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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Stromversorgungseinrichtung für ein Elektrogerät, insbesondere
für ein
Akku-Werkzeug.
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Bei
akkubetriebenen Elektrogeräten,
wie beispielsweise Handbohrmaschinen oder Akku-Schraubern, besteht
das Problem, daß herkömmliche
Akkus eine technisch bedingte Selbstentladung aufweisen und deshalb
nach längerer
Lagerung oftmals nicht mehr benutzbar sind.
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Weiterhin
sind Akkus ohne Selbstentladung bekannt, die auch nach längerer Lagerung
noch benutzt werden können.
Diese selbstentladungsfreien Akkus benötigen jedoch im normalen Betrieb
eine elektronische Schutzschaltung, die wiederum Strom verbraucht.
Bei einer längeren
Lagerung eines akkubetriebenen Elektrogeräts mit einem derartigen selbstentladungsfreien
Akku wird der Akku also durch den Stromverbrauch der Schutz schaltung
entladen, so daß der
Akku nach längerer
Lagerung ebenfalls nicht mehr benutzbar ist.
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Aus
der
DE 196 18 236
A1 und der
US 6,208,117
B1 ist bereits eine Stromversorgungseinrichtung für ein Elektrogerät bekannt
mit einem elektrischen Energiespeicher und einer Sicherheitsschaltung.
Zudem weist die Stromversorgungseinrichtung ein Schaltelement auf,
mittels dessen ein Stromkreis zum Energiespeicher unterbrochen wird.
Das Ansteuern des Schaltelements wird über die Messung des Stromflusses
und/oder der Temperatur am Energiespeicher vorgenommen. Hierdurch
wird das Elektrogerät
vor Defekten geschützt,
wie insbesondere vor einem Kurzschluß, einem Überladen des Energiespeichers
und/oder einer Überlast
am Energiespeicher.
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Eine ähnliche
Schutzschaltung ist aus der
DE
44 23 199 A1 für
vom Elektrogerät
entkoppelte Energiespeicher bekannt. Diese Schutzschaltung spricht
bei einem Kurzschluß über Anschlußkontakte des
ausgebauten Energiespeichers an.
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Des
Weiteren ist aus der
US
6,313,611 B1 eine Schutzschaltung bekannt, bei der ein
betriebenes Elektrogerät
bei einem Energieniedrigstand eines Energiespeichers abgeschaltet
wird, um eine vollständige
Entladung des Energiespeichers zu vermeiden.
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Aus
der
DE 201 10 944
U1 ist eine Schutzschaltung bekannt, die zum Verhindern
einer Entladung eines Energiespeichers beim Nichtgebrauch eines
damit betriebenen Elektrogeräts
vorgesehen ist. Dabei wird eine Zeitschaltung zum Unterbrechen des Verbraucherstromkreises
eingesetzt. Ein etwaiger Stromfluß einer Schutzschaltung für den selbstentladungsfreien
Energiespeicher bleibt bei dieser Zeitschaltung jedoch bestehen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung umfaßt
die allgemeine technische Lehre, eine Schutzschaltung für einen
selbstentladungsfreien elektrischen Energiespeicher, wie beispielsweise
den vorstehend erwähnten
Akku, während
einer längeren
Lagerung bei mit einem Elektrogerät verbundenem Energiespeicher
abzuschalten, wobei die Schutzschaltung über eine Bus-Leitung mit einer
Steuerschaltung verbunden ist und zur automatischen zeitgesteuerten
Abschaltung der Schutzschaltung eine Zeitschaltuhr vorgesehen ist,
damit der Energiespeicher nicht durch den Stromverbrauch der Schutzschaltung
entladen wird.
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Der
im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines elektrischen Energiespeichers
ist nicht auf die vorstehend erwähnten
selbstentladungsfreien Akkus beschränkt. Vielmehr ist die Erfindung
auch mit nicht-wiederaufladbaren Batterien realisierbar, die eine
Schutzschaltung benötigen.
Ferner umfaßt der
Begriff eines Energiespeichers im Rahmen der Erfindung auch andere
Typen von Energiespeichern, wie beispielsweise Brennstoffzellen.
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Zur
Abschaltung der Schutzschaltung während einer längeren Lagerung
ist deshalb ein Schaltelement vorgesehen, das direkt oder indirekt
mit der Schutzschaltung verbunden ist.
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In
einer Variante der Erfindung ist das Schaltelement also vorzugsweise
zwischen der Schutzschaltung und dem Energiespeicher angeordnet,
um die Schutzschaltung während
einer längeren
Lagerung von dem Energiespeicher zu trennen und dadurch eine unerwünschte Entladung
des Energiespeichers durch die Schutzschaltung zu verhindern.
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In
einer anderen Variante der Erfindung erfolgt die Stromversorgung
der Schutzschaltung dagegen indirekt über die Steuerschaltung des
zugehörigen
Elektrogeräts.
Die Schutzschaltung ist hierbei also in der Regel nicht direkt mit
dem Energiespeicher verbunden, so daß auch keine Trennung der Schutzschaltung
von dem Energiespeicher erforderlich ist. Bei dieser Variante ist
das Schaltelement deshalb mit der Steuerschaltung des Elektrogeräts verbunden,
um dieses und damit auch indirekt die Schutzschaltung abzuschalten.
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Der
erfindungsgemäße Begriff
eines Schaltelements ist hierbei nicht auf manuell bedienbare Schalter
beschränkt,
sondern umfaßt
beispielsweise auch Relais, Leistungstransistoren und zeitgesteuerte
Schaltelemente. Auch kann eine automatische Schaltung mit einer
manuellen Schaltung kombiniert werden. So ist es beispielsweise
möglich,
daß die Abschaltung
der Schutzschaltung nach einer vorgegebenen Zeitdauer der Inaktivität automatisch
zeitgesteuert erfolgt, wohingegen die Einschaltung der Schutzschaltung
bzw. des kompletten Elektrogeräts manuell
erfolgt.
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So
sieht eine Variante der Erfindung vor, daß die Schutzschaltung automatisch
zeitgesteuert abgeschaltet wird, wenn das Elektrogerät für eine vorgegebene
Zeitspanne nicht benutzt worden ist. Hierzu ist eine Zeitschaltuhr
vorgesehen, die auf das Schaltelement wirkt und die Schutzschaltung
auf diese Weise abschaltet, wenn die vorgegebene Zeitspanne der
Inaktivität
verstrichen ist. Vorzugsweise weist die Zeitschaltuhr hierbei einen
Steuereingang auf, der mit der Steuerschaltung des Elektrogeräts verbunden
ist, so daß die
Zeitschaltuhr jeweils bei einer Benutzung des Elektrogeräts zu rückgesetzt
wird. Vor der Wiederaufnahme der Benutzung des Elektrogeräts muß der Benutzer
das Schaltelement dann betätigen,
um die Schutzschaltung wieder zu aktivieren.
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In
der bevorzugten Ausführung
der Erfindung sind der Energiespeicher und die Schutzschaltung Bestandteil
eines Energiespeichermoduls, beispielsweise in Form eines Akku-Packs,
und weisen ein gemeinsames Gehäuse
auf.
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Das
Schaltelement kann hierbei in das Energiespeichermodul integriert
sein, wobei das Schaltelement im normalen Betriebszustand vorzugsweise von
außen
bedienbar sein soll, damit der Benutzer eines Elektrogeräts die Schutzschaltung
für eine
längere
Lagerung ausschalten kann, ohne das Energiespeichermodul zuvor aus
dem Elektrogerät
entnehmen zu müssen.
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Es
besteht jedoch auch die Möglichkeit,
daß das
Schaltelement außerhalb
des Energiespeichermoduls, beispielsweise in dem Elektrogerät selbst, angeordnet
ist. Dies bietet den Vorteil, daß das Schaltelement in dem
Gehäuse
des Elektrogeräts
ergonomisch optimal platziert werden kann. In dieser Variante der
Erfindung bezieht die Schutzschaltung ihren Strom vorzugsweise von
der Steuerschaltung des Elektrogeräts, so daß das Schaltelement für die Steuerschaltung
auch eine Abschaltung der Schutzschaltung ermöglicht.
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Ferner
weist das erfindungsgemäße Elektrogerät vorzugsweise
ein Aufnahmefach für
das Energiespeichermodul auf, wobei in dem Aufnahmefach und an dem
Energiespeichermodul vorzugsweise Anschlußkontakte angeordnet sind,
die eine elektrische Verbindung zwischen der in dem Elektrogerät befindlichen
Steuer schaltung und der in dem Energiespeichermodul befindlichen
Schutzschaltung herstellen.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale
zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 ein
Elektrogerät
mit einer erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung,
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2 ein
alternatives Ausführungsbeispiel eines
derartigen Elektrogeräts
sowie
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3 ein
Ausführungsbeispiel
eines Akku-Packs für
ein Elektrogerät.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Das
in 1 dargestellte Blockschaltbild zeigt eine erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung
für einen
Akku-Schrauber 10,
der durch eine elektrische Antriebseinheit 12 angetrieben
wird, wobei die Antriebseinheit 12 nur schematisch dargestellt
ist.
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Die
Steuerung der Antriebseinheit 12 erfolgt hierbei durch
eine Steuereinheit 14, die ebenfalls nur schematisch darge stellt
ist, wobei die Steuereinheit 14 durch ein Schaltelement 16 abschaltbar
ist, wie noch eingehend erläutert
wird.
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Die
Stromversorgung des Akku-Schraubers 10 erfolgt hierbei
durch ein Akku-Pack 18 mit einem Akku 20 ohne
Selbstentladung. Zum Schutz des Akkus 20 während des
normalen Betriebs weist der Akku-Pack 18 eine elektronische
Schutzschaltung 22 auf, die eine Beschädigung des Akkus 20 verhindert.
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Der
Akku-Pack 18 mit dem Akku 20 und der Schutzschaltung 22 weist
hierbei ein Gehäuse
auf, das in ein entsprechend formangepaßtes Aufnahmefach in dem Akku-Schrauber 10 eingeführt werden kann.
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An
dem Gehäuse
des Akku-Packs 18 und in dem Aufnahmefach des Akku-Schraubers 10 sind mehrere
Anschlußkontakte
angeordnet, die beim Einführen
des Akku-Packs 18 in das Aufnahmefach einen elektrischen
Kontakt herstellen.
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So
wird ein Masseanschluß des
Akkus 20 mit entsprechenden Masseanschlüssen der Schutzschaltung 22,
der Steuerschaltung 14 und der Antriebseinheit 12 verbunden.
Weiterhin ist ein Spannungsanschluß des Akkus 20 mit
einem entsprechenden Spannungsanschluß der Antriebseinheit 12 verbunden.
Ferner ist der Spannungsanschluß des Akkus 20 über das
Schaltelement 16 mit einem Spannungsanschluß der Steuereinheit 14 verbunden,
so daß die
Steuerschaltung 14 durch das Schaltelement 16 an- bzw. abgeschaltet
werden kann. Schließlich
ist die Schutzschaltung 22 über eine Bus-Leitung mit der
Steuerschaltung 14 verbunden, wobei die Schutzschaltung 22 ihren
Betriebsstrom von der Steuerschaltung 14 bezieht, so daß die Abschaltung der
Steuereinheit 14 auch indirekt zu einer Abschaltung der
Schutzschaltung 22 führt.
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Vor
einer längeren
Lagerung des Akku-Schraubers 10 mit dem Akku-Pack 18 betätigt der Benutzer
das Schaltelement 16, wodurch die Steuereinheit 14 abgeschaltet
wird. Die Abschaltung der Steuereinheit 14 führt dazu,
daß sich
auch die Stromversorgung für
die Schutzschaltung 22 ausschaltet, so daß die Schutzschaltung 22 während der
Lagerung keinen Strom mehr verbraucht, wodurch die maximal mögliche Lagerzeit
verlängert
wird.
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Das
in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt weitgehend
mit dem vorstehend beschriebenen und in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel überein,
so daß im
folgenden für
einander entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet
werden und zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende
Beschreibung zu 1 verwiesen wird.
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Die
Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels
besteht im wesentlichen darin, daß zur zeitgesteuerten Abschaltung
der Steuerschaltung 14 zusätzlich eine Zeitschaltuhr 24 vorgesehen
ist, wobei die Zeitschaltuhr 24 auf das Schaltelement 16 wirkt und
dieses ein- bzw. ausschaltet. Zur Steuerung des Schaltvorgangs weist
die Zeitschaltuhr 24 einen Rücksetzeingang auf, über den
die Zeitschaltuhr 24 mit der Steuerschaltung 14 verbunden
ist. Jede Aktivität
der Steuerschaltung 14 führt hierbei zu einem Rücksetzen
der Zeitschaltuhr 24, wohingegen die Zeitschaltuhr 24 nach
einer länger
andauernden Inaktivität
der Steuerschaltung 14 das Schaltelement 16 trennt,
wodurch die Steuerschaltung 14 abgeschaltet wird. Mit der
Abschaltung der Steuerschaltung 14 wird auch die Stromversorgung
für die Schutzschaltung 22 abgeschaltet,
so daß keine
elektrische Energie mehr verbraucht wird, wodurch die maximal mögliche Lagerzeit
wesentlich erhöht
wird.
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Bei
einer Wiederinbetriebnahme des Elektrogeräts 10 muß der Benutzer
dann lediglich das Schaltelement 16 manuell betätigen, wodurch
die Steuerschaltung 14 und damit auch die Stromversorgung
für die
Schutzschaltung 22 eingeschaltet wird.
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Der
in 3 dargestellte Akku-Pack 18' stimmt weitgehend
mit dem vorstehend beschriebenen und in 1 dargestellten
Akku-Pack 18 überein,
so daß im
folgenden für
einander entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet
werden und zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende
Beschreibung verwiesen wird.
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Die
Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels
besteht darin, daß die
Stromversorgung der Schutzschaltung 22 nicht über die
Bus-Leitung durch die Steuerschaltung 14 erfolgt, sondern
direkt durch den Akku 20. Hierzu ist der Spannungsanschluß des Akkus 20 zusätzlich über ein
weiteres Schaltelement 26 mit einem Spannungsanschluß der Schutzschaltung 22 verbunden.
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Das
Schaltelement 26 ist hierbei so in dem Akku-Pack 18 angeordnet,
daß der
Benutzer das Schaltelement 26 betätigen kann, ohne den Akku-Pack 18 zuvor
aus dem Akku-Schrauber 10 entnehmen zu müssen. Der
Benutzer kann dann vor einer längeren
Lagerung des Akku-Schraubers 10 mit dem Akku-Pack 18 das
Schaltelement 26 betätigen und
die Schutzschaltung 22 aus schalten, wodurch die maximal
mögliche
Lagerzeit wesentlich verlängert
wird.
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Darüber hinaus
ist das Schaltelement 26 auch so in dem Akku-Pack 18 angeordnet,
daß das Schaltelement 26 bei
einer Entnahme des Akku-Packs 18 automatisch trennt und
damit die Schutzschaltung 22 abschaltet. Auf diese Weise
wird sichergestellt, daß der
Akku-Pack 18 im entnommenen Zustand nicht unnötig durch
die Schutzschaltung 22 entladen wird.
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- 10
- Akku-Schrauber
- 12
- Antriebseinheit
- 14
- Steuerschaltung
- 16
- Schaltelement
- 18
- Akku-Pack
- 18'
- Akku-Pack
- 20
- Akku
- 22
- Schutzschaltung
- 24
- Zeitschaltuhr
- 26
- Schaltelement