Elektrowerkzeug mit wiederaufladbarem Energiespeicher

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Elektrowerkzeug wie einen Akkuschrauber, mit einem elektrischen Antriebsmotor (7) zum Antrieb eines Werkzeughalters (4). Der Antriebsmotor (7) ist über einen Schalter (5) mit einem wiederaufladbaren Energiespeicher (6) verbindbar, der an dem Arbeitsgerät (1) auswechselbar gehalten ist. Um für kurze Arbeitszyklen ohne lange Ladezeiten Energie zur Verfügung zu stellen, ist vorgesehen, daß der Energiespeicher (20) im wesentlichen ausschließlich aus miteinander gekoppelten Kondensatoren (22) besteht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein elektrisch betriebenes Arbeitsgerät, insbesondere ein Elektrowerkzeug wie eine Bohrmaschine, einen Schrauber oder dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Derartige Arbeitsgeräte, auch als Akkuschrauber bekannt, weisen einen elektrischen Antriebsmotor zum Antrieb eines Werkzeughalters auf, in den das gewünschte Arbeitswerkzeug eingesteckt wird. Der Antriebsmotor ist über einen Schalter mit einem wiederaufladbaren Energiespeicher verbindbar, der an dem Arbeitsgerät auswechselbar gehalten ist. Der Energiespeicher - meist ein Akkupack - wird regelmäßig vom Arbeitsgerät getrennt in einer Ladestation aufgeladen, wozu meist Zeiträume von 10 bis 12 Stunden notwendig sind. Schnelladefähige Energiespeicher haben verkürzte Ladezeiten von 15 Minuten bis 1 Stunde.

[0003] Übliche Akkupacks, insbesondere NiCd-Zellen haben eine permanente Selbstentladung, so daß die Kapazität mit zunehmender Lagerzeit sinkt. Dies hat im Hobbybereich meist zur Folge, daß immer dann, wenn das Werkzeug benutzt werden soll, der Benutzer feststellen muß, daß der Energiespeicher entladen ist und für die auszuführende Arbeit zunächst geladen werden muß. Dadurch ist ein Einsatz des Elektrowerkzeugs meist nicht vor Ablauf einer Zeitspanne von 15 Minuten bis 1 Stunde möglich.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch betriebenes Arbeitsgerät derart auszubilden, daß auch bei leerem Energiespeicher innerhalb kürzester Zeit der Einsatz des Arbeitswerkzeuges möglich ist.

[0005] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0006] Der Kerngedanke der Erfindung liegt darin, hochleistungsfähige Kondensatoren als rasch aufladbaren Energiespeicher, z.B. als Akkupack zu nutzen. Da Kondensatoren in kurzer Zeit mit hohen Ladeströmen aufladbar sind und bereits nach Sekunden eine erhebliche Energiemenge gespeichert haben, kann mit dem Arbeitsgerät kurzfristig die Arbeit aufgenommen werden. Die Leistungsfähigkeit der Kondensatoren ist ausreichend, um mehrere Schraubvorgänge auszuführen. So können zum Beispiel ohne weiteres etwa fünf bis zehn Schraubvorgänge mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher aus Kondensatoren ordnungsgemäß ausgeführt werden, bevor ein Nachladen nötig ist. Da dieses Nachladen im Sekundenbereich liegt, ist im Hobbybereich die Unterbrechung der Arbeit für ein eventuelles Nachladen ohne weiteres akzeptabel.

[0007] Mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher aus Kondensatoren ist dem Hobbyhandwerker die Möglichkeit gegeben, auch nach langer Ruhephase des Elektrowerkzeuges und der damit einhergehenden Entladung der Zellen eines Akkupacks kurzfristig eine Arbeit aufzunehmen, ohne daß er lange Ladephasen des Akkupacks hinnehmen muß.

[0008] Werden die Kondensatoren zueinander parallel geschaltet, sind hohe Spitzenströme möglich, wobei gleichzeitig Dauerströme von 20 bis 30 A zu erzielen sind. Durch eine Reihenschaltung von parallel geschalteten Kondensatoren mit einer Nennspannung von 2,3 bis 2,5 V kann die Ausgangsspannung z.B. auf 12 V oder 24 V erhöht werden.

[0009] Vorteilhaft ist der Energiespeicher aus Kondensatoren alternativ gegen einen Energiespeicher aus wiederaufladbaren Zellen wie NiCd-Akkus, Li-Akkus, NiMH-Akkus einsetzbar. Hierzu hat zweckmäßig der Energiespeicher aus wiederaufladbaren Zellen und der Energiespeicher aus Kondensatoren die gleiche Geometrie eines Anschlusses, so z.B. eines kontaktierenden Einsteckschuhs.

[0010] Es kann in Weiterbildung der Erfindung auch zweckmäßig sein, Hochleistungskondensatoren neben üblichen Akkuzellen in einem Gehäuse anzuordnen und elektrisch derart zu verschalten, daß zunächst die Kondensatoren und dann die Akkuzellen genutzt werden. In einer Betriebspause können die Kondensatoren auch über die Akkuzellen geladen werden.

[0011] Vorteilhaft sind der Energiespeicher aus wiederaufladbaren Zellen und der Energiespeicher aus Kondensatoren wechselweise in einem gleichen Aufladegerät zu laden. Es können auch zwei Ladeschächte vorgesehen sein, so daß während dem Aufladen und Laden des Energiespeichers aus Kondensatoren permanent der Energiespeicher aus wiederaufladbaren Zellen geladen wird. Auf diese Weise kann auch der Ladezeitraum des üblicherweise eingesetzten Energiespeichers aus wiederaufladbaren Zellen mit dem Energiespeicher aus Kondensatoren überbrückt werden.

[0012] Um eine hohe Leistungsdichte zu erzielen, werden die Kondensatoren mit bis zu 30%, vorzugsweise mit 20% über ihre Nennspannung aufgeladen. Die gespeicherte Ladungsmenge wird so erhöht.

[0013] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung, in der nachfolgend ein im einzelnen beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1

in perspektivischer Ansicht ein elektrisch betriebenes Arbeitsgerät mit einem Energiespeicher aus wiederaufladbaren Zellen,

Fig. 2

eine perspektivische Ansicht eines Energiespeichers aus Kondensatoren.

[0014] Das in Fig. 1 dargestellte elektrisch betriebene Arbeitsgerät ist ein Akkuschrauber 1. Er hat eine im wesentlichen pistolenartige Grundform mit einem Handgriff 3 und einem quer zum Handgriff 3 liegenden Gehäuse 2, in dem ein elektrischer Antriebsmotor 7 angeordnet ist. Der elektrische Antriebsmotor 7 treibt zweckmäßig über ein Getriebe einen Werkzeughalter 4 an, der im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Bithalter für Werkzeuge 8 ist.

[0015] Im Gehäuse des Handgriffs 3 ist ein Schalter 5 vorgesehen, über den der Elektromotor 7 mit einem am Handgriff lösbar befestigten Energiespeicher 6 zu verbinden ist.

[0016] Der Energiespeicher 6 besteht aus einem Gehäuse, das auf seiner dem Griff 3 zugewandten Seite einen Einsteckschuh 9 aufweist, in den das freie Ende 10 des Griffes formschlüssig gehalten einrastbar ist. In der in Fig. 1 gezeigten Raststellung ist der Energiespeicher 6 über im Einsteckschuh 9 und im freien Ende 10 des Griffes 3 angeordnete elektrische Kontakte und über den Schalter 5 mit dem Antriebsmotor 7 verbunden.

[0017] In Fig. 1 sind im Gehäuse des Energiespeichers 6 eine Vielzahl von wiederaufladbaren Zellen 11 angeordnet, wie gestrichelt dargestellt. Diese Einzelzellen 11 werden elektrisch miteinander verschaltet, um einen Akkupack der gewünschten Spannung und der gewünschten Leistungsfähigkeit zu erhalten. Die Zellen 11 können dabei stehend im Gehäuse des Energiespeichers 6 angeordnet werden, wobei ihre Längsachse 12 dann etwa zur Längsachse des Griffes 3 ausgerichtet liegt. Zweckmäßig kann auch eine liegende Anordnung der Kondensatoren sein.

[0018] Die wiederaufladbaren Zellen können NiCd-Zellen, Li-Zellen oder NiMH-Zellen sein. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist an Stelle des Energiespeichers 6 in Fig. 1 oder wechselweise für diesen ein Energiespeicher 20 vorgesehen, dessen Gehäuse 21 gleiche Baugröße aufweist, wie das Gehäuse des Energiespeichers 6 in Fig. 1. In gleicher Weise weist das Gehäuse 21 auf seiner dem Griff 3 zugewandten Flachseite einen Einsteckschuh 9 auf, in den das freie Ende 10 des Griffes 3 unter Schließen elektrischer Kontakte formschlüssig einrastbar ist. Das Gehäuse 21 des Energiespeichers 20 ist somit unverlierbar fest, aber lösbar am Handgriff 3 des Arbeitsgerätes 1 gehalten.

[0019] Der Energiespeicher 20 nach Fig. 2 besteht aus im Gehäuse 21 angeordneten Kondensatoren 22, die in geeigneter Weise miteinander gekoppelt sind. Ein Kondensator kann auf eine Eigenspannung von z.B. 2,3 V bis 2,5 V aufgeladen werden, wobei ein einzelner Kondensator eine Kapazität von mehr als 50 Farad aufweist. 100 Farad ist eine vorteilhafte Größe. Zur Erzielung einer Dauerstromfähigkeit von 20 bis 30 A sowie vorzugsweise einer Spitzenlast von bis zu 80 A sind mehrere insbesondere baugleiche Kondensatoren zueinander parallel geschaltet. Die Kondensatoren 22 mit einer Kapazität von mehr als 50 F sind so bemessen, daß sie den elektrischen Energiebedarf des Antriebsmotors 7 für mehrere Schraubzyklen decken. Vorzugsweise ist die Auslegung so getroffen, daß etwa fünf Schraubzyklen, vorzugsweise bis zu zehn Schraubzyklen mit Schrauben 5x40 mm in Weichholz möglich sind. Auch ist eine Nutzung zum Betrieb einer Akkuleuchte möglich, wobei Betriebszeiten von 5 Minuten und mehr erreichbar sind.

[0020] Aufgrund der technischen Eigenschaften der Kondensatoren 22 ist der Energiespeicher 20 in weniger als 1 Minute, vorzugsweise innerhalb von 10 bis 30 Sekunden aufladbar. Dies kann in einem angepaßten Ladegerät geschehen, wobei zweckmäßig der Energiespeicher 6 aus wiederaufladbaren Zellen 11 und der Energiespeicher 20 aus Kondensatoren 22 vorzugsweise wechselweise in einem gleichen Aufladegerät zu laden sind. Es kann zweckmäßig sein, ein Ladegerät mit zwei Ladeschächten vorzusehen, welche jeweils elektrisch an den zu ladenden Energiespeicher 6 bzw. 20 angepaßt sind.

Ansprüche

1. Elektrisch betriebenes Arbeitsgerät, insbesondere Elektrowerkzeug wie Bohrmaschine, Schrauber oder dgl., mit einem elektrischen Antriebsmotor (7) zum Antrieb eines Werkzeughalters (4), wobei der Antriebsmotor (7) über einen Schalter (5) mit einem wiederaufladbaren Energiespeicher (6, 20) verbindbar ist, der an dem Arbeitsgerät (1) auswechselbar gehalten ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (20) im wesentlichen ausschließlich aus miteinander gekoppelten Kondensatoren (22) besteht.

2. Arbeitsgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise baugleich ausgeführten Kondensatoren (22) zueinander in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.

3. Arbeitsgerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren eine Kapazität von mehr als 50 F haben.

4. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (20) aus Kondensatoren (22) in einem Bereich von etwa 20 bis 30 A dauerlastfähig ist und eine Spitzenlastfähigkeit von 80 A aufweist.

5. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (20) aus Kondensatoren (22) in weniger als 1 Minute, vorzugsweise innerhalb von 10 bis 30 Sekunden aufladbar ist.

6. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (20) aus Kondensatoren (22) alternativ gegen einen Energiespeicher (6) aus wiederaufladbaren Zellen wie NiCd-Akkus, Li-Akkus, NiMH-Akkus oder dgl. austauschbar ist.

7. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (20) aus Kondensatoren (22) parallel zu einem Energiespeicher (6) aus wiederaufladbaren Zellen geschaltet ist.

8. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (6) aus wiederaufladbaren Zellen (11) und der Energiespeicher (20) aus Kondensatoren (22) etwa gleiche Anschlußgeometrie des Einsteckschuhs haben.

9. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (6) aus wiederaufladbaren Zellen (11) und der Energiespeicher (20) aus Kondensatoren (22) vorzugsweise wechselweise in einem gleichen Aufladegerät zu laden sind.

10. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren mit bis zu 30% über ihre Nennspannung, vorzugsweise mit etwa 20% über ihre Nennspannung aufladbar sind.

Zeichnung