EP1907172A1 - Elektrowerkzeug, insbesondere akkubetriebene gewindeschneidmaschine - Google Patents

Elektrowerkzeug, insbesondere akkubetriebene gewindeschneidmaschine

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Publication number
EP1907172A1
EP1907172A1 EP06775730A EP06775730A EP1907172A1 EP 1907172 A1 EP1907172 A1 EP 1907172A1 EP 06775730 A EP06775730 A EP 06775730A EP 06775730 A EP06775730 A EP 06775730A EP 1907172 A1 EP1907172 A1 EP 1907172A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electric motor
power tool
switching
switch
electronics
Prior art date
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Application number
EP06775730A
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English (en)
French (fr)
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EP1907172B1 (de
Inventor
Peter Broghammer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Marquardt GmbH
Original Assignee
Marquardt GmbH
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Publication date
Application filed by Marquardt GmbH filed Critical Marquardt GmbH
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Application granted granted Critical
Publication of EP1907172B1 publication Critical patent/EP1907172B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • B25F5/001—Gearings, speed selectors, clutches or the like specially adapted for rotary tools

Definitions

  • Power tool in particular battery-powered tapping machine
  • the invention relates to a power tool according to the preamble of patent claim 1.
  • Such power tools are used as a thread cutting machine, drill, screwdriver o. The like., Which may be in particular a cordless power tool.
  • Cordless and / or mains operated power tools have an electric motor for driving a tool holder. Furthermore, the power tool is equipped with an actuator having a switch for switching on and / or off the power supply for the electric motor and a switch for the clockwise / counterclockwise rotation of the electric motor. As a switch, a conventional electrical switch is used. In advanced equipment, the power tool has electronics for speed control and / or regulation of the electric motor and short-circuit braking for the electric motor.
  • cordless screwdrivers are very often used for cutting threads.
  • a tap is used in the tool holder.
  • the use of such a cordless screwdriver offers.
  • cordless screwdrivers for tapping has the disadvantage that the frequent switching between clockwise and counterclockwise rotation of the electric motor Lifetime of the switch for the clockwise / counterclockwise rotation due to wear of the electrical changeover contacts is achieved quickly. In chord mode, it may also happen that is already switched by the user when the electric motor is still rotating. This also leads to premature wear of the changeover contacts. Furthermore, the mechanical torque coupling is too inaccurate, which can lead to breakage of the tap by jamming or seizure. Conventional cordless screwdrivers are therefore only conditionally suitable for cutting threads. In particular, the life of the motor and the switching contacts of this cordless screwdriver is limited. The same disadvantages can also be observed with mains operated screwdrivers when they are used for thread cutting.
  • the invention has for its object to further develop the power tool in terms of its life.
  • the battery and / or mains operated power tool should be suitable for threading.
  • the switch of the power tool according to the invention is an electronic switch, which has in particular a power semiconductor for contactless switching the polarity of the power supply for the electric motor.
  • the switching on and switching of the power supply for the electric motor thus happens electronically, so that no contact wear can occur as before, which in turn increases the life of the power tool.
  • the power semiconductor can be controlled via an electronic circuit or electronics for switching, which can be done manually by the user and / or automatically in the presence of certain conditions.
  • the electronics can thus advantageously operate the power tool programmatically in automatic operation.
  • the switching can be triggered by means of a switching signal to the electronics.
  • the switching signal is generated by an auxiliary contact leading only to a signal current, which in turn can be actuated by the user by means of an actuating element on the power tool.
  • the electronic circuit for switching can additionally serve as electronics for controlling the electric motor, so that there are no additional costs.
  • the electronics have a microprocessor, which results in a very compact design control for the electric motor in the manner of a microprocessor control.
  • the electric motor is a brushless, electronically commutated (EC) electric motor that is particularly robust and durable.
  • EC electric motor is low maintenance, since an exchange of carbon brushes is eliminated.
  • a brushed motor may also be used for the power tool.
  • a power tool with a brushless direct current (DC) motor is particularly suitable for the special thread cutting functions, since even a large part of the electronic components of the existing controller can be used simultaneously for the electronics and / or the switch, so that a particularly cost-effective Solution is provided.
  • DC direct current
  • the system consisting of EC motor and EC control electronics, can be easily provided both with conventional functions and with an extension to the additional functions for threading.
  • the power tool on the one hand have a means for speed detection.
  • the power tool may have a means for torque detection.
  • the torque detection takes place by means of a current measurement. It is then possible to predetermine a maximum torque that can be set, for example, via an external switch, via a potentiometer or the like. Upon reaching the maximum torque then the electric motor is turned off. In a simple way, this adaptation to small or larger taps, different materials to be machined o. The like. Enables.
  • Such a power tool forms in a preferred embodiment, a completely new generation of devices for the niche market of threading.
  • Basis of the invention is a cordless power tool that has a variety of electronic functions that make threading more effective and safer. Ideally, this is a power tool that also has the functions of a conventional cordless screwdriver, namely screwing, drilling, right / left switching, brake, speed control, shutdown o. The like. Has.
  • the power tool can be switched in a further embodiment between manual and / or automatic operation.
  • Such a switching function offers the user the convenient way to automatically operate the power tool according to a predetermined program. If desired, however, the user can also intervene manually in the process.
  • the automatic operation with regard to thread cutting proceeds as follows. As soon as the actuator on the power tool is pressed by the user, the motor runs forward in the clockwise direction according to a leading characteristic, that is with a kind of ramp function, up to the ideal speed. This predefinable ideal speed varies, for example, according to the thread diameter and / or the material to be machined. Then the thread is cut by turning the tap in the clockwise direction with this ideal speed. Once the desired thread depth has been reached, or if the thread cutter is running in a blind hole, or if the user releases the actuating member, or if another condition is met, then the electric motor is automatically switched over to counterclockwise rotation. As a result, the tap is turned out of the thread again in reverse. It is advisable that the tap is moved at a higher speed in the counterclockwise than in the clockwise direction, so as to increase the performance of the power tool for tapping.
  • the number n of threads can be counted when screwing, which is possible for example in a simple manner by means of the electronics. When unscrewing the tap is then counted on at least the number of threads. For safety's sake, however, it can be counted a little further, for example to n + 3 threads. When this number is reached, the electronics switch the electric motor automatically. This process ensures a fast yet safe and high quality work cycle.
  • Extending is also an automatic chip breaking function by alternately forward and backward rotation according to the clockwise and counterclockwise rotation of the electric motor feasible.
  • the electric motor rotates, for example, one revolution forward, and then a little more than one revolution back again.
  • a reverse rotation of about 1.4 turns has proven to be particularly effective.
  • the acceleration and / or deceleration of the electric motor is expediently carried out with a suitable characteristic in the manner of a ramp function.
  • Manual operation is as follows. The user switches on and / or off the motor in this mode via the actuator. The speed is controlled by the user in the right direction over the actuation path of the actuator. Once the thread depth has been reached, the user switches to anti-clockwise rotation. If the preselected torque is exceeded, the machine switches off.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that the switching on / off of the power tool and the switching between clockwise and counterclockwise for the power tool is made electronically. Therefore, no contact wear can occur, so that the life of the power tool is increased. In particular, as a further advantage when using an EC motor results in an additional increase in the life, since no brush wear occurs. Due to the very long service life of all components, the power tool can be used in multi-shift operation for a very long time as well as reliably and especially in the professional field.
  • the power tool according to the invention is used as a threading tool, very short cycle times can be achieved in automatic mode. In addition, the service life of the taps is increased. This allows the introduction of new cordless power tools on the market for the threading specialty.
  • the power tool is shorter ausgestaltbar.
  • the tap can also be used directly in the spindle, for example by means of a magnetic square drive, without using the drill chuck. This leads to a further shortening of the power tool, so that its handling is improved for the user.
  • Fig. 2 shows the power tool of FIG. 1 in plan view
  • Fig. 3 is a block diagram for the control of the power tool.
  • a power tool 1 can be seen with a housing 2, which in a known manner as a drill, screwdriver o. The like. Can be used.
  • the power tool 1 is a cordless power tool which can be operated by means of a rechargeable battery 4 which can be inserted into the handle 3 on the housing 2.
  • Power tool 1 can be used as a thread cutting machine by a thread cutter 6 can be used in the tool holder 5 of the power tool 1.
  • the power tool 1 has an electric motor 7 for driving the tool holder 5 via a transmission 14.
  • the power tool 1 has an on / off switch 8 with a user-operable, visible in Fig. 1 actuator 9.
  • the electric motor 7 is by means of an electronic circuit 12, hereinafter also referred to as electronics 12, operated.
  • the electronics 12, which includes a microprocessor and / or consists of a microprocessor, controls for the desired operation of the electric motor 7, an array of power semiconductors 13 for powering the electric motor 7 in the manner of a microprocessor control accordingly.
  • the switch 10 is designed as an electronic switch and has a power semiconductor for contactless switching the polarity of the power supply for the electric motor 7, wherein for this purpose the power semiconductor 13 for the Voltage supply of the electric motor 7 is used.
  • the electronic switch 10 For manual actuation of the electronic switch 10 by the user serves a visible in Fig. 1 actuator 11, which acts on a right / left switch 22.
  • the power semiconductor 13 is also used for switching on the electric motor 7.
  • the on / off switch 8 and the right / left switch 22 thus each comprise an auxiliary contact, which is connected to an input of the microprocessor 12.
  • the auxiliary contact 8, 22 is switched, thereby generating an on / off switching signal and / or a switching signal, so that the electronic circuit 12, the power semiconductor 13 for switching on / off and / or switching over. Since the switching on / off and / or the switching of the load current to the electric motor 7 is carried out electronically, therefore, no contact wear can occur. At the auxiliary contacts 8, 22, however, only a small, no significant wear causing signal current occurs.
  • the power tool 1 is further equipped with electronics for speed control and / or - regulation of the electric motor 7, this electronics in turn is formed by the microprocessor 12.
  • the power tool 1 has a means for speed detection, wherein the detected at the electric motor 7 actual speed n is supplied to an input 15 of the microprocessor 12.
  • the target speed is specified in a known manner by the path of movement of the actuator 9 designed as a pusher by the user.
  • a short-circuit braking for the electric motor 7 is realized in the power tool 1.
  • the power tool 1 has a means for torque detection.
  • the torque detection can be done by means of a current measurement on the electric motor 7.
  • the measured current which corresponds to the actual torque, is supplied to an input 16 on the microprocessor 12.
  • the desired maximum torque can be specified by the user by means of an external switch, a potentiometer 17 or the like.
  • On the housing 2 is to adjust the potentiometer 17 is a user-operable, visible in Fig. 2 knob 18.
  • the electric motor 7 is switched off by the microprocessor 12 via the power semiconductor 13.
  • the knob 18 thus allows an adaptation to small or larger taps, different materials o. The like., To achieve an optimal result when tapping.
  • the electric motor 7 is a brushless, electronically commutated (EC) electric motor which ensures a long-lasting, functionally reliable and low-maintenance power tool 1.
  • EC electronically commutated
  • the power tool 1 has a switching function between manual and automatic operation, which are explained in more detail below.
  • a switch 19 is arranged on the housing 2, as can be seen with reference to FIG.
  • Another switch 20 is used to switch between drilling / Schra ⁇ b operation and tapping.
  • Yet another switch 21 is used to switch on the also discussed below chipbreaking function.
  • the predefinable ideal speed depends on various circumstances, such as the diameter of the thread to be cut. Appropriately, the run-up takes place with a kind of ramp function, that is, according to a predetermined characteristic, in order to avoid an overload.
  • the thread is cut by screwing the tap 6 in the clockwise direction of the electric motor 7.
  • the desired thread depth is reached, it automatically switches over to the counterclockwise rotation of the electric motor 7.
  • this also other conditions, for example, as soon as the tap 6 runs in a blind hole, as soon as the user releases the actuator 9 o. The like., Are used.
  • the tap 6 is rotated out of the thread again in reverse. To save time, this can be done at a higher speed.
  • the user switches by means of the actuating element 11 manually between clockwise and counterclockwise rotation of the electric motor 7.
  • the subsequent process ensures a particularly fast and nevertheless safe working cycle.
  • the number n of threads is counted, to which the microprocessor of the electronics 12 can be advantageously used.
  • unscrewing the tap 6 is counted on at least the number of threads. However, it can also be counted, for example, n + 3 Gewindegärige, so that the tap 6 is certainly completely unscrewed.
  • the electronics 12 is automatically switched off together with the electric motor 7.
  • An automatic chip breaking function which is particularly suitable for automatic operation, is realized in that the electric motor 7 is rotated alternately back and forth in accordance with its right and left rotation. For example, the electric motor 7 is rotated one revolution forward and then slightly more than one revolution backwards. The chip is then certainly broken. According to experiments carried out are particularly good results for the chipbreaker function achieved when the electric motor 7 is rotated in about 1.4 turns backwards.
  • the acceleration and / or deceleration of the electric motor 7 can in turn be carried out with a suitable ramp function or according to another characteristic in order to prevent an overload of the tap 6. This makes it possible to produce threads of particularly good quality.
  • the invention is not limited to the described and illustrated exemplary embodiment. Rather, it also encompasses all expert developments within the scope of the invention defined by the claims.
  • the invention is described with reference to a cordless power tool, it can also be used with power tools powered by mains voltage.
  • a power tool according to the invention is advantageous not only for thread cutting, especially in the professional field, but also for other machining tasks.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektrowerkzeug, insbesondere Akku-Elektrowerkzeug, wie eine Gewindeschneidmaschine, Bohrmaschine, Schraubmaschine o. dgl., mit einem Elektromotor (7) zum Antrieb einer Werkzeugaufnahme (5), beispielsweise für den Gewindeschneider. Das Elektrowerkzeug besitzt einen ein Betätigungsorgan aufweisenden Schalter (8) zum Ein- und/oder Ausschalten der Spannungsversorgung für den Elektromotor (7) sowie einen Umschalter (10) für den Rechts-/Linkslauf des Elektromotors (7). Gegebenenfalls kann das Elektrowerkzeug noch mit einer Elektronik (12) zur Drehzahlsteuerung und/oder -regelung des Elektromotors (7) sowie mit einer Kurzschlußbremsung für den Elektromotor (7) ausgerüstet sein. Der Umschalter (10) weist einen Leistungshalbleiter (13) zum kontaktlosen Umschalten der Polarität der Spannungsversorgung für den Elektromotor (7) auf. Der Leistungshalbleiter (13) wird mittels eines Umschaltsignals, das insbesondere von einem Hilfskontakt (22) erzeugt wird, gegebenenfalls über die elektronische Schaltung (12) zum Umschalten angesteuert.

Description

Elektrowerkzeug, insbesondere akkubetriebene Gewindeschneidmaschine
Die Erfindung betrifft ein Elektrowerkzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Solche Elektrowerkzeuge finden Verwendung als Gewindeschneidmaschine, Bohrmaschine, Schraubmaschine o. dgl., wobei es sich insbesondere um ein Akku-Elektrowerkzeug handeln kann.
Akku- und/oder netzbetriebene Elektrowerkzeuge besitzen einen Elektromotor zum Antrieb einer Werkzeugaufhahme. Desweiteren ist das Elektrowerkzeug mit einem ein Betätigungsorgan aufweisenden Schalter zum Ein- und/oder Ausschalten der Spannungsversorgung für den Elektromotor sowie mit einem Umschalter für den Rechts- /Linkslauf des Elektromotors ausgestattet. Als Umschalter wird ein herkömmlicher elektrischer Schalter verwendet. In erweiterten Ausstattungen besitzt das Elektrowerkzeug eine Elektronik zur Drehzahlsteuerung und/oder -regelung des Elektromotors sowie eine Kurzschlußbremsung für den Elektromotor.
Solche Akkuschrauber werden sehr häufig zum Schneiden von Gewinden eingesetzt. Hierfür ist in die Werkzeugaufhahme dann beispielsweise ein Gewindeschneider eingesetzt. Insbesondere bei größeren Werkstücken, die nicht mit einer Ständer- oder Tischbohrmaschine mit adaptierter Gewindeschneidvorrichtung bearbeitet werden können, bietet sich der Einsatz solch eines Akkuschraubers an.
Der Einsatz von Akkuschraubern zum Gewindeschneiden hat jedoch den Nachteil, daß durch das häufige Umschalten zwischen Rechts- und Linkslauf des Elektromotors die Lebensdauer des Umschalters für den Rechts-/Linkslauf aufgrund von Abnützung der elektrischen Umschaltkontakte schnell erreicht wird. Im Akkordbetrieb kann es zudem vorkommen, daß schon dann vom Benutzer umgeschalten wird, wenn sich der Elektromotor noch dreht. Das führt zusätzlich zu einem vorzeitigen Verschleiß der Umschaltkontakte. Desweiteren ist die mechanische Drehmomentkupplung zu ungenau, was zum Bruch des Gewindebohrers durch Verkanten oder zu dessen Festfressen führen kann. Herkömmliche Akkuschrauber sind somit nur bedingt geeignet für das Schneiden von Gewinden. Insbesondere ist die Lebensdauer des Motors und der Schaltkontakte dieser Akkuschrauber begrenzt. Dieselben Nachteile sind ebenso bei netzbetriebenen Schraubern zu beobachten, wenn diese zum Gewindeschneiden verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Elektrowerkzeug im Hinblick auf dessen Lebensdauer weiterzuentwickeln. Insbesondere soll das akku- und/oder netzbetriebene Elektrowerkzeug zum Gewindeschneiden geeignet sein.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Elektrowerkzeug durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Beim Umschalter des erfindungsgemäßen Elektrowerkzeugs handelt es sich um einen elektronischen Umschalter, der insbesondere einen Leistungshalbleiter zum kontaktlosen Umschalten der Polarität der Spannungsversorgung für den Elektromotor aufweist. Das Ein- sowie Umschalten der Spannungsversorgung für den Elektromotor geschieht folglich elektronisch, so daß kein Kontaktverschleiß wie bisher auftreten kann, womit wiederum die Lebensdauer des Elektrowerkzeugs gesteigert wird. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In zweckmäßiger Ausgestaltung kann der Leistungshalbleiter über eine elektronische Schaltung beziehungsweise Elektronik zum Umschalten angesteuert werden, was manuell durch den Benutzer und/oder auch automatisch bei Vorliegen gewisser Bedingungen erfolgen kann. Die Elektronik kann somit vorteilhafterweise das Elektrowerkzeug im automatischen Betrieb programmgesteuert betreiben. Das Umschalten läßt sich mittels eines Umschaltsignals an die Elektronik auslösen. Bei manuellem Betrieb bietet es sich an, daß das Umschaltsignal von einem lediglich einen Signalstrom führenden Hilfskontakt erzeugt wird, der seinerseits mittels eines Betätigungselements am Elektrowerkzeug durch den Benutzer betätigbar sein kann.
Die elektronische Schaltung für das Umschalten kann zusätzlich als Elektronik zur Steuerung des Elektromotors dienen, so daß hierfür keine zusätzlichen Kosten anfallen. Zweckmäßigerweise besitzt die Elektronik einen Mikroprozessor, womit eine sehr kompakt ausgebildete Steuerung für den Elektromotor in der Art einer Mikroprozessor-Steuerung resultiert. Bevorzugterweise handelt es sich bei dem Elektromotor um einen bürstenlosen, elektronisch kommutierten (EC-)Elektromotor, der besonders robust und langlebig ist. Außerdem ist ein solcher EC-Elektromotor wartungsarm, da ein Austausch von Kohlebürsten entfällt. Allerdings kann gewünschtenfalls auch ein bürstenbehafteter Motor für das Elektrowerkzeug verwendet werden. Jedoch bietet sich besonders für die speziellen Gewindeschneidfunktionen ein Elektrowerkzeug mit einem bürstenlosen Gleichstrom(DC)- Motor an, da hier schon ein Großteil der elektronischen Komponenten der vorhandenen Steuerung gleichzeitig für die Elektronik und/oder den Umschalter verwendet werden kann, so daß eine besonders kostengünstige Lösung bereitgestellt ist.
Das System, bestehend aus EC-Motor und EC-Steuerelektronik, kann in einfacher Weise sowohl mit herkömmlichen Funktionen als auch mit einer Erweiterung auf die Zusatzfunktionen für das Gewindeschneiden versehen sein. So kann das Elektrowerkzeug zum einen ein Mittel zur Drehzahlerfassung aufweisen. Zum anderen kann das Elektrowerkzeug ein Mittel zur Drehmomenterfassung aufweisen. Zweckmäßigerweise erfolgt die Drehmomenterfassung mittels einer Strommessung. Es kann dann ein maximales Drehmoment vorgebbar sein, das beispielsweise über einen externen Schalter, über ein Potentiometer o. dgl. einstellbar ist. Bei Erreichen des maximalen Drehmoments wird dann der Elektromotor abgeschaltet. In einfacher Weise ist dadurch eine Anpassung auf kleine oder auch größere Gewindebohrer, unterschiedliche zu bearbeitende Werkstoffe o. dgl. ermöglicht.
Ein derartiges Elektrowerkzeug bildet in bevorzugter Ausgestaltung eine völlig neue Gerätegeneration für den Nischenmarkt des Gewindeschneidens. Grundlage der Erfindung ist ein akkubetriebenes Elektrowerkzeug, das über verschiedene Elektronikfunktionen verfügt, die das Gewindeschneiden effektiver und sicherer machen. Idealerweise handelt es sich hierbei um ein Elektrowerkzeug, das auch die Funktionen eines üblichen Akkuschraubers, nämlich Schraubfunktion, Bohrfunktion, Rechts/Links-Umschaltung, Bremse, Drehzahlsteuerung, Abschaltkupplung o. dgl. besitzt.
Das Elektrowerkzeug kann in weiterer Ausgestaltung zwischen manuellem und/oder automatischem Betrieb umschaltbar sein. Eine derartige Umschaltfunktion bietet dem Benutzer die komfortable Möglichkeit, das Elektrowerkzeug nach einem vorgegebenen Programm automatisch zu betreiben. Falls gewünscht kann der Benutzer jedoch auch manuell in den Ablauf eingreifen.
Der automatische Betrieb im Hinblick auf das Gewindeschneiden läuft dabei wie folgt ab. Sobald das Betätigungsorgan am Elektrowerkzeug durch den Benutzer gedrückt wird, läuft der Motor vorwärts im Rechtslauf entsprechend einer vorangestellten Kennlinie, also mit einer Art von Rampenfunktion, bis auf die ideale Drehzahl hoch. Diese vorgebbare ideale Drehzahl variiert beispielsweise entsprechend dem Gewindedurchmesser und/oder dem zu bearbeitenden Werkstoff. Anschließend wird das Gewinde durch Eindrehen des Gewindeschneiders im Rechtslauf mit dieser idealen Drehzahl geschnitten. Ist die gewünschte Gewindetiefe erreicht, oder läuft der Gewindeschneider in einem Sackloch auf, oder läßt der Anwender das Betätigungsorgan los, oder ist eine sonstige Bedingung erfüllt, so wird der Elektromotor automatisch in den Linkslauf umgeschaltet. Dadurch wird der Gewindeschneider im Linkslauf wieder aus dem Gewinde herausgedreht. Es bietet sich dabei an, daß der Gewindebohrer mit einer höheren Geschwindigkeit im Linkslauf als im Rechtslauf bewegt wird, um so die Arbeitsleistung des Elektrowerkzeugs für das Gewindeschneiden zu erhöhen.
Zusätzlich kann beim Eindrehen die Anzahl n der Gewindegänge gezählt werden, was beispielsweise in einfacher Weise mittels der Elektronik möglich ist. Beim Herausdrehen des Gewindeschneiders wird dann auf wenigstens die Anzahl der Gewindegänge gezählt. Sicherheitshalber kann jedoch etwas weiter gezählt werden, beispielsweise auf n+3 Gewindegänge. Ist diese Anzahl erreicht, so schaltet die Elektronik den Elektromotor automatisch ab. Dieser Ablauf gewährleistet einen schnellen und dennoch sicheren sowie qualitativ hochwertigen Arbeitszyklus.
Erweiternd ist auch eine automatische Spanbrechfunktion durch abwechselndes Vor- und Rückwärtsdrehen entsprechend des Rechts- und Linkslaufs des Elektromotors realisierbar. Hierfür dreht der Elektromotor beispielsweise eine Umdrehung vorwärts, und danach etwas mehr als eine Umdrehung wieder rückswärts. In Versuchen hat sich eine Rückwärtsdrehung um in etwa 1,4 Umdrehungen als besonders effektiv erwiesen. Hierbei wird dann der Span sicher gebrochen. Das Beschleunigen und/oder Abbremsen des Elektromotors geschieht zweckmäßigerweise mit einer geeigneten Kennlinie in der Art einer Rampenfunktion.
Der manuelle Betrieb läuft wie folgt ab. Der Anwender schaltet in dieser Betriebsart über das Betätigungsorgan den Motor ein und/oder aus. Die Drehzahl wird im Rechtslauf über den Betätigungsweg des Betätigungsorgans vom Benutzer gesteuert. Ist die Gewindetiefe erreicht, so schaltet der Anwender auf Linkslauf. Bei Überschreiten des vorgewählten Drehmoments schaltet die Maschine ab.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Ein-/ Aus- Schalten des Elektrowerkzeugs sowie das Umschalten zwischen Rechts- und Linkslauf für das Elektrowerkzeug elektronisch vorgenommen wird. Es kann daher kein Kontaktverschleiß auftreten, so daß die Lebensdauer des Elektrowerkzeugs erhöht ist. Insbesondere ergibt sich als weiterer Vorteil bei Verwendung eines EC-Motors eine zusätzliche Steigerung der Lebensdauer, da kein Bürstenverschleiß auftritt. Durch die sehr hohe Lebensdauer aller Komponenten kann das Elektrowerkzeug auch im Mehrschichtbetrieb sehr lange sowie zuverlässig und insbesondere im professionellen Bereich eingesetzt werden.
Im allgemeinen sind bei derartigen Elektrowerkzeugen elektronische und/oder elektrische Komponenten zur Drehzahlerfassung, Strommessung, Steuerung mittels eines Mikroprozessors o. dgl. sowieso schon vorhanden. Diese elektronischen und/oder elektrischen Komponenten können wenigstens zum Teil für das elektronische Schalten und/oder Umschalten verwendet werden. Somit resultieren allenfalls geringfügig höhere Kosten für die Realisierung der Erfindung. Zumindest wird durch die hohe Lebensdauer und durch den hohen Wirkungsgrad für das Elektrowerkzeug ein eventuell etwaig höherer Preis gegenüber herkömmlichen Elektrowerkzeugen schnell kompensiert.
Wird das erfindungsgemäße Elektrowerkzeug als Gewindeschneidwerkzeug benutzt, so können im Automatikbetrieb sehr kurze Taktzeiten erreicht werden. Außerdem wird die Standzeit der Gewindebohrer erhöht. Dies ermöglicht die Einführung von neuen akkubetriebenen Elektrowerkzeugen auf dem Markt für das Spezialgebiet des Gewindeschneidens.
Durch Wegfall einer mechanischen Momentenkupplung aufgrund der elektronischen Drehmomenterfassung ist das Elektrowerkzeug kürzer ausgestaltbar. Desweiteren kann der Gewindebohrer auch direkt in die Spindel, beispielsweise mittels einer magnetischen Vierkantaufhahme, ohne Benutzung des Bohrfutters eingesetzt werden. Dies führt zu einer weiteren Verkürzung des Elektrowerkzeugs, so daß dessen Handhabung für den Benutzer verbessert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 ein Elektrowerkzeug zum Gewindeschneiden,
Fig. 2 das Elektrowerkzeug aus Fig. 1 in Draufsicht und
Fig. 3 ein Blockschaltbild für die Ansteuerung des Elektrowerkzeugs.
In Fig. 1 ist ein Elektrowerkzeug 1 mit einem Gehäuse 2 zu sehen, das in bekannter Art als Bohrmaschine, Schraubmaschine o. dgl. einsetzbar ist. Vorliegend handelt es sich bei dem Elektrowerkzeug 1 um ein Akku-Elektrowerkzeug, das mittels eines in den Handgriff 3 am Gehäuse 2 einsteckbaren Akkus 4 betreibbar ist. In neuartiger Weise ist das Elektrowerkzeug 1 als Gewindeschneidmaschine verwendbar, indem in die Werkzeugaufhahme 5 des Elektrowerkzeugs 1 ein Gewindeschneider 6 einsetzbar ist.
Wie in Fig. 3 zu sehen ist, besitzt das Elektrowerkzeug 1 einen Elektromotor 7 zum Antrieb der Werkzeugaufhahme 5 über ein Getriebe 14. Zum Ein- und/oder Ausschalten der Spannungsversorgung für den Elektromotor 7 weist das Elektrowerkzeug 1 einen Ein-/ Aus- Schalter 8 mit einem vom Benutzer bedienbaren, in Fig. 1 sichtbaren Betätigungsorgan 9 auf. Der Elektromotor 7 wird mittels einer elektronischen Schaltung 12, nachfolgend auch kurz als Elektronik 12 bezeichnet, betrieben. Die Elektronik 12, die einen Mikroprozessor umfaßt und/oder aus einem Mikroprozessor besteht, steuert für den gewünschten Betrieb des Elektromotors 7 eine Anordnung von Leistungshalbleitern 13 zur Spannungsversorgung des Elektromotors 7 in der Art einer Mikroprozessor-Steuerung dementsprechend an.
Desweiteren besitzt das Elektrowerkzeug 1 einen Umschalter 10 für den Rechts-/Linkslauf des Elektromotors 7. Der Umschalter 10 ist als elektronischer Umschalter ausgebildet und weist einen Leistungshalbleiter zum kontaktlosen Umschalten der Polarität der Spannungsversorgung für den Elektromotor 7 auf, wobei hierfür der Leistungshalbleiter 13 für die Spannungsversorgung des Elektromotors 7 verwendet wird. Zum manuellen Betätigen des elektronischen Umschalters 10 durch den Benutzer dient ein in Fig. 1 sichtbares Betätigungselement 11, das auf einen Rechts/Links-Schalter 22 einwirkt.
Ebenso wird der Leistungshalbleiter 13 für das Einschalten des Elektromotors 7 mitverwendet. Der Ein-/Aus-Schalter 8 sowie der Rechts/Links-Schalter 22 umfassen folglich jeweils einen Hilfskontakt, der an einem Eingang des Mikroprozessors 12 angeschaltet ist. Durch Bedienung des Betätigungsorgans 9 und/oder des Betätigungselements 11 wird der Hilfskontakt 8, 22 geschaltet und erzeugt dadurch ein Ein- /Aus-Schaltsignal und/oder ein Umschaltsignal, so daß die elektronische Schaltung 12 den Leistungshalbleiter 13 zum Ein-/Ausschalten und/oder Umschalten ansteuert. Da das Ein- /Ausschalten und/oder das Umschalten des Laststroms am Elektromotor 7 elektronisch vorgenommen wird, kann daher auch kein Kontaktverschleiß auftreten. An den Hilfskontakten 8, 22 hingegen tritt lediglich ein geringer, keinen wesentlichen Verschleiß bewirkender Signalstrom auf. Das Elektrowerkzeug 1 ist weiter mit einer Elektronik zur Drehzahlsteuerung und/oder - regelung des Elektromotors 7 ausgestattet, wobei diese Elektronik wiederum vom Mikroprozessor 12 gebildet wird. Hierzu weist das Elektrowerkzeug 1 ein Mittel zur Drehzahlerfassung auf, wobei die am Elektromotor 7 erfaßte Ist-Drehzahl n einem Eingang 15 des Mikroprozessors 12 zugeführt wird. Die Soll-Drehzahl wird in bekannter Weise vom Bewegungsweg des als Drücker ausgebildeten Betätigungsorgans 9 vom Benutzer vorgegeben. Desweiteren ist im Elektrowerkzeug 1 eine Kurzschlußbremsung für den Elektromotor 7 realisiert.
Das Elektrowerkzeug 1 besitzt ein Mittel zur Drehmomenterfassung. Die Drehmomenterfassung kann mittels einer Strommessung am Elektromotor 7 geschehen. Der gemessene Strom, der zum Ist-Drehmoment korrespondiert, wird einem Eingang 16 am Mikroprozessor 12 zugeführt. Das gewünschte maximale Drehmoment kann vom Benutzer mittels eines externen Schalters, eines Potentiometers 17 o. dgl. vorgegeben werden. Am Gehäuse 2 befindet sich zur Einstellung des Potentiometers 17 ein vom Benutzer bedienbarer, in Fig. 2 sichtbarer Drehknopf 18. Bei Erreichen des maximalen Drehmoments wird dann der Elektromotor 7 vom Mikroprozessor 12 über den Leistungshalbleiter 13 abgeschaltet. Der Drehknopf 18 gestattet somit auch eine Anpassung auf kleine oder größere Gewindebohrer, unterschiedliche Werkstoffe o. dgl., um ein optimales Ergebnis beim Gewindeschneiden zu erzielen. Bevorzugt ist, daß es sich bei dem Elektromotor 7 um einen bürstenlosen, elektronisch kommutierten (EC)Elektromotor handelt, der ein langlebiges, funktionssicheres sowie wartungsarmes Elektrowerkzeug 1 gewährleistet.
Das Elektrowerkzeug 1 besitzt eine Umschaltfunktion zwischen manuellem und automatischem Betrieb, welche nachfolgend näher erläutert sind. Für diese Umschaltfunktion ist am Gehäuse 2 ein Schalter 19 angeordnet, wie anhand von Fig. 2 zu sehen ist. Ein weiterer Schalter 20 dient zum Umschalten zwischen Bohr-/Schraύb-Betrieb und dem Gewindeschneiden. Nochmals ein weiterer Schalter 21 dient zum Einschalten der ebenfalls nachfolgend erläuterten Spanbrechfunktion. Im automatischen Betrieb des Elektrowerkzeugs 1 für das Gewindeschneiden läuft nach Betätigen des Betätigungsorgans 9 durch den Benutzer der Elektromotor 7 im Rechtslauf auf die ideale Drehzahl hoch. Die vorgebbare ideale Drehzahl hängt von verschiedenen Umständen ab, beispielsweise vom Durchmesser des zu schneidenden Gewindes. Zweckmäßigerweise erfolgt der Hochlauf mit einer Art von Rampenfunktion, also gemäß einer vorgegebenen Kennlinie, um eine Überbelastung zu vermeiden. Anschließend wird dann das Gewinde durch Eindrehen des Gewindeschneiders 6 im Rechtslauf des Elektromotors 7 geschnitten. Sobald die gewünschte Gewindetiefe erreicht ist, wird automatisch in den Linkslauf des Elektromotors 7 umgeschaltet. Selbstverständlich können hierzu auch andere Bedingungen, beispielsweise sobald der Gewindeschneider 6 in einem Sackloch aufläuft, sobald der Anwender das Betätigungsorgan 9 losläßt o. dgl., herangezogen werden. Danach wird der Gewindeschneider 6 wieder im Linkslauf aus dem Gewinde herausgedreht. Um Zeit einzusparen, kann dies bei einer höheren Geschwindigkeit erfolgen. Im manuellen Betrieb des Elektrowerkzeugs 1 hingegen schaltet der Benutzer mittels des Betätigungselements 11 manuell zwischen Rechts- und Linkslauf des Elektromotors 7 um.
Erweiternd gewährleistet nachfolgender Ablauf einen besonders schnellen und dennoch sicheren Arbeitszyklus. Beim Eindrehen des Gewindeschneiders 6 wird die Anzahl n der Gewindegänge gezählt, wozu sich der Mikroprozessor der Elektronik 12 vorteilhafterweise verwenden läßt. Beim Herausdrehen des Gewindeschneiders 6 wird auf wenigstens die Anzahl der Gewindegänge gezählt. Es können jedoch auch beispielsweise n+3 Gewindegärige gezählt werden, so daß der Gewindeschneider 6 mit Sicherheit vollständig herausgedreht ist. Bei Erreichen dieser Anzahl n bzw. n+3 im Linkslauf wird dann die Elektronik 12 mitsamt dem Elektromotor 7 automatisch abgeschaltet.
Eine automatische Spanbrechfunktion, die sich vor allem für den automatischen Betrieb eignet, wird dadurch realisiert, dass der Elektromotor 7 entsprechend seines Rechts- und Linkslaufs abwechselnd vor- und rückwärts gedreht wird. Beispielsweise wird der Elektromotor 7 eine Umdrehung vorwärts sowie danach etwas mehr als eine Umdrehung wieder rückwärts gedreht. Dabei wird der Span dann mit Sicherheit gebrochen. Gemäß durchgeführter Versuche werden besonders gute Ergebnisse für die Spanbrechfunktion erzielt, wenn der Elektromotor 7 in etwa 1,4 Umdrehungen rückwärts gedreht wird. Das Beschleunigen und/oder Abbremsen des Elektromotors 7 läßt sich wiederum mit einer geeigneten Rampenfunktion oder auch gemäß einer sonstigen Kennlinie durchführen, um einer Überlastung des Gewindeschneiders 6 vorzubeugen. Dadurch gelingt die Herstellung von Gewinden in besonders guter Qualität.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausfuhrungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So ist die Erfindung zwar anhand eines Akku-Elektrowerkzeugs beschrieben, kann jedoch auch an mit Netzspannung betriebenen Elektrowerkzeugen Verwendung finden. Desweiteren ist ein erfindungsgemäßes Elektrowerkzeug nicht nur zum Gewindeschneiden, insbesondere im professionellen Bereich, sondern auch für sonstige Bearbeitungsaufgaben vorteilhaft einzusetzen.
Bezugszeichen-Liste:
: Elektrowerkzeug : Gehäuse : Handgriff : Akku : Werkzeugaufnahme : Gewindeschneider : Elektromotor : Ein-/Aus-Schalter / Hilfskontakt : Betätigungsorgan 0: (elektronischer) Umschalter 1 : Betätigungselement 2: Mikroprozessor / elektronische Schaltung / Elektronik 3: Leistungshalbleiter 4: Getriebe 5 : Eingang (an Mikroprozessor für Ist-Drehzahl) 6 : Eingang (an Mikroprozessor für Ist-Drehmoment) 7: Potentiometer (für Drehmoment) 8: Drehknopf 9: S chalter (für Umschaltfunktion Manuell / Automatisch) 0: Schalter (für Umschaltfunktion Bohren / Gewindeschneiden) 1 : Schalter (für Spanbrechfunktion) 2: Rechts/Links-Schalter / Hilfskontakt

Claims

P a t e n t a n s p rü ch e :
1. Elektrowerkzeug, insbesondere Akku-Elektrowerkzeug, wie
Gewindeschneidmaschine, Bohrmaschine, Schraubmaschine o. dgl., mit einem Elektromotor (7) zum Antrieb einer Werkzeugaufhahme (5), beispielsweise für einen Gewindeschneider (6), mit einem ein Betätigungsorgan (9) aufweisenden Schalter (8) zum Ein- und/oder Ausschalten der Spannungsversorgung für den Elektromotor (7), mit einem Umschalter für den Rechts-/Linkslauf des Elektromotors (7), gegebenenfalls mit einer Elektronik (12) zur Drehzahlsteuerung und/oder -regelung des Elektromotors (7), sowie gegebenenfalls mit einer Kurzschlußbremsung für den Elektromotor (7), dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Umschalter um einen elektronischen Umschalter (10) handelt, der insbesondere einen Leistungshalbleiter (13) zum kontaktlosen Umschalten der Polarität der Spannungsversorgung für den Elektromotor (7) aufweist.
2. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungshalbleiter (13) manuell und/oder automatisch über eine elektronische Schaltung (12) zum Umschalten angesteuert wird, daß vorzugsweise das Umschalten mittels eines Umschaltsignals ausgelöst wird, und daß weiter vorzugsweise das Umschaltsignal bei manuellem Betrieb von einem Hüfskontakt (22) erzeugt wird, der insbesondere mittels eines Betätigungselements (11) betätigbar ist.
3. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Elektromotor (7) um einen bürstenlosen, elektronisch kommutierten (EC-)Elektromotor handelt.
4. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (12) für das Umschalten zusätzlich zur Steuerung des Elektromotors (7) dient, und daß vorzugsweise die Elektronik (12) einen Mikroprozessor besitzt, derart daß es sich um eine Mikroprozessor-Steuerung handelt.
5. Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrowerkzeug (1) ein Mittel zur Drehzahlerfassung aufweist.
6. Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrowerkzeug (1) ein Mittel zur Drehmomenterfassung, das insbesondere mittels einer Strommessung arbeitet, aufweist, daß vorzugsweise ein maximales Drehmoment, beispielsweise über einen externen Schalter, über ein Potentiometer (17) o. dgl. vorgegeben werden kann, und daß weiter vorzugsweise bei Erreichen des maximalen Drehmoments der Elektromotor (7) abgeschaltet wird.
7. Elektrowerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrowerkzeug (1) zwischen manuellem und/oder automatischem Betrieb umschaltbar ist.
8. Verfahren zum bevorzugterweise automatischen Betrieb eines Elektrowerkzeugs (1) für das Gewindeschneiden, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Betätigen des Betätigungsorgans (9) der Elektromotor (7) im Rechtslauf, insbesondere mit einer Art von Rampenfunktion, auf die ideale Drehzahl hochläuft, daß anschließend das Gewinde durch Eindrehen des Gewindeschneiders (6) im Rechtslauf geschnitten wird, daß sobald die Gewindetiefe erreicht ist, sobald der Gewindeschneider (6) in einem Sackloch aufläuft, sobald der Anwender das Betätigungsorgan (9) losläßt o. dgl. der Elektromotor (7) automatisch in den Linkslauf umgeschaltet wird, und daß danach der Gewindeschneider (6), insbesondere mit einer höheren Geschwindigkeit, wieder im Linkslauf aus dem Gewinde herausgedreht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Eindrehen des Gewindeschneiders (6) die Anzahl n der Gewindegänge, insbesondere mittels der Elektronik (12), gezählt wird, daß vorzugsweise beim Herausdrehen des Gewindeschneiders (6) auf wenigstens die Anzahl der Gewindegänge, beispielsweise auf n+3 Gewindegänge, gezählt wird, und daß weiter vorzugsweise bei Erreichen dieser Anzahl die Elektronik (12) den Elektromotor (7) automatisch abschaltet.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch abwechselndes Vorwärts- und Rückwärtsdrehen entsprechend des Rechts- und Linkslaufs des Elektromotors (7) eine automatische Spanbrechfunktion realisiert wird, beispielsweise indem der Elektromotor (7) eine Umdrehung vorwärts sowie danach in etwa 1,4 Umdrehungen rückwärts dreht, wobei vorzugsweise das Beschleunigen und/oder Abbremsen des Elektromotors (7) mit einer geeigneten Rampenfunktion durchgeführt wird.
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