EP4676685A1 - Steuerungseinheit für eine antriebseinheit einer hand-werkzeugmaschine, antriebseinheit, hand-werkzeugmaschine und verfahren zum betrieb einer hand-werkzeugmaschine - Google Patents

Steuerungseinheit für eine antriebseinheit einer hand-werkzeugmaschine, antriebseinheit, hand-werkzeugmaschine und verfahren zum betrieb einer hand-werkzeugmaschine

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Publication number
EP4676685A1
EP4676685A1 EP24710691.7A EP24710691A EP4676685A1 EP 4676685 A1 EP4676685 A1 EP 4676685A1 EP 24710691 A EP24710691 A EP 24710691A EP 4676685 A1 EP4676685 A1 EP 4676685A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage value
target speed
hand
actual
machine tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24710691.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Hofmann
Patrick Schön
Fabian Grass
Melanie Munz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Festool GmbH
Original Assignee
Festool GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Festool GmbH filed Critical Festool GmbH
Publication of EP4676685A1 publication Critical patent/EP4676685A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for

Definitions

  • Control unit for a drive unit of a hand-held machine tool drive unit, hand-held machine tool and method for operating a hand-held machine tool
  • the invention is directed to a control unit for a drive unit of a hand-held machine tool, which has a speed control device.
  • the speed control device comprises an actual speed input interface for obtaining an actual speed of the hand-held machine tool, a target speed input interface for obtaining a target speed of the hand-held machine tool, and an output interface for outputting a target operating parameter for the hand-held machine tool to be controlled.
  • the invention also relates to a drive unit for a hand-held machine tool, with such a control unit.
  • the invention is directed to a hand-held machine tool with such a drive unit.
  • the invention also relates to a method for operating a hand-held machine tool.
  • Hand-held machine tools in which the speed can be regulated using a speed control device are known from the state of the art. Hand-held machine tools are often supplied with electrical energy using a battery or accumulator.
  • the energy that can be provided by the battery or accumulator is finite.
  • a long battery life or Battery life is advantageous. This means that the user has to worry about charging or replacing the battery or accumulator comparatively rarely.
  • the battery life or accumulator life depends heavily on the type and intensity of use of the hand-held power tool. The user must therefore generally pay attention to the charge level of the battery or accumulator themselves. In particular, in situations where there is no or only a limited option for charging or changing the battery, the user must keep an eye on the charge level.
  • the task is solved by means of a control unit for a drive unit of a hand-held machine tool.
  • the control unit comprises a speed control device.
  • the speed control device has an actual speed input interface for receiving an actual speed of the hand-held machine tool, a target speed input interface for receiving a target speed of the hand-held machine tool, and an output interface for outputting a target operating parameter for the hand-held machine tool to be controlled.
  • the control unit comprises a target speed specification device for specifying a variable target speed for the hand-held machine tool at the target speed input interface.
  • the target speed specification device comprises an actual voltage input interface for receiving an actual voltage value of an electrical energy storage unit for the hand-held machine tool and a limit voltage input interface for receiving a limit voltage value.
  • the target speed The specification device is coupled in terms of signal technology to the target speed input interface of the speed control device. Furthermore, the target speed specification device is designed to provide the variable target speed at the target speed input interface based on the actual voltage value and the limit voltage value.
  • the speed control device is designed to provide the target operating parameter depending on the actual speed and the target speed in such a way that the actual speed adjusts to the target speed.
  • the target operating parameter is in particular a target current or a target voltage by means of which the drive unit of the hand-held machine tool, in particular a drive motor unit of the hand-held machine tool, is controlled.
  • the drive motor unit is a drive motor.
  • the actual speed can be provided by means of a speed detection unit.
  • the speed detection unit can comprise a speed sensor.
  • the speed detection unit comprises a field model, so that the actual speed can be provided without using a speed sensor.
  • the actual speed refers to a speed of a tool or a tool holder of the hand-held machine tool.
  • the target speed is not specified directly by the user, but is determined and provided as a variable target speed by the target speed setting device. This is done depending on the actual voltage value and the limit voltage value.
  • the target speed, or more precisely the variable target speed, which is determined and provided by the target speed setting device, is therefore not necessarily identical to a speed specified by a user.
  • the actual voltage value at least indirectly describes a state of charge of the electrical energy storage unit.
  • the limit voltage value is fixed.
  • the target speed is specified depending on the state of charge of the electrical energy storage unit.
  • the target speed can be reduced if a comparatively low state of charge of the electrical energy storage unit is determined using the actual voltage value. This means that the power drawn from the electrical energy storage unit is also reduced.
  • a current provided by the electrical energy storage unit decreases.
  • a voltage drop across an electrical internal resistance of the energy storage unit decreases.
  • the voltage drop across the internal resistance of the energy storage unit i.e. across the energy storage unit, decreases. This means that an existing electrical energy storage unit can be used for longer.
  • the hand-held power tool is switched off as soon as the actual voltage value falls below a predetermined threshold value, such a switch-off occurs accordingly later.
  • the accumulator or battery life therefore increases. No action by the user is required.
  • the present invention therefore relates to the specification of a variable target speed for the hand-held machine tool at the target speed input interface of the
  • the target speed is variable means that the target speed can assume different values at different times. In particular, the variable target speed is always changed continuously, i.e. without any significant jumps in the target speed that are noticeable to the user.
  • the target speed can therefore be variably specified by the target speed setting device depending on the charge level of the electrical energy storage unit, i.e. the specified variable target speed changes, in particular continuously, with the charge level of the electrical energy storage unit.
  • the specified variable target speed can be continuously reduced if a comparatively low charge level of the electrical energy storage unit is determined using the actual voltage value.
  • the hand-held machine tool is switched off when a switch-off criterion is met.
  • a switch-off criterion relates, for example, to a speed threshold, which can be specified as a proportion, e.g. in percent, of a maximum speed.
  • the hand-held machine tool is switched off. The machine tool is therefore switched off as soon as an actual speed and/or the variable target speed falls below the speed threshold.
  • the switch-off criterion relates to a voltage threshold that describes a minimum permissible actual voltage of the energy storage unit.
  • the hand-held machine tool is therefore switched off as soon as the actual voltage of the energy storage unit falls below the voltage threshold.
  • the switch-off criterion relates to a time threshold that specifies a maximum permissible period of time during which the hand-held machine tool may be operated at a target speed that is reduced compared to an input speed. In this example, the hand-held machine tool is therefore switched off as soon as this permissible period of time has been exhausted.
  • the variable target speed can be continuously reduced until the respective switch-off criterion is met. The hand-held machine tool is then switched off.
  • the control unit according to the invention can be installed so firmly within the hand-held power tool that it is not removed when replacing a rechargeable battery or a battery. This has the advantage that the control unit according to the invention interacts with every rechargeable battery or battery that is coupled to the hand-held power tool.
  • the control unit according to the invention can be designed as a component of a rechargeable battery assembly or a battery assembly. In this variant, the control unit can be decoupled from the rest of the hand-held power tool and replaced together with the associated rechargeable battery or the associated battery.
  • the target speed specification device comprises an input speed input interface for receiving an input speed.
  • the target speed specification device is designed to provide the variable target speed based on the actual voltage value, the limit voltage value and the input speed.
  • the input speed is the speed that is requested by a user of the hand-held machine tool. This is done, for example, by the The user activates a corresponding switch on the hand-held power tool.
  • the input speed can also be referred to as the maximum target speed. The user therefore specifies a maximum target speed.
  • the user can operate the hand-held power tool in the usual way by specifying the input speed and in this context specifically select a speed level.
  • the target speed specification device can be designed to determine a variable target speed that differs from an input speed by a value that is proportional to a difference between the actual voltage value and the limit voltage value.
  • the variable target speed is reduced by this value compared to the input speed. In this way, a target speed can be determined easily and reliably that takes into account both the actual voltage value and the input speed specified by the user.
  • the target speed specification device can alternatively or additionally be designed to determine a correction factor based on the actual voltage value and the limit voltage value and to determine the variable target speed based on the correction factor and the input speed.
  • the input speed is multiplied by the correction factor in particular to determine the target speed.
  • a target speed can be determined easily and reliably that takes into account both the actual voltage value and the input speed specified by the user.
  • the calculations required to determine the correction factor can be carried out automatically in a simple manner.
  • the correction factor is limited to values from 0 to 1.
  • the input speed specified by the user is therefore maintained or reduced. As already explained, this leads to an increase in battery life or accumulator life.
  • the control unit behaves predictably from the user's perspective.
  • the calculation of such a correction factor can be implemented simply and efficiently.
  • the target speed setting device can also be designed to determine the correction factor depending on a difference between the actual voltage value and the limit voltage value. The actual voltage value is therefore compared with the specified limit voltage value. It is possible that the difference is a standardized difference. As part of the standardization, the determined difference is divided by a standardization reference. For example, the difference can be standardized with the specified limit voltage value. It is of course also possible to use a separate voltage value as a standardization reference. In this way, the charge level of the accumulator or battery described by the actual voltage value can be easily and reliably taken into account when determining the target speed.
  • the correction factor can be variable. This means that the correction factor can take on different values at different times. In particular, the correction factor is always changed continuously, i.e. without correction factor jumps. In a case in which the correction factor is limited to values from 0 to 1, the correction factor can therefore be continuously adjusted between these values. In this way, a variable target speed can be specified easily and reliably.
  • the correction factor is set to the value 1 if the actual voltage value is greater than the limit voltage value by at least one predetermined difference value.
  • the charge level of the battery or accumulator is sufficiently high as long as the actual voltage value is greater than the limit voltage value by at least the predetermined difference value. No measures are therefore required to extend the battery life or the accumulator life. If the correction value has the value 1, the target speed corresponds to the input speed. There is therefore no reduction in the input speed.
  • the target speed setting device can determine the correction factor in such a way that the actual voltage value of the energy storage unit is kept at the limit voltage value.
  • the target speed setting device is thus designed to determine the target speed by means of the Correction factor to determine such that the actual voltage value of the energy storage unit is kept at the limit voltage value. This can be done as part of a control system in which the correction factor is used as a control variable.
  • the correction factor is used as a control variable.
  • the target speed is reduced using the correction factor so that the actual voltage value is kept at the limit voltage value.
  • the actual voltage value is therefore regulated to the limit voltage value. This results in a particularly long battery or accumulator running time.
  • the control unit can also include an activation interface for selectively activating and deactivating the target speed setting device.
  • the target speed setting device can thus be activated or deactivated by a user as required. If the target speed setting device is deactivated, it has no influence on the target speed. In other words, the correction factor is 1.
  • the activation interface can be coupled to a user interface on the hand-held machine tool so that the user can operate the user interface to selectively activate and deactivate it.
  • the activation interface with a user's mobile electronic device, such as a smartphone, smart watch or tablet.
  • the user can then activate or deactivate the target speed setting device via the mobile electronic device.
  • control unit includes a shutdown device for switching off the hand-held power tool when the actual voltage value and a nominal voltage value of the energy storage unit fall below a predetermined or predeterminable ratio.
  • a shutdown device for switching off the hand-held power tool when the actual voltage value and a nominal voltage value of the energy storage unit fall below a predetermined or predeterminable ratio.
  • the predetermined or a predeterminable ratio is, for example, between two thirds and three quarters of the nominal voltage.
  • a shutdown takes place when the actual voltage value falls below 70% of the nominal voltage value.
  • the target operating parameter can be a current value.
  • the drive unit in particular the drive motor unit, is therefore controlled via a current value.
  • the drive unit comprises a DC motor.
  • the DC motor can be designed as a brushless DC motor. Since such DC motors are electronically commutated, they are also referred to as electronically commutated motors or EC motors.
  • the target speed specification device comprises an actual torque input interface for obtaining an actual torque value of the hand-held machine tool.
  • the target speed specification device is designed to set the variable target speed in such a way that the torque remains constant or is kept in a range above a predetermined minimum torque.
  • the minimum torque can be specified by the user and selected depending on a machining task to be carried out. Alternatively, the minimum torque is fixed.
  • the actual torque value can be provided, for example, by a torque detection unit.
  • the torque detection unit can comprise a torque sensor.
  • the torque detection unit can comprise a motor model that describes the drive motor and be designed to calculate and provide the actual torque value using a characteristic value describing a motor current and the motor model.
  • a speed of the hand-held machine tool can be reduced by means of the target speed specification device, but the torque can be kept constant or can be kept or increased in a range above a predetermined minimum torque.
  • the power consumption of the hand-held machine tool is reduced and thus the battery life or accumulator life is increased, while at the same time the use of the hand-held machine
  • the machine tool is only relatively slightly restricted. The extension of the battery life or accumulator life achieved by reducing the target speed can therefore be used to complete machining tasks using the hand-held machine tool.
  • the target speed specification device also includes an actual torque input interface for obtaining an actual torque value of the hand-held power tool.
  • the target speed specification device is now designed to set the variable target speed in such a way that the torque increases.
  • the actual torque value can be provided by a torque detection unit, for example.
  • the torque detection unit can comprise a torque sensor.
  • the torque detection unit can comprise a motor model that describes the drive motor and be designed to calculate and provide the actual torque value using a characteristic value describing a motor current and the motor model.
  • the target speed specification device can therefore be used to reduce the speed of the hand-held power tool to such an extent that the torque can increase with an overall reduction in mechanical power.
  • the speed of the hand-held power tool is further reduced.
  • a battery life or accumulator life is increased, but at the same time the use of the hand-held power tool is only restricted to a comparatively small extent.
  • the extension of the battery life or accumulator life achieved by reducing the target speed can thus be used to complete machining tasks using the hand-held machine tool.
  • control unit comprises a wireless interface for exchanging at least one parameter wirelessly transmitted from a user's terminal and/or wirelessly transmitted to a user's terminal, selected from a group of parameters consisting of: - Receiving activation or deactivation of the target speed
  • the user is thus informed about one or more of these parameters. This can serve as a basis for planning his work with the hand-held machine tool.
  • the behavior of the hand-held machine tool is understandable for the user through these parameters.
  • the hand-held machine tool therefore does not behave in a surprising way from the user's perspective.
  • a drive unit for a hand-held machine tool which has a control unit according to the invention, an interface for an electrical energy storage unit and a drive motor unit.
  • the control unit is coupled to the interface for the energy storage unit in terms of signals in such a way that an actual voltage value of the energy storage unit can be provided at the actual voltage input interface.
  • the control unit is coupled to the drive motor unit in terms of signals in such a way that the target operating parameter can be provided at the drive motor unit.
  • the drive motor unit is a drive motor.
  • the target speed is not specified directly by the user, but is determined and provided as a variable target speed by the target speed specification device.
  • the target speed is specified depending on the charge state of the electrical energy storage unit.
  • the target speed can be reduced if a comparatively low charge level of the electrical energy storage unit is determined by means of the actual voltage value. This means that the power drawn from the electrical energy storage unit is also reduced.
  • a The current provided by the electrical energy storage unit decreases in this context.
  • a voltage drop across an electrical internal resistance of the energy storage unit decreases.
  • the voltage drop across the internal resistance of the energy storage unit i.e. across the energy storage unit, decreases. This means that an existing electrical energy storage unit can be used for longer.
  • the hand-held power tool is switched off as soon as the actual voltage value falls below a predetermined threshold value, such a switch-off occurs accordingly later.
  • the accumulator running time or battery running time therefore increases.
  • the interface for the electrical energy storage unit can be designed in such a way that the electrical energy storage unit can be easily replaced by a user.
  • the object is achieved by a hand-held machine tool with a drive unit according to the invention and a tool or a tool holder.
  • the drive unit is coupled to the tool or the tool holder.
  • the target speed can therefore be reduced if a comparatively low charge level of the electrical energy storage unit is determined by means of the actual voltage value. This means that an existing electrical energy storage unit can be used for longer.
  • the hand-held machine tool is switched off as soon as the actual voltage value falls below a predetermined threshold value, such a switch-off occurs accordingly later.
  • the accumulator running time or battery running time therefore increases.
  • the object is achieved by a method for operating a hand-held machine tool.
  • the hand-held machine tool comprises an electric drive motor unit and an electrical energy storage unit for supplying the drive motor unit with electrical energy.
  • the method comprises the following steps: - Recording an actual voltage value of the energy storage unit,
  • the actual voltage value describes at least indirectly a state of charge of the electrical energy storage unit.
  • the limit voltage value is fixed.
  • the target speed is specified depending on the state of charge of the electrical energy storage unit.
  • the target speed can be reduced if a comparatively low state of charge of the electrical energy storage unit is determined using the actual voltage value. This means that the power drawn from the electrical energy storage unit is also reduced.
  • a current provided by the electrical energy storage unit decreases in this context.
  • a voltage drop across an internal electrical resistance of the energy storage unit decreases.
  • the voltage drop across the internal resistance of the energy storage unit i.e. across the energy storage unit, decreases. This means that an existing electrical energy storage unit can be used for longer.
  • the hand-held power tool is switched off as soon as the actual voltage value falls below a predetermined threshold value, such a switch-off occurs correspondingly later.
  • the accumulator running time or battery running time therefore increases. No action by the user is required.
  • the method according to the invention can therefore also be referred to as power saving mode.
  • the power saving mode can be permanently activated.
  • the power saving mode ie the application of the method according to the invention, can be optionally activated or deactivated by a user.
  • the method also includes obtaining an input speed for the hand-held power tool and determining the target speed based on the actual voltage value, the limit voltage value, and the input speed.
  • the input speed is the speed requested by a user of the hand-held power tool. This is done, for example, by the user operating a corresponding switch on the hand-held power tool.
  • the input speed can also be referred to as the maximum target speed.
  • the user therefore specifies a maximum target speed.
  • the user can operate the hand-held power tool in the usual way by specifying the input speed and, in this context, specifically select a speed level.
  • the method can include determining a correction factor depending on the actual voltage value and the limit voltage value and determining the variable target speed based on the correction factor and the input speed.
  • the input speed is multiplied by the correction factor in particular to determine the target speed.
  • a target speed can be determined easily and reliably that takes into account both the actual voltage value and the input speed specified by the user.
  • the calculations required to determine the correction factor can be carried out automatically in a simple manner.
  • the correction factor can be limited to values from 0 to 1. This means that the input speed specified by the user is reduced if necessary. As already explained, this leads to an increase in battery life or accumulator life. At the same time, the control unit behaves predictably from the user's point of view. In addition, the calculation of such a correction factor can be implemented simply and efficiently.
  • the method can also include determining the correction factor depending on a difference between the actual voltage value and the limit voltage value.
  • the actual voltage value is compared with the specified limit voltage value. It is possible that the difference is a standardized difference. As part of the standardization, the determined Difference divided by a standardization reference. For example, the difference can be standardized with the specified limit voltage value. Of course, it is also possible to use a separate voltage value as a standardization reference. In this way, the charge level of the accumulator or battery described by the actual voltage value can be easily and reliably taken into account when determining the target speed.
  • the method can also include setting the correction factor to the value 1 if the actual voltage value is greater than the limit voltage value by at least a predetermined difference value.
  • a predetermined difference value it is assumed that the charge level of the battery or accumulator is sufficiently high as long as the actual voltage value is greater than the limit voltage value by at least the predetermined difference value. No measures are therefore required to extend the battery life or the accumulator life. If the correction value has the value 1, the target speed corresponds to the input speed. There is therefore no reduction in the input speed.
  • the method includes determining the correction factor such that the actual voltage of the energy storage unit is kept at the limit voltage value.
  • the target speed specification device is therefore designed to determine the target speed using the correction factor such that the actual voltage value of the energy storage unit is kept at the limit voltage value. This can be done as part of a control in which the correction factor is used as a manipulated variable.
  • the target speed is reduced using the correction factor to such an extent that the actual voltage value is kept at the limit voltage value.
  • the actual voltage value is therefore regulated to the limit voltage value. This results in a particularly long battery or accumulator running time.
  • the method can be started as soon as the actual voltage value of the energy storage unit falls below an activation threshold.
  • the activation threshold is preferably below the nominal voltage of the energy storage unit and above a shutdown threshold.
  • the method according to the invention is therefore started when the electrical energy storage unit is discharged to a predetermined extent that corresponds to the activation threshold.
  • the method according to the invention is therefore only carried out in situations in which the electrical energy storage unit is already so discharged that it makes sense to extend the battery life or accumulator life using the method according to the invention.
  • Figure 1 shows a hand-held machine tool according to the invention with a drive unit according to the invention, which comprises a control unit according to the invention, by means of which a method according to the invention can be carried out,
  • FIG. 2 shows the control unit according to the invention in a detailed view
  • FIGS. 3 to 6 are diagrams to explain various alternatives of the method according to the invention.
  • Figure 7 an optional additional target speed setting device for the hand
  • Figure 8 is a diagram explaining the further target speed
  • Figure 1 shows a hand-held power tool 10, which in the example shown is designed as a so-called cordless screwdriver.
  • the hand-held power tool 10 has an angled housing 12.
  • a first end region 14 of the housing 10 is designed as a handle which can be grasped by a user of the hand-held power tool 10.
  • a tool holder 16 is rotatably mounted in the housing 12.
  • a tool 18 is accommodated in the tool holder 16.
  • the tool 18 is a drill.
  • the hand-held machine tool 10 has a drive unit 20.
  • the drive unit 20 comprises a drive motor unit 22, a control unit 24 and an interface 26 for an electrical energy storage unit.
  • the drive motor unit 22 comprises a drive motor 28, which in this case is designed as an electric direct current machine.
  • An output shaft 30 of the drive motor 28 is coupled in a torque-conducting manner to the tool holder 16 and thus, via the tool holder 16, to the tool 18.
  • the drive unit 20 is thus coupled in terms of drive to the tool holder 16. After the tool 18 is received in the tool holder 16, the drive unit 20 is also coupled in terms of drive to the tool 18.
  • the control unit 24 is signal-coupled to the drive motor unit 22, i.e. to the drive motor 28. As will be explained later, a target operating parameter can be provided to the drive motor unit 22 by the control unit 24 via this signal-coupled connection.
  • the hand-held power tool 10 further comprises an electrical energy storage unit 32, which is arranged inside the housing 12 in such a way that it can be optionally removed by a user.
  • the electrical energy storage unit 32 is arranged in the first end region 14.
  • the electrical energy storage unit 32 is coupled to the interface 26.
  • control unit 24 Details of the control unit 24 are shown in Figure 2.
  • the control unit 24 comprises a target speed setting device 34.
  • the target speed setting device 34 has an actual voltage input interface 36 for obtaining an actual voltage value USE of the electrical energy storage unit 32.
  • the actual voltage input interface 36 is a component of the interface 26 for the electrical energy storage unit.
  • the target speed setting device 34 has a limit voltage input interface 38 for receiving a limit voltage value UG.
  • the limit voltage input interface 38 can be coupled to a storage unit on which the limit voltage value UG is stored.
  • the nominal voltage of the electrical energy storage unit 32 is 18 volts.
  • the limit voltage value UG is 15 volts.
  • the target speed setting device 34 comprises an input speed interface 40 for receiving an input speed NE.
  • an actuation switch 42 of the hand-held machine tool 10 is signal-coupled to the input speed input interface 40.
  • a user can operate the hand-held power tool 10 in the usual way using the operating switch 42.
  • the control unit 24 is designed to provide a variable target speed Ns based on the actual voltage value USE, the limit voltage value UG and the input speed NE.
  • a difference D between the actual voltage value USE and the limit voltage value UG is first determined.
  • the target speed Ns corresponds to the input speed NE.
  • a target speed Ns is determined that deviates from the input speed NE.
  • the specified difference value is 0 volts.
  • the limit voltage value UG is, as already mentioned, 15 volts. So as long as the actual voltage value USE is more than 15 volts, the target speed Ns corresponds to the input speed NE.
  • a correction factor K between 0 and 1 is determined and the target speed Ns is determined by multiplying the input speed NE by the correction factor K.
  • the correction factor is 1 as long as the actual voltage value USE is above 15 volts.
  • the correction factor K can be defined in such a way that it is zero at an actual voltage value of 14 volts. Between these two points, the correction factor K can be proportional to the actual voltage value USE.
  • the correction factor K can, for example, be in the form of a look-up table on the Control unit 24. More precisely, the lookup table can be stored on a voltage regulator 43.
  • the correction factor K depends on the difference D.
  • the correction factor K can be linear.
  • the correction factor K can be understood as a control variable.
  • the correction factor K is determined by means of the voltage regulator 43 in such a way that the actual voltage value USE corresponds to the limit voltage value UG.
  • the difference D should therefore be 0.
  • the actual voltage value USE is regulated to the limit voltage value UG.
  • a target speed Ns is determined based on the actual voltage value USE, the limit voltage value UG and the input speed NE. This represents an output variable of the target speed setting device 34.
  • the control unit 24 further comprises a speed control device 44.
  • the speed control device 44 comprises an actual speed input interface 46 for obtaining an actual speed Ni of the hand-held machine tool 10.
  • the actual speed Ni corresponds to a speed of the tool 18.
  • This actual speed Ni is provided by means of a speed detection unit 48.
  • the speed detection unit 48 can comprise a speed sensor.
  • the speed detection unit 48 comprises a field model, so that the actual speed Ni can be provided without using a speed sensor.
  • the speed control device 44 comprises a target speed input interface 50.
  • the target speed setting device 34 and the speed control device 44 are signal-technically coupled via the target speed input interface 50, so that the target speed Ns can be provided by means of the target speed setting device 34 at the target speed input interface 50.
  • the speed control device 44 also comprises an output interface 52 for outputting a target operating parameter Ps for the hand-held machine tool 10 to be controlled, more precisely for the drive motor 28.
  • the target operating parameter Ps is a current parameter, i.e. a target current.
  • the speed control device 44 is designed to provide the target operating parameter Ps at the output interface 52 in such a way that the actual speed Ni is adjusted to the target speed Ns. This takes place in a controlled manner.
  • the speed control device 44 therefore comprises a speed controller 54. This can be designed as a so-called PI controller.
  • control unit 24 comprises an operating parameter control unit 56.
  • the operating parameter control unit 56 has a target parameter input interface 58 and an actual parameter input interface 60.
  • operating parameters are current parameters.
  • the target parameter input interface 58 is signal-wise connected to the output interface 52 of the speed control device 44.
  • the actual parameter input interface 60 is connected to a current sensor 62.
  • the current sensor 62 measures a current, i.e. an actual operating parameter Pi, with which the drive motor 28 is controlled.
  • the drive motor 28 is a direct current machine. This is controlled with a pulse width modulated signal. Based on a difference between the target operating parameter Ps, which is provided at the target parameter input interface 58, and the actual operating parameter Pi measured by means of the current sensor 62, a duty cycle for controlling the drive motor 28 can thus be set by means of a current controller 64 in such a way that the actual operating parameter Pi is brought closer to the target operating parameter Ps.
  • the target speed setting device 34 also includes an actual torque input interface 66.
  • the actual torque input interface 66 is signal-coupled to a torque detection unit 68, which determines a torque applied to the tool 18.
  • the torque detection unit 68 can comprise a torque sensor.
  • the torque detection unit 68 can comprise a motor model that describes the drive motor 28 and can be designed to calculate and provide the actual torque value using a characteristic value describing a motor current and the motor model.
  • the target speed setting device 34 can be designed to set the variable target speed Ns such that the torque remains constant or is kept in a range above a predetermined minimum torque.
  • the target speed Ns is only reduced to such an extent that the torque remains constant or is kept in a range above a specified minimum torque.
  • the control unit 24 also comprises an activation interface 70, via which the target speed setting device 34 can be selectively activated or deactivated.
  • the activation interface 70 is coupled to an activation switch 72, which can be selectively actuated by a user of the hand-held power tool 10.
  • the control unit 24 also has a switch-off device 74.
  • the switch-off device 74 is coupled to the actual voltage input interface 36. Furthermore, a switch-off voltage is stored on the switch-off device 74. The hand-held machine tool 10 can thus be switched off by means of the switch-off device 74 as soon as the actual voltage USE falls below the switch-off voltage.
  • a predetermined ratio between the actual voltage value USE and a nominal voltage value of the energy storage unit 32 can be stored on the shutdown device 74 and the hand-held power tool 10 can be switched off as soon as this ratio is exceeded.
  • control unit 24 has a wireless interface 76.
  • the wireless interface 76 is designed to wirelessly transmit parameters to a user's terminal device and to receive parameters from the terminal device.
  • the actual voltage value USE of the energy storage unit 32 and/or a nominal voltage value of the energy storage unit 32 can be provided by means of the wireless interface 76, i.e. sent to the user's terminal device.
  • a signal for activating or deactivating the target speed setting device 34 can also be received via the wireless interface 76. Furthermore, it is possible to receive a minimum voltage value or a ratio between the actual voltage value USE and the nominal voltage value of the energy storage unit 32 via the wireless interface 76.
  • the hand-held machine tool 10 can be operated by means of a method for operating a hand-held machine tool 10. This is explained below with reference to Figure 3.
  • the actual voltage value USE of the energy storage unit 32 is first recorded.
  • the limit voltage value UG is predetermined.
  • the target speed Ns is determined based on the actual voltage value USE, the limit voltage value UG and the input speed NE.
  • the hand-held machine tool 10 is operated using this target speed Ns.
  • a correction factor K is determined by which the input speed NE is multiplied.
  • the procedure is only started when the actual voltage value USE falls below an activation threshold.
  • Figure 3 plots the target speed Ns, the associated actual torque M, the actual operating parameter Pi, in this case an actual current, and the actual voltage value USE of the electrical energy storage unit over an operating time t.
  • the limit voltage value UG is also shown as a horizontal dashed line.
  • the procedure is started at the operating time, which is designated as tstan.
  • the actual voltage value USE reaches an activation threshold, which in this case is 16.5 Volt, and is therefore below the nominal voltage of the energy storage unit 32, which in this case is 18 Volt.
  • the correction factor K is 1 as long as the actual voltage value USE is greater than 15 volts, i.e. greater than the limit voltage value UG.
  • the actual voltage value USE reaches 15 volts at the time designated t re d. At this time, the actual voltage value USE therefore corresponds to the limit voltage value UG.
  • the actual torque can be kept constant on the basis of a measured value generated by the torque sensor, e.g. by means of a torque control.
  • the actual torque can be determined based on the actual speed Ni and on the actual operating parameter Pi, which in this case is an actual current.
  • a motor model is used that describes the drive motor 28. This makes it possible to exploit the fact that the actual voltage value USE corresponds to the limit voltage value UG and is therefore known and constant. An electrical power can thus be determined based on the product of the actual operating parameter Pi and the limit voltage value UG. Based on this, it is assumed that the electrical power decreases proportionally to the mechanical power provided at the actual speed Ni. The actual torque can thus be calculated.
  • the hand-held machine tool 10 is only switched off when the speed falls below a predetermined minimum. This is the case at time tAb.
  • the procedure is started again at the operating time designated by tstan.
  • the correction factor K is 1 as long as the actual voltage value USE is greater than 15 volts, ie greater than the limit voltage value UG.
  • the actual voltage value USE reaches 15 volts again at the time designated t re d. At this time, the actual voltage value USE therefore corresponds to the limit voltage value UG.
  • the target speed Ns is reduced based on the input speed NE using the correction factor K.
  • the target speed Ns is now reduced to a lesser extent.
  • the target speed Ns from the example in Figure 3 is entered in Figure 4 with a wide dashed line.
  • the target operating parameter Ps and the actual operating parameter Pi are also reduced.
  • the current drawn from the electrical energy storage unit 32 therefore decreases over the remaining operating time t.
  • the actual torque is also reduced. This can, for example, result from the currently executed machining task for which the hand-held machine tool 10 is used.
  • a lower mechanical power is provided by the hand-held machine tool 10. This results in an extended battery running time compared to the example in Figure 3.
  • the hand-held machine tool 10 is only switched off when the speed falls below a predetermined minimum. This is the case at time tAb, which is now reached later than in the example in Figure 3.
  • the procedure is started again at the operating time designated by tstan.
  • the correction factor K is 1 as long as the actual voltage value USE is greater than 15 volts, ie greater than the limit voltage value UG.
  • the actual voltage value USE reaches 15 volts again at the time designated t re d. At this time, the actual voltage value USE therefore corresponds to the limit voltage value UG.
  • the target operating parameter Ps and the actual operating parameter Pi are also reduced.
  • the current drawn from the electrical energy storage unit 32 therefore decreases over the remaining operating time t.
  • the hand-held machine tool 10 is only switched off when the speed falls below a predetermined minimum. This is the case at time tAb, which is now reached earlier than in the example from Figure 3 and in the example from Figure 4.
  • the procedure is started again at the operating time designated by tstan.
  • the method now includes a warning for the user that the target speed Ns will soon be reduced.
  • the warning is triggered as soon as the actual voltage value USE reaches a voltage warning value Ui, which in this case is 15.5 volts.
  • a voltage warning value Ui which in this case is 15.5 volts.
  • the voltage warning value Ui is reached at the warning time ti.
  • the warning consists in the fact that the target speed Ns is reduced abruptly, for example by 15%.
  • the amount of the abrupt reduction is selected such that, on the one hand, it can be easily noticed by a user of the hand-held machine tool 10, but on the other hand, it only interferes insignificantly with a machining task currently being carried out.
  • the target operating parameter Ps and the actual operating parameter Pi are also reduced.
  • the current drawn from the electrical energy storage unit 32 therefore falls This leads to a voltage drop across an internal resistance of the energy storage unit 32 being reduced, so that the actual voltage value USE increases briefly in this context.
  • the correction factor K is 1 as long as the actual voltage value USE is greater than 15 volts, i.e. greater than the limit voltage value UG.
  • the target speed Ns is again reduced from the input speed NE by means of the correction factor K, as described, for example, in connection with Figure 3.
  • FIG. 7 An optional further target speed setting device 78 for the hand-held machine tool 10, more precisely for the control unit 24, is shown in Figure 7. It is emphasized that the further target speed setting device 78 is optional. In order to distinguish the target speed setting device 78 from the target speed setting device 34, the target speed setting device 78 is referred to as a "further" target speed setting device 78.
  • the additional target speed setting device 78 can be used as an alternative to the target speed setting device 34. It is also possible to use the additional target speed setting device 78 and the target speed setting device 34 in combination. In this case, a target speed Ns determined by means of the additional target speed setting device 78 and a target speed Ns determined by means of the target speed setting device 34 are compared and the smaller of these target speeds Ns is always used as the input variable at the target speed input interface 50.
  • the additional target speed setting device 78 serves to allow the user of the hand-held machine tool 10 to work with a comparatively high torque, without exceeding a predetermined limit current value IG of the electrical energy storage unit 32.
  • the additional target speed setting device 78 serves to provide a comparatively high torque by means of the drive motor 28 on the output shaft 30 and thus on the tool holder 16 and on the tool 18. In this case, the predetermined limit current value IG of the electrical energy storage unit 32 is not exceeded.
  • a limit current value IG is usually specified for an electrical energy storage unit 32, which must not be exceeded during operation of the electrical energy storage unit 32 in order to avoid damage and/or functional impairment of the electrical energy storage unit 32.
  • the limit current value IG can therefore also be referred to as the maximum current.
  • the further target speed setting device 78 has an actual current input interface 80 for receiving an actual current ISE of the electrical energy storage unit 32.
  • the actual current ISE is the current that is provided by the electrical energy storage unit 32 at a given time, i.e. is taken from the electrical energy storage unit 32.
  • the actual current input interface 80 can be a component of the interface 26 for the electrical energy storage unit.
  • the further target speed setting device 78 has a limit current input interface 82 for receiving the limit current value IG.
  • the limit current input interface 82 can be coupled to a storage unit on which the limit current value IG is stored.
  • the limit current value IG is 50 amperes.
  • the further target speed setting device 78 comprises an input speed input interface 84 for receiving the input speed NE.
  • an actuation switch 42 of the hand-held machine tool 10 is signal-coupled to the input speed input interface 84.
  • a user can operate the hand-held power tool 10 in the usual way via the operating switch 42.
  • the further target speed setting device 78 is designed to provide a variable target speed Ns based on the actual current value ISE, the limit current value IG and the input speed NE.
  • the target speed Ns corresponds to the input speed NE.
  • a target speed Ns is determined that deviates from the input speed NE.
  • the specified difference value is 1 ampere.
  • the target speed Ns corresponds to the input speed NE.
  • the target speed Ns is reduced, ie regulated down, so that the actual current value ISE does not exceed the limit current value IG.
  • the actual current value ISE is regulated to the limit current value IG. It is understood that in the course of such a regulation, theoretical but practically irrelevant exceedances of the limit current value IG can occur. However, these are so minor that in this case we are still talking about a regulation of the limit current value IG and a prevention of the exceedance of the limit current value IG.
  • a correction factor K' between 0 and 1 can be determined.
  • the target speed Ns is then determined by multiplying the input speed NE by the correction factor K'.
  • the correction factor K' is therefore 1 as long as the actual current value ISE is below the limit current value IG by the specified difference value or more.
  • the correction factor K' is correspondingly smaller than 1.
  • the correction factor K' must be determined in such a way that, based on the target speed Ns determined using the correction factor K', an actual current value ISE results that corresponds to or is lower than the limit current value IG.
  • the correction factor K' can be a function of the actual current value ISE or the difference between the limit current value IG and the actual current value ISE.
  • the correction factor K' is proportional to the actual current value ISE or proportional to the difference between the limit current value IG and the actual current value ISE.
  • the correction factor K' can be determined using a look-up table.
  • the look-up table can be stored on the control unit 24 or the further target speed setting device 78. More precisely, the look-up table can be stored on a current controller.
  • the correction factor K' can be understood as a control variable.
  • the current controller is used to determine the correction factor K' in such a way that the actual Current value ISE corresponds to the limit current value IG, but does not exceed it.
  • the difference D should therefore be 0.
  • the actual current value ISE is regulated to the limit current value IG.
  • a PI controller or a PID controller is used, for example.
  • a target speed Ns is therefore determined based on the actual current value ISE, the limit current value IG and the input speed NE. This represents an output variable of the further target speed setting device 78.
  • the further target speed specification device 78 and the speed control device 44 are signal-coupled via the target speed input interface 50 of the speed control device 44, so that the target speed Ns can be provided by means of the further target speed specification device 78 at the target speed input interface 50.
  • the speed control device 44 reference can be made to the above explanations regarding the speed control device 44.
  • the additional target speed setting device 78 comes into play when a comparatively high torque is to be provided by means of the drive unit 20. This is usually the case when a machining task is carried out using the tool 18 held in the tool holder 16, in which a comparatively high mechanical resistance counteracts a rotational movement of the tool 18.
  • the additional target speed setting device 78 ensures that the necessary torque can be provided without the electrical To overload the energy storage unit 32, ie without allowing the actual current value ISE to rise above the limit current value IG.
  • the actual current value ISE is regulated to the limit current value IG by specifying a reduced target speed Ns. In this way, overloading of the electrical energy storage unit is prevented. It is understood that the method aspects that were explained in connection with the further target speed specification device 78 are optional components of the method for operating a hand-held machine tool 10.

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Abstract

Es wird eine Steuerungseinheit (24) für eine Antriebseinheit einer Hand-Werkzeugmaschine beschrieben. Diese umfasst eine Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung (34) mit einer Ist-Spannungs-Eingangsschnittstelle (36) zum Erhalt eines Ist-Spannungswerts (USE) einer elektrischen Energiespeichereinheit (32) und einer Grenz-Spannungs-Eingangsschnittstelle (38) zum Erhalt eines Grenz-Spannungswerts (UG). Ferner ist die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung (34) signaltechnisch an eine Soll-Drehzahl-Eingangsschnittstelle (50) einer Drehzahlregeleinrichtung (44) angekoppelt. Die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung (34) ist dazu ausgebildet, basierend auf dem Ist-Spannungswert (USE) und dem Grenz-Spannungswert (UG) die variable Soll-Drehzahl (NS) an der Soll-Drehzahl- Eingangsschnittstelle (50) bereitzustellen. Außerdem wird eine Antriebseinheit für eine Hand-Werkzeugmaschine vorgestellt, die eine solche Steuerungseinheit (24) aufweist. Auch wird eine Hand-Werkzeugmaschine mit einer derartigen Antriebseinheit beschrieben. Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb einer Hand-Werkzeugmaschine präsentiert.

Description

Steuerungseinheit für eine Antriebseinheit einer Hand-Werkzeugmaschine, Antriebseinheit, Hand-Werkzeugmaschine und Verfahren zum Betrieb einer Hand- Werkzeugmaschine
Die Erfindung ist auf eine Steuerungseinheit für eine Antriebseinheit einer Hand- Werkzeugmaschine gerichtet, die eine Drehzahlregeleinrichtung aufweist. Die Drehzahlregeleinrichtung umfasst eine Ist-Drehzahl-Eingangsschnittstelle zum Erhalt einer Ist- Drehzahl der Hand- Werkzeugmaschine, eine Soll-Drehzahl-Eingangsschnittstelle zum Erhalt einer Soll-Drehzahl der Hand-Werkzeugmaschine, und eine Ausgangsschnittstelle zur Ausgabe eines Soll-Betriebsparameters für die anzusteuemde Hand-Werkzeugmaschine.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Antriebseinheit für eine Hand- Werkzeugmaschine, mit einer solchen Steuerungseinheit.
Ferner ist die Erfindung auf eine Hand- Werkzeugmaschine mit einer derartigen Antriebseinheit gerichtet.
Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Hand-Werkzeugmaschine.
Hand- Werkzeugmaschinen, bei denen sich die Drehzahl mittels einer Drehzahlregeleinrichtung regeln lässt, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei werden Hand-Werkzeugmaschinen häufig mittels einer Batterie oder eines Akkumulators mit elektrischer Energie versorgt.
Das bedeutet, dass die Energie, die mittels der Batterie oder des Akkumulators bereitgestellt werden kann, endlich ist. Im Gegensatz dazu ist es jedoch für einen Nutzer der Hand- Werkzeugmaschine wünschenswert, möglichst wenige Beschränkungen bei der Energiebereitstellung zu haben. Insbesondere ist für den Nutzer eine lange Batterielaufzeit oder Akkumulatorlaufzeit vorteilhaft. Das hat zur Folge, dass sich der Nutzer vergleichsweise selten um das Laden oder das Austauschen von Batterie oder Akkumulator kümmern muss. Dabei ist die Batterielaufzeit oder Akkumulatorlaufzeit stark von der Art und der Intensität der Nutzung der Hand- Werkzeugmaschine abhängig. Der Nutzer muss also in der Regel selbst auf den Ladezustand der Batterie oder des Akkumulators achten. Insbesondere in Situationen, in denen keine oder nur eine eingeschränkte Auflademöglichkeit sowie keine Wechselmöglichkeit für die Batterie bestehen, muss der Nutzer den Ladezustand im Blick haben. Das ermöglicht es dem Nutzer, gegebenenfalls die Art und Intensität der Nutzung der Hand- Werkzeugmaschine so anzupassen, dass sich die Batterielaufzeit oder Akkumulatorlaufzeit so weit verlängert, dass der Nutzer mittels der Hand- Werkzeugmaschine die vorgesehenen Aufgaben beenden kann. Das führt nicht zwangsläufig zu einer optimalen Ausnutzung des Energiegehalts der Batterie oder des Akkumulators.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hand-Werkzeugmaschine bereitzustellen, die ohne separates Zutun des Nutzers über eine hohe Batterielaufzeit oder Akkumulatorlaufzeit verfügt.
Die Aufgabe wird mittels einer Steuerungseinheit für eine Antriebseinheit einer Hand- Werkzeugmaschine gelöst. Die Steuerungseinheit umfasst eine Drehzahlregeleinrichtung. Dabei weist die Drehzahlregeleinrichtung eine Ist-Drehzahl-Eingangsschnittstelle zum Erhalt einer Ist-Drehzahl der Hand- Werkzeugmaschine, eine Soll-Drehzahl-Eingangsschnittstelle zum Erhalt einer Soll-Drehzahl der Hand- Werkzeugmaschine, und eine Ausgangsschnittstelle zur Ausgabe eines Soll-Betriebsparameters für die anzusteuemde Hand- Werkzeugmaschine auf. Außerdem umfasst die Steuerungseinheit eine Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung zum Vorgeben einer variablen Soll-Drehzahl für die Hand-Werkzeugmaschine an der Soll- Drehzahl-Eingangsschnittstelle. Die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung umfasst eine Ist- Spannungs-Eingangsschnittstelle zum Erhalt eines Ist-Spannungswerts einer elektrischen Energiespeichereinheit für die Hand-Werkzeugmaschine und eine Grenz- Spannungs- Eingangsschnittstelle zum Erhalt eines Grenz-Spannungswerts. Die Soll-Drehzahl- Vorgabeeinrichtung ist signaltechnisch an die Soll-Drehzahl-Eingangsschnittstelle der Drehzahlregeleinrichtung angekoppelt. Ferner ist die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung dazu ausgebildet, basierend auf dem Ist- Spannungswert und dem Grenz- Spannungswert die variable Soll-Drehzahl an der Soll-Drehzahl-Eingangsschnittstelle bereitzustellen. In diesem Zusammenhang ist die Drehzahlregeleinrichtung dazu ausgebildet, den Soll-Betriebsparameter in Abhängigkeit der Ist-Drehzahl und der Soll-Drehzahl derart bereitzustellen, dass sich die Ist- Drehzahl an die Soll-Drehzahl angleicht. Beim Soll-Betriebsparameter handelt es sich insbesondere um einen Soll-Strom oder eine Soll-Spannung, mittels dem bzw. der die Antriebseinheit der Hand- Werkzeugmaschine, insbesondere eine Antriebsmotoreinheit der Hand- Werkzeugmaschine, angesteuert wird. Die Antriebsmotoreinheit ist im einfachsten Fall ein Antriebsmotor. Die Ist-Drehzahl kann mittels einer Drehzahlerfassungseinheit bereitgestellt werden. Dabei kann die Drehzahlerfassungseinheit einen Drehzahl sensor umfassen. Alternativ umfasst die Drehzahlerfassungseinheit ein Feldmodell, sodass die Ist-Drehzahl ohne Verwendung eines Drehzahl sensors bereitgestellt werden kann. Dabei betrifft die Ist-Drehzahl eine Drehzahl eines Werkzeugs oder einer Werkzeugaufnahme der Hand-Werkzeugmaschine. Anders als im Stand der Technik wird vorliegend die Soll-Drehzahl nicht direkt vom Nutzer vorgegeben, sondern als variable Soll-Drehzahl von der Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung ermittelt und bereitgestellt. Dies erfolgt in Abhängigkeit des Ist- Spannungswerts und des Grenz- Spannungswerts. Die Soll-Drehzahl, genauer gesagt die variable Soll-Drehzahl, die von der Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung ermittelt und bereitgestellt wird, ist vorliegend also nicht zwingend identisch zu einer von einem Nutzer vorgegebenen Drehzahl. Dabei beschreibt der Ist- Spannungswert zumindest indirekt einen Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinheit. Der Grenz- Spannungswert ist fest vorgegeben. Mit anderen Worten wird die Soll-Drehzahl in Abhängigkeit des Ladezustands der elektrischen Energiespeichereinheit vorgegeben. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang die Soll- Drehzahl reduziert werden, wenn ein vergleichsweise geringer Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinheit mittels des Ist-Spannungswerts festgestellt wird. Das hat zur Folge, dass eine aus der elektrischen Energiespeichereinheit abgerufene Leistung ebenfalls reduziert wird. Ein mittels der elektrischen Energiespeichereinheit bereitgestellter Strom nimmt in diesem Zusammenhang ab. Als Folge hiervon sinkt ein Spannungsabfall über einem elektrischen Innenwi der stand der Energiespeichereinheit. Zudem verringert sich der Spannungsabfall über dem Innenwi der stand der Energiespeichereinheit, d. h. über der Energiespeichereinheit. Das führt dazu, dass eine vorhandene elektrische Energiespeichereinheit länger verwendet werden kann. Für den Fall, dass die Hand- Werkzeugmaschine abgeschaltet wird, sobald der Ist- Spannungswert unter einen vorgegebenen Schwellwert sinkt, erfolgt eine derartige Abschaltung entsprechend später. Die Akkumulatorlaufzeit oder Batterielaufzeit steigt also. Ein Zutun des Nutzers ist nicht erforderlich.
Die vorliegende Erfindung betrifft also das Vorgeben einer variablen Soll-Drehzahl für die Hand- Werkzeugmaschine an der Soll-Drehzahl-Eingangsschnittstelle der
Drehzahlregeleinrichtung mittels der Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung. Die Tatsache, dass die Soll-Drehzahl variabel ist bedeutet dabei, dass die Soll-Drehzahl zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche Werte annehmen kann. Insbesondere wird dabei die variable Soll- Drehzahl stets kontinuierlich, d.h. ohne nennenswerte oder für den Nutzer spürbare Soll- Drehzahl- Sprünge verändert. Somit kann die Soll-Drehzahl in Abhängigkeit des Ladezustands der elektrischen Energiespeichereinheit von der Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung variabel vorgegeben werden, d.h. die vorgegebene variable Soll-Drehzahl ändert sich, insbesondere kontinuierlich, mit dem Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinheit. Dabei kann die vorgegebene variable Soll-Drehzahl kontinuierlich reduziert werden, wenn ein vergleichsweise geringer Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinheit mittels des Ist-Spannungswerts festgestellt wird.
Optional kann zudem vorgesehen sein, dass die Hand- Werkzeugmaschine abgeschaltet wird, wenn ein Ab schal tkriterium erfüllt ist. Nach dem Abschalten der Hand- Werkzeugmaschine kann nicht mehr mit der Hand- Werkzeugmaschine gearbeitet werden. Ein solches Abschalt- Kriterium betrifft zum Beispiel eine Drehzahl schwelle, die als Anteil, z. B. in Prozent, einer Maximaldrehzahl angegeben werden kann. In diesem Beispiel wird die Hand- Werkzeugmaschine also abgeschaltet, sobald eine Ist-Drehzahl und/oder die variable Soll- Drehzahl unter die Drehzahlschwelle fällt. In einem anderen Beispiel betrifft das Abschalt- Kriterium eine Spannungsschwelle, die eine minimal zulässige Ist-Spannung der Energiespeichereinheit beschreibt. In diesem Beispiel wird die Hand-Werkzeugmaschine also abgeschaltet, sobald die Ist-Spannung der Energiespeichereinheit unter die Spannungsschwelle fällt. In einem weiteren Beispiel betrifft das Abschalt-Kriterium einer Zeitschwelle, die eine maximal zulässige Zeitspanne angibt, während der die Hand- Werkzeugmaschine mit einer Soll- Drehzahl betrieben werden darf, die gegenüber einer Eingabe-Drehzahl reduziert ist. In diesem Beispiel wird die Hand- Werkzeugmaschine also abgeschaltet, sobald diese zulässige Zeitspanne ausgeschöpft ist. In allen diesen Beispielen kann die variable Soll-Drehzahl so lange kontinuierlich verringert werden, bis das jeweilige Abschalt-Kriterium erfüllt ist. Dann wird die Hand- Werkzeugmaschine abgeschaltet.
Die erfindungsgemäße Steuerungseinheit kann derart fest innerhalb der Hand- Werkzeugmaschine verbaut sein, dass sie beim Austauschen eines Akkumulators oder einer Batterie nicht entfernt wird. Das hat den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Steuerungseinheit mit jedem Akkumulator oder jeder Batterie zusammenwirkt, die mit der Hand- Werkzeugmaschine gekoppelt wird. Alternativ kann die erfindungsgemäße Steuerungseinheit als Bestandteil einer Akkumulator-Baugruppe oder einer Batterie-Baugruppe ausgeführt werden. In dieser Variante kann die Steuerungseinheit zusammen mit dem zugehörigen Akkumulator oder der zugehörigen Batterie vom Rest der Hand-Werkzeugmaschine entkoppelt und ausgetauscht werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung eine Eingabe- Drehzahl-Eingangsschnittstelle zum Erhalt einer Eingabe-Drehzahl. Zudem ist die Soll- Drehzahl-Vorgabeeinrichtung dazu ausgebildet, basierend auf dem Ist- Spannungswert, dem Grenz- Spannungswert und der Eingabe-Drehzahl die variable Soll-Drehzahl bereitzustellen. Dabei handelt es ich bei der Eingabe-Drehzahl um diejenige Drehzahl, die von einem Nutzer der Hand- Werkzeugmaschine angefordert wird. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass der Nutzer einen entsprechenden Schalter der Hand- Werkzeugmaschine betätigt. Dabei kann die Eingabe-Drehzahl auch als maximale Soll-Drehzahl bezeichnet werden. Der Nutzer gibt also eine maximale Soll-Drehzahl vor. Zusammenfassend kann der Nutzer in gewohnter Weise durch Vorgabe der Eingabe-Drehzahl die Hand- Werkzeugmaschine betätigen und in diesem Zusammenhang gezielt ein Drehzahlniveau wählen.
Die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine variable Soll-Drehzahl zu bestimmen, die sich um einen Wert von einer Eingabe-Drehzahl unterscheidet, der proportional zu einer Differenz des Ist- Spannungswerts und des Grenz- Spannungswerts ist. Insbesondere ist die variable Soll-Drehzahl um diesen Wert gegenüber der Eingabe-Drehzahl reduziert. Auf diese Weise lässt sich einfach und zuverlässig eine Soll-Drehzahl ermitteln, die sowohl den Ist- Spannungswert als auch die vom Nutzer vorgegebene Eingabe-Drehzahl berücksichtigt.
Die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung kann alternativ oder zusätzlich dazu ausgebildet sein, basierend auf dem Ist- Spannungswert und dem Grenz- Spannungswert einen Korrekturfaktor zu ermitteln und die variable Soll-Drehzahl basierend auf dem Korrekturfaktor und der Eingabe- Drehzahl zu ermitteln. In diesem Zusammenhang wird insbesondere die Eingabe-Drehzahl mit dem Korrekturfaktor multipliziert, um die Soll-Drehzahl zu ermitteln. Auf diese Weise lässt sich einfach und zuverlässig eine Soll-Drehzahl ermitteln, die sowohl den Ist- Spannungswert als auch die vom Nutzer vorgegebene Eingabe-Drehzahl berücksichtigt. Ferner lassen sich die zur Ermittlung des Korrekturfaktors notwendigen Berechnungen auf einfache Weise automatisiert ausführen.
In einer Variante ist der Korrekturfaktor auf Werte von 0 bis 1 begrenzt. Es wird also die vom Nutzer vorgegebene Eingabe-Drehzahl beibehalten oder reduziert. Wie bereits erläutert wurde, führt das zu einer Vergrößerung der Batterielaufzeit oder Akkumulatorlaufzeit. Gleichzeitig verhält sich die Steuerungseinheit aus Sicht des Nutzers vorhersehbar. Außerdem lässt sich die Berechnung eines solchen Korrekturfaktor einfach und effizient umsetzen. Auch kann die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung dazu ausgebildet sein, den Korrekturfaktor in Abhängigkeit einer Differenz des Ist- Spannungswerts und des Grenz- Spannungswerts zu ermitteln. Es wird also der Ist-Spannungswert mit dem vorgegebenen Grenz- Spannungswert verglichen. Dabei ist es möglich, dass die Differenz eine normierte Differenz ist. Im Rahmen der Normierung wird die ermittelte Differenz durch eine Normierungsreferenz dividiert. Beispielsweise kann die Differenz mit dem vorgegebenen Grenz- Spannungswert normiert werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, einen separaten Spannungswert als Normierungsreferenz zu verwenden. Auf diese Weise lässt sich einfach und zuverlässig der durch den Ist- Spannungswert beschriebene Ladezustand des Akkumulators oder der Batterie beim Ermitteln der Soll-Drehzahl berücksichtigen.
Der Korrekturfaktor kann variabel sein. Das bedeutet, dass der Korrekturfaktor zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche Werte annehmen kann. Insbesondere wird dabei der Korrekturfaktor stets kontinuierlich, d.h. ohne Korrekturfaktor- Sprünge verändert. In einem Fall, in dem der Korrekturfaktor auf die Werte von 0 bis 1 begrenzt ist, kann der Korrekturfaktor also zwischen diesen Werten kontinuierlich angepasst werden. Auf diese Weise lässt sich einfach und zuverlässig eine variable Soll-Drehzahl vorgeben.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Korrekturfaktor auf den Wert 1 festgelegt, sofern der Ist- Spannungswert um mindestens einen vorgegebenen Differenzwert größer ist als der Grenz- Spannungswert. In diesem Zusammenhang wird davon ausgegangen, dass ein Ladezustand der Batterie oder des Akkumulators ausreichend groß ist, solange der Ist-Spannungswert um mindestens den vorgegebenen Differenzwert größer ist als der Grenz- Spannungswert. Es sind somit keine Maßnahmen zur Verlängerung der Batterielaufzeit oder der Akkumulatorlaufzeit erforderlich. Wenn der Korrekturwert den Wert 1 hat, entspricht die Soll-Drehzahl der Eingabe- Drehzahl. Es findet also keine Reduzierung der Eingabe-Drehzahl statt.
Die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung kann den Korrekturfaktor derart bestimmen, dass der Ist-Spannungswert der Energiespeichereinheit auf dem Grenz- Spannungswert gehalten wird. Die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung ist also dazu ausgebildet, die Soll-Drehzahl mittels des Korrekturfaktors derart zu bestimmen, dass der Ist-Spannungswert der Energiespeichereinheit auf dem Grenz- Spannungswert gehalten wird. Das kann im Rahmen einer Regelung erfolgen, bei der der Korrekturfaktor als Stellgröße verwendet wird. Vereinfacht ausgedrückt, wird bei abnehmendem Ladestand der Batterie oder des Akkumulators, der sich standardmäßig in einem abnehmenden Ist-Spannungswert ausdrückt, mittels des Korrekturfaktors die Soll-Drehzahl so weit reduziert, dass der Ist-Spannungswert auf dem Grenz- Spannungswert gehalten wird. Der Ist-Spannungswert wird also auf den Grenz- Spannungswert geregelt. Dadurch ergibt sich eine besonders hohe Batterielaufzeit oder Akkumulatorlaufzeit.
Die Steuerungseinheit kann auch eine Aktivierungsschnittstelle zur wahlweisen Aktivierung und Deaktivierung der Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung umfassen. Die Soll-Drehzahl- Vorgabeeinrichtung kann somit von einem Nutzer bei Bedarf aktiviert oder deaktiviert werden. Wenn die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung deaktiviert ist, hat diese keinen Einfluss auf die Soll-Drehzahl. Mit anderen Worten ist der Korrekturfaktor 1.
Die Aktivierungsschnittstelle kann mit einer Benutzerschnittstelle an der Hand- Werkzeugmaschine gekoppelt sein, sodass der Nutzer zum wahlweisen Aktivieren und Deaktivieren die Benutzerschnittstelle betätigen kann.
Auch ist es möglich, die Aktivierungsschnittstelle mit einem mobilen elektronischen Gerät des Benutzers, zum Beispiel einem Smartphone, einer Smart-Watch oder einem Tablet, zu koppeln. Dann kann der Nutzer die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung über das mobile elektronische Gerät aktivieren oder deaktivieren.
In einer Variante umfasst die Steuerungseinheit eine Ab schal tvorrichtung zur Abschaltung der Hand- Werkzeugmaschine bei Unterschreiten eines vorgegebenen oder vorgebbaren Verhältnisses zwischen dem Ist- Spannungswert und einem Nennspannungswert der Energiespeichereinheit. Auf diese Weise kann eine Tiefentladung der elektrischen Energiespeichereinheit vermieden werden. Dadurch wird die elektrische Energiespeichereinheit geschont und eine Lebensdauer entsprechend erhöht. Das vorgegebene oder vorgebbare Verhältnis liegt zum Beispiel zwischen zwei Drittel und drei Viertel der Nennspannung. Bevorzugt findet eine Abschaltung statt, wenn der Ist- Spannungswert unter 70 % des Nenn-Spannungswerts sinkt.
Der Soll-Betriebsparameter kann ein Stromwert sein. Die Antriebseinheit, insbesondere die Antriebsmotoreinheit, wird also über einen Stromwert angesteuert. Insbesondere umfasst die Antriebseinheit einen Gleichstrommotor. Der Gleichstrommotor kann dabei als bürstenloser Gleichstrommotor ausgeführt sein. Nachdem derartige Gleichstrommotoren elektronisch kommutiert werden, werden sie auch als electronically commutated Motoren oder EC-Motoren bezeichnet.
In einer Alternative umfasst die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung eine Ist-Drehmoment- Eingangsschnittstelle zum Erhalten eines Ist-Drehmomentwerts der Hand-Werkzeugmaschine. Die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung ist dazu ausgebildet, die variable Soll-Drehzahl derart einzustellen, dass das Drehmoment konstant bleibt oder in einem Bereich oberhalb eines vorgegebenen Minimaldrehmoments gehalten wird. Das Minimaldrehmoment kann vom Nutzer vorgegeben werden und in Abhängigkeit einer auszuführenden Bearbeitungsaufgabe gewählt werden. Alternativ ist das Minimaldrehmoment fest vorgegeben. In diesem Zusammenhang kann der Ist-Drehmomentwert beispielsweise von einer Drehmomenterfassungseinheit bereitgestellt werden. Die Drehmomenterfassungseinheit kann einen Drehmomentsensor umfassen. Alternativ kann die Drehmomenterfassungseinheit ein Motormodell umfassen, das den Antriebsmotor beschreibt, und dazu ausgebildet sein, unter Nutzung eines einen Motorstrom beschreibenden Kennwerts und des Motormodells den Ist- Drehmomentwert zu berechnen und bereitzustellen. Insgesamt kann also mittels der Soll- Drehzahl-Vorgabeeinrichtung eine Drehzahl der Hand- Werkzeugmaschine reduziert werden, das Drehmoment jedoch konstant gehalten werden oder in einem Bereich oberhalb eines vorgegebenen Minimaldrehmoments gehalten werden oder steigen. Auf diese Weise wird eine Leistungsaufnahme der Hand- Werkzeugmaschine reduziert und somit eine Batterielaufzeit oder Akkumulatorlaufzeit erhöht, gleichzeitig jedoch die Nutzung der Hand- Werkzeugmaschine nur vergleichsweise wenig eingeschränkt. Die durch die Absenkung der Soll-Drehzahl erreichte Verlängerung der Batterielaufzeit oder Akkumulatorlaufzeit kann somit für die Erledigung von Bearbeitungsaufgaben mittels der Hand- Werkzeugmaschine verwendet werden.
In einer anderen Alternative umfasst die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung ebenfalls eine Ist- Drehmoment-Eingangsschnittstelle zum Erhalten eines Ist-Drehmomentwerts der Hand- Werkzeugmaschine. Die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung ist nun jedoch dazu ausgebildet, die variable Soll-Drehzahl derart einzustellen, dass das Drehmoment steigt. In diesem Zusammenhang kann der Ist-Drehmomentwert beispielsweise von einer Drehmomenterfassungseinheit bereitgestellt werden. Die Drehmomenterfassungseinheit kann einen Drehmomentsensor umfassen. Alternativ kann die Drehmomenterfassungseinheit ein Motormodell umfassen, das den Antriebsmotor beschreibt, und dazu ausgebildet sein, unter Nutzung eines einen Motorstrom beschreibenden Kennwerts und des Motormodells den Ist- Drehmomentwert zu berechnen und bereitzustellen. Insgesamt kann also mittels der Soll- Drehzahl-Vorgabeeinrichtung eine Drehzahl der Hand- Werkzeugmaschine so weit reduziert werden, dass bei insgesamt reduzierter mechanischer Leistung das Drehmoment steigen kann. Insbesondere im Vergleich zur vorgenannten Alternative wird dabei die Drehzahl der Hand- Werkzeugmaschine weiter reduziert. Auf diese Weise wird eine Batterielaufzeit oder Akkumulatorlaufzeit erhöht, gleichzeitig jedoch die Nutzung der Hand- Werkzeugmaschine nur vergleichsweise wenig eingeschränkt. Die durch die Absenkung der Soll-Drehzahl erreichte Verlängerung der Batterielaufzeit oder Akkumulatorlaufzeit kann somit für die Erledigung von Bearbeitungsaufgaben mittels der Hand- Werkzeugmaschine verwendet werden.
In einer Variante umfasst die Steuerungseinheit eine Drahtlosschnittstelle zum Austausch wenigstens eines von einem Endgerät eines Benutzers drahtlos übertragenen Parameters und/oder zu einem Endgerät eines Benutzers drahtlos übertragenen Parameters, ausgewählt aus einer Gruppe von Parametern, bestehend aus: - Empfang der Aktivierung oder Deaktivierung der Soll-Drehzahl-
V orgab eeinri chtung,
- Empfang des Verhältnisses zwischen Ist- Spannungswert und Nennspannungswert der Energiespeichereinheit,
- Senden eines Ist- Spannungswertes der Energiespeichereinheit,
- Senden eines Nennspannungswertes der Energiespeichereinheit.
Der Nutzer ist somit über einen oder mehrere dieser Parameter informiert. Das kann ihm als Grundlage zur Planung seiner Arbeiten mit der Hand- Werkzeugmaschine dienen. Darüber hinaus wird ein Verhalten der Hand- Werkzeugmaschine durch diese Parameter für den Nutzer nachvollziehbar. Die Hand- Werkzeugmaschine verhält sich also aus Sicht des Nutzers nicht überraschend.
Außerdem wird die Aufgabe durch eine Antriebseinheit für eine Hand- Werkzeugmaschine gelöst, die eine erfindungsgemäße Steuerungseinheit, eine Schnittstelle für eine elektrische Energiespeichereinheit und eine Antriebsmotoreinheit aufweist. Die Steuerungseinheit ist derart signaltechnisch mit der Schnittstelle für die Energiespeichereinheit gekoppelt, dass an der Ist-Spannungs-Eingangsschnittstelle ein Ist-Spannungswert der Energiespeichereinheit bereitstellbar ist. Zudem ist die Steuerungseinheit derart signal technisch mit der Antriebsmotoreinheit gekoppelt, dass der Soll-Betriebsparameter an der Antriebsmotoreinheit bereitstellbar ist. Die Antriebsmotoreinheit ist im einfachsten Fall ein Antriebsmotor. Anders als im Stand der Technik wird bei einer Antriebseinheit der vorliegenden Art die Soll-Drehzahl nicht vom Nutzer direkt vorgegeben, sondern als variable Soll-Drehzahl von der Soll-Drehzahl- Vorgabeeinrichtung ermittelt und bereitgestellt. Dies erfolgt in Abhängigkeit des Ist- Spannungswerts und des Grenz-Spannungswerts. Mit anderen Worten wird die Soll-Drehzahl in Abhängigkeit des Ladezustands der elektrischen Energiespeichereinheit vorgegeben. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang die Soll-Drehzahl reduziert werden, wenn ein vergleichsweise geringer Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinheit mittels des Ist- Spannungswerts festgestellt wird. Das hat zur Folge, dass eine aus der elektrischen Energiespeichereinheit abgerufene Leistung ebenfalls reduziert wird. Ein mittels der elektrischen Energiespeichereinheit bereitgestellter Strom nimmt in diesem Zusammenhang ab. Als Folge hiervon sinkt ein Spannungsabfall über einem elektrischen Innenwi der stand der Energiespeichereinheit. Zudem verringert sich der Spannungsabfall über dem Innenwiderstand der Energiespeichereinheit, d. h. über der Energiespeichereinheit. Das führt dazu, dass eine vorhandene elektrische Energiespeichereinheit länger verwendet werden kann. Für den Fall, dass die Hand- Werkzeugmaschine abgeschaltet wird, sobald der Ist-Spannungswert unter einen vorgegebenen Schwellwert sinkt, erfolgt eine derartige Abschaltung entsprechend später. Die Akkumulatorlaufzeit oder Batterielaufzeit steigt also.
In diesem Zusammenhang kann die Schnittstelle für die elektrische Energiespeichereinheit derart gestaltet sein, dass sich die elektrische Energiespeichereinheit einfach von einem Nutzer austauschen lässt. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem Wechselakkumulator oder einer Wechselbatterie.
Ferner wird die Aufgabe durch eine Hand- Werkzeugmaschine mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit und einem Werkzeug oder einer Werkzeugaufnahme gelöst. Die Antriebseinheit ist antriebsmäßig mit dem Werkzeug oder der Werkzeugaufnahme gekoppelt. Bei einer derartigen Hand-Werkzeugmaschine kann also die Soll-Drehzahl reduziert werden, wenn ein vergleichsweise geringer Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinheit mittels des Ist- Spannungswerts festgestellt wird. Das führt dazu, dass eine vorhandene elektrische Energiespeichereinheit länger verwendet werden kann. Für den Fall, dass die Hand- Werkzeugmaschine abgeschaltet wird, sobald der Ist- Spannungswert unter einen vorgegebenen Schwellwert sinkt, erfolgt eine derartige Abschaltung entsprechend später. Die Akkumulatorlaufzeit oder Batterielaufzeit steigt also.
Zusätzlich wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb einer Hand- Werkzeugmaschine gelöst. Die Hand-Werkzeugmaschine umfasst eine elektrische Antriebsmotoreinheit und eine elektrische Energiespeichereinheit zur Versorgung der Antriebsmotoreinheit mit elektrischer Energie. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: - Erfassen eines Ist- Spannungswerts der Energiespeichereinheit,
- Erhalten eines Grenz- Spannungswerts für die Energiespeichereinheit,
- Ermitteln einer variablen Soll-Drehzahl für die Antriebsmotoreinheit der Hand- Werkzeugmaschine basierend auf dem Ist- Spannungswert und dem Grenz- Spannungswert, und
- Betreiben der Hand- Werkzeugmaschine unter Nutzung der variablen Soll-Drehzahl.
In diesem Zusammenhang beschreibt der Ist-Spannungswert zumindest indirekt einen Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinheit. Der Grenz- Spannungswert ist fest vorgegeben. Mit anderen Worten wird die Soll-Drehzahl in Abhängigkeit des Ladezustands der elektrischen Energiespeichereinheit vorgegeben. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang die Soll-Drehzahl reduziert werden, wenn ein vergleichsweise geringer Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinheit mittels des Ist- Spannungswerts festgestellt wird. Das hat zur Folge, dass eine aus der elektrischen Energiespeichereinheit abgerufene Leistung ebenfalls reduziert wird. Ein mittels der elektrischen Energiespeichereinheit bereitgestellter Strom nimmt in diesem Zusammenhang ab. Als Folge hiervon sinkt ein Spannungsabfall über einem elektrischen Innenwi der stand der Energiespeichereinheit. Zudem verringert sich der Spannungsabfall über dem Innenwi der stand der Energiespeichereinheit, d. h. über der Energiespeichereinheit. Das führt dazu, dass eine vorhandene elektrische Energiespeichereinheit länger verwendet werden kann. Für den Fall, dass die Hand- Werkzeugmaschine abgeschaltet wird, sobald der Ist- Spannungswert unter einen vorgegebenen Schwellwert sinkt, erfolgt eine derartige Abschaltung entsprechend später. Die Akkumulatorlaufzeit oder Batterielaufzeit steigt also. Ein Zutun des Nutzers ist nicht erforderlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit auch als Stromsparmodus bezeichnet werden.
Dabei kann der Stromsparmodus dauerhaft aktiviert sein. Alternativ kann der Stromsparmodus, d. h. die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wahlweise von einem Nutzer aktiviert oder deaktiviert werden. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zudem das Erhalten einer Eingabe-Drehzahl für die Hand- Werkzeugmaschine und das Ermitteln der Soll-Drehzahl basierend auf dem Ist- Spannungswert, dem Grenz- Spannungswert und der Eingabe-Drehzahl. Dabei handelt es sich bei der Eingabe-Drehzahl um diejenige Drehzahl, die von einem Nutzer der Hand- Werkzeugmaschine angefordert wird. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass der Nutzer einen entsprechenden Schalter der Hand- Werkzeugmaschine betätigt. Dabei kann die Eingabe- Drehzahl auch als maximale Soll-Drehzahl bezeichnet werden. Der Nutzer gibt also eine maximale Soll-Drehzahl vor. Zusammenfassend kann der Nutzer in gewohnter Weise durch Vorgabe der Eingabe-Drehzahl die Hand- Werkzeugmaschine betätigen und in diesem Zusammenhang gezielt ein Drehzahlniveau wählen.
Ferner kann das Verfahren das Ermitteln eines Korrekturfaktors in Abhängigkeit des Ist- Spannungswerts und des Grenz- Spannungswerts und das Ermitteln der variablen Soll-Drehzahl basierend auf dem Korrekturfaktor und der Eingabe-Drehzahl umfassen. In diesem Zusammenhang wird insbesondere die Eingabe-Drehzahl mit dem Korrekturfaktor multipliziert, um die Soll-Drehzahl zu ermitteln. Auf diese Weise lässt sich einfach und zuverlässig eine Soll-Drehzahl ermitteln, die sowohl den Ist-Spannungswert als auch die vom Nutzer vorgegebene Eingabe-Drehzahl berücksichtigt. Ferner lassen sich die zur Ermittlung des Korrekturfaktors notwendigen Berechnungen auf einfache Weise automatisiert ausführen.
Der Korrekturfaktor kann auf Werte von 0 bis 1 begrenzt sein. Es wird also die vom Nutzer vorgegebene Eingabe-Drehzahl gegebenenfalls reduziert. Wie bereits erläutert wurde, führt das zu einer Vergrößerung der Batterielaufzeit oder Akkumulatorlaufzeit. Gleichzeitig verhält sich die Steuerungseinheit aus Sicht des Nutzers vorhersehbar. Außerdem lässt sich die Berechnung eines solchen Korrekturfaktor einfach und effizient umsetzen.
Das Verfahren kann auch das Ermitteln des Korrekturfaktors in Abhängigkeit einer Differenz des Ist- Spannungswerts und des Grenz- Spannungswerts umfassen. Es wird also der Ist- Spannungswert mit dem vorgegebenen Grenz- Spannungswert verglichen. Dabei ist es möglich, dass die Differenz eine normierte Differenz ist. Im Rahmen der Normierung wird die ermittelte Differenz durch eine Normierungsreferenz dividiert. Beispielsweise kann die Differenz mit dem vorgegebenen Grenz- Spannungswert normiert werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, einen separaten Spannungswert als Normierungsreferenz zu verwenden. Auf diese Weise lässt sich einfach und zuverlässig der durch den Ist- Spannungswert beschriebene Ladezustand des Akkumulators oder der Batterie beim Ermitteln der Soll-Drehzahl berücksichtigen.
Außerdem kann das Verfahren das Festlegen des Korrekturfaktors auf den Wert 1 umfassen, sofern der Ist- Spannungswert um mindestens einen vorgegebenen Differenzwert größer ist als der Grenz- Spannungswert. In diesem Zusammenhang wird davon ausgegangen, dass ein Ladezustand der Batterie oder des Akkumulators ausreichend groß ist, solange der Ist- Spannungswert um mindestens den vorgegebenen Differenzwert größer ist als der Grenz- Spannungswert. Es sind somit keine Maßnahmen zur Verlängerung der Batterielaufzeit oder der Akkumulatorlaufzeit erforderlich. Wenn der Korrekturwert den Wert 1 hat, entspricht die Soll-Drehzahl der Eingabe-Drehzahl. Es findet also keine Reduzierung der Eingabe-Drehzahl statt.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren das Bestimmen des Korrekturfaktors derart, dass die Ist-Spannung der Energiespeichereinheit auf dem Grenz- Spannungswert gehalten wird. Die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung ist also dazu ausgebildet, die Soll- Drehzahl mittels des Korrekturfaktors derart zu bestimmen, dass der Ist- Spannungswert der Energiespeichereinheit auf dem Grenz- Spannungswert gehalten wird. Das kann im Rahmen einer Regelung erfolgen, bei der der Korrekturfaktor als Stellgröße verwendet wird. Vereinfacht ausgedrückt, wird bei abnehmendem Ladestand der Batterie oder des Akkumulators, der sich standardmäßig in einem abnehmenden Ist-Spannungswert ausdrückt, mittels des Korrekturfaktors die Soll-Drehzahl so weit reduziert, dass der Ist- Spannungswert auf dem Grenz- Spannungswert gehalten wird. Der Ist- Spannungswert wird also auf den Grenz- Spannungswert geregelt. Dadurch ergibt sich eine besonders hohe Batterielaufzeit oder Akkumulatorlaufzeit. Das Verfahren kann gestartet werden, sobald der Ist- Spannungswert der Energiespeichereinheit eine Aktivierungsschwelle unterschreitet. Dabei liegt die Aktivierungsschwelle bevorzugt unterhalb der Nennspannung der Energiespeichereinheit und oberhalb einer Ab schaltsch welle. Das erfindungsgemäße Verfahren wird also gestartet, wenn die elektrische Energiespeichereinheit zu einem vorgegebenen Anteil entladen ist, der der Aktivierungsschwelle entspricht. Somit wird das erfindungsgemäße Verfahren lediglich in Situationen ausgeführt, in denen die elektrische Energiespeichereinheit bereits so stark entladen ist, dass es sinnvoll ist, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Batterielaufzeit oder Akkumulatorlaufzeit zu verlängern.
Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Hand- Werkzeugmaschine mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit, die eine erfindungsgemäße Steuerungseinheit umfasst, mittels der ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt werden kann,
Figur 2 die erfindungsgemäße Steuerungseinheit in einer Detailansicht,
Figuren 3 bis 6 Diagramme zur Erläuterung verschiedener Alternativen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 7 eine optionale weitere Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung für die Hand-
Werkzeugmaschine aus Figur 1, und
Figur 8 ein Diagramm zur Erläuterung der weiteren Soll-Drehzahl-
V orgab eeinri chtung .
Figur 1 zeigt eine Hand-Werkzeugmaschine 10, die im dargestellten Beispiel als sogenannter Akku- Schraub er ausgeführt ist.
Die Hand- Werkzeugmaschine 10 weist ein abgewinkeltes Gehäuse 12 auf. Ein erster Endbereich 14 des Gehäuses 10 ist als Handgriff ausgebildet, der von einem Nutzer der Hand-Werkzeugmaschine 10 umgriffen werden kann.
An einem entgegengesetzten Ende des abgewinkelten Gehäuses 12 ist eine Werkzeugaufnahme 16 drehbar im Gehäuse 12 gelagert.
Dabei ist ein Werkzeug 18 in der Werkzeugaufnahme 16 aufgenommen. Vorliegend handelt es sich beim Werkzeug 18 um einen Bohrer.
Darüber hinaus weist die Hand- Werkzeugmaschine 10 eine Antriebseinheit 20 auf.
Die Antriebseinheit 20 umfasst eine Antriebsmotoreinheit 22, eine Steuerungseinheit 24 und eine Schnittstelle 26 für eine elektrische Energiespeichereinheit.
Die Antriebsmotoreinheit 22 umfasst einen Antriebsmotor 28, der vorliegend als elektrische Gleichstrommaschine ausgeführt ist. Eine Abtriebswelle 30 des Antriebsmotors 28 ist drehmomentleitend mit der Werkzeugaufnahme 16 und somit, über die Werkzeugaufnahme 16, mit dem Werkzeug 18 gekoppelt.
Allgemein gesprochen ist somit die Antriebseinheit 20 antriebsmäßig mit der Werkzeugaufnahme 16 gekoppelt. Nachdem das Werkzeug 18 in der Werkzeugaufnahme 16 aufgenommen ist, ist zudem die Antriebseinheit 20 auch antriebsmäßig mit dem Werkzeug 18 gekoppelt.
Die Steuerungseinheit 24 ist signaltechnisch mit der Antriebsmotoreinheit 22, d.h. mit dem Antriebsmotor 28 gekoppelt. Wie später noch erläutert werden wird, kann über diese signaltechnische Kopplung durch die Steuerungseinheit 24 ein Soll-Betriebsparameter an der Antriebsmotoreinheit 22 bereitgestellt werden.
Außerdem ist die Steuerungseinheit 24 signaltechnisch mit der Schnittstelle 26 gekoppelt. Auch das wird später noch erläutert werden. Die Hand-Werkzeugmaschine 10 umfasst ferner eine elektrische Energiespeichereinheit 32, die im Inneren des Gehäuses 12 derart angeordnet ist, dass sie wahlweise von einem Nutzer entnommen werden kann. Im vorliegenden Beispiel ist die elektrische Energiespeichereinheit 32 im ersten Endbereich 14 angeordnet.
Im montierten Zustand ist die elektrische Energiespeichereinheit 32 mit der Schnittstelle 26 gekoppelt.
Einzelheiten der Steuerungseinheit 24 sind in Figur 2 dargestellt.
Dabei umfasst die Steuerungseinheit 24 eine Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 34.
Die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 34 weist eine Ist-Spannungs-Eingangsschnittstelle 36 zum Erhalt eines Ist- Spannungswerts USE der elektrischen Energiespeichereinheit 32 auf.
Dabei ist sie Ist-Spannungs-Eingangsschnittstelle 36 ein Bestandteil der Schnittstelle 26 für die elektrische Energiespeichereinheit.
Zusätzlich weist die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 34 eine Grenz- Spannungs- Eingangsschnittstelle 38 zum Erhalt eines Grenz- Spannungswerts UG auf. Die Grenz- Spannungs-Eingangsschnittstelle 38 kann in diesem Zusammenhang mit einer Speichereinheit gekoppelt sein, auf der der Grenz- Spannungswert UG hinterlegt ist.
Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiele beträgt eine Nennspannung der elektrischen Energiespeichereinheit 32 18 Volt. Der Grenz- Spannungswert UG beträgt 15 Volt.
Außerdem umfasst die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 34 eine Eingabe-Drehzahl- Eingangs Schnittstelle 40 zum Erhalt einer Eingabe-Drehzahl NE.
Im dargestellten Beispiel ist ein Betätigungsschalter 42 der Hand-Werkzeugmaschine 10 signaltechnisch mit der Eingabe-Drehzahl Eingangsschnittstelle 40 gekoppelt. Über den Betätigungsschalter 42 kann ein Nutzer in gewohnter Weise die Hand- Werkzeugmaschine 10 bedienen.
Die Steuerungseinheit 24 ist dazu ausgebildet, basierend auf dem Ist- Spannungswert USE, dem Grenz- Spannungswert UG und der Eingabe-Drehzahl NE eine variable Soll-Drehzahl Ns bereitzustellen.
Hierzu wird zunächst eine Differenz D zwischen dem Ist-Spannungswert USE und dem Grenz- Spannungswert UG ermittelt.
Für den Fall, dass die Differenz D einen vorgegebenen Differenzwert Dmax nicht übersteigt, entspricht die Soll-Drehzahl Ns der Eingabe-Drehzahl NE.
Erst wenn die Differenz D den vorgegebenen Differenzwert Dmax übersteigt, wird eine Soll- Drehzahl Ns ermittelt, die von der Eingabe-Drehzahl NE abweicht.
In der dargestellten Ausführungsform ist der vorgegebene Differenzwert 0 Volt. Der Grenz- Spannungswert UG ist, wie bereits erwähnt, 15 Volt. Solange also der Ist- Spannungswert USE mehr als 15 Volt beträgt, entspricht die Soll-Drehzahl Ns der Eingabe-Drehzahl NE.
Erreicht der Ist- Spannungswert USE 15 Volt, wird ein Korrekturfaktor K zwischen 0 und 1 ermittelt und die Soll-Drehzahl Ns durch Multiplikation der Eingabe-Drehzahl NE mit dem Korrekturfaktor K ermittelt.
Der Korrekturfaktor beträgt also im vorliegenden Beispiel 1, solange der Ist-Spannungswert USE oberhalb von 15 Volt liegt.
Darüber hinaus kann der Korrekturfaktor K so definiert sein, dass er bei einem Ist- Spannungswert von 14 Volt null ist. Zwischen diesen beiden Punkten kann der Korrekturfaktor K proportional zum Ist- Spannungswert USE verlaufen. Der Korrekturfaktor K kann beispielsweise in Form einer Nachschlagetabelle (Englisch: Look-up-table) auf der Steuerungseinheit 24 hinterlegt sein. Genauer gesagt kann die Nachschlagetabelle auf einem Spannungsregler 43 hinterlegt sein.
Alternativ ist es möglich, dass der Korrekturfaktor K von der Differenz D abhängig ist. Auch in diesem Zusammenhang kann der Korrekturfaktor K linear verlaufen.
Dabei kann der Korrekturfaktor K als regelungstechnische Stellgröße verstanden werden. Mittels des Spannungsreglers 43 wird also der Korrekturfaktor K derart bestimmt, dass der Ist- Spannungswert USE dem Grenz- Spannungswert UG entspricht. Die Differenz D soll also 0 betragen.
Mit anderen Worten wird der Ist-Spannungswert USE auf den Grenz- Spannungswert UG geregelt.
In allen vorstehenden Varianten wird also basierend auf dem Ist-Spannungswert USE, dem Grenz- Spannungswert UG und der Eingabedrehzahl NE eine Soll-Drehzahl Ns bestimmt. Diese stellt eine Ausgangsgröße der Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 34 dar.
Die Steuerungseinheit 24 umfasst ferner eine Drehzahlregeleinrichtung 44.
Die Drehzahlregeleinrichtung 44 umfasst eine Ist-Drehzahl-Eingangsschnittstelle 46 zum Erhalt einer Ist-Drehzahl Ni der Hand- Werkzeugmaschine 10.
Dabei entspricht die Ist-Drehzahl Ni einer Drehzahl des Werkzeugs 18. Diese Ist-Drehzahl Ni wird mittels einer Drehzahlerfassungseinheit 48 bereitgestellt. Dabei kann die Drehzahlerfassungseinheit 48 einen Drehzahl sensor umfassen. Alternativ umfasst die Drehzahlerfassungseinheit 48 ein Feldmodell, sodass die Ist-Drehzahl Ni ohne Verwendung eines Drehzahlsensors bereitgestellt werden kann.
Außerdem umfasst die Drehzahlregeleinrichtung 44 eine Soll-Drehzahl-Eingangsschnittstelle 50. Über die Soll-Drehzahl-Eingangsschnittstelle 50 sind die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 34 und die Drehzahlregeleinrichtung 44 signal technisch gekoppelt, sodass die Soll-Drehzahl Ns mittels der Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 34 an der Soll-Drehzahl- Eingangs Schnittstelle 50 bereitgestellt werden kann.
Die Drehzahlregeleinrichtung 44 umfasst außerdem eine Ausgangsschnittstelle 52 zur Ausgabe eines Soll-Betriebsparameters Ps für die anzusteuemde Hand- Werkzeugmaschine 10, genauer gesagt für den Antriebsmotor 28.
Vorliegend handelt es sich beim Soll-Betriebsparameter Ps um einen Stromparameter, d. h. um einen Soll- Strom.
Die Drehzahlregeleinrichtung 44 ist dazu ausgebildet, an der Ausgangsschnittstelle 52 den Soll- Betriebsparameter Ps derart bereitzustellen, dass die Ist-Drehzahl Ni an die Soll-Drehzahl Ns angeglichen wird. Dies geschieht in geregelter Form. Die Drehzahlregeleinrichtung 44 umfasst also einen Drehzahlregler 54. Dieser kann als sogenannter PI-Regler ausgebildet sein.
Darüber hinaus umfasst die Steuerungseinheit 24 eine Betriebsparameterregeleinheit 56.
Die Betriebsparameterregeleinheit 56 hat eine Soll-Parameter-Eingangsschnittstelle 58 und eine Ist-Parameter-Eingangsschnittstelle 60.
Wie bereits erläutert, handelt es sich bei Betriebsparameter um einen Stromparameter.
Folglich ist die Soll-Parameter Eingangsschnittstelle 58 signaltechnisch mit der Ausgangsschnittstelle 52 der Drehzahlregeleinrichtung 44 verbunden.
Die Ist-Parameter Eingangsschnittstelle 60 ist mit einem Stromsensor 62 verbunden.
Der Stromsensor 62 misst einen Strom, d.h. einen Ist-Betriebsparameter Pi, mit dem der Antriebsmotor 28 angesteuert wird.
Wie bereits erläutert, handelt es sich beim Antriebsmotor 28 um eine Gleichstrommaschine. Diese wird mit einem pulsweitenmodulierten Signal angesteuert. Basierend auf einer Differenz zwischen dem Soll-Betriebsparameter Ps, der an der Soll-Parameter-Eingangsschnittstelle 58 bereitgestellt wird, und dem mittels des Stromsensors 62 gemessenen Ist-Betriebsparameter Pi kann somit mittels eines Stromreglers 64 eine Einschaltdauer (englisch: Duty Cycle) zur Ansteuerung des Antriebsmotors 28 derart festgelegt werden, dass der Ist-Betriebsparameter Pi an den Soll-Betriebsparameter Ps angenähert wird.
Optional umfasst die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 34 auch eine Ist-Drehmoment- Eingangsschnittstelle 66.
Die Ist-Drehmoment-Eingangsschnittstelle 66 ist signal technisch mit einer Drehmomenterfassungseinheit 68 gekoppelt, die ein am Werkzeug 18 anliegendes Drehmoment ermittelt. Hierzu kann die Drehmomenterfassungseinheit 68 einen Drehmomentsensor umfassen. Alternativ kann die Drehmomenterfassungseinheit 68 ein Motormodell umfassen, das den Antriebsmotor 28 beschreibt, und dazu ausgebildet sein, unter Nutzung eines einen Motorstrom beschreibenden Kennwerts und des Motormodells den Ist- Drehmomentwert zu berechnen und bereitzustellen.
Optional kann also die Soll-Drehzahl Vorgabeeinrichtung 34 dazu ausgebildet sein, die variable Soll-Drehzahl Ns derart einzustellen, dass das Drehmoment konstant bleibt oder in einem Bereich oberhalb eines vorgegebenen Minimaldrehmoments gehalten wird.
Es wird also ausgehend von der Eingabe-Drehzahl NE die Soll-Drehzahl Ns nur so weit verringert, dass das Drehmoment konstant bleibt oder in einem Bereich oberhalb eines vorgegebenen Minimaldrehmoments gehalten wird.
Vereinfacht gesagt wird lediglich eine Drehzahl reduziert, während das Drehmoment beibehalten wird.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Soll-Drehzahl Ns so weit zu verringern, dass das Drehmoment steigt. Das wird nachfolgend noch im Detail erläutert werden. Die Steuerungseinheit 24 umfasst darüber hinaus eine Aktivierungsschnittstelle 70, über die wahlweise die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 34 aktiviert oder deaktiviert werden kann.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Aktivierungsschnittstelle 70 mit einem Aktivierungsschalter 72 gekoppelt, der wahlweise von einem Nutzer der Hand- Werkzeugmaschine 10 betätigt werden kann.
Die Steuerungseinheit 24 weist ferner eine Ab schal tvorrichtung 74 auf. Die Ab schal tvorrichtung 74 ist mit der Ist-Spannungs-Eingangsschnittstelle 36 gekoppelt. Ferner ist auf der Abschaltvorrichtung 74 eine Abschaltspannung hinterlegt. Mittels der Ab schal tvorrichtung 74 kann somit die Hand- Werkzeugmaschine 10 abgeschaltet werden, sobald die Ist-Spannung USE unter die Abschaltspannung fällt.
Alternativ kann auf der Abschaltvorrichtung 74 ein vorgegebenes Verhältnis zwischen dem Ist- Spannungswert USE und einem Nennspannungswert der Energiespeichereinheit 32 hinterlegt sein und die Hand-Werkzeugmaschine 10 abgeschaltet werden, sobald dieses Verhältnis unterschritten ist.
Zudem weist die Steuerungseinheit 24 eine Drahtlosschnittstelle 76 auf.
Die Drahtlosschnittstelle 76 ist dazu ausgebildet, zu einem Endgerät eines Nutzers drahtlos Parameter zu übertragen und vom Endgerät Parameter zu empfangen.
Dabei kann mittels der Drahtlosschnittstelle 76 der Ist- Spannungswert USE der Energiespeichereinheit 32 und/oder ein Nennspannungswert der Energiespeichereinheit 32 bereitgestellt, d. h. ans Endgerät des Nutzers gesendet werden.
Auch kann über die Drahtlosschnittstelle 76 ein Signal zur Aktivierung oder Deaktivierung der Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 34 empfangen werden. Ferner ist es möglich, über die Drahtlosschnittstelle 76 einen Minimalspannungswert oder ein Verhältnis zwischen Ist- Spannungswert USE und Nennspannungswert der Energiespeichereinheit 32 zu empfangen.
Die Hand-Werkzeugmaschine 10 kann mittels eines Verfahrens zum Betrieb einer Hand- Werkzeugmaschine 10 betrieben werden. Dies wird im Folgenden anhand der Figur 3 erläutert.
Im Rahmen des Verfahrens wird zunächst der Ist-Spannungswert USE der Energiespeichereinheit 32 erfasst.
Ferner wird eine Eingabe-Drehzahl NE erhalten.
Wie bereits erläutert, ist der Grenz- Spannungswert UG vorgegeben.
Folglich wird die Soll-Drehzahl Ns basierend auf dem Ist- Spannungswert USE, dem Grenz- Spannungswert UG und der Eingabedrehzahl NE ermittelt.
Die Hand- Werkzeugmaschine 10 wird unter Nutzung dieser Soll-Drehzahl Ns betrieben.
Wie bereits erläutert, wird hierzu ein Korrekturfaktor K ermittelt, mit dem die Eingabe- Drehzahl NE multipliziert wird.
Dabei wird das Verfahren erst gestartet, wenn der Ist-Spannungswert USE eine Aktivierungsschwelle unterschreitet.
Dies kann anhand der Figur 3 gut erkannt werden. In diesem Zusammenhang ist in der Figur 3 über einer Betriebszeit t die Soll-Drehzahl Ns, das zugehörige Ist-Drehmoment M, der Ist- Betriebsparameter Pi, vorliegend ein Ist-Strom, sowie der Ist- Spannungswert USE der elektrischen Energiespeichereinheit aufgetragen. Ebenfalls ist als horizontale gestrichelte Linie der Grenz- Spannungswert UG eingezeichnet.
Dabei wird das Verfahren bei der Betriebszeit, die mit tstan bezeichnet ist, gestartet. Zu diesem Zeitpunkt erreicht der Ist- Spannungswert USE eine Aktivierungsschwelle, die vorliegend 16,5 Volt beträgt, und somit unterhalb der Nennspannung der Energiespeichereinheit 32 liegt, die vorliegend 18 Volt beträgt.
Wie bereits erläutert, beträgt dabei der Korrekturfaktor K 1, solange der Ist- Spannungswert USE größer als 15 Volt ist, d.h. größer als der Grenz- Spannungswert UG ist.
Im vorliegenden Beispiel erreicht der Ist- Spannungswert USE zum Zeitpunkt, der mit tred bezeichnet ist, 15 Volt. Zu diesem Zeitpunkt entspricht also der Ist- Spannungswert USE dem Grenz- Spannungswert UG.
Das heißt, dass ab diesem Zeitpunkt die Soll-Drehzahl Ns ausgehend von der Eingabe-Drehzahl NE mittels des Korrekturfaktors K reduziert wird. Als Folge dessen werden auch der Soll- Betriebsparameter Ps und der Ist-Betriebsparameter Pi reduziert. Der aus der elektrischen Energiespeichereinheit 32 entnommene Strom fällt also über die verbleibende Betriebszeit t ab.
Dadurch ergibt sich verglichen mit einer Situation, in der die Soll-Drehzahl Ns nicht reduziert wird, eine verlängerte Akkumulatorlaufzeit.
Das Ist-Drehmoment M wird dabei jedoch konstant gehalten wie anhand Figur 3 ersichtlich ist. Somit kann mit der Hand- Werkzeugmaschine 10 weitergearbeitet werden.
Für den Fall, dass die Drehmomenterfassungseinheit 68 einen Drehmomentsensor umfasst, kann das Ist-Drehmoment auf der Basis eines mittels des Drehmomentsensors generierten Messwerts konstant gehalten werden, z. B. mittels einer Drehmomentregelung.
In einer Alternative, in der die Drehmomenterfassungseinheit 68 keinen Drehmomentsensor umfasst, lässt sich das Ist-Drehmoment anhand der Ist-Drehzahl Ni und anhand des Ist- Betriebsparameters Pi ermitteln, der vorliegend ein Ist-Strom ist. Mit anderen Worten wird ein Motormodell verwendet, das den Antriebsmotor 28 beschreibt. Dabei kann ausgenutzt werden, dass der Ist-Spannungswert USE dem Grenz- Spannungswert UG entspricht und somit bekannt und konstant ist. Eine elektrische Leistung kann somit anhand des Produkts aus Ist- Betriebsparameters Pi und dem Grenz- Spannungswert UG ermittelt werden. Basierend hierauf wird davon ausgegangen, dass die elektrische Leistung proportional zur mechanischen Leistung abnimmt, die bei der Ist-Drehzahl Ni bereitgestellt wird. Somit kann das Ist-Drehmoment berechnet werden.
Im vorliegenden Beispiel wird die Hand- Werkzeugmaschine 10 erst abgeschaltet, wenn eine vorgegebene Mindest-Drehzahl unterschritten wird. Das ist zum Zeitpunkt tAb der Fall.
Ein alternativer Betrieb der Hand- Werkzeugmaschine 10 wird im Folgenden anhand der Figur 4 erläutert. Dabei wird lediglich auf die Unterschiede gegenüber dem anhand von Figur 3 erläuterten Verfahren eingegangen.
Das Verfahren wird wieder bei der Betriebszeit, die mit tstan bezeichnet ist, gestartet.
Wie zuvor beträgt dabei der Korrekturfaktor K 1, solange der Ist- Spannungswert USE größer als 15 Volt ist, d.h. größer als der Grenz- Spannungswert UG ist. Der Ist- Spannungswert USE erreicht wieder zum Zeitpunkt, der mit tred bezeichnet ist, 15 Volt. Zu diesem Zeitpunkt entspricht also der Ist-Spannungswert USE dem Grenz- Spannungswert UG.
Das heißt, dass ab diesem Zeitpunkt die Soll-Drehzahl Ns ausgehend von der Eingabe-Drehzahl NE mittels des Korrekturfaktors K reduziert wird. Im Unterschied zum Beispiel aus Figur 3 wird nun die Soll-Drehzahl Ns weniger stark reduziert. Um dies zu illustrieren ist mit einer weit gestrichelten Linie Soll-Drehzahl Ns aus dem Beispiel aus Figur 3 in der Figur 4 eingetragen.
Als Folge dessen werden auch der Soll-Betriebsparameter Ps und der Ist-Betriebsparameter Pi reduziert. Der aus der elektrischen Energiespeichereinheit 32 entnommene Strom fällt also über die verbleibende Betriebszeit t ab.
Gleichzeitig wird im Beispiel aus Figur 4 auch das Ist-Drehmoment reduziert. Dies kann beispielsweise aus der aktuell ausgeführten Bearbeitungsaufgabe resultieren, für die die Hand- Werkzeugmaschine 10 verwendet wird. Im Vergleich zum Beispiel aus Figur 3 wird also mittels der Hand- Werkzeugmaschine 10 eine geringere mechanische Leistung bereitgestellt. Dadurch ergibt sich verglichen mit dem Beispiel aus Figur 3 eine verlängerte Akkumulatorlaufzeit.
Die Hand-Werkzeugmaschine 10 wird auch im Beispiel aus Figur 4 erst abgeschaltet, wenn eine vorgegebene Mindest-Drehzahl unterschritten wird. Das ist zum Zeitpunkt tAb der Fall, der nun erst später erreicht wird als im Beispiel von Figur 3.
Ein weiterer alternativer Betrieb der Hand- Werkzeugmaschine 10 wird im Folgenden anhand der Figur 5 erläutert. Dabei wird lediglich auf die Unterschiede gegenüber dem anhand der Figuren 3 und 4 erläuterten Verfahren eingegangen.
Das Verfahren wird wieder bei der Betriebszeit, die mit tstan bezeichnet ist, gestartet.
Wie zuvor beträgt dabei der Korrekturfaktor K 1, solange der Ist- Spannungswert USE größer als 15 Volt ist, d.h. größer als der Grenz- Spannungswert UG ist. Der Ist- Spannungswert USE erreicht wieder zum Zeitpunkt, der mit tred bezeichnet ist, 15 Volt. Zu diesem Zeitpunkt entspricht also der Ist-Spannungswert USE dem Grenz- Spannungswert UG.
Das heißt, dass ab diesem Zeitpunkt die Soll-Drehzahl Ns ausgehend von der Eingabe-Drehzahl NE mittels des Korrekturfaktors K reduziert wird. Im Unterschied zum Beispiel aus Figur 3 wird nun die Soll-Drehzahl Ns stärker reduziert. Um dies zu illustrieren ist mit einer weit gestrichelten Linie Soll-Drehzahl Ns aus dem Beispiel aus Figur 3 in der Figur 5 eingetragen.
Als Folge dessen werden auch der Soll-Betriebsparameter Ps und der Ist-Betriebsparameter Pi reduziert. Der aus der elektrischen Energiespeichereinheit 32 entnommene Strom fällt also über die verbleibende Betriebszeit t ab.
Gleichzeitig steigt im Beispiel aus Figur 5 jedoch das Ist-Drehmoment. Dies kann beispielsweise aus der aktuell ausgeführten Bearbeitungsaufgabe resultieren, für die die Hand- Werkzeugmaschine 10 verwendet wird. Dies kompensiert den Effekt des sinkenden Ist- Betriebsparameters Pi teilweise, sodass der Ist-Betriebsparameter Pi im Beispiel aus Figur 5 weniger stark abfällt als in den Beispielen aus den Figuren 3 und 4.
Im Vergleich zu den Beispielen aus Figuren 3 und 4 wird also mittels der Hand- Werkzeugmaschine 10 eine höhere mechanische Leistung bereitgestellt. Dadurch ergibt sich verglichen mit den Beispielen aus Figuren 3 und 4 eine kürzere Akkumulatorlaufzeit.
Die Hand-Werkzeugmaschine 10 wird auch im Beispiel aus Figur 5 erst abgeschaltet, wenn eine vorgegebene Mindest-Drehzahl unterschritten wird. Das ist zum Zeitpunkt tAb der Fall, der nun schon früher erreicht wird als im Beispiel von Figur 3 und im Beispiel von Figur 4.
Ein anderer alternativer Betrieb der Hand-Werkzeugmaschine 10 wird im Folgenden anhand der Figur 6 erläutert. Dabei wird lediglich auf die Unterschiede gegenüber dem anhand der Figuren 3 bis 5 erläuterten Verfahren eingegangen.
Das Verfahren wird wieder bei der Betriebszeit, die mit tstan bezeichnet ist, gestartet.
Im Unterschied zu den Beispielen aus den Figuren 3 bis 5 umfasst das Verfahren nun jedoch eine Warnung für den Nutzer dahingehend, dass es bald zu einer Reduktion der Soll-Drehzahl Ns kommen wird.
Die Warnung wird ausgelöst, sobald der Ist- Spannungswert USE einen Spannungs- Warnwert Ui erreicht, der vorliegend 15,5 Volt beträgt. Im dargestellten Beispiel wird der Spannungs- Warnwert Ui zum Warn-Zeitpunkt ti erreicht.
Dabei besteht die Warnung darin, dass die Soll-Drehzahl Ns sprunghaft reduziert wird, beispielsweise um 15%. Der Betrag der sprunghaften Reduktion ist dabei so gewählt, dass er einerseits von einem Nutzer der Hand-Werkzeugmaschine 10 leicht bemerkt werden kann, andererseits jedoch eine aktuell ausgeführte Bearbeitungsaufgabe nur unwesentlich stört.
Als Folge dessen werden auch der Soll-Betriebsparameter Ps und der Ist-Betriebsparameter Pi reduziert. Der aus der elektrischen Energiespeichereinheit 32 entnommene Strom fällt also sprunghaft ab. Das fuhrt dazu, dass ein Spannungsabfall über einem Innen wider stand der Energiespeichereinheit 32 verringert wird, sodass der Ist- Spannungswert USE in diesem Zusammenhang kurzfristig steigt.
Es kann dann mit der vorliegend um 15% reduzierten Drehzahl weitergearbeitet werden.
Wie bisher beträgt dabei der Korrekturfaktor K 1, solange der Ist-Spannungswert USE größer als 15 Volt ist, d.h. größer als der Grenz- Spannungswert UG ist.
Wenn der Ist- Spannungswert USE wieder zum Zeitpunkt, der mit tred bezeichnet ist, 15 Volt, also den Grenz- Spannungswert UG erreicht, wird die Soll-Drehzahl Ns ausgehend von der Eingabe-Drehzahl NE wieder mittels des Korrekturfaktors K reduziert, wie beispielsweise in Verbindung mit Figur 3 beschrieben wurde.
Eine optionale weitere Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 für die Hand- Werkzeugmaschine 10, genauer gesagt für die Steuerungseinheit 24, ist in Figur 7 gezeigt. Es wird betont, dass die weitere Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 optional ist. Um die Soll-Drehzahl- Vorgabeeinrichtung 78 von der Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 34 zu unterscheiden, wird die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 als „weitere“ Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 bezeichnet.
Die weitere Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 kann alternativ zur Soll-Drehzahl- Vorgabeeinrichtung 34 verwendet werden. Auch ist es möglich, die weitere Soll-Drehzahl- Vorgabeeinrichtung 78 und die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 34 in Kombination zu verwenden. In diesem Fall wird eine mittels der weiteren Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 ermittelte Soll-Drehzahl Ns und eine mittels der Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 34 ermittelte Soll-Drehzahl Ns verglichen und stets die kleinere dieser Soll-Drehzahlen Ns als Eingangsgröße an der Soll-Drehzahl-Eingangsschnittstelle 50 verwendet.
Dabei dient die weitere Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 dazu, dem Nutzer der Hand- Werkzeugmaschine 10 zu erlauben, mit einem vergleichsweise hohen Drehmoment zu arbeiten, ohne dass dabei ein vorgegebener Grenz- Stromwert IG der elektrischen Energiespeichereinheit 32 überschritten wird.
Mit anderen Worten dient die weitere Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 dazu, mittels des Antriebsmotors 28 an der Abtriebswelle 30 und somit an der Werkzeugaufnahme 16 und am Werkzeug 18 ein vergleichsweise hohes Drehmoment bereitzustellen. Dabei wird der vorgegebene Grenz- Stromwert IG der elektrischen Energiespeichereinheit 32 nicht überschritten.
In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, dass für eine elektrische Energiespeichereinheit 32 üblicherweise ein Grenz- Stromwert IG vorgegeben ist, der im Betrieb der elektrischen Energiespeichereinheit 32 nicht überschritten werden darf, um Beschädigungen und/oder Funktionseinbußen an der elektrischen Energiespeichereinheit 32 zu vermeiden. Der Grenz- Stromwert IG kann daher auch als Maximalstrom bezeichnet werden.
Die weitere Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 weist eine Ist-Strom-Eingangsschnittstelle 80 zum Erhalt eines Ist-Stroms ISE der elektrischen Energiespeichereinheit 32 auf. Der Ist- Strom ISE ist derjenige Strom, der zu einem gegebenen Zeitpunkt von der elektrischen Energiespeichereinheit 32 bereitgestellt wird, d.h. aus der elektrischen Energiespeichereinheit 32 entnommen wird.
Dabei kann die Ist-Strom-Eingangsschnittstelle 80 ein Bestandteil der Schnittstelle 26 für die elektrische Energiespeichereinheit sein.
Zusätzlich weist die weitere Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 eine Grenz-Strom- Eingangsschnittstelle 82 zum Erhalt des Grenz- Stromwerts IG auf. Die Grenz-Strom- Eingangsschnittstelle 82 kann in diesem Zusammenhang mit einer Speichereinheit gekoppelt sein, auf der der Grenz- Stromwert IG hinterlegt ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiele beträgt der Grenz- Stromwert IG 50 Ampere. Außerdem umfasst die weitere Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 eine Eingabe-Drehzahl- Eingangsschnittstelle 84 zum Erhalt der Eingabe-Drehzahl NE.
Im dargestellten Beispiel ist ein Betätigungsschalter 42 der Hand-Werkzeugmaschine 10 signaltechnisch mit der Eingabe-Drehzahl Eingangsschnittstelle 84 gekoppelt.
Wie bereits erläutert, kann ein Nutzer über den Betätigungsschalter 42 in gewohnter Weise die Hand- Werkzeugmaschine 10 bedienen.
Die weitere Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 ist dazu ausgebildet, basierend auf dem Ist- Stromwert ISE, dem Grenz- Stromwert IG und der Eingabe-Drehzahl NE eine variable Soll- Drehzahl Ns bereitzustellen.
Hierzu wird zunächst eine Differenz zwischen dem Grenz- Stromwert lound dem Ist- Stromwert ISE ermittelt.
Für den Fall, dass die Differenz zwischen dem Grenz- Stromwert IG und dem Ist-Stromwert ISE einen vorgegebenen Differenzwert nicht unterschreitet, entspricht die Soll-Drehzahl Ns der Eingabe-Drehzahl NE.
Erst wenn die Differenz zwischen dem Grenz- Stromwert IG und dem Ist- Strom wert ISE den vorgegebenen Differenzwert unterschreitet, wird eine Soll-Drehzahl Ns ermittelt, die von der Eingabe-Drehzahl NE abweicht.
In einem Beispiel ist der vorgegebene Differenzwert 1 Ampere. Solange also der Ist-Stromwert ISE um 1 Ampere oder mehr unterhalb dem Grenz- Stromwert IG liegt, entspricht die Soll- Drehzahl Ns der Eingabe-Drehzahl NE.
Unterschreitet jedoch die Differenz zwischen dem Grenz- Stromwert IG und dem Ist-Stromwert ISE den vorgegebenen Differenzwert, z. B. 1 Ampere, wird die Soll-Drehzahl Ns derart verringert, d.h. heruntergeregelt, dass der Ist-Stromwert ISE den Grenz- Stromwert IG nicht überschreitet. Insbesondere wird der Ist-Stromwert ISE auf den Grenz- Stromwert IG geregelt. Es versteht sich, dass es im Zuge einer derartigen Regelung zu theoretischen, jedoch praktisch nicht relevanten Überschreitungen des Grenz- Strom werts IG kommen kann. Diese sind jedoch derart geringfügig, dass vorliegend trotzdem von einer Regelung auf den Grenz- Stromwert IG und einem Verhindern des Überschreitens des Grenz- Stromwerts IG gesprochen wird.
Zum Ermitteln einer reduzierten oder heruntergeregelten Soll-Drehzahl Ns kann ein Korrekturfaktor K‘ zwischen 0 und 1 ermittelt werden. Die Soll-Drehzahl Ns wird dann durch Multiplikation der Eingabe-Drehzahl NE mit dem Korrekturfaktor K‘ ermittelt.
Der Korrekturfaktor K‘ beträgt also im vorliegenden Beispiel 1, solange der Ist-Stromwert ISE um den vorgegebenen Differenzwert oder mehr unterhalb des Grenz- Stromwerts IG liegt.
Wenn die Differenz zwischen dem Grenz- Strom wert IG und dem Ist-Stromwert ISE den vorgegebenen Differenzwert unterschreitet, ist der Korrekturfaktor K‘ dementsprechend kleiner als 1. Dabei gilt es, den Korrekturfaktor K‘ so zu ermitteln, dass sich auf Basis der mittels des Korrekturfaktors K‘ ermittelten Soll-Drehzahl Ns ein Ist-Stromwert ISE ergibt, der dem Grenz- Stromwert IG entspricht oder darunter liegt.
Dabei kann der Korrekturfaktor K‘ eine Funktion des Ist-Stromwerts ISE oder der Differenz zwischen dem Grenz- Stromwert IG und dem Ist-Stromwert ISE sein. Beispielsweise ist dabei der Korrekturfaktor K‘ proportional zum Ist-Stromwert ISE oder proportional zur Differenz zwischen dem Grenz- Stromwert IG und dem Ist- Stromwert ISE.
Alternativ oder zusätzlich kann der Korrekturfaktor K‘ unter Nutzung einer Nachschlagetabelle (Englisch: Look-up-table) ermittelt werden. Die Nachschlagetabelle kann auf der Steuerungseinheit 24 oder der weiteren Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 hinterlegt sein. Genauer gesagt kann die Nachschlagetabelle auf einem Stromregler hinterlegt sein.
Insgesamt kann der Korrekturfaktor K‘ als regelungstechnische Stellgröße verstanden werden. Mittels des Stromreglers wird also der Korrekturfaktor K‘ derart bestimmt, dass der Ist- Stromwert ISE dem Grenz- Stromwert IG entspricht, diesen jedoch nicht übersteigt. Die Differenz D soll also 0 betragen.
Mit anderen Worten wird der Ist-Stromwert ISE auf den Grenz- Stromwert IG geregelt. Hierzu wird beispielsweise ein PI-Regler oder ein PID-Regler eingesetzt.
Es wird also basierend auf dem Ist-Stromwert ISE, dem Grenz- Stromwert IG und der Eingabedrehzahl NE eine Soll-Drehzahl Ns bestimmt. Diese stellt eine Ausgangsgröße der weiteren Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 dar.
Über die Soll-Drehzahl-Eingangsschnittstelle 50 der Drehzahlregeleinrichtung 44 sind die weitere Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 und die Drehzahlregeleinrichtung 44 signaltechnisch gekoppelt, sodass die Soll-Drehzahl Ns mittels der weiteren Soll-Drehzahl- Vorgabeeinrichtung 78 an der Soll-Drehzahl-Eingangsschnittstelle 50 bereitgestellt werden kann. Im Übrigen kann auf die vorstehenden Erläuterungen zur Drehzahlregeleinrichtung 44 verwiesen werden.
Wie bereits erläutert, kommt die weitere Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 zum Tragen, wenn mittels der Antriebseinheit 20 ein vergleichsweise hohes Drehmoment bereitgestellt werden soll. Dies ist üblicherweise dann der Fall, wenn aus einer mittels des in der Werkzeugaufnahme 16 aufgenommenen Werkzeugs 18 eine Bearbeitungsaufgabe ausgeführt wird, bei der ein vergleichsweise hoher mechanischer Widerstand einer Rotationsbewegung des Werkzeugs 18 entgegenwirkt.
Um bei gleichbleibender Drehzahl des Werkzeugs 18 einen solchen hohen mechanischen Widerstand überwinden zu können, muss also das mittels der Antriebseinheit 20 bereitgestellte Drehmoment erhöht werden. Das führt dazu, dass ein aus der elektrischen Energiespeichereinheit 32 entnommener Strom, also der Ist-Stromwert ISE, steigt.
Die weitere Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 sorgt in diesem Zusammenhang dafür, dass das notwendige Drehmoment bereitgestellt werden kann, ohne die elektrische Energiespeichereinheit 32 zu überlasten, d.h. ohne den Ist-Stromwert ISE über den Grenz- Stromwert IG steigen zu lassen.
Das wird im Folgenden mit Bezug auf das Diagramm in Figur 8 in vereinfachter Form erläutert.
In diesem Beispiel arbeitet ein Nutzer mit der Hand-Werkzeugmaschine 10, wobei eine Drehzahl konstant ist. Allerdings steigt ein mechanischer Widerstand, der am Werkzeug 18 anliegt, sodass auch der Ist-Stromwert ISE steigt.
Entsprechend der obigen Erläuterungen wird dabei der Ist-Stromwert ISE jedoch durch die Vorgabe einer reduzierten Soll-Drehzahl Ns auf den Grenz- Stromwert IG geregelt. Auf diese Weise wird eine Überlastung der elektrischen Energiespeichereinheit verhindert. Es versteht sich dabei, dass die Verfahrensaspekte, die im Zusammenhang mit der weiteren Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung 78 erläutert wurden, optionale Bestandteile des Verfahrens zum Betrieb einer Hand- Werkzeugmaschine 10 sind.
Bezugszeichenliste
10 Hand- Werkzeugmaschine
12 Gehäuse
14 erster Endb er ei ch
16 W erkzeugaufnahme
18 Werkzeug
20 Antriebseinheit
22 Antriebsmotoreinheit
24 Steuerungseinheit
26 Schnittstelle für eine elektrische Energiespeichereinheit
28 Antriebsmotor
30 Abtriebswelle
32 elektrische Energiespeichereinheit
34 S oll-Drehzahl- V orgab eeinri chtung
36 Ist-Spannungs-Eingangsschnittstelle
38 Grenz-Spannungs-Eingangsschnittstelle
40 Eingabe-Drehzahl-Eingangsschnittstelle
42 Betätigungsschalter
43 Spannungsregler
44 Drehzahlregeleinrichtung
46 Ist-Drehzahl-Eingangsschnittstelle
48 Drehzahlerfassungseinheit
50 Soll-Drehzahl-Eingangsschnittstelle
52 Ausgangsschnittstelle
54 Drehzahlregler
56 Betriebsparameterregeleinheit
58 Soll-Parameter-Eingangsschnittstelle
60 Ist-Parameter-Eingangsschnittstelle
62 Stromsensor
64 Stromregler
66 Ist-Drehmoment-Eingangsschnittstelle
68 Drehmomenterfassungseinheit
70 Aktivierungsschnittstelle
72 Aktivierungsschalter
74 Ab schal tvorrichtung
76 Drahtlosschnittstelle
78 weitere Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung
80 Ist-Strom-Eingangsschnittstelle
82 Grenz-Strom-Eingangsschnittstelle
84 Eingabe-Drehzahl-Eingangsschnittstelle der weiteren Soll-Drehzahl-
V orgab eeinri chtung D Differenz des Ist-Spannungswerts und des Grenz- Spannungswerts
Dmax vorgegebener Differenzwert
K Korrekturfaktor
M Ist-Drehmoment
NE Eingabe-Drehzahl
Ns Soll-Drehzahl
Ni Ist-Drehzahl
Ps Soll-Betriebsparameter
Pi Ist-Betriebsparameter t Betriebszeit ti Warn-Zeitpunkt tstan Startzeitpunkt des Verfahrens tAb Abschaltzeitpunkt tred Zeitpunkt, ab dem die Soll-Drehzahl reduziert wird
Ui Spannungs- Warnwert
UG Grenz- Spannungswert
USE Ist-Spannungswert der elektrischen Energiespeichereinheit
IG Grenz- Stromwert der elektrischen Energiespeichereinheit
ISE Ist-Stromwert der elektrischen Energiespeichereinheit
K‘ Korrekturfaktor

Claims

Patentansprüche
1. Steuerungseinheit (24) für eine Antriebseinheit (20) einer Hand- Werkzeugmaschine (10), mit einer Drehzahlregeleinrichtung (44), umfassend
- eine Ist-Drehzahl-Eingangsschnittstelle (46) zum Erhalt einer Ist-Drehzahl (Ni) der Hand- Werkzeugmaschine (10),
- eine Soll-Drehzahl-Eingangsschnittstelle (50) zum Erhalt einer Soll-Drehzahl (Ns) der Hand-Werkzeugmaschine (10), und
- eine Ausgangsschnittstelle (52) zur Ausgabe eines Soll-Betriebsparameters (Ps) für die anzusteuemde Hand- Werkzeugmaschine (10), und mit einer Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung (34) zum Vorgeben einer variablen Soll- Drehzahl (Ns) für die Hand- Werkzeugmaschine (10) an der Soll-Drehzahl- Eingangsschnittstelle (50), umfassend
- eine Ist-Spannungs-Eingangsschnittstelle (36) zum Erhalt eines Ist- Spannungswerts (USE) einer elektrischen Energiespeichereinheit (32) für die Hand- Werkzeugmaschine (10) und
- eine Grenz-Spannungs-Eingangsschnittstelle (38) zum Erhalt eines Grenz- Spannungswerts (UG), wobei die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung (34) signaltechnisch an die Soll-Drehzahl- Eingangsschnittstelle (50) der Drehzahlregeleinrichtung (44) angekoppelt ist, und wobei die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung (34) dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Ist- Spannungswert (USE) und dem Grenz- Spannungswert (UG) die variable Soll- Drehzahl (Ns) an der Soll-Drehzahl-Eingangsschnittstelle (50) bereitzustellen.
2. Steuerungseinheit (24) nach Anspruch 1, wobei die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung (34) eine Eingabe-Drehzahl-Eingangsschnittstelle (40) zum Erhalt einer Eingabe- Drehzahl (NE) umfasst und dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Ist- Spannungswert (USE), dem Grenz- Spannungswert (UG) und der Eingabe-Drehzahl (NE) die variable Soll-Drehzahl (Ns) bereitzustellen.
3. Steuerungseinheit (24) nach Anspruch 2, wobei die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung (34) dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Ist- Spannungswert (USE) und dem Grenz- Spannungswert (UG) einen Korrekturfaktor (K) zu ermitteln und die variable Soll- Drehzahl (Ns) basierend auf dem Korrekturfaktor (K) und der Eingabe-Drehzahl (NE) zu ermitteln.
4. Steuerungseinheit (24) nach Anspruch 3, wobei der Korrekturfaktor (K) auf Werte von 0 bis 1 begrenzt ist.
5. Steuerungseinheit (24) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Soll-Drehzahl- Vorgabeeinrichtung (34) dazu ausgebildet ist, den Korrekturfaktor (K) in Abhängigkeit einer Differenz (D) des Ist- Spannungswerts (USE) und des Grenz- Spannungswerts (UG) zu ermitteln.
6. Steuerungseinheit (24) nach Anspruch 4 und 5, wobei der Korrekturfaktor (K) auf den Wert 1 festgelegt ist, sofern der Ist-Spannungswert (USE) um mindestens einen vorgegebenen Differenzwert (Dmax) größer ist als der Grenz- Spannungswert (UG).
7. Steuerungseinheit (24) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Soll-Drehzahl- Vorgabeeinrichtung (34) den Korrekturfaktor (K) derart bestimmt, dass der Ist- Spannungswert (USE) der Energiespeichereinheit (32) auf dem Grenz- Spannungswert (UG) gehalten wird.
8. Steuerungseinheit (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Aktivierungsschnittstelle (70) zur wahlweisen Aktivierung und Deaktivierung der Soll- Drehzahl-Vorgabeeinrichtung (34).
9. Steuerungseinheit (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Ab schal tvorrichtung (74) zur Abschaltung der Hand-Werkzeugmaschine (10) bei Unterschreiten eines vorgegebenen oder vorgebbaren Verhältnisses zwischen dem Ist- Spannungswert (USE) und einem Nennspannungswert der Energiespeichereinheit (32). 10. Steuerungseinheit (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Soll- Betriebsparameter (Ps) ein Stromwert ist.
11. Steuerungseinheit (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Soll- Drehzahl-Vorgabeeinrichtung (34) eine Ist-Drehmoment-Eingangsschnittstelle (66) zum Erhalten eines Ist-Drehmomentwerts der Hand-Werkzeugmaschine (10) umfasst, wobei die Soll-Drehzahl-Vorgabeeinrichtung (34) dazu ausgebildet ist, die variable Soll- Drehzahl (Ns) derart einzustellen, dass das Drehmoment konstant bleibt oder in einem Bereich oberhalb eines vorgegebenen Minimaldrehmoments gehalten wird oder steigt.
12. Steuerungseinheit (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Drahtlosschnittstelle (76) zum Austausch wenigstens eines von einem Endgerät eines Benutzers drahtlos übertragenen Parameters und/oder zu einem Endgerät eines Benutzers drahtlos übertragenen Parameters, ausgewählt aus einer Gruppe von Parametern, bestehend aus:
- Empfang der Aktivierung oder Deaktivierung der Soll-Drehzahl- Vorgabeeinrichtung (34),
- Empfang des Verhältnisses zwischen Ist- Spannungswert (USE) und Nennspannungswert der Energiespeichereinheit (32),
- Senden eines Ist- Spannungswertes (USE) der Energiespeichereinheit (32),
- Senden eines Nennspannungswertes der Energiespeichereinheit (32).
13. Antriebseinheit (20) für eine Hand- Werkzeugmaschine (10), mit einer Steuerungseinheit (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Schnittstelle (26) für eine elektrische Energiespeichereinheit (32) und mit einer Antriebsmotoreinheit (22), wobei die Steuerungseinheit (24) derart signal technisch mit der Schnittstelle (26) für die Energiespeichereinheit (32) gekoppelt ist, dass an der Ist- Spannungs-Eingangsschnittstelle (36) ein Ist- Spannungswert (USE) der Energiespeichereinheit (32) bereitstellbar ist, und die Steuerungseinheit (24) derart signaltechnisch mit der Antriebsmotoreinheit (22) gekoppelt ist, dass der Soll- Betriebsparameter (Ps) an der Antriebsmotoreinheit (22) bereitstellbar ist. 14. Hand- Werkzeugmaschine (10) mit einer Antriebseinheit (20) nach Anspruch 13 und einem Werkzeug (18) oder einer Werkzeugaufnahme (16), wobei die Antriebseinheit (20) antriebsmäßig mit dem Werkzeug (18) oder der Werkzeugaufnahme (16) gekoppelt ist.
15. Verfahren zum Betrieb einer Hand- Werkzeugmaschine (10), mit einer elektrischen Antriebsmotoreinheit (22) und einer elektrischen Energiespeichereinheit (32) zur Versorgung der Antriebsmotoreinheit (22) mit elektrischer Energie, umfassend die folgenden Schritte:
- Erfassen eines Ist- Spannungswerts (USE) der Energiespeichereinheit (32),
- Erhalten eines Grenz- Spannungswerts (UG) für die Energiespeichereinheit (32),
- Ermitteln einer variablen Soll-Drehzahl (Ns) für die Antriebsmotoreinheit (22) der Hand- Werkzeugmaschine (10) basierend auf dem Ist- Spannungswert (USE) und dem Grenz- Spannungswert (UG), und
- Betreiben der Hand- Werkzeugmaschine (10) unter Nutzung der variablen Soll- Drehzahl (Ns).
16. Verfahren nach Anspruch 15, umfassend: Erhalten einer Eingabe-Drehzahl (NE) für die Hand- Werkzeugmaschine (10) und Ermitteln der Soll-Drehzahl (Ns) basierend auf dem Ist-Spannungswert (USE), dem Grenz- Spannungswert (UG) und der Eingabe-Drehzahl (NE).
17. Verfahren nach Anspruch 16, umfassend: Ermitteln eines Korrekturfaktors (K) in Abhängigkeit des Ist- Spannungswerts (USE) und des Grenz- Spannungswerts (UG) und Ermitteln der variablen Soll-Drehzahl (Ns) basierend auf dem Korrekturfaktor (K) und der Eingabe-Drehzahl (USE).
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Korrekturfaktor (K) auf Werte von 0 bis 1 begrenzt ist.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, umfassend: Ermitteln des Korrekturfaktors (K) in Abhängigkeit einer Differenz (D) des Ist- Spannungswerts (USE) und des Grenz- Spannungswerts (UG).
20. Verfahren nach Anspruch 18 und 19, umfassend: Festlegen des Korrekturfaktors (K) auf den Wert 1, sofern der Ist- Spannungswert (USE) um mindestens einen vorgegebenen Differenzwert (Dmax) größer ist als der Grenz- Spannungswert (UG).
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, umfassend: Bestimmen des Korrekturfaktors (K) derart, dass die Ist-Spannung (USE) der Energiespeichereinheit
(32) auf dem Grenz- Spannungswert (UG) gehalten wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei das Verfahren gestartet wird, sobald der Ist- Spannungswert (USE) der Energiespeichereinheit (32) eine Aktivierungsschwelle unterschreitet.
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