eines Stromverlaufes und eines Drehzahlverlaufes während einer Anlaufphase und einer Arbeitsphase. 6 a schematic representation of a current waveform and a speed curve during a start-up phase and a working phase.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Elektrowerkzeug 10, das in Form eines Schlagschraubers 10 ausgebildet ist. Der Schlagschrauber 10 weist ein Gehäuse 11 auf, das einen zylinderförmigen Hauptkörper 12 und einen daran angebrachten Griff 15 aufweist. Gegenüberliegend zum Hauptkörper 12 ist eine Batterie 19 angeordnet. Im Hauptkörper 12 ist ein Elektromotor 20 in Form eines bürstenlosen Gleichstrommotors 20 mit einem Planetengetriebe 24, einer Spindel 25, einem Schlagerzeugungsmechanismus 26 und einem Amboss 27 angeordnet. Der Elektromotor 20 dient als Antriebsquelle für den sich drehenden Schlagerzeugungsmechanismus 26. Die Drehzahl des Elektromotors 20 wird mithilfe des Planetengetriebes 24 reduziert und anschließend auf die Spindel 25 übertragen. Die Drehkraft der Spindel 25 wird in eine drehende Schlagkraft durch den Schlagerzeugungsmechanismus 26 umgewandelt, wozu ein Hammer 26h und eine Druckfeder 26b vorgesehen sind. Eine Schlagkraft des Hammers 26h wird auf den Amboss 27 übertragen. Der Amboss 27 ist drehbar um eine Achse gelagert und wird durch die rotatorische Schlagkraft des Hammers 26h angetrieben. Der Amboss 27 ist durch ein Lager 12j drehbar im Gehäuse 11 gehalten, das an einer Vorderseite des Hauptkörpers 12 angeordnet ist. Somit kann sich der Amboss 27 um die Drehachse drehen, jedoch sich nicht entlang der Drehachse bewegen. An einer Vorderseite des Ambosses 27 ist eine Aufnahme 27t vorgesehen, um z.B. einen Bohrer 60 oder über einen Einsatz eine Schraube 61 aufzunehmen. Der Bohrer 60 oder die Schraube 61 stellen das Werkzeug dar, das vom Elektrowerkzeug angetrieben wird. 1 shows a schematic representation of a power tool 10 in the form of a striking screwdriver 10 is trained. The impact wrench 10 has a housing 11 which has a cylindrical main body 12 and a handle attached to it 15 having. Opposite to the main body 12 is a battery 19 arranged. In the main body 12 is an electric motor 20 in the form of a brushless DC motor 20 with a planetary gear 24 , a spindle 25 a punch generation mechanism 26 and an anvil 27 arranged. The electric motor 20 serves as a drive source for the rotating impact generation mechanism 26 , The speed of the electric motor 20 is using the planetary gear 24 reduced and then on the spindle 25 transfer. The torque of the spindle 25 becomes a turning impact force by the impact generation mechanism 26 transformed, what a hammer 26h and a compression spring 26b are provided. A striking force of the hammer 26h gets on the anvil 27 transfer. The anvil 27 is rotatably supported about an axis and is determined by the rotary impact of the hammer 26h driven. The anvil 27 is through a warehouse 12j rotatable in the housing 11 held on a front of the main body 12 is arranged. Thus, the anvil can 27 rotate around the rotation axis, but do not move along the rotation axis. At a front of the anvil 27 is a recording 27t provided, for example, a drill 60 or over an insert a screw 61 take. The drill 60 or the screw 61 represent the tool that is powered by the power tool.
Der Griff 15 des Gehäuses 11 wird von einer Bedienperson umfasst, um das Elektrowerkzeug 10 zu benutzen. Der Griff weist einen Halteabschnitt 15h und einen unteren Endabschnitt 15p auf, der sich am unteren Ende des Griffabschnittes 15h anschließt. Am unteren Endabschnitt 15p ist die Batterie 19 vorgesehen, die das Elektrowerkzeug 10 mit Strom versorgt. Am Griffabschnitt 15h ist ein Hauptschalter 18 vorgesehen, der einen Trigger 18t aufweist, der mit einem Finger betätigt werden kann. Weiterhin weist der Hauptschalter 18 eine Schaltereinheit 18s auf, die zum Einschalten oder Ausschalten des Elektrowerkzeuges verwendet wird. Der Trigger 18t wird dazu verwendet, um in Abhängigkeit vom Betätigungsweg des Triggers 18t eine Größe der Ansteuerung des Elektromotors 20 zu erhöhen. Der Betätigungsweg des Triggers 18t wird beispielsweise mithilfe der Schaltereinheit 18s beispielsweise als Widerstandswert erfasst und an eine Steuerschaltung (46, 3) gemeldet. Wenn sich der Widerstandswert der Schaltereinheit 18s des Hauptschalters 18 entsprechend dem Einrückzustand des Triggerschalters 18t ändert, dann passt die Steuerschaltung (46, 3) z.B. eine Leistung der Ansteuerung des Elektromotors 20 an. Auf diese Weise kann die Drehzahl und/oder das Drehmoment des Elektromotors 20 gesteuert werden.The handle 15 of the housing 11 is covered by an operator to the power tool 10 to use. The handle has a holding section 15h and a lower end portion 15p on, located at the bottom of the handle section 15h followed. At the lower end section 15p is the battery 19 provided the power tool 10 powered. At the grip section 15h is a main switch 18 provided a trigger 18t has, which can be operated with a finger. Furthermore, the main switch 18 a switch unit 18s on, which is used to turn on or off the power tool. The trigger 18t is used to vary depending on the actuation path of the trigger 18t a size of the control of the electric motor 20 to increase. The actuation path of the trigger 18t For example, using the switch unit 18s For example, detected as a resistance value and to a control circuit ( 46 . 3 ). When the resistance of the switch unit 18s of the main switch 18 according to the engagement state of the trigger switch 18t changes, then the control circuit fits ( 46 . 3 ) For example, a power of the control of the electric motor 20 at. In this way, the speed and / or torque of the electric motor 20 to be controlled.
Weiterhin ist oberhalb des Hauptschalters 18 ein Richtungsschalter 17 vorgesehen, der die Drehrichtung der Aufnahme 27t festlegt. Das Elektrowerkzeug 10 kann in einer Rechtsrichtung im Uhrzeigersinn, d. h. im Normalbetrieb z.B. zum Einschrauben einer Schraube oder in einer Linksrichtung, d. h. entgegen dem Uhrzeigesinn in einem Herausschraubbetrieb z.B. zum Herausschrauben einer Schraube betrieben werden.Furthermore, above the main switch 18 a directional switch 17 provided, the direction of rotation of the recording 27t sets. The power tool 10 can be operated in a clockwise direction, ie in normal operation, for example, for screwing a screw or in a left direction, ie counterclockwise in a Herausschraubbetrieb eg for unscrewing a screw in a clockwise direction.
2 zeigt in einem weiteren Querschnitt weitere Details des Elektrowerkzeuges 10. Der Hammer 26h des Schlagerzeugungsmechanismus 26 ist mit der Spindel 25 über v-förmige erste Führungsnuten 25v, v-förmige zweite Führungsnuten 26z und Stahlkugeln 25r verbunden. An einer Frontseite der Spindel 25 sind an der Außenfläche die ersten Führungsnuten 25v angeordnet, wobei die ersten Führungsnuten 25v halbkreisförmige Abschnitte aufweisen, die mit den v-förmigen Öffnungen nach außen gerichtet sind. Weiterhin sind in einer inneren Umgebungsfläche des Hammers 26h gegenüberliegend zu den ersten Führungsnuten 25v der Spindel 25 die v-förmigen zweiten Führungsnuten 26z angeordnet. Die zweiten Führungsnuten 26z haben einen halbkreisförmigen Querschnitt, wobei die Nuten in eine Vorwärtsrichtung geöffnet sind. Die Stahlkugeln 25r sind zwischen den ersten Führungsnuten 25v und den zweiten Führungsnuten 26z angeordnet. Als Ergebnis ist der Hammer 26h in der Weise drehbar um einen vorgegebenen Winkel in Bezug auf eine Referenzposition der Spindel 25 gelagert, und in der Lage, sich in axialer Richtung gegenüber einer Längsachse der Spindel 25 zu bewegen. Weiterhin ist die Druckfeder 26b in Kontakt mit der Außenfläche der Spindel 25 und dem Hammer 26h, sodass der Hammer 26h in Richtung auf die Spindel 25 vorgespannt ist. 2 shows in a further cross section further details of the power tool 10 , The hammer 26h the impact generation mechanism 26 is with the spindle 25 via V-shaped first guide grooves 25v , V-shaped second guide grooves 26z and steel balls 25r connected. At a front of the spindle 25 are on the outer surface of the first guide grooves 25v arranged, wherein the first guide grooves 25v semicircular portions which are directed with the v-shaped openings to the outside. Furthermore, in an inner surrounding area of the hammer 26h opposite to the first guide grooves 25v the spindle 25 the V-shaped second guide grooves 26z arranged. The second guide grooves 26z have a semi-circular cross-section with the grooves open in a forward direction. The steel balls 25r are between the first guide grooves 25v and the second guide grooves 26z arranged. As a result, the hammer 26h rotatable about a predetermined angle with respect to a reference position of the spindle 25 stored, and able to move in the axial direction with respect to a longitudinal axis of the spindle 25 to move. Furthermore, the compression spring 26b in contact with the outer surface of the spindle 25 and the hammer 26h so the hammer 26h towards the spindle 25 is biased.
An einer vorderen Endfläche des Hammers 26h sind Schlagvorsprünge 26w ausgebildet, um Schläge auf den Amboss 27 an zwei um 180° zueinander versetzten Stellen zu erzeugen. Weiterhin hat der Amboss 27 an den zwei um 180° versetzten Stellen in Umfangsrichtung Schlagarme 27d (2) ausgebildet, die die Schläge der Schlagvorsprünge 26w des Hammers 26h aufnehmen. Der Hammer 26h wird durch die Vorspannkraft der Druckfeder 26b an der Spindel 25 gehalten, sodass die Schlagvorsprünge 26w des Hammers 26h an den Schlagarmen 27d des Ambosses 27 anliegen. Wenn in diesem Zustand die Spindel 25 durch den Elektromotor 20 gedreht wird, dann dreht sich der Hammer 26h zusammen mit der Spindel 25 und die Drehkraft des Hammers 26h wird auf den Amboss 27 über die Schlagvorsprünge 26w und die Schlagarme 27d übertragen. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Schraube in einem Schlagbetrieb in ein Werkstück eingedreht werden.At a front end surface of the hammer 26h are blowouts 26w designed to punch the anvil 27 to generate at two offset by 180 ° to each other points. Furthermore, the anvil has 27 At the two offset by 180 ° points in the circumferential direction beater arms 27d ( 2 ) formed, which the blows of the impact projections 26w of the hammer 26h take up. The hammer 26h is due to the biasing force of the compression spring 26b at the spindle 25 held, so the impact projections 26w of the hammer 26h on the flapping arms 27d of the anvil 27 issue. If in this state the spindle 25 through the electric motor 20 is turned, then the hammer turns 26h together with the spindle 25 and the torque of the Hammers 26h gets on the anvil 27 over the bump projections 26w and the bats 27d transfer. In this way, for example, a screw can be screwed in a striking operation in a workpiece.
Die Schraube kann beim Eindrehen eine Position im Werkstück erreichen, an der ein Einschraubwiderstand das Drehmoment des Hammers 26h übersteigt. Der Einschraubwiderstand wird als Drehmoment auf den Amboss 27 übertragen. Als Ergebnis wird der Hammer 26h gegen die Vorspannkraft der Druckfeder 26b von der Spindel zurück versetzt und die Schlagvorsprünge 26w des Hammers überstreichen die Schlagarme 27d des Ambosses 27. Dabei werden die Schlagvorsprünge 26w von der Anlage an den Schlagarmen 27d befreit, sodass sich die Schlagvorsprünge 26w einen festgelegten Winkel frei drehen können. Wenn sich die Schlagvorsprünge 26w des Hammers 26h über die Schlagarme 27d des Ambosses 27 bewegen, dann beschleunigt der Hammer seine Drehbewegung. Durch die Vorspannkraft der Druckfeder 26b wird der Hammer 26h innerhalb des festgelegten Winkels wieder in Richtung auf den Amboss 27 gedrückt, sodass die Schlagvorsprünge 26w des Hammers wieder in Kontakt gelangen mit den Schlagarmen 27d des Ambosses 27. Durch den Aufschlag der Schlagvorsprünge 26w auf die Schlagarme 27d wird ein erhöhtes Drehmoment auf den Amboss 27 und damit auf die Aufnahme 27t und die Schraube 61 bzw. den Bohrer 60 ausgeübt. Dieser Vorgang wird während des Schlagbetriebes laufend wiederholt.When screwing in, the screw can reach a position in the workpiece at which a screw-in resistance increases the torque of the hammer 26h exceeds. The screwing resistance is applied as torque to the anvil 27 transfer. As a result, the hammer 26h against the biasing force of the compression spring 26b offset from the spindle and the impact projections 26w of the hammer sweep the bats arms 27d of the anvil 27 , This will be the impact projections 26w from the plant to the flapping arms 27d freed, so that the impact projections 26w can freely rotate a specified angle. When the bump projections 26w of the hammer 26h over the beating arms 27d of the anvil 27 move, then the hammer accelerates its rotary motion. By the biasing force of the compression spring 26b will be the hammer 26h back to the anvil within the specified angle 27 pressed so that the impact projections 26w of the hammer again get in contact with the flapping arms 27d of the anvil 27 , By the impact of the bounce projections 26w on the beating arms 27d will increase the torque on the anvil 27 and thus on the recording 27t and the screw 61 or the drill 60 exercised. This process is repeated continuously during the impact operation.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Schaltungsanordnung des Elektrowerkzeuges 10 der 1 zum Ansteuern des Elektromotors 20, der beispielsweise als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet ist und von einer Ansteuerschaltung 40 angetrieben wird. Der Elektromotor 20 weist einen Rotor 22 mit Permanentmagneten und einen Stator 23 mit Antriebsspulen 23C auf. Die Ansteuerschaltung 40 ist eine elektrische Schaltung zum Ansteuern des Elektromotors 20 und weist eine Dreiphasenbrückenschaltung 45 auf, die sechs Schaltelemente 44 beispielsweise in Form von Feldeffekttransistoren aufweist. Weiterhin ist eine Steuerschaltung 46 vorgesehen, die die Schaltelemente 44 der Dreiphasenbrückenschaltung 45 in Abhängigkeit von der Schaltereinheit 18s ansteuert. 3 shows a schematic representation of a circuit arrangement of the power tool 10 of the 1 for driving the electric motor 20 , which is designed for example as a brushless DC motor and a drive circuit 40 is driven. The electric motor 20 has a rotor 22 with permanent magnets and a stator 23 with drive coils 23C on. The drive circuit 40 is an electrical circuit for driving the electric motor 20 and has a three-phase bridge circuit 45 on, the six switching elements 44 For example, in the form of field effect transistors. Furthermore, a control circuit 46 provided that the switching elements 44 the three-phase bridge circuit 45 depending on the switch unit 18s controls.
Die Dreiphasenbrückenschaltung 45 hat drei Ausgangsleitungen 41, die mit den entsprechenden Steuerspulen 23c des Elektromotors 20 verbunden sind. Die Steuerschaltung 46 ist ausgebildet, um die Schaltelemente 44 basierend auf Signalen von magnetischen Sensoren 32 in der Weise anzusteuern, dass ein elektrischer Strom sequentiell durch die Antriebsspulen 23c fließt, um den Rotor 22 mit einer gewünschten Drehzahl und/oder einem gewünschten Drehmoment zu drehen. Zudem kann die Steuerschaltung 46 mithilfe der magnetischen Sensoren 32 eine Drehzahl des Elektromotors 20 messen. Weiterhin steht die Steuerschaltung 46 mit einer Messeinrichtung 53 in Verbindung, die den Ladezustand der Batterie 19, insbesondere die Spannung der Batterie 19 erfasst und an die Steuerschaltung 46 weitergibt.The three-phase bridge circuit 45 has three output lines 41 that with the appropriate control coils 23c of the electric motor 20 are connected. The control circuit 46 is formed to the switching elements 44 based on signals from magnetic sensors 32 to drive in such a way that an electric current sequentially through the drive coils 23c flows to the rotor 22 to rotate at a desired speed and / or torque. In addition, the control circuit 46 using the magnetic sensors 32 a speed of the electric motor 20 measure up. Furthermore, the control circuit is 46 with a measuring device 53 in conjunction, which determines the state of charge of the battery 19 , in particular the voltage of the battery 19 detected and sent to the control circuit 46 passes.
Zudem ist die elektronische Steuerschaltung 46 mit einem Speicher 51 verbunden. Im Speicher 51 sind Daten, Kennlinien, Kennfelder und/oder Berechnungsmethoden abgelegt. Zudem können eine vorgegebene Drehzahl während einer Anlaufphase und/oder eine vorgegebene Drehzahl während einer Arbeitsphase vorgegeben sein. Zudem können Parameter, die das Erkennen eines Endes der Anlaufphase festlegen, vorgegeben sein. Beispielsweise kann als vorgegebene Drehzahl während der Anlaufphase 20.000 Umdrehungen pro Minute vorgegeben werden. Zudem können als vorgegebene Drehzahl während der Arbeitsphase 17.500 Umdrehungen pro Minute vorgegeben sein. Weiterhin kann als Parameter für das Erkennen des Endes der Anlaufphase ein vorgegebener Strom von Beispielsweise 15 Ampere während einer Zeitdauer von 5 Sekunden vorgegeben sein. Diese Daten sind z.B. in dem Speicher 51 abgelegt, der mit der Steuerschaltung 46 verbunden ist.In addition, the electronic control circuit 46 with a memory 51 connected. In the storage room 51 Data, characteristics, maps and / or calculation methods are stored. In addition, a predetermined speed during a start-up phase and / or a predetermined speed during a work phase may be predetermined. In addition, parameters that specify the detection of an end of the startup phase can be specified. For example, can be specified as a predetermined speed during the start-up phase 20,000 revolutions per minute. In addition, 17,500 revolutions per minute can be specified as the specified speed during the working phase. Furthermore, as a parameter for the detection of the end of the start-up phase, a predetermined current of, for example, 15 amperes can be preset for a period of 5 seconds. This data is eg in the memory 51 filed with the control circuit 46 connected is.
Weiterhin verfügt das Elektrowerkzeug über eine Ausgabe 52, über die ein Signal an den Benutzer, insbesondere ein Warnsignal über einen zu niedrigen Ladezustand der Batterie abgegeben werden kann. Dazu ist ein Grenzwert für den Ladezustand der Batterie im Speicher 51 abgelegt. Die Steuerschaltung 46 erfasst mithilfe der Messeinrichtung 53 die aktuelle Spannung der Batterie 19 und vergleicht die gemessene Spannung mit dem Grenzwert. Unterschreitet der Ladezustand der Batterie 19 den Grenzwert, dann gibt die Steuerschaltung 46 einen entsprechenden Hinweis optisch, akustisch und/oder haptisch über die Ausgabe 52 aus. Weiterhin kann der Benutzer durch eine entsprechende Eingabe den automatischen Betrieb des Elektromotors 20 abschalten.Furthermore, the power tool has an output 52 , via which a signal to the user, in particular a warning signal about a too low state of charge of the battery can be delivered. This is a limit for the state of charge of the battery in memory 51 stored. The control circuit 46 recorded using the measuring device 53 the current voltage of the battery 19 and compares the measured voltage with the limit. Below the charge level of the battery 19 the limit, then gives the control circuit 46 a corresponding hint optically, acoustically and / or haptically on the output 52 out. Furthermore, the user can by a corresponding input the automatic operation of the electric motor 20 switch off.
Weiterhin kann die Steuerschaltung 46 den Strom des Elektromotors 20 mit einem Strommesser 54 und/oder die Drehzahl des Elektromotors 20 mit einem Drehzahlmesser 29 messen. Der Strom und/oder die Drehzahl können von der Steuerschaltung 46 verwendet werden, um festzustellen, wann ein Schlagbetrieb des Elektrowerkzeuges beginnt. Zudem verfügt die Steuerschaltung 46 über eine Zeitmesseinrichtung, mit der die Zeit gemessen werden kann. Zudem sind entsprechende Schwellen bzw. Grenzwerte für den Strom des Elektromotors, und/oder die Drehzahl des Elektromotors und/oder eine Zeit im Speicher 51 abgelegt, die der Elektromotor 20 während einer Anlaufphase überschreitet, bevor eine Arbeitsphase beginnt, insbesondere bevor ein Schlagbetrieb startet. Die Steuerschaltung 46 ist ausgebildet, um abhängig von einem erfassten Parameter des Elektromotors, insbesondere abhängig vom Strom und/oder der Zeit und/oder der Drehzahl das Ende einer Anlaufphase und den Beginn einer Arbeitsphase für einen Schlagbetrieb zu erkennen. Am Ende der Arbeitsphase, d. h. z.B. am Ende des Schlagbetriebes wird der Elektromotor 20 von der Steuerschaltung 46 gestoppt oder es wird eine elektronische Kupplung für eine kurze Zeitdauer aktiviert und anschließend wird der Elektromotor vollständig gestoppt. Furthermore, the control circuit 46 the current of the electric motor 20 with a power knife 54 and / or the rotational speed of the electric motor 20 with a tachometer 29 measure up. The current and / or the speed may be from the control circuit 46 used to determine when a strike operation of the power tool begins. In addition, the control circuit has 46 via a time measuring device, with which the time can be measured. In addition, corresponding thresholds or limit values for the current of the electric motor, and / or the rotational speed of the electric motor and / or a time in the memory 51 stored, which is the electric motor 20 during a start-up phase, before a work phase begins, in particular before an impact operation starts. The control circuit 46 is designed to detect depending on a detected parameter of the electric motor, in particular depending on the current and / or the time and / or the speed of the end of a start-up phase and the beginning of a working phase for a percussion. At the end of the working phase, ie for example at the end of the impact operation, the electric motor 20 from the control circuit 46 stopped or an electronic clutch is activated for a short period of time and then the electric motor is stopped completely.
4 zeigt in einer schematischen Darstellung einen möglichen Aufbau wenigstens eines Teils der Steuerschaltung 46. Die dargestellten Blöcke können entweder in Hardware in Form von elektronischen Schaltungen oder in Form von Software realisiert sein. Bei einem ersten Block 71 wird eine Solldrehzahl bereitgestellt. Die Solldrehzahl kann im Speicher 51 abgelegt sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können für verschiedene Betriebszustände verschiedene Solldrehzahlen vorgesehen sein. Beispielsweise kann während einer Anlaufphase eine erste Solldrehzahl vorgesehen sein, die beispielsweise 20.000 U/min beträgt. Zudem kann für eine Arbeitsphase eine zweite Solldrehzahl vorgesehen sein, die beispielsweise 14.500 U/min beträgt. Die Solldrehzahl wird einer Addiereinheit 72 zugeführt. Zudem wird der Solldrehzahl mit einem negativen Wert von einem zweiten Block 73 eine gemessene Drehzahl des Elektromotors zugeführt. Die Drehzahl wird mithilfe des Drehzahlmessers 29 am Elektromotor 20 erfasst. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Drehzahl auch anhand der Signale der Hall-Sensoren 32 berechnet werden. 4 shows a schematic representation of a possible construction of at least a part of the control circuit 46 , The illustrated blocks can be implemented either in hardware in the form of electronic circuits or in the form of software. At a first block 71 a set speed is provided. The setpoint speed can be stored in memory 51 be filed. Depending on the selected embodiment, different setpoint speeds may be provided for different operating states. For example, may be provided during a start-up phase, a first target speed, which is, for example, 20,000 U / min. In addition, for a working phase, a second setpoint speed may be provided which, for example, is 14,500 rpm. The target speed becomes an adding unit 72 fed. In addition, the target speed with a negative value of a second block 73 supplied to a measured speed of the electric motor. The speed is calculated using the tachometer 29 on the electric motor 20 detected. Depending on the selected embodiment, the speed can also be based on the signals of the Hall sensors 32 be calculated.
Die Addiereinheit 72 subtrahiert von der Solldrehzahl die gemessene Istdrehzahl und ermittelt anhand der Differenz in einem dritten Block 74 ein Ansteuersignal, insbesondere ein pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal, mit dem die Schaltelemente 44 in der Weise angesteuert werden, dass der Elektromotor 20 die gewünschte Solldrehzahl, die vom ersten Block 71 zur Verfügung gestellt wurde, erreicht bzw. einhält. Dazu sind im Speicher entsprechende Tabellen und/oder Berechnungsverfahren abgelegt, mit denen anhand der Differenz zwischen der Solldrehzahl und der gemessenen Drehzahl ein entsprechendes Steuersignal ermittelt wird. Das Steuersignal 75 wird einer zweiten Addiereinheit 76 zugeführt. Die zweite Addiereinheit 76 erhält von einem vierten Block 76 einen gemessenen Strom, mit dem der Elektromotor 20 versorgt wird. Der Strom kann beispielsweise mit dem Strommesser 54 gemessen werden. Der gemessene Strom und das Steuersignal 75, das ein Stromsollsignal darstellt, werden im vierten Block 76 voneinander subtrahiert und es wird ein Stromdifferenzwert 77 erhalten. Der Stromdifferenzwert 77 wird einem fünften Block 78 zugeführt. Im fünften Block 78 wird anhand des Stromdifferenzwertes 77 ein pulsweitenmoduliertes Signal für die sechs Schaltelemente 44 ermittelt und an die Schaltelemente 44 weitergegeben. Dazu sind im Speicher entsprechende Tabellen und/oder Berechnungsverfahren abgelegt, mit denen anhand des Stromdifferenzwertes 77 ein pulsweitenmoduliertes Signal ermittelt wird. Mithilfe der Schaltelemente 44 wird eine pulsweitenmodulierte Stromversorgung des Elektromotors 20 durchgeführt.The adding unit 72 subtracts the measured actual speed from the target speed and determines based on the difference in a third block 74 a drive signal, in particular a pulse width modulated drive signal, with which the switching elements 44 be controlled in such a way that the electric motor 20 the desired setpoint speed, that of the first block 71 has been made available or respected. For this purpose, corresponding tables and / or calculation methods are stored in the memory with which a corresponding control signal is determined based on the difference between the setpoint speed and the measured speed. The control signal 75 becomes a second adding unit 76 fed. The second adding unit 76 receives from a fourth block 76 a measured current with which the electric motor 20 is supplied. The current can, for example, with the ammeter 54 be measured. The measured current and the control signal 75 , which represents a current command signal, in the fourth block 76 subtracted from each other and it becomes a current difference value 77 receive. The current difference value 77 becomes a fifth block 78 fed. In the fifth block 78 is determined by the current difference value 77 a pulse width modulated signal for the six switching elements 44 determined and to the switching elements 44 passed. For this purpose, appropriate tables and / or calculation methods are stored in the memory, with which on the basis of the current difference value 77 a pulse width modulated signal is determined. Using the switching elements 44 becomes a pulse width modulated power supply of the electric motor 20 carried out.
Das pulsweitenmodulierte Signal legt eine Stromstärke und zeitliche Zeitabschnitte für die Versorgung der Spulen des Elektromotors fest. Die Pulsweitenmodulation wird beispielsweise mit einer Frequenz von 5.000 oder höher, insbesondere mit einer Frequenz von 10.000 Hz betrieben. Zudem wird abhängig von der gewählten Ausführungsform für die Regelung der Drehzahl und/oder für die Regelung des Stroms in der 4 ein PI-Regelverfahren mit einem proportionalen Anteil und einem integralen Anteil eingesetzt.The pulse width modulated signal sets a current strength and time periods for the supply of the coils of the electric motor. The pulse width modulation is operated, for example, with a frequency of 5,000 or higher, in particular with a frequency of 10,000 Hz. In addition, depending on the selected embodiment for the control of the speed and / or for the regulation of the current in the 4 a PI control method with a proportional portion and an integral portion used.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Schaltungsanordnung 46 in der Weise ausgelegt sein, dass während einer Arbeitsphase die Drehzahl in der Weise abhängig von einer vorgegebenen Solldrehzahl geregelt wird, dass sich die Istdrehzahl während der Arbeitsphase während einer Umdrehung des Elektromotors, insbesondere während einer Umdrehung der Aufnahme des Werkzeuges um weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, insbesondere weniger als 5% ändert. Durch das Konstanthalten der Drehzahl in den beschriebenen Grenzen bzw. durch das präzise Konstanthalten der Drehzahl in den beschriebenen Grenzen auch zwischen den einzelnen Schlägen während des Schlagbetriebes des Elektrowerkzeuges wird eine Belastung des Elektrowerkzeuges insgesamt reduziert. Insbesondere werden die Flächen zwischen dem Hammer und dem Amboss, die beim Schlagbetrieb aufeinander auftreffen, einer geringeren Belastung ausgesetzt, da die Geschwindigkeit des Hammers auch im Schlagbetrieb im Wesentlichen konstant bleibt. Dazu sind entsprechende Tabellen und Berechnungsverfahren abgelegt, die das pulsweitenmodulierte Signal für die Stromversorgung des Elektromotors entsprechend steuern.Depending on the chosen embodiment, the circuit arrangement 46 be designed in such a way that during a working phase, the speed is controlled in a manner dependent on a predetermined target speed, that the actual speed during the working phase during a revolution of the electric motor, in particular during one revolution of the recording of the tool by less than 20%, in particular less than 10%, in particular less than 5% changes. By keeping constant the speed in the described limits or by the precise constant speed in the described limits and between the individual blows during the impact mode of the power tool load of the power tool is reduced overall. In particular, the surfaces between the hammer and the anvil, which impact one another during impact operation, are subjected to less stress, since the speed of the hammer remains essentially constant even during impact operation. For this purpose, appropriate tables and calculation methods are stored, which control the pulse width modulated signal for the power supply of the electric motor accordingly.
Die in 4 dargestellte Schaltungsanordnung für die Drehzahlregelung weist zusätzlich eine Stromregelung auf, die der Drehzahlregelung überlagert ist. Auf diese Weise ist eine präzise und schnelle Anpassung der Drehzahl an eine möglichst konstante Drehzahl auch während des Schlagbetriebes ermöglicht.In the 4 shown circuit arrangement for the speed control additionally has a current control, which is superimposed on the speed control. In this way, a precise and rapid adaptation of the speed to a constant speed possible even during the impact mode.
5 zeigt einen schematischen Programmablauf zur Durchführung eines Verfahrens zum Betreiben eines Elektrowerkzeuges. Bei Programmpunkt 100 wird das Elektrowerkzeug gestartet, indem beispielsweise der Hauptschalter 18 gedrückt wird. Bei einem folgenden Programmpunkt 105 werden von der Steuerschaltung 46 Startparameter für eine Anlaufphase aus dem Speicher 51 ausgelesen. Als Startparameter wird beispielsweise eine erste Solldrehzahl aus dem Speicher 51 ausgelesen. Die erste Solldrehzahl kann beispielsweise 20.000 U/min betragen. Entsprechend der Solldrehzahl wird der Elektromotor über die Ansteuerschaltung 40 mit Strom versorgt, um die Solldrehzahl innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer zu erreichen. Bei einem folgenden Programmpunkt 110 wird überprüft, ob der Hauptschalter 18 weiterhin gedrückt ist. Ist das nicht der Fall, so wird zu Programmpunkt 115 verzweigt und der Antrieb des Elektromotors 20 wird beendet. Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 110, dass der Hauptschalter weiterhin gedrückt ist, so wird zu Programmpunkt 120 verzweigt. Bei Programmpunkt 120 wird von der Steuerschaltung 46 die Ansteuerschaltung 40 in der Weise angesteuert, dass die aktuell vorgegebene Solldrehzahl vom Elektromotor eingehalten wird. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Stromversorgung des Elektromotors insbesondere mithilfe eines pulsweitenmodulierten Signals in der Weise erfolgen, dass während einer Umdrehung der Aufnahme des Werkzeuges oder während einer Umdrehung des Elektromotors die Drehzahl auch im Schlagbetrieb des Elektrowerkzeuges um weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, insbesondere weniger als 5% sich ändert. 5 shows a schematic program flow for carrying out a method for Operating a power tool. At program point 100 the power tool is started by, for example, the main switch 18 is pressed. At a following program point 105 be from the control circuit 46 Start parameter for a start-up phase from the memory 51 read. As a starting parameter, for example, a first target speed from the memory 51 read. The first setpoint speed may be, for example, 20,000 rpm. According to the target speed of the electric motor via the drive circuit 40 energized to reach the setpoint speed within a predetermined period of time. At a following program point 110 it checks if the main switch 18 continues to be pressed. If this is not the case, then becomes program point 115 branches and the drive of the electric motor 20 will be terminated. Returns the query at program point 110 that the main switch continues to be pressed, becomes program point 120 branched. At program point 120 is from the control circuit 46 the drive circuit 40 controlled in such a way that the currently specified target speed is maintained by the electric motor. Depending on the selected embodiment, the power supply of the electric motor, in particular by means of a pulse width modulated signal in such a way that during one revolution of the tool or during a revolution of the electric motor, the speed in the impact mode of the power tool by less than 20%, in particular less than 10%, in particular less than 5% changes.
Anschließend wird zu Programmpunkt 125 verzweigt. Bei Programmpunkt 125 erfolgt die Abfrage, ob bereits eine Arbeitsphase vorliegt. Zur Erkennung der Arbeitsphase sind beispielsweise bestimmte Parameter vorgegeben. Beispielsweise kann zum Erkennen des Endes der Anlaufphase und damit zum Erkennen des Beginns der Arbeitsphase als Parameter vorgesehen sein, dass der Elektromotor wenigstens für eine bestimmte Zeitdauer von beispielsweise 0,5 s mit einer vorgegebenen Stromstärke von beispielsweise 15 A versorgt wurde und zudem vorzugsweise die Drehzahl des Elektromotors bereits über eine vorgegebene Zeitdauer von beispielsweise 0,5 s im Bereich der ersten Solldrehzahl liegt. Wird eine Arbeitsphase bei Programmpunkt 125 noch nicht erkannt, so wird zu Programmpunkt 110 zurückverzweigt. Abhängig von der gewählten Ausführung können auch andere Werte für die Regelung und das Konstanthalten der Drehzahl verwendet werden.Then becomes program point 125 branched. At program point 125 The query is whether there is already a work phase. To recognize the working phase, for example, certain parameters are given. For example, can be provided as a parameter for detecting the end of the start-up phase and thus to detect the beginning of the working phase, that the electric motor has been supplied for a certain period of time, for example 0.5 s with a predetermined current of, for example 15 A and also preferably the speed the electric motor is already in the range of the first setpoint speed for a predetermined period of time, for example 0.5 s. Will a work phase at program point 125 not yet recognized, becomes program point 110 branches back. Depending on the selected version, other values can also be used to control and keep the speed constant.
Wird jedoch bei Programmpunkt 125 eine Arbeitsphase erkannt, so wird zu Programmpunkt 130 verzweigt. Bei Programmpunkt 130 wird überprüft, ob die Arbeitsphase vorliegt. Ist dies nicht der Fall, so wird zu Programmpunkt 110 zurückverzweigt.Will, however, at program point 125 a working phase is recognized, becomes a program point 130 branched. At program point 130 It is checked whether the working phase is present. If this is not the case, then becomes program point 110 branches back.
Wird jedoch bei Programmpunkt 130 erkannt, dass die vorgegebenen Parameter zur Erkennung einer Arbeitsphase vorliegen, so wird anschließend zu Programmpunkt 135 verzweigt. Bei Programmpunkt 135 wird von der Steuerschaltung eine zweite Solldrehzahl für die Arbeitsphase des Elektrowerkzeuges, insbesondere für den Schlagbetrieb als neue Solldrehzahl für die Ansteuerung der Stromversorgung des Elektrowerkzeuges verwendet. Anschließend wird zu Programmpunkt 110 zurückverzweigt. Die zweite Solldrehzahl ist beispielsweise im Speicher 51 abgelegt.Will, however, at program point 130 If it is recognized that the predefined parameters are present for the recognition of a work phase, then it becomes a program item 135 branched. At program point 135 is used by the control circuit, a second setpoint speed for the working phase of the power tool, in particular for the impact mode as a new setpoint speed for the control of the power supply of the power tool. Then becomes program point 110 branches back. The second setpoint speed is for example in the memory 51 stored.
6 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Diagramm, bei dem der Strom I und die Drehzahl D über die Zeit t für einen Betrieb des Elektrowerkzeuges 10 aufgetragen sind. Der Strom I ist in Ampere aufgetragen. Die Drehzahl D ist in 1000 Umdrehungen pro Minute aufgetragen. Zu einem ersten Zeitpunkt t1 drückt eine Bedienperson den Hauptschalter 18 und startet damit den Elektromotor des Elektrowerkzeuges. Innerhalb kurzer Zeit wird die für die Anlaufphase vorgegebene Solldrehzahl von beispielsweise 20.000 U/min erreicht. Zudem steigt der Strom I ausgehend vom ersten Zeitpunkt t1 langsam an. Zu einem zweiten Zeitpunkt t2 überschreitet der Strom I einen vorgegebenen Grenzwert von beispielsweise 15 A. Das Elektrowerkzeug befindet sich immer noch in einer Anlaufphase. Die Drehzahl D bleibt auch nach dem zweiten Zeitpunkt t2 konstant. Zu einem dritten Zeitpunkt t3 erkennt die Steuerschaltung 46, dass die Parameter für das Vorliegen eines Endes der Anlaufphase und damit der Beginn der Arbeitsphase vorliegen. Als Parameter kann vorgesehen sein, dass länger als eine vorgegebene Zeitdauer, z.B. von 0,5 s der Elektromotor mit einer Stromstärke von mindestens einem vorgegebenen Grenzwert, z.B. 15 A, versorgt wurde und zudem die Drehzahl D im Bereich der ersten Solldrehzahl für die Anlaufphase liegt. 6 shows a schematic diagram of a diagram in which the current I and the rotational speed D over the time t for operation of the power tool 10 are applied. The current I is plotted in amperes. The speed D is plotted in 1000 revolutions per minute. At a first time t1, an operator depresses the main switch 18 and thus starts the electric motor of the power tool. Within a short time, the setpoint speed for the startup phase of, for example, 20,000 rpm is achieved. In addition, the current I rises slowly starting from the first time t1. At a second time t2, the current I exceeds a predetermined limit of, for example, 15 A. The power tool is still in a start-up phase. The rotational speed D remains constant even after the second time t2. At a third time t3, the control circuit detects 46 in that the parameters for the existence of an end of the start-up phase and thus the beginning of the work phase are present. As a parameter, it may be provided that the electric motor was supplied with a current strength of at least one predetermined limit value, for example 15 A, for more than a predetermined period of time, for example 0.5 s, and, moreover, that the rotational speed D lies in the region of the first nominal rotational speed for the starting phase ,
Somit erkennt die Steuerschaltung zum dritten Zeitpunkt t3, dass die Anlaufphase beendet ist und nun eine Arbeitsphase beginnt. Daraufhin steuert die Steuerschaltung den Elektromotor auf eine zweite vorgegebene Solldrehzahl, die kleiner ist als die erste Solldrehzahl. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die zweite Solldrehzahl im Bereich von 14.500 U/min. Somit sinkt die Drehzahl D des Elektromotors bis zu einem vierten Zeitpunkt t4 auf die zweite Solldrehzahl, die während der folgenden Arbeitsphase konstant gehalten wird. Zudem bleibt der Strom I, mit dem der Elektromotor versorgt wird, ebenfalls nach dem dritten Zeitpunkt t3 ebenfalls annähernd konstant.Thus, the control circuit recognizes at the third time t3 that the start-up phase is completed and now begins a work phase. Thereafter, the control circuit controls the electric motor to a second predetermined target speed, which is smaller than the first target speed. In the illustrated embodiment, the second target speed is in the range of 14,500 U / min. Thus, the speed D of the electric motor decreases until a fourth time t4 to the second setpoint speed, which is kept constant during the following working phase. In addition, the current I, with which the electric motor is supplied, also remains approximately constant after the third time t3.
Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Steuerschaltung kann in einem batteriebetriebenen Elektrowerkzeug oder in einem Elektrowerkzeug eingesetzt werden, das von einem Stromnetz über ein Kabel mit Strom versorgt wird. The described method and control circuit can be used in a battery-operated power tool or in a power tool that is powered by a power supply via a cable.
