WO2022175047A1

WO2022175047A1 - Umschaltvorrichtung für einen elektromotor zum wahlweisen betrieb mit zumindest zwei unterschiedlichen versorgungsspannungen sowie elektrisches bearbeitungsgerät mit einer umschaltvorrichtung

Info

Publication number: WO2022175047A1
Application number: PCT/EP2022/051830
Authority: WO
Inventors: Benjamin Felix FINK; Rainer Glauning; Marc-Alexandre Seibert
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2022-01-27
Publication date: 2022-08-25
Also published as: DE102021201619A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Umschaltvorrichtung (50) zur Ansteuerung der Wicklungen (48) eines Elektromotors (12), wobei der Elektromotor (12) einen Rotor (40) und einen Stator (42) umfasst, wobei der Stator (42) drei Statorpole (44) und jeder Statorpol (44I, 44II, 44III) ein ganzzahliges Vielfaches an Statorzähnen (46) mit jeweils einer Mehrzahl von Wicklungen (48) zum Antrieb des Rotors (40) aufweist, wobei die Wicklungen (48) der Statorzähne (46) in ihrer Art und/oder Anzahl derart ausgelegt sind, dass der Elektromotor (12) über drei Phasen (U, V, W) wahlweise mit einer ersten Versorgungsspannung (UH), insbesondere für einen Netzbetrieb, oder mit zumindest einer gegenüber der ersten Versorgungsspannung (UH) deutlich unterschiedlichen zweiten Versorgungsspannung (UL), insbesondere für einen Akkubetrieb, betreibbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Umschaltvorrichtung (50) eine Mehrzahl von Schaltelementen (66, 68, 70, 72) aufweist zur Reihen- und/oder Parallelschaltung der Wicklungen (48) der Statorzähne (46) des Elektromotors (12) für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung (UH) oder mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung (UL), wobei jede Wicklung (48I, 48II, 48III) über jeweils zwei elektrische Kontaktpunkte (62) mit zumindest einem der Schaltelemente (66, 68, 70, 72) der Umschaltvorrichtung (50) verbindbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Bearbeitungsgerät (10), insbesondere eine Handwerkzeugmaschine, mit einer Umschaltvorrichtung (50) zur Ansteuerung eines Elektromotors (12).

Description

Titel

Umschaltvorrichtung für einen Elektromotor zum wahlweisen Betrieb mit zumindest zwei unterschiedlichen Versorgungsspannungen sowie elektrisches Bearbeitungsgerät mit einer Umschaltvorrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Umschaltvorrichtung für einen Elektromotor zum wahl weisen Betrieb mit einer ersten oder zumindest einer zweiten Versorgungsspan nung sowie ein elektrisches Bearbeitungsgerät mit einer Umschaltvorrichtung zur Ansteuerung des Elektromotors nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Stand der Technik

Akkubetriebene Bearbeitungsgeräte, insbesondere Handwerkzeugmaschinen, haben in den letzten Jahren zunehmend ihre netzbetriebenen Pendants abge löst, da die Akkupacks und die Elektromotoren immer leichter und leistungsfähi ger wurden. Hier haben sich besonders die so genannten elektrisch kommutier- ten (EC) bzw. bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC) etabliert. Gerade in den hohen Leistungsklassen ist es trotz der leichten und kompakten EC-Motoren und der immer leistungsfähigeren Akkus bzw. Wechselakkupacks jedoch häufig not wendig, die Bearbeitungsgeräte über einen längeren Zeitraum zu betreiben, so dass die Akkus bzw. Wechselakkupacks relativ häufig geladen und/oder ge wechselt werden müssen. Daher besteht ein Bedarf an so genannten Hybrid- Geräten mit entsprechenden Elektromotoren, die sowohl per Batterie als auch mit Netzstrom betrieben werden können.

Aus der EP 3 316453 Al ist eine akkubetriebene Handwerkzeugmaschine in Gestalt eines Akkuschraubers bekannt. Die Handwerkzeugmaschine weist einen bürstenlosen Elektromotor mit einem Stator und einem innerhalb des Stators re lativ zu diesem drehend gelagerten Rotor auf. Der Stator umfasst drei Wicklun gen, wobei jede Wicklung auf zwei über den Umfang des Stators gegenüberlie- genden Statorpolen verteilt ist. Die drei Statorwicklungen können mittels entspre chender Schaltmittel wahlweise in einer Dreieck- oder Sternschaltung betrieben werden.

Die US 2019/0229599 Al offenbart ein stationäres Elektrowerkzeug, das wahl weise mit einer ersten Versorgungsspannung, insbesondere einer Netzspan nung, oder mit einer zweiten Versorgungsspannung, insbesondere einer Batte riespannung, betrieben werden kann. Das Elektrowerkzeug verfügt dazu über zwei Leistungsendstufen, wobei in Abhängigkeit von der detektierten Versor gungsspannung zum Betrieb eines Elektromotors eine erste Leistungsendstufe erste Wicklungen des Elektromotors und eine zweite Leistungsendstufe zweite Wicklungen des Elektromotors ansteuert. Die ersten und zweiten Wicklungen un terscheiden sich insbesondere in ihrer Windungsanzahl und/oder dem Draht querschnitt. Dabei ist vorgesehen, dass die Statorzähne der Statorpole des Elektromotors entweder jeweils im Wechsel die ersten oder die zweiten Wicklun gen tragen oder aber dass jeder Statorzahn jeweils eine erste und eine zweite Wicklung aufweist. Weiterhin ist auch die Möglichkeit zur Umschaltung zwischen einer Stern- und einer Dreieckschaltung gezeigt, wobei die ersten Wicklungen fest zu einer Sternschaltung und die zweiten Wicklungen fest zu einer Dreieck schaltung verschaltet sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Umschaltvorrichtung für einen Elektromotor, insbesondere für einen bürstenlosen Gleichstrommotor, bereitzustellen, die eine besonders effektive und kostengünstige Nutzung eines Elektromotors für einen Betrieb mit mindestens zwei unterschiedlichen Versorgungsspannungen ermög licht.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einer Umschaltvorrichtung zur Ansteuerung der Wicklungen des Elektromotors, wobei der Elektromotor einen Rotor und einen Stator umfasst, wobei der Stator drei Statorpole und jeder Statorpol ein ganzzah liges Vielfaches an Statorzähnen mit jeweils einer Mehrzahl von Wicklungen zum Antrieb des Rotors aufweist, wobei die Wicklungen der Statorzähne in ihrer Art und/oder Anzahl derart ausgelegt sind, dass der Elektromotor über drei Phasen wahlweise mit einer ersten Versorgungsspannung, insbesondere für einen Netz betrieb, oder mit zumindest einer gegenüber der ersten Versorgungsspannung deutlich unterschiedlichen zweiten Versorgungsspannung, insbesondere für ei nen Akkubetrieb, betreibbar ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgese hen, dass die Umschaltvorrichtung eine Mehrzahl von Schaltelementen aufweist zur Reihen- und/oder Parallelschaltung der Wicklungen der Statorzähne des Elektromotors für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung oder mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung, wobei jede Wicklung über je weils zwei elektrische Kontaktpunkte mit zumindest einem der Schaltelemente der Umschaltvorrichtung verbindbar ist. Mit besonderem Vorteil erlaubt eine der artiger Umschaltvorrichtung einen sehr universellen Einsatz eines entsprechend angesteuerten Elektromotors von kleinen Gleichspannungen bis zu hohen Wechselspannungen in Verbindung mit einer einfach auszulegenden und kos tengünstigen Leistungselektronik bzw. Umschaltvorrichtung zur Beschaltung der Wicklungen des Elektromotors. Dadurch, dass stets sämtliche Wicklungen des Elektromotors für den Betrieb mit der ersten und mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung bestromt werden, ist mit besonderem Vorteil ein gegen über dem Stand der Technik reduziertes Gewicht bei kompakter und kostengüns tiger Bauweise des Elektromotors möglich. Eine optimale magnetische Kopplung der Wicklungen an den Stator des Elektromotors gewährleistet zudem eine hohe Effektivität.

Die Erfindung betrifft ferner ein elektrisches Bearbeitungsgerät mit einer Um schaltvorrichtung zur Ansteuerung des Elektromotors. Als „elektrische Bearbei tungsgeräte“ sollen im Kontext der Erfindung unter anderem akku- und/oder netzbetriebene Werkzeugmaschinen zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines elektrisch angetriebenen Einsatzwerkzeugs verstanden werden. Dabei kann das elektrische Bearbeitungsgerät sowohl als Handwerkzeugmaschine als auch als stationäre Werkzeugmaschine ausgebildet sein. Typische Werkzeug maschinen sind in diesem Zusammenhang Hand- oder Standbohrmaschinen, Schrauber, Schlagbohrmaschinen, Hobel, Winkelschleifer, Schwingschleifer, Po liermaschinen oder dergleichen. Als elektrische Bearbeitungsgeräte kommen aber auch elektromotorisch angetriebene Garten- und Baugeräte wie Rasenmä her, Rasentrimmer, Astsägen, Motor- und Grabenfräsen, Gebläse, Roboter- Breaker und -Bagger oder dergleichen in Frage. Weiterhin ist die Erfindung auf dreiphasige Elektromotoren von Haushaltgeräten, wie Staubsauger, Mixer, etc. anwendbar. Unter dem Begriff elektrisches Bearbeitungsgerät können zudem elektromotorisch angetriebene Straßen- und Schienenfahrzeuge sowie Flugzeu ge und Schiffe verstanden werden.

Unter einem „Betrieb mit einer ersten Versorgungsspannung“ bzw. einem „Netz betrieb“ soll insbesondere ein Betrieb mit einer Wechselspannung (AC) im Be reich von ca. 110 bis 230 V verstanden werden. Für Industrieroboter, Straßen- und Schienenfahrzeuge sowie Flugzeuge und Schiffe kommen aber auch deut lich höhere Wechselspannungen von mehreren 1000 V in Betracht. Dabei sind die typischen Wechselspannungen primär von den länderspezifischen Werten und den Einsatzzwecken abhängig. Unter einem „Betrieb mit einer gegenüber der ersten Versorgungsspannung deutlich unterschiedlichen zweiten Versor gungsspannung“ bzw. einem „Akkubetrieb“ soll insbesondere ein Betrieb mit ei ner Gleichspannung (DC) im Bereich von 3,6 bis 180 V verstanden werden. Doch auch hier können für Fahrzeuge, Flugzeuge und Schiffe noch deutlich höhere Akkuspannungen von mehreren 100 V in Frage kommen. Die Gleichspannungs werte richten sich in erster Linie nach den typischen Zellspannungen von Li- lonen-Zellen. Es kommen aber auch andere Zellspannungen für z.B. Pouch- Zellen und/oder Zellen mit anderer elektrochemischer Zusammensetzung in Fra ge. Zudem sei angemerkt, dass sich der Begriff „deutlich unterschiedliche Ver sorgungsspannung“ nicht nur auf die Amplitude, sondern auch auf die Frequenz der Versorgungsspannung beziehen kann. Für einen Akkubetrieb können sowohl austauschbare Wechselakkupacks als auch fest integrierte Akkus mit einer be liebigen Anzahl von Akkuzellen in Frage kommen. Da der Fachmann derartige Akkus und Wechselakkupacks hinlänglich kennt, soll hierauf nicht weiter im De tail eingegangen werden. Die Begriffe Akku, Akkupack und Wechselakkupack sollen nachfolgend als Synonym verstanden werden, da sie für die Erfindung dieselbe Bedeutung haben.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Um schaltvorrichtung erste Schaltelemente zur Reihenschaltung der Wicklungen der Statorzähne und zweite Schaltelemente zur Parallelschaltung der Wicklungen der Statorzähne aufweist. Dabei sind für jeden Statorpol mit jeweils M Statorzäh- nen und N Wicklungen je Statorzahn M * N - 1 erste Schaltelemente zur Reihen schaltung und M * (2N - 1) zweite Schaltelemente zur Parallelschaltung der ins gesamt M * N Stator-Wicklungen vorgesehen. Bei einem dreiphasigen Stator mit drei Statorpolen, M = 2 Statorzähnen pro Statorpol und N = 2 Wicklungen pro Statorzahn ergeben sich auf diese Weise je Statorpol 2 * 2 - 1 = 3 erste und 2 *

(4 - 1) = 6 zweite Schaltelemente. In Summe weist die Umschalteinrichtung da her 3 * 9 = 27 erste und zweite Schaltelemente auf. Zur Reihenschaltung der Wicklungen werden die ersten Schaltelemente der Umschaltvorrichtung ge schlossen und die zweiten Schaltelemente geöffnet, während zur Parallelschal tung der Wicklungen in umgekehrter Weise die ersten Schaltelemente geöffnet und die zweiten Schaltelemente geschlossen werden.

Zum ergänzenden Schalten einer Dreieck- oder Sternschaltung der Phasen des Elektromotors weist die Umschaltvorrichtung dritte und vierte Schaltelemente auf. Dabei sind zur Sternschaltung der Phasen die dritten Schaltelemente geschlos sen und die vierten Schaltelemente geöffnet, während für die Dreieckschaltung der Phasen die dritten Schaltelemente geöffnet und die vierten Schaltelemente geschlossen sind. Zurückkommend auf das obige Beispiel eines dreiphasigen Elektromotors mit M = 2 Statorzähnen je Statorpol und N = 2 Wicklungen je Statorzahn ergeben sich so in Summe 27 + 6 = 33 erste, zweite, dritte und vierte Schaltelemente für die Umschaltvorrichtung. Zum Aktivieren der Reihenschaltung der Wicklungen in Verbindung mit einer Sternschaltung der Phasen werden dann alle ersten und dritten Schaltelemente geschlossen und alle zweiten und vierten Schaltelemente geöffnet. Zum Aktivieren der Parallelschaltung der Wicklungen in Kombination mit einer Dreieckschaltung der Phasen werden alle zweiten und vierten Schaltelemente geschlossen und alle ersten und dritten Schaltelemente geöffnet.

Die Anzahl der Wicklungen eines Statorpols des Elektromotors ist im Wesentli chen abhängig vom Verhältnis der ersten zu der zumindest einen zweiten Ver sorgungspannung. Bei einer ersten Versorgungsspannung, insbesondere einer Netzspannung, von beispielsweise 230 V AC, die gleichgerichtet typischerweise 300 V entspricht, und einer zweiten Versorgungsspannung, insbesondere einer Akkuspannung, von beispielsweise 36 V ergibt sich so eine Anzahl von 8 Wick lungen je Statorpol, was bei zwei Statorzähnen 4 Wicklungen pro Statorzahn entspricht. Mit besonderen Vorteil kann diese Anzahl im Falle einer Sternschal tung der Phasen weiter um einen Faktor 1,73 (Wurzel 3) reduziert werden, so dass für dasselbe Spannungsverhältnis pro Statorzahn dann nur noch zwei Wick lungen erforderlich sind. Durch die wahlweise Verschaltung der Phasen als Stern- oder Dreieckschaltung ergibt sich einerseits in Verbindung mit der Stern schaltung eine deutliche Reduzierung des Strombedarfs um einen Faktor von 1,73 je Phase bzw. Statorpol, was insbesondere bei einem Anlaufen des Elekt romotors von Vorteil ist, während in der Dreieckschaltung hohe Ströme und Leis tungen nutzbar sind. Die besondere Auslegung des erfindungsgemäßen Elekt romotors erlaub so beispielsweise bei einem Betrieb mit einer gleichgerichteten, ersten Versorgungsspannung von 300 V und einer zweiten Versorgungsspan nung von 36 V eine Reduzierung der notwendigen Wicklungen je Statorpol von 8 (= 300 V / 36 V) auf 4 (= 300 V / 36 V / 1,73). Unter dem Begriff „Art der Wick lung“ soll insbesondere die Anzahl der Windungen, der Querschnitt und/oder das Material der Wicklung verstanden werden.

Um den Elektromotor auch in Ländern mit leicht abweichenden ersten Versor gungspannungen betreiben zu können (beispielsweise Japan, Australien, etc.), ist je Statorpol ein weiteres Schaltelement zur Reihenschaltung mit einer schalt baren Last, insbesondere einem Leistungswiderstand, vorgesehen. So kann durch Aktivierung der Last auf sehr einfache Weise ein Betrieb mit 240 V statt 230 V oder mit 120 V statt 110 V realisiert werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrischen Kon taktpunkte zwischen den Wicklungen des Elektromotors und den Schaltelemen ten der Umschaltvorrichtung als Steckverbindungen, Crimpverbindungen, Schraubverbindungen, Lötverbindungen oder Schweißverbindungen ausgebildet sind. Dabei erlauben insbesondere Steckverbindungen in besonders vorteilhafter Weise ein einfaches und schnelles Aufstecken der Umschaltvorrichtung auf den Elektromotor seitens des Herstellers sowie ein ebenso einfaches und kosten günstiges Abziehen beispielsweise im Falle eines Defekts. Die Steckverbindun gen können dazu als Kontaktbuchsen der Umschaltvorrichtung ausgebildet sein, die mit entsprechenden Kontaktstiften des Elektromotors, insbesondere eines Adapterrings des Stators, reversibel verbindbar sind. Aufgrund der zylinderförmi gen Bauform gängiger Elektromotoren ist es in diesem Zusammenhang vorteil- haft, wenn die elektrischen Kontaktpunkte bzw. Kontaktbuchsen ringförmig über einen äußeren Umfang der Umschaltvorrichtung verteilt angeordnet sind.

Zur einfachen und effizienten Umschaltung der Betriebsarten durch den Bediener ist die Umschaltvorrichtung mit einem drehbaren oder verschiebbaren Betriebsar tenschalter wirkverbunden. Somit bewirkt eine Betätigung der Umschaltvorrich tung durch den Bediener mittelbar oder unmittelbar eine entsprechende Um schaltung der Schaltelemente der Umschaltvorrichtung derart, dass zum Schlie ßen eines Schaltelements jeweils eine Kontaktbahn des Schaltelements mit ei nem Kontaktgleiter des Schaltelements verbunden wird.

Um unerlaubte Zustände der Schaltelemente zu vermeiden, sind die Kontakt bahnen und Kontaktgleiter der Schaltelemente derart ausgelegt, dass die ersten und die zweiten Schaltelemente und/oder die dritten und die vierten Schaltele mente jeweils mit einer Totzeit geschaltet werden.

Um einen möglichst kompakten Elektromotor mit einfacher Austauschbarkeit zu ermöglichen, ist die Umschaltvorrichtung als eine modulare Baugruppe des Elektromotors ausgebildet.

Die Umschaltvorrichtung sowie etwaige weitere elektrische Bauelemente zur Gleichrichtung, Spannungswandlung, Siebung und/oder Endstörung der ersten und der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung sowie zur Ansteuerung des Elektromotors bilden zusammen eine Leistungselektronik. Unter dem Begriff „Leistungselektronik“ soll daher der Teil der den Elektromotor ansteuernden Elektronik verstanden werden, der primär die Wicklungsströme aufnimmt. Somit unterscheidet sich die Leistungselektronik von der sie ansteuernden Steuer- bzw. Regelelektronik. In der Regel ist die Leistungselektronik im elektrischen Bearbei tungsgerät verbaut und kann so spezifisch auf den jeweiligen Bedarf des Geräts angepasst werden. So sind Über- oder Unterdimensionierungen der Leistungs elektronik vermeidbar. Bearbeitungsgeräte mit hohem Energiebedarf (z.B. Win kelschleifer, große Bohr- und Abrisshämmer, professionelle Küchenmaschinen etc.) erhalten beispielsweise eine entsprechend leistungsfähige Leistungselekt ronik, während bei Bearbeitungsgeräten mit eher kleinem Energiebedarf (z.B. Schrauber, Pürierstab, etc.) eine kostengünstige und deutlich geringer belastbare Leistungselektronik zum Einsatz kommen kann. Insbesondere bei Akkugeräten ist dann keine aufwändige Leistungselektronik z.B. in Form eines DC/DC- Wandlers mit einem großen Verhältnis zwischen der Eingangs- und der Aus gangsspannung mehr erforderlich, was einen kompakten Gesamt-Antriebsstrang zur Folge hat.

Durch die Möglichkeit, je nach Bedarf auf einzelne Komponenten im elektroni schen Bearbeitungsgerät verzichten zu können, ergibt sich ein modulares Ge samtkonzept insbesondere aus Leistungsbrücke, Umschaltvorrichtung und Elekt romotor für die folgenden Anwendungsfälle:

• Multispannungsgeräte für Hybrid- Betrieb (Akku- und/oder Netzbetrieb): das elektrische Bearbeitungsgerät kann wahlweise für einen Netzbetrieb mit mehreren ersten Versorgungsspannungen bzw. einer Zwischenspannung und zumindest einer ersten Versorgungsspannung von z.B. 120 V und 230 V und/oder für einen Akkubetrieb mit mehreren zweiten Versorgungsspan nungen von z.B. 18 V, 36 V oder 72 V ausgelegt sein.

• Multispannungsgeräte für Netzbetrieb: das elektrische Bearbeitungsgerät kann für einen Netzbetrieb mit mehreren ersten Versorgungsspannungen bzw. einer Zwischenspannung und zumindest einer ersten Versorgungs spannung von z.B. 120 V und 230 V ausgelegt sein. Somit kann auf den DC-Teil der Leistungselektronik verzichtet werden.

• Multispannungsgeräte für Akkubetrieb: das elektrische Bearbeitungsgerät kann für einen Akkubetrieb mit mehreren zweiten Versorgungsspannungen von z.B. 18 V, 36 V oder 72 V ausgelegt sein, so dass auf den AC-Teil der Leistungselektronik verzichtet werden kann.

• Dualspannungsgeräte für Hybrid- Betrieb (Akku- und/oder Netzbetrieb): das elektrische Bearbeitungsgerät kann wahlweise für einen Netzbetrieb mit ei ner ersten Versorgungsspannung von z.B. 230 V oder für einen Akkube trieb mit einer zweiten Versorgungsspannung von z.B. 36 V ausgelegt sein. Dies ermöglicht den Einsatz einer einfacheren Leistungselektronik für eine reduzierte Anzahl von Reihen- bzw. Parallelverschaltungen der Wicklungen je Statorpol.

• Einzelspannungsgeräte für Netzbetrieb, z.B. 230 V. • Einzelspannungsgeräte für Akkubetrieb, z.B. 36 V.

Weitere Möglichkeiten zur Erzeugung des Anforderungssignals für die Umschal tung zwischen den Betriebsarten des Elektromotors werden nachfolgend in den Ausführungsbeispielen beschrieben.

Ausführungsbeispiele

Zeichnung

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 22 beispielhaft erläu tert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit ei ner gleichen Funktionsweise hindeuten.

Es zeigen

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbei spiels eines erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsge räts in Form eines handgehaltenen Drehschlagschraubers,

Fig. 2: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbei spiels eines erfindungsgemäßen Elektromotors mit einem vier Wicklungen tragenden Statorzahn,

Fig. 3: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbei spiels des erfindungsgemäßen Elektromotors mit einem zwei Wicklungen tragenden Statorzahn,

Fig. 4: ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemä ßen Elektromotors für eine Parallelschaltung der vier Wicklungen eines Statorpols und eine Dreieckschaltung der drei Phasen des Elektromotors, Fig. 5: ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemä ßen Elektromotors für eine Reihenschaltung der vier Wicklungen eines Statorpols und eine Sternschaltung der drei Phasen des Elektromotors,

Fig. 6: ein Blockschalbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungs gemäßen Umschaltvorrichtung für den Elektromotor gemäß der Figuren 3 bis 5,

Fig. 7: eine Explosionszeichnung des erfindungsgemäßen Elektromo tors mit einer erfindungsgemäßen, elektromechanischen Um schaltvorrichtung,

Fig. 8: Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße, elektromecha nische Umschaltvorrichtung mit einem verdrehbar ausgestalteten Träger,

Fig. 9: Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße, elektromecha nische Umschaltvorrichtung mit einem verschiebbar ausgestalte ten Träger,

Fig. 10: weitere Ausführungsbeispiele für einen verschiebbaren Träger der erfindungsgemäßen, elektromechanischen Umschaltvorrich tung,

Fig. 11: ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen verdrehbaren Träger der erfindungsgemäßen, elektromechanischen Umschaltvorrich tung,

Fig. 12: ein schematisches Blockschaltbild für das erfindungsgemäße elektrische Bearbeitungsgerät, Fig. 13: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbei spiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Abrisshammers,

Fig. 14: eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbei spiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Abrisshammers,

Fig. 15: Ausführungsbeispiele für eine vibrationsentkoppelte Lagerung der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung mit druckbelasteten Dämpfungselementen in Form von Gummidämpfern,

Fig. 16: Ausführungsbeispiele für eine vibrationsentkoppelte Lagerung der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung mit zugbelasteten Dämpfungselementen in Form von Gummidämpfern,

Fig. 17: Ausführungsbeispiele für eine vibrationsentkoppelte Lagerung der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung mit druckbelasteten Dämpfungselementen in Form von Federdämpfern,

Fig. 18: Ausführungsbeispiele für eine vibrationsentkoppelte Lagerung der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung mit zugbelasteten Dämpfungselementen in Form von Federdämpfern,

Fig. 19: eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbei spiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Bohrhammers,

Fig. 20: eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbei spiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Winkelschleifers, Fig. 21: eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbei spiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Industriestaubsaugers und

Fig. 22: eine schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbei spiels des erfindungsgemäßen, elektrischen Bearbeitungsgeräts in Form eines Rasenmähers.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt beispielhaft ein als Drehschlagschrauber ausgebildetes elektrisches Bearbeitungsgerät 10 mit einem dreiphasigen Elektromotor 12. Der Drehschlag schrauber weist ein Gehäuse 14 mit einem Handgriff 16 sowie eine Werkzeug aufnahme 18 auf und ist wahlweise zur netzunabhängigen Stromversorgung me chanisch und elektrisch über entsprechend ausgebildete elektromechanische Schnittstellen 19 kraft- und/oder formschlüssig lösbar mit einem Akkupack 20 oder zur netzabhängigen Stromversorgung über ein Netzkabel 22 mit einem nicht gezeigten aber dem Fachmann bekannten Stromnetz verbindbar. Im vorliegen den Beispiel besitzt das Stromnetz eine erste Versorgungsspannung UH von 230 V AC (50 Hz) und der Akkupack 20 eine gegenüber der ersten Versorgungs spannung deutlich unterschiedliche zweite Versorgungsspannung UL von 36 V DC. Mit besonderem Vorteil kann die Erfindung aber auch auf elektrische Bear beitungsgeräte mit Akkus und Netzversorgungen anderer Spannungs- und Leis tungsklassen angewendet werden. Zudem sei darauf hingewiesen, dass die Er findung weder auf Drehschlagschrauber noch auf Handwerkzeugmaschinen im Allgemeinen beschränkt ist, sondern - wie bereits eingangs erwähnt - bei unter schiedlichen netzunabhängigen und/oder netzabhängigen elektrischen Bearbei tungsgeräten Anwendung finden kann.

In dem Gehäuse 14 sind exemplarisch der von dem Akkupack 20 bzw. über das Netzkabel 22 mit Strom versorgte Elektromotor 12 samt einem Getriebe 24 und einem Schlagwerk 26 angeordnet. Der Elektromotor 12 ist über einen Haupt schalter 28 betätigbar, d.h. ein- und ausschaltbar sowie in seiner Drehzahl und/oder seinem Drehmoment veränderbar. Der Elektromotor 12 und das Ge- triebe 24 können alternativ auch in einem gemeinsamen Subgehäuse oder in se paraten Motor- und Getriebegehäusen angeordnet sein, die ihrerseits im Gehäu se 14 aufgenommen sind. Das Schlagwerk 26 wird über eine Motorwelle 30 des Elektromotors 12 angetrieben und ist beispielhaft als ein Dreh- bzw. Rotations schlagwerk ausgebildet, das schlagartige Drehimpulse mit hoher Intensität er zeugt und auf die Werkzeugaufnahme 18 überträgt, die zur wechselbaren Auf nahme eines Einsatzwerkzeugs 32 dient. Da die Werkzeugaufnahme 18 und das Einsatzwerkzeug 32 für die Erfindung als solche ohne Bedeutung sind, soll hie rauf nicht näher eingegangen werden. Die möglichen Ausgestaltungsformen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.

Der Elektromotor 12 wird von einer Leistungsbrücke 34 einer Leistungselektronik 36 mit einer pulsweitenmodulierten Motorspannung UM beaufschlagt. Dazu weist die Leistungsbrücke 34 diverse Leistungstransistoren (z.B. Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren, IGBT, oder dergleichen) auf, die je nach Ausführung des Elektromotors 12 z.B. als H-Brücke, B6-Brücke oder dergleichen verschaltet sein können. Eine Steuer- oder Regelelektronik 38 steuert die einzelnen Leistungs transistoren der Leistungsbrücke 34 entsprechend einem durch den Hauptschal ter 28 vorgegebenen Signal zur Erzeugung der PWM-Spannung UM an. Da dem Fachmann die unterschiedlichen Ausgestaltungsmöglichkeiten der Leistungsbrü cke 34 sowie der Steuer- oder Regelelektronik 38 bekannt sind, soll hierauf nicht näher eingegangen werden. Die Steuer- oder Regelelektronik kann beispielswei se als ein Mikrocontroller, DSP, ASIC oder dergleichen ausgebildet sein.

Mit Bezug auf Figur 2 umfasst der dreiphasige Elektromotor 12 einen innenlie genden Rotor 40 und einen außenliegenden Stator 42 mit drei Statorpolen 44. Jeder Statorpol 44¹, 44", 44^m weist im gezeigten Ausführungsbeispiel M = 2 Statorzähne 46 auf, die sich über den Umfang des Stators 42 diametral gegen überliegend verteilen. Jeder Statorzahn 46¹, 46" weist seinerseits eine Mehrzahl N = 4 Wicklungen 48 zum Antrieb des Rotors 40 auf. Die einzelnen Wicklungen 48', 48", 48^m, 48^IV können sich in ihrer Art, d.h. in der Anzahl ihrer Windungen, in ihrem Querschnitt und/oder in ihrem Material, unterscheiden. Sie können aber auch gleichartig ausgestaltet sein. Um den Stator 42 zu magnetisieren und somit den Rotor 40 in eine Drehbewegung zu versetzen, fließt jeweils ein Strom l_n durch die N = 4 Wicklungen 48 des entsprechenden Statorzahns 46¹, 46" des Statorpols 44¹, 44", 44^m. Die auf diese Weise erzeugten Magnetfelder B_n sind proportional zu den Strömen l_n und der Anzahl der Windungen der einzelnen Wicklungen 48. Somit kann eine Wicklung mit wenigen Windungen und hohem Querschnitt, durch die ein hoher Strom fließt, das gleiche Magnetfeld erzeugen, wie eine Wicklung mit vielen Windungen und kleinem Querschnitt, durch die ein deutlich geringerer Strom fließt. Die einzelnen Magnetfelder B_n im Statorzahn 46¹, 46" addieren sich schließlich zu einem Gesamtmagnetfeld B = S_h=i^N B_n, das den Rotor 40 antreibt.

Zurückkommend auf Figur 1 kann das elektrische Bearbeitungsgerät 10 von ei nem Bediener wahlweise mit der ersten Versorgungsspannung UH von 230 V AC (50 Hz) oder mit der gegenüber der ersten Versorgungsspannung deutlich unter schiedlichen zweiten Versorgungsspannung UL von 36 V DC betrieben werden. Die Umschaltung des Elektromotors 12 zwischen dem Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH und dem Betrieb mit der zweiten Versorgungsspan nung UL erfolgt derart, dass eine Umschaltvorrichtung 50 der Leistungselektronik 36 die N = 4 Wicklungen 48 eines Statorzahns 46 des Elektromotors 12 für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH oder der zweiten Versorgungs spannung UL in Reihe und/oder parallelschaltet. Bei M * N in Reihe geschalteten gleichartigen Wicklungen 48 eines Statorpols 44¹, 44", 44^m kann der Elektromotor 12 somit gegenüber M * N parallelgeschalten Wicklungen 48 mit (M * N)-fach so hoher Versorgungsspannung betrieben werden, während im Parallelbetrieb ein (M * N)-fach so hoher Gesamtstrom gegenüber der Reihenschaltung fließen kann. Die Umschaltvorrichtung 50 kann elektronisch oder elektromechanisch ausgestaltet sein. Hierauf wird nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren 6 bis 11 noch näher eingegangen.

Die Umschaltung zwischen den Betriebsarten des Elektromotos 12 kann entwe der manuell durch einen vom Bediener betätigbaren Betriebsartenschalter 52 und/oder automatisch mittels einer Sensorik 54 des elektrischen Bearbeitungsge räts 10 erfolgen. Dabei kann die Steuer- oder Regelelektronik 38 des elektri schen Bearbeitungsgeräts 10 ein Anforderungssignal des Betriebsartenschalters 52 bzw. der Sensorik 54 zur Umschaltung zwischen den Betriebsarten des Elekt- romotors 12 auswerten und die Umschaltvorrichtung 50 zur Parallel- und/oder Reihenschaltung der entsprechenden Wicklungen 48 ansteuern. Ist die Um schaltvorrichtung 50 elektromechanisch aufgebaut, so ist es alternativ auch denkbar, dass der Betriebsartenschalter 52 mechanisch mit der Umschaltvorrich tung 50 gekoppelt ist und diese direkt verstellt.

Die Erzeugung des Anforderungssignals kann beispielsweise über eine Abdeck klappe 56 für einen Netzanschluss 58 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 er folgen. Diese ist bei Akkubetrieb geschlossen und bei Netzbetrieb infolge eines eingesteckten Netzsteckers 60 des Netzkabels 22 geöffnet. Mittels der Sensorik 54, beispielsweise in Form eines Reed-Kontakts oder Microschalters, wird die Stellung der Abdeckklappe 56 erfasst und das entsprechende Anforderungssig nal zum Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH an die Steuer- oder Regelelektronik 38 gesendet. Ein Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH hat dabei trotz eingeschobenem Akkupack 20 Vorrang gegenüber dem Be trieb mit der zweiten Versorgungsspannung UL. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Spannungsversorgung mit der höchsten Leistungsfähigkeit Vorrang hat. Die Leistungselektronik 36 teilt sich dazu auf in eine erste Leistungselektronik 36H für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH und in zumindest ei ne zweiten Leistungselektronik 36L für den Betrieb mit der zumindest einen zwei ten Versorgungsspannung UL. In besonders vorteilhafter Weise sind die beiden Leistungselektroniken 36H, 36L galvanisch voneinander getrennt. Hierauf soll spä ter noch näher mit Bezug auf Figur 12 eingegangen werden. Um einerseits den Bediener vor Spannungsschlägen offen liegender und unter Spannung stehen den elektrischer Kontakte und andererseits das elektrische Bearbeitungsgerät 10 vor Kurzschlüssen durch offen liegende Kontakte zu schützen, ist ferner vorge sehen, dass im Falle des Netzbetriebs die elektrischen Kontakte der ungenutzten elektromechanischen Schnittstelle 19 für den Akkupack 20 und im Falle des Ak kubetriebs die elektrischen Kontakte des ungenutzten Netzanschlusses 58 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 galvanisch getrennt werden. Diese galvani sche Trennung kann durch nicht näher gezeigte Schaltelemente der Umschalt vorrichtung 50 erfolgen, die im Falle einer elektromechanischen Ausgestaltung der Umschaltvorrichtung 50 entsprechende Luft- und Kriechstrecken aufweisen. Alternativ oder ergänzend ist es zudem möglich, die jeweils ungenutzten An- Schlüsse 19 bzw. 58 mechanisch abzudecken. So kann im Falle des Akkube triebs beispielsweise die Abdeckklappe 56 des Netzanschlusses 58 elektrome chanisch verriegelt werden bzw. eine Nutzung des elektrischen Arbeitsgeräts 10 erst dann freigegeben werden, wenn die Abdeckklappe 56 verriegelt ist. Entspre chend ist eine Verriegelung der elektromechanischen Schnittstelle 19 für den Ak kupack 20 denkbar, wobei es hier auch genügen könnte, nur die einzelnen elektrischen Kontakte der Schnittstelle 19 beispielsweise mit verschiebbaren Kunststoffkappen oder dergleichen abzudecken.

Die Erzeugung des Anforderungssignals bzw. die Detektion der gewünschten Betriebsart kann auf verschiedene weitere Weisen realisiert werden. Beispiels weise könnte sie auch mittels eines Human Machine Interfaces (HMI) in Gestalt eines Bedienpanels oder eines Touchdisplays am elektrischen Bearbeitungsge rät 10 erfolgen, das der Bediener entsprechend zu betätigen hat. Ein derartiges HMI kann zusätzlich auch als Anzeige für den mittels der Umschaltvorrichtung 50 eingestellten Betriebsmodus dienen. Selbstverständlich kann die Umschaltvor richtung 50 auch selbst eine entsprechende Anzeige, beispielsweise in Form ei ner LED oder dergleichen aufweisen. Ergänzend oder alternativ wäre eine Steue rung per App über eine kabellose Schnittstelle per WLAN, Bluetooth oder der gleichen am elektrischen Bearbeitungsgerät 10 denkbar. Auch ein Schalter oder Taster am Netzkabel 22 wäre möglich. Weitere Lösungen zur Umschaltung der Betriebsart des Elektromotos 12 könnten durch einen RFID-Tag am Netzkabel 22, durch eine direkte Sensierung der Versorgungsspannung im elektrischen Be arbeitungsgerät 10 z.B. mittels Step-Up- und/oder Step- Down- Konverter oder durch eine Kodierung im Akkupack 20 realisiert sein. Für den Fall, dass sowohl das Netzkabel 22 als auch der Akkupack 20 mit dem elektrischen Bearbeitungs gerät 10 verbunden ist, könnte die Spannungsversorgung mit der höchsten Leis tungsfähigkeit (sehr leistungsfähige Akkupacks haben teilweise eine höhere Stromlieferfähigkeit als eine Versorgung über das Stromnetz) oder grundsätzlich die Netzspannung Vorrang haben. Eine entsprechende Einstellung der Prioritä ten kann beispielsweise in einer App vorgenommen werden. Weiterhin kann auch automatisch zwischen beiden Betriebsarten gewechselt werden, wenn z.B. die Netzversorgung bei eingestecktem Akkupack 20 abreißt oder umgekehrt ein eingesteckter Akkupack 20 weitestgehend entladen wurde. Denkbar sind auch Sicherheitsfeatures, wie eine automatische oder manuelle Umschaltung auf Netzbetrieb im Falle des Transports des elektrischen Bearbei tungsgeräts 10 mit einem oder mehreren eingestecktem Akkupacks 20. Eine ma nuelle Umschaltung in einen Transportmodus erfolgt dabei beispielsweise durch den Bediener per Betriebsartenschalter 52 oder HMI; eine automatische Um schaltung erfolgt bei längerer Nichtbenutzung durch einen im elektrischen Bear beitungsgerät 10 integrierten Bewegungs- oder Beschleunigungssensor. Wird das elektrische Bearbeitungsgerät 10 mit mehreren in Reihe geschalteten Akku packs 20 (z.B. 2 x 18 V) transportiert, so ist auch eine galvanische Trennung der einzelnen Akkupacks 20 denkbar, um damit entsprechenden Transportnormen gerecht zu werden, da dann jeder Akkupack 20 als Einzelakkupack angesehen wird. Eine automatische Umschaltung vom Akku- auf den Netzbetrieb kann zu dem vorgesehen sein, wenn es insbesondere bei einer Versorgung des elektri schen Bearbeitungsgeräts 10 durch mehrere in Reihe geschaltete Akkupacks 20 zu einem plötzlichen Temperaturanstieg eines der eingesteckten Akkupacks 20 kommt. Entsprechendes ist denkbar, wenn es zu einem abrupten Spannungsab fall der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL kommt, oder diese außerhalb eines zulässigen Spannungsbereichs liegt.

Da die Umschaltvorrichtung 50 mit Bezug auf Figur 2 die N = 4 Wicklungen 48 eines Statorzahns 46¹, 46" bei Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH bzw. bei Netzbetrieb in Reihe schaltet, fließt durch die M * N = 8 Wicklungen 48 eines Statorpols 44¹, 44", 44^m bei gleichartiger Ausgestaltung jeweils der gleiche Strom li = I2 = ... = IMN. ES ergibt sich ein insgesamt geringer Strombedarf und für das Gesamtmagnetfeld gilt B = Bi + B2 ... + BMN = M * N * Bi. Bei Betrieb mit der zweiten Versorgungsspannung UL bzw. bei Akkubetrieb ergibt sich durch die Pa rallelschaltung der M * N = 8 Wicklungen 48 eine Addition ihrer Einzelströme li + I2 + ... + IMN. Für den Fall, dass jede der 8 Wicklungen 48 in ihrer Art gleich ist, resultiert hieraus ein Gesamtstrom I = 8 * li, was dazu führt, dass sich das Ge samtmagnetfeld wieder zu B = 8 * Bi ergibt. Folglich weist der Elektromotor 12 in beiden Betriebsarten eine im Wesentlichen gleiche Maximalleistung auf. Je nach Höhe der ersten und der zweiten Versorgungsspannung UH, UL können so bei im Wesentlichen gleicher Maximalleistung des Elektromotors 12 unterschiedlich vie- le der M * N Wicklungen 48 eines Statorpols 44¹, 44", 44^m parallel und/oder in Reihe geschaltet werden. Dies ermöglicht dann einen so genannten Multispan nungsbetrieb des erfindungsgemäßen Elektromotors 12 bzw. ein Multispan nungsgerät für den Netz-, Akku- oder Hybrid-Betrieb, d.h. z.B. einen Akkubetrieb mit 12, 18 oder 36 und/oder einen Netzbetrieb mit 120 oder 230 V, ohne die An zahl der Statorzähne 46 im Elektromotor 12 anpassen zu müssen. Daraus lässt sich beispielhaft die folgende Anzahl M * N von Wicklungen 48 pro Phase U, V, W bzw. Statorpol 44¹, 44", 44^m bestimmen, wobei das Spannungsverhältnis aus der gleichgerichteten, ersten Versorgungsspannung UH und der zweiten Versor gungsspannung UL gerundet werden kann, da der Elektromotor 12 im Allgenei nen kleinere Versorgungsspannungsunterschiede toleriert:

• U_H = 230 V AC (ca. 300 V DC), U_L = 12 V DC Wicklungen 48

• U_H = 230 V AC (ca. 300 V DC), U_L = 18 V DC (max. ca. 20 V) Wicklungen 48

• U_H = 230 V AC (ca. 300 V DC), U_L = 36 V DC (max. ca. 40 V) Wicklungen 48

• U_H = 120 V AC (ca. 150 V DC), U_L = 12 V DC Wicklungen 48

• U_H = 120 V AC (ca. 150 V DC), U_L = 18 V DC (max. ca. 20 V) Wicklungen 48

• U_H = 120 V AC (ca. 150 V DC), U_L = 36 V DC (max. ca. 40 V) Wicklungen 48

Für einen möglichst optimalen Rundlauf und entsprechend optimierte Symmet rieeigenschaften des Elektromotors 12 ist es zweckmäßig, die Anzahl der Wick lungen 48 gleichmäßig über die M Statorzähne 46 der Statorpole 44 zu verteilen. Weist z.B. jeder Statorpol 44¹, 44", 44^m M = 2 Statorzähne 46 auf, so sollte die Anzahl der Wicklungen 48 je Statorpol 44¹, 44", 44^m ganzzahlig durch M teilbar sein, also z.B. im Falle von 2 Statorzähnen 46 je Statorpol 44¹, 44", 44^m 26 statt 25 und 16 statt 15 Wicklungen 48. Für einen Betrieb mit der zweiten Versorgungsspannung UL kann beispielweise ergänzend vorgesehen sein, dass die Umschaltvorrichtung 50 die Wicklungen 48 eines Statorpols 44¹, 44", 44^m derart parallelschaltet, dass im Falle eines kleinen Maximalstroms, eine kleinere Anzahl J < M * N Wicklungen 48 parallelgeschaltet ist, als im Falle eines gegenüber dem kleinen Maximalstrom deutlich höheren Maximalstroms. Entsprechend können für einen Betrieb mit der ersten Versor gungsspannung UH J < M * N Wicklungen 48 in Reihe geschaltet werden, um den Elektromotor 12 mit unterschiedlichen Netzspannungen betreiben zu kön nen. Auch ist es möglich, dass die Umschaltvorrichtung 50 zumindest einen Teil der M * N Wicklungen 48 eines Statorpols 44¹, 44", 44^m für einen Betrieb mit zu mindest einer Zwischenspannung Uz parallel und in Reihe schaltet, wobei die Zwischenspannung Uz zwischen der zumindest einen ersten Versorgungsspan nung UH und der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL liegt.

In Figur 3 ist eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektromotos 12 dargestellt, bei dem die Umschaltung zwischen dem Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH und dem Betrieb mit der zumindest einen zweiten Ver sorgungsspannung UL derart erfolgt, dass die Umschaltvorrichtung 50 für den Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH eine erste Wicklung 48¹ eines Statorzahns 46", insbesondere eine Wicklung 48 mit hoher Anzahl von Windun gen und kleinem Querschnitt, und für den Betrieb mit der zumindest einen zwei ten Versorgungsspannung UL eine zweite Wicklung 48" des Statorzahns 46", insbesondere eine Wicklung 48 mit kleiner Anzahl von Windungen und großem Querschnitt, aktiviert. Dabei ist die zweite Wicklung 48" in besonders vorteilhafter Weise über die erste Wicklung 48¹ gewickelt. Dies ermöglicht auf einfache und kostengünstige Weise die Realisierung eines Dualspannungsgeräts für den Hyb- rid-Betrieb mit einer „Hochspannungs-Wicklung“ 48¹, die z.B. für einen Netzbe trieb mit typ. 300V DC ausgelegt ist, und einer „Niederspannungs-Wicklung“ 48", die für einen Akkubetrieb mit 36 V ausgelegt ist. Auch hier können die Wicklun gen 48 derart ausgestaltet sein, dass der Elektromotor 12 in beiden Betriebsarten mit im Wesentlichen gleicher Maximalleistung betreibbar ist. Ebenso sind mehr als zwei Wicklungen 48 je Statorzahn 46¹, 46" und weniger oder mehr als zwei Statorzähne 46 je Statorpol 44¹, 44", 44^m denkbar. So kann die Erfindung auch für sehr kleine bzw. schnelldrehende Elektromotoren 12 mit nur einem Stator- zahn 46 pro Statorpol 44¹, 44", 44^m (einfache dreiphasige EC-Motoren) ange wendet werden.

Figur 4 zeigt die Verschaltung der drei durch die Leistungsbrücke 34 per PWM- Signal angesteuerten Phasen U, V, W des Elektromotors 12 mit jeweils parallel geschalteten Wicklungen 48 der drei Statorpole 44 in einer Dreieckschaltung. Dabei sind die beiden Wicklungen 48 der Statorzähne 46 jedes Statorpols 44¹, 44", 44^m (vgl. auch Figur 3) als eine Gruppe zusammengefasst. In Figur 5 ist im Unterschied zu Figur 4 eine Sternschaltung der Phasen U, V, W mit jeweils in Reihe geschalteten Wicklungen 48 der drei Statorpole 44 des Elektromotors 12 dargestellt. Durch die Möglichkeit, den Elektromotor 12 nicht nur mit parallel oder in Reihe geschalteten Wicklungen 48, sondern auch mit in Dreieck- oder in Sternschaltung geschalteten Phasen U, V, W betreiben zu können, ist ein sehr universeller Einsatz des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 von kleinen Gleich spannungen bis zu hohen Wechselspannungen in Verbindung mit einer einfach auszulegenden und kostengünstigen Leistungselektronik 36 bzw. Umschaltvor richtung 50 möglich. Weiterhin erlaubt die Nutzung aller Wicklungen 48 des Elektromotors 12 für die verschiedenen Betriebsarten ein reduziertes Gewicht des Elektromotors 12 bei gleichzeitiger Effektivitätssteigerung. Durch die wahl weise Verschaltung der Phasen U, V, W als Stern- oder Dreieckschaltung ergibt sich einerseits in Verbindung mit der Sternschaltung eine deutliche Reduzierung des Strombedarfs um einen Faktor von 1,73 (Wurzel 3) je Phase U, V, W bzw. Statorpol 44¹, 44", 44^m, was insbesondere bei einem Anlaufen des Elektromotors 12 von Vorteil ist, während in der Dreieckschaltung hohe Ströme und Leistungen nutzbar sind. Daraus lässt sich unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen beispielhaft für die Sternschaltung die folgende reduzierte Anzahl M * N von Wicklungen 48 pro Phase U, V, W bzw. Statorpol 44¹, 44", 44^m bestimmen:

• U_H = 230 V AC (ca. 300 V DC), U_L = 12 V DC Wicklungen 48

• U_H = 230 V AC (ca. 300 V DC), U_L = 18 V DC (max. ca. 20 V) Wicklungen 48

• U_H = 230 V AC (ca. 300 V DC), U_L = 36 V DC (max. ca. 40 V) Wicklungen 48 • U_H = 120 V AC (ca. 150 V DC), U_L = 12 V DC Wicklungen 48

• U_H = 120 V AC (ca. 150 V DC), U_L = 18 V DC (max. ca. 20 V) Wicklungen 48

• U_H = 120 V AC (ca. 150 V DC), U_L = 36 V DC (max. ca. 40 V) Wicklungen 48

Für einen Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH ist es zweckmäßig, in Ergänzung zur Sternschaltung sämtliche Wicklungen 48 eines Statorpols 44¹,

44", 44^m in Reihe zu schalten. Ergänzend oder alternativ kann es für einen Be trieb mit der zweiten Versorgungsspannung UL zweckmäßig sein, in Ergänzung zur Dreieckschaltung sämtliche Wicklungen 48 eines Statorpols 44¹, 44", 44^m pa rallel zu schalten. Da immer alle Wicklungen 48 des Stators 42 gleichzeitig bestromt werden, kann auf diese Weise der Elektromotor 12 bei optimaler Aus nutzung des Bauraums und minimaler Wicklungsanzahl einerseits mit einer Sternschaltung der Phasen U, V, W für die erste Versorgungsspannung UH und mit einer Dreieckschaltung der Phasen U, V, W für die zweite Versorgungsspan nung UL betrieben werden. Mit besonderem Vorteil lässt sich der Elektromotor 12 im Akkubetrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL nicht auf eine Sternschaltung umschalten, sondern nur mit in Dreieck geschalteten Phasen U, V, W betreiben. Somit werden alle Wicklungen 48 mit einer geringe ren Motorspannung UM als im Netzbetrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH versorgt und der Elektromotor 12 läuft mit reduzierter Leistung. Dies erlaubt dann beispielsweise einen sanften Anlauf des Elektromotors 12 eines als Bohr hammer ausgestalteten elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 zur Erzeugung einer möglichst effektiven Schlagenergie. Ebenso kann diese Vorgehensweise auch einen Warmlauf, einen reduzierten Betrieb für Wechselakkupacks 20 mit vermin derter Leistungsfähigkeit (z.B. infolge Alterung) oder eine reduzierte Leistungs aufnahme im Leerlauf ermöglichen. Dabei kann zusätzlich vorgesehen sein, dass der Elektromotor 12 bei Umschaltung der Wicklungen 48 zwischen dem Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH und der zweiten Versorgungspannung UL sowohl mit in Sternschaltung als auch mit in Dreieckschaltung geschalteten Phasen U, V, W mit im Wesentlichen gleicher Maximalleistung betreibbar ist. In Verbindung mit der Möglichkeit eines Sanftanlaufs und einer entsprechend hohen Anzahl N von Wicklungen 48 je Statorzahn 46¹, 46", von denen dann nicht alle Wicklungen 48 permanent bestromt sind, kann weiterhin ein so genannter Booster- Betrieb umgesetzt werden, bei dem die Umschaltvorrichtung 50 kurzzei tig alle Wicklungen 48 der Statorzähne 46 für den Betrieb mit der zumindest ei nen ersten Versorgungsspannung UH und für den Betrieb mit der zumindest ei nen zweiten Versorgungsspannung UL gleichzeitig bestromt, um eine deutlich höhere Motorleistung zur Deckung von Leistungsspitzen zu erzielen. Ein Boos ter-Betrieb ist ergänzend oder alternativ gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 auch im reinen Akkubetrieb mit der zumindest einen zweiten Versor gungsspannung UL möglich. So können die Wicklungen 48 eines Statorzahns 46¹, 46" situationsbedingt in Abhängigkeit des Ladezustandes des Akkus bzw. Akkupacks 20 - bei geringem Ladezustand ist auch die verfügbare zweite Ver sorgungsspannung UL gering - und der Last - ein höherer Laststrom I bewirkt ei nen höheren Spannungsabfall und damit eine höhere zweite Versorgungsspan nung UL - sehr schnell (quasi in Echtzeit) mittels einer elektronisch ausgestalte ten Umschaltvorrichtung 50 in Reihe und/oder parallel verschaltet werden. Bei hoher Last und kleinem Ladezustand des Akkus bzw. Akkupacks 20 wäre dann ein Wicklungs-Mix mit höherem Parallelverschaltungsanteil und bei kleiner Last und hohem Ladezustand mit geringerem Parallelverschaltungsanteil vorteilhaft. Ein Booster- Betrieb kann auch derart realisiert werden, dass zumindest eine der Wicklungen 48 eines Statorzahns 46¹, 46" nur hierfür zusätzlich bestromt wird und ansonsten für den Akku- und Netzbetrieb im normalen Leistungsbereich un- bestromt bleibt.

Figur 6 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Umschalt vorrichtung 50 für den Elektromotor 12 mit drei Phasen U, V, W bzw. Statorpolen 44, wobei analog zu den Figuren 3 bis 5 jeder Statorpol 44¹, 44", 44^m M = 2 Statorzähne 46 mit jeweils N = 2 Wicklungen 48 aufweist. Jede Wicklung 48¹, 48" des Elektromotors 12 ist über jeweils zwei elektrische Kontaktpunkte 62 mit der Umschaltvorrichtung 50 verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind dem nach insgesamt 3 * 8 = 24 Kontaktpunkte 62 zwischen dem dreiphasigen Elekt romotor 12 und der Umschaltvorrichtung 50 erforderlich. Der Übersichtlichkeit halber wurde in Figur 6 nur die Phase U bzw. der Statorpol 44¹ innerhalb einer schematischen Box 64¹ im Detail gezeigt. Die beiden übrigen Phasen V und W bzw. Statorpole 44", 44^m sind entsprechend ausgestaltet und daher nur als leere Boxen 64" und 64^m dargestellt. Die elektrischen Kontaktpunkte 62 zwischen Elektromotor 12 und Umschaltvorrichtung 50 können als Steckverbindungen, Crimpverbindungen, Schraubverbindungen, Lötverbindungen oder Schweißver bindungen ausgebildet sein (vgl. Figur 7).

Die Umschaltvorrichtung 50 weist je Phase U, V, W bzw. Statorpol 44¹, 44", 44^m eine Mehrzahl erster Schaltelemente 66 zur Reihenschaltung der Wicklungen 48 der Statorzähne 46 und eine Mehrzahl zweiter Schaltelemente 68 zur Parallel schaltung der Wicklungen 48 der Statorzähne 46 auf. Dabei sind für jeden Statorpol 44¹, 44", 44^m mit jeweils M Statorzähnen 46 und N Wicklungen 48 je Statorzahn 46¹, 46" zur Reihenschaltung und/oder zur Parallelschaltung der ins gesamt M * N Stator-Wicklungen 48 M * N - 1 erste Schaltelemente 66 und M * (2N - 1) zweite Schaltelemente 68 vorgesehen. Bei einem dreiphasigen Stator 42 mit drei Statorpolen 44, M = 2 Statorzähnen 46 pro Statorpol 44¹, 44", 44^m und N = 2 Wicklungen 48 pro Statorzahn 46¹, 46" ergeben sich auf diese Weise je Statorpol 44¹, 44", 44^m 2 * 2 - 1 = 3 erste Schaltelemente 66 und 2 * (4 - 1) = 6 zweite Schaltelemente 68. In Summe weist die Umschalteinrichtung 50 daher 3 * (3 + 6) = 27 erste und zweite Schaltelemente 66, 68 auf. Zur Reihenschaltung der Wicklungen 48 werden die ersten Schaltelemente 66 der Umschaltvorrich tung 50 geschlossen und die zweiten Schaltelemente 68 geöffnet, während zur Parallelschaltung der Wicklungen 48 in umgekehrter Weise die ersten Schalt elemente 66 geöffnet und die zweiten Schaltelemente 68 geschlossen werden.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt demnach eine Reihenschaltung der Wick lungen 48 vor.

Um die Phasen U, V, W des Elektromotors 12 bzw. dessen Statorpole 44 ergän zend in einer Stern- oder Dreieckschaltung verschalten zu können, ist je Stator pol 44¹, 44", 44^m zusätzlich noch ein drittes Schaltelement 70 und ein viertes Schaltelement 72 vorgesehen. Dabei werden zur Sternschaltung der Phasen U, V, W die dritten Schaltelemente 70 geschlossen und die vierten Schaltelemente 72 geöffnet, während für die Dreieckschaltung der Phasen U, V, W die dritten Schaltelemente 70 geöffnet und die vierten Schaltelemente 72 geschlossen wer- den. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt demnach neben der Reihenschal tung der Wicklungen 48 eine Dreieckschaltung vor, also eine gegenüber den Fi guren 4 und 5 weitere Schaltvariante der Erfindung. Für einen dreiphasigen Elektromotor 12 mit M = 2 Statorzähnen 46 je Statorpol 44¹, 44", 44^m und N = 2 Wicklungen 48 je Statorzahn 46¹, 46" ergeben sich so in Summe 27 + 6 = 33 ers te, zweite, dritte und vierte Schaltelemente 66, 68, 70, 72 für die Umschaltvor richtung 50. Ohne die zusätzliche Umschaltmöglichkeit von einer Dreieck- auf ei ne Sternschaltung wären gemäß den obigen Ausführungen um den Faktor 1,73- mal so viele Wicklungen 48 notwendig, also im vorliegenden Beispiel N = 4 statt 2 Wicklungen 48 pro Statorzahn 46¹, 46". Somit wären statt der 33 ersten, zwei ten, dritten und vierten Schaltelemente 66, 68, 70, 72, dann insgesamt 3 * ((M *

N - 1) + M * (2N - 1)) = 63 erste und zweite Schaltelemente 66, 68 für die Um schaltvorrichtung 50 erforderlich, wobei die dritten und vierten Schaltelemente 70, 72 dann entfielen. Die zusätzliche Umschaltmöglichkeit zwischen einer Stern- und einer Dreieckschaltung führt demnach zu einer deutlichen Reduzierung der benötigten Schaltelemente der Umschaltvorrichtung 50 und damit auch zu einer weiteren Bauraum-, Gewichts- und Kostenersparnis.

Zum Aktivieren einer Reihenschaltung aller Wicklungen 48 eines Statorpols 44¹, 44", 44^m in Verbindung mit einer Sternschaltung der Phasen U, V, W gemäß Fi gur 5 werden dann alle ersten und dritten Schaltelemente 66, 72 geschlossen und alle zweiten und vierten Schaltelemente 68, 72 geöffnet. Zum Aktivieren ei ner Parallelschaltung aller Wicklungen 48 eines Statorpols 44¹, 44", 44^m in Kom bination mit einer Dreieckschaltung der Phasen U, V, W gemäß Figur 4 werden alle zweiten und vierten Schaltelemente 68, 72 geschlossen und alle ersten und dritten Schaltelemente 66, 70 geöffnet. Dies kann gleichzeitig erfolgen oder mit besonderem Vorteil zur Vermeidung von Kurzschlüssen mit einer Totzeit T von wenigen Nanosekunden bis zu einigen Sekunden zwischen den Umschaltvor gängen der ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 bzw. dritten und vierten Schaltelemente 70, 72.

Um den Elektromotor 12 auch in Ländern mit leicht abweichenden ersten Ver sorgungspannungen UH betreiben zu können (beispielsweise Japan, Australien, etc.), ist im Falle der Sternschaltung je Statorpol 44¹, 44", 44^m eine zuschaltbare Last 74 vorgesehen. Diese ist derart zwischen dem vierten Schaltelement 72 und einem Massepotential GND der Umschaltvorrichtung 50 geschaltet, dass sie nur bei geschlossenem vierten Schaltelement 72 der Umschaltvorrichtung 50 wirken kann. Dazu weist die zuschaltbare Last 74 eine Parallelschaltung eines weiteren Schaltelements 76 und eines Leistungswiderstands 78 auf. Durch ein Schließen des weiteren Schaltelements 76 kann die Last 74 deaktiviert und durch ein Öff nen aktiviert werden. So ist es bei aktivierter Sternschaltung und Last 74 auf sehr einfache Weise möglich, einen Netzbetrieb mit 240 V statt 230 V oder mit 120 V statt 110 V zu realisieren. Eine Erkennung der jeweiligen ersten Versorgungs spannung UH kann beispielsweise über eine entsprechende mechanische oder elektrische Kodierung, einen RFID-Tag oder dergleichen am Netzkabel 22 erfol gen. Ebenso ist eine Umschaltung durch den Bediener mittels des Betriebsarten schalters 52 oder eines HMI des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 oder aber im Gegensatz dazu eine feste Vorgabe, die nur vom Hersteller verändert werden kann, denkbar.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Umschaltvorrichtung 50 zumindest ein zusätzliches Umschaltelement (nicht gezeigt) zur Umschaltung zweier Lage- und/oder Drehzahlsensoriken 78H, 78i_ für den Rotor 40 des Elektromotors 12 in Abhängigkeit vom Betrieb des Elektromotors 12 mit der ersten Versorgungs spannung UH oder mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL auf (vgl. Figur 2). Somit ist es möglich, die Lage- und/oder Drehzahlsensoriken 78H, 78L in besonders einfacher Weise an die Steuer- oder Regelelektronik 38 bzw. die von ihr gesteuerten Leistungselektroniken 36H, 36L zum korrekten Betrieb des Elektromotors 12 anzupassen. Dies ist notwendig, da typischerweise für die Leis tungselektroniken 36H, 36L für die erste und die zumindest eine zweite Versor gungspannung UH, UL unterschiedliche Sensorpositionen der einzelnen Senso ren vorliegen. So sind in der Regel die drei Hall-Sensoren der Lage- und/oder Drehzahlsensorik 78H für die Leistungselektronik 36H anders über den Umfang des Rotors 40 verteilt angeordnet als die drei Hall-Sensoren der Lage- und/oder Drehzahlsensorik 78L für die Leistungselektronik 36L. Auch ist es denkbar, jeweils einen der drei Hall-Sensoren der Lage- und/oder Drehzahlsensoriken 78H, 78L gemeinsam für die Leistungselektroniken 36H, 36L ZU nutzen, so dass insgesamt nur fünf Hall-Sensoren benötigt werden. Weiterhin ist es möglich, für beide Leis- tungselektronik 36H, 36L dieselben drei Hall-Sensoren zu verwenden. Doch auch in diesem Fall ist eine Umschaltung mittels der Umschaltvorrichtung 50 für den sicheren Betrieb der jeweiligen Leistungselektronik 36H, 36L vorteilhaft. Die Um schaltung der Lage- und/oder Drehzahlsensoriken 78H, 78L erfolgt vorzugsweise dann, wenn der Elektromotor 12 nicht in Betrieb ist, um z.B. die Luft- oder Kriechstrecken zwischen Netz- und Akkuversorgung zu sichern oder EMV- Störungen zu vermeiden.

Sämtliche Schaltelemente der Umschaltvorrichtung 50 können als Halbleiter- Schalter, insbesondere als MOSFETs, Feldeffekt-Transistoren, IGBT, Bipolar- Transistoren, oder dergleichen ausgebildet sein. Ebenso sind Relais denkbar. Je nach Anforderung an die Belastbarkeit und Schaltgeschwindigkeit kommen aber auch Mischformen in Frage, bei denen beispielsweise die ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 als Halbleiter-Schalter und die dritten und vierten Schalt elemente 70, 72 sowie die weiteren Schaltelemente 76 als Relais ausgebildet sind.

Wie bereits weiter oben erwähnt, erfolgt die Umschaltung insbesondere der ers ten, zweiten, dritten und vierten Schaltelemente 66, 68, 70, 72 der Umschaltvor richtung 50 mittels der in dem elektrischen Bearbeitungsgerät 10 integrierten Steuer- oder Regelelektronik 38 in Abhängigkeit vom Betriebsartenschalter 52 bzw. von der Sensorik 54. Gleichzeitig steuert die Steuer- oder Regelelektronik 38 in Abhängigkeit vom Hauptschalter 28 die Leistungsbrücke 34 zur Beauf schlagung der Wicklungen 48 der einzelnen Phasen U, V, W mit der PWM- Spannung UM an. Die Umschaltvorrichtung 50 befindet sich daher schaltungs technisch zwischen der Leistungsbrücke 34 und dem Elektromotor 12. Wie nach folgend in Verbindung mit den Figuren 7 bis 11 noch ausgeführt wird, kann die Umschaltvorrichtung 50 alternativ auch elektromechanisch mit entsprechenden als Schaltkontakte ausgebildeten Schaltelementen ausgestaltet sein. Ebenso ist eine Mischform aus Halbleiter-Schalter und elektromechanischen Schaltkontak ten denkbar. So können beispielsweise die für Reihen- und/oder Parallelschal tung der Wicklungen 48 notwendigen ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 sowie die für die Lage- und/oder Drehzahlsensorik 78 notwendigen Schaltele mente als elektromechanische Schaltkontakte und die für die Stern- oder Drei eckschaltung der Phasen U, V, W notwendigen dritten und vierten Schaltelemen- te 70, 72 sowie die für die länderspezifische Netzanpassung notwendigen weite ren Schaltelemente 76 als Halbleiter-Schalter ausgebildet sein.

In Figur 7 ist eine Explosionszeichnung des erfindungsgemäßen Elektromotors 12 mit dem Rotor 40, dem Stator 42, einem statorseitigen Adapterring 80 und der erfindungsgemäßen elektromechanisch ausgebildeten Umschaltvorrichtung 50 gezeigt. Um einen möglichst kompakten Elektromotor 12 mit einfacher Aus tauschbarkeit zu ermöglichen, ist die Umschaltvorrichtung 50 als eine modulare Baugruppe des Elektromotors 12 ausgebildet, die entlang einer durch die Motor welle 30 des Elektromotors 12 definierten Achse aufgebaut ist. Der Rotor 40 weist eine Mehrzahl von Permanentmagneten 82 auf, die drehfest mit der Mo torwelle 30 verbunden sind. Ebenso drehfest mit der Motorwelle 30 verbunden ist ein Lüfter 84 zur Kühlung des Elektromotors 12 und ggf. der Leistungselektronik 36 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10. Der Rotor 40 bzw. die Motorwelle 30 sind mittels eines Lagers 86, das beispielsweise als Kugel- oder Wälzlager aus gebildet sein kann, in dem Stator 42 gelagert. Der Stator 42 weist seinerseits über seinen inneren Umfang verteilt auf den Statorzähnen 46 die Wicklungen 48 auf (vgl. hierzu auch die Figuren 2 und 3). Umgeben ist der Stator 42 von einem als Blechpaket ausgebildeten Poltopf 88.

Mittels der an dem Adapterring 80 als Kontaktstifte 90 und an der Umschaltvor richtung 50 als Kontaktbuchsen 68, (nicht im Detail gezeigt) ausgebildeten elektrischen Kontaktpunkte 62 sind die Schaltelemente 66, 68, 70, 72, 76 der Umschaltvorrichtung 50 mit den Wicklungen 48 der Statorpole 44 bzw. Statorzähne 46 an einer der Motorwelle 30 abgewandten Seite des Elektromo tors 12 reversibel verbindbar. Dazu sind die elektrischen Kontaktpunkte 62 je weils ringförmig verteilt am Adapterring 80 und an einem äußeren Umfang der Umschaltvorrichtung 50 angeordnet. Somit kann die Umschaltvorrichtung 50 sei tens des Herstellers sehr einfach auf die Adapterplatte 80 des Stators 42 aufge steckt und bei Bedarf wieder von dieser abgezogen werden. Die Kontaktstifte 90 sind ihrerseits mit den Wicklungen 48 des Stators 42 dauerhaft verlötet, vercrimpt oder verschweißt. Die Kontaktbuchsen 92 der Umschaltvorrichtung 50 können einstückig über Kupferbahnen im Sinne eines Stanzgitters oder ebenfalls über Löt-, Crimp- oder Schweißverbindungen mit den Schaltelementen 66, 68, 70, 72, 76 verbunden sein. Statt einer reversiblen Steckverbindung zwischen Umschalt- Vorrichtung 50 und Adapterring 80 ist es alternativ auch denkbar, dass die elektrischen Kontaktpunkte 62 zwischen Umschaltvorrichtung 50 und Adapterring 80 bzw. den Wicklungen 48 dauerhaft verlötet oder verschweißt sind. Ebenso ist eine direkte Crimp- oder Schraubverbindung der Wicklungen 48 mit den Schalt elementen 66, 68, 70, 72, 76 oder den elektrischen Kontaktpunkten 62 der Um schaltvorrichtung 50 möglich.

Die elektromechanische Umschaltvorrichtung 50 ist zweiteilig aufgebaut. Sie be steht aus einem topfförmigen Gehäuseteil 94 und einem Deckel 96 der im ge zeigten Ausführungsbeispiel als drehbarer Betriebsartenschalter 52 ausgebildet ist. In dem topfförmigen Gehäuseteil 94 sind die als Kontaktbuchsen 92 ausge bildeten elektrischen Kontaktpunkte 62 ringförmig angeordnet und beispielswiese per Stanzbahnen, Kabel oder Leiterbahnen einer Leiterplatte mit den Anschlüs sen der Schaltelemente 66, 68, 70, 72, 76 verbunden. Die Anschlüsse der Schaltelemente 66, 68, 70, 72, 76 können beispielsweise als Kontaktgleiter bzw. Kontaktfedern 98 ausgebildet sein, die aus einer Kupferlegierung wie z.B. CuSn6 bestehen oder als Sandwichfedern bestehend aus einem Federstahl mit Kupfer auflage ausgebildet sind und über entsprechende Kontaktbahnen 100 gleiten (vgl. hierzu auch Figur 9).

In Figur 8a sind unter Bezugnahme auf Figur 6 drei erste und sechs zweite Schaltelemente 66, 68 auf einer äußeren Kreisbahn sowie drei dritte und drei vierte Schaltelemente 70, 72 auf einer inneren Kreisbahn eines als tellerförmige Leiterplatte 102 ausgebildeten Trägers 104 angeordnet. Die zur besseren Über sichtlichkeit lediglich als Punkte dargestellten Kontaktgleiter 98 der Schaltele mente 66, 68, 70, 72 gleiten auf den bogenförmigen Kontaktbahnen 100, die bei spielweise als Kupferbahnen der Leiterplatte 102 ausgebildet sind und die zur besseren sowie beständigen, elektrischen Leitfähigkeit jeweils eine vergoldete, versilberte, verzinnte, verzinkte oder vernickelte Oberflächenbeschichtung auf weisen. Dies gilt in gleicher Weise für die Oberflächen der Kontaktgleiter 98. Die ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 sowie die dritten und vierten Schalt elemente 70, 72 teilen sich jeweils einen Kontaktgleiter 98 als gemeinsamen elektrischen Kontaktpunkt 62 (vgl. hierzu auch Figur 6). Nur, wenn beide Kon taktgleiter 98 eines Schaltelements 66, 68, 70, 72 elektrischen Kontakt zu einer Kontaktbahn 100 haben, ist das jeweilige Schaltelement 66, 68, 70, 72 elektrisch geschlossen; andernfalls ist es geöffnet. In Figur 8a sind daher in der gezeigten Stellung der Leiterplatte 102 die zweiten und vierten Schaltelemente 68, 72 zur Erzeugung einer Parallelschaltung der Wicklungen 48 eines Statorpols 44¹, 44", 44^m in Verbindung mit einer Dreieckschaltung der Phasen U, V, W des Elektro motors 12 geschlossen (vgl. Figur 4), während die ersten und dritten Schaltele mente 66, 70 geöffnet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die in Figur 8a ab gebildete Leiterplatte 102 zwar alle drei Phasen U, V, W aber nur die Wicklungen 48 eines einzigen Statorpols 44¹ schalten kann. Demzufolge muss die Umschalt vorrichtung 50 für die Wicklungen 48 der beiden anderen Statorpole 44", 44^m entweder noch zwei weitere Leiterplatten 102 aufweisen, die entsprechend der dargestellten Leiterplatte 102 aufgebaut und benachbart zur ersten Leiterplatte 102 angeordnet sind, aber auf der inneren Kreisbahn keine Kontaktbahnen 100 mehr für die dritten und vierten Schaltelemente 70, 72 tragen, oder die auf zwei weiteren Kreisbahnen jeweils die zusätzlich benötigten drei ersten und sechs zweiten Schaltelemente 66, 68 je Phase V, W bzw. Statorpol 44", 44^m aufweist. Die einzelnen Kontaktbahnen 100 müssen zudem derart in ihrer Bogenlänge und Positionierung ausgelegt sein, dass keine fehlerhaften Schaltzustände für die gewünschten Betriebsarten entstehen. Entsprechend sind benachbart zu den Kontaktbahnen 100 Luft- oder Kriechstrecken 106 auf der Leiterplatte 102 zur Erzeugung der Totzeit T zwischen den Umschaltvorgängen vorgesehen.

Die zumindest eine Leiterplatte 102 ist derart mittelbar (beispielsweise über ein Gestänge, Getriebe oder dergleichen) oder gemäß Figur 8b unmittelbar mit dem Betriebsartenschalter 52 wirkverbunden, dass ein Verdrehen des Betriebsarten - Schalters 52 durch den Bediener in Drehrichtung R ein Schließen der ersten und dritten Schaltelemente 66, 70 und ein Öffnen der zweiten und vierten Schaltele mente 68, 72 zur Erzeugung einer Reihenschaltung der Wicklungen 48 eines Statorpols 44¹, 44", 44^m in Verbindung mit einer Sternschaltung der Phasen U, V, W bewirkt (vgl. Figur 5). Ein anschließendes Zurückdrehen entgegen der Dreh richtung R führt dann wieder zu einem Öffnen der ersten und dritten Schaltele mente 66, 70 und zu einem Schließen der zweiten und vierten Schaltelemente 68, 72 zur Erzeugung einer Parallelschaltung der Wicklungen 48 eines Statorpols 44¹, 44", 44^m in Verbindung mit einer Dreieckschaltung der Phasen U, V, W. Da - wie eingangs beschrieben - die ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 sowie die dritten und vierten Schaltelemente 70, 72 jeweils komplementär zueinander geschaltet werden, dienen die Luft- oder Kriechstrecken 106 zur Vermeidung von Kurzschlüssen durch unbeabsichtigte gleichzeitige Schließzustände der ersten und zweiten bzw. dritten und vierten Schaltelemente 66, 68 bzw. 70, 72.

Alternativ ist es auch denkbar, dass die ersten und zweiten Schaltelemente 66,

68 zur Parallel- bzw. Reihenschaltung der Wicklungen 48 aller drei Statorpole 44 auf einer ersten tellerförmigen Leiterplatte 102 angeordnet sind und die Um schaltvorrichtung 50 eine unabhängig von der ersten Leiterplatte 102 drehbare zweite tellerförmige Leiterplatte 102 mit den dritten und vierten Schaltelementen 70, 72 zur wahlweisen Dreieck- oder Sternschaltung der drei Phasen U, V, W bzw. Statorpole 44 aufweist. Auf diese Weise kann mittels eines entsprechend zweiteilig ausgestalteten Betriebsartenschalters 52 die Verschaltung der Wick lungen 48 und der Phasen U, V, W unabhängig voneinander erfolgen. In analo ger Weise können auch die weiteren Schaltelemente 76 für die schaltbare Last 74 zur Anpassung an nationale Gegebenheiten der ersten Versorgungsspannung UH und/oder die Schaltelemente für die Umschaltung der Lage- und Dreh zahlsensorik 78 (vgl. Figur 2) realisiert sein.

Figur 8b zeigt einen Schnitt durch die Umschaltvorrichtung 50 gemäß Figur 8a, wobei zusätzlich noch das Gehäuseteil 94 und der als Betriebsartenschalter 52 ausgebildete Deckel 96 dargestellt sind. Einseitig auf der Leiterplatte 102 sind die mit den Kontaktgleitern 98 zusammenwirkenden Kontaktbahnen 100 auf ihren jeweiligen Kreisbahnen angeordnet. In der Schnittdarstellung sind nur drei Kon taktbahnen 100 und zwei Kontaktgleiter 98 sichtbar, die ein Schließen der zwei ten und vierten Schaltelemente 68, 72 bewirken. Die Leiterplatte 102 ist unmittel bar mit dem Betriebsartenschalter 52 wirkverbunden, so dass ein Verdrehen des Betriebsartenschalters 52 durch den Bediener auch direkt ein Verdrehen der Lei terplatte 102 bewirkt. Wie bereits zu Figur 8a angedeutet, können auch weitere zur ersten Leiterplatte 102 benachbarte Leiterplatten der Umschaltvorrichtung 50 mit dem Betriebsartenschalter 52 wirkverbunden sein.

In Figur 8c ist ein weiterer Schnitt durch die Umschaltvorrichtung 50 gezeigt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8a ist die Leiterplatte 102 nun beidseitig mit den Kontaktbahnen 100 für die Schaltelemente 66, 68, 70, 72 bedruckt. Auch hier können selbstverständlich je nach Anforderung durch den Elektromotor 12 mehrere derartige Leiterplatten 102 zum Umschalten der Wick lungen 48 der Statorpole 44 und der Phasen U, V, W zum Einsatz kommen.

Figur 9 zeigt zwei weitere Ausführungsbeispiele der Umschaltvorrichtung 50 in einem perspektivischen Ausschnitt für die ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68. Diese gelten exemplarisch auch für die übrigen Schaltelemente der Um schaltvorrichtung 50. Im Unterschied zu Figur 8 ist der als Leiterplatte 102 aus gebildete Träger 104 nun verschiebbar entlang einer Verschiebungsrichtung R angeordnet. Entsprechend wirkt die Leiterplatte 102 auch mit einem verschiebba ren Betriebsartenschalter 52 (nicht gezeigt) zur Umschaltung der ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 derart zusammen, dass ein Verschieben des Be triebsartenschalters 52 ein komplementäres Öffnen und Schließen der ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 durch die auf der Leiterplatte 102 aufge druckten Kontaktbahnen 100 bewirkt. Statt eines verschiebbaren Betriebsarten schalters 52 kann auch ein verdrehbarer Betriebsartenschalter 52 in Verbindung mit einem entsprechend ausgestalten Gestänge zum Einsatz kommen, das die Drehbewegung in eine Linearbewegung transformiert.

Während sich im Ausschnitt gemäß Figur 9a durch die randseitige Bedruckung der Leiterplatte 102 mit den Kontaktbahnen 100 und den beidseitig der Leiterplat te 102 angeordneten Kontaktgleitern 98 insgesamt zwei erste und zwei zweite Schaltelemente 66, 68 ergeben, sind es in Figur 9b durch die einseitige Bedruck ung der Kontaktbahnen 100 und die einseitige Anordnung der Kontaktgleiter 98 nur jeweils ein erstes und ein zweites Schaltelement 66, 68. Durch ein beidseiti ges Bedrucken der Leiterplatte 102 mit entsprechend vielen Kontaktgleitern 98 können aber auch hier mehr Schaltelemente realisiert werden, die jeweils in hori zontaler Richtung gebildet sind. Wie bereits in Figur 8 gezeigt, lässt sich auch in Figur 9 durch entsprechend ausgestaltete Luft- oder Kriechstrecken 106 neben den Kontaktbahnen 100 eine Totzeit T für das Umschalten der Betriebsarten rea lisieren.

In den Figuren 10 und 11 sind weitere Ausführungsformen des Trägers 104 der Umschaltvorrichtung 50 gezeigt. Auf die einzelnen Bestandteile mit identischen Bezugszeichen, wie in den vorherigen Figuren 8 und 9, soll wegen ihrer identi scher Wirkungsweise nicht weiter eingegangen werden. Die Figur 10 soll insbe- sondere verdeutlichen, dass als Träger 104 auch ein Prisma 108 (Figur 10a), ein Quader 110 (Figur 10b) oder ein U-Profil 112 (Figur 10c) mit entsprechend posi tionieren Kontaktbahnen 100 in Frage kommen, wobei analog Figur 9 ein Öffnen und Schließen der ersten und zweiten Schaltelemente 66, 68 durch eine lineare Verschiebung des Trägers 104 bewirkt wird. In Figur 11 ist der Träger 104 als ei ne drehbare Walze 114 insbesondere für die Schaltelemente 76 zur Aktivierung und Deaktivierung der Last 74 (vgl. Figur 6) ausgebildet. Figur 11b zeigt dabei zur Verdeutlichung einen Schnitt durch die in Figur 11a perspektivisch dargestell te Walze 114. Weitere mögliche Trägerformen wären ein Kegelstumpf, eine Ku gel oder dergleichen.

Sämtliche Ausgestaltungsformen der elektromechanischen Umschaltvorrichtung 50 können auch miteinander kombiniert werden. Ebenso ist eine Kombination aus einer elektromechanischen und einer aus Halbleiter-Schaltern bzw. Relais bestehenden, elektronischen Umschaltvorrichtung 50 im elektrischen Bearbei tungsgerät 10 denkbar. Statt einer Leiterplatte 102 mit aufgedruckten Kontakt bahnen 100 können die Kontaktbahnen 100 auch als ein Stanzgitter ausgebildet sein, das mit einem Kunststoff umspritzt ist und das dann selbst das topfförmige Gehäuseteil 94 bildet.

In Figur 12 ist eine schematische Darstellung des elektrischen Bearbeitungsge räts 10 gezeigt. Das elektrische Bearbeitungsgerät 10 lässt sich topologisch auf teilen in einen überwiegend mechanischen Abtriebsteil 116 jenseits einer topolo gischen Trennungslinie 118 und einen Versorgungs- und Antriebsteil 120 dies seits der topologischen Trennungslinie 118. Dabei soll unter „diesseits“ die der elektrischen Versorgung zugewandte Seite und unter “jenseits“ die der Bearbei tung eines Werkstücks zugewandte Seite des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 verstanden werden. „Diesseits“ ist daher als funktionell vor und „jenseits“ als funktionell hinter der topologischen Trennungslinie 118 zu betrachten. Insbeson dere der Abtriebsteil 116 ist häufig spezifisch auf das Anwendungsgebiet des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 ausgelegt und kann daher im Unterschied zum Versorgungs- und Antriebsteil 120 in der Regel nicht universell für verschie denartige elektrische Bearbeitungsgeräte hergestellt und verwendet werden. Wesentliche Komponenten des Abtriebsteils 116 sind das Getriebe 24 sowie eine spezielle Abtriebsmechanik 122 für das jeweilige Anwendungsgebiet des elektri schen Bearbeitungsgeräts 10. Unter dem Abtriebsteil 116 soll daher eine Mecha nik verstanden werden, die die Antriebsenergie des Elektromotors 12 zur Ver wendung des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 mechanisch umwandelt. Ein Beispiel für eine Abtriebsmechanik 122 des Abtriebsteils 116 wäre das in der Be schreibung zu Figur 1 erwähnte Schlagwerk 26 samt Werkzeugaufnahme 18 und Einsatzwerkzeug 32 des dort gezeigten Drehschlagschraubers. Aber auch das Fahrwerk eines Fahrzeugs, das Mahlwerk einer Küchenmaschine, die Vorrich tung zur Erzeugung und Führung des Luftstroms eines Gebläses oder derglei chen können die Abtriebsmechanik 122 bilden.

Für die Erfindung wesentliche Komponenten des Versorgungs- und Antriebsteils 120 sind die die Umschaltvorrichtung 50 aufweisende Leistungselektronik 36 und der Elektromotor 12. Auf die Darstellung der die Leistungselektronik 36 ansteu ernden Steuer- oder Regelelektronik 38 sowie ggf. weiterer Komponenten des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 soll hier der Übersichtlichkeit halber verzich tet werden. Die Leistungselektronik 36 teilt sich auf in die erste Leistungselektro nik 36H zum Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH und in die zumin dest eine zweite Leistungselektronik 36L zum Betrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL, wobei die erste Versorgungsspannung UH beispielsweise durch ein nationales Stromnetz (angedeutet durch die Steckdose) bereitgestellt wird, während die zumindest eine zweite Versorgungsspannung UL von dem Akkupack 20 geliefert wird. Somit ist die erste Leistungselektronik 36H als eine AC-Elektronik und die zumindest eine zweite Leistungselektronik 36L als eine DC-Elektronik ausgebildet. Vorzugsweise sind die beiden Leistungselektro niken 36H, 36L galvanisch voneinander getrennt, um Spannungsüberschläge zwi schen ihnen zu vermeiden. Beiden Leistungselektroniken 36H, 36L gemein ist die Leistungsbrücke 34 zur Ansteuerung des Elektromotors 12 über die Umschalt vorrichtung 50 mittels der PWM-Spannung UM. Die Umschaltvorrichtung 50 be findet sich innerhalb des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 diesseits der topo logischen Trennungslinie 118 zwischen dem Elektromotor 12 und der Leistungs brücke 34. Wie zuvor beschrieben, kann sie dabei als modulare Baugruppe des Elektromotors 12 ausgebildet sein oder sich als vom Elektromotor 12 mecha nisch getrennte Baugruppe an anderer Stelle im elektrischen Bearbeitungsgerät 10 befinden. Auch eine Aufteilung der Umschaltvorrichtung 50 in einen elektroni schen und einen elektromechanischen Teil oder in mehrere elektromechanische oder elektronische Teile innerhalb des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 ist möglich.

Der Akkupack 20 ist mit Bezug auf Figur 1 als Wechselakkupack ausgebildet. Ebenso ist ein fest im elektrischen Bearbeitungsgerät 10 integrierter Akku bzw. Akkupack 20 denkbar. Auch eine Mischform aus integriertem Akku und Wech selakkupack ist möglich. Zudem können mehrere, elektrisch in Reihe oder paral lelgeschaltete Wechselakkupacks 20 am elektrischen Bearbeitungsgerät 10 zum Einsatz kommen. In Abhängigkeit der Betriebsart bzw. der ersten Versorgungs spannung UH oder der zweiten Versorgungsspannung UL aktiviert dann die Um schaltvorrichtung 50 die erste oder die zweite Leistungselektronik 36H, 36L.

Figur 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Bearbeitungs geräts 10 in Form eines Abrisshammers. Ein wesentlicher Unterschied zum Drehschlagschrauber gemäß Figur 1 besteht neben der Ausgestaltung des überwiegend mechanischen Abtriebsteils 116 in der Energieversorgung des Ab risshammers mit zwei Akkupacks 20. Im Falle zweier in Reihe geschalteter Ak kupacks 20 mit jeweils 18 V ergibt sich so wiederum eine zweite Versorgungs spannung UL von 36 V DC. Im Unterschied zum Drehschlagschrauber gemäß Fi gur 1 ist der Elektromotor 12 einer deutlich höheren Leistungsklasse zuzuordnen, ohne dass sich jedoch an der in Figur 12 beschriebenen, topologischen Auftei lung des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 in den Abtriebsteil 116 und den Versorgungs- und Antriebsteil 120 etwas ändert. Auf eine detaillierte Beschrei bung des Abtriebsteils 116 des Abrisshammers mit der Abtriebsmechanik 122 sowie der Werkzeugaufnahme 18 samt Einsatzwerkzeug 32 soll hier verzichtet werden, da diese für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung ist.

Die Umschaltung zwischen den Betriebsarten des Elektromotos 12 kann wie schon im ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 entweder manuell durch ei nen Bediener oder automatisch mittels einer Sensorik 54 des elektrischen Bear beitungsgeräts 10 erfolgen. Neben der Sensorik 54 zur Detektion der Stellung der Abdeckklappe 56 für das Netzkabel 22 bzw. dessen Anschlussstecker 60 kann der Bediener die Betriebsart des Elektromotors 12 auch über den Betriebs artenschalter 52, ein HMI, eine App oder dergleichen umschalten.

In Figur 14 ist der Abrisshammer aus Figur 13 in einem weiteren Ausführungs beispiel dargestellt. Dabei ist die insbesondere elektromechanisch ausgestaltete Umschaltvorrichtung 50 der Leistungselektronik 36 separat vom Elektromotor 12 im Gehäuse 14 des Abrisshammers angeordnet. Die Umschaltung der Betriebs arten kann durch den Bediener über den Betriebsartenschalter 52 erfolgen. Wei terhin sind die erste Leistungselektronik 36H für den Betrieb mit der ersten Ver sorgungsspannung UH, insbesondere mit einer Netzspannung, und die zweite Leistungselektronik 36L für den Betrieb mit der zweiten Versorgungsspannung UL, insbesondere mit einer Akkuspannung, sowie die darin integrierte Leistungs brücke 34 zur Ansteuerung des Elektromotors 12 mit der PWM-Spannung UM als von der Umschaltvorrichtung 50 getrennte Baueinheit im Gehäuse 14 vorgese hen. Zu diesem Zweck weisen sowohl die Umschaltvorrichtung 50 als auch die restliche Leistungselektronik 36 jeweils getrennte Subgehäuse 124 auf, die ihrer seits fest bzw. einstückig mit dem Gehäuse 14 verbunden sind. Zur Vibrations entkopplung der Umschaltvorrichtung 50 oder der gesamten Leistungselektronik 36 von etwaigen stark vibrierenden Bauteilen des Abrisshammers während des Betriebs sind die Abtriebsmechanik 122 sowie der Elektromotor 12 samt Getriebe 24 mittels zumindest eines Dämpfungselements 126 im Gehäuse 14 gelagert.

Auf diese Weise ist es möglich, die Leistungselektronik 36 bzw. die Umschaltvor richtung 50 vor Schäden an den entsprechenden Bauelementen sowie den elektrischen Kontakten zu schützen. Als Dämpfungselement 126 kommt dabei z.B. eine Feder in Gestalt einer Spiral-, Blatt- oder Schenkelfeder in Frage, die zwischen dem Gehäuse 14 und der Abtriebsmechanik 122, dem Getriebe 24 und/oder dem Elektromotor 12 angeordnet ist. Ebenso sind Gummidämpfer oder dergleichen oder zumindest ein durch die nicht gezeigte Regel- oder Steuerelekt ronik 38 angesteuerter Dämpfungsaktor als Dämpfungselemente 126 denkbar.

Als Alternative oder Ergänzung zur Vibrationsentkopplung des Gehäuses 14 von der Abtriebsmechanik 122 und/oder dem Elektromotor 12 kann es auch vorgese hen sein, die Umschaltvorrichtung 50 selbst vom Gehäuse 14 zu entkoppeln.

Dies soll anhand unterschiedlicher Ausführungsbeispiele gemäß der nachfolgen- den Figuren 15 bis 18 verdeutlicht werden, wobei die Umschaltvorrichtung 50 als elektronische Umschaltvorrichtung 50 mit dem Subgehäuse 124 ausgestaltet ist. Ebenso ist es möglich, dass im Falle einer elektromechanischen Umschaltvor richtung 50 die aus dem Gehäuseteil 94 und dem als Betriebsartenschalter 52 ausgebildeten Deckel 96 bestehende modulare Baugruppe vibrationsentkoppelt im Gehäuse 14 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 gelagert ist. Dabei kann die Umschaltvorrichtung 50 auch in einem definierten Winkel ungleich 0 bzw. 180° zum Elektromotor 12 in dem Gehäuse 14 angeordnet sein. Auch eine vibra tionsentkoppelte Lagerung der modularen Baugruppe zusammen mit dem Elekt romotor 12 im Gehäuse 14 ist denkbar.

In Figur 15a ist die im Subgehäuse 124 angeordnete Umschaltvorrichtung 50 über im Wesentlichen als viereckige Gummipuffer 128 ausgebildete Dämpfungs elemente 126 an entsprechenden Halteelementen 130 des Gehäuses 14 zur Aufnahme der Gummipuffer 128 vibrationsentkoppelt gelagert. Dabei ist auf der linken Seite von Figur 15a eine Draufsicht und auf der rechten Seite eine Seiten ansicht gezeigt. Das Subgehäuse 124 ist demzufolge über insgesamt acht Gummipuffer 128 und acht Halteelemente 130 im Gehäuse 14 gelagert. Vibratio nen des Gehäuses 14 können somit in ausreichendem Maße gedämpft werden, um die Umschaltvorrichtung 50 vor Beschädigungen während des Betriebs des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 zu schützen. Figur 15b zeigt die Draufsicht einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Dämpfungselemente 126 als poly- gone Gummipuffer 128 mit zumindest einer innenliegenden Luftkammer 132. In Figur 15c ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Dämpfungselements 126 als ein das Subgehäuse 124 zumindest in einer Richtung voll umschließender, im We sentlichen tonnenförmiger Gummipuffer 130 mit entsprechenden seitlichen Luft kammern 132 gezeigt. Mit besonderem Vorteil, kann die Umschaltvorrichtung 50 mit ihrem Subgehäuse 124 in diesem Gummipuffer 130 einfach eingesteckt wer den. Sowohl in Figur 15b als auch in Figur 15c sind Halteelemente 130 am Ge häuse 14 vorgesehen, deren Form in komplementärer Weise an die Form der Dämpfungselemente 126 zur bestmöglichen Fixierung und Lagerung angepasst ist. Figur 16 zeigt weitere Ausführungsformen des Dämpfungselements 126 für die Umschaltvorrichtung 50. In Figur 16a ist das Dämpfungselement 126 als eine gestanzte Gummifolie 134 ausgebildet, die über vier als Ösen bzw. Dome 136 ausgebildete Halteelemente 130 des Gehäuses 14 gespannt ist und die das Subgehäuse 124 der Umschaltvorrichtung 50 quasi hängend trägt. Dazu weist das Subgehäuse 124 einen Vorsprung 138 auf, der durch eine Öffnung der Gummifolie greift und der über sechs entsprechende Halteelemente 140 an der Gummifolie 134 fixiert ist. In Figur 16b ist das Dämpfungselement 126 als ein Gummiring 142 ausgebildet, der an dem Gehäuse 14 über vier Ösen bzw. Dome 136 gelagert ist und der das Subgehäuse 124 der Umschaltvorrichtung 50 über vier als Haken ausgebildete Halteelemente 140 hängend trägt. Figur 16c zeigt eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Gummifolie 134 aus Figur 16a, die nun nur noch an zwei Ösen bzw. Domen 136 im Gehäuse 14 gelagert ist. Im Un terschied zu Figur 15, wo durch das zumindest eine Dämpfungselement 126 eine Druckkraft F auf das Subgehäuse 124 bzw. die Umschaltvorrichtung 50 wirkt, ist es in Figur 16 eine Zugkraft F.

In den Figuren 17 und 18 sind die Dämpfungselemente 126 als Federn ausgebil det, wobei in Figur 17 analog zu Figur 15 ein Druckkraft F und in Figur 18 analog zu Figur 16 eine Zugkraft F auf das Subgehäuse 124 der Umschaltvorrichtung 50 wirkt. In den Figuren 17a, 17b und 17c sind die Dämpfungselemente 126 jeweils als Blattfedern 144, als Spiralfedern 146 und als Schenkelfendern 148 ausgebil det, die je nach Ausführung mit entsprechend ausgestalteten Halteelementen 130, 140 am Gehäuse 14 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 bzw. am Sub gehäuse 124 der Umschaltvorrichtung 50 Zusammenwirken. Die Figuren 18a und 18b zeigen jeweils ein als Zugfeder 150 und als Biege- bzw. Torsionsfeder 152 ausgebildetes Dämpfungselement 126, das einerseits an Ösen bzw. Domen 136 des Gehäuses 14 und andererseits an speziell ausgestalteten Halteelementen 140 des Subgehäuses 124 vibrationsentkoppelt gelagert ist.

In den Figuren 19 bis 22 sind weitere Ausführungsbeispiele für ein elektrisches Bearbeitungsgerät 10 gezeigt. Dabei ist das elektrische Bearbeitungsgerät 10 in Figur 19 ein Bohrhammer mit einer als pneumatisches Schlagwerk ausgebildeten Abtriebsmechanik 122 sowie beispielsweise einer als SDS- Bohrfutter ausgebilde- ten Werkzeugaufnahme 18 für ein als ein SDS-Bohrer ausgebildetes Einsatz werkzeug 32. Auch das von der Motowelle 30 des Elektromotors 12 angetriebene Getriebe 24 ist speziell auf die Anwendung des Bohrhammers ausgelegt. Ent sprechendes gilt für den in Figur 20 dargestellten Winkelschleifer, den in Figur 21 dargestellten Industriestaubsauger und den in Figur 22 dargestellten Rasenmä her. Auch hier ist der Abtriebsteil 116 jeweils speziell an den Einsatzzweck des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 angepasst, ohne hierauf nachfolgend weiter im Detail eingehen zu wollen, da dies für die Erfindung als solche eher von un tergeordneter Bedeutung ist. Es soll an dieser Stelle jedoch nochmals darauf hingewiesen werden, dass die Erfindung auch in vielen anderen elektromotorisch angetriebenen Bearbeitungsgeräten mit mindestens zwei unterschiedlichen Ver sorgungsspannungen, wie z.B. Küchenmaschinen, Baumaschinen, Fahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen, etc. zum Einsatz kommen kann.

Die Figuren 19 bis 22 veranschaulichen entsprechend Figur 13 eine topologische Aufteilung des jeweiligen elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 in den überwiegend mechanischen Abtriebsteil 116 jenseits der topologischen Trennungslinie 118 und den Versorgungs- und Antriebsteil 120 diesseits der topologischen Tren nungslinie 118. Dabei ist die Umschaltvorrichtung 50 innerhalb des Gehäuses 14 des elektrischen Bearbeitungsgeräts 10 stets topologisch derart von dem Abt reibsteil 116 getrennt, dass sie funktionell, insbesondere als Teil der Leistungs elektronik 36, vor dem Elektromotor 12 und dem Abtriebsteil 116 angeordnet ist. Weiterhin ist jedem elektrischen Bearbeitungsgerät 10 gemein, dass die Leis^¬ tungselektronik 36 in eine erste Leistungselektronik 36_H, insbesondere eine AC-Elektronik, zum Betrieb mit der ersten Versorgungsspannung UH und in zu mindest eine zweite Leistungselektronik 36L, insbesondere eine DC- Elektronik, zum Betrieb mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung UL aufgeteilt ist, wobei die erste und die zumindest eine zweite Leistungselektronik 36H, 36L galvanisch voneinander getrennt sind. Zudem ist die Umschaltvorrichtung 50 stets in dem Gehäuse 14 an einer der Motorwelle 30 abgewandten Seite des Elektromotors 12 angeordnet. Der in Figur 19 dargestellte Bohrhammer unterscheidet sich zwar deutlich hin sichtlich seiner Anwendung und dem dafür ausgelegten Abtriebsteil 116 von dem in Figur 13 gezeigten Abrisshammer, beiden gemein ist aber in etwa die Leis tungsklasse sowie die Energieversorgung über zwei Akkupacks 20. Somit kön nen beide elektrischen Bearbeitungsgeräte 10 jeweils einen sehr ähnlichen Ver- sorgungs- und Antriebsteil 120 aufweisen. Mit besonderem Vorteil können dem nach der Elektromotor 12 samt der Umschaltvorrichtung 50 oder der vollständi gen Leistungselektronik 36 als modulare Baugruppe in beiden elektrischen Bear beitungsgeräten 10 zum Einsatz kommen, was die Herstellung und Wartung der elektrischen Bearbeitungsgeräte 10 deutlich vereinfacht und kosteneffizienter macht. Entsprechendes gilt auch für andere elektrische Bearbeitungsgeräte 10 ähnlicher Leistungsklassen, wie beispielsweise dem in Figur 21 gezeigten Indust riestaubsauger und dem in Figur 22 gezeigten Rasenmäher oder dem in Figur 1 gezeigten Drehschlagschrauber und dem in Figur 20 gezeigten kleinen Winkel schleifer.

Es sei abschließend darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungsbei spiele weder auf die Figuren 1 bis 22 noch auf die genannten Spannungswerte und/oder die absolute Anzahl der Akkus bzw. Akkupacks 20 sowie der Schalt elemente der Umschaltvorrichtung 50 beschränkt ist. Zudem können sämtliche Ausführungsbeispiele je nach Leistungs- und Kostenbedarf alternativ mit einem klassischen DC-Motor realisiert werden. Sowohl die Akkus 20 als auch die Elekt ronik für das Lademanagement können wahlweise direkt im elektrischen Bearbei tungsgerät 10 integriert oder extern über ein Kabel mit dem elektrischen Bearbei tungsgerät 10 verbunden sein.

Claims

Ansprüche

1. Umschaltvorrichtung (50) zur Ansteuerung der Wicklungen (48) eines Elekt romotors (12), wobei der Elektromotor (12) einen Rotor (40) und einen Stator (42) umfasst, wobei der Stator (42) drei Statorpole (44) und jeder Statorpol (44¹, 44", 44^m) ein ganzzahliges Vielfaches an Statorzähnen (46) mit jeweils einer Mehrzahl von Wicklungen (48) zum Antrieb des Rotors (40) aufweist, wobei die Wicklungen (48) der Statorzähne (46) in ihrer Art und/oder Anzahl derart ausgelegt sind, dass der Elektromotor (12) über drei Phasen (U, V, W) wahlweise mit einer ersten Versorgungsspannung (UH), insbesondere für ei nen Netzbetrieb, oder mit zumindest einer gegenüber der ersten Versor gungsspannung (UH) deutlich unterschiedlichen zweiten Versorgungsspan nung (UL), insbesondere für einen Akkubetrieb, betreibbar ist, dadurch ge kennzeichnet, dass die Umschaltvorrichtung (50) eine Mehrzahl von Schalt elementen (66, 68, 70, 72) aufweist zur Reihen- und/oder Parallelschaltung der Wicklungen (48) der Statorzähne (46) des Elektromotors (12) für den Be trieb mit der ersten Versorgungsspannung (UH) oder mit der zumindest einen zweiten Versorgungsspannung (UL), wobei jede Wicklung (48¹, 48", 48^m) über jeweils zwei elektrische Kontaktpunkte (62) mit zumindest einem der Schaltelemente (66, 68, 70, 72) der Umschaltvorrichtung (50) verbindbar ist.

2. Umschaltvorrichtung (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltvorrichtung erste Schaltelemente (66) zur Reihenschaltung und zweite Schaltelemente (68) zur Parallelschaltung der Wicklungen (48) des Elektromotors (12) aufweist.

3. Umschaltvorrichtung (50) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Statorpol (44¹, 44", 44^m) des Elektromotors (12) mit jeweils M Statorzähnen (46) und N Wicklungen (48) je Statorzahn (46¹, 46") M * N - 1 erste Schaltelemente (66) zur Reihenschaltung und M * (2N - 1) zweite Schaltelemente (68) zur Parallelschaltung der M * N Wicklungen (48) vorge sehen sind.

4. Umschaltvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reihenschaltung der Wicklungen (48) die ersten Schaltelemente (66) geschlossen und die zweiten Schaltelemente (68) geöffnet sind, und dass zur Parallelschaltung der Wicklungen (48) die ersten Schaltelemente (66) geöffnet und die zweiten Schaltelemente (68) geschlossen sind.

5. Umschaltvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltvorrichtung dritte Schaltelemen te (70) zur Sternschaltung und vierte Schaltelemente (72) zur Dreieckschal tung der Phasen (U, V, W) des Elektromotors (12) aufweist.

6. Umschaltvorrichtung (50) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sternschaltung der Phasen (U, V, W) die dritten Schaltelemente (70) ge schlossen und die vierten Schaltelemente (72) geöffnet sind und zur Drei eckschaltung der Phasen (U, V, W) die dritten Schaltelemente (70) geöffnet und die vierten Schaltelemente (72) geschlossen sind.

7. Umschaltvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je Statorpol (44¹, 44", 44^m) des Elektromotors (12) ein weiteres Schaltelement (76) zur Reihenschaltung mit einer schaltba ren Last (74) vorgesehen ist.

8. Umschaltvorrichtung (50) nach Anspruch einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontaktpunkte (62) als Steckverbindungen, Crimpverbindungen, Schraubverbindungen, Lötver bindungen oder Schweißverbindungen ausgebildet sind.

9. Umschaltvorrichtung (50) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontaktpunkte (62) der Umschaltvorrichtung (50) als Kon taktbuchsen (92) ausgebildet sind, die mit als Kontaktstiften (90) ausgebilde ten elektrischen Kontaktpunkten (62) des Elektromotors (12), insbesondere einem Adapterring (80) des Stators (42), reversibel verbindbar sind.

10. Umschaltvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontaktpunkte (62) ringför mig über einen äußeren Umfang der Umschaltvorrichtung (50) verteilt ange- ordnet sind.

11. Umschaltvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltvorrichtung (50) mit einem dreh baren oder verschiebbaren Betriebsartenschalter (52) zur Umschaltung der Schaltelemente (66, 68, 70, 72, 76) wirkverbunden ist.

12. Umschaltvorrichtung (50) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare oder verschiebbare Betriebsartenschalter (52) derart auf die Schaltelemente (66, 68, 70, 72, 76) wirkt, dass er zum Schließen eines Schaltelements (66, 68, 70, 72, 76) jeweils eine Kontaktbahn (100) des Schaltelements (66, 68, 70, 72, 76) mit einem Kontaktgleiter (98) des Schaltelements (66, 68, 70, 72, 76) verbindet.

13. Umschaltvorrichtung (50) nach einem der vorherigen Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbahnen (100) und Kontaktgleiter (98) der Schaltelemente (66, 68, 70, 72, 76) derart ausgelegt sind, dass die ersten und die zweiten Schaltelemente (66, 68) und/oder die dritten und die vierten Schaltelemente (70, 72) jeweils mit einer Totzeit (T) geschaltet wer den.

14. Umschaltvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltvorrichtung (50) eine modulare Baugruppe (94, 96) des Elektromotors (12) ist.

15. Elektrisches Bearbeitungsgerät (10), insbesondere Handwerkzeugmaschine, mit einer Umschaltvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprü che zur Ansteuerung eines Elektromotors (12).