WO2012079936A2 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines elektromotorisch angetriebenen elektrohandwerkzeugs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines elektromotorisch angetriebenen elektrohandwerkzeugs Download PDF

Info

Publication number
WO2012079936A2
WO2012079936A2 PCT/EP2011/070791 EP2011070791W WO2012079936A2 WO 2012079936 A2 WO2012079936 A2 WO 2012079936A2 EP 2011070791 W EP2011070791 W EP 2011070791W WO 2012079936 A2 WO2012079936 A2 WO 2012079936A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
component
hand tool
current
electric hand
electric motor
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/070791
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012079936A3 (de
Inventor
Bernd Wirnitzer
Thilo Koeder
Stefan Mock
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
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to EP11787684.7A priority Critical patent/EP2652869A2/de
Publication of WO2012079936A2 publication Critical patent/WO2012079936A2/de
Publication of WO2012079936A3 publication Critical patent/WO2012079936A3/de

Links

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
    • 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
    • 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 is based on a method for operating an electric motor driven electric hand tool with an overload protection for protecting at least one component of the electric hand tool and of a
  • Components such as connecting cables, the electric motor, soldered connections gene or the like.
  • the risk of thermal overheating also exists in the event that the electric motor without sufficient cooling phases several times successively occupies the blocked state.
  • the operating current is continuously measured according to DE 10 2005 038 225 AI and compared with a stored limit current, which is closed on a thermal overload of the power tool, if the sum of several cycles and weighted difference of the measured operating current and the stored current limit exceeds a reference value. Thereafter, the circuit which supplies power to the electric motor is interrupted by a signal from a monitoring device. The electric motor is disabled, overheating is effectively avoided.
  • WO 20009/086990 A1 proposes, in a hand tool with an electric motor, such as cordless screwdrivers, cordless drill, cordless circular saws, cordless embroidery saws, cordless planer, cordless rotary hammers or battery impact drills or electric hand tools that directly the power supply are connected to measure the temperature or a correlating with the temperature of a component of the electric hand tool current of the electric motor during operation, which is closed in the event of exceeding a reference value to a thermally increased load. Then, a reduced transient mode is activated, in which the current flow in the circuit supplying the electric motor is modulated, so that the further temperature increase is stopped or at least decelerated. As a result, a measure is taken even before reaching a thermal limit, in which an overload with concomitant destruction of components, which has the consequence that the further increase in temperature is at least attenuated.
  • an electric motor such as cordless screwdrivers, cordless drill, cordless circular saws, cordless embroidery saws, cordless planer
  • the invention is based on a first aspect of a method for operating an electric motor-driven electric hand tool with a Overload protection for protecting at least one component of the electric hand tool against thermal overload.
  • a current thermal energy content of the component is determined during operation of the electric hand tool from a current energy flow and a current energy drain and the electric hand tool is operated at least in an operating range depending on the thermal energy content.
  • the component may in particular be an electric motor.
  • the component may also be an electronic component, in particular a power electronics component, of the electric motor.
  • the electric hand tool can be operated by battery or battery or be provided with a mains power supply.
  • the energy inflow and the current energy outflow can be derived from a thermal model of the component. From this, a permissible maximum energy content of the component can be determined.
  • the maximum permissible energy content of the component corresponds, for example, to its maximum permissible temperature.
  • the energy input can be considered, for example, as electrically introduced power at the ohmic resistance of the electric motor, which can then be determined in a simple manner by observing the respective current motor current. For example, a certain proportion can be assumed for the energy discharge which can be varied as a function of the currently determined temperature and / or the engine speed. This can then be concluded that the current thermal energy content of the electric motor.
  • a more complex model can also be used, or for another component another suitable model of the component, which considers entry mechanisms and discharge mechanisms for heat relative to the component, in particular at its installation location in the electric hand tool.
  • a short current peak which exceeds the maximum value of the permissible motor current, does not automatically lead to an abortion. switching the electric hand tool, but it is considered the energy flow into the component through this current peak. Energy is the product of performance and time. If the energy flow into the component is below a permissible limit value of the thermal energy content of the component, the electric hand tool can continue to be operated since the short-term increase in current does not lead to overheating of the component or electric motor.
  • the component can withstand a certain energy input without damage.
  • the electric hand tool is durable, so that the critical energy input is never reached, provided that the electric hand tool is operated according to its specifications.
  • the electric hand tool can be specified so that it is not thermally overloaded with a battery charge. If the first battery pack is emptied during operation and a new battery pack is used to continue working immediately with the electric hand tool, the thermal load of the component is higher than specified. Accordingly, the electric hand tool for the use of several battery packs can be designed one behind the other, without resulting in the consequent permanent load of the electric hand tool thermal overload, i. exceeding the limit of the permissible thermal energy content of the component, occurs.
  • the current thermal state of the component can be reliably determined.
  • a corresponding thermal model can be known, for example, from the design phase of the electric hand tool.
  • the design of the electric hand tool is carried out for a maximum allowable thermal load corresponding to a maximum allowable thermal energy content, contribute to the various operating parameters, so that their influence on the thermal energy content of the electric motor (or according to another temperature-critical component) can be easily derived.
  • the component can be reliably protected against damage or destruction without adversely affecting the performance of the electric hand tool. Electrical damage to the electric hand tool due to carelessness of the user can be avoided. At the same time, safe operation of the electric hand tool is also possible near the critical energy content, ie the limit value.
  • the electric hand tool can be switched off when reaching and / or exceeding a limit value of the energy content.
  • the energy supply and / or the energy discharge can be regulated or controlled.
  • one or more operating parameters can be monitored, which influences the thermal energy content of the at least one component.
  • controlled may also include a shutdown of the electric hand tool.
  • At least one operating parameter can be used to determine the energy inflow and / or the energy outflow.
  • the at least one operating parameter may include one or more of the following variables: motor current; Duty cycle of a pulse width modulation for controlling the electric motor; Engine speed of the electric motor; Position of a setpoint generator for switching on or off the electric motor; electrical voltage of a battery or a battery for supplying the component; Temperature of the component; Cooling power for cooling the component.
  • the thermal state of the component, such as the electric motor, can be detected more accurately and faster.
  • the speed of the electric motor can be measured, for example, or derived in a known manner from the duty cycle of the pulse width modulation.
  • the position of the setpoint generator for switching on or off the electric motor can indicate whether the electric motor is switched on or off, from which it can be deduced, for example, whether the component or the electric motor is still actively cooled by an air flow caused by the rotation of the electric motor is generated and / or by a fan of the electric motor, or whether a passive cooling by heat conduction and / or convection takes place.
  • the motor current can be used with at least one further operating parameter for determining the energy content of the component.
  • the influence of the at least one further operating parameter on the thermal energy content of the component may have previously been determined from the thermal model of the component. Conveniently, by taking into account such influencing parameters in addition to the motor current, the performance and the operating behavior of the electric hand tool can be improved. The thermal condition of the component and the electric motor can be detected more accurately and faster. Power reserves of the component, in particular of the electric motor, which otherwise have to be maintained because of the only rough approximation to the thermal overload range, can be used for work purposes. It can advantageously be a holistic view of the dynamic energy balance on the component, for. B. on the electric motor done. In this context, the energy balance is to be understood as comprehensive as possible a holistic consideration of as many influencing parameters as possible on the thermal behavior of the electric motor.
  • Dynamic means the active accumulation and subtraction of the amount of energy as a function of the operating parameters used over time. In this case, even the addition of a further operating parameter, which influences the thermal state or energy content of the component, represents an improvement and an increase in the performance of the electric hand tool.
  • the electric motor can be switched off in case of overload, which leads to a temperature reduction of the component, or it can be a reduced
  • Transient operation can be activated, in which the current flow in the circuit that powers the electric motor is modulated so that a further increase in temperature of the component is prevented or at least reduced. Furthermore, to determine the current thermal energy content a
  • Cooling time of the component are taken into account.
  • an active cooling takes place in which, for example, the electric motor is idling, or passive cooling in which the electric hand tool is switched off and the cooling takes place mainly by way of convection, for example.
  • the distinction between the two states can also be indirect via the position of the setpoint generator and the presence of the idling current.
  • At least one current temperature of the component can be determined and used to generate a starting value for determining the current thermal energy content of the component.
  • Wrd the electric hand tool completely off usually switches off its monitoring electronics to avoid self-discharge of the battery or the battery after a relatively short period of time, so that the time in which a passive cooling of the component is difficult to detect. It is favorable if the temperature of the component can be detected.
  • a thermocouple can be attached to the electric motor for this purpose. When re-commissioning so a start value for the current thermal load of the component can be generated by the current temperature of the electric motor is determined. The temperature of the component can be measured and / or (if the duration of the shutdown can be determined) derived from a cooling behavior of the component.
  • a history of the operation of the electric hand tool can be taken into account in order to better determine the current thermal state or energy content of the component.
  • Additional electronic components or memory can be provided, with which a certain time profile can be stored as a history of operating parameters of the electric hand tool, in order thus to generate a starting value for the determination of the current thermal energy content of the component. In principle, this can be compared with a delayed reset of the monitoring electronics of the electric hand tool, after a critical period for cooling the component has expired, from which the full loadable energy of the component is available again. In the prior art, the monitoring electronics is reset as soon as the electric hand tool is switched off and / or the battery pack is removed, for example, replaced.
  • thermocouple an electrical buffer may be provided which bridges this short changeover time, such as a capacitor, a button cell, to prevent an unwanted reset of the monitoring electronics when changing the battery or changing the battery.
  • the motor protection is also available after the change with the current operating parameters for the thermal condition of the component.
  • an apparatus for carrying out the method in which means are provided for determining a current thermal energy content of the component during operation of the electric hand tool from a current energy flow and a current energy outflow and at least in one operating range depending on the thermal energy content operate.
  • an electrical buffer may be provided to electrically supply a monitoring electronics of the component when disconnecting a power supply from the electric hand tool.
  • the duration of the shutdown is known, so that determined from a thermal model of the component, for example, the cooling behavior of the component and the temperature at the Neder sesfelderie can be determined.
  • FIG. 1 shows a symbolically represented exemplary embodiment of an electric hand tool with a monitoring device for detecting a thermal overload situation and for transferring into a transition mode of reduced electrical power or for switching off
  • FIG. 2 shows a visualization of the hand tool of FIG. 1 with its thermal energy content.
  • the exemplary embodiment of an electric hand tool 10 shown schematically in FIG. 1 has an electric motor 12 as drive, which is fed, for example, by a battery pack 14.
  • an operating element as a setpoint generator 16, via which the user can open and close the circuit.
  • the setpoint generator 16 may be, for example, a conventional on-off switch with integrated potentiometer for setting a desired engine speed.
  • a device 18 for switching and / or modulating the motor current are arranged in the circuit.
  • the device 18 includes a current measuring device 20 and e.g. a power electronics of the electric motor 12. When the circuit is closed, a motor current l_m flows.
  • the device 18 is controlled by a monitoring electronics 22, which optionally a temperature measuring device 26 for measuring the temperature of at least one temperature-critical component 12, 30 may be assigned in the electric hand tool 10.
  • the temperature-critical component can be the electric motor
  • the monitoring electronics 22 also includes a control unit 28, in which the signal processing and signal generation takes place and, incidentally, also operating parameters of the electric hand tool 10 can be determined or stored.
  • the circuit is closed, the electric motor 12 is supplied with the operating current I_m.
  • the current operating current I_m and further operating parameters, such as the duty cycle of the PWM signal are continuously recorded via the current measuring device 20.
  • the current measuring device 20 For cordless tools is already one to maintain battery management
  • the monitoring electronics 22 detects a current energy flow E_i and a current energy discharge E_o (FIG. 2) and determines therefrom a current thermal energy content of the electric motor 12. This is supplied with a critical thermal energy content (limit value) of the electric motor 12. that in a memory of the monitoring electronics
  • the electric hand tool 10 can be switched off when reaching and / or exceeding a critical value T_krit (FIG. 2) of the energy content.
  • T_krit a critical value of the energy content.
  • the energy supply E_i and / or the energy discharge E_o can be regulated or controlled, wherein at least one operating parameter, which the thermal energy content of the electric motor 12 influenced, is influenced accordingly.
  • the monitoring electronics 22 Upon powering on the electric hand tool 10, the monitoring electronics 22 (e.g., in unit 28) generates a seed, such as the current temperature of the electric motor 12, and thus a quantity reflecting its current thermal energy content.
  • a first shutdown after a certain thermal energy content or after a defined period of time.
  • a certain reserve of energy reserves is kept available.
  • Such a limit application provides an application with a high demand for low speed torque, i. With a large motor current and low ventilation through the correspondingly slowly rotating fan wheel of the electric motor 12, a renewed startup is possible again immediately after such a shutdown without immediately exceeding the critical value T_crit (FIG. 2) of the energy content. That an example blocked tool of the electric hand tool 10, such as a screwing tool or a saw blade or the like, can also repeatedly multiple times with full torque, that is to be charged with full motor current, without being damaged.
  • a temperature sensor 26 for example a
  • NTC resistor or the like be provided to generate a start value of the current temperature when switching on the monitoring electronics 22 to have a reference for the current thermal energy content of the electric motor 12.
  • the temperature sensor 26 thus serves as a "memory" and can at the same time describe the energy discharge during the cooling time of the electric motor 12. This advantageously also eliminates a distinction between active and passive cooling of the electric motor 12. Active cooling means that the electric motor 12 and / or a Passive cooling means that the electric motor 12 is cooled only by convection and heat conduction, but for a dynamic control, the detection of the current temperature of the electric motor 12 with the temperature sensor 26 is too slow, since this is usually only remote from It can optionally be a non-volatile read and write memory with an internal
  • the non-volatile memory can be supplied with the clock module via an electrical buffer when the battery pack or battery pack is exchanged, for example a battery button cell, a capacitor or the like.
  • non-dormant electronics which is also electrically supplied in the idle state of the electric hand tool 10, for example via the battery 14 or via a charging station to which the electric hand tool 10 can be practically permanently connected in the idle state.
  • Fig. 2 shows a simplified representation of the thermal state of the component, such as the electric motor 12.
  • the component undergoes an energy supply E_i and an energy drain E_o and can take up to a critical energy input (reaching or exceeding a critical energy content (limit) corresponding to a maximum temperature T_krit) energy without being damaged.
  • the current energy content is represented by a dashed area, which is far below the threshold value.
  • the electric motor 12 can withstand a certain energy input (E_i) without being damaged.
  • E_i energy input
  • the electric hand tool 10 is durable, so that the critical energy input (T_krit) is never reached.
  • the specified range corresponds for example to the use of a trained as a screwdriver electric hand tool 10 for a particular class of screws.
  • the electric hand tool 10 is operated in boundary applications (for example, more battery packs are used in sequence than the specification of the electric hand tool 10 corresponds to, for example, not having to interrupt work with the electric hand tool 10), the introduced energy increases in the component 12, the Electric motor, depending on various operating parameters, such as Motor current and speed (i.e., fan power).
  • Motor current and speed i.e., fan power
  • the electric motor 12 cools over time, i. energy is released (E_o). Up to the shutdown limit T_krit, therefore, an increased energy input can now take place, i. the electric hand tool 10 can be operated longer in a range near and below the cut-off limit T_krit.
  • the electric motor 12 shuts off and thus protects against overheating.
  • the electric motor 12 shuts off and thus protects against overheating.
  • the electric motor 12 cools down during this further operation; at a renewed increase in energy input E_i, such as blocking the driven by the electric motor 12 tool, the electric hand tool 10 switches off again very quickly. This initially creates no waiting for the user to cool the electric hand tool 10, which favorably the impression can be avoided, the electric hand tool 10 is defective or would suspend.
  • the energy supply E_i and the energy drain E_o can be controlled in particular in the range A_lim near the switch-off limit T_crit.
  • Cooling i. As the distance to the switch-off threshold T_crit increases, one arrives from the area A_lim in the area A_norm. In the A_norm area, you can work uncontrolled or if required under control.

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines elektromotorisch angetriebenen Elektrohandwerkzeugs (10) mit einem Überlastschutz zum Schutz wenigstens eines Bauteils (12, 30) des Elektrohandwerkzeugs (10) gegen thermische Überlast. Es wird vorgeschlagen, dass im Betrieb des Elektrohandwerkzeugs (10) aus einem aktuellen Energiezufluss (E_i) und einem aktuellen Energieabfluss (E_o) ein aktueller thermischer Energieinhalt des Bauteils (12, 30) bestimmt und mit einem thermischen Modell des wenigstens einen Bauteils (12, 30) verglichen wird, wobei das Elektrohandwerkzeug (10) bei Erreichen und/oder Überschreiten eines kritischen Werts (T_krit) des Energieinhalts abgeschaltet wird und wobei zumindest in einem Bereich nahe des kritischen Werts (T_krit) der Energiezufluss (E_i) und/oder der Energieabfluss (E_o) abhängig von wenigstens einem Betriebsparameter geregelt oder gesteuert wird, welcher den thermischen Energieinhalt des wenigstens einen Bauteils (12, 30) beeinflusst.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines elektromotorisch angetriebenen Elektrohandwerkzeugs
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines elektromotorisch angetriebenen Elektrohandwerkzeugs mit einem Überlastschutz zum Schutz wenigstens eines Bauteils des Elektrohandwerkzeugs sowie von einer
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Bei Elektrowerkzeugen führt ein Blockieren des Motors, etwa beim Festziehen einer Schraube oder Klemmen des Sägeblatts zur Überlastung des Motors, bis dieser thermisch überhitzt ist und dauerhaft beschädigt wird. Im Extremfall kann es zu Rauchentwicklung und zum Abbrennen von brennbaren Teilen des Motors kommen. Dies kann auch bei unsachgemäßem Einsatz von Werkzeugen, wie z.B. der Einsatz eines Schraubers als Rührgerät auftreten.
In der DE 10 2005 038 225 A1 wird ein Verfahren zur Detektion einer Überlastsituation bei einem Elektrohandwerkzeug beschrieben. Bei derartigen Elektro- handwerkzeugen, insbesondere akkubetriebenen Elektrohandwerkzeugen wie z.B. Akkuschrauber oder Akkubohrhämmer besteht die Gefahr, dass im Falle ei- ner Überlastung der Motor blockiert, wobei in dieser Situation die höchstmöglichen Ströme fließen, die bei akkubetriebenen Elektrohandwerkzeugen vom Akkupack abgegeben werden können. Die hohen Ströme haben eine Überhitzung zur Folge, zugleich ist auf Grund des stillstehenden Motors die Kühlung stillgelegt, so dass im Falle des Fortbestehens dieses Zustandes innerhalb sehr kurzer Zeit die Gefahr eines thermischen Versagens einer oder mehrerer beteiligter
Komponenten wie z.B. Verbindungsleitungen, des Elektromotors, Lötverbindun- gen oder dergleichen besteht. Die Gefahr einer thermischen Überhitzung besteht auch für den Fall, dass der Elektromotor ohne ausreichende Abkühlphasen mehrmals hintereinander den blockierten Zustand einnimmt.
Um eine Überlastsituation rechtzeitig zu erkennen und ein thermisches Versagen zu vermeiden, wird gemäß der DE 10 2005 038 225 AI fortlaufend der Betriebsstrom gemessen und mit einem abgespeicherten Grenzstrom verglichen, wobei auf eine thermische Überlastung des Elektrowerkzeuges geschlossen wird, falls die aus mehreren Zyklen aufsummierte und gewichtete Differenz des gemessenen Betriebsstroms und des abgespeicherten Stromgrenzwerts einen Referenzwert überschreitet. Daraufhin wird der Stromkreis, welcher den Elektromotor mit Strom versorgt, durch ein Signal einer Überwachungsvorrichtung unterbrochen. Der Elektromotor ist außer Funktion gesetzt, ein Überhitzung wird wirksam vermieden.
Die WO 20009/086990 A1 schlägt vor, bei einem Handwerkzeug mit einem Elektromotor, beispielsweise Akku-Schrauber, Akku-Bohrschrauber, Akku- Kreissägen, Akku-Sticksägen, Akku-Hobel, Akku-Bohrhämmer oder Akku- Schlagbohrmaschinen oder Elektrohandwerkzeuge, die direkt an das Stromnetz angeschlossen werden, die Temperatur bzw. eine mit der Temperatur eines Bauteils des Elektrohandwerkzeugs korrelierenden Strom des Elektromotors während des Betriebes zu messen, wobei im Falle einer Überschreitung einer Referenzgröße auf eine thermisch erhöhte Belastung geschlossen wird. Daraufhin wird ein reduzierter Übergangsbetrieb aktiviert, in welchem der Stromfluss im Stromkreis, der den Elektromotor versorgt, moduliert wird, so dass der weitere Temperaturanstieg gestoppt oder zumindest gebremst wird. Dadurch wird noch vor Erreichen eines thermischen Limits, bei dem eine Überlastung mit einhergehender Zerstörung von Bauteilen besteht, eine Maßnahme getroffen, die zur Folge hat, dass der weitere Temperaturanstieg zumindest gedämpft wird.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht gemäß einem ersten Aspekt aus von einem Verfahren zum Betreiben eines elektromotorisch angetriebenen Elektrohandwerkzeugs mit ei- nem Überlastschutz zum Schutz wenigstens eines Bauteils des Elektrohand- werkzeugs gegen thermische Überlast.
Es wird vorgeschlagen, dass im Betrieb des Elektrohandwerkzeugs aus einem aktuellen Energiezufluss und einem aktuellen Energieabfluss ein aktueller thermischer Energieinhalt des Bauteils bestimmt wird und das Elektrohandwerkzeug wenigstens in einem Betriebsbereich abhängig vom thermischen Energieinhalt betrieben wird.
Das Bauteil kann insbesondere ein Elektromotor sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Bauteil auch eine Elektronikkomponente, insbesondere eine Leistungselektronikkomponente, des Elektromotors sein. Das Elektrohandwerkzeug kann mittels Akku oder Batterie betrieben sein oder auch mit einer Netzstromversorgung versehen sein.
Insbesondere kann der Energiezufluss und der aktuelle Energieabfluss aus einem thermischen Modell des Bauteils hergeleitet werden. Daraus kann ein zulässiger maximaler Energieinhalt des Bauteils bestimmt werden. Der maximale zulässige Energieinhalt des Bauteils entspricht beispielsweise seiner maximal zulässigen Temperatur.
Ist das Bauteil ein Elektromotor, so kann in einem einfachen thermischen Modell der Energieeintrag z.B. als elektrisch eingebrachte Leistung an dem ohmschen Widerstand des Elektromotors betrachtet werden, der dann auf einfache Weise durch Beobachten des jeweils aktuellem Motorstroms ermittelt werden kann. Für den Energieaustrag kann z.B. ein bestimmter Anteil angenommen werden, der in Abhängigkeit von der aktuell ermittelten Temperatur und/oder der Motordrehzahl variiert werden kann. Damit kann dann auf den aktuellen thermischen Energieinhalt des Elektromotor geschlossen werden. Selbstverständlich kann auch ein komplexeres Modell zugrunde gelegt werden, oder für ein anderes Bauteil ein anderes geeignetes Modell des Bauteils, welches Eintragsmechanismen und Austragsmechanismen für Wärme bezogen auf das Bauteil insbesondere an seinem Einbauort im Elektrohandwerkzeug betrachtet. So führt ein kurzer Strompeak, der den Maximalwert des zulässigen Motorstroms überschreitet, im Gegensatz zum Stand der Technik nicht automatisch zum Ab- schalten des Elektrohandwerkzeugs, sondern es wird der Energiezufluss in das Bauteil durch diesen Strompeak betrachtet. Dabei ist die Energie das Produkt aus Leistung und Zeit. Liegt der Energiezufluss in das Bauteil unterhalb eines zulässigen Grenzwerts des thermischen Energieinhalts des Bauteils, kann das Elektrohandwerkzeug weiter betrieben werden, da der kurzzeitige Stromanstieg nicht zur Überhitzung des Bauteils bzw. Elektromotors führt.
Es kann vereinfacht davon ausgegangen werden, dass das Bauteil einen gewissen Energieeintrag unbeschadet überstehen kann. In seinem spezifizierten Bereich ist das Elektrohandwerkzeug dauerfest, so dass der kritische Energieeintrag nie erreicht wird, sofern das Elektrohandwerkzeug entsprechend seinen Spezifikationen betrieben wird. So kann das Elektrohandwerkzeug beispielsweise so spezifiziert sein, dass es mit einer Akkuladung thermisch nicht überlastet wird. Wird der erste Akkupack im Betrieb entleert und ein neuer Akkupack eingesetzt, um sofort mit dem Elektrohandwerkzeug weiterzuarbeiten, ist die thermische Belastung des Bauteils höher als spezifiziert. Entsprechend kann das Elektrohandwerkzeug für den Einsatz mehrerer Akkupacks hintereinander ausgelegt sein, ohne dass bei der daraus folgenden Dauerbelastung des Elektrohandwerkzeugs eine thermische Überlastung, d.h. ein Überschreiten des Grenzwerts des zulässigen thermischen Energieinhalts des Bauteils, auftritt.
Der aktuelle thermische Zustand des Bauteils, etwa des Elektromotors, kann zuverlässig bestimmt werden. Ein entsprechendes thermisches Modell kann beispielsweise aus der Designphase des Elektrohandwerkzeugs bekannt sein. Die Auslegung des Elektrohandwerkzeugs erfolgt für eine zulässige thermische Maximalbelastung entsprechend eines maximal zulässigen thermischen Energieinhalts, zu der verschiedene Betriebsparameter beitragen, so dass deren Einfluss auf den thermischen Energieinhalt des Elektromotors (oder entsprechend eines anderen temperaturkritischen Bauteils) leicht abgeleitet werden kann.
Das Bauteil kann zuverlässig gegen Schäden oder Zerstörung geschützt werden, ohne die Leistungsfähigkeit des Elektrohandwerkzeugs negativ zu beeinflussen. Eine elektrische Schädigung des Elektrohandwerkzeugs durch Unachtsamkeit des Benutzers kann vermieden werden. Gleichzeitig ist ein sicherer Betrieb des Elektrohandwerkzeugs auch nahe des kritischen Energieinhalts, d.h. des Grenzwerts, möglich. Das Elektrohandwerkzeug kann bei Erreichen und/oder Überschreiten eines Grenzwerts des Energieinhalts abgeschaltet werden. Alternativ oder zusätzlich kann in dem Elektrohandwerkzeug zumindest in einem Bereich nahe des Grenzwerts der Energiezufluss und/oder der Energieabfluss geregelt oder gesteuert werden. So kann ein oder mehrere Betriebsparameter überwacht werden, welcher den thermischen Energieinhalt des wenigstens einen Bauteils beein- flusst. Der Begriff„gesteuert" kann auch ein Abschalten des Elektrohandwerk- zeugs einschließen.
Gemäß einer günstigen Weiterbildung kann wenigstens ein Betriebsparameter zur Bestimmung des Energiezuflusses und/oder des Energieabflusses herangezogen werden. Zweckmäßigerweise können dies Betriebsparameter sein, welche beispielsweise aus einer Überwachungselektronik eines Batteriemanagements ableitbar oder bekannt sind, wie sie bei akkubetriebenen Elektrohandwerkzeugen im Einsatz sind.
Gemäß einer weiteren günstigen Weiterbildung kann der wenigstens eine Betriebsparameter eine oder mehrere folgender Größen umfassen: Motorstrom; Tastverhältnis einer Pulsweitenmodulation zur Ansteuerung des Elektromotors; Motordrehzahl des Elektromotors; Stellung eines Sollwertgebers zum Ein- oder Ausschalten des Elektromotors; elektrische Spannung eines Akkus oder einer Batterie zur Versorgung des Bauteils; Temperatur des Bauteils; Kühlleistung zur Kühlung des Bauteils. Der thermische Zustand des Bauteils, etwa des Elektromotors, kann genauer und schneller erfasst werden.
Die Drehzahl des Elektromotors kann beispielsweise gemessen oder auch in bekannter Weise aus dem Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation hergeleitet werden. Ferner kann die Stellung des Sollwertgebers zum Ein- oder Ausschalten des Elektromotors anzeigen, ob der Elektromotor eingeschaltet ist oder ausgeschaltet, woraus sich beispielsweise ableiten lässt, ob das Bauteil bzw. der Elektromotor noch aktiv durch einen Luftstrom gekühlt wird, der durch das Drehen des Elektromotors erzeugt wird und/oder durch ein Lüfterrad des Elektromotors, oder ob eine passive Kühlung durch Wärmeleitung und/oder Konvektion erfolgt. Gemäß einer weiteren Weiterbildung kann der Motorstrom mit zumindest einem weiteren Betriebsparameter zur Bestimmung des Energieinhalts des Bauteils herangezogen werden. Der Einfluss des wenigstens einen weiternde Betriebsparameters auf den thermischen Energieinhalt des Bauteils kann zuvor aus dem thermischen Modell des Bauteils bestimmt worden sein. Günstigerweise kann durch das Berücksichtigen von solchen Einflussparametern zusätzlich zum Motorstrom die Leistungsfähigkeit und das Betriebsverhalten des Elektrohandwerk- zeugs verbessert werden. Der thermische Zustand des Bauteils und des Elektromotors kann genauer und schneller erfasst werden. Leistungsreserven des Bauteils, insbesondere des Elektromotors, die sonst wegen der nur groben Annäherung an den thermischen Überlastbereich vorgehalten werden müssen, können für Arbeitszwecke eingesetzt werden. Es kann vorteilhaft eine gesamtheitliche Betrachtung der dynamischen Energiebilanz am Bauteil, z. B. am Elektromotor, erfolgen. Dabei ist unter der Energiebilanz eine möglichst weitge- hende gesamtheitliche Betrachtung möglichst vieler Einflussparameter auf das thermische Verhalten des Elektromotors zu verstehen. Unter dynamisch ist das aktive Aufsummieren und Subtrahieren der Energiemenge in Abhängigkeit der verwendeten Betriebsparameter über die Zeit zu verstehen. Dabei stellt schon die Hinzunahme eines weiteren Betriebsparameters, welcher den thermischen Zustand bzw. Energieinhalt des Bauteils beeinflusst, eine Verbesserung und Steigerung der Leistungsfähigkeit des Elektrohandwerkzeugs dar.
Vorteilhaft kann der Elektromotor im Überlastfall abgeschaltet werden, was zu ei- ner Temperaturerniedrigung des Bauteils führt, oder es kann ein reduzierter
Übergangsbetrieb aktiviert werden, in welchem der Stromfluss im Stromkreis, der den Elektromotor versorgt, moduliert wird, so dass ein weiterer Temperaturanstieg des Bauteils verhindert oder zumindest verringert wird. Weiterhin kann zur Bestimmung des aktuellen thermischen Energieinhalts eine
Abkühlzeit des Bauteils berücksichtigt werden. Hier kann insbesondere berücksichtigt werden, ob eine aktive Kühlung erfolgt, bei beispielsweise der der Elektromotor im Leerlauf läuft, oder eine passive Kühlung, bei der das Elektrohand- werkzeug ausgeschaltet ist und die Kühlung hauptsächlich beispielsweise über Konvektion erfolgt. Die Unterscheidung der beiden Zustände kann auch indirekt über die Stellung des Sollwertgebers und Vorhandensein des Leerlaufstroms erfolgen.
In einer günstigen Weiterbildung kann beim Wiedereinschalten des Elektromotors wenigstens eine aktuelle Temperatur des Bauteils bestimmt und zur Generierung eines Startwerts zur Bestimmung des aktuellen thermischen Energieinhalts des Bauteils verwendet werden.
Wrd das Elektrohandwerkzeug komplett ausgeschaltet, schaltet sich üblicherweise dessen Überwachungselektronik zur Vermeidung von Selbstentladung des Akkus bzw. der Batterie nach einer relativ kurzer Zeitspanne ab, so dass die Zeit, in der eine passive Kühlung des Bauteils erfolgt, nur schwer erfasst werden kann. Es ist günstig, wenn die Temperatur des Bauteils erfasst werden kann. Beispielsweise kann hierzu ein Thermoelement am Elektromotor angebracht werden. Bei erneuter Inbetriebnahme kann so ein Startwert für die aktuelle thermische Belastung des Bauteils generiert werden indem die aktuelle Temperatur des Elektromotors ermittelt wird. Die Temperatur des Bauteils kann gemessen und/oder (falls die Zeitdauer der Abschaltung bestimmt werden kann) aus einem Abkühlverhalten des Bauteils abgeleitet werden.
Kann eine Abschaltzeitdauer des Bauteils bestimmt werden, kann eine Historie des Betriebs des Elektrohandwerkzeugs berücksichtigt werden, um den aktuellen thermischen Zustand bzw. Energieinhalt des Bauteils besser zu bestimmen. Es können zusätzliche Elektronikbausteine oder Speicher vorgesehen werden, mit denen ein gewisser zeitlicher Verlauf als Historie von Betriebsparametern des Elektrohandwerkzeugs hinterlegt werden können, um somit auch einen Startwert für die Bestimmung des aktuellen thermischen Energieinhalts des Bauteils zu generieren. Grundsätzlich kann dies mit einem verzögerten Zurücksetzen der Überwachungselektronik des Elektrohandwerkzeugs verglichen werden, nachdem eine kritische Zeitspanne zur Abkühlung des Bauteils abgelaufen ist, ab der die volle eintragbare Energie des Bauteils wieder zur Verfügung steht. Im Stand der Technik wird die Überwachungselektronik zurückgesetzt, sobald das Elektrohandwerkzeug ausgeschaltet und/oder der Akkupack entfernt, beispielsweise gewechselt wird. Besonders vorteilhaft ist dies für die Zeit des Akkuwechsels oder Batteriewechsels, da in aller Regel das Elektrohandwerkzeug sofort wieder in Betrieb genommen wird. Ist kein Thermoelement vorgesehen, kann ein elektrischer Puffer vorgesehen sein, der diese kurze Wechselzeit überbrückt, etwa einen Kondensator, eine Knopfzelle, um ein ungewolltes Zurücksetzen der Überwachungselektronik beim Akkuwechsel oder Batteriewechsel zu verhindern. Damit steht der Motorschutz auch nach dem Wechsel mit den aktuellen Betriebsparametern zum thermischen Zustand des Bauteils zur Verfügung.
Es wird ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren vorgeschlagen, bei der Mittel vorgesehen sind, um im Betrieb des Elektrohandwerkzeugs aus einem aktuellen Energiezufluss und einem aktuellen Energieabfluss einen aktuellen thermischen Energieinhalt des Bauteils zu bestimmen und das Elektrohandwerkzeug wenigstens in einem Betriebsbereich abhängig vom thermischen Energieinhalt zu betreiben.
Günstigerweise kann ein elektrischer Puffer vorgesehen sein, um beim Trennen einer Spannungsversorgung vom Elektrohandwerkzeug eine Überwachungselektronik des Bauteils elektrisch zu versorgen. Somit ist bei einer Wiederinbetriebnahme des Elektrohandwerkzeugs die Dauer der Abschaltung bekannt, so dass aus einem thermischen Modell des Bauteils beispielsweise das Abkühlverhalten des Bauteils bestimmt und die Temperatur bei der Wederinbetriebnahme bestimmt werden kann.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigt: Fig. 1 ein symbolisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Elektrohand- werkzeugs mit einer Überwachungsvorrichtung zur Detektion einer thermischen Überlastsituation und zur Überführung in einen Übergangsbetrieb reduzierter elektrischer Leistung oder zur Abschaltung, und Fig. 2 eine Visualisierung des Handwerkzeugs aus Fig. 1 mit seinem thermischen Energieinhalt.
Ausführungsform der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel eines Elektrohand- werkzeugs 10 weist als Antrieb einen Elektromotor 12 auf, der beispielsweise von einem Akkupack 14 gespeist wird. In dem Stromkreis zwischen Akkupack 14 und Elektromotor 12 befindet sich ein Bedienelement als Sollwertgeber 16, über das der Anwender den Stromkreis öffnen und schließen kann. Der Sollwertgeber 16 kann beispielsweise ein üblicher Ein-Aus-Schalter mit integriertem Potentiometer zur Einstellung einer gewünschten Motordrehzahl sein. Des Weiteren sind im Stromkreis eine Vorrichtung 18 zum Schalten und/oder Modulieren des Motorstroms angeordnet. Die Vorrichtung 18 enthält eine Strommesseinrichtung 20 und z.B. eine Leistungselektronik des Elektromotors 12. Bei geschlossenem Stromkreis fließt ein Motorstrom l_m.
Die Vorrichtung 18 wird von einer Überwachungselektronik 22 angesteuert, welchem optional eine Temperaturmesseinrichtung 26 zur Messung der Temperatur mindestens eines temperaturkritischen Bauteiles 12, 30 im Elektrohandwerkzeug 10 zugeordnet sein kann. Das temperaturkritische Bauteil kann der Elektromotor
12 selbst oder beispielsweise auch dessen Leistungselektronik 30 sein. Im Folgenden wird als temperaturkritisches Bauteil beispielhaft nur der Elektromotor 12 betrachtet, die Überlegungen können jedoch auch auf andere Bauteile übertragen werden. Die Überwachungselektronik 22 umfasst auch eine Regel- bzw. Steuereinheit 28, in der die Signalverarbeitung und Signalerzeugung stattfindet und im Übrigen auch Betriebsparameter des Elektrohandwerkzeugs 10 bestimmt oder abgespeichert werden können. Während des regulären Betriebs des Elektrohandwerk- zeugs 10 ist der Stromkreis geschlossen, der Elektromotor 12 wird mit dem Betriebsstrom l_m gespeist. Im regulären Betrieb wird fortlaufend über die Strommesseinrichtung 20 der aktuelle Betriebsstrom l_m sowie weitere Betriebsparameter erfasst, etwa das Tastverhältnis des PWM-Signals. Bei Akkugeräten ist bereits zur Einhaltung des Batteriemanagements eine solche
Überwachungselektronik 22 eingebaut. Daher stehen gewisse Signale zu Betriebsparametern bereits zur Verfügung, wie etwa Motorstrom, Drehzahl, Tastverhältnis des PWM-Signals, das dem Elektromotor 12 zugeführt wird, Schalterstellung des Sollwertgebers 16, Akkuspannung und dergleichen. Diese Betriebs- parameter können daher ohne Hardware-Mehraufwand genutzt werden.
Basierend auf den vorhandenen Betriebsparametern kann zuverlässig abgeleitet werden, in welchem Betriebszustand sich das das Elektrohandwerkzeug 10 befindet, insbesondere, ob der Elektromotor 12 im Leerlauf ist, ob das vom Elekt- romotor 12 angetriebene Werkzeug (nicht dargestellt) im Eingriff mit einem Werkstück ist, ob das Werkzeug blockiert ist. Ferner lässt sich ableiten, wie sich der aktuelle Betriebsmodus auf den thermischen Zustand des Elektromotors 12 und somit auf dessen Temperatur auswirkt, so dass dessen aktueller thermischer Zustand mit guter Näherung erfasst werden kann.
Die Überwachungselektronik 22 erfasst im Betrieb des Elektrohandwerkzeugs 10 einen aktuellen Energiezufluss E_i und einen aktuellen Energieabfluss E_o (Fig. 2) und bestimmt daraus einen aktueller thermischen Energieinhalt des Elektromotors 12. Dieser wird mit einem kritischen thermischen Energieinhalt (Grenz- wert) des Elektromotors 12, das in einem Speicher der Überwachungselektronik
22 abgelegt ist, verglichen. Dabei kann das Elektrohandwerkzeug 10 bei Erreichen und/oder Überschreiten eines kritischen Werts T_krit (Fig. 2) des Energieinhalts abgeschaltet werden. Zumindest in einem Bereich nahe des kritischen Werts T_krit kann der Energiezufluss E_i und/oder der Energieabfluss E_o gere- gelt oder gesteuert werden, wobei wenigstens ein Betriebsparameter, welcher den thermischen Energieinhalt des Elektromotors 12 beeinflusst, entsprechend beeinflusst wird.
Beim Einschalten des Elektrohandwerkzeugs 10 generiert die Überwachungs- elektronik 22 (z.B. in Einheit 28) einen Startwert, etwa die aktuelle Temperatur des Elektromotors 12 und somit eine Größe, die dessen aktuellen thermischen Energieinhalt widerspiegelt.
Anhand des aktuellen, tatsächlichen thermischen Energieinhalts können Ener- giezufuhr zum Elektromotor 12 und/oder Energieabfluss vom Elektromotor 12 dynamisch angepasst werden. So kann für die jeweilige Applikation, für die der Anwender sein Elektrohandwerkzeug 10 benutzt, eine maximale Leistung vom Elektromotor 12 abgerufen werden. Der tatsächliche thermische Zustand des Elektromotors 12 kann deutlich besser abgeschätzt werden als im Stand der Technik.
Optional kann vorgesehen sein, ein erstes Abschalten nach einem bestimmten thermischen Energieinhalt oder nach einer definierten Zeitspanne vorzunehmen. Damit wird also nach Abschaltung beim Blockieren des Werkzeugs oder beim Betrieb an der Leistungsgrenze oder sonstigen Grenzanwendungen eine gewisse Energieeintragsreserve vorgehalten. Eine solche Grenzanwendung stellt beispielsweise eine Anwendung mit einem hohen Bedarf an Drehmoment bei kleiner Drehzahl, d.h. bei großem Motorstrom und geringer Lüftung durch das entsprechend langsam drehende Lüfterrad des Elektromotors 12 dar. Somit ist auch unmittelbar nach einer solchen Abschaltung mehrmals ein erneutes Inbetriebsetzen wieder möglich, ohne dadurch sofort den kritischen Wert T_krit (Fig. 2) des Energieinhalts zu überschreiten. D.h. ein beispielsweise blockiertes Werkzeug des Elektrohandwerkzeugs 10, etwa ein Schraubwerkzeug oder ein Sägeblatt oder dergleichen, kann auch mehrfach hintereinander mit vollem Drehmoment , das bedeutet mit vollem Motorstrom, beaufschlagt werden, ohne beschädigt zu werden.
Wenn die Überwachungselektronik 22 ausgeschaltet ist, üblicherweise bei Nicht- betrieb des Elektrohandwerkzeugs 10 oder beim Wechsel des Akkupacks, geht der im Speicher abgelegte aktuelle Energieinhalt des Elektromotors 12 verloren. Auch in diesem Fall kann der genannte Vorhalt dazu beitragen, eine Schädigung des Elektrohandwerkzeugs 10 durch mehrfach kurz hintereinander erfolgende Löschung des Speichers zu vermeiden. In einer weiteren Variante kann zusätzlich ein Temperatursensor 26, z.B. ein
NTC-Widerstand oder dergleichen, vorgesehen sein, um beim Einschalten der Überwachungselektronik 22 einen Startwert der aktuellen Temperatur zu generieren, um eine Referenz für den aktuellen thermischen Energieinhalt des Elektromotors 12 zu haben. Der Temperatursensor 26 dient somit als„Gedächtnis" und kann gleichzeitig den Energieabfluss während der Abkühlzeit des Elektromotors 12 beschreiben. Damit kann günstigerweise auch eine Unterscheidung zwischen aktiver und passiver Kühlung des Elektromotors 12 entfallen. Aktive Kühlung bedeutet, dass der Elektromotor 12 und/oder ein Motorlüfter läuft und einen Kühlluftstrom erzeugt. Passive Kühlung bedeutet, dass der Elektromotor 12 nur durch Konvektion und Wärmeleitung gekühlt wird. Zu einer dynamischen Regelung ist die Erfassung der aktuellen Temperatur des Elektromotors 12 mit dem Temperatursensor 26 jedoch zu träge, da dieser meist nur entfernt von kritischen Bereichen montiert werden kann, etwa am Gehäuse des Elektromotors 12. Es kann optional ein nichtflüchtiger Lese- und Schreibspeicher mit einer internen
Uhr vorgesehen sein, beispielsweise in der Überwachungselektronik 22, so dass übliche Überwachungselektroniken mit geringen Änderungen eingesetzt werden können. Vorteilhaft ist der nichtflüchtige Speicher mit dem Uhrbaustein über einen elektrischen Puffer versorgbar, wenn der Akkupack oder Batteriepack ge- wechselt wird, etwa eine Akkuknopfzelle, eine Kondensator oder dergleichen.
Denkbar ist auch eine„nichtschlafende" Elektronik, die auch im Ruhezustand des Elektrohandwerkzeugs 10 elektrisch versorgt wird, beispielsweise über den Akku 14 oder über eine Ladestation, an der das Elektrohandwerkzeug 10 im Ruhezu- stand praktisch permanent angeschlossen sein kann.
Zusätzlich oder alternativ können auch weitere Sensoren eingesetzt werden, welche Kenngrößen erfassen, etwa Drehzahlsensoren und dergleichen. Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Darstellung des thermischen Zustands des Bauteils, etwa des Elektromotors 12. Das Bauteil erfährt eine Energiezufuhr E_i und einen Energieabfluss E_o und kann bis zu einem kritischen Energieeintrag (Erreichen oder Überschreiten eines kritischen Energieinhalts (Grenzwerts) entsprechend einer maximalen Temperatur T_krit) Energie aufnehmen, ohne Schaden zu nehmen. Im gezeigten Beispiel ist der aktuelle Energieinhalt durch einen strichlierten Bereich dargestellt, der weit unterhalb des Grenzwerts liegt.
Es kann vereinfacht davon ausgegangen werden, dass der Elektromotor 12 einen gewissen Energieeintrag (E_i) unbeschadet überstehen kann. Im spezifizierten Bereich der Zielapplikation ist das Elektrohandwerkzeug 10 dauerfest, so dass der kritische Energieeintrag (T_krit) nie erreicht wird. Der spezifizierte Bereich entspricht beispielsweise dem Einsatz eines als Schrauber ausgebildeten Elektrohandwerkzeugs 10 für eine bestimmte Schraubenklasse.
Wird das Elektrohandwerkzeug 10 in Grenzanwendungen betrieben (beispielsweise werden mehr Akkupacks in Folge eingesetzt, als der Spezifikation des Elektrohandwerkzeugs 10 entspricht, um beispielsweise die Arbeit mit dem Elektrohandwerkzeug 10 nicht lange unterbrechen zu müssen), so steigt die eingebrachte Energie in das Bauteil 12, den Elektromotor, in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern, wie z.B. Motorstrom und Drehzahl (d.h. auch Lüfterleistung). Wrd jedoch die Arbeit mit dem Elektrohandwerkzeug 10 unterbrochen oder das Elektrohandwerkzeug 10 nur im Leerlauf betrieben, kühlt der Elektromotor 12 über die Zeit ab, d.h. es wird Energie abgegeben (E_o). Bis zur Abschaltgrenze T_krit kann daher nunmehr ein erhöhter Energieeintrag erfolgen, d.h. das Elektrohandwerkzeug 10 kann länger in einem Bereich nahe und unterhalb der Abschaltgrenze T_krit betrieben werden.
Wird die Abschaltgrenze T_krit jedoch erreicht, schaltet der Elektromotor 12 ab und schützt sich so vor Überhitzung. Abhängig von dem zugrundeliegenden Modell ist auch hier denkbar, ein sofortiges Weiterarbeiten zuzulassen, aber nur, sofern der resultierende Energieeintrag negativ ist, also bei diesem Weiterarbeiten der Elektromotor 12 abkühlt; bei einem erneuten erhöhten Energieeintrag E_i, etwa ein Blockieren des vom Elektromotor 12 angetriebenen Werkzeugs, schaltet das Elektrohandwerkzeug 10 wieder sehr schnell ab. Dadurch entstehen zunächst keine Wartezeiten für den Benutzer bis zum Abkühlen des Elektrohandwerkzeugs 10, wodurch günstigerweise der Eindruck vermieden werden kann, das Elektrohandwerkzeug 10 sei defekt oder würde aussetzen.
Dazu kann die Energiezufuhr E_i und der Energieabfluss E_o insbesondere im Bereich A_lim nahe der Abschaltgrenze T_krit gesteuert werden. Bei weiterem
Abkühlen, d.h. größer werdendem Abstand zur Abschaltgrenze T_krit, gelangt man vom Bereich A_lim in den Bereich A_norm. Im Bereich A_norm kann ungesteuert oder bei Bedarf gesteuert gearbeitet werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines elektromotorisch angetriebenen Elektro- handwerkzeugs (10) mit einem Überlastschutz zum Schutz wenigstens eines Bauteils (12, 30) des Elektrohandwerkzeugs (10) gegen thermische Überlast, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb des Elektrohandwerkzeugs (10) aus einem aktuellen Energiezufluss (E_i) und einem aktuellen Energie- abfluss (E_o) ein aktueller thermischer Energieinhalt des Bauteils (12, 30) bestimmt wird und das Elektrohandwerkzeug (10) wenigstens in einem Betriebsbereich abhängig vom thermischen Energieinhalt betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrohandwerkzeug (10) bei Erreichen und/oder Überschreiten eines kritischen Werts (T_krit) des thermischen Energieinhalts abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Bereich (AJim) nahe des kritischen Werts (T_krit) der Energiezufluss (E_i) und/oder der Energieabfluss (E_o) geregelt oder gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Betriebsparameter zur Bestimmung des aktuellen Energiezuflusses (E_i) und/oder des aktuellen Energieabflusses (E_o) herangezogen wird, wobei der wenigstens eine Betriebsparameter eine der folgenden Größen ist:
Motorstrom (l_m);
Tastverhältnis einer Pulsweitenmodulation zur Ansteuerung des Elektromotors (12);
Motordrehzahl des Elektromotors (12);
Stellung eines Sollwertgebers (16) zum Ein- oder Ausschalten des Bauteils (12, 30); elektrische Spannung eines Akkus oder einer Batterie zur Versorgung des Bauteils (12, 30);
Temperatur des Bauteils (12, 30);
Kühlleistung zur Kühlung des Bauteils (12, 30).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorstrom (l_m) mit zumindest einem weiteren Betriebsparameter zur Bestimmung des Energieinhalts des Bauteils (12, 30) herangezogen wird. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Energieinhalts eine Abkühlzeit des Bauteils (12, 30) berücksichtigt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass beim Wiedereinschalten des Elektromotors (12) wenigstens eine aktuelle Temperatur des Bauteils (12, 30) bestimmt und zur Generierung eines Startwerts zur Bestimmung des aktuellen thermischen Energieinhalts des Bauteils (12, 30) verwendet wird. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Bauteils (12, 30) gemessen und/oder aus einem Abkühlverhalten des Bauteils (12, 30) abgeleitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschaltzeitdauer des Bauteils (12, 30) bestimmt wird.
10. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (18, 22) vorgesehen sind, um im Betrieb des Elektrohandwerkzeugs (10) aus einem aktuellen Energiezufluss (E_i) und einem aktuellen Energieabfluss (E_o) einen aktueller thermischen Energieinhalt des Bauteils (12, 30) zu bestimmen und das Elektrohandwerkzeug (10) wenigstens in einem Betriebsbereich abhängig vom thermischen Energieinhalt zu betreiben.
1 1 Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Puffer vorgesehen ist, um beim Trennen einer Spannungsversorgung (14) vom Elektrohandwerkzeug (10) eine Überwachungselektronik (22) des Bauteils (12, 30) elektrisch zu versorgen.
PCT/EP2011/070791 2010-12-15 2011-11-23 Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines elektromotorisch angetriebenen elektrohandwerkzeugs WO2012079936A2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11787684.7A EP2652869A2 (de) 2010-12-15 2011-11-23 Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines elektromotorisch angetriebenen elektrohandwerkzeugs

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010063148.5 2010-12-15
DE102010063148A DE102010063148A1 (de) 2010-12-15 2010-12-15 Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines elektromotorisch angetriebenen Elektrohandwerkzeugs

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2012079936A2 true WO2012079936A2 (de) 2012-06-21
WO2012079936A3 WO2012079936A3 (de) 2013-05-23

Family

ID=45023841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/070791 WO2012079936A2 (de) 2010-12-15 2011-11-23 Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines elektromotorisch angetriebenen elektrohandwerkzeugs

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2652869A2 (de)
DE (1) DE102010063148A1 (de)
WO (1) WO2012079936A2 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2511348A (en) * 2013-02-28 2014-09-03 Control Tech Ltd Thermal Model
EP2873491A1 (de) * 2013-11-15 2015-05-20 HILTI Aktiengesellschaft Spannungsnachführung bei Tieftemperatur zur Vermeidung von Unterspannungsabschaltungen bei akkubetriebenen handbetriebenen Elektrowerkzeugen
EP2873490A1 (de) * 2013-11-15 2015-05-20 HILTI Aktiengesellschaft Spannungsnachführung bei Tieftemperatur zur Vermeidung von Unterspannungsabschaltungen bei akkubetriebenen handbetriebenen Elektrowerkzeugen
EP3653342B1 (de) * 2018-10-26 2024-01-17 Max Co., Ltd. Elektrowerkzeug

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3337027A1 (de) 2016-12-16 2018-06-20 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zum rechnergestützten betrieb eines elektromotors

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005038225A1 (de) 2005-08-12 2007-02-15 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung für eine Überlastdetektion bei Handwerkzeugen
WO2009086990A1 (de) 2008-01-10 2009-07-16 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur detektion einer thermischen überlastsituation bei einem elektrohandwerkzeug

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4216040A1 (de) * 1992-05-15 1993-11-18 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Überwachung eines Elektromotors auf thermische Überlastung
EP0938766B1 (de) * 1997-09-18 2005-03-09 Robert Bosch Gmbh Elektromotorischer antrieb
CN1973430A (zh) * 2004-03-05 2007-05-30 运动先锋科技公司 控制电动机的方法和装置
US7273159B2 (en) * 2004-11-08 2007-09-25 Black & Decker Inc. Cordless power tool system with improved power output
US7554276B2 (en) * 2005-09-21 2009-06-30 International Rectifier Corporation Protection circuit for permanent magnet synchronous motor in field weakening operation
DE102007000524A1 (de) * 2007-10-18 2009-04-23 Hilti Aktiengesellschaft Elektrohandwerkzeugmaschine mit Motortemperaturkontrolle

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005038225A1 (de) 2005-08-12 2007-02-15 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung für eine Überlastdetektion bei Handwerkzeugen
WO2009086990A1 (de) 2008-01-10 2009-07-16 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur detektion einer thermischen überlastsituation bei einem elektrohandwerkzeug

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2511348A (en) * 2013-02-28 2014-09-03 Control Tech Ltd Thermal Model
US9705487B2 (en) 2013-02-28 2017-07-11 Nidec Control Techniques Limited Using harmonic component(s) to calculate a temperature of a semiconductor device in an inverter module
EP2873491A1 (de) * 2013-11-15 2015-05-20 HILTI Aktiengesellschaft Spannungsnachführung bei Tieftemperatur zur Vermeidung von Unterspannungsabschaltungen bei akkubetriebenen handbetriebenen Elektrowerkzeugen
EP2873490A1 (de) * 2013-11-15 2015-05-20 HILTI Aktiengesellschaft Spannungsnachführung bei Tieftemperatur zur Vermeidung von Unterspannungsabschaltungen bei akkubetriebenen handbetriebenen Elektrowerkzeugen
WO2015071400A1 (de) * 2013-11-15 2015-05-21 Hilti Aktiengesellschaft Spannungsnachführung bei tieftemperatur zur vermeidung von unterspannungsabschaltungen bei akkubetriebenen handbetriebenen elektrowerkzeugen
CN105722646A (zh) * 2013-11-15 2016-06-29 喜利得股份公司 在低温下用于避免以蓄电池运行的手持电动工具中发生欠压关断的电压跟踪系统
US9808927B2 (en) 2013-11-15 2017-11-07 Hilti Aktiengesellschaft Voltage control at low temperature to avoid undervoltage switch-offs in battery-powered, hand-operated electric tools
EP3653342B1 (de) * 2018-10-26 2024-01-17 Max Co., Ltd. Elektrowerkzeug

Also Published As

Publication number Publication date
EP2652869A2 (de) 2013-10-23
WO2012079936A3 (de) 2013-05-23
DE102010063148A1 (de) 2012-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7336048B2 (en) Method for operating a power tool
JP6026908B2 (ja) 電動機械器具及びバッテリパック
EP2139645B1 (de) Kraftschrauber
EP2143198A2 (de) Elektrowerkzeug und geräteschalter für ein elektrowerkzeug
EP2652869A2 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines elektromotorisch angetriebenen elektrohandwerkzeugs
EP2229307B1 (de) Verfahren zur detektion einer thermischen überlastsituation bei einem elektrohandwerkzeug
DE102006016441A1 (de) Elektrowerkzeugmaschine und Verfahren zum Betreiben derselben
DE102015001982A1 (de) Drehschlagwerkzeug
JP6159666B2 (ja) 電動機械器具
DE102005050741A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Überwachung und Betrieb eines Elektromotors
DE102013203397A1 (de) Steuerung eines batteriebetriebenen Handgeräts
EP2392063B1 (de) Verfahren und vorrichtung für eine überlastdetektion bei batteriebetriebenen geräten mit einem elektromotor
DE202008010458U1 (de) Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Antriebs
WO2015024809A1 (de) Erholungsdrehzahl für diamantkernbohrgeräte nach temperaturabschaltung (motorüberhitzung)
US10486281B2 (en) Overload detection in a power tool
DE102017110739A1 (de) Elektrische Arbeitsmaschine
EP4188649A1 (de) Elektrowerkzeug
DE10203051A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur temperaturabhängigen Steuerung von Leistung eines Elektrogerätes
DE102013202434A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Begrenzung einer Leistungsaufnahme eines Elektromotors im Überlastfall in einer Handwerkzeugmaschine
EP3749076A1 (de) Verfahren zum überwachen einer kühlwirkung einer luftkühlvorrichtung
DE102020103708A1 (de) Elektrische arbeitsmaschine
WO2008000546A1 (de) Sensorlose motortemperaturüberwachung
DE102021212799A1 (de) Verfahren zum Laden oder Entladen eines wechselbaren Energiespeichers mittels eines Elektrogeräts sowie System mit einem wechselbaren Energiespeicher und einem Elektrogerät zur Durchführung des Verfahrens
EP3659202B1 (de) Bypass-schaltung an einem akkumulator
EP3539700B1 (de) Bohrvorrichtung und verfahren zum betreiben einer bohrvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011787684

Country of ref document: EP