DE3813811A1 - Elektrowerkzeug mit schutzschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektrowerkzeug mit einer Schutzschaltungsanordnung gemäß dem Gattungsbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Solche Schutzschaltungsanordnungen dienen dazu, vornehmlich bei Elektrobohrmaschinen, Bohrhämmern oder dergleichen, das Anbohren von in Wänden oder Decken verlegten elektrischen Leitungen, Rohren, Moniereisen u.s.w. zu vermeiden.

Elektrowerkzeuge der gattungsgemäßen Art sind aus der DE-OS 32 35 194 und der DE-OS 33 02 028 bekannt. Dort weist die Schutzschaltungsanordnung jeweils einen Hochfrequenzgenera­ tor auf, der über ein Kopplungselement, wie einen Kondensa­ tor, mit der elektrisch leitenden Antriebsmechanik des Werk­ zeughalters verbunden ist. Trifft das Werkzeug auf einen elektrisch leitenden Gegenstand, fließt darüber ein hoch­ frequenter Ableitstrom ab, der in einer Strommeßvorrichtung erfaßt wird, um daraus über die Steuervorrichtung ein Ab­ schaltsignal für den elektronischen Motorschalter zu bilden. Nachteilig bei diesen bekannten Schutzschaltungsanordnungen ist der hohe bauliche Aufwand an Elektronikelementen im Um­ feld des Hochfrequenzgenerators. Weiterhin funktionieren die bekannten Schutzschaltungsanordnungen vornehmlich dann ein­ wandfrei wenn das Massepotential geerdet ist, was erfordert, daß in der Netzzuleitung des Elektrowerkzeugs ein bei schutzisolierten Maschinen nicht mehr üblicher Schutzleiter mitgeführt wird. Das wiederum setzt voraus, das Elektrowerk­ zeug nur an einer Schutzkontaktsteckdose betreiben zu kön­ nen.

Eine andere Schutzschaltungsanordnung für Elektrowerkzeuge der in Rede stehenden Art weist einen mit der Anschlußlei­ tung des Gerätes verbundenen Transformator, einen nachge­ schalteten Verstärker und ein an den Verstärker angeschlos­ senes Relais zur Betätigung des Schalters in der Anschluß­ leitung auf, vergl. DE-OS 35 04 056. Bei Elektrohandwerk­ zeugen, bei denen auf kleine bauliche Abmessungen Wert ge­ legt wird, läßt sich schon der Transformator mit den wei­ teren Schaltungselementen nicht mehr im Maschinengehäuse unterbringen, weshalb hier die Schutzschaltungsanordnung in einem separaten Adapterelement untergebracht ist. Außerdem erfordert auch hier die Schutzschaltung eine Verbindung mit einem Erdleiter und ist folglich nur an Schutzkontaktsteck­ dosen anschließbar. Nach einem ähnlichen Prinzip unter Ver­ wendung einer Kleinspannung arbeiten die Schutzschaltungen nach der DE-OS 32 07 747 und der EP-Al-01 84 983, wobei je­ weils ein sich über eine Erdung schließender Meßkreis ver­ wendet wird.

Die DE-OS 34 43 591 beschreibt ein Verfahren zum Erkennen von angebohrten Eisenarmierungen, bei einer elektrischen Handbohrmaschine oder dergleichen, nach dem auf der Ober­ fläche des Baumaterials, wie einer Betonwand, eine Elektrode angebracht werden muß, welche zusammen mit den eingegossenen Armierungseisen ein galvanisches Element bildet. Trifft das Bohrwerkzeug auf das Armierungseisen, so kann die Spannung des galvanischen Elementes zwischen der Elektrode und dem Bohrwerkzeug abgegriffen und als Signal für geräteseitige Steuerfunktionen verwendet werden. Schon wegen des separaten Anbringens der Elektrode ist dieses bekannte Verfahren sehr aufwendig, auch können sonstig in Wänden oder Decken vorhan­ dene elektrische Leitungen, Rohre und dergleichen mit dieser Methode nicht erkannt werden.

Der Erfindung liegt nun der Gedanke zugrunde, bei einem Elektrogerät mit einer Schutzschaltungsanordnung der gat­ tungsgemäßen Art das Signal für die Abschaltung des Gerätes im Fehlerfalle nach der Art der Erzeugung der Zündspannung für die Glimmlampe eines üblichen Phasenprüfers zu bilden, wozu die Spannungsdifferenz zwischen einem nichtgeerdeten Phasenleiter und dem Erdpotential eines geerdeten elektri­ schen Netzes genutzt wird. Dabei schließt sich der Strom­ kreis über den Körper der Bedienungsperson, was wegen der Verwendung eines hochohmigen Vorschaltwiderstandes völlig ungefährlich ist. Mit derart hochohmigen Widerständen lassen sich platzsparende Schaltungen aufbauen, zudem sind derarti­ ge elektrische Bauelemente billig im Vergleich zu Transfor­ matoren oder Hochfrequenzgeneratoren.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem Elektrowerkzeug der gattungsbildenden Art das im Fehlerfalle von der Schutzschaltungsanordnung zu liefernde Abschaltsig­ nal aus einer Potentialverschiebung an einem ohmschen Wider­ stand abzuleiten, der im Betriebsfalle einerseits mit den Netzphasenleitern und andererseits mit dem Bohrwerkzeug elektrisch verbunden ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Elektrowerkzeug der gattungsge­ mäßen Art nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merk­ male des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß mit ei­ ner einfachen Spannungsteilerschaltung auf der Basis ohm­ scher Widerstände das auf die Steuervorrichtung für den elektronischen Schalter aufgeschaltete Abschaltsignal gebil­ det wird, das sich letztlich aus einer Potentialdifferenz an dem betreffenden Meßpunkt ergibt. Dabei besteht eine Sicherheit für die Bedienungsperson auch dann, wenn einer der hochohmigen Vorschaltwiderstände defekt wird, weil die dadurch bedingte Potentialverschiebung am Meßpunkt ebenfalls das Sperrsignal für den elektronischen Motorschalter aus­ löst. Ein zusätzlicher Schutz kann noch durch einen weiteren hochohmigen Widerstand geschaffen werden, der zwischen dem Bohrwerkzeug oder dem Werkzeughalter und der Verbindung der beiden zwischen den netzseitig anzuschließenden Polen sym­ metrisch angeordneten Vorschaltwiderständen angeordnet wird.

Der symmetrische Aufbau der Schutzschaltungsanordnung bietet den Vorteil, daß bei Anschluß des Elektrogerätes an ein üb­ liches Einphasenwechselstromnetz mit einem nichtgeerdeten Phasenleiter und einem Null- oder Mittelpunktsleiter die beiden Anschlußpole vertauscht werden können, ohne daß die Funktion der Schutzschaltungsanordnung beeinträchtigt wird. Da zur Bildung des Fehlersignals immer nur die Potential­ differenz zwischen dem nichteerdeten Phasenleiter des Netzes und dem Erdpotential genutzt wird, erübrigt sich für die Schutzschaltungsanordnung ein separater Erdanschluß. Die Schutzschaltungsanordnung spricht auch dann an, wenn mit dem Elektrowerkzeug die nichtgeerdete Phasenleitung einer elek­ trischen Leitung in einer Wand oder einer Decke angebohrt wird.

Zusätzlich kann an der Schutzschaltungsanordnung oder der ihr nachgeschalteten Steuervorrichtung für den elektro­ nischen Motorschalter eine bevorzugt selbsthaltende Anzeige vorgesehen werden, die der Bedienungsperson anzeigt, daß Erd- oder Phasenkontakt bestanden hat. Eine entsprechende Anzeigevorrichtung kann aus einer Glimmlampe, einer LED-An­ zeige, einem akustischen Signalgeber, wie einem Summer, oder aus einem beispielsweise im Handgriff untergebrachten Vibra­ tor bestehen. Eine solche Meldevorrichtung ist bei Maschinen mit Drehmomentkontrolle von besonderem Vorteil, da hier auch aus einem anderen Grunde, nämlich beim Uberschreiten eines bestimmten Drehmomentes, eine automatische Abschaltung des Gerätes erfolgt.

Weiter vorteilhaft ist, wenn die Schutzschaltungsanordnung abschaltbar ist, damit das Elektrogerät einsatzfähig bleibt, wenn geerdete Werkstücke, wie beispielsweise Stahlträger be­ arbeitet werden sollen. .

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Ansprechem­ pfindlichkeit der Schutzschaltung einstellbar, um zum Bei­ spiel die Leitfähigkeit von Mauerwerk oder Beton, die naß oder trocken sein können, zu berücksichtigen. Weiter ist eine Anpassung der Empfindlichkeit an den Ableitwiderstand der Bedienungsperson möglich. Dieser Ableitwiderstand ist veränderlich, je nach dem, ob die Hand des Bedienenden an einem Metallgehäuse oder an einem Kunststoffhandgriff des Elektrowerkzeugs anfaßt. Schließlich kann die Ansprechem­ pfindlichkeit der Schutzschaltung unterschiedlichen Uber­ gangswiderständen, wie bei verschiedener Fußbodenbeschaffen­ heit, z.B. Durch Nässe auf Baustellen oder Teppiche in Woh­ nungen, angepaßt werden. Eine automatische Einstellung die­ ser Empfindlichkeit kann vorgesehen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung ein Elek­ trowerkzeug mit dem Schaltplan einer elektrischen Schutz­ schaltungsanordnung.

Im einzelnen zeigt die Zeichnung einen Einphasenwechsel­ strommotor 1 einer elektrischen Handbohrmaschine, der mecha­ nisch über ein nicht näher dargestelltes Getriebe und eine Welle 2 mit einem Werkzeughalter 3, wie einem Bohrfutter, verbunden ist. In den Werkzeughalter 3 ist ein Bohrwerkzeug 4 eingespannt.

Dem Motor 1 ist ein elektronischer Schalter 5, wie ein Triac, vorgeschaltet, wobei das Gate des elektronischen Schalters 5 mit einer Steuervorrichtung 6 verbunden ist. Im übrigen ist der Schalter 5 ebenso wie der vom Schalter 5 abliegende Anschluß des Motors 1 mit Polklemmen 12 und 13 verbunden, an denen beliebig vertauschbar der nicht geer­ dete Phasenleiter und der Null- oder Mittelpunktsleiter ei­ nes geerdeten Wechselspannungsnetzes angeschlossen werden können.

Symmetrisch zwischen den beiden Polklemmen 12 und 13 liegen in Reihe miteinander zwei hochohmige Widerstände 7 und 8, deren Verbindung 14 mit dem Knotenpunkt 17 über eine Leitung 18 elektrisch mit dem Bohrwerkzeug 4, dem Werkzeughalter 3 oder der Antriebswelle 2 verbunden ist. Das Potential am Knotenpunkt 17 liegt in der Mitte zwischen den differieren­ den Potentialen der Polklemmen 12 und 13, weil die hoch­ ohmigen Widerstände 7 und 8 gleich groß sind und dagegen die weiter in Reihe damit liegenden elektrischen Bauteile hin­ sichtlich ihren Widerstandes vernachlässigbar sind. In die zur Antriebswelle 2 führende Verbindungsleitung 18 ist noch ein weiterer hochohmiger Widerstand 11 eingefügt, der eine zusätzliche Schutzfunktion hat.

Der eine hochohmige Widerstand 7 ist mit der zugehörigen Polklemme 12 über eine Diode 10 und einen Widerstand 9 ver­ bunden. Der Widerstand 9 ist ein Meßwiderstand und gegenüber dem hochohmigen Widerstand 7 vernachlässigbar klein. Zwi­ schen dem Widerstand 9 und dem hochohmigen Widerstand 7 liegt ein Verbindungspunkt 16, der mit einem Steuereingang der Steuerungsvorrichtung 6 verbunden ist. Uber diesen Steu­ ereingang kann die Steuerungsvorrichtung 6 mit einem Sperr­ signal beaufschlagt werden, wonach der Durchgang durch den elektronischen Schalter 5 unterbrochen und damit der Motor 1 stromlos gemacht wird. Die Diode 10 dient lediglich dazu, über den Steuereingang der Steuerungsvorrichtung 6 uner­ wünschte Kurzschlüsse zu vermeiden.

An der Steuerungsvorrichtung 6 ist ferner ein optisches An­ zeigegerät 15 angeschlossen, das im Fehlerfalle dauerhaft anspricht und vor der erneuten Inbetriebnahme des Elektro­ werkzeugs nach einem Fehlerfalle zurückgesetzt werden muß.

Bei fehlerfreiem Betrieb des Elektrowerkzeugs liegt am Kno­ tenpunkt 17 das Mittenpotential zwischen den Polklemmen 12 und 13 an. Entsprechend dem geringen Spannungsabfall über dem Meßwiderstand 9 stellt sich am Verbindungspunkt 16 ein Referenzpotential ein, bei dem der Abschaltmechanismus der Steuervorrichtung 6 nicht in Aktion tritt.

Trifft beim Arbeiten das Bohrwerkzeug 4 auf einen elektrisch leitenden Körper, der Erdpotential oder ein erdnahes Poten­ tial hat, dann tritt am Knotenpunkt 17 und damit auch am Verbindungspunkt 16 eine Potentialverschiebung zum Erdpoten­ tial hin auf, durch die infolge eines Vergleichs mit dem Referenzpotential in der Steuervorrichtung 6 die Sperre für den elektronischen Schalter ausgelöst wird. Das gleiche tritt auch dann ein, wenn mit dem Bohrwerkzeug 4 eine nichtgeerdete Phasenleitung des elektrischen Netzes ange­ bohrt wird, dann findet die Potentialverschiebung lediglich in entgegengesetzter Richtung statt, wodurch in gleicher Weise infolge des Vergleichs mit dem Referenzpotential in der Steuervorrichtung 6 die Sperre für den elektronischen Schalter 5 aktiviert wird.

In gleicher Weise reagiert die Schutzschaltungsanordnung auch dann, wenn einer der beiden hochohmigen Widerstände 7 und 8 defekt ist. Der in die Leitung 18 zur Antriebswelle 2 eingefügte hochohmige Widerstand 11 dient noch zusätzlich zum Schutz der Bedienungsperson bei Berührung des Bohrwerk­ zeugs 4 oder des Werkzeughalters 3, damit dann nur ein unbe­ deutender Ableitstrom über den Körper der Bedienungsperson abgeführt wird. In gleicher Weise können die Widerstände 7 und 8 je für sich so hochohmig ausgelegt werden, daß selbst bei Weglassen des hochohmigen Widerstandes 11 in der Leitung 18 die Bedienungsperson bei Berührung des Werkzeughalters 3 und des Werkzeugs 4 nicht gefährdet ist.

Aus Sicherheitsgründen bringt man zweckmäßig die Widerstände 7, 8 und 11 nicht auf einer Leiterplatte, sondern für den An­ wender unauswechselbar fest im Maschinengehäuse an, indem man sie mittels einer Vergußmasse einkapselt.

Claims (7)

1. Elektrowerkzeug mit einem aus einem geerdeten Netz zu speisenden, zweipolig damit zu verbindenden Motor, der in Reihe mit einem von einer Steuervorrichtung angesteuer­ ten, elektronischen Schalter liegt und der mechanisch mit einem in einem Werkzeughalter eingespannten Werkzeug ver­ bunden ist, wobei der Werkzeughalter oder das Werkzeug elektrisch mit einer Schutzschaltungsanordnung zur Erfas­ sung eines darüber abfließenden Ableitstromes verbunden ist und die Schutzschaltungsanordnung bei Auftreten des Ableitstromes über die Steuervorrichtung den Durchgang durch den Schalter sperrt, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter (3) oder das Werkzeug (4) mit je­ dem der beiden netzseitig anzuschließenden Pole (12, 13) über einen hochohmigen Widerstand (7, 8) verbunden ist und in Reihe mit einem dieser beiden Widerstände (7, 8) ein Meßwiderstand (9) liegt, an dem ein auf die Steuer­ vorrichtung (6) aufgeschaltetes Potential abgegriffen wird, die bei einer am Meßwiderstand (9) auftretenden Potentialverschiebung das Sperrsignal für den Schalter (5) an die Steuervorrichtung (6) gibt.

2. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (7, 8) gleich groß sind und relativ dazu der Meßwiderstand (9) in Bezug auf eine Schaltungs­ symmetrie vernachlässigbar klein ist.

3. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischem dem Werkzeughalter (3) oder dem Werkzeug (4) und der Verbindung (14) zwischen den hochohmigen Wider­ ständen (7, 8) ein weiterer hochohmiger Widerstand (11) angeordnet ist.

4. Elektrowerkezeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (7, 8 und/oder 11) im Gehäuse des Werkzeugs fest integriert sind.

5. Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltungsanordnung eine nach einem Fehler­ fall ansprechende Anzeigevorrichtung (15) aufweist.

6. Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltungsanordnung abschaltbar ist.

7. Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechempfindlichkeit der Schutzschaltungsan­ ordnung einstellbar ist.