DE102006000436A1

DE102006000436A1 - Method for controlling of propelled engine by battery involves determining current value of output voltage of battery and comparison with pre-determined threshold value

Info

Publication number: DE102006000436A1
Application number: DE102006000436A
Authority: DE
Inventors: Thomas Müller; Rainer Happach; Rory Britz; Rainer Ontl
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-09-02
Also published as: FR2908566B1; FR2908566A1; DE102006000436B4

Abstract

The method involves determining current value of an output voltage of the battery (12) and comparison with pre-determined threshold value, which limits a lower voltage range over a speed-voltage relation of a motor speed of the motor (4). With the detected overstepping of the threshold value by the actual value, which is smaller than the one average value, the speed-voltage relation on another average value of the battery is adjusted between the threshold value and an upper reference value of the output voltage, where the another average value is largely zero. An independent claim is also included for a machine tool with a controller.

Description

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines durch einen Akku angetriebenen Motors sowie ein Werkzeuggerät mit einer Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei der Motor ein spannungsabhängiges Drehzahlverhalten aufweist. Bei diesem Verfahren wird in einem ersten Schritt ein aktueller Wert der Ausgangsspannung des Akkus kontinuierlich oder zyklisch ermittelt und mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Dieser Schwellenwert begrenzt einen unteren Spannungsbereich der Akkuspannung, der von einem unteren Referenzwert der Ausgangsspannung des Akkus bis zu besagtem Schwellenwert reicht. Der untere Referenzwert kann dabei beispielsweise durch einen Aktivierungswert eines Tiefentladeschutzes definiert oder frei gewählt sein. Über den Spannungsbereich hinweg weist ein Verhältnis einer Motordrehzahl des Motors zu einer am Akku abgreifbaren Ausgangsspannung, das als Drehzahl-Spannungs-Verhältnis bezeichnet ist und einer Funktion der Motordrehzahl über der Ausgangsspannung des Akkus entspricht, eine erste mittlere Steigung auf. Bei einer detektierten Überschreitung des Schwellenwertes durch den aktuellen Wert der Ausgangsspannung des Akkus wird in einem zweiten Schritt das Drehzahl-Spannungs-Verhältnis auf eine zweite mittlere Steigung eingestellt, die sich zwischen dem Schwellwert und einem oberen Referenzwert der Ausgangsspannung des Akkus ergibt. Das heisst die Motordrehzahl wird in Abhängigkeit des jeweilig ermittelten aktuellen Wertes der Ausgangsspannung des Akkus gesteuert. Dabei ist die zweite mittlere Steigung des Drehzahl-Spannungs-Verhältnisses kleiner als die erste mittlere Steigung.The The invention relates to a method for controlling a by a Battery driven motor and a tool device with a control device for execution of the method, wherein the engine has a voltage-dependent speed behavior. In this method, in a first step, a current Value of the output voltage of the battery continuously or cyclically determined and compared with a predetermined threshold. This threshold limits a lower voltage range of the Battery voltage, from a lower reference value of the output voltage of the battery up to said threshold. The lower reference value can, for example, by an activation value of deep discharge protection defined or freely chosen be. about the voltage range has a ratio of an engine speed of Motors to a tapped off at the battery output voltage, referred to as the speed-voltage ratio is and a function of the engine speed over the output voltage of the Batteries corresponds to a first mean slope on. At a detected overshoot of the threshold value by the current value of the output voltage of the Batteries in a second step, the speed-voltage ratio on set a second mean slope, which is between the Threshold and an upper reference value of the output voltage of the Batteries results. This means the engine speed is dependent the respectively determined current value of the output voltage of Batteries controlled. Here, the second average slope of the speed-voltage ratio less than the first mean slope.

Mit einem derartigen Verfahren kann sichergestellt werden, dass die Drehzahl des Motors jederzeit unterhalb eines kritischen Wertes liegt, bis zu dem das Handwerkzeuggerät zuverlässig arbeitet, wie beispielsweise das elektropneumatische Schlagwerk eines Bohrhammers.With Such a procedure can ensure that the Speed of the motor at any time below a critical value is up to which the hand tool works reliably, such as the electropneumatic hammer mechanism of a hammer drill.

DE 38 12 771 beschreibt eine Motorsteuerung, mit der beispielsweise die maximale Drehzahl eines Schraubgerätes eingestellt werden kann. Hierzu sind mehrere maximale Drehzahlen für verschiedene Betriebsmodi absolut tabelliert. Durch Drücken kodierter Tasten wird über einen Digital-Analog-Wandler eine maximale Spannung an Drückerpotentiometer geliefert. Ein Spannungsabgriff vom Schleifer des Drückerpotentiometers wirkt auf eine Regelelektronik und kann maximal die voreingestellte maximale Spannung erreichen. DE 38 12 771 describes a motor control, with the example, the maximum speed of a screwdriver can be adjusted. For this purpose, several maximum speeds for different operating modes are absolutely tabulated. By pressing coded keys, a maximum voltage is supplied to the trigger potentiometer via a digital-to-analogue converter. A voltage tap from the slider of the trigger potentiometer acts on a control electronics and can reach a maximum of the preset maximum voltage.

Nachteilig an den bekannten Verfahren ist, dass unabhängig von der zur Verfügung stehenden Ausgangsspannung für verschiedene vorgesehene Betriebsmodi jeweils ein absolutes Maximum für die Drehzahl festgelegt wird, das zudem durch die Drehzahl im Leerlauf bestimmt ist.adversely in the known method is that regardless of the available output voltage for different provided operating modes each have an absolute maximum for the speed is determined, which also determined by the speed at idle is.

Somit steht bei einer derartigen Drehzahlbegrenzung auch unter Last lediglich eine limitierte Leistung zur Verfügung. Zudem fehlt einem Benutzer das gewohnte Verhalten des rein gesteuerten Werkzeuggerätes, das bei einem vollen Akku beziehungsweise geringerer Belastung eine höhere Drehzahl aufweist als bei einem teilweise entladenen Akku beziehungsweise einer höheren Last. Dies kann zu einem Fehlverhalten des Benutzers führen, wie beispielsweise einem regelmässigen zu frühen Wiederaufladen des Akkus. Aus diesen verfrühten Aufladevorgängen resultiert wiederum ein unnötiger Zeitverlust sowie die Gefahr von Beschädigungen am Akku durch zu häufige Ladevorgänge.Consequently stands at such a speed limit even under load only a limited power available. In addition, a user lacks that habitual behavior of the purely controlled tool device, the with a full battery or a lower load one higher Speed has as a partially discharged battery or a higher one Load. This can lead to a misbehavior of the user, such as for example, a regular too early Recharging the battery. Result from these premature recharges again an unnecessary Loss of time and the risk of damage to the battery due to frequent charging.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Werkzeuggerät die genannten Nachteile zu vermeiden und auch bei einer Drehzahlbegrenzung ein gewohntes spannungsabhängiges Drehzahlverhalten des Werkzeuggerätes zu vermitteln.Of the present invention is based on the object, in a tool device, the disadvantages mentioned to avoid and also at a speed limit a familiar voltage-dependent speed behavior of the tool device to convey.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die zweite mittlere Steigung grösser Null ist. Auf diese Weise erhält man trotz der Drehzahlbegrenzung auch oberhalb des Schwellwertes ein spannungsabhängiges Drehzahlverhalten, bei dem die Drehzahl bei einem voll geladenen Akku höher liegt als bei einem teilweise entladenen Akku und bei dem bei geringerer Last eine höhere Drehzahl herrscht. Hierdurch bleibt für den Benutzer der vollgeladene Zustand des Akkus weiterhin erkennbar, so dass er zu keinem verfrühten Ladevorgang veranlasst wird.According to the invention solved the task by that the second average slope is greater than zero. In this way receives despite the speed limitation also above the threshold value a voltage-dependent Speed behavior, in which the speed at a fully charged Battery is higher as with a partially discharged battery and at lesser Load a higher one Speed prevails. This leaves the user fully loaded Condition of the battery still recognizable, so that it does not prematurely charge is initiated.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die zweite mittlere Steigung 0,1 bis 0,5 der ersten mittleren Steigung. Hierdurch ist die Steigung über einen oberen Spannungsbereich, der nach unten durch den Schwellenwert begrenzt ist, ausreichend flach, um die Motorspannung beziehungsweise die Drehzahl wirksam unter einen kritischen Wert begrenzen zu können. Andererseits ist bei dieser Steigung im oberen Spannungsbereich bei gleich bleibender Betriebsart die Drehzahländerung in Folge einer unterschiedlichen Akkuspannung ausreichend deutlich vom Benutzer erkennbar.In a particularly preferred embodiment is the second mean slope 0.1 to 0.5 of the first mean slope. As a result, the slope is over an upper voltage range going down through the threshold is limited, sufficiently flat to the motor voltage respectively to effectively limit the speed below a critical value. on the other hand is at this slope in the upper voltage range at more constant Operating mode the speed change in Result of a different battery voltage sufficiently clear recognizable by the user.

Vorteilhafterweise ist der untere Referenzwert wenigstens 10% kleiner als der Schwellenwert, wodurch die erste mittlere Steigung relativ unabhängig von betriebsbedingten Toleranzen des Drehzahl-Spannungs-Verhältnisses festgelegt werden kann.advantageously, the lower reference value is at least 10% less than the threshold, thereby the first mean slope relatively independent of operational Tolerances of the speed-voltage ratio can be set.

Bevorzugterweise ist der obere Referenzwert durch eine maximal mögliche Ausgangsspannung des Akkus definiert, wodurch auch die zweite mittlere Steigung relativ unabhängig von den betriebsbedingten Toleranzen des Drehzahl-Spannungs-Verhältnisses festgelegt werden kann. Alternativ hierzu kann der Referenzwert auch durch eine nominale Nennspannung des Akkus definiert sein.preferably, is the upper reference value by a maximum possible output voltage of the Defines batteries, which also makes the second average slope relative independently from the operating tolerances of the speed-voltage ratio can be determined. Alternatively, the reference value also be defined by a nominal nominal voltage of the battery.

Vorteilhaft ist es, wenn der Schwellenwert höchstens 30% kleiner als eine nominelle Nennspannung des Akkus ist. Hierbei kann beispielsweise bei Verwendung mehrerer Akkutypen der Schwellenwert relativ nahe an der Nennspannung des Akkus mit der niedrigsten Spannungslage liegen, um dadurch auch mit diesem Akku eine hohe Leistung abrufen zu können.Advantageous it is when the threshold is at most 30% less than a nominal nominal voltage of the battery. in this connection For example, when using multiple types of batteries, the threshold may be relative close to the nominal voltage of the battery with the lowest voltage lie in order to retrieve thereby also with this accumulator a high achievement to be able to.

Vorteilhafterweise steigt das spannungsabhängige Drehzahlverhalten vom Schwellenwert zum oberen Referenzwert monoton, wodurch das spannungsabhängige Drehzahlverhalten für den Benutzer über den gesamten oberen Spannungsbereich hinweg gleich gut zu erkennen ist.advantageously, rises the voltage-dependent Speed behavior from threshold to upper reference value monotone, causing the voltage-dependent Speed behavior for the user over to recognize the entire upper voltage range equally well is.

Ferner ist es besonders günstig, wenn der Schwellenwert verstellbar ist, um das Werkzeuggerät an verschiedene Betriebsbedingungen anpassen zu können.Further is it particularly favorable if the threshold is adjustable to the tool device to different To be able to adjust operating conditions.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Einstellung der Motordrehzahl auf die zweite mittlere Steigung mittels Pulsweitenmodulation, wodurch eine besonders exakte Steuerung der Drehzahl möglich ist.In In a particularly advantageous embodiment, the adjustment takes place the engine speed to the second average slope by means of pulse width modulation, whereby a particularly accurate control of the speed is possible.

Ferner wird die Aufgabe durch ein Werkzeuggerät mit einer Steuereinrichtung gelöst, die eine Elektronikeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens in den genannten Varianten aufweist.Further The object is achieved by a tool device with a control device solved, an electronic device for performing the method in the has mentioned variants.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be explained below with reference to an embodiment. It demonstrate:

1 einen Aufbau einer Steuereinrichtung eines Werkzeuggerätes zur Durchführung eines erfindungsgemässen Steuerungsverfahrens für einen zum Antrieb eines Schlagwerkes vorgesehenen Motor und 1 a structure of a control device of a power tool for carrying out a control method according to the invention for a provided for driving a striking mechanism motor and

2 einen beispielhaften Verlauf eines spannungsabhängigen Drehzahlverhaltens bei Verwendung des erfindungsgemässen Steuerungsverfahrens. 2 an exemplary course of a voltage-dependent speed behavior when using the inventive control method.

1 zeigt ein Werkzeuggerät 2 in Form eines akkubetriebenen Bohrhammers mit einem Motor 4, über den ein elektropneumatisches Schlagwerk 6 antreibbar ist. Hierzu wird an dem Motor 4 eine Motorspannung UM angelegt, die jeweils einer Motordrehzahl dM entspricht. Der Motor 4 ist mittels eines Schalters 8 einer insgesamt mit 10 bezeichneten Steuereinrichtung ein- und ausschaltbar. Darüber hinaus wird der Motor 4 über eine Potentiometerfunktion angesteuert, die aus Gründen der einfacheren Darstellung nicht gezeigt ist. Dabei fällt in einer eingeschalteten Position des Schalters 8 in Abhängigkeit von einem aktuellen Wert einer Ausgangsspannung UA eines Akkus 12 eine Vergleichsspannung über einem Spannungsteiler 14 ab. 1 shows a tool device 2 in the form of a rechargeable hammer drill with a motor 4 , via which an electropneumatic impact mechanism 6 is drivable. This is done on the engine 4 a motor voltage UM applied, each corresponding to an engine speed dM. The motor 4 is by means of a switch 8th a total of 10 designated control device switched on and off. In addition, the engine is 4 controlled by a potentiometer function, which is not shown for reasons of simplicity. It falls in an on position of the switch 8th in dependence on a current value of an output voltage UA of a battery 12 a comparison voltage across a voltage divider 14 from.

Die Steuereinrichtung 10 weist eine Elektronikeinrichtung 16 auf, die eine Schutzdiode 18, einen elektronischen Leistungsschalter 20 und eine Steuerungseinheit 22 umfasst. Mittels der Elektronikeinrichtung 16 wird im Betrieb kontinuierlich oder zyklisch der aktuelle Wert der Vergleichsspannung ermittelt. In Abhängigkeit von diesem Wert kann über die Steuerungseinheit 22 und den elektronischen Leistungsschalter 20 mittels Pulsweitenmodulation die Motorspannung UM und damit die Motordrehzahl dM gesteuert werden, um den Motor 4 vor einer Überlastung zu schützen beziehungsweise um die Motordrehzahl dM auf einen Wert zu begrenzen, bei dem das Schlagwerk 6 noch zuverlässig arbeitet.The control device 10 has an electronic device 16 on that a protective diode 18 , an electronic circuit breaker 20 and a control unit 22 includes. By means of the electronic device 16 During operation, the current value of the reference voltage is determined continuously or cyclically. Depending on this value can be via the control unit 22 and the electronic circuit breaker 20 by means of pulse width modulation, the motor voltage UM and thus the motor speed dM are controlled to the motor 4 To protect against overloading or to limit the engine speed dM to a value at which the impact mechanism 6 still works reliably.

In 2 ist beispielhaft ein spannungsabhängiges Drehzahlverhalten LDV des Motors 4 gezeigt, das mit der Steuerrungseinrichtung 10 in einem bestimmten Betriebsfall, wie beispielsweise einem Leerlauf oder einem kontinuierlichen Lastfall, und bei einer gleich bleibenden Position des Schalters 8 eingestellt wird.In 2 is an example of a voltage-dependent speed behavior LDV of the engine 4 shown with the Steuerrungseinrichtung 10 in a certain operating case, such as an idle or a continuous load case, and at a constant position of the switch 8th is set.

Wie hieraus zu entnehmen ist, gibt das ladezustandabhängige Drehzahlverhalten LDV den Verlauf eines Drehzahl-Spannungs-Verhältnisses der Motordrehzahl dM über der Ausgangsspannung UA des Akkus 12 wieder. Hierbei weist das spannungsabhängige Drehzahlverhalten LDV über einen unteren Spannungsbereich LBu hinweg, eine erste mittlere Steigung auf. Der untere Spannungsbereich LBu ist dabei durch den Bereich zwischen einem unteren Referenzwert RWu und einem vorbestimmten Schwellenwert SW definiert. Hierbei kann der untere Referenzwert RWu beispielsweise durch einen Wert definiert sein, bei dessen Unterschreitung ein Tiefentladeschutz aktiviert wird. In jedem Fall ist der untere Referenzwert RWu jedoch wenigstens 10% kleiner als der Schwellenwert SW. Der Schwellenwert SW kann beispielsweise bis zu 30% kleiner als eine nominale Nennspannung des Akkus 12 betragen.As can be seen from this, the charging state-dependent speed behavior LDV indicates the course of a speed-voltage ratio of the engine speed dM over the output voltage UA of the battery 12 again. In this case, the voltage-dependent rotational speed behavior LDV has a first average gradient over a lower voltage range LBu. The lower voltage range LBu is defined by the range between a lower reference value RWu and a predetermined threshold value SW. In this case, the lower reference value RWu can be defined, for example, by a value below which a deep discharge protection is activated. In any case, however, the lower reference value RWu is at least 10% smaller than the threshold value SW. For example, the threshold SW may be up to 30% less than a nominal nominal voltage of the battery 12 be.

Oberhalb des Schwellenwertes SW weist das spannungsabhängige Drehzahlverhalten LDV über einen oberen Spannungsbereich LBo hinweg, eine zweite mittlere Steigung auf. Der obere Spannungsbereich LBo ist dabei durch den Bereich zwischen dem vorbestimmten Schwellenwert SW und einem oberen Referenzwert RWo definiert. Hierbei kann der obere Referenzwert RWo beispielsweise durch eine maximal mögliche Ausgangsspannung oder eine Nennspannung des Akkus 12 definiert sein. In jedem Fall ist der obere Referenzwert RWo jedoch wenigstens 20% grösser als der Schwellenwert SW.Above the threshold value SW, the voltage-dependent speed behavior LDV has a second average gradient over an upper voltage range LBo. The upper voltage range LBo is by the range between the predetermined threshold SW and an upper reference value RWo defined. Here, the upper reference value RWo, for example, by a maximum possible output voltage or a nominal voltage of the battery 12 be defined. In any case, however, the upper reference value RWo is at least 20% greater than the threshold value SW.

Die zweite mittlere Steigung liegt in einem Bereich von 0,1 bis 0,5 der ersten mittleren Steigung. Dabei weist das Drehzahl-Spannungs-Verhältnis über beide Spannungsbereiche LBu, LBo einen monoton steigenden Verlauf auf.The second mean slope is in a range of 0.1 to 0.5 the first middle slope. In this case, the speed-voltage ratio over both Voltage ranges LBu, LBo a monotonically increasing course.

Um den Motor 4 besonders gut an verschiedene Betriebarten anpassen zu können, kann auch eine Verstellbarkeit des Schwellenwertes SW vorgesehen werden, durch den die beiden Spannungsbereiche LBu, LBo veränderbar sind.To the engine 4 An adjustment of the threshold value SW can be provided by means of which the two voltage ranges LBu, LBo can be changed.

Claims

Method of controlling one by a rechargeable battery ( 12 ) powered engine ( 4 ), which has a voltage-dependent speed behavior (LDV), in which in a first step, a current value of an output voltage (UA) of the battery ( 12 ) and compared with a predetermined threshold (SW) which limits a lower voltage range (LBu) across which a speed-voltage ratio of an engine speed (dM) of the engine ( 4 ) to the battery ( 12 ) tapped output voltage (UA) from a lower reference value (RWu) of the output voltage (UA) of the battery ( 12 ) to a threshold value (SW) has a first average slope, and in a detected exceeding the threshold value (SW) by the current value in a second step, the speed-voltage ratio to a second average slope between the threshold (SW) and a upper reference value (RWo) of the output voltage (UA) of the battery ( 12 ) is set, which is smaller than the first average slope, characterized in that the second average slope is greater than zero.

Method according to claim 1, characterized in that the second mean slope is 0.1 to 0.5 of the first middle one Slope is.

Method according to claim 1 or 2, characterized the lower reference value (RWu) is at least 10% below the Threshold (SW).

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the upper reference value (RWo) by a maximum possible output voltage (UA) of the battery ( 12 ) is defined.

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the threshold value (SW) is at most 30% smaller than a nominal nominal voltage of the battery ( 12 ).

Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the voltage-dependent Speed Response (LDV) from Threshold (SW) to Upper Reference Value (RWo) increases monotonously.

Method according to one of Claims 1 to 6, characterized that the threshold value (SW) is adjustable.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized that the setting of the engine speed (dM) to the second middle Gradient by means of pulse width modulation.

Tool device with a control device which has an electronic device ( 6 ) for carrying out the method according to one of claims 1 to 8.