WO2008116682A1 - Gerät mit elektromotorischem antrieb und verfahren zu seinem betrieb - Google Patents

Gerät mit elektromotorischem antrieb und verfahren zu seinem betrieb Download PDF

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WO2008116682A1
WO2008116682A1 PCT/EP2008/051259 EP2008051259W WO2008116682A1 WO 2008116682 A1 WO2008116682 A1 WO 2008116682A1 EP 2008051259 W EP2008051259 W EP 2008051259W WO 2008116682 A1 WO2008116682 A1 WO 2008116682A1
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temperature
power
electric motor
value
power reduction
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PCT/EP2008/051259
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Single
Original Assignee
Robert Bosch 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
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/18—Modifications for indicating state of switch
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/68—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive based on the temperature of a drive component or a semiconductor component

Definitions

  • the invention relates to a device with electric motor drive and a method for operating such a device.
  • the invention can be used in particular in power tools.
  • an electronics In electric motor driven devices, especially in power tools, an electronics is usually required to control an electric motor or to realize additional functions, performance enhancements or protective functions.
  • the electronics are usually accommodated on a circuit board, which can be arranged in the immediate vicinity of the electric motor and thus exposed to the influence of its heat development.
  • the electronics often include at least one actuator, usually based on power electronic semiconductor devices that have even in certain operating conditions a power loss that can lead to significant heating.
  • the discharge in the interior of the e- lektrouzes released amounts of heat in many cases, especially in power tools with a designed as a universal motor electric motor, with the help of a mounted on the rotor of the electric fan impeller, which serves both the cooling of the electric motor and arranged in its vicinity electronics.
  • a voltage in the armature of the motor is induced in an electric motor by the rotation of an electrical conductor in a magnetic field.
  • This voltage is directly proportional to the speed of the motor and is opposite to the voltage applied to the motor. If the speed drops, so does the induction voltage and the current consumption of the motor increases, which inevitably leads to a greater heat development, since with a growing power consumption and the power loss of the motor increases.
  • the heat development of an electric motor and the available cooling capacity which can be made available by a fan connected to the electric fan, characterized by a so-called positive feedback.
  • a conventional current limitation consists of a shunt, an operational amplifier and a limiting or disconnecting means for switching off the electronics, in particular the power output stages included.
  • a disadvantage of such a circuit is that at the shunt inevitably one, albeit small, dissipated power dissipation.
  • Another disadvantage of power tools equipped in this way is that it can be quite sensible to permit short-term currents which would in the long run lead to destruction or damage. which, however, are thermally harmless for a short time. A strict current limit and the suppression of such short-term current peaks makes working with power tools usually very uncomfortable.
  • the invention relates to a temperature monitoring of the electronics, in particular power electronic components, in the drive concept of an electric motor driven device. It has been shown that such a temperature monitoring and thus enabled temperature limitation can achieve a high level of functional reliability in conjunction with a significantly improved working comfort, if it is ensured that critical temperatures which would lead to the destruction of semiconductor components used in power amplifiers / actuators, be avoided at all costs. In compliance with this boundary condition, currents that would lead to exceeding this critical temperature in the medium term can be allowed for as long as this critical warming does not actually occur. The user of an electrical device according to the invention is thus given the opportunity to react to critical operating conditions without being interrupted abruptly in his work.
  • the invention is embodied by a device with an electromotive drive, comprising an electric motor and an electronic module for controlling the electric motor, wherein the electronic module has at least one temperature sensor. has, which can determine a dependent of the temperature of a power semiconductor device of the electronic assembly temperature value.
  • the electronic module is also designed in terms of circuitry so that a reduction in power can be realized depending on the temperature value determined by the temperature sensor.
  • the invention can be used advantageously in electrical appliances in which a fan is included, which is connected to the rotor of the electric motor, as is the case for example in many power tools.
  • a reduction in performance is made by a factor that is from a
  • Temperature value depends, which is determined by a temperature sensor and depends on the temperature of a power semiconductor device of the electronic module.
  • the power reduction according to the invention can be carried out if the temperature value determined by the temperature sensor is above a defined threshold value.
  • the dimensioning of the factor can be carried out in such a way that the power output of the device is completely inhibited if the temperature value determined by the temperature sensor is above a defined switch-off value.
  • the factor by which the power reduction takes place can be dimensioned such that the power reduction between the threshold value and the cut-off value is carried out linearly as a function of the determined temperature value.
  • the power reduction between the threshold value and the switch-off value can also be carried out, for example, progressively as a function of the determined temperature value.
  • Fig.l is a schematic representation of the basic
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the dependence of the power reduction according to the invention on a measured temperature.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the basic structure of an electric motor driven device according to the invention, for example a power tool.
  • This comprises a housing 1, an electric motor 2, an electronic assembly 3 with actuator for driving the electric motor 2 and a fan 4, which is connected to the shaft 5 of the electric motor 2 and in this way to the rotor of the electric motor 2.
  • the electronic module 3 has a temperature sensor 6, which can determine a temperature value dependent on the temperature of a power semiconductor component of the electronic module 3.
  • the thermal coupling of the temperature sensor 6 to the point to be monitored is realized via copper or aluminum cooling bodies or similar components.
  • thermal compound, thermally conductive films, potting compounds, adhesives or similar materials can ensure sufficient measurement reliability.
  • the housing 1 is designed so that an air flow generated by the fan 4 is guided through the housing 1.
  • a characteristic parameter of power tools is their rated power. This is dimensioned so that under thermal conditions permissible thermal loads are not exceeded.
  • a two-hand angle grinder has a nominal power consumption of approximately 2,000 to 2,500 watts, which corresponds to a power consumption of approximately 8.5 to 11 amps for a supply voltage of 230 volts.
  • operating states occur at certain operating points, which can lead to a significantly higher power consumption than the rated power consumption. The highest power consumption occurs in the blocking of such devices.
  • a power consumption of approximately 45 to 65 amperes occurs in the case of blocking, which corresponds to a power consumption of approximately 10 to 15 kilowatts.
  • devices according to the invention equipped under load to the following effects. Under load, the current consumption of the respective device increases. The falling speed of the engine and thus also the fan leads to a much worse ventilation of the engine 2 and the electronics. Inevitably, there is a warming of engine and electronics. In particular, when the power consumption is above the rated power of the respective device, the corresponding heating via the fan can not be dissipated. A stalled engine is just the worst case of such a situation, but with very rapid warming of the engine and electronics.
  • the invention is based on the assumption that critical temperatures at sensitive areas of the electronics, in particular at power semiconductor components, are avoided at all times, currents which would lead to these temperatures over a certain period of time but can be permitted for short periods, which means comfort and handling according to the invention equipped devices significantly improved.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the dependency of the power reduction according to the invention on a temperature measured in the vicinity of a power semiconductor component of the electronic assembly 3, in the present case an actuator with triac.
  • a power reduction linearly dependent on this actuator temperature is performed by the electronic module 3.
  • This actuator temperature forms the threshold value T 3 in the context of the invention. Above a second, higher temperature a full power reduction of 100% is made, which is practically equivalent to a shutdown of the electric motor.
  • This switch-off temperature T ab is in the present example of a two-hand angle grinder with a triac-based actuator at 100 0 C. At temperatures below 70 0 C virtually any absorbed power is allowed because the temperature is classified as a total uncritical. The power consumption P re i is always 100% of the automatically and load-dependent setting value. In the transition region of the first threshold value T s , in the present case at 70 ° C., and below the switch-off temperature T ab , in the present case of 100 ° C., a reduction of the power consumption takes place step by step, without leading to abrupt switch-off processes.
  • the damage already mentioned can be effectively avoided.
  • the user will notice that he has reached the power limit of the power tool by reducing the power of the power tool proportionally to the temperature of the actuator. Since a meaningful work with a power-reduced power tool is no longer possible, the user will reduce the load. If the user reduces the load, this leads to a higher speed, which entails greater cooling of the electric motor and the electronic module. The monitored temperature drops again and the power reduction is reduced or completely canceled when falling below the threshold T 3 . An effective protection of the electric motor and the electronic module is thus equally ensured.
  • the advantage of the invention is, inter alia, that the gradual reduction or limitation of the power consumption only above a threshold temperature T 3 occurs, below which a power reduction is generally avoided, which benefits the working comfort.
  • the protection according to the invention is not limited to a linear power reduction in the range between the threshold temperature T 3 and the upper shutdown temperature T ab . Numerous other waveforms having a different temperature-dependent power reduction characteristic can be used, for example, quadratic or other progressive characteristics can be realized.
  • the advantage of such a simple circuit also consists in the fact that due to the thermal inertia of the power semiconductors or the electric motor used, such a disconnection will occur much less frequently than, for example, in the case of conventional current-limiting circuits.
  • the rate of change of the temperature at the actuator of the electronic module 3 is included in the activation of the power reduction. This can alternatively or additionally be done. The meaning of taking into account the rate of change of the temperature at the actuator will be explained below. In the case of a blockage of the power tool immediately flows a very high current. This leads to a very rapid heating and a high rate of change of the temperature at the actuator.
  • Rapid intervention of the power reduction makes sense here in order not to be in an uncontrollable operating state, for example in the overhead ignition operation of a triac. long.
  • intervention in the form of a power reduction according to the invention is likewise expedient.
  • the time available is much longer, considering the thermal inertia. This can advantageously be taken into account when selecting a temperature-dependent characteristic of the power reduction.
  • the inventive temperature monitoring and control on the actuator of the electronic module 3 initially results in an effective and cost-effective protection of the actuator. At the same time, however, there is also a protection of the electric motor 2 and thus of the entire electrical device according to the invention from overload damage, as a rule, a clear coupling of the thermal load on the electric motor 2 and the electronic assembly 3, in particular of the actuator exists.
  • different temperature sensor sensors such as temperature-sensitive elements such as NTC, PTC, PT 100, K thermocouples, Ni-Cr-Ni-based thermocouples, semiconductor sensors, integrated circuits or optical temperature sensors and almost any temperature probe, the design of the invention is to be equipped to be equipped electrical appliance, are used.
  • Temperature sensors in the context of the invention also constitute means, in particular circuit-technical means, which can determine the temperature of the power semiconductor element of the electronic module 3 to be monitored from the detection of temperature-dependent physical variables, for example the internal resistance of a semiconductor element.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gerät mit elektromotorischem Antrieb, umfassend einen Elektromotor (2) und eine elektronische Baugruppe (3) zur Ansteuerung des Elektromotors (2), dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Baugruppe (3) mindestens einen Temperatursensor (6) aufweist, dereinen von der Temperatur eines Leistungshalbleiterbauelementes der elektronischen Baugruppe (3) abhängigen Temperaturwert ermitteln kann, und die elektronische Baugruppe (3) Mittel umfasst, um in Abhängigkeit von dem durch den Temperatursensor (6) ermittelten Temperaturwert eine Leistungsreduzierung vornehmen zu können.

Description

Gerät mit elektromotorischem Antrieb und Verfahren zu seinem Betrieb
Die Erfindung betrifft ein Gerät mit elektromotorischem Antrieb sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Gerätes. Die Erfindung kann insbesondere in Elektrowerkzeugen zum Einsatz kommen.
Stand der Technik
Bei elektromotorisch angetriebenen Geräten, insbesondere bei Elektrowerkzeugen, ist in der Regel eine Elektronik erforderlich, um einen Elektromotor anzusteuern bzw. Zusatzfunktionen, Leistungssteigerungen oder Schutzfunktionen zu realisieren. Die Elektronik ist in der Regel auf einer Platine unter- gebracht, die in unmittelbarer Nähe des Elektromotors angeordnet und so dem Einfluss seiner Wärmentwicklung ausgesetzt sein kann. Außerdem umfasst die Elektronik häufig zumindest ein Stellglied, meist auf der Basis leistungselektronischer Halbleiterbauelemente, die in bestimmten Betriebszuständen selbst eine Verlustleistung aufweisen, die zu einer erheblichen Erwärmung führen kann. Die Abführung im Innern des E- lektrogerätes freigesetzter Wärmemengen erfolgt in vielen Fällen, insbesondere in Elektrowerkzeugen mit einem als Universalmotor konzipierten Elektromotor, mit Hilfe eines am Läufer des Elektromotors angebrachten Lüfterrades, welches gleichermaßen der Kühlung des Elektromotors sowie der in seiner Nähe angeordneten Elektronik dient. Funktionsbedingt wird bei einem Elektromotor durch die Drehung eines elektrischen Leiters in einem Magnetfeld eine Spannung im Anker des Motors induziert. Diese Spannung ist der Drehzahl des Motors direkt proportional und ist bezüglich der am Motor anliegenden Spannung entgegengesetzt gerichtet. Sinkt die Drehzahl, so sinkt auch die Induktionsspannung und die Stromaufnahme des Motors steigt, was zwangsläufig zu einer stärkeren Wärmeentwicklung führt, da mit einer wachsenden Stromaufnahme auch die Verlustleistung des Motors ansteigt. Ebenfalls funktionsbedingt zeichnen sich die Wärmeentwicklung eines Elektromotors und die zur Verfügung stehenden Kühlleistung, die durch ein mit dem Elektromotor verbundenes Lüfterrad zur Verfügung gestellt werden kann, durch eine sogenannte Mitkopplung aus. Das heißt, wenn die Stromaufnahme bzw. die Verlustleistung ansteigt, nimmt gleichzeitig die zur Verfügung stehende Kühlleistung ab, was in kritischen Betriebszu- ständen zu Funktionsstörungen bzw. zu irreversiblen Zerstörungen am Elektromotor und/oder der Elektronik durch das Ü- berhitzen einer oder beider dieser Komponenten führen kann.
Es ist bekannt, einer Zerstörung der Elektronik eines Elektrogerätes, insbesondere eines leistungselektronischen Bauelementes dadurch vorzubeugen, dass der aufgenommene Strom überwacht und auf einen Höchstwert begrenzt wird. Eine herkömmli- che Strombegrenzung besteht aus einem Shunt, einem Operationsverstärker sowie einem Begrenzungs- oder Abschaltmittel zum Abschalten der Elektronik, insbesondere enthaltener Leistungsendstufen. Ein Nachteil einer derartigen Schaltung besteht darin, dass am Shunt unweigerlich eine, wenn auch ge- ringe, Verlustleistung anfällt. Ein weiterer Nachteil derart ausgestatteter Elektrowerkzeuge besteht darin, dass es durchaus sinnvoll sein kann, kurzfristig Ströme zuzulassen, die langfristig zu einer Zerstörung oder Beschädigung führen wür- den, bei kurzzeitigem Auftreten jedoch thermisch unbedenklich sind. Eine strikte Strombegrenzung und die Unterdrückung derartiger kurzzeitig auftretender Stromspitzen macht ein Arbeiten mit Elektrowerkzeugen in der Regel sehr unkomfortabel.
Offenbarung der Erfindung
Mit Hilfe der Erfindung können die angesprochenen Nachteile vermieden werden. Die Erfindung bezieht eine Temperaturüber- wachung der Elektronik, insbesondere leistungselektronischer Bauelemente, in das Antriebskonzept eines elektromotorisch angetriebenen Gerätes ein. Es hat sich gezeigt, dass sich durch eine derartige Temperaturüberwachung und dadurch ermöglichte Temperaturbegrenzung eine hohe Funktionssicherheit in Verbindung mit einem deutlich verbesserten Arbeitskomfort erzielen lässt, wenn dafür gesorgt wird, dass kritische Temperaturen, welche zur Zerstörung von in Leistungsendstufen/Stellgliedern eingesetzten Halbleiterbauelementen führen würden, unbedingt vermieden werden. Unter Einhaltung dieser Randbedingung können kurzzeitig Ströme, die mittelfristig zu einer Überschreitung dieser kritischen Temperatur führen würden, zugelassen werden, solange diese kritische Erwärmung nicht tatsächlich eintritt. Dem Benutzer eines erfindungsgemäß ausgestatteten Elektrogerätes wird somit die Möglichkeit gegeben, auf kritische Betriebszustände zu reagieren, ohne in seiner Arbeit abrupt unterbrochen zu werden. Das wird insbesondere bei Elektrowerkzeugen, beispielsweise Zweihand- Winkelschleifern, deren Bedienung teilweise körperlich anspruchsvoll ist, als großer Vorteil angesehen. Die Erfindung wird verkörpert durch ein Gerät mit elektromotorischem Antrieb, umfassend einen Elektromotor und eine elektronische Baugruppe zur Ansteuerung des Elektromotors, wobei die elektronische Baugruppe mindestens einen Temperatursensor auf- weist, der einen von der Temperatur eines Leistungshalbleiterbauelementes der elektronischen Baugruppe abhängigen Temperaturwert ermitteln kann. Die elektronische Baugruppe ist außerdem schaltungstechnisch so ausgelegt, dass in Abhängig- keit von dem durch den Temperatursensor ermittelten Temperaturwert eine Leistungsreduzierung realisiert werden kann.
Vorteilhafte Wirkungen
Die Erfindung lässt sich vorteilhaft in Elektrogeräten einsetzen, in denen ein Lüfterrad enthalten ist, das mit dem Läufer des Elektromotors verbunden ist, wie das beispielsweise in vielen Elektrowerkzeugen der Fall ist. Vorteilhafterweise wird in derart ausgestatteten Elektrogeräten eine Leis- tungsreduzierung um einen Faktor vorgenommen, der von einem
Temperaturwert abhängt, der von einem Temperatursensor ermittelt wird und von der Temperatur eines Leistungshalbleiterbauelementes der elektronischen Baugruppe abhängt. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Leistungsreduzierung vorge- nommen werden, wenn der vom Temperatursensor ermittelte Temperaturwert oberhalb eines festgelegten Schwellwertes liegt. Die Bemessung des Faktors kann dabei so vorgenommen werden, dass die Leistungsabgabe des Gerätes vollständig unterbunden wird, wenn der vom Temperatursensor ermittelte Temperaturwert oberhalb eines festgelegten Abschaltwertes liegt. Sind der
Schwellwert und Abschaltwert nicht identisch, lässt sich der Faktor, um den die Leistungsreduzierung erfolgt, so bemessen, dass die Leistungsreduzierung zwischen dem Schwellwert und dem Abschaltwert linear abhängig vom ermittelten Temperatur- wert vorgenommen wird. Alternativ kann die Leistungsreduzierung zwischen dem Schwellwert und dem Abschaltwert beispielsweise auch progressiv abhängig vom ermittelten Temperaturwert vorgenommen werden. Ausführungsformen der Erfindung
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher be- schrieben. Es zeigen:
Fig.l eine schematische Darstellung des prinzipiellen
Aufbaus eines erfindungsgemäß ausgestatteten elektromotorisch angetriebenen Gerätes; und Fig.2 eine schematische Darstellung der Abhängigkeit der erfindungsgemäßen Leistungsreduzierung von einer gemessenen Temperatur.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus eines erfindungsgemäß ausgestatteten elektromotorisch angetriebenen Gerätes, beispielsweise eines Elektrowerkzeu- ges. Dieses umfasst ein Gehäuse 1, einen Elektromotor 2, eine elektronische Baugruppe 3 mit Stellglied zur Ansteuerung des Elektromotors 2 sowie ein Lüfterrad 4, das mit der Welle 5 des Elektromotors 2 und auf diese Weise mit dem Läufer des Elektromotors 2 verbunden ist. Die elektronische Baugruppe 3 weist einen Temperatursensor 6 auf, der einen von der Temperatur eines Leistungshalbleiterbauelementes der elektronischen Baugruppe 3 abhängigen Temperaturwert ermitteln kann. Die thermische Kopplung des Temperatursensors 6 an die zu ü- berwachende Stelle wird über Kupfer- bzw. Aluminiumkühlkörper oder ähnliche Bauteile realisiert. Zusätzlich können Wärmeleitpaste, wärmeleitende Folien, Vergussmassen, Klebstoffe oder ähnliche Materialien eine ausreichende Messsicherheit gewährleisten. Das Gehäuse 1 ist so ausgelegt, dass ein vom Lüfterrad 4 erzeugter Luftstrom durch das Gehäuse 1 geführt wird. Der Elektromotor 2 und die elektronische Baugruppe 3 liegen somit im Kühlluftstrom, wodurch an beiden ähnliche Wärmeverhältnisse herrschen. Ein charakteristischer Parameter von Elektrowerkzeugen ist deren Nennaufnahmeleistung. Diese ist so bemessen, dass unter Temperaturbeharrung zulässige thermische Belastungen nicht überschritten werden. Ein Zweihand-Winkelschleifer hat beispielsweise eine Nennaufnahme- leistung von ca. 2000 bis 2500 Watt, was bei einer Versorgungsspannung von 230 Volt einer Stromaufnahme von etwa 8,5 bis 11 Ampere entspricht. Insbesondere beim Betrieb von E- lektrowerkzeugen treten jedoch in bestimmten Arbeitspunkten Betriebszustände auf, die zu einer gegenüber der Nennaufnah- meleistung deutlich erhöhten Leistungsaufnahme führen können. Zur höchsten Leistungsaufnahme kommt es im Blockierfall derartiger Geräte. Bei einem Zweihand-Winkelschleifer kommt es beispielsweise im Blockierfall zu einer Stromaufnahme von etwa 45 bis 65 Ampere, was einer Leistungsaufnahme von etwa 10 bis 15 Kilowatt entspricht. Generell kommt es auch an erfindungsgemäß ausgestatteten Geräten unter Last zu folgenden Effekten. Bei Belastung steigt die Stromaufnahme des jeweiligen Gerätes an. Die sinkende Drehzahl des Motors und somit auch des Lüfters führt zu einer wesentlich schlechteren Belüftung des Motors 2 und der Elektronik. Zwangsläufig kommt es zu einer Erwärmung von Motor und Elektronik. Insbesondere wenn die Leistungsaufnahme über der Nennaufnahmeleistung des jeweiligen Gerätes liegt, kann die entsprechende Erwärmung über den Lüfter nicht mehr abgeführt werden. Ein blockierter Motor bildet lediglich den schlimmsten Fall einer derartigen Situation, in der es allerdings zu einer sehr raschen Erwärmung des Motors und der Elektronik kommt. Generell gilt jedoch, dass es zu einer Zerstörung des Elektromotors und/oder der Elektronik stets nur dann kommt, wenn der kritische Betriebs- zustand eine gewisse Zeitdauer anhält. Dies wird in erfindungsgemäß ausgestalteten Elektrogeräten ausgenutzt. Wird in einer Leistungselektronik ein Triac als Stellglied verwendet, so hat dieser Triac die Eigenschaft, dass er bei starker thermischer Überlastung zunächst Überkopfzündet und dann durchlegiert. Ein Überkopfzünden eines Triac erfolgt bauartabhängig bei einer Temperatur von etwa 1100C bis 1300C. In diesem Zustand ist kein kontrolliertes Ansteuern des Triac mehr möglich. Ähnliche Effekte, insbesondere die Gefahr einer Zerstörung von Leistungshalbleiterbauelementen durch thermische Überlastung, gelten auch für andere für eine Steuerung von Elektromotoren geeignete Leistungshalbleiter, wie Thyristoren, GTO, MOSFET, IGBT und ähnliche. Die Erfindung geht davon aus, dass kritische Temperaturen an sensiblen Bereichen der Elektronik, insbesondere an Leistungshalbleiterbauelementen, zwar jederzeit vermieden werden, Ströme, die über einen gewissen Zeitraum zu diesen Temperaturen führen würden, jedoch für kurze Zeiträume zugelassen werden können, was Komfort und Handling erfindungsgemäß ausgestatteter Geräte wesentlich verbessert.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Abhängigkeit der erfindungsgemäßen Leistungsreduzierung von einer in der Nähe eines Leistungshalbleiterbauelementes der elektronischen Baugruppe 3, vorliegend eines Stellgliedes mit Triac, gemessenen Temperatur. Beim Überschreiten einer vom Temperatursen- sor 6 in der Nähe des Stellgliedes der elektronischen Baugruppe 3 gemessenen bestimmten Temperatur wird eine von dieser Stellgliedtemperatur linear abhängige Leistungsreduzierung durch die elektronische Baugruppe 3 vorgenommen. Für Zweihand-Winkelschleifer hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn eine derartige erfindungsgemäße Leistungsreduzierung ab einer Stellgliedtemperatur von 700C vorgenommen wird. Diese Stellgliedtemperatur bildet dabei den Schwellwert T3 im Sinne der Erfindung. Oberhalb einer zweiten, höheren Temperatur wird eine vollständige Leistungsreduzierung um 100 % vorgenommen, was praktisch einer Abschaltung des Elektromotors entspricht. Diese Abschalttemperatur Tab liegt im vorliegenden Beispiel eines Zweihand-Winkelschleifers mit einem Triac- basierten Stellglied bei 1000C. Bei Temperaturen unterhalb von 700C wird praktisch jeder aufgenommene Strom zugelassen, da die Temperatur insgesamt als unkritisch eingestuft wird. Die Leistungsaufnahme Prei beträgt immer 100% des sich automatisch und lastabhängig einstellenden Wertes. Im Übergangsbe- reich des ersten Schwellwertes Ts, vorliegend bei 700C, und unterhalb der Abschalttemperatur Tab, vorliegend von 1000C, erfolgt schrittweise eine Reduzierung der Leistungsaufnahme, ohne zu abrupten Abschaltvorgängen zu führen. Da die obere Abschalttemperatur Tab selbst noch deutlich unter der Tempe- ratur liegt, bei der beispielsweise ein Triac in den Überkopfzündbetrieb wechselt, können die bereits angesprochenen Schädigungen wirkungsvoll vermieden werden. Der Anwender merkt durch die proportionale Verringerung der Leistung des Elektrowerkzeugs in Abhängigkeit von der Temperatur des Stellgliedes, dass er an die Leistungsgrenze des Elektrowerk- zeuges gekommen ist. Da ein sinnvolles Arbeiten mit einem stark leistungsreduzierten Elektrowerkzeug nicht mehr möglich ist, wird der Anwender die Belastung reduzieren. Reduziert der Anwender die Belastung, führt dies zu einer höheren Dreh- zahl, die eine stärkere Kühlung des Elektromotors und der e- lektronischen Baugruppe mit sich bringt. Die überwachte Temperatur sinkt wieder und die Leistungsreduzierung wird verringert bzw. bei Unterschreiten des Schwellwertes T3 vollständig aufgehoben. Ein wirkungsvoller Schutz des Elektromo- tors und der elektronischen Baugruppe ist somit gleichermaßen gewährleistet. Der Vorteil der Erfindung liegt unter anderem darin, dass die schrittweise Reduzierung bzw. Begrenzung der Leistungsaufnahme erst oberhalb einer Schwellwerttemperatur T3 auftritt, unterhalb derer eine Leistungsreduzierung generell vermieden wird, was dem Arbeitskomfort zugute kommt. Der erfindungsgemäße Schutz ist nicht auf eine lineare Leistungsreduzierung im Bereich zwischen der Schwellwerttemperatur T3 und der oberen Abschalttemperatur Tab begrenzt. Es sind zahlreiche andere Kurvenformen mit einer anderen temperaturabhängigen Charakteristik der Leistungsreduzierung nutzbar, beispielsweise können quadratische oder andere progressive Charakteristika realisiert werden. Eine besonders einfache Rea- lisierung der Erfindung ergibt sich, wenn bei Überschreiten einer bestimmten Stellgliedtemperatur die Ansteuerung des Stellgliedes abrupt ausgesetzt wird. Dann gilt: T3=Tab. Dies führt dazu, dass es zu keiner weiteren Erwärmung des Stellgliedes und des Elektrowerkzeuges kommt. Der Anwender kann nach einem Rücksetzen dieser Schutzfunktion weiter arbeiten. Der Vorteil einer derart einfachen Schaltung besteht auch darin, dass durch die thermische Trägheit der verwendeten Leistungshalbleiter bzw. des Elektromotors eine derartige Abschaltung wesentlich seltener eintreten wird, als das bei- spielsweise bei herkömmlichen Strombegrenzungsschaltungen der Fall sein wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur am Stellglied der elektronischen Baugruppe 3 in die Aktivierung der Leistungsreduzierung einbezogen. Dies kann alternativ o- der zusätzlich erfolgen. Die Bedeutung einer Berücksichtigung der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur am Stellglied wird im Folgenden erläutert. Im Falle einer Blockierung des Elektrowerkzeuges fließt sofort ein sehr hoher Strom. Dies führt zu einer sehr schnellen Erwärmung und zu einer hohen Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur am Stellglied. Ein schnelles Eingreifen der Leistungsreduzierung ist hier sinnvoll, um nicht in einen unkontrollierbaren Betriebszustand, beispielsweise in den Überkopfzündbetrieb eines Triac, zu ge- langen. Arbeitet ein Anwender jedoch im Normalbetrieb und belastet das Elektrowerkzeug lediglich stark und wechselt gegebenenfalls kurzzeitig in Leistungsbereiche oberhalb der Nennaufnahmeleistung, kommt es ebenfalls zu einer Erhöhung der Stellgliedtemperatur, ein Eingreifen in Form einer erfindungsgemäßen Leistungsreduzierung ist ebenfalls zweckmäßig. Die zur Verfügung stehende Zeit ist jedoch in Anbetracht der thermischen Trägheit wesentlich länger. Dies kann vorteilhafter Weise bei der Auswahl einer temperaturabhängigen Charak- teristik der Leistungsreduzierung berücksichtigt werden.
Durch die erfindungsgemäße Temperaturüberwachung und Regelung am Stellglied der elektronischen Baugruppe 3 ergibt sich zunächst ein wirkungsvoller und kostengünstiger Schutz des Stellgliedes. Gleichzeitig ergibt sich daneben jedoch auch ein Schutz des Elektromotors 2 und somit des gesamten erfindungsgemäß ausgestatteten Elektrogerätes vor überlastbedingten Schädigungen, da in der Regel eine eindeutige Kopplung der thermischen Belastung am Elektromotor 2 und der elektronischen Baugruppe 3, insbesondere des Stellgliedes, besteht. Zur Temperaturüberwachung können unterschiedliche Temperatursensorensensoren, beispielsweise temperaturempfindliche Elemente wie NTC, PTC, PT 100, Mantelthermoelemente vom Typ K, Thermoelemente auf Ni-Cr-Ni-Basis, Halbleitersensoren, integrierte Schaltungen oder optische Temperatursensoren sowie na- hezu jede Temperatursonde, die bauartbedingt im erfindungsgemäß auszurüstenden Elektrogerät unterzubringen ist, verwendet werden. Temperatursensoren im Sinne der Erfindung stellen auch Mittel, insbesondere schaltungstechnische Mittel dar, die aus der Erfassung temperaturabhängiger physikalischer Größen, beispielsweise des Innenwiderstandes eines Halbleiterelementes, die Temperatur des zu überwachenden Leistungshalbleiterelementes der elektronischen Baugruppe 3 ermitteln können .

Claims

Ansprüche
1. Gerät mit elektromotorischem Antrieb, umfassend einen E- lektromotor (2) und eine elektronische Baugruppe (3) zur Ansteuerung des Elektromotors (2), dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Baugruppe (3) mindestens einen Temperatursensor (6) aufweist, der einen von der Temperatur eines Leistungshalbleiterbauelementes der elektronischen Baugruppe (3) abhängigen Temperaturwert ermitteln kann, und die elektronische Baugruppe (3) Mittel umfasst, um in Abhängigkeit von dem durch den Temperatursensor (6) ermittelten Temperaturwert eine Leistungsreduzierung vornehmen zu können.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Lüfterrad (4) enthalten ist, das mit dem Läufer des Elektromotors (2) verbunden ist.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät ein Elektrowerkzeug ist.
4. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät ein Winkelschleifer ist.
5. Verfahren zum Betrieb eines Gerätes mit elektromotorischem Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungsreduzierung um einen Faktor vorgenommen wird, der von einem Temperaturwert abhängt, der von einem Temperatursensor (6) ermittelt wird und von der Temperatur eines Leistungshalbleiterbauelementes der elektronischen Baugruppe (3) abhängt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsreduzierung vorgenommen wird, wenn der vom Temperatursensor (6) ermittelte Temperaturwert oberhalb eines festgelegten Schwellwertes (T3) liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsabgabe des Gerätes vollständig unterbunden wird, wenn der vom Temperatursensor (6) ermittelte Temperaturwert oberhalb eines festgelegten Abschaltwertes (Tab) liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsreduzierung zwischen dem Schwellwert (T3) und dem Abschaltwert (Tab) linear abhängig vom ermittelten Temperaturwert vorgenommen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsreduzierung zwischen dem Schwellwert (T3) und dem Abschaltwert (Tab) progressiv ab- hängig vom ermittelten Temperaturwert vorgenommen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsreduzierung abhängig von der Änderungsgeschwindigkeit des ermittelten Temperatur- wertes vorgenommen wird.
PCT/EP2008/051259 2007-03-26 2008-02-01 Gerät mit elektromotorischem antrieb und verfahren zu seinem betrieb WO2008116682A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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