[0001] Die Erfindung betrifft eine Handwerkzugmaschine mit einem elektronisch kommutiertem
Elektromotor und einer integrierten Elektronik.
Stand der Technik
[0002] Aus dem Stand der Technik sind Handwerkzeugmaschinen, insbesondere Winkelschliefer
mit elektronisch kommutiertem Elektromotor und eingebauter Elektronik bekannt. Solche
Handwerkzeugmaschinen liegen in mannigfaltigen Größen und Leistungsklassen vor. Die
Auslegung gestaltet sich oft schwierig, weil insbesondere die geometrischen Größen
der Bauteile, sowie die einzubauenden Massen zu ergonomisch ungünstig zu handhabenden
Handwerkzeugen führen.
Offenbarung der Erfindung
[0003] Erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschinen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche
haben dem gegenüber den Vorteil einer optimal ausgelegten Ergonomie, Handhabbarkeit
und Bedienerfreundlichkeit.
[0004] Vorteilhafterweise weist eine motorische Antriebseinheit einen elektronisch kommutierten
Elektromotor auf. Die Kommutierung erfolgt bei elektronisch kommutierten Elektromotoren
mit Hilfe einer Elektronik. Dadurch weisen elektronisch kommutierte Elektromotoren
eine höhere Lebensdauer und eine höhere Leistungsfähigkeit auf als Elektromotoren,
deren Kommutierung mit Hilfe von Kohlebürsten geschieht. Durch Verzicht auf die Kohlebürsten
ist der Verschleiß der elektronisch kommutierten Elektromotoren gering.
[0005] Eine besonders ergonomische Handwerkzeugmaschine ergibt sich, wenn das Verhältnis
eines Gewichts der Handwerkzeugmaschine M
HWZM zur Nennleistung P
N optimal ausgelegt ist. Die Nennleistung ist die Leistung, die im Dauerbetrieb der
Handwerkzeugmaschine aufgenommen und in der Handwerkzeugmaschine umgesetzt wird. Die
von der Handwerkzeugmaschine abgegebene Leistung ist um einen Wirkungsgrad kleiner.
Somit ist die Nennleistung ein Maß für die Leistungsfähigkeit der Handwerkzeugmaschine.
Ein im Verhältnis zur Nennleistung optimales Gewicht der Handwerkzeugmaschine hat
ein in der Leistungsklasse der Handwerkzeugmaschine ermüdungsarmes Arbeiten eines
Bedieners zur Folge. Es ist von Vorteil, wenn in einem Leistungsbereich von 0 bis
1200 W das Verhältnis des Gewichts der Handwerkzeugmaschine M
HWZM zur Nennleistung P
N maximal 0,75 g/W * P
N + 1200 g ist. Bei Leistungen größer 1200 W sollte das Verhältnis des Gewichts der
Handwerkzeugmaschine M
HWZM zur Nennleistung 2,2 * P
N - 540 g nicht überschreiten. Damit ist die Handwerkzeugmaschine unter ergonomischen
Gesichtspunkten optimal ausgelegt.
[0006] Von Vorteil ist es ebenfalls, ein optimales Verhältnis eines Gewichts des elektronisch
kommutierten Elektromotors M
EKM zur Nennleistung P
N zu wählen. In einem Leistungsbereich zwischen 0 und 600 W sollte das Verhältnis des
Gewichts des elektronisch kommutierten Elektromotors M
EKM zur Nennleistung P
N nicht größer als 0,8 g/W sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn es zwischen 0,8
g/W und 0,4 g/W liegt. Ist die Nennleistung größer als 600 W, sollte das Verhältnis
des Gewichts des elektronisch kommutierten Elektromotors zur Nennleistung 0,3 g/W
* PN + 300 g nicht überschreiten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn es zwischen 0,3
g/W * P
N + 300 g und 0,15 g/W * P
N + 150 g liegt. In dem genannten von der Leistung abhängigen Bereich ist die Handwerkzeugmaschine
optimal hinsichtlich Größe, Gewicht und Schwerpunkt des elektronisch kommutierten
Elektromotors ausgelegt. Für den Bediener bedeutet dies unter ergonomischen Gesichtspunkten
eine hohe Anwenderfreundlichkeit.
[0007] Weiterhin ist es vorteilhaft, ein Volumen der Elektronik zum Volumen des elektronisch
kommutierten Elektromotors optimal auszulegen. Das Verhältnis des Volumens der Elektronik
zum Volumen des elektronisch kommutierten Elektromotors sollte mindestens 0,7, maximal
aber 1,6 betragen. Verhältnisse zwischen 0,7 und 1,6 sind optimal hinsichtlich Leistungsfähigkeit
der Handwerkzeugmaschine und Leistungsfähigkeit der Elektronik, die den elektronisch
kommutierten Elektromotor bestromt.
[0008] Idealerweise überschreitet das Verhältnis des Volumens des elektronisch kommutierten
Elektromotors zur Nennleistung den Wert 100 mm
3/W nicht. Dadurch werden Bauraum und Materialkosten reduziert.
[0009] Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine einen Wirkungsgrad
zwischen 65% und 97%, besonders aber zwischen 65% und 90% auf. Der Wirkungsgrad errechnet
sich aus dem Quotienten von aufgenommener Leistung zu an der Spindel abgegebener Leistung.
In dem Bereich ergibt sich eine hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Kosten optimale
Handwerkzeugmaschine.
[0010] Vorteilhafterweise beträgt eine Kühlleistung P
K einen Bruchteil der Nennleistung P
N, wobei P
K = k * P
N und wobei k<0,1 ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn k<0,075 ist. Somit ergibt
sich eine leistungsfähige und energetisch günstige Handwerkzeugmaschine. Bei guter
Kühlung der Komponenten, arbeitet die Handwerkzeugmaschine effizient.
[0011] Liegt das Verhältnis des Durchmessers der Schleifscheibe d
Scheibe zur Nennleistung P
N in einem Leistungsbereich von 0 bis 1000 W bei maximal 0,09 mm/W * P
N + 55 mm und bei größer 1000 W maximal bei 0,2 mm/W * P
N - 60 mm, arbeitet die Elektronik und/oder der elektronisch kommutierte Elektromotor
in ihrem/seinem optimalen Leistungsbereich. Die Elektronik ist in der Lage, dem elektromotorischen
Antrieb die geforderte Leistung/den Strom zu liefern ohne jedoch durch Überlast zu
überhitzen.
[0012] Ein weiterer Aspekt hinsichtlich optimaler Auslegung der Handwerkzeugmaschine 10
liegt in einem Verhältnis eines Durchmessers des elektronisch kommutierten Elektromotors
22 d
Motor zum Durchmesser der Schleifscheibe d
Scheibe. Optimalerweise beträgt der Durchmesser d
Motor des elektronisch kommutierten Elektromotors 22 ≤ 0,27 * d
Scheibe + 10, maximal aber 0,37 * d
Scheibe + 5.
[0013] Das Volumen des elektronisch kommutierten Elektromotors 22 V
Motor beträgt optimalerweise V
Motor ≤ 0,014 * d
Scheibe3 + 7500. Das Volumen des elektronisch kommutierten Elektromotors (22) V
Motor sollte maximal 0,019 * d
Scheibe3 + 18000 betragen.
[0014] Vorteilhafterweise ist das Verhältnis eines Durchmessers des Handgriffs zur Nennleistung
P
N mindestens durch 0,0125 mm/W * P
N + 25 mm definiert, maximal aber durch 0,0215 mm/W * P
N + 50 mm. Der Bediener kann in der jeweiligen Leistungsklasse den Handgriff sehr gut
umgreifen. Damit ist eine sehr gute Handhabbarkeit der Handwerkzeugmaschine bezogen
auf ihre Nennleistung erreicht.
[0015] Ist der elektronisch kommutierte Elektromotor ein bürstenloser Elektromotor, kann
die Lebensdauer und die Leistungsfähigkeit des elektromotorischen Antriebs verbessert
werden. Durch Verzicht auf die für die Kommutierung benötigten Kohlebürsten, ist der
Verschleiß der elektrisch kommutierten Elektromotoren gering.
[0016] Verfügt die Handwerkzeugmaschine über eine Netzanschlussanleitung, werden vorteilhafterweise
hohe Leistungsklassen erzielt.
[0017] Vorteilhaft ist es auch, wenn ein Gerätegehäuse eine von einem Zylinder abweichende
Form aufweist. Dadurch kann die Handwerkzeugmaschine gut umgriffen werden. Außerdem
wird der Bauraum für Elemente wie innere Leitungen und Elektronik effektiv genutzt.
[0018] Die genannten Vorteile gelten insbesondere, wenn die Handwerkzeugmaschine als Winkelschleifer
ausgebildet ist.
Zeichnungen
[0019] In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine
dargestellt. In Kenntnis der erfindungswesentlichen Parameter und deren Relationen
zueinander wird der Fachmann beim Auslegen einer neuen Handwerkzeugmaschine die für
seinen Handwerkzeugmaschinentyp relevanten, in den unabhängigen Ansprüchen genannten
Parameter und Verhältnisse entsprechend kombinieren.
[0020] Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine,
Figur 2 ein erstes Diagramm, in dem das Verhältnis eines Gewichts der Handwerkzeugmaschine
zur Nennleistung dargestellt ist,
Figur 3 ein zweites Diagramm, in dem das Verhältnis eines Gewichts eines elektronisch
kommutierten Elektromotors zur Nennleistung dargestellt ist,
Figur 4 ein drittes Diagramm, in dem das Verhältnis einer Kühlleistung zur Nennleistung
dargestellt ist,
Figur 5 ein viertes Diagramm, in dem das Verhältnis eines Durchmessers einer Schleifscheibe
zur Nennleistung dargestellt ist,
Figur 6 ein fünftes Diagramm, in dem das Verhältnis eines Volumens des elektronisch
kommutierten Elektromotors zum Durchmessers der Schleifscheibe dargestellt ist,
Figur 7 ein sechstes Diagramm, in dem das Verhältnis eines Durchmessers des elektronisch
kommutierten Elektromotors zum Durchmessers der Schleifscheibe dargestellt ist
Figur 8 ein siebentes Diagramm, in dem das Verhältnis eines Durchmessers eines Handgriffs
zur Nennleistung dargestellt ist
Beschreibung
[0021] Die der Erfindung zugrundeliegende Handwerkzeugmaschine 10 ist in Figur 1 als Winkelschleifer
dargestellt.
[0022] Eine Handwerkzeugmaschine 10 dieser Art weist eine Antriebseinheit 12 und ein Gerätegehäuse
14 auf. Das Gerätegehäuse 14 weist ein Motorgehäuse 16 und ein Getriebegehäuse 18
auf. Das Getriebegehäuse 18 beherbergt ein Getriebe 20, das in dieser Ausführung ein
Winkelgetriebe darstellt. Die Antriebseinheit 12 schließt das Getriebe 20 und einen
elektronisch kommutierten Elektromotor 22 ein. Das Motorgehäuse 16 ist als Handgriff
24 ausgebildet und erstreckt sich in eine vom Getriebegehäuse 18 abgewandte Richtung.
In einer anderen Bauart kann sich ein Handgriff auch an das Motorgehäuse anschließen.
Aus dem Getriebegehäuse 18 ragt eine Spindel 26, an der ein Bearbeitungswerkzeug 28
fixiert werden kann. Das Bearbeitungswerkzeug 28 kann eine Schleif-, Trenn- oder Polierscheibe
sein. Das Bearbeitungswerkzeug 28 wird über das Getriebe 20 durch den elektronisch
kommutierten Elektromotor 22 rotierend angetrieben.
[0023] Eine Elektronik 30 zum Bestromen des elektronisch kommutierten Elektromotors 22 ist
im Gerätegehäuse 14 angeordnet. Die Elektronik 30 ist im Ausführungsbeispiel im Motorgehäuse
16 angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass die Elektronik 30 außerhalb des Motorgehäuses
16, wie zum Beispiel im Getriebegehäuse 18 oder in einem eigenen Gehäuseteil angeordnet
ist. Motorleitungen 32 führen Signale von der Elektronik 30 zum elektronisch kommutierten
Elektromotor 22. Ein Schaltelement 34, das sich im Motorgehäuse 16 befindet, schaltet
den elektronisch kommutierten Elektromotor 22 zu und/oder ab. Im Ausführungsbeispiel
in Figur 1 ist das Schaltelement 34 ein mechanischer Schalter mit einer Schaltklinke
36. Bei Betätigung des Schaltelements 34 wird die Bestromung der Antriebseinheit 12
und der Elektronik 30 durch einen mechanisch geschlossenen Kontakt hervorgerufen.
[0024] Eine optimale Auslegung hinsichtlich Handhabung der Handwerkzeugmaschine 10 wird,
wie in Figur 2 gezeigt, dadurch erreicht, dass das Verhältnis eines Gewichts der Handwerkzeugmaschine
10 zur Nennleistung optimal gewählt ist. In Figur 2 ist das Gewicht der Handwerkzeugmaschine
10 über der Nennleistung dargestellt. Das Gewicht der Handwerkzeugmaschine 10 ergibt
sich aus einem Gesamtgewicht aller Komponenten der Handwerkzeugmaschine 10. Nicht
berücksichtigt sind die Gewichte einer Netzanschlussleitung 38, falls vorhanden, des
Bearbeitungswerkzeugs 28, einer Schutzhaube, eines eventuell eingesetzten Zusatzhandgriffs
und/oder sonstigem Zubehör. Der Wirkungsgrad errechnet sich dabei aus dem Quotient
von Nennleistung zu abgegebener Leitung an der Spindel 28 in Prozent %. Ist das Gewicht
der Handwerkzeugmaschine 10 im Verhältnis zur Nennleistung zu groß, ist die Handwerkzeugmaschine
10 schwer in einer Hand eines Bedieners zu halten. Ein schnelles Ermüden des Bedieners
ist die Folge. Ein optimales Verhältnis des Gewichts der Handwerkzeugmaschine 10 M
HWZM zu ihrer Nennleistung P
N hängt auch vom Leistungsbereich ab, in dem die Handwerkzeugmaschine 10 angesiedelt
ist. Bei einer Nennleistung bis 1200 W liegt das optimale Verhältnis des Gewichts
der Handwerkzeugmaschine 10 M
HWZM zu ihrer Nennleistung P
N bei maximal 0,75 g/W * P
N + 1200 g. Bei Nennleistungen, die über 1200 W liegen, ist das optimale Verhältnis
des Gewichts der Handwerkzeugmaschine 10 zu ihrer Nennleistung maximal 2,2 g/W * PN
- 540 g. Bei allen Verhältnissen, die über den angegeben Verhältnissen liegen, wird
die Handwerkzeugmaschine 10 zu schwer und damit zu unhandlich.
[0025] Figur 3 zeigt eine weitere optimale Auslegung hinsichtlich der Handhabung der Handwerkzeugmaschine
10. Ein Gewicht des elektronisch kommutierten Elektromotors 22 ist über der Nennleistung
dargestellt. Dabei ist ersichtlich, dass ein Gewicht des elektronisch kommutierten
Elektromotors 22 M
EKM zur Nennleistung P
N in einem optimalen Verhältnis steht.
[0026] Üblicherweise enthält bei elektronisch kommutierten Elektromotoren ein Rotor 40 ein
Rotorpaket 41 mit Permanentmagneten. Der feststehende Stator 44 umfasst mehrere Spulen,
die von der Elektronik 30 zeitlich versetzt angesteuert werden, um ein Drehfeld zu
erzeugen. Das Drehfeld verursacht ein Drehmoment am Rotor 40, der durch die Permanentmagneten
permanent erregt ist. Der Rotor 40 ist drehbar im Stator 44 angeordnet. Das Rotorpaket
41 ist an einer Rotorwelle 42 angebracht.
[0027] Das Gewicht des elektronisch kommutierten Elektromotors 22 M
EKM ergibt sich aus den Gewichten folgender Komponenten, wobei Abweichungen möglich sind:
- Rotor 40 mit Rotorwelle 42, Wicklungen, falls der Rotor 40 Wicklungen trägt, Permanentmagneten,
falls der Rotor 40 die Permanentmagnete trägt und Isoliermaterial,
- Lagerung der Rotorwelle 42
- Stator 44 mit Wicklungen, falls der Stator 44 Wicklungen trägt und Isoliermaterial,
- Ein Gehäuseteil, das bei einem Einbaumotor Rotor 40 und Stator 44 aufnimmt, jedoch
bei getrenntem Einbau von Rotor 40 und Stator 44 nicht zum Gewicht des elektronisch
kommutierten Elektromotors 22 zählt.
[0028] Es hat sich gezeigt, dass aufgrund von Größe, Gewicht und Schwerpunkt der Elektromotoren
nur dann eine ausbalancierte Handwerkzeugmaschine 10 erhalten wird, wenn bei einer
Nennleistung bis 600 W das Verhältnis des Gewichts des elektronisch kommutierten Elektromotors
22 M
EKM zur Nennleistung zwischen 0,4 g/W und 0,8 g/W liegt. Verhältnisse die den Wert von
0,8 g/W übersteigen, sind ungünstig hinsichtlich des Gewichts des elektronisch kommutierten
Elektromotors 22. Dieses ist dann für den Leistungsbereich, in dem die Handwerkzeugmaschine
10 angesiedelt ist, zu groß. Mit dem Gewicht des Elektromotors wird auch das der Handwerkzeugmaschine
10 groß. Damit wird die Handwerkzeugmaschine 10 schwer, unhandlich und anwenderunfreundlich.
Da das Motorgehäuse 16, welches den elektronisch kommutierten Elektromotor 22 aufnimmt,
den Handgriff 24 abbildet, liegt das Gewicht des elektronisch kommutierten Elektromotors
22 in der Hand des Bedieners. Je höher das Gewicht des elektronisch kommutierten Elektromotors
22 ist, desto schwerer liegt die Handwerkzeugmaschine 10 in der Hand des Bedieners.
Ein Optimum des Gewichts zur Nennleistung ist hierbei auch günstig hinsichtlich ergonomischer
Handhabung der Handwerkzeugmaschine 10. Bei einer Nennleistung größer als 600 W liegt
das optimale Verhältnis des Gewichts des elektronisch kommutierten Elektromotors 22
M
EKM zur Nennleistung zwischen 0,15 g/W * P
N +150 g und 0,3 g/W * P
N + 300 g.
[0029] Eine weitere ergonomisch gute Auslegung der Handwerkzeugmaschine 10 wird dadurch
erreicht, dass das Verhältnis eines Volumens der Elektronik 30 zum Volumen des elektronisch
kommutierten Elektromotors 22 optimiert ist. Unter dem Volumen der Elektronik 30 soll
ein Volumen eines Körpers verstanden werden, der alle Komponenten der Elektronik 30
einschließt. Die Elektronik 30 enthält in der Regel Spulen 46, Kondensatoren 48 und
Leistungsendstufen 50. Das Volumen des Körpers, der die Elektronik 30 aufnimmt, entspricht
dem Bauraum in der Handwerkzeugmaschine 10. Das Volumen des elektronisch kommutierten
Elektromotors 22 entspricht dem Volumen eines Hüllkörpers, der das Rotorpaket 41 und
ein Paket des Stators 44 einschließt. Das optimale Verhältnis des Volumens der Elektronik
30 zum Volumen des elektronisch kommutierten Elektromotors 22 beträgt mindestens 0,7,
maximal aber 1,6. Dies gilt insbesondere, wenn die Handwerkzeugmaschine 10 im Wettbewerbsvergleich
mit Blick auf deren Größe und aus ergonomischen Vorgaben nur begrenzt Bauraum zur
Verfügung stellen kann.
[0030] Bei Verhältnissen, die größer als 1,6 betragen, wird das Volumen der Elektronik 30
gegenüber dem Volumen des elektronisch kommutierten Elektromotors 22 zu groß. Der
elektronisch kommutierte Elektromotor 22 wäre im Verhältnis zur Elektronik 30 zu klein
und könnte somit nur ein begrenztes Drehmoment an die Rotorwelle 42 abgeben. Das hätte
zur Folge, dass eine begrenzte Leistung an die Spindel 26 abgegeben würde. Bei Verhältnissen,
die kleiner als 0,7 betragen, würde die Elektronik 30 zu klein für den elektronisch
kommutierten Elektromotor 22 werden, um diesen mit genügend Strom zu beliefern. Das
heißt, bei gegebener Baugröße wäre die Handwerkzeugmaschine 10 nicht leistungsfähig
genug. Verhältnisse zwischen 0,7 und 1,6 sind optimal. Die Elektronik 30 kann dem
elektronisch kommutierten Elektromotor 22 genügend Strom/Leistung bereitstellen und
der elektronisch kommutierte Elektromotor 22 ist in Bezug auf die Elektronik 30 optimal
dimensioniert.
[0031] Der Erfindung liegt die weitere Erkenntnis zugrunde, dass eine optimale Auslegung
des Volumens des elektronisch kommutierten Elektromotors 22 nicht nur vom Volumen
der Elektronik 30 abhängt, sondern auch von einem Verhältnis des Volumens des elektronisch
kommutierten Elektromotors 22 zur Nennleistung der Handwerkzeugmaschine 10. Das Verhältnis
des Volumens des elektronisch kommutierten Elektromotors 22 zur Nennleistung der Handwerkzeugmaschine
10 sollte maximal 100 mm
3/W betragen. Wird das Volumen des elektronisch kommutierten Elektromotors 22 im Verhältnis
zur Nennleistung der Handwerkzeugmaschine 10 zu groß, wird der benötigte Platz, den
der elektronisch kommutierte Elektromotor 22 in der Handwerkzeugmaschine 10 einnimmt,
zu groß und damit die Handwerkzeugmaschine 10 zu schwer und unhandlich. Ist das Verhältnis
kleiner oder gleich 100 mm
3/W, kann eine Verkürzung der Länge der Handwerkzeugmaschine 10 erreicht werden. Auch
hier muss die Handwerkzeugmaschine 10 dem Wettbewerb stand halten, so dass Erwartungen
hinsichtlich des Designs der Handwerkzeugmaschine 10 in Bezug auf die Nennleistung
nicht enttäuscht werden sollten.
[0032] Der Wirkungsgrad bei Nennleistung sollte zwischen 65% und 97%, besonders aber zwischen
65 % und 90% liegen. Um diesen Wirkungsgrad zu erreichen, wird beispielsweise eine
Kühlung aktiv ausgeführt und ein Wirkungsgrad eines Kühlsystems dem Wirkungsgrad bei
Nennleistung angepasst. Bei aktiver Kühlung wird die Wärmeenergie von einer zu kühlenden
Komponente mit Hilfe des Kühlsystems abtransportiert.
[0033] Im Ausführungsbeispiel ist das Kühlsystem ein Lüfter 52, der auf die Rotorwelle 42
aufgebracht ist. Der Lüfter 52 rotiert bei rotierender Rotorwelle 42 und erzeugt einen
Luftstrom. Es ist auch denkbar, dass der Lüfter 52 durch einen separaten Aktor angetrieben
wird. Weiterhin ist denkbar, dass andere Kühlsysteme wie Peltier-Elemente, Piezoflügel,
Piezopumpen und geschlossene Kühlkreisläufe Anwendung finden. Die Kühlung bezieht
sich auf die Handwerkzeugmaschine 10 und bezieht Komponenten wie Motorgehäuse 16,
Getriebegehäuse 18, Getriebe 20, elektronisch kommutierten Elektromotor 22 und Elektronik
30 ein, das heißt, dass diese Komponenten aktiv gekühlt werden.
[0034] Eine optimale Auslegung der Kühlung wird dadurch gewährleistet, dass eine Kühlleistung
P
K einen Bruchteil der Nennleistung P
N beträgt. Dabei ist P
K =k* P
N, wobei k kleiner 0,1, besonders aber kleiner 0,075 ist (Figur 4). In Figur 4 ist
die Kühlleistung über der Nennleistung dargestellt. Besonders vorteilhaft ist die
Auslegung, wenn die Kühlleistung gleich oder weniger als 7,5% der Nennleistung beträgt,
maximal aber 10% der Nennleistung P
N nicht überschreitet. Beträgt die Nennleistung P
N einer Handwerkzeugmaschine beispielsweise 1000 W, ist der Wert der Kühlleistung vorteilhafterweise
gleich oder kleiner 75 W, maximal jedoch 100 W. Die Kühlleistung ist hierbei die Leistung
des jeweils eingesetzten Kühlsystems. Allgemein kann sie bestimmt werden, in dem die
Leistung der Handwerkzeugmaschine 10 einmal ohne und einmal mit Kühlsystem gemessen
wird. Die Differenz aus den beiden ermittelten Leistungen ist die Kühlleistung. Kommt
ein auf die Rotorwelle 42 aufmontierter Lüfter 52 zum Einsatz, ergibt sich die Kühlleistung
aus dem an der Rotorwelle 42 wirkenden Drehmoment und der Drehzahl, mit der der Lüfter
rotiert. Kommt ein Peltierelement zum Einsatz ist die Kühlleitung in der Regel die
elektrische Leistung des Bauteils und wird aus dem Produkt von Strom und Spannung
ermittelt.
[0035] Das Verhältnis eines Durchmessers d
Scheibe des Bearbeitungswerkzeugs 28, insbesondere einer Schleif- und/oder Trennscheibe zur
Nennleistung P
N (Figur 5) sollte bei einer Nennleistung bis 1000 W maximal 0,09 mm/W * P
N + 55 mm betragen. In Figur 5 ist der Durchmessers des Bearbeitungswerkzeugs 28 über
der Nennleistung dargestellt. Ist die Nennleistung größer als 1000 W, beträgt das
optimale Verhältnis des Durchmessers d
Scheibe der Schleif- und/oder Trennscheibe zur Nennleistung P
N der Handwerkzeugmaschine 10 maximal 0,2 mm/W * P
N - 60 mm. Ist das Verhältnis des Durchmessers d
Scheibe der Schleif- und/oder Trennscheibe zur Nennleistung größer als 0,2 mm/W * P
N - 60 mm, besteht die Gefahr, dass die Elektronik 30 ihre Leistungsgrenze erreicht
und überhitzt. Bei Überhitzung der Elektronik 30 wird normalerweise die Elektronik
30 automatisch abgeregelt. Dabei ist der Bediener der Handwerkzeugmaschine 10 dahingehend
eingeschränkt, dass er warten muss, bis die Elektronik 30 abgekühlt ist und sich die
Handwerkzeugmaschine 10 wieder einschalten lässt. Ist das Verhältnis des Durchmessers
d
Scheibe der Schleif- und/oder Trennscheibe zur Nennleistung jedoch nicht größer als 0,2 mm/W
* P
N - 60 mm, ist ein Überhitzen der Elektronik nicht zu befürchten. Eine automatische
Abschaltung ist somit nicht erforderlich und der Bediener kann uneingeschränkt die
Handwerkzeugmaschine 10 bedienen, solange es seine Anwendung vorsieht.
[0036] Ein weiterer Aspekt hinsichtlich optimaler Auslegung der Handwerkzeugmaschine 10
liegt in einem Verhältnis eines Durchmessers des elektronisch kommutierten Elektromotors
22 d
Motor zum Durchmesser der Schleifscheibe d
Scheibe, wie es in Figur 6 ersichtlich ist. Optimalerweise beträgt der Durchmesser d
Motor des elektronisch kommutierten Elektromotors 22 ≤ 0,27 * d
Scheibe + 10, maximal aber 0,37 * d
Scheibe + 5.
[0037] Figur 7 zeigt eine weitere optimale Auslegung der Handwerkzeugmaschien10. Das Volumen
des elektronisch kommutierten Elektromotors 22 V
Motor beträgt optimalerweise V
Motor ≤ 0,014 * d
Scheibe3 + 7500. Das Volumen des elektronisch kommutierten Elektromotors (22) V
Motor sollte maximal 0,019 * d
Scheibe3 + 18000 betragen.
[0038] Eine weitere optimale Auslegung hinsichtlich Handhabung der Handwerkzeugmaschine
10 wird, wie in Figur 8 ersichtlich, dadurch erreicht, dass ein Durchmesser des Handgriffs
24 mindestens 0,0125 mm/W * P
N + 25 mm, maximal aber 0,0215 mm/W * P
N + 50 mm beträgt. In Figur 6 ist der Durchmesser des Handgriffs 24 über der Nennleistung
dargestellt. Da das Motorgehäuse 16 als Handgriff 24 ausgebildet ist, korreliert der
Durchmesser des Handgriffs 24 mit einem Durchmesser des elektronisch kommutierten
Elektromotors 22. Ist der Durchmesser des elektronisch kommutierten Elektromotors
22 bei entsprechender Leistung zu klein, wird die Handwerkzeugmaschine 10 zu lang
und damit zu unhandlich. Ist der Durchmesser des elektronisch kommutierten Elektromotors
22 bei entsprechender Leistung zu groß, wird die Handwerkzeugmaschine 10 in einem
Durchmesser zu groß und kann nicht mehr optimal umgriffen werden.
[0039] Der elektronisch kommutierte Elektromotor 22 ist im Ausführungsbeispiel ein bürstenloser
Motor. Der bürstenlose Motor hat keinen Kommutator und keine Kohlebürsten zur Stromwendung.
Die Kommutierung des bürstenlosen Motors erfolgt im Ausführungsbeispiel sensorlos.
Bei der sensorlosen Kommutierung erfolgt die Erfassung einer Position des Rotors 40
über eine in den Spulen des Stators 44 ausgelöste Gegenspannung. Die Gegenspannung
wird von der Elektronik 30 ausgewertet. Es ist aber auch denkbar, dass die Kommutierung
des bürstenlosen Motors mit Hilfe eines Sensors oder mehrerer Sensoren erfolgt. Der
Sensor/die Sensoren erfassen einen magnetischen Fluss und damit die Position des Rotors
40. Abhängig von der Position des Rotors 40 werden über die Leistungsendstufen 56
die Spulen des Stators 44 angesteuert, die wiederum im Rotor 40 ein Drehmoment erzeugen.
[0040] Im Ausführungsbeispiel ist die Handwerkzeugmaschine 10 mit einer Netzanschlussleitung
38 versehen. Die Netzanschlussleitung 38 führt über eine Tülle 54 in das Innere der
Handwerkzeugmaschine 10 zur Elektronik 30 und einem zur Elektronik 30 gehörenden Netzteil.
Es ist aber auch denkbar, dass die Handwerkzeugmaschine 10 ohne Netzanschlussleitung
ausgebildet ist, wie es bei batteriebetriebenen Handwerkzeugmaschinen 10 der Fall
ist. In dem Fall übernimmt ein Akku die Energieversorgung der Handwerkzeugmaschine
10 und speist die Elektronik 30. Dabei kann der Akku als ein Teil der Elektronik 30
verstanden werden.
[0041] Das Motorgehäuse 16 weist eine andere Form als die eines Zylinders auf. Das heißt,
dass das Motorgehäuse 16 oval, sechs- oder achteckig sein kann. Denkbar ist aber auch
jede andere Form. Genauso gut ist es denkbar, dass das Motorgehäuse 16 eine zylindrische
Form aufweist. Bei einer sechs- oder achteckigen Form können dadurch, dass das Volumen
des Motorgehäuses 16 bei gegebenen runden Abmessungen des elektronisch kommutierten
Elektromotors 22 größer ist als bei einer zylindrischen Form, beispielsweise Kabel
und innere Leitungen besonders effektiv durch die Handwerkzeugmaschine 10 geführt
werden. Eine ovale Form bietet eine besondere Platzersparnis, ebenso wie eine zylindrische
Form. Es erfordert zwar eine effektive Leitungsführung, jedoch liegt ein ovales oder
zylindrisches Motorgehäuse 16 sehr gut in der Hand des Bedieners und ermöglicht Materialeinsparung.
[0042] Das Schaltelement 34 ist im Ausführungsbeispiel ein mechanischer Schalter. Es ist
aber auch denkbar, dass das Schaltelement 34 durch einen Mikroschalter realisiert
ist.
[0043] Die Handwerkzeugmaschine 10 ist als Winkelschleifer ausgebildet. Winkelschleifer
sind Handwerkzeugmaschinen 10 zum Schleifen und Trennen von Metallen und ähnlichen
Werkstoffen. Es ist aber auch denkbar, dass die Handwerkzeugmaschine 10 als ein Tellerschleifer,
ein Topfschleifer, ein Polierer, ein Betonschleifer oder eine Fräse ausgebildet ist.
1. Handwerkzeugmaschine (10) insbesondere Winkelschleifer mit einer einen elektronisch
kommutierten Elektromotor (22) aufweisenden Antriebseinheit (12) und einer in einem
Gerätegehäuse (14) integrierten Elektronik (30),
dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von einem Gewicht der Handwerkzeugmaschine (10) M
HWZM zu einer Nennleistung P
N derart gewählt ist, dass:
• In einem Leistungsbereich von 0 bis 1200 W das Verhältnis des Gewichts der Handwerkzeugmaschine
(10) MHWZM zur Nennleistung PN maximal 0,75 g/W * PN + 1200 g beträgt,
• Bei einem Wert der Nennleistung größer 1200 W das Verhältnis des Gewichts der Handwerkzeugmaschine
(10) MHWZM zur Nennleistung PN maximal 2,2 * PN - 540 g beträgt.
2. Handwerkzeugmaschine (10) insbesondere Winkelschleifer mit einer einen elektronisch
kommutierten Elektromotor (22) aufweisenden Antriebseinheit (12) und einer in einem
Gerätegehäuse (14) integrierten Elektronik (30), insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Leistungsbereich zwischen 0 und 600 W das Verhältnis eines Gewichts des
elektronisch kommutierten Elektromotors (22) MEKM zur Nennleistung PN kleiner als 0,8 g/W beträgt, insbesondere aber zwischen 0,8 und 0,4 g/W liegt.
3. Handwerkzeugmaschine (10) insbesondere Winkelschleifer mit einer einen elektronisch
kommutierten Elektromotor (22) aufweisenden Antriebseinheit (12) und einer in einem
Gerätegehäuse (14) integrierten Elektronik (30), insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Wert der Nennleistung größer 600 W das Verhältnis des Gewichts des elektronisch
kommutierten Elektromotors (22) MEKM zur Nennleistung PN kleiner als 0,3 g/W * PN + 300 g beträgt, insbesondere aber zwischen 0,3 g/W * PN + 300g und 0,15 g/W * PN + 150 g liegt.
4. Handwerkzeugmaschine (10) insbesondere Winkelschleifer mit einer einen elektronisch
kommutierten Elektromotor (22) aufweisenden Antriebseinheit (12) und einer in einem
Gerätegehäuse (14) integrierten Elektronik (30), insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis eines Volumens der Elektronik (30) zum Volumen des elektronisch kommutierten
Elektromotors (22) mindestens 0,7, maximal aber 1,6 beträgt.
5. Handwerkzeugmaschine (10) insbesondere Winkelschleifer mit einer einen elektronisch
kommutierten Elektromotor (22) aufweisenden Antriebseinheit (12) und einer in einem
Gerätegehäuse (14) integrierten Elektronik (30), insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis eines Volumens des elektronisch kommutierten Elektromotors (22) zur
Nennleistung maximal 100 mm3/W beträgt.
6. Handwerkzeugmaschine (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des elektronisch kommutierter Elektromotors (22) ein Volumen eines Hüllkörpers
darstellt, das einen Rotor (40) und einen Stator (44) einschließt.
7. Handwerkzeugmaschine (10) insbesondere Winkelschleifer mit einer einen elektronisch
kommutierten Elektromotor (22) aufweisenden Antriebseinheit (12) und einer in einem
Gerätegehäuse (14) integrierten Elektronik (30), insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert eines Wirkungsgrads zwischen 65% und 97%, vorzugsweise zwischen 65% und
90% liegt.
8. Handwerkzeugmaschine (10) insbesondere Winkelschleifer mit einer einen elektronisch
kommutierten Elektromotor (22) aufweisenden Antriebseinheit (12) und einer in einem
Gerätegehäuse (14) integrierten Elektronik (30), insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlleistung PK ein Bruchteil der Nennleistung PN beträgt mit PK =k * PN, wobei k<0,1, besonders aber k<0,075 ist.
9. Handwerkzeugmaschine (10) insbesondere Winkelschleifer mit einer einen elektronisch
kommutierten Elektromotor (22) aufweisenden Antriebseinheit (12) und einer in einem
Gerätegehäuse (14) integrierten Elektronik (30), insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Leistungsbereich von 0 bis 1000 W das Verhältnis eines Durchmessers der
Schleifscheibe dScheibe zur Nennleistung PN maximal 0,09 mm/W * PN + 55 mm beträgt.
10. Handwerkzeugmaschine (10) insbesondere Winkelschleifer mit einer einen elektronisch
kommutierten Elektromotor (22) aufweisenden Antriebseinheit (12) und einer in einem
Gerätegehäuse (14) integrierten Elektronik (30), insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmessers des elektronisch kommutierten Elektromotors (22) dMotor ≤ 0,27 * dScheibe + 10 beträgt.
11. Handwerkzeugmaschine (10) insbesondere Winkelschleifer mit einer einen elektronisch
kommutierten Elektromotor (22) aufweisenden Antriebseinheit (12) und einer in einem
Gerätegehäuse (14) integrierten Elektronik (30), insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmessers des elektronisch kommutierten Elektromotors (22) dMotor maximal 0,37 * dScheibe + 5 beträgt.
12. Handwerkzeugmaschine (10) insbesondere Winkelschleifer mit einer einen elektronisch
kommutierten Elektromotor (22) aufweisenden Antriebseinheit (12) und einer in einem
Gerätegehäuse (14) integrierten Elektronik (30), insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des elektronisch kommutierten Elektromotors (22) VMotor ≤ 0,014 * dScheibe3 + 7500 beträgt.
13. Handwerkzeugmaschine (10) insbesondere Winkelschleifer mit einer einen elektronisch
kommutierten Elektromotor (22) aufweisenden Antriebseinheit (12) und einer in einem
Gerätegehäuse (14) integrierten Elektronik (30), insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des elektronisch kommutierten Elektromotors (22) VMotor maximal 0,019 * dScheibe3 + 18000 beträgt.
14. Handwerkzeugmaschine (10) insbesondere Winkelschleifer mit einer einen elektronisch
kommutierten Elektromotor (22) aufweisenden Antriebseinheit (12) und einer in einem
Gerätegehäuse (14) integrierten Elektronik (30), insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Wert der Leistung größer 1000 W das Verhältnis des Durchmessers der Schleifscheibe
dScheibe zur Nennleistung PN maximal 0,2 mm/W * PN - 60 mm beträgt.
15. Handwerkzeugmaschine (10) insbesondere Winkelschleifer mit einer einen elektronisch
kommutierten Elektromotor (22) aufweisenden Antriebseinheit (12) und einer in einem
Gerätegehäuse (14) integrierten Elektronik (30), insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser eines Handgriffs (24) dHandgriff mindestens 0,125 mm/W * PN + 25 mm beträgt.
16. Handwerkzeugmaschine (10) insbesondere Winkelschleifer mit einer einen elektronisch
kommutierten Elektromotor (22) aufweisenden Antriebseinheit (12) und einer in einem
Gerätegehäuse (14) integrierten Elektronik (30), insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Handgriffs (24) dHandgriff maximal 0,0215 mm/W * PN + 50 mm beträgt.
17. Handwerkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronisch kommutierte Elektromotor (22) ein bürstenloser Motor ist.
18. Handwerkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Netzanschlussanleitung (12) vorgesehen ist.
19. Handwerkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gerätegehäuse (14) eine von einem Zylinder abweichende Form aufweist.
20. Handwerkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handwerkzeugmaschine (10) als Winkelschleifer ausgebildet ist.