[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Betriebsverfahren für den Motor eines Elektrowerkzeugs
z. B. eines Bohrhammers, dessen Betriebsleerlaufdrehzahl durch eine Regelelektronik
auf einen Wert eingestellt wird, der gleich oder geringfügig oberhalb einer gewählten
Arbeitsdrehzahl liegt. Außerdem betrifft die Erfindung ein Elektrowerkzeug mit Einrichtungsmerkmalen
zur Realisierung dieses Betriebsverfahrens.
[0002] Die Lebensdauer und die Betriebsbereitschaft des Motors eines Elektrowerkzeugs hängen
entscheidend von der Motortemperatur ab. Eine zu hohe Motortemperatur kann zur Folge
haben, dass der Motor für eine bestimmte Zeit, während der er abkühlt nicht betrieben
werden kann. Während des Betriebs sollte die Temperatur des Motors deshalb einen bestimmten
Wert nicht überschreiten. Die Motortemperatur steigt um so mehr, je höher das Belastungsmoment
ist, das vom Motor aufgebracht werden muß. Dagegen fällt die Temperatur, wenn der
Motor im Leerlauf betrieben wird. Die Kühlung ist dabei bei hohen Drehzahlen durch
den erhöhten Luftdurchsatz besser.
[0003] Die Arbeitsdrehzahl ist die Drehzahl des Motors unter Last; sie ist durch den Anwendungsprozeß
oder bestimmte Einsatzbedingungen vorgegeben. Muß vom Motor ein sehr hohes Moment
aufgebracht werden, so fällt die Drehzahl aufgrund der natürlichen Last-Kennlinie
des Motors ab (vgl. Fig. 3).
[0004] Wird der Motor nicht mehr belastet, d. h., dreht er im Leerlauf, darf die Betriebsleerlaufdrehzahl
für eine komfortable Bedienung des Elektrowerkzeugs nicht weit über der Arbeitsdrehzahl
liegen. Dies würde z. B. bei Bohrhämmern störend wirken, wenn das Werkzeug abgesetzt
und anschließend wieder angesetzt wird. Es sollten auch keine großen Schwankungen
der Betriebsleerlaufdrehzahl auftreten, da diese ebenfalls störend wirken. Die Betriebsleerlaufdrehzahl
des Motors wird deshalb stets auf ein günstiges Niveau nur geringfügig oberhalb der
gewählten Arbeitsdrehzahl begrenzt.
[0005] Nach US-Patentschrift 4,307,325 wird anhand der Zeit, die ein Motor im Leerlauf und
unter Belastung betrieben wird, ein Belastungsindex festgelegt, mit dessen Hilfe die
Temperatur des Motors mit geringem Aufwand bestimmt werden kann. Übersteigt die Temperatur
einen bestimmten Wert, so wird der Motor abgeschaltet, um Schäden zu verhindern. Das
Elektrowerkzeug läßt sich erst wieder einschalten, wenn der Motor abgekühlt ist, d.
h., das Elektrowerkzeug kann für eine bestimmte Zeit nicht eingesetzt werden.
[0006] Das vollständige Abschalten des Motors bewirkt eine Unterbrechung des Kühlluftstroms,
so dass nur eine sehr langsame Abkühlung erfolgt. In DE 30 21 689 A1 wird deshalb
vorgeschlagen, den Motor nicht abzuschalten, sondern im Falle einer Überlastung die
Leistungsaufnahme zu begrenzen, dabei aber dennoch eine genügend hohe Drehzahl, die
unterhalb der Betriebsleerlaufdrehzahl liegt, aufrechtzuerhalten, um den Motor zu
kühlen. Dies geschieht jedoch nur bei einer Wicklungsüberhitzung. Zudem ist die Kühlwirkung
nicht optimal, da die Drehzahl des Motors durch die Begrenzung der Leistungsaufnahme
u. U. nicht ausreichend hoch ist. Ein Motor-Ausfall wegen Überhitzung kann also unter
Umständen nicht verhindert werden.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ausreichende Kühlung des Motors während
des Betriebs des Elektrowerkzeugs zu gewährleisten, so dass ein Ausfall wegen Überhitzung
verhindert wird.
[0008] Diese Aufgabe wird mit der Erfindung gelöst durch ein Betriebsverfahren für den Motor
eines Elektrowerkzeugs gemäß Anspruch 1 bzw. ein Elektrowerkzeug mit Merkmalen gemäß
Anspruch 7. Bevorzugte Ausführungsformen sind u. a. in abhängigen Ansprüchen definiert
und/oder werden in der weiteren Beschreibung erläutert.
[0009] Gemäß der Erfindung wird ein Betriebsverfahren für den Motor eines Elektrowerkzeugs
bereitgestellt, dessen Betriebsleerlaufdrehzahl durch eine Regelelektronik auf einen
Wert eingestellt wird, der gleich einer gewählten Arbeitsdrehzahl ist, wobei der Motor
zur Kühlung mit einer vorgegebenen erhöhten Leerlaufdrehzahl betrieben wird, falls
kein Belastungsmoment auf den Motor wirkt. Demnach wird der Motor während des normalen
Betriebs kontinuierlich, effektiv gekühlt, und eine Überhitzung wird vermieden.
[0010] Ein Elektrowerkzeug gemäß der Erfindung weist eine Regelelektronik für die Drehzahl
seines Motors auf, dessen Betriebsleerlaufdrehzahl auf einen Wert eingestellt wird,
der gleich einer gewählten Arbeitsdrehzahl ist, und eine Zeitmesseinrichtung, die
nach Ablauf einer festlegbaren Leerlaufzeit ein Triggersignal an die Regelelektronik
abgibt, zur Erhöhung der Drehzahl des Motors auf eine zur Kühlung geeignete, vorgegebene,
erhöhte Leerlaufdrehzahl. Es ist dabei möglich, dass die Zeitmesseinrichtung sofort
das Triggersignal abgibt, d.h., das keine Zeitverzögerung auftritt und der Motor sofort
nach Erreichen der Leerlaufdrehzahl auf die erhöhte Leerlaufdrehzahl umgeschaltet
wird.
[0011] Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren wird der Motor bevorzugt nach einer vorgebbaren
Leerlaufzeit, während der der Motor mit der Betriebsleerlaufdrehzahl läuft, mit der
vorgebbaren erhöhten Leerlaufdrehzahl betrieben. Weiterhin wird bei dem erfindungsgemäßen
Betriebsverfahren der Leerlaufbetrieb bevorzugt durch Messung des Motorstroms oder
des Drehmoments des Motors festgestellt. Auch ist es vorteilhaft die Leerlaufzeit
in Abhängigkeit von der vorherigen Belastung des Motors zu bestimmen. Dabei wird die
Leerlaufzeit verkürzt, falls der Motor zuvor in Überlast betrieben wurde, und es wird
auf die Arbeitsdrehzahl umgeschaltet, sobald der Motor mit einem Moment belastet wird,
das über dem Leerlaufmoment liegt. Die erhöhte Leerlaufdrehzahl wird auch dann wie
oben beschrieben eingestellt, falls der Motor aus- und wiedereingeschaltet wurde.
D.h., es wird nach dem Einschalten des Motors nach einer Leerlaufzeit, die von der
vorherigen Belastung des Motors abhängen kann, auf die erhöhte Leerlaufdrehzahl umgeschaltet,
falls kein Belastungsmoment vom Motor verlangt wird. Es ist auch möglich, dass sofort
nach dem Einschalten des Motors die erhöhte Leerlaufdrehzahl eingestellt wird, falls
kein Belastungsmoment vom Motor verlangt wird.
[0012] Bei dem erfindungsgemäßen Elektrowerkzeug ist bevorzugt eine Belastungsmesseinrichtung
vorgesehen, die den Motorstrom misst und somit den Leerlaufbetrieb des Motors feststellt
und ein Leerlaufsignal, mit dem der Leerlaufbetrieb des Motors angezeigt wird, an
die Zeitmesseinrichtung und die Regelelektronik abgibt. Die Belastungsmesseinrichtung
misst die Betriebsbelastung des Motors und gibt in Abhängigkeit dieser Belastung ein
Belastungssignal an die Zeitmesseinrichtung zur Bestimmung einer Leerlaufzeit ab.
Die Zeitmesseinrichtung wählt eine verkürzte Leerlaufzeit, wenn von der Belastungsmesseinrichtung
zuvor eine starke Belastung des Motors gemessen wurde. Weiterhin stellt die Regelelektronik
die Drehzahl des Motors sofort auf die Arbeitsdrehzahl ein, wenn das Leerlaufsignal
anzeigt, dass der Motor nicht im Leerlauf betrieben wird. Somit ist stets ein komfortables
Bedienen gewährleistet. Außerdem stellt die Regelelektronik die Drehzahl des Motors
wie oben beschrieben ein, wenn der Motor aus- und wieder eingeschaltet wurde.
[0013] Die Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der beispielhaften
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:
- Fig. 1
- ein Diagramm des Drehzahlverlaufs bei Leerlauf des Motors, wobei gemäß der Erfindung
die Drehzahl zu Kühlzwecken erhöht wird;
- Fig. 2
- ein Blockschaltbild eines Teils eines erfindungsgemäßen Elektrowerkzeugs; und
- Fig. 3
- die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie eines erfindungsgemäß betriebenen Motors.
[0014] Um eine gute Kühlung des Motors und der Elektronik zu erreichen, wird gemäß der Erfindung
die Drehzahl bei Leerlauf des Motors auf eine erhöhte Leerlaufdrehzahl hochgesetzt.
Der Wert Δn, um den die Drehzahl erhöht wird, kann fest vorgegeben sein oder er kann
von der zuvor erreichten Last abhängen. Bevorzugt wird die Drehzahl des Motors nicht
sofort, sondern nach einer bestimmten Zeit von der normalen Betriebsleerlaufdrehzahl
auf die erhöhte Leerlaufdrehzahl hochgesetzt. Die erhöhte Leerlaufdrehzahl wird dabei
möglichst hoch gewählt, so dass ein effektives Kühlen des Motors, vor allem nachdem
dieser in Überlast betrieben wurde, möglich ist. Gleichzeitig darf die erhöhte Leerlaufdrehzahl
jedoch einen bestimmten Wert nicht überschreiten, da sonst Schäden am Elektrowerkzeug
entstehen können. Die erhöhte Leerlaufdrehzahl kann jedoch bei der Bedienung des Elektrowerkzeugs
und für bestimmte Anwendungen störend wirken. Die Drehzahl wird deshalb ohne Zeitverzögerung
von der erhöhten Leerlaufdrehzahl auf die Betriebsleerlaufdrehzahl herabgesetzt, sobald
am Motor ein Moment benötigt wird, das größer als das Leerlaufmoment ist. Die Drehzahländerung
erfolgt also außerhalb des Arbeitsvorganges, so dass ein komfortables Arbeiten stets
möglich ist.
[0015] Fig. 1 zeigt den Verlauf der Drehzahl gemäß der Erfindung. Zunächst wird vom Motor
bis zu einem bestimmten Zeitpunkt T
1 beim normalen Arbeiten ein bestimmtes Arbeitsmoment (Belastungsmoment) M
1 verlangt. Ab dem Zeitpunkt T
1 wird der Motor nicht mehr belastet, d. h. der Motor muß nunmehr nur noch das Leerlaufmoment
M
L (M
L < M
1), aufbringen. Das Leerlaufmoment M
L wird dabei durch die Unterschreitung eines vorgegebenen Stroms, der vom Motor aufgenommen
wird, festgestellt. Der Motor läuft nun für eine Zeitspanne ΔT mit der Betriebsleerlaufdrehzahl
n
1, die gleich der Arbeitsdrehzahl n
1 ist oder geringfügig höher. Die Leerlaufzeit ΔT ist dabei abhängig vom Verlauf des
Belastungsmoments vor dem Zeitpunkt T
1. In einer bevorzugten Ausführungsform hängt der Wert der Leerlaufzeit ΔT vom maximalen
Belastungsmoment ab, welches zwischen der letzten Kühlung und dem Zeitpunkt T
1 aufgetreten ist.
[0016] Nach Ablauf der Leerlaufzeit ΔT wird die Drehzahl des Motors zum Zeitpunkt T
2 von der Betriebsleerlaufdrehzahl n
1 um einen Wert Δn auf eine erhöhte Leerlaufdrehzahl n
2 erhöht. Der Wert Δn, um den die Drehzahl erhöht wird, kann vordefiniert sein oder
vom maximalen Belastungsmoment, welches zwischen der letzten Kühlung und dem Zeitpunkt
T
1 auftrat, abhängen. Der Motor wird nun solange mit der erhöhten Leerlaufdrehzahl betrieben,
bis ein Belastungsmoment M
2 verlangt wird, das über dem Leerlaufmoment M
L liegt (M
2 > M
L). Das Vorliegen des Belastungsmoments M
2 wird wiederum über Messungen des Motorstroms, der vom Motor aufgenommen wird, bzw.
anhand der Drehzahl festgestellt. In Fig. 1 wird zum Zeitpunkt T
3 ein Belastungsmoment M
2 vom Motor verlangt, das größer ist als das Leerlaufmoment M
L. Die Drehzahl des Motors wird deshalb zu diesem Zeitpunkt T
3 sofort auf die gewählte Arbeitsdrehzahl n
1 herabgesetzt. Durch das sofortige Herabsetzen der Drehzahl wird eine komfortable
Bedienung des Elektrowerkzeugs gewährleistet. Die erhöhte Drehzahl n
2 wird ebenfalls herabgesetzt, falls das Elektrowerkzeug abgeschaltet und wieder eingeschaltet
wird und vom Motor ein Drehmoment verlangt wird, das über dem Leerlaufmoment M
L liegt. Das heißt, nach Fig. 1 hätte der Motor zum Zeitpunkt T
3 auch abgeschaltet werden können.
[0017] Wird der Motor ausgeschaltet und wieder eingeschaltet, so wird analog zu oben verfahren,
d.h., nach dem Einschalten wird nach Ablauf der Leerlaufzeit ΔT auf eine erhöhte Drehzahl
n
2 umgeschaltet. Es ist auch möglich, dass nach dem Einschalten sofort die erhöhte Leerlaufdrehzahl
eingestellt wird. Die zur Bestimmung der Leerlaufzeit ΔT erforderlichen Daten, z.B.
das maximale Belastungsmoment, können beim Ausschalten des Motors gespeichert werden.
In Fig. 1 hätte der Motor also zum Zeitpunkt T
1 auch wieder eingeschaltet werden können.
[0018] Das auf das erfindungsgemäße Betriebsverfahren bezogene Funktions-Blockschaltbild
der Fig. 2 zeigt den Motor 1, dessen Drehzahl von einer Regelelektronik 4 durch ein
Regelsignal 3 eingestellt wird. Die Regelelektronik 4 stellt die Drehzahl auf Vorgabewerte
ein, die über einen Wahlschalter 2 vorgegeben werden. Die Belastungsmesseinrichtung
6 misst die Belastung des Motors 1 und gibt ein Leerlaufsignal 8 und ein Belastungssignal
9 ab. Das Leerlaufsignal 8 nimmt den Wert "1" an, wenn der Motor 1 kein Belastungsmoment
aufbringen muss, d. h., der Motor befindet sich im Leerlauf und den Wert "0", falls
der Motor 1 belastet wird. Das Belastungssignal 9 nimmt kontinuierliche Werte an,
die von der Belastung des Motors abhängig sind. Anhand des Belastungssignals 9 bestimmt
eine Zeitmesseinrichtung 5 die Leerlaufzeit ΔT. Die Leerlaufzeit ΔT kann dabei vorgegeben
sein, sie kann vom maximalen Belastungsmoment abhängen, welches zwischen der letzten
Kühlung und dem Zeitpunkt T
1 aufgetreten ist, oder sie kann von einem mittleren Lastwert abhängen. Der mittlere
Lastwert ist das mittlere Belastungsmoment das zwischen der letzten und der momentanen
Kühlphase aufgetreten ist. Die Kühlphase ist der Zeitraum, während der der Motor mit
der erhöhten Leerlaufdrehzahl betrieben wird. Der Lastwert wird nach erreichen der
erhöhten Leerlaufdrehzahl wieder rückgesetzt.
[0019] Die Zeitmesseinrichtung 5 startet einen Zeitgeber mit der Leerlaufzeit ΔT als Startzeit,
falls das Leerlaufsignal 8 vom Wert "0" auf "1" wechselt. In Fig. 1 findet dies zum
Zeitpunkt T
1 statt. Nach Ablauf der Leerlaufzeit ΔT gibt die Zeitmesseinrichtung ein Triggersignal
7 an die Regelelektronik 4 ab. Bei Empfang des Triggersignals 7 erhöht die Regelelektronik
4 die Betriebsleerlaufdrehzahl n
1 zum Zeitpunkt T
2 um Δn auf die erhöhte Leerlaufdrehzahl n
2. Es ist auch möglich auf eine Zeitverzögerung zu verzichten, so dass sofort nachdem
der Leerlauf anhand des Leerlaufsignals 8 festgestellt wird, auf die erhöhte Leerlaufdrehzahl
(n
2) umgestellt wird.
[0020] Falls nun der Wert des Leerlaufsignals 8 von "1" auf "0" wechselt, oder das Elektrowerkzeug
durch ein Schaltersignal 10 ausgeschaltet wird und der Wert des Leerlaufsignals 8
gleich "0" ist, wird die Drehzahl von der Regelelektronik 4 zum Zeitpunkt T
3 sofort wieder auf die Betriebsleerlaufdrehzahl n
1 herabgesetzt.
[0021] Fig. 3 zeigt die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie für den Fall, dass der Motor mit der
erhöhten Leerlaufdrehzahl n
2 betrieben wird. Wie man sieht, wird der Motor solange mit der erhöhten Leerlaufdrehzahl
n
2 betrieben, bis das Drehmoment M größer oder gleich einem Leerlaufdrehmoment-Schwellwert
M
0 ist. Für Drehmomentwerte größer oder gleich dem Leerlaufdrehmoment-Schwellwert M
0 wird die Drehzahl n des Motors auf die Arbeitsdrehzahl n
1 eingestellt. Übersteigt das Drehmoment M einen Drehmomentgrenzwert M
G, so wird der Motor auf seiner natürlichen Kennline 30 betrieben.
1. Betriebsverfahren für den Motor (1) eines Elektrowerkzeugs, dessen Betriebsleerlaufdrehzahl
durch eine Regelelektronik (4) auf einen Wert eingestellt wird, der gleich einer gewählten
Arbeitsdrehzahl (n1) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Motor zur Kühlung mit einer vorgebbaren erhöhten Leerlaufdrehzahl (n2) betrieben wird, falls kein Belastungsmoment (M2) auf den Motor wirkt.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Motor nach einer vorgebbaren Leerlaufzeit (ΔT), während der der Motor (1) mit
der Betriebsleerlaufdrehzahl läuft, auf die erhöhte Leerlaufdrehzahl (n2) umgeschaltet wird.
3. Betriebsverfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Leerlaufbetrieb durch Messung des Motorstroms (I) des Motors (1) festgestellt
wird.
4. Betriebsverfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Leerlaufbetrieb durch Messung des Drehmoments (M) des Motors (1) festgestellt
wird.
5. Betriebsverfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leerlaufzeit (ΔT) in Abhängigkeit der vorherigen Belastung des Motors (1) bestimmt
wird.
6. Betriebsverfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leerlaufzeit (ΔT) verkürzt wird, falls der Motor (1) zuvor in Überlast betrieben
wurde.
7. Betriebsverfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf die Arbeitsdrehzahl (n1) umgeschaltet wird, sobald der Motor (1) mit einem Moment belastet ist, das über
dem Leerlaufmoment liegt.
8. Betriebsverfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erhöhte Leerlaufdrehzahl (n2) eingestellt wird, falls der Motor (1) aus - und wieder eingeschaltet wurde und kein
Belastungsmoment auf den Motor wirkt.
9. Elektrowerkzeug mit Regelelektronik (4) für die Drehzahl seines Motors (1), dessen
Betriebsleerlaufdrehzahl auf einen Wert eingestellt wird, der gleich einer gewählten
Arbeitsdrehzahl (n1) ist,
gekennzeichnet durch
eine Regelelektronik (4) zur Erhöhung der Drehzahl des Motors auf eine zur Kühlung
geeignete, vorgegebene, erhöhte Leerlaufdrehzahl (n2), falls kein Belastungsmoment (M2) auf den Motor wirkt.
10. Elektrowerkzeug nach Anspruch 9,
gekennzeichnet durch
eine Zeitmesseinrichtung (5), die nach Ablauf einer festlegbaren Leerlaufzeit ein
Triggersignal (7) an die Regelelektronik (4) abgibt, zur Erhöhung der Drehzahl des
Motors (1) auf die erhöhte Leerlaufdrehzahl (n2).
11. Elektrowerkzeug nach Anspruch 9 oder 10,
gekennzeichnet durch
eine Belastungsmesseinrichtung (6), die den Motorstrom zum Feststellen des Leerlaufbetriebs
des Motors (1) misst und ein Leerlaufsignal (8) an die Zeitmesseinrichtung (5) und
die Regelelektronik (4) abgibt.
12. Elektrowerkzeug nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Belastungsmesseinrichtung (6) die Betriebsbelastung des Motors (1) misst und
in Abhängigkeit dieser Belastung ein Belastungssignal (9) an die Zeitmesseinrichtung
(5) zur Bestimmung einer Leerlaufzeit (ΔT) abgibt.
13. Elektrowerkzeug nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zeitmesseinrichtung (5) eine verkürzte Leerlaufzeit (ΔT) vorgibt, wenn von
der Belastungsmesseinrichtung (6) zuvor eine starke Belastung des Motors gemessen
wurde.
14. Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Regelelektronik (4) die Drehzahl des Motors (1) sofort auf die Arbeitsdrehzahl
(n1) einstellt, wenn das Leerlaufsignal (8) anzeigt, dass der Motor nicht im Leerlauf
betrieben wird.
15. Elektrowerkzeug nach den Ansprüchen 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Regelelektronik (4) die Drehzahl des Motors (1) auf die erhöhte Leerlaufdrehzahl
(n2) einstellt, falls der Motor aus- und wieder eingeschaltet wurde und kein Belastungsmoment
(M2) auf den Motor wirkt.