Handwerkzeugmaschine mit einem elektronisch kommutierten Elektromotor

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine (10) mit mindestens einem auf mindestens eine Motorwelle (18) wirkenden elektromotorischen Antrieb (16), der von einem ersten Gehäuseteil (14) aufgenommen ist, mit mindestens einer Abtriebswelle (20) zum oszillierenden Antrieb eines Werkzeugs, wobei die Motorwelle (18) und das erste Gehäuseteil (14) eine erste gemeinsame Achse (19) definieren, sowie mindestens einem zweiten Gehäuseteil (23), das dazu vorgesehen ist, eine wiederaufladbare Batterie (25) aufzunehmen, wobei die wiederaufladbare Batterie (25) und das zweite Gehäuseteil (23) eine zweite gemeinsame Achse (27) definieren. Es wird vorgeschlagen, dass der elektromotorische Antrieb (16) als elektronisch kommutierter Elektromotor (16) ausgeführt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Handwerkzeugmaschine mit einem elektronisch kommutierten Elektromotor.

Stand der Technik

[0002] Aus der DE 10 2007 018 464 A1 ist eine elektromotorisch angetriebene Werkzeugmaschine bekannt, die eine Antriebswelle und eine Werkzeugwelle aufweist, auf der das Werkzeug aufgenommen ist. Die Drehbewegung der Antriebswelle wird über eine Koppeleinrichtung auf die Werkzeugwelle übertragen. Die Antriebswelle ist dabei in Drehlagern im Gehäuse der Werkzeugmaschine drehbar aufgenommen, wobei die Koppeleinrichtung im Abschnitt zwischen den beiden Drehlagern an der Antriebswelle angreift.

Offenbarung der Erfindung

[0003] Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, besonders leistungsfähig, effizient und wartungsarm zu sein. Dies wird erreicht, indem mindestens ein auf eine Motorwelle wirkender elektromotorischen Antrieb als elektronisch kommutierter Elektromotor ausgeführt ist. Elektronisch kommutierte Elektromotoren zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad bei Verschleißfreiheit aus. Vorteilhafterweise wird der elektronisch kommutierte Elektromotor von einem ersten Gehäuseteil aufgenommen. Die Motorwelle und das erste Gehäuseteil definieren eine erste gemeinsame Achse. Vorteilhafterweise ist ein zweites Gehäuseteil dazu vorgesehen, eine wiederaufladbare Batterie aufzunehmen, wobei die wiederaufladbare Batterie und das zweite Gehäuseteil eine zweite gemeinsame Achse definieren.

[0004] Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Handwerkzeugmaschine nach dem unabhängigen Anspruch 1 möglich.

[0005] Vorteilhafterweise liegt die erste Achse in einem Winkel a zur zweiten Achse, der ungefähr 90° beträgt. Dadurch ist eine unter ergonomischen Gesichtspunkten gute Handhabbarkeit der Handwerkzeugmaschine möglich.

[0006] Eine Abtriebswelle trägt das Werkzeug. Vorteilhafterweise sind die Motorwelle und die Abtriebswelle parallel zueinander angeordnet sind. Dadurch ist eine kompakte Bauweise möglich. Die Motorwelle und die Abtriebswelle können aber auch in einem Winkel zueinander angeordnet sein, der zwischen -30 und 30°, besonders zwischen -10 und 10°, bevorzugt aber zwischen -3,0 und 3,0° liegt.

[0007] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der elektronisch kommutierte Elektromotor einen Durchmesser d₁ auf, der zwischen 25 und 60 mm, besonders zwischen 32 und 55 mm, bevorzugt aber zwischen 37 und 51 mm liegt. Der Einsatz eines leistungsfähigen elektromotorischen Antriebs ermöglicht eine hohe Effizienz des elektromotorischen Antriebs bei gleichzeitig kompakter Bauweise der Handwerkzeugmaschine.

[0008] Vorteilhafterweise ist mindestens ein Koppel-/Verbindungselement dazu vorgesehen, eine Drehbewegung der Motorwelle in eine Schwenkbewegung der Abtriebswelle zu übertragen.

[0009] Vorteilhafterweise liegt die oszillierende Pendelbewegung in einem Winkelbereich zwischen 0,4 und 2,5°, besonders zwischen 0,8 und 1,6°, bevorzugt aber zwischen 1 und 1,4°. Es werden bis zu 30000 Pendelbewegungen in einer Sekunde ausgeführt, besonders aber 25000 Pendelbewegungen in einer Sekunde, bevorzugt aber bis zu 20000 Pendelbewegungen in einer Sekunde.

[0010] Es wird vorgeschlagen, dass das Koppel-/Verbindungselement mindestens ein Koppelglied aufweist, das als geschlossenes Koppelglied ausgeführt ist. Dadurch ist eine besonders robuste Bewegungsübertragung von der Motorwelle auf die Abtriebswelle gewährleistet.

[0011] Vorteilhafterweise sind mindestens ein erstes Lager und ein zweites Lager dazu vorgesehen, die Motorwelle drehbar aufzunehmen. Ein drittes Lager und ein viertes Lager sind dazu vorgesehen, die Abtriebswelle drehbar aufzunehmen. Diese Ausführung weist den Vorteil auf, dass die Wellen sehr steif im ersten Gehäuseteil der Handwerkzeugmaschine gelagert und die auf die Wellen wirkenden Kräfte in das erste Gehäuseteil geleitet werden können.

[0012] Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein Lagerelement dazu vorgesehen ist, das erste Lager und das dritte Lager insbesondere miteinander zu verbinden und damit eine hohe Stabilität des Lagersystems zu gewährleisten.

[0013] Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Lagerelement als separates Bauteil gegenüber dem ersten Gehäuse ausgeführt ist.

[0014] Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.

Zeichnungen

[0015] In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine und eines Koppel-/Verbindungselement gezeigt.

[0016] Es zeigen:

Figur 1

eine Teilansicht der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine in schematischer Darstellung,

Figur 2

ein Koppel-/Verbindungselement in Detailansicht,

Figur 3

eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine in schematischer Darstellung,

Figur 4

eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine in schematischer Darstellung,

Figur 5

eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine in schematischer Darstellung,

Figur 6

eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine in schematischer Darstellung.

Beschreibung

[0017] In Figur 1 ist eine Handwerkzeugmaschine 10 dargestellt. In einem ersten Gehäuseteil 14 ist ein elektromotorischer Antrieb 16 angeordnet, der eine Motorwelle 18 antreibt. Eine Abtriebswelle 20 trägt ein nicht näher dargestelltes oszillierend anzutreibendes Werkzeug. Die Motorwelle 18 und das erste Gehäuseteil definieren eine erste gemeinsame Achse 19, die koaxial zur Motorwelle 18 liegt. Ein zweites Gehäuseteil 23 schließt sich an das erste Gehäuseteil 14 an. das erste Gehäuseteil 14 und das zweite Gehäuseteil 23 können einstückig oder als separate Bauteileinheiten ausgeführt sein.

[0018] Das zweite Gehäuseteil 23 dient einem Benutzer der Handwerkzeugmaschine 10 als Handgriff oder ist als Handgriff ausgebildet. Unter dem Begriff "Handgriff" soll ein Bauteil verstanden werden, um das zumindest teilweise eine Hand eines Bedieners gelegt werden kann, um die Handwerkzeugmaschine 10 zu führen.

[0019] Das zweite Gehäuseteil 23 ist zum Einschub einer wiederaufladbaren Batterie 25 vorgesehen. Zusammen mit der wiederaufladbaren Batterie definiert das zweite Gehäuseteil 23 eine zweite Achse 27, die koaxial zur Einschubrichtung der wiederaufladbaren Batterie 25 liegt.

[0020] Im Ausführungsbeispiel ist der elektromotorische Antrieb 16 als elektronisch kommutierter Elektromotor 16 ausgeführt. Elektromotoren dieser Art können als Innenläufermotoren oder Außenläufermotoren ausgeführt sein. Im Ausführungsbeispiel in Figur 1 ist der elektronisch kommutierte Elektromotor 16 ein Innenläufermotor.

[0021] Wie in Figur 1 ersichtlich steht die erste Achse 19 in einem Winkel a zur zweiten Achse 27, der ungefähr 90° beträgt. Die Winkelangabe berücksichtigt keine möglichen Toleranzen in der Winkelangabe.

[0022] Die Motorwelle 18 und die Abtriebswelle 20 sind parallel zueinander angeordnet. Die Motorwelle 18 und die Abtriebswelle 20 können aber auch in einem Winkel zueinander angeordnet sein, der zwischen -30 und 30°, besonders zwischen -10 und 10°, bevorzugt aber zwischen -3,0 und 3,0° liegt. Die Winkelangabe berücksichtigt keine möglichen Toleranzen in der Winkelangabe.

[0023] Der elektronisch kommutierter Elektromotor 16 weist in der erfindungsgemäßen Ausführungsform einen Durchmesser d₁ auf, der zwischen 25 und 60 mm, besonders zwischen 32 und 55 mm, bevorzugt aber zwischen 37 und 51 mm liegt.

[0024] Die Drehbewegung der Motorwelle 18 wird über ein Koppel-/Verbindungselement 22 auf die Abtriebswelle 20 übertragen. Das Koppel-/Verbindungselement 22 ist zwischen der Motorwelle 18 und der Abtriebswelle 20 angeordnet. Mit Hilfe des Koppel-/Verbindungselement 22 wird die rotierende Bewegung der Motorwelle 18 in eine oszillierende Pendelbewegung der Abtriebswelle 20 übertragen.

[0025] In der erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das Koppel-/Verbindungselement 22 ein Verbindungsglied 24 auf, das drehfest mit der Abtriebswelle 20 verbunden ist. Ein Exzenterelement 26 ist drehfest mit der Motorwelle 18 verbunden. Das Exzenterelement 26 kann einstückig mit der Motorwelle 18 verbunden sein. Das Koppel-/Verbindungselement 22 weist außerdem ein Koppelglied 28 auf. Das Koppelglied 28 ist insbesondere geschlossen ausgeführt. Zwischen dem Exzenterelement 26 und dem Koppelglied 28 ist ein Kugellager 30 angeordnet. Das Koppelglied 28 umschließt zumindest teilweise das Kugellager 30. Es ist aber auch denkbar, dass das Koppelglied 28 zumindest teilweise das Exzenterelement 26 umschließt. Die bezogen auf die erste Drehachse 19 der Motorwelle 18 exzentrische Bewegung des Exzenterelements 26 wird vom Koppelglied 28 aufgenommen und in eine oszillierende Pendelbewegung um die Drehachse der Abtriebswelle 20 umgesetzt. Figur 2 zeigt das Koppel-/Verbindungselement 22 in Detailansicht.

[0026] Die oszillierende Pendelbewegung liegt in einem Winkelbereich zwischen 0,4 und 2,5°, besonders zwischen 0,8 und 1,6°, bevorzugt aber zwischen 1 und 1,4°. Es werden bis zu 30000 Pendelbewegungen in einer Sekunde ausgeführt, besonders aber 25000 Pendelbewegungen in einer Sekunde, bevorzugt aber bis zu 20000 Pendelbewegungen in einer Sekunde.

[0027] Wie aus Figur 1 ersichtlich, wird die Motorwelle 18 an ihrer dem Werkzeug zugewandten Stirnseite in einem ersten Lager 32 drehbar aufgenommen und auf ihrer dem Werkzeug abgewandten Seite in einem zweiten Lager 33 drehbar aufgenommen. Das erste Lager 32 ist auf der dem Werkzeug zugewandten Seite benachbart zum Koppelglied 28 angeordnet. Die Abtriebswelle 20 ist an ihrer dem Werkzeug zugewandten Stirnseite in einem dritten Lager 34 drehbar aufgenommen und auf ihrer dem Werkzeug abgewandten Seite in einem vierten Lager 35 drehbar aufgenommen. Das zweite Lager ist auf der dem Werkzeug zugewandten Seite benachbart zum Verbindungsglied 24 angeordnet.
Die beiden Lager 32, 34 sind über eine Lagerplatte 36 miteinander verbunden. Die Lagerplatte 36 ist dabei als separates Bauteil gegenüber dem ersten Gehäuseteil 14 ausgeführt. Die Lagerplatte 36 ist aus einem Metall- oder einem Verbundwerkstoff aufgebaut, womit die Festigkeit erhöht werden kann.

[0028] Die vier Lager 32, 33, 34, 35 können als Fest- oder Loslager ausgeführt sein.

[0029] Ein Schaltelement 38 ist dazu vorgesehen, die Handwerkzeugmaschine 10 einzuschalten. Das Schaltelement 38 ist im Ausführungsbeispiel als Schaltschieber ausgeführt. Bei Betätigung des Schaltschiebers wird ein interner Schalter 40 betätigt, der eine Elektronik 42 einschaltet. Die Elektronik 42 bestromt und/oder regelt und/oder steuert den elektronisch kommutierten Elektromotor 16. Der Schalter 40 und die Elektronik 42 werden vom zweiten Gehäuseteil 23 aufgenommen.

[0030] Da bei Handwerkzeugmaschinen 10 mit elektronisch kommutierten Elektromotoren 16 die Elektronik 42 leistungsfähiger und von Größe und Volumen größer ausgelegt ist als bei Bürstenmotoren, spielt die Kühlung eine immer wichtigere Rolle und hat die Notwendigkeit einer optimalen Kühlung zur Folge. Die Kühlung kann passiv oder aktiv ausgeführt sein. Bei der passiven Kühlung erfolgt der Abtransport der thermischen Energie durch Konvektion. Bei aktiver Kühlung wird die thermische Energie der zu kühlenden Komponente mit Hilfe eines Kühlsystems abtransportiert.

[0031] Im Ausführungsbeispiel ist das Kühlsystem ein Lüfter 44. Der Lüfter 44 ist auf der Motorwelle 18 angebracht und zwischen dem elektronisch kommutierten Elektromotor 16 und dem Exzenterelement 26 angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass der Lüfter 44 nicht an der Motorwelle 18 angebracht ist, sondern über Elemente wie Riemen oder Zahnräder mit der Motorwelle 18 verbunden ist. Genauso gut ist es denkbar, dass andere Kühlsysteme wie Peltierelemente, Kühlkörper, zusätzliche Aktoren mit Luftführungselementen oder dergleichen zum Einsatz kommen.

[0032] Im Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 und 3 ist die Handwerkzeugmaschine 10 als batteriebetriebene Handwerkzeugmaschine 10 ausgebildet. Wie in Figur 1 ersichtlich, ist am zweiten Gehäuseteil 23 der Handwerkzeugmaschine 10 zumindest teilweise die wiederaufladbare Batterie 25 angeordnet. Dabei ist ein Großteil einer Batterielänge I_B in das zweite Gehäuseteil 23 integriert. Die Einschubrichtung der wiederaufladbaren Batterie 25 liegt hierbei koaxial zur zweiten Achse 27.

[0033] Wie in Figur 3 ersichtlich, ist am zweiten Gehäuseteil 23 der Handwerkzeugmaschine 10 zumindest teilweise die wiederaufladbare Batterie 25 angeschlossen. Dabei ist ein Großteil einer Batterielänge I_B außerhalb des zweiten Gehäuseteils 23 angeordnet. Eine die wiederaufladbare Batterie 25 durchdringende Batterieachse 29 der wiederaufladbaren Batterie 25 liegt hierbei winklig, insbesondere rechtwinklig zur zweiten Achse 27.

[0034] Die Batteriespannung liegt in einem Bereich zwischen 3,6 und 36 V, insbesondere zwischen 7,2 und 18 V. Bevorzugt beträgt die Batteriespannung aber 10,8 V. Die Werte der Batteriespannung berücksichtigen nicht mögliche Batteriespannungsschwankungen.

[0035] Die wiederaufladbare Batterie 25 besteht insbesondere aus Lithium Ionen Batteriezellen. Die wiederaufladbare Batterie 25 umfasst dabei eine oder mehrere Reihen von Batteriezellen, die wiederum parallel zueinander geschaltet sind. Lithium Ionen Akkus zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte und eine thermische Stabilität auch bei hohen Belastungen aus, was eine hohe Leistung bedeutet. Ein weiterer großer Vorteil ist die geringe Selbstentladung, die bewirkt, dass auch die Akkus auch bei längeren Standzeiten einsatzbereit sind. Aus diesen Vorteilen ergeben sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Anwendung, insbesondere dass die Handwerkzeugmaschine 10 in ihren Abmessungen einerseits klein und kompakt werden kann und andererseits hohe Leistungen bringt.

[0036] Es ist denkbar, dass eine Batteriespannungsanzeige im Handgriffbereich integriert ist. Die Batteriespannungsanzeige kann dazu vorgesehen sein, eine Höhe der Batteriespannung optisch anzuzeigen. Dies kann mit Hilfe von farblichen LED, aufblinkenden LED, digitalen Anzeigeelementen, LCD und dergleichen geschehen.

[0037] Figur 4 zeigt die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine 10 als netzbetriebene Handwerkzeugmaschine 10. Am zweiten Gehäuseteil 23 der Handwerkzeugmaschine 10 ist ein nicht vollständig dargestelltes Netzkabel 49 angebracht. Im Ausführungsbeispiel in Figur 4 dient das Netzkabel als Energiequelle für die Handwerkzeugmaschine 10.

[0038] Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine 10 mit montiertem Bearbeitungswerkzeug 46. Eine Beleuchtungsvorrichtung 48 ist an einer dem Bearbeitungswerkzeug 46 zugewandten Seite des ersten Gehäuseteils 14 stirnseitig angeordnet. Die Beleuchtungsvorrichtung 48 kann ein Arbeitsfeld ausleuchten, aber auch optische Informationen auf das Bearbeitungswerkzeug 46 projizieren. Die Beleuchtungsvorrichtung 48 kann sowohl eine einzelne LED, als auch mehrere LEDs aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtung 48 kann aber auch als Projektionsvorrichtung ausgeführt sein.

[0039] Eine Stellvorrichtung 50 ist an einer unteren Seite 51 des zweiten Gehäuseteils 23 angeordnet. Die Stellvorrichtung 50 ist dazu vorgesehen, eine Drehzahl und/oder einen Betriebsmodus, wie beispielsweise einen Energiesparmodus oder einen Boostmodus zu stellen.

[0040] Eine Aufnahmeelement 52 ist ebenfalls an der unteren Seite 51 des zweiten Gehäuseteils 23 angeordnet. Das Aufnahmeelement nimmt ein Werkzeug 54 auf, das für einen Wechsel des Bearbeitungswerkzeugs 46 vorgesehen ist.

[0041] Figur 6 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine 10 mit einem Druckelement 55, welches dazu vorgesehen ist, einen werkzeuglosen Wechsel des Bearbeitungswerkzeugs 46 zu ermöglichen.

Ansprüche

1. Handwerkzeugmaschine (10) mit mindestens einem auf mindestens eine Motorwelle (18) wirkenden elektromotorischen Antrieb (16), der von einem ersten Gehäuseteil (14) aufgenommen ist, mit mindestens einer Abtriebswelle (20) zum oszillierenden Antrieb eines Werkzeugs, wobei die Motorwelle (18) und das erste Gehäuseteil (14) eine erste gemeinsame Achse (19) definieren, sowie mindestens einem zweiten Gehäuseteil (23), das dazu vorgesehen ist, eine wiederaufladbare Batterie (25) aufzunehmen, wobei die wiederaufladbare Batterie (25) und das zweite Gehäuseteil (23) eine zweite gemeinsame Achse (27) definieren, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb (16) als elektronisch kommutierter Elektromotor (16) ausgeführt ist.

2. Handwerkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Achse (19) in einem Winkel a zur zweiten Achse (27) steht, der ungefähr 90° beträgt.

3. Handwerkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (18) und die Abtriebswelle (20) winklig zueinander, insbesondere parallel zueinander angeordnet sind.

4. Handwerkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronisch kommutierter Elektromotor (16) einen Durchmesser d_i aufweist, der zwischen 25 und 60 mm, besonders zwischen 32 und 55 mm, bevorzugt aber zwischen 37 und 51 mm liegt.

5. Handwerkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erstes Lager (32) dazu vorgesehen ist, die Motorwelle (18) um die erste Achse (19) drehbar zu lagern.

6. Handwerkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres Lager (34) dazu vorgesehen ist, die Abtriebswelle (20) drehbar zu lagern.

7. Handwerkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lagerplatte (36) dazu vorgesehen ist, mindestens das erste Lager (32) und ein weiteres Lager (34) insbesondere miteinander zu verbinden.

8. Handwerkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerplatte (36) insbesondere als separates Bauteil gegenüber dem ersten Gehäuseteil (14) ausgeführt ist.

9. Handwerkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handwerkzeugmaschine (10) als batteriebetriebene Handwerkzeugmaschine (10) ausgeführt ist.

Zeichnung