DE10228129A1 - Elektrowerkzeug - Google Patents
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Abstract
Um ein kabelloses Elektrowerkzeug mit Befestigungs- und Schneidefunktion zu schaffen, bei dem die Steuerung der Drehzahl des Motors von einem Niedriggeschwindigkeits- zu einem Hochgeschwindigkeitsbereich erleichtert, die Erzeugung von Vibrationen oder Geräuschen reduziert und eine klein ausgebildete und leichtgewichtige Gestaltung erreicht wird, wird ein kabelloses Elektrowerkzeug vorgestellt, das einen bürstenlosen Gleichstrommotor 3, eine mit dem Motor 3 über eine Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung 4 verbundene Ausgabewelle 5, eine Motorantriebsschaltung 7 und einen Steuerbereich 8 der Antriebsschaltung enthält und eine aufladbare Batterie 11 als Antriebsleistungsquelle verwendet.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Elektrowerkzeug.
- Beschreibung der verwandten Technik
- Üblicherweise wurde ein Elektrowerkzeug, wie beispielsweise ein Akku-Bohrer oder ein Akku-Schrauber, als tragbares Elektrowerkzeug zu einer Schneideoperation wie dem Bohren oder zum Befestigen einer Schraube oder eines Bolzens verwendet. Das Elektrowerkzeug ist mit den Funktionen des Steuerns der Drehzahl oder des Drehmoments eines Antriebsmotors und des Umschaltens der Drehrichtung ausgestattet und ist zum Auswechseln eines Werkzeugs an seinem Vorderende ausgelegt.
- Insbesondere in den letzten Jahren hat sich ein kabelloses Elektrowerkzeug mit einem Gleichstrommotor mit Bürste, der über eine aufladbare Batterie eine Leistungsquelle bildet, als einfach benutzbar und exzellent funktionsfähig herausgestellt und verbreitet sich auch für den Hausgebrauch. Im folgenden soll eine Kurzdarstellung einer inneren Zusammensetzung (angezeigt durch gestrichelte Linien) eines Beispiels eines konventionellen kabellosen Elektrowerkzeugs unter Bezugnahme auf die Überblicksansicht eines in Fig. 7 gezeigten Akku-Bohr/Schraubers 200 gegeben werden, der sowohl zur Verwendung als Schrauber als auch als Bohrer ausgelegt ist.
- Der in der Zeichnung gezeigte kabellose Akku- Bohr/Schrauber 200 besteht aus einem Antriebsbereich 215 mit einem eine Antriebsquelle darstellenden Motor 203, einer Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung 204, die einen Getriebemechanismus zum Reduzieren der Drehzahl des Motors 203 und eine mit der Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung 204 verbundene Ausgabewelle 205 enthält, einem Betriebsbereich 216 mit einer Motorantriebsschaltung 207, einem Steuerbereich 208 davon und einem Schalter 209 zum Steuern der Leistungsversorgung. Ein Leistungsquellenbereich 217 mit einer aufladbaren Batterie 211 und dem Akku-Bohr/Schrauber 200 ist durch ein Gehäuse 202 gebildet.
- Der Betriebsbereich 216 ist ins Innere eines Griffbereichs 210 eingeschlossen, die aufladbare Batterie 211 ist an- und abnehmbar im unteren Teil des Griffbereichs 210 vorgesehen, daraus wird durch Betätigung des Schalters 209 Leistung zum Antriebsbereich 215 über den Steuerbereich 208 und die Motorantriebsschaltung 207 übertragen, AN/AUS und die Drehzahl des Motors 203 werden gesteuert, Rotationskraft wird auf einen (nicht gezeigten) Bohrer übertragen, der in einem am Vorderende der Ausgabewelle 205 vorgesehenen Futter 206 befestigt ist. Außerdem ist in der Nähe des Schalters 209 ein Schalter 212 zum Umschalten der Drehrichtung des Motors 203 und zum Sperren der Drehrichtung vorgesehen.
- Bei dem oben beschriebenen konventionellen Akku- Bohr/Schrauber 200 wird ein Gleichstrommotor mit Bürste als Motor 203 der Antriebsquelle verwendet.
- Der Gleichstrommotor mit Bürste rotiert mit hoher Geschwindigkeit. Daher ist es schwierig, die Motorgeschwindigkeit zu steuern, und es ist schwierig, die Drehzahl des Akku- Bohr/Schraubers 200 in einem niedrigen bis hohen Geschwindigkeitsbereich kontinuierlich zu steuern. Der verwendbare Drehzahlbereich ist in einen Niedriggeschwindigkeitsbereich und einen Hochgeschwindigkeitsbereich unterteilt, und die Nutzung der kontinuierlich variablen Geschwindigkeit über die zwei Geschwindigkeitsbereiche ist beschränkt.
- Außerdem wird die Steuerung der Drehzahl durch die Umschaltoperation gesteuert. Daher erfordert die Steuerung einen teuren Schalter und ist in ihrer Funktionsfähigkeit unterlegen, weil dessen Steuerbarkeit gering ist.
- Da der Motor bei hoher Geschwindigkeit rotiert, ist es nötig, den Motor unter Steigerung eines Geschwindigkeitsreduktionsverhältnisses über ein Getriebe zu verwenden, und daher entsteht das Problem, daß Vibrationen oder Geräusche in signifikantem Ausmaß erzeugt werden. Ferner ist das Werkzeug schwer und groß, da eine verhältnismäßig groß bemessene Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung verwendet wird, und die Funktionsfähigkeit wird gering.
- Ferner besteht ein Rauschproblem durch Funkenerzeugung bei Rotation der Bürste, Rauschen eines Radios, Störungen eines Fernsehschirms und die Erzeugung von Geräuschen durch die Gleitbewegung einer Bürste und eines Kommutators. Ferner hat die Bürste eine begrenzte Lebensdauer und erfordert Wartung wie das Prüfen oder Austauschen der Bürste oder des Motors.
- Daher ist es eine erste Aufgabe der Erfindung, ein kabelloses Elektrowerkzeug zu schaffen, das die Steuerung der Drehzahl eines Antriebsmotors von einem niedrigen zu einem hohen Geschwindigkeitsbereich erleichtert, Schneide- und Befestigungsfunktionen durch Auswahl einer Drehzahl über einen weiten Bereich fördert, die Erzeugung von Vibrationen und Geräuschen reduziert und eine klein ausgeführte, leichtgewichtige und langlebige Gestalt hat.
- Die Ansicht in Fig. 8 zeigt eine Übersicht über die Ausgestaltung eines Betriebsbereichs 301 des oben beschriebenen Elektrowerkzeugs, und Fig. 9 zeigt ein Schaltdiagramm mit der elektrischen Ausgestaltung der Hebelschalter-Schaltung 304 des Betriebsbereichs 301 des Elektrowerkzeugs.
- Auch der Betriebsbereich 301 des Elektrowerkzeugs soll unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 erklärt werden.
- Der Betriebsbereich 301 des Elektrowerkzeugs setzt sich aus einem Betriebsbereichs-Hauptkörper 302 mit einer Batterie, einem Motor und einer Motorsteuerschaltung und einem Betriebshebelschalter 303 zusammen, der zu dem Betriebsbereichs-Hauptkörper 302 gehört und durch Hand und Finger einer Betriebsperson bedient wird.
- Der Betriebsbereich 301 ist mit der Hebelschalter- Schaltung 304 zur Ausgabe eines pulsbreitemodulierten Signals (im folgenden PWM-Signal) zum Antreiben des Motors in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Betriebs-Hebelschalters 303 versehen. Die Hebelschalter-Schaltung 304 weist eine Schiebewiderstandsschaltung 305 auf. Diese enthält einen Widerstand R1 und einen Schiebeanschluß 306, und der Widerstand R1 ist zwischen der Leistungsquellenspannung Vdd und Erdpotential vorgesehen. Die einen Ausgang des Schiebeanschlusses 306 darstellende Referenzspannung Vth wird an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß einer Vergleicherschaltung 307 gegeben, während an den invertierenden Eingangsanschluß der Vergleicherschaltung 307 ein vorbestimmtes Dreieckswellensignal gegeben wird.
- Im folgenden soll der Betrieb der Umschalthebelschaltung 304 erklärt werden.
- Eine Verschiebung des Betriebshebels 303 in Pfeilrichtung A1 oder in Pfeilrichtung A2 wird durch die Schiebewiderstandsschaltung 305 erfaßt. Wird der Betriebshebelschalter 303 in die Pfeilrichtung A1 gebracht, so wird bei dieser Gelegenheit die Drehzahl des Motors erhöht, während die Rotatiosgeschwindigkeit des Motors reduziert wird, wenn der Betriebshebelschalter 303 in Pfeilrichtung A2 gebracht wird.
- In Abhängigkeit von der Verschiebung des Verschiebeanschlusses 306 in Pfeilverschieberichtung A3 oder Verschiebung des Verschiebeanschlusses 306 in Pfeilrichtung A4 entsprechend der Pfeilrichtung A1 oder der Pfeilrichtung A2, die die Betriebsrichtung des Betriebshebelschalters 303 darstellen, wird in diesem Fall die Referenzspannung Vth ausgegeben, deren Ausgabeniveau von dem Schiebeanschluß 306 erhöht oder reduziert ist, und an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß der Vergleicherschaltung 307 gegeben.
- Bei Betätigung des Betriebshebelschalters 303 in Pfeilrichtung A1 oder in Pfeilrichtung A2 wird dadurch ein Drehzahlsignal S1 ausgegeben, das das PWM-Signal bildet, das über das Dreieckswellensignal fortwährend durch die Vergleicherschaltung 307 gesteuert wird, und das Drehzahlsignal bildet das Ausgabesignal der Hebelschalter-Schaltung 304. Das Drehzahlsignal S1 treibt den Motor z. B. über eine Inverterschaltung mit einem Umschalttransistor zum Betreiben des Motors zum Rotieren an.
- Bei dem Betriebsbereich 301 des konventionellen Elektrowerkzeugs entsteht bei Ausführung einer tatsächlichen Operation abhängig von der Art der Operation ein Fall, bei dem die Operation bei einem mittleren Drehzahlwert ausgeführt wird, der unter der maximalen Drehzahl des Betriebsbereichs 301 des Elektrowerkzeugs liegt. In solch einem Fall führt die Betriebsperson die Operation nicht in einem Zustand des vollzugreifenden Anziehens des Betriebshebelschalters 303 aus, sondern hält den Hebel in einem Zwischenzustand, und wenn sich die Dauer der Operation ausdehnt, entsteht der Nachteil, daß die Drehzahl wegen Ermüdung der Hand und des Fingers instabil wird oder die Ermüdung der Betriebsperson erhöht wird.
- Daher ist es eine zweite Aufgabe der Erfindung, ein Elektrowerkzeug zu schaffen, das zur Ausführung eines stabilen Betriebs ausgelegt ist, in dem das Bewirken einer enormen Ermüdung der Betriebsperson verhindert wird.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die Aufgaben werden durch das Elektrowerkzeug nach Anspruch 1 oder 2 gelöst. Anspruch 3 betrifft vorteilhafte Anwendungen der Erfindung.
- Nach Anspruch 1 besteht die Antriebsquelle in einem bürstenlosen Gleichstrommotor. Da die Effizienz dieses Motors hoch ist, kann der Leistungsverbrauch so begrenzt werden. Ferner wird der Steuerbereich der Drehzahl breit und die Steuerung der Drehzahl des Elektrowerkzeugs vom Niedriggeschwindigkeitsbereich zum Hochgeschwindigkeitsbereich erleichtert. So wird die Auswahlbreite der Drehzahl des Elektrowerkzeugs groß, die zu einer Benutzung passende Drehfunktion kann leicht erreicht werden und ein teurer Schalter zum Steuern der Drehzahl ist entbehrlich.
- Ferner wird durch Verwendung des bürstenlosen Gleichstrommotors die Lebensdauer des Werkzeugs verlängert, die Instandhaltung gefördert und das Problem der rotationsbedingten Funkenerzeugung gelöst.
- Außerdem kann das Geschwindigkeitsverhältnis der Drehzahl des Motors durch das Getriebe reduziert, Verschiebegeräusche der Bürste eliminiert, die Erzeugung von Vibrationen oder Geräuschen verringert und die Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung klein ausgebildet und dadurch eine klein ausgeführte und leichtgewichtige Gestaltung des Elektrowerkzeugs erreicht werden.
- Nach Anspruch 2 wird die maximale Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors geändert und durch Betätigung des ersten Betriebselements eingestellt. Bei Betätigung des ersten Betriebselements wird das maximale Drehzahlsignal von der maximalen Drehzahlsignal-Ausgabevorrichtung in der Steuereinrichtung ausgegeben. Ferner wird das zweite Betriebselement betätigt, um die Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors zu ändern.
- Bei Betätigung des zweiten Betriebselements bildet die Drehzahlsignal-Ausgabeeinrichtung in der Steuereinrichtung durch das maximale Drehzahlsignal das maximale Niveau, und das Drehzahlsignal wird in Abhängigkeit von der Verschiebung des zweiten Betriebselements ausgegeben, um dadurch den bürstenlosen Gleichstrommotor zur Rotation anzutreiben.
- Wenn die für den gegenwärtigen Betrieb notwendige Drehzahl durch Verwendung des ersten Betriebselements auf die maximale Drehzahl des Elektrowerkzeugs eingestellt wird, wird daher für den Fall der Betätigung des zweiten Betriebselements die Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors innerhalb des Bereichs unter der maximalen Drehzahl, der durch das erste Betriebselement eingestellt ist, geändert, und die für die Operation notwendige Drehzahl wird für den Fall, daß durch maximale Betätigung des zweiten Betriebselements die maximale Drehzahl gebildet wird, hergestellt.
- Fig. 1 zeigt eine Überblicksansicht eines Akku- Bohr/Schraubers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Motorantriebsschaltung;
- Fig. 3 zeigt ein Schaltungsdiagramm der elektrischen Ausgestaltung eines wesentlichen Bereichs eines Elektro- Schlagbohrers;
- Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm der elektrischen Ausgestaltung eines Elektro-Schlagbohrers;
- Fig. 5 zeigt eine Überblicksansicht des Elektro- Schlagbohrers;
- Fig. 6 zeigt ein Schaltungsdiagramm der elektrischen Ausgestaltung des Elektro-Schlagbohrers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- Fig. 7 zeigt eine Überblicksansicht eines Akku- Bohr/Schraubers nach konventioneller Technologie;
- Fig. 8 zeigt skizzenhaft eine Ausgestaltung eines Betriebsbereichs eines Elektrowerkzeugs gemäß konventioneller Technologie, und
- Fig. 9 zeigt ein Schaltungsdiagramm der elektrischen Ausgestaltung einer Hebelschalter-Schaltung des Betriebsbereichs.
- Im folgenden soll die durch gestrichelte Linien in der Überblicksansicht des kabellosen Akku-Bohr/Schraubers 1 der Fig. 1 angedeutete innere Ausgestaltung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung erklärt werden.
- Der in der Zeichnung gezeigte kabellose Akku- Bohr/Schrauber 1 besteht aus einem Antriebsbereich 15 mit einem eine Antriebsquelle darstellenden bürstenlosen Gleichstrommotor 3, einer Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung 4 zum Reduzieren der Drehzahl des Motors 3, einer mit der Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung 4 verbundenen Ausgabewelle 5, einem Betriebsbereich 16 mit einer Motorantriebsschaltung 7, einem Steuerbereich 8 davon und einem Schalter 9 zum Steuern der Leistungsversorgung. Ein Leistungsquellenbereich 17 mit einer aufladbaren Batterie 11 und dem Akku-Bohr/Schrauber 1 ist durch ein Gehäuse 2 gebildet.
- Im Antriebsbereich 15 ist eine Antriebswelle des bürstenlosen Gleichstrommotors 3 mit der Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung 4 verbunden, die einen Getriebemechanismus zum Reduzieren der Drehzahl aufweist. Ein Vorderbereich der Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung 4 ist mit der Ausgabewelle 5 verbunden, und ein Vorderende der Ausgabewelle 5 ist mit einem Futter 6 zur Befestigung eines Vorderend-Werkzeugs wie einem Biteinsatz oder einem Bohrer versehen.
- Der Betriebsbereich 16 besteht aus der Motorantriebsschaltung 7, dem Steuerbereich 8 davon und dem Schalter 9 zum Steuern der Leistungsversorgung aus der Leistungsquelle und ist in einem Griffbereich 10 des Gehäuses 2 eingeschlossen.
- Der Antriebsbereich 15 und der Betriebsbereich 16, von denen entsprechende Teile im Inneren des Gehäuses 2 befestigt sind, sind miteinander durch nicht gezeigte Leitungsdrähte verbunden, und bilden so den Akku-Bohr/Schrauber 1. In der 20 Nähe des Antriebsschalters 9 ist ein Schalter 12 zum Umschalten der Drehrichtung des bürstenlosen Gleichstrommotors und zum Sperren der Drehrichtung vorgesehen.
- Der Leistungsquellenbereich 17 des Akku-Bohr/Schraubers 1 besteht aus einer an- und abnehmbaren, aufladbaren Batterie 11, die im unteren Bereich des Griffbereichs 10 vorgesehen ist und mit einer patronenartigen An- und Abnehmeinrichtung zum An- und Abnehmen von einem Bodenbereich des Griffbereichs 10 sowie elektrischen Kontakten zur gemeinsamen Leistungsversorgung des Akku-Bohr/Schraubers 1 und zum Aufladen der Batterie ausgestattet.
- Wie im Blockdiagramm der Fig. 2 gezeigt, eignet sich die Motorantriebsschaltung 7 zum Antreiben des bürstenlosen Gleichstrommotors 3 durch Versorgung mit Leistung aus der aufladbaren Batterie 11 und besteht aus einer durch Umschalttransistoren gebildeten Inverterschaltung 21, einer Logikschaltung 22 zum Steuern der Inverterschaltung 21 und einer Drehzahl-Erfassungsschaltung 24 zum Erfassen der Drehzahl durch ein Signal eines Positionserfassungselements 23, das ein Hall-Element innerhalb des bürstenlosen Gleichstrommotors 3 aufweist. Die Logikschaltung 22 führt eine Feedback-Steuerung zum Rotieren des bürstenlosen Gleichstrommotors 3 mit einer Vorgabegeschwindigkeit aus, indem ein Geschwindigkeitsvorgabesignal von dem Steuerbereich 8 und ein Drehzahlsignal von der Drehzahlerfassungsschaltung 24 vorgegeben wird und ein Ausgabesignal davon an die Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung 4 übertragen wird.
- Der Akku-Bohr/Schrauber 1 ist so gebildet, daß durch Betätigung des Schalters 9 Leistung aus der Batterie 11 über den Steuerbereich 8 zum Antriebsbereich 15 übertragen wird und die Motorantriebsschaltung 7, AN/AUS und die Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors 3 gesteuert werden, Antriebskraft von der Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung 4 zur Ausgabewelle 5 übertragen wird, ein (nicht gezeigtes) Vorderendewerkzeug eines Biteinsatzes oder eines Bohrers, das am Vorderende befestigt ist, gedreht wird, um dadurch eine Schneideoperation wie ein Bohren oder Zerspanen oder die Befestigung einer Schraube oder eines Bolzens auszuführen.
- Beim Akku-Bohr/Schrauber 1 wird ein bürstenloser Gleichstrommotor 3 als der die Antriebsquelle bildende Motor verwendet.
- Der Steuerbereich der Drehzahl des Motors wird per se breiter als der eines konventionellen Gleichstrommotors mit Bürste, die Steuerung der Drehzahl wird erleichtert und die Drehzahl kann vom Niedriggeschwindigkeitsbereich zum Hochgeschwindigkeitsbereich kontinuierlich variabel verwendet werden. Ferner kann die Auswahl der Drehzahl zur Verwendung bei Hochgeschwindigkeitsdrehung oder zur Verwendung bei niedriger Geschwindigkeit und hoher Drehmomentsrotation abhängig von der Verwendung des Elektrowerkzeugs erleichtert und die Funktionsfähigkeit und Handhabbarkeit des Elektrowerkzeugs signifikant gefördert werden.
- Das heißt, durch Steuerung des Ausmaßes, bis zu dem der Schalter 9 angezogen wird, kann durch die Feedback-Steuerung die Niedriggeschwindigkeits- bis Hochgeschwindigkeitsrotation der Motorantriebsschaltung kontinuierlich variabel gewählt und das gewünschte Drehmoment erzielt werden. Dadurch wird die Auswahlbreite des Drehzahlbereichs abhängig von Benutzung und Betriebsart, wie beispielsweise beim Bohrbetrieb bei hoher Drehzahl oder beim Befestigen einer Schraube oder eines Bolzens bei niedriger Geschwindigkeit und hohem Drehmoment, größer. Ferner kann der Betrieb variabel ausgeführt und dadurch die Funktionsfähigkeit gefördert werden. Außerdem kann der Schalter 9 eine einfachere und weniger kostenintensive Ausgestaltung als herkömmlich haben.
- Die Drehzahl des Motors ist geringer als die eines Motors mit Bürste, und daher kann das Geschwindigkeitsreduktionsverhältnis der Drehzahl durch den Getriebemechanismus verringert, im Inneren der Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung erzeugte Vibrationen oder Geräusche reduziert, durch Verschieben der Bürste und des Kommutators emittiertes Geräusch eliminiert und die Erzeugung von Vibrationen oder Geräuschen des Elektrowerkzeugs im Vergleich zum konventionellen Werkzeug eingeschränkt werden.
- Durch Reduzierung des Geschwindigkeitsreduktionsverhältnisses wird der Getriebemechanismus ferner vereinfacht und es kann eine klein ausgebildete und leichtgewichtige Gestaltung der Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung erreicht und die Funktionsfähigkeit durch die leichtgewichtige Kampaktgestaltung des Werkzeugs gefördert werden.
- Ferner wird die Wartungsleistung durch Erübrigung des Bürstenaustausches und der Motorprüfung, die bei einem konventionellen Motor mit Bürste notwendig war, gefördert, die Lebensdauer des Elektrowerkzeugs verlängert und auch das Problem des Rauschens eines Radios oder der Störung eines Fernsehschirms durch Funkenerzeugung beim Rotieren der Bürste gelöst.
- Ein den oben beschriebenen bürstenlosen Gleichstrommotor verwendendes Elektrowerkzeug ist für einen Elektroschrauber, einen Akku-Bohr/Schrauber, einen Elektro-Schlagbohrer oder einen Elektro-Drehschlüssel anwendbar, und es wird ein Elektrowerkzeug geschaffen, das exzellent funktionsfähig zum Schneiden oder Befestigen, klein ausgebildet, leichtgewichtig, exzellent handhabbar und vibrations- und geräuscharm ist.
- Durch Vorsehen einer Vibrationserzeugungsfunktion oder einer Schlagerzeugungsfunktion zum Erzeugen von Vibrationen oder Schlägen für ein Bohren oder Schrauben mit dem Vorderenden-Werkzeug können die oben beschriebenen jeweiligen Elektrowerkzeuge auch für einen Elektro-Schlagbohrer, einen Vibrationsbohrer oder eine Elektroschneidemaschine verwendet werden.
- Durch Verwendung des bürstenlosen Gleichstrommotors ist das Elektrowerkzeug abhängig vom Gebrauch auch für ein Werkzeug vom abstufbar variablen Typ verwendbar.
- Obwohl das Elektrowerkzeug unter Verwendung einer an- und abnehmbaren aufladbaren Batterie als Leistungsquelle gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel dargestellt wurde, ist das Elektrowerkzeug auch für ein Elektrowerkzeug mit fester Batterie, die einen Leistungsquellenbereich durch Bereitstellen einer aufladbaren Batterie im Inneren eines Hauptteils des Elektrowerkzeugs, z. B. mit der aufladbaren Batterie im unteren Seitenbereich des Griffbereichs, anwendbar.
- Auch wenn eine Nickel-Cadmium- oder Nickel-Wasserstoff- Batterie hiermit als Beispieltypen der aufladbaren Batterie angegeben sind, ist die Batterie nicht weiter eingeschränkt als durch die Angabe einer aufladbaren Batterie.
- Ferner kann das Elektrowerkzeug z. B. als Stifttyp in einer stabähnlichen Form oder als in einem Zentralbereich faltbarer Typ verwendet werden, der sich von dem in der Zeichnung gezeigten Pistolentyp unterscheidet.
- Auch wenn im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Erfindung gemäß einem elektrischen Antriebsbohrer zum in der Hand Halten erklärt wurde, kann das Elektrowerkzeug der Erfindung nicht nur für die oben beschriebenen Elektroschrauber, Elektro-Schlagbohrer oder Elektro-Drehschlüssel verwendet werden, sondern auch für Elektrowerkzeuge eines Elektrobohrers, eines Elektrohobels, einer elektrischen Säge, Schneidern, wie Schrauben oder Messerschneidern, eines Pflanzenabzwickers und Poliermaschinen wie einem Sandschleifer oder Polierer und kann natürlich für Werkbank-Elektrowerkzeuge wie eine Tischbohrmaschine verwendet werden.
- Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 erklärt werden.
- Fig. 3 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer elektrischen Ausgestaltung eines wesentlichen Teils eines Elektro-Schlagbohrers 111 vom kabellosen Typ gemäß dem Ausführungsbeispiel. Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm der elektrischen Ausgestaltung des Elektro-Schlagbohrers 111, und Fig. 5 ist eine Überblicksansicht des Elektro-Schlagbohrers 111.
- Auch wenn im folgenden Ausführungsbeispiel eine Erklärung durch beispielsweise Ausführung des Elektro-Schlagbohrers 111 als kabellos gegeben wird, ist die Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt sondern wird allgemein und weitgehend durch einen Elektro-Schlagbohrer verkörpert, der nicht notwendigerweise kabellos sondern bei seiner Verwendung an eine Leistungsquelle oder ein anderes Elektrowerkzeug angeschlossen ist.
- Im folgenden soll die Zusammensetzung des Elektro- Schlagbohrers 111 unter Bezugnahme auf Fig. 5 erklärt werden.
- Der elektrische Schlagbohrer 111 enthält einen Hauptkörper 112, ein an einem Endbereich des Hauptkörpers 112 befestigtes Werkzeug 113 und eine einstückig mit dem anderen Endbereich des Hauptkörpers 112 ausgebildeten Griffbereich 114.
- Der Hauptkörper 112 enthält einen bürstenlosen Gleichstrommotor 123.
- Der Griffbereich 114 ist so ausgebildet, daß er von der Hand einer Betriebsperson gehalten und ein Bereich davon, auf dem im Griffzustand ein Finger liegt, ist mit einem Drehgeschwindigkeitshebelschalter (im folgenden Geschwindigkeitshebel) 115 in abzugsähnlicher Form ausgestaltet. Ferner weist ein unterer Bereich des Griffbereichs 114 eine aufladbare Batterie 120 auf. Die Batterie 120 wird durch Anbringen auf einem Ladegerät 120a aufgeladen, das an eine 100 Volt Wechselstromleistungsquelle angeschlossen ist.
- Ein Sperrschalter 116 zum Fixieren eines Zustands des Anziehens des Geschwindigkeitshebels 115 ist in der Nähe des Geschwindigkeitshebels 115 vorgesehen.
- In der Nähe des Griffbereichs 114 des Hauptkörpers 112 ist ein Umkehrschalter 117 zum Umschalten der Drehrichtung des bürstenlosen Gleichstrommotors 123, also zur Einstellung der Drehung des Werkzeugs 113 zwischen einer vorbestimmten regulären Rotation und einer inversen Rotation, angebracht. Ferner verfügt ein oberer Bereich des Hauptkörpers 112 über einen Maximalgeschwindigkeits-Einstellschalter (im folgenden Einstellschalter) 119 zum Einstellen der maximalen Drehzahl des Werkzeugs 113.
- Ebenfalls unter Bezugnahme auf Fig. 4 soll im folgenden eine Kurzdarstellung der elektrischen Ausgestaltung des Elektro-Schlagbohrers 111 erklärt werden.
- Der elektrische Schlagbohrer 111 verfügt über einen Geschwindigkeitssteuerbereich 121, ein Steuerelement 122 und den bürstenlosen Gleichstrommotor 123, der über die Batterie 120 durch die Leistungsquelle versorgt wird.
- Der Geschwindigkeitssteuerbereich 121 erfaßt die Betätigung des Geschwindigkeitshebels 115 und des Einstellschalters 119 wie unten beschrieben und gibt ein einer PWM (Pulsbreitenmodulation) unterzogenes Drehzahlsignal S1 zum Antreiben des bürstenlosen Gleichstrommotors in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Hebels 115 und des Einstellschalters 119 an das Steuerelement 122 aus. Das Steuerelement 122 umfaßt mehrere (nicht gezeigte) Umschalttransistoren, die auf Grundlage des Drehzahlsignals S1 von dem Geschwindigkeitssteuerbereich 121 auf AN/AUS gesteuert werden. Ein Antriebssignal zum Antreiben des bürstenlosen Gleichstrommotors 123 wird von den Umschalttransistoren ausgegeben.
- Der Geschwindigkeitssteuerbereich 121 verfügt über eine Maximalgeschwindigkeitsänderungs-Hebelschalter-Schaltung 124 zum Erfassen der Betätigung des Einstellschalters 119 und eine Drehzahländerungs-Hebelschalter-Schaltung 125 zum Erfassen der Betätigung des Geschwindigkeitshebelschalters 115. Eine Steuervorrichtung wird durch Aufnahme des Geschwindigkeitssteuerbereichs 121 gebildet.
- Ebenfalls unter Bezugnahme auf Fig. 3 soll im folgenden ein Beispiel einer elektrischen Ausgestaltung des Geschwindigkeitssteuerbereichs 121 erklärt werden.
- Die Maximalgeschwindigkeitsäriderungs-Hebelschalter- Schaltung 124 enthält in Serie zwischen der Leistungsquellenspannung Vdd und Erdpotential geschaltete Widerstände R11 und R12 und einen Schiebeanschluß 126 zum Verschieben relativ zum Widerstand R11. Ein Ausgabesignal des Schiebeanschlusses 126 wird an die Drehzahländerungs-Hebelschalter-Schaltung 125 ausgegeben.
- Die Drehzahländerung-Hebelschalter-Schaltung 125 enthält einen mit dem Ausgabesignal aus dem Schiebeanschluß 126 eingehenden Widerstand R13. Das andere Ende des Widerstands R13 ist geerdet.
- Der Widerstand R13 enthält einen Schiebeanschluß 127. Die von diesem Schiebeanschluß 127 ausgegebene Referenzspannung Vth wird an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß einer Vergleicherschaltung 128 gegeben, und an den invertierenden Eingangsanschluß der Vergleicherschaltung 128 wird ein vorbestimmtes Dreieckswellensignal gegeben. Das Drehzahlsignal S1 wird von der Vergleicherschaltung 128 ausgegeben.
- Im folgenden soll der Betrieb des Elektro-Schlagbohrers 111 erklärt werden.
- Zuerst wird durch Betätigung des Einstellschalters 119 in Abhängigkeit von der Art der Operation die maximale Drehzahl des Elektro-Schlagbohrers 111 eingestellt. Nach dem Ausführungsbeispiel wird die maximale Drehzahl variabel eingestellt. Das heißt, entsprechend der Betätigung des Einstellschalters 119 wird der Schiebeanschluß 126 variabel verschoben und die Maximalgeschwindigkeitsspannung Vs wird in Abhängigkeit von einer Betriebsposition des Einstellschalters 119 bei einer vorgegebenen Position gestoppt.
- Anschließend betätigt die Betriebsperson in Ausführung einer tatsächlichen Befestigungsoperation den Geschwindigkeitshebel 115. Hier wird der in Fig. 5 gezeigte Griffbereich 114 ergriffen und der Geschwindigkeitshebel 115 durch Hand und Finger angezogen. Nach dem Ausführungsbeispiel wird der Schiebeanschluß 127 in Abhängigkeit von einem großen oder kleinen Ausmaß des Anziehens des Geschwindigkeitshebels 115 in Pfeilrichtung B1 oder in Pfeilrichtung B2 verschoben. In Abhängigkeit von Richtung und Ausmaß der Verschiebung wird die Referenzspannung Vth von dem Schiebeanschluß 127 größer oder kleiner. Das Maximum der Referenzspannung Vth ist die Maximalgeschwindigkeitsspannung Vs.
- Das heißt, die Maximalgeschwindigkeitsspannung Vs wird durch den Widerstand R13 und den Schiebeanschluß 127 geteilt, und die durch Teilung der Spannung geschaffene Referenzspannung Vth wird an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß der Vergleicherschaltung 128 gegeben. Aus der Vergleicherschaltung 128 wird das der PWM-Modulation unterzogene Drehzahlsignal S1 ausgegeben, wobei die Einschaltdauer desto höher ist, je höher die Referenzspannung Vth ist. Wie oben beschrieben, wird das Drehzahlsignal S1 an die Steuereinheit 122 gegeben und der bürstenlose Gleichstrommotor 123 zur Rotation angetrieben.
- Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird, wenn die maximale Drehzahl des Elektro-Schlagbohrers 111 durch Betätigung des Einstellschalters 119 eingestellt wird, auf diese Weise die maximale Drehzahl durch den Einstellschalter 119 sogar dann vorgegeben, wenn durch Betätigung des Geschwindigkeitshebels 115 maximale Drehzahl eingestellt wird. Dadurch kann, wenn die für eine tatsächliche Operation erforderliche Drehzahl durch Betätigung des Einstellschalters 119 eingestellt wird, die Operation in einem Zustand ausgeführt werden, bei dem der Geschwindigkeitshebel 115 maximal angezogen ist.
- Dadurch wird die Notwendigkeit, eine Operation in einem Zwischenzustand des Anziehens des Geschwindigkeitshebels 115 zum Bewirken eines Zwischendrehzahlwerts unterhalb der maximalen Drehzahl, um die für die tatsächliche Operation notwendige Drehzahl zu erhalten, ausgeräumt werden und eine Ermüdung der Betriebsperson signifikant reduziert werden. Ferner kann eine instabile Ausbildung der Drehzahl verhindert werden, die dadurch entsteht, daß die Operation in dem Zwischenzustand des Anziehens des Geschwindigkeitshebels 115 durch die Betriebsperson ausgeführt wird, und die Operation stabil bleibt.
- Fig. 6 zeigt ein Schaltdiagramm einer elektrischen Ausgestaltung eines Elektro-Schlagbohrers 111a gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- Das Ausführungsbeispiel ist ähnlich zum zweiten Ausführungsbeispiel. Entsprechende Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen und weitere Erklärungen dazu werden weggelassen.
- Ein Wesensmerkmal des Ausführungsbeispiels liegt im Einstellen der maximalen Drehzahl des Elektro-Schlagbohrers 111a in verschiedenen Stufen. Im folgenden soll eine elektrische Ausgestaltung des Elektro-Schlageintreibers 111a erklärt werden. Das Ausführungsbeispiel hat eine elektrische Ausgestaltung, die zu der unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 im zweiten Ausführungsbeispiel erklärten ähnlich ist.
- Ein Beispiel einer elektrischen Ausgestaltung eines im Elektro-Schlagbohrer lila nach dem Ausführungsbeispiel angeordneten Geschwindigkeitssteuerbereichs 121a soll im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 6 erklärt werden.
- Eine Maximalgeschwindigkeitsänderungs-Hebelschalter- Schaltung 124a enthält mehrere Widerstände R14, R15 . . ., die in Parallelschaltung zwischen der Leistungsquellenspannung Vdd und Erdpotential verbunden sind und beispielsweise voneinan- der verschiedene Widerstandswerte aufweisen, und einen Umkehrschalter 129. Die ein Ausgabesignal des Umkehrschalters 129 bildende Referenzspannung Vth wird an den Widerstand R13 der Drehzahländerungs-Hebelschalter-Schaltung 125 gegeben, die eine ähnliche Ausgestaltung wie die des ersten Ausführungsbeispiels hat.
- Der Betrieb des Elektro-Schlagbohrers lila gemäß dem Ausführungsbeispiel soll im folgenden erklärt werden. Zuerst wird abhängig von der Art der Operation die maximale Drehzahl des Elektro-Schlagbohrers 111a durch Betätigung des Einstellschalters 119 eingestellt.
- Das heißt, bei Betätigung des Einstellschalters 119 wird der Umkehrschalter 129 entweder verbunden mit der Leistungsquellenspannung Vdd, oder dem Widerstand R14, oder dem Widerstand R15, . . .. Wird der Umkehrschalter 129 mit der Leistungsquellenspannung Vdd verbunden, wird die maximale Drehzahl des Elektro-Schlagbohrers 111a eingestellt.
- Der Betrieb der Drehzahländerungs-Hebelschalter-Schaltung 125 danach ist ähnlich zu der des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels und daher ist auch der Betrieb des Elektro-Schlagbohrers 111a ähnlich dazu.
- Daher sind auch nach diesem Ausführungsbeispiel Betrieb und Wirkung auf ähnliche Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel realisiert.
- Das Elektrowerkzeug nach Anspruch 1 besteht in einem kabellosen Elektrowerkzeug, das eine aufladbare Batterie als Antriebsleistungsquelle des Motors verwendet, wobei der Motor in einem bürstenlosen Gleichstrommotor besteht und daher das Elektrowerkzeug bei variabler Geschwindigkeitsänderung durch Auswahl der Drehzahl und des Drehmoments innerhalb breiter Bereiche verwendet werden kann. Ferner kann die Erzeugung von Vibrationen oder Geräuschen reduziert, eine klein ausgebildete und leichtgewichtige Gestaltung erreicht und daher ein kabelloses Elektrowerkzeug mit hoher Funktionsfähigkeit und exzellenter Handhabbarkeit geschaffen werden, das zur Verbesserung des Betriebsumfelds geeignet ist und dessen Betriebsdauer verlängert ist.
- In dem Elektrowerkzeug nach Anspruch 2 wird die maximale Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors durch Betätigung des ersten Betriebselements eingestellt, und das zweite Betriebselement wird innerhalb des eingestellten maximalen Drehzahlbereichs betätigt, um dadurch die Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors zu ändern. Dadurch kann, wenn die für die Operation notwendige Drehzahl des Elektro-Werkzeugs durch Betätigung des ersten Betriebselements auf Maximalwert eingestellt wird, die für die Operation notwendige Drehzahl sogar dann vorgegeben werden, wenn durch maximale Betätigung des zweiten Betriebselements die maximale Drehzahl gebildet wird.
- Daher kann die Operation durch maximale Betätigung des zweiten Betriebselements ausgeführt werden, indem die maximale Drehzahl in Abhängigkeit von der Art der unter Verwendung des Elektrowerkzeugs ausgeführten Operation geändert wird. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Operation fortzuführen, während das zweite Betriebselement durch die Betriebsperson in einem Zwischenbetriebszustand gehalten wird. So wird eine enorme Ermüdung der Betriebsperson erzeugende Situation verhindert und die Operation kann stabil ausgeführt werden.
- Außerdem wird die Befestigungskraft konstant gemacht und für den Fall der Befestigung einer Schraube das Befestigungsdrehmoment gleichförmig gemacht und die Produktqualität stabilisiert.
Claims (3)
1. Vorzugsweise kabelloses Elektrowerkzeug (1) mit einem
Motor (3), einer über eine
Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung (4) mit dem Motor verbundenen Ausgabewelle (5), einer
Motorantriebsschaltung (7) und einem Steuerbereich (8) der
Antriebsschaltung, wobei eine aufladbare Batterie (11) als
Antriebsleistungsquelle verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (3) in einem
bürstenlosen Gleichstrommotor besteht.
2. Elektrowerkzeug (111) mit:
einem bürstenlosen Gleichstrommotor (123), der eine Leistungsquelle des Elektrowerkzeugs darstellt;
einem ersten Betriebselement (119) zum Ändern der maximalen Drehzahl des Motors;
einem zweiten Betriebselement (115) zum Ändern der Drehzahl des Motors innerhalb eines maximalen Drehzahlbereich des Motors, der durch das erste Betriebselement (119) eingestellt wird, und
einer Steuereinrichtung (121) zum Steuern eines Rotationszustands des Motors;
wobei die Steuereinrichtung (121) umfaßt:
eine Maximaldrehzahlsignal-Ausgabeeinrichtung (124) zum Ausgeben eines Maximaldrehzahlsignals (Vs) in Abhängigkeit von einer Verschiebung des ersten Betriebselements (119); und
eine Drehzahlsignal-Ausgabeeinrichtung (125) zum Bilden eines Maximalniveaus (Vth) durch das von der Maximaldrehzahl- Ausgabeeinrichtung (124) ausgegebene Maximaldrehzahlsignal (Vs), und zum Ausgeben eines Drehzahlsignals (S1) in Abhängigkeit von einer Verschiebung des zweiten Betriebselements (115), um dadurch den Motor (123) zur Rotation anzutreiben.
einem bürstenlosen Gleichstrommotor (123), der eine Leistungsquelle des Elektrowerkzeugs darstellt;
einem ersten Betriebselement (119) zum Ändern der maximalen Drehzahl des Motors;
einem zweiten Betriebselement (115) zum Ändern der Drehzahl des Motors innerhalb eines maximalen Drehzahlbereich des Motors, der durch das erste Betriebselement (119) eingestellt wird, und
einer Steuereinrichtung (121) zum Steuern eines Rotationszustands des Motors;
wobei die Steuereinrichtung (121) umfaßt:
eine Maximaldrehzahlsignal-Ausgabeeinrichtung (124) zum Ausgeben eines Maximaldrehzahlsignals (Vs) in Abhängigkeit von einer Verschiebung des ersten Betriebselements (119); und
eine Drehzahlsignal-Ausgabeeinrichtung (125) zum Bilden eines Maximalniveaus (Vth) durch das von der Maximaldrehzahl- Ausgabeeinrichtung (124) ausgegebene Maximaldrehzahlsignal (Vs), und zum Ausgeben eines Drehzahlsignals (S1) in Abhängigkeit von einer Verschiebung des zweiten Betriebselements (115), um dadurch den Motor (123) zur Rotation anzutreiben.
3. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das
Elektrowerkzeug in einem Elektro-Schrauber, einem Elektro-
Bohr/Schrauber, einem Elektro-Schlagbohrer oder einem
Elektro-Drehschlüssel besteht.
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