Steuerungsverfahren und Handwerkzeugmaschine

Abstract

 Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine hat eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines Werkzeugs. Ein Motor ist mit der Werkzeugaufnahme zum Antreiben der Werkzeugaufnahme gekoppelt. Der Motor ist in einem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse hat eine Halterung, die mit einer mechanischen Verriegelung zum lösbaren Ankoppeln eines Batteriepakets und einem Stromanschluss zum elektrischen Verbinden des Batteriepakets mit dem Motor versehen ist. Eine Kommunikationsschnittstelle dient zum Übermitteln von Eigenschaften des Batteriepakets an eine Motorsteuerung. Die Motorsteuerung beinhaltet einen Sanftanlauf, der eine Drehzahl des Motors von einem Stillstand bis zu einer Solldrehzahl mit einer Rate beschleunigt, wobei die Motorsteuerung die Rate in Abhängigkeit einer von dem Batteriepaket übermittelten Eigenschaft des Batteriepakets steuert.

Beschreibung

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für eine batteriebetriebene Handwerkzeugmaschine und eine batteriebetriebene Handwerkzeugmaschine, insbesondere eine elektrische Handwerkzeugmaschine, wie zum Beispiel einen Elektroschrauber.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

[0002] Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine hat eine Werkzeugaufnahme zum Aufnehmen eines Werkzeugs. Ein Motor ist mit der Werkzeugaufnahme zum Antreiben der Werkzeugaufnahme gekoppelt. Der Motor ist in einem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse hat eine Halterung, die mit einer mechanischen Verriegelung zum lösbaren Ankoppeln eines Batteriepakets und einem Stromanschluss zum elektrischen Verbinden des Batteriepakets mit dem Motor versehen ist. Eine Kommunikationsschnittstelle dient zum Übermitteln von Eigenschaften des Batteriepakets an eine Motorsteuerung. Die Motorsteuerung beinhaltet einen Sanftanlauf, der eine Drehzahl des Motors von einem Stillstand bis zu einer Solldrehzahl mit einer Rate beschleunigt, wobei die Motorsteuerung die Rate in Abhängigkeit einer von dem Batteriepaket übermittelten Eigenschaft des Batteriepakets steuert.

[0003] Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren beinhaltet folgende Schritte: Abfragen von Eigenschaften des an die Handwerkzeugmaschine angekoppelten Batteriepakets, Einstellen einer Rate zum Beschleunigen des Motors in Abhängigkeit der übermittelten Eigenschaften des Batteriepakets und Beschleunigen des Motors mit der eingestellten Rate, wenn der Taster betätigt wird.

[0004] Die übermittelte Eigenschaft des Batteriepakets ist insbesondere ein Maß für einen Innenwiderstand des Batteriepakets. Die Rate kann auf einen ersten Wert eingestellt werden, wenn der Innenwiderstand einen Schwellwert unterschreitet, und auf einen zweiten Wert eingestellt werden, wenn der Innenwiderstand den Schwellwert überschreitet. Der zweite Wert ist größer als der erste Wert. Die Motorsteuerung beschleunigt den Motor in einer kürzeren Zeitspanne auf eine Solldrehzahl, wenn ein übermittelter Innenwiderstand geringerer als der Schwellwert ist. Andernfalls wird der Motor langsamer und entsprechend über eine längere Zeitspanne auf die Solldrehzahl beschleunigt. Das Maß für den Innenwiderstand kann beispielsweise das Vorliegen einer Parallelschaltung oder einer Serienschaltung und/oder eines Typs der Batteriezellen des Batteriepakets sein.

[0005] Ein Batteriepaket für die Handwerkzeugmaschine kann einen Datenspeicher beinhalten, in welchem ein Innenwiderstand des Batteriepakets abgespeichert ist. Der Innenwiderstand ist für eine ausgewählte Temperatur, z.B. bei Raumtemperatur, ermittelt. Eine Weiterbildung der Handwerkzeugmaschine beziehungsweise des Steuerungsverfahrens nutzt einen Temperatursensor, um die Temperatur der Umgebung oder des Batteriepakets zu messen. Die gemessene Temperatur wird herangezogen, um Temperaturabhängigkeiten des Innenwiderstandes des Batteriepakets zu kompensieren. Die Handwerkzeugmaschine kann die Rate zum Beschleunigen des Motors in Abhängigkeit der Temperatur einstellen. Insbesondere wird in die Rate verringert, wenn eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt gemessen wird.

[0006] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Handwerkzeugmaschine während des Beschleunigens des Motors eine an dem Stromanschluss anliegende Spannung überwacht, und die Rate verringert wird, wenn die anliegende Spannung einen ersten Schwellwert unterschreitet. Insbesondere kann eine Stromaufnahme aus dem Batteriepaket unterbrochen werden, wenn eine an dem Stromanschluss liegenden Spannung einen zweiten Schwellwert unterschreitet, welcher geringer als der eine Schwellwert ist. Das Batteriepaket kann einen autarken Schutzmechanismus enthalten, der eine Überlast des Batteriepakets unterbindet. Der Schutzmechanismus überwacht beispielsweise eine Spannung jeder einzelnen Batteriezelle. Sobald die Spannung einer der Batteriezellen unter dem zweiten Schwellwert von z.B. 2,5 V fällt, wird das Batteriepaket von der Handwerkzeugmaschine umgehend getrennt. Die kurzzeitige hohe Stromaufnahme beim Beschleunigen des Motors könnte einen Einbruch oder den zweiten Schwellwert bewirken. Die Motorsteuerung verringert vorausschauend die Rate der Beschleunigung, um ein vollständiges Abschalten des Motors zu verhindern.

[0007] In einer Ausgestaltung wird die Beschleunigung des Motors durch eine Pulsweitenmodulation eingestellt. Ein Taktverhältnis der Pulsweitenmodulation über den Abhängigkeiten der eingestellten Rate festgelegt.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0008] Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigt:

Fig. 1 einen Elektroschrauber.

[0009] Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

[0010] Fig. 1 zeigt einen Elektroschrauber 1 als Beispiel für eine Handwerkzeugmaschine. Der Elektroschrauber 1 hat ein Gehäuse 2 mit einem Handgriff 3, mittels welchem ein Anwender den Elektroschrauber 1 halten und führen kann. Ein Taster 4 an dem Handgriff 3 ermöglicht dem Anwender den Elektroschrauber 1 in Betrieb zunehmen. Typischerweise muss der Anwender den Taster 4 durchgehend gedrückt halten, um den Elektroschrauber 1 in Betrieb zu halten.

[0011] Der Elektroschrauber 1 hat eine Werkzeugaufnahme 5, in welche der Anwender ein Schrauberbit 6 einsetzen kann. Bei Betätigen des Tasters 4 dreht ein Elektromotor 7 die Werkzeugaufnahme 5 um ihre Achse 8. Der Elektromotor 7 ist über eine Spindel 9 und ggf. weitere Komponenten eines Antriebsstrangs, z.B. Kupplung, Getriebe, mit der Werkzeugaufnahme 5 gekoppelt.

[0012] Eine Stromversorgung des Elektromotors 7 erfolgt über ein Batteriepaket 10. Das Batteriepaket 10 hat eine Mehrzahl von sekundären Batteriezellen 11, welche beispielsweise Lithium-basierte Chemie, aufweisen.

[0013] Das Gehäuse 2 hat eine Halterung 12 für das Batteriepaket 10, die beispielhaft an einem Ende des Handgriffs 3 vorgesehen ist. Die Halterung 12 kann Schienen mit einem L-förmigen Profil aufweisen, in welche komplementäre Schienen an dem Batteriepaket 10 gleitend einsetzbar sind. Eine lösbare Verriegelung 13 verhindert ein Herausfallen des Batteriepakets 10 aus der Halterung 12. In der Halterung 12 ist ein Stromanschluss 14 der Handwerkzeugmaschine 1 angeordnet. Der Stromanschluss 14 beinhaltet beispielsweise zwei oder mehr elektrische Kontakte 15. Das Batteriepaket 10 hat zu dem Stromanschluss 14 der Handwerkzeugmaschine 1 komplementäre Kontakte 16, welche bei einem in die Halterung 12 eingesetzten Batteriepaket 10 elektrisch kontaktiert sind.

[0014] Das Batteriepaket 10 kann einen autarken Schutzmechanismus 17 aufweisen. Der Schutzmechanismus 17 beinhaltet beispielsweise einen Spannungssensor 18, welcher die Spannungen der einzelnen Batteriezellen 11 überwacht. Erkennt der Schutzmechanismus 17 einen Abfall einer Spannung einer der Batteriezellen 11 unter einen kritischen Schwellwert, wird eine Stromabgabe des Batteriepakets 10 unterbrochen. Der kritische Schwellwert ist derart gewählt, dass eine unumkehrbare Entladung der Batteriezellen 11 unterbunden wird. Der Schwellwert liegt beispielsweise für Li-lonen Chemie basierte Batteriezellen 11 bei etwa 2,5 V, insbesondere bei Raumtemperatur. Das Batteriepaket 10 kann beispielsweise mittels einem Schalter 19, z.B. einen FET in dem Batteriepaket 10 oder in der Handwerkzeugmaschine 1, einen Strompfad 20 zwischen dem Batteriepaket 10 und dem Elektromotor 7 unterbrechen. Der reversible Schutzmechanismus 17 und der zugehörige Schalter 19 sind autark von anderen Systemen. Dies ist insbesondere bei einer Anordnung des Schalters 19 in dem Batteriepaket 10 der Fall, wenn jegliche Versorgung der Handwerkzeugmaschine 1 durch das Batteriepaket 10 unterbrochen wird.

[0015] Die Handwerkzeugmaschine 1 kann mit einer geregelten Drehzahl betrieben werden. Die Drehzahl kann durch einen Benutzer einstellbar oder für die Handwerkzeugmaschine 1 unveränderbar vorgegeben sein. Eine Motorsteuerung 21 mit ein oder mehreren Schaltelementen 22 stellt eine Leistungsaufnahme der Handwerkzeugmaschine 1 ein, um die Drehzahl auf den Sollwert auszuregeln. Eine Ausgestaltung einer Handwerkzeugmaschine 1 sieht keine geregelte Drehzahl vor, sondern die Drehzahl wird durch eine maximale Leistungsaufnahme des Elektromotors 7 begrenzt, z.B. durch die nominelle Leistung des Elektromotors 7 oder eine nominell maximale Leistungsabgabe des Batteriepakets 10.

[0016] Die Motorsteuerung 21 beinhaltet ein Modul für einen Sanftanlauf 23. Der Sanftanlauf 23 wird mit dem Betätigen des Tasters 4 aktiviert. Der Sanftanlauf 23 begrenzt eine mittlere Leistungsaufnahme des Elektromotors 7. Beispielsweise kann ein Schaltelement in dem Strompfad zu dem Elektromotor 7 mittels einer Pulsweitenmodulation angesteuert werden. Ein Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation wird durch den Sanftanlauf 23 entsprechend einer gewünschten mittleren Leistungsaufnahme festgelegt. Der Sanftanlauf 23 legt die Dauer fest, über welche der Elektromotor 7 auf die Solldrehzahl beschleunigt wird. Die ansonsten durch das von dem Elektromotor 7 aufbringbare Drehmoment und die anliegende Last sich einstellenden Beschleunigungswert (Beschleunigungsrate), wird durch der Sanftanlauf 23 auf eine eingestellte Rate begrenzt. Sobald der Elektromotor 7 die Solldrehzahl erreicht, wird der Sanftanlauf 23 deaktivert und ggf. die Drehzahl auf die Solldrehzahl ausgeregelt. Alternativ kann der Sanftanlauf 23 nach einer definierten Zeitspanne beendet werden.

[0017] Die Motorsteuerung 21 kommuniziert mit dem Batteriepaket 10, um dessen Eigenschaften zu ermitteln. Eine Kommunikationsschnittstelle 24 der Motorsteuerung 21 fragt unter Anderem einen Innenwiderstand des Batteriepakets 10 ab. Das Batteriepaket 10 hat beispielsweise einen Informationsspeicher, in dem der Innenwiderstand des Batteriepakets 10 abgelegt ist. Der Innenwiderstand kann in Ohm oder einer sonstigen Maßeinheit abgelegt sein. Alternativ kann der Innenwiderstand implizit durch die Angabe, ob Batteriezellen in einer Parallelschaltung und ggf. wieviele parallele Reihen von Batteriezellen 11 vorhanden sind, abgelegt sein. Das Batteriepaket 10 kann auch einen Typ der verwendeten Batteriezellen 11 übermitteln, an die angepasst der Sanftanlauf 23 die Rate einstellt.

[0018] Die Kommunikationsschnittstelle 24 ist vorzugsweise eine elektrische Kommunikationsschnittstelle, deren Empfangseinheit von dem Batteriepaket 10 als elektrische Signale aus einem Speicherbauelement 26 übertragene Informationseinheiten empfängt. Alternativ kann die Kommunikationsschnittstelle 24 einen Detektor beinhalten, welcher von dem Batteriepaket 10 passiv bereitgestellte Informationseinheiten ermittelt. Beispielsweise können auf dem Batteriepaket 10 die Informationseinheiten in Form eines Barcodes, einer mechanischen Codierung etc. bereitgestellt sein.

[0019] Die Motorsteuerung 21 stellt der Sanftanlauf 23 in Abhängigkeit des von dem Batteriepakets 10 übermittelten Innenwiderstands ein. Die Motorsteuerung 21 kann den übermittelten Innenwiderstand mit einem Schwellwert vergleichen. Überschreitet der Innenwiderstand einen Schwellwert, wird eine geringere Rate für die Beschleunigung angesetzt. Die geringere Rate kann auch eingestellt werden, wenn das Batteriepaket 10 eine reine Serienschaltung der Batteriezellen 11 übermittelt. Ein Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation kann beispielsweise anfänglich in einem Bereich zwischen 40 % und 60 % eingestellt werden und durch den Sanftanlauf 23 kontinuierlich auf 100 % erhöht werden. Die Rate legt die Dauer fest, über welche das Tastverhältnis auf die 100 % anwächst. Wird ein geringer Innenwiderstand oder eine Parallelschaltung der Batteriezellen 11 übermittelt, kann der Motor 7 stark beschleunigt werden. Das Tastverhältnis kann mit einer hohen Rate und damit in einer kurzen Zeit auf 100 % anwachsen. Weiters kann ein Anfangswert für das Tastverhältnis auf einen Wert zwischen 60 % und 75 % eingestellt werden. Eine geringe Rate für den ersten Fall kann beispielsweise den Elektromotor 7 innerhalb von 0,6 Sekunden eine hohe Rate für den zweiten Fall, z.B. doppelt so groß wie die geringe Rate sein, d.h. den Elektromotor 7 innerhalb von 0,3 Sekunden auf Solldrehzahl beschleunigen.

[0020] Eine Weiterbildung sieht einen Temperatursensor 25 vor, welcher die Temperatur des Batteriepakets 10 erfasst. Falls die Temperatur einen Schwellwert unterschreitet, wird die Rate für die Beschleunigung verringert. Beispielsweise kann die Rate um 10 % für jede 5 Grad verringert werden, die die Temperatur geringer als 10 Celsius ist. Gleichfalls kann beispielsweise ein Startwert für das Tastverhältnis auf 20 % abgesenkt werden, z.B. falls die Temperatur unter dem Gefrierpunkt liegt.

Ansprüche

1. Steuerungsverfahren einer Handwerkzeugmaschine (1), die eine Werkzeugaufnahme (5) zum Aufnehmen eines Werkzeugs (6), einen Motor (7), der mit der Werkzeugaufnahme (5) zum Antreiben der Werkzeugaufnahme (5) gekoppelt ist, ein Gehäuse (2), in der Motor (7) angeordnet ist, eine Halterung (12) an dem Gehäuse (2), die mit einer mechanischen Verriegelung (13) zum lösbaren Ankoppeln eines Batteriepakets (10) und einem Stromanschluss (14) zum elektrischen Verbinden des Batteriepakets (5) mit dem Motor (7) versehen ist, eine Kommunikationsschnittstelle (24) zum Übertragen von Eigenschaften des Batteriepakets (10) an eine Motorsteuerung (21) und einen durch einen Anwender bedienbaren Taster (4) zum Aktivieren der Handwerkzeugmaschine (1) beinhaltet, mit den Schritten:

Abfragen von Eigenschaften des an die Handwerkzeugmaschine (1) angekoppelten Batteriepakets (10),

Einstellen einer Rate zum Beschleunigen des Motors (7) in Abhängigkeit der übermittelten Eigenschaften des Batteriepakets (10),

Beschleunigen des Motors (7) mit der eingestellten Rate, wenn der Taster (4) betätigt wird.

2. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaften ein Maß für einen Innenwiderstand des Batteriepakets beinhalten.

3. Steuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Wert für die Rate eingestellt wird, wenn der Innenwiderstand einen Schwellwert unterschreitet, und ein zweiter Wert, der größer als der erste Wert ist, eingestellt wird, wenn der Innenwiderstand den Schwellwert überschreitet.

4. Steuerungsverfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß des Innenwiderstands das Vorliegen einer reinen Serienschaltung, einer Parallelschaltung von Batteriezellen und/oder einen Typ von Batteriezellen beinhaltet.

5. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur des Batteriepakets bestimmt wird und die Rate in Abhängigkeit der Temperatur einstellt.

6. Steuerungsverfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handwerkzeugmaschine während des Beschleunigens des Motors eine an dem Stromanschluss anliegende Spannung überwacht, und die Rate verringert wird, wenn die anliegende Spannung einen Schwellwert unterschreitet.

7. Steuerungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromaufnahme aus dem Batteriepaket unterbrochen wird, wenn eine an dem Stromanschluss liegenden Spannung einen weiteren Schwellwert unterschreitet, welcher geringer als der eine Schwellwert ist.

8. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung einen Stromfluss in den Motor mittels einer Pulsweitenmodulation einstellt und das Taktverhältnis in Abhängigkeit der Rate geändert wird.

9. Handwerkzeugmaschine (1) mit einer Werkzeugaufnahme (5) zum Aufnehmen eines Werkzeugs (6), einem Motor (7), der mit der Werkzeugaufnahme (5) zum Antreiben der Werkzeugaufnahme (5) gekoppelt ist, einem Gehäuse (2), in der Motor (7) angeordnet ist, einer Halterung (12) an dem Gehäuse (2), die mit einer mechanischen Verriegelung (13) zum lösbaren Ankoppeln eines Batteriepakets (10) und einem Stromanschluss (14)zum elektrischen Verbinden des Batteriepakets (10) mit dem Motor (7) versehen ist, einer Kommunikationsschnittstelle (24) zum Übermitteln von Eigenschaften des Batteriepakets (10) an eine Motorsteuerung (21), wobei die Motorsteuerung (21) einen Sanftanlauf (23) beinhaltet, die eine Drehzahl des Motors (7) von einem Stillstand bis zu einer Solldrehzahl mit einer Rate beschleunigt, wobei die Motorsteuerung (23) die Rate in Abhängigkeit einer von dem Batteriepaket (10) übermittelten Eigenschaft des Batteriepakets (10) steuert.

10. Handwerkzeugmaschine (1) nach Anspruch 9 mit einem Batteriepaket (10), das einen Informationsspeicher, in dem eine ein Maß für einen Innenwiderstand des Batteriepakets (10) enthaltene Informationseinheit abgespeichert ist, und eine Kommunikationsschnittstelle (24) zum Übertragen der Informationseinheit an die Handwerkzeugmaschine (1) aufweist.

Zeichnung