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Dokumentenidentifikation DE3844093C2 05.12.1991
Titel Elektrohandwerkzeug mit netzunabhängiger Stromversorgung
Anmelder Metabowerke GmbH & Co, 7440 Nürtingen, DE
Erfinder Schnizler, Albrecht, 7440 Nürtingen, DE;
Benzing, Rolf, Dr., 7442 Neuffen, DE
Vertreter Thielking, B., Dipl.-Ing.; Elbertzhagen, O., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 4800 Bielefeld
DE-Anmeldedatum 28.12.1988
DE-Aktenzeichen 3844093
Offenlegungstag 05.07.1990
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.12.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.12.1991
IPC-Hauptklasse H02H 7/18
IPC-Nebenklasse G01R 31/36   H01M 2/10   B23B 45/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektrohandwerkzeug mit netzunabhängiger Stromversorgung der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeichneten Art.

Ein solches Elektrohandwerkzeug ist in der DE-C1 36 10 221 beschrieben. Dort sind an den beiden Enden zweier vorhandener Handgriffe am Maschinengehäuse Aufnahmevorrichtungen zum Anstecken von zwei Akku-Packs vorgesehen, von denen jeder für sich auf den Antriebsmotor aufgeschaltet werden kann. Deshalb ist an dem bekannten Elektrohandwerkzeug eine Umschalteinrichtung vorhanden, mit der einer der beiden Akku- Packs zur Stromversorgung auswählbar ist. Nach Umlegen eines Umschalters kann dann das Gerät durch den noch vollen Akku versorgt werden. Damit der Bedienende weiß, wann einer der Akku-Packs leer ist, kann bei dem bekannten Elektrohandwerkzeug auch noch eine Ladungsanzeige vorgesehen werden.

Mit der bekannten Schaltungsanordnung der Akku-Packs ist es nicht möglich, Elektrohandwerkzeuge mit einem größeren Leistungsbedarf zu versorgen, zu denen beispielsweise Bohrhämmer gehören. Zwar ist es grundsätzlich bekannt, durch eine Reihenschaltung von Akkus eine größere elektrische Leistung zur Verfügung stellen zu können, weil sich die Spannungen der Akkus bei einer Reihenschaltung addieren. Das Problem ist jedoch, daß bei einer Reihenschaltung von Akkus die Tiefentladung eines der beiden Akkus nicht bemerkt wird und dadurch unbeabsichtigt der betreffende Akku zerstört werden kann.

Aus der Patentschrift US-46 22 508 geht eine Schaltungsanordnung hervor, um bei einer mehrzelligen Batterie, die allgemein zur Stromversorgung einsetzbar ist, eine Trennung von der jeweiligen Last zu bewirken, sobald bei einer der Zellen der Batterie die Spannung unter eine vorgegebene Mindestspannung sinkt. Dazu ist ein Steuerschaltkreis mit einem Schutzschalter vorgesehen, der von Signalen gesteuert wird, die von Spannungsvergleicher-Schaltungen für die einzelnen Batteriezellen erzeugt werden. Eine Anzeige dafür, bei welcher der Batteriezellen die untere Spannungsgrenze erreicht ist, ist bei der bekannten Schaltungsanordnung nicht vorhanden.

Aus der Offenlegungsschrift DE 31 39 269 A1 ist ein Batterieüberwachungssystem bekannt, das auf eine aus mehreren Spannungs-Teilpacks bestehende Antriebsbatterie abgestimmt ist, wobei für jedes Teilpack ein Spannungsfühler vorgesehen ist. Jeder der Spannungsfühler überwacht laufend die Arbeitsspannung des zugehörigen Teilpacks, und es wird eine Warnlampe dann eingeschaltet, wenn die Spannung an einem der Teilpacks unter einen vorgegebenen Wert fällt. Bei diesem Überwachungssystem findet sich zwar eine optische Unterspannungsanzeige, eine Zuordnung der optischen Anzeige zu den Spannungs-Teilpacks fehlt jedoch hier, weil ein Austausch der einzelnen Spannungs-Teilpacks nicht vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Elektrohandwerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem über die Akku-Packs eine höhere elektrische Leistung ohne Verlust an Zuverlässigkeit zur Verfügung gestellt wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der besondere Vorteil eines erfindungsgemäßen Elektrohandwerkzeugs liegt darin, daß nicht nur der Antriebsmotor für eine höhere Betriebsspannung und -leistung ausgelegt werden kann, die von den Akku-Packs infolge der Reihenschaltung zur Verfügung gestellt wird, und durch den Steuerschaltkreis des Schutzschalters selbsttätig der Betrieb des Gerätes dann unterbrochen oder gar nicht erst ermöglicht wird, wenn einer der Akku-Packs einen vorgegebenen Ladezustand unterschreitet, sondern ferner durch Aufleuchten des betreffenden Leuchtgliedes angezeigt wird, welcher der Akku-Packs den nicht unterschreitbaren Ladezustand erreicht hat. Es kann dann dieser Akku-Pack ausgetauscht und mit einem Ladegerät wieder auf den notwendigen Ladezustand gebracht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 die Ansicht einer Elektrohandbohrmaschine mit netzunabhängiger Stromversorgung,

Fig. 2 die Stirnansicht der Maschine nach Fig. 1 mit teilaufgebrochenem Gehäuse und

Fig. 3 den Schaltplan der Maschine nach den Fig. 1 und 2 für die netzunabhängige Stromversorgung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Elektrohandwerkzeug in Gestalt einer Handbohrmaschine, die ein Gehäuse 1 mit angeformtem Pistolenhandgriff 2 hat. Am freien Unterende des Handgriffs 2 befinden sich unter einer Abdeckung 3 zwei Aufnahmevorrichtungen 4 für je ein Akku-Pack 5, die als netzunabhängige Stromquelle für den Elektromotor der Bohrmaschine dienen. Die Besonderheit der Akku-Packs 5 liegt darin, daß sie elektrisch in Reihe geschaltet sind.

Dies ergibt sich im einzelnen aus dem Schaltbild nach Fig. 3, womit für die Stromversorgung des Motors M die sich addierenden Spannungen der beiden Akku-Packs 5 zur Verfügung stehen. Über einen Hauptschalter S kann der Motor M ein- und ausgeschaltet werden, des weiteren ist in den Laststromkreis des Motors M ein Schutzschalter 6 eingefügt, bei dem es sich um einen Feldeffekttransistor handelt. Der Feldeffektransistor 6 unterbricht den Motorstromkreis, sobald einer der beiden Akku-Packs 5 den noch zulässigen Ladezustand erlangt hat, der aufgrund einer unteren Grenzspannung erfaßt werden kann. Entsprechend ist dem Schutzschalter 6 ein Steuerschaltkreis vorgeschaltet, der aus einer Spannungsmeß- und -vergleichsschaltung besteht, um für jeden Akku-Pack 5 den Ladezustand zu überwachen, damit bei Unterschreiten der unteren Grenzspannung eines der Akku-Packs 5 das dem Gate des Schutzschalters 6 in Gestalt eines Feldeffektransistors zugeleitete Steuersignal, das ein Durchschalten des Feldeffekttransistors bewirkt, entfällt, womit der Feldeffekttransistor 6 nichtleitend wird, folglich sich der Schutzschalter 6 öffnet.

Eingangsseitig umfaßt der Steuerschaltkreis eine Spannungsteilerschaltung mit zwei Zenerdioden Z 1 und Z 2, deren Durchbruchsspannung eine Referenz für die untere Grenzspannung jedes der Akku-Packs 5 ist. Mit Erreichen der unteren Grenzspannung des betreffenden Akku-Packs 5 wird an der zugehörigen Zenerdiode Z 1, Z 2 die Durchbruchsspannung unterschritten, die Zenerdiode Z 1, Z 2 wird nichtleitend, womit sich das Potential im Anodenzweig der Zenerdiode Z 1, Z 2 ändert. Damit entfällt im Basiskreis nachgeordneter Transistoren T 11 und T 21 die Steuerspannung, so daß der jeweils zugehörige Transistor T 11 bzw. T 21 nichtleitend wird.

Bei Sperrung des Transistors T 11 erhält ein ausgangsseitig der Steuerschaltung angeordneter Transistor T 12 keine Basisspannung mehr, damit wird der Transistor T 12 nichtleitend. Da der Kollektorzweig des Transistors T 12 mit dem Gate des Feldeffekttransistors 6 verbunden ist, verändert sich bei Sperrung des Transistors T 12 das Steuerpotential des Feldeffekttransistors 6 derart, daß der Feldeffekttransistor 6 sperrt, womit bei Unterspannung des dem Transistor T 12 zugeordneten Akku-Packs 5 der Motor abgeschaltet wird. Umgekehrt ist der Transistor T 12 solange leitend, wie der vorgeordnete Transistor T 11 über die Spannungsteilerschaltung mit der Zenerdiode Z 1 angesteuert wird.

Analogerweise wird durch die Zenerdiode Z 2 der Transistor T 21 gesteuert, dessen Kollektorzweig mit dem nachgeordneten Transistor T 22 verbunden ist. Der Transistor T 22 bleibt solange gesperrt, wie der Transistor T 21 durchgesteuert ist. Folglich tritt so lange am Gate des Feldeffekttransistors 6 keine Potentialveränderung ein, so daß der Feldeffekttransistor 6 so lange geöffnet ist, wie der Transistor T 22 sperrt und der Transistor T 21 leitend ist. Wird an der Zenerdiode Z 2 die Durchbruchsspannung nicht mehr erreicht, sperrt der Transistor T 21 und öffnet der Transistor T 22, es tritt am Gate des Feldeffekttransistors 6 eine Potentialveränderung ein, die den Feldeffekttransistors 6 sperrt.

Der Steuerschaltkreis umfaßt ferner zwei Transistoren T 13 und T 23, deren Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit je einer Leuchtdiode D 12 und D 22 liegt. Der Transistor T 13 erhält an seiner Basis ein Steuersignal, über einen Transistor T 14, der erforderlich ist, damit bei durchgeschalteten Transistor T 12 der Transistor T 13 sperrt, in dem der Transistor T 14 das Basispotential des Transistors T 13 auf dessen Emitter-Potential legt. Somit wird bei Unterspannung des zugehörigen Akku-Packs 5 der Transistor 13 leitend und es leuchtet die Diode D 12 auf. In analoger Weise wird über den Transistor T 23 die Leuchtdiode D 22 aktiviert, allerdings kann hier in einfacherer Weise als beim Transistor T 13 für den Transistor T 23 das Steuersignal aus dem Kollektorzweig des Transistors T 21 gewonnen werden, denn am Transistor T 23 liegt dann eine Basissteuerspannung an, wenn der Transistor T 21 sperrt, also der zugehörige Akku-Pack die untere Grenzspannung unterschritten hat.

Der Kollektorzweig des Transistors T 13 ist über eine Diode D 11 mit dem Kathodenzweig der Zenerdiode Z 1 verbunden. Sobald der Transistor T 13 durchgeschaltet hat, wird damit das Kathodenpotential der Zenerdiode Z 1 auf einem solch niedrigen Niveau gehalten, daß auch dann an der Zenerdiode Z 1 die Durchbruchsspannung nicht wieder erreicht wird, wenn durch Entlastung an dem zugehörigen Akku-Pack 5 die Spannung wieder angestiegen ist. Damit wird ein unkontrolliertes Ein- und Ausschalten des Schutzschalters 6 bei einmal unterschrittener Spannung des betreffenden Akku-Packs 5 vermieden. Diese Selbsthaltung des Sperrzustandes wird erst dann wieder aufgehoben, wenn der Hauptschalter S betätigt worden ist. In gleicher Weise wirkt die Diode D 21, die den Kathodenzweig der zweiten Zenerdiode Z 2 mit dem Kollektorzweig des Transistors T 23 verbindet.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektrohandwerkzeug mit netzunabhängiger Stromversorgung über zumindest zwei Akku-Packs (5), die in Aufnahmevorrichtungen (4) am Maschinengehäuse (1) austauschbar angeordnet sind und die über eine Schaltungsanordnung zur Überwachung ihres Ladezustandes mit dem Antriebsmotor elektrisch verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Akku-Packs (5) in Reihe geschaltet und mit dem Antriebsmotor über einen Schutzschalter (6) mit einem Steuerschaltkreis verbindbar sind, der bei Erreichen der zulässigen Ladungsgrenze zumindest eines der Akku-Packs (5) ein die Öffnung des Schutzschalters (6) bewirkendes Steuersignal erzeugt, und daß der Steuerschaltkreis Leuchtglieder (D 12, D 22) aufweist, von denen je eines einem der Akku-Packs (5) zugeordnet ist und bei Unterschreiten von dessen minimal zulässigem Ladezustand ein Lichtsignal erzeugt.
  2. 2. Elektrohandwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerschaltkreis die Ist-Spannung jedes Akku- Packs (5) mit einer unteren Grenzspannung verglichen und bei deren Unterschreiten durch die Ist-Spannung das Steuersignal ausgelöst wird.
  3. 3. Elektrohandwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschalter (6) ein Feldeffekttransisor (FET) ist, an dessen Gate der Ausgang des Steuerschaltkreises liegt.
  4. 4. Elektrohandwerkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Grenzspannung des Akku-Packs (5) durch die Durchbruchsspannung je einer Zenerdiode (Z 1, Z 2) festgelegt ist, die in einer Spannungsteilerschaltung am Eingang des Steuerschaltkreises angeordnet sind.
  5. 5. Elektrohandwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden der Zenerdioden (Z 1, Z 2) mit deren Anodenzweig über Transistoren (T 13, T 23) verbunden sind, die bei Unterschreiten der Grenzspannung des zugehörigen Akku-Packs (5) auf Durchlaß angesteuert sind.
  6. 6. Elektrohandwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtglieder (D 12, D 22) im Lastkreis von Transistoren (T 13, T 23) angeordnete Leuchtdioden sind und diese Transistoren (T 13, T 23) bei Unterschreiten der unteren Grenzspannung des zugehörigen Akku-Packs (5) auf Durchlaß angesteuert sind.
  7. 7. Elektrohandwerkzeug nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenzweig der Zenerdioden (Z 1, Z 2) mit dem zu den Leuchtdioden (D 12, D 22) hin liegenden Anschluß der Transistoren (T 13, T 23) verbunden ist.






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