DE19756857C1 - Stell- und/oder Regeleinrichtung für handgehaltene Elektrowerkzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stell- und/oder Regeleinrichtung für handgehaltene Elektrowerk­ zeuge, mit einem Eingabeelement zur analogen Sollwerteingabe für eine Stell- und/oder Regelelektronik.

Die Eingabeelemente bekannter Stell- und/oder Regeleinrichtungen sind beispielsweise in Form sog. Stellräder bekannt, von denen ein Umfangsabschnitt in einem Fenster sichtbar und zugänglich ist. Mit Hilfe einer am Stellrad ange­ brachten, im Fenster sichtbaren Markierung kann das Stellrad in eine gewünschte Winkelstellung verstellt werden, in der es die Stell- und/oder Regelelektronik veranlaßt, einen gewünschten Betriebszustand, beispielsweise eine bestimmte Drehzahl, des Werkzeugs aufrechtzuerhalten.

Bei bekannten Stell- und/oder Regeleinrichtungen ist hierfür das Stellrad einem Potentiometer zugeordnet, wobei meist eine Kunststoff-Leiterbahn und ein dieser zugeordneter Schleifer als Spannungs- oder Stromteiler angewandt wird. Insbe­ sondere dem rauhen Betrieb auf Baustellen sind solche Stell- und/oder Regel­ einrichtungen meist nur kurze Zeit gewachsen, wobei die Potentiometer z. B. durch Verschmutzung, Lichtbögen usw. korrodieren bzw. verbacken und schon nach relativ kurzer Zeit unbrauchbar sind. Viele Hersteller verzichten deshalb ganz auf solche Einrichtungen oder beschränken sich auf einfache Umschalter.

Aus der DE 33 11 743 C2 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der ein im Kunststoff eingegossenes Steuermodul unter anderem einen Hall-Sensor aufweist. Gegenüber dem Hall-Sensor ist mit Abstand ein Dauermagnet in einem Halter zum Aktivieren des Hall-Sensors befestigt. An dem Halter ist ein Hebel vorgesehen, der derart schwenkbar gelagert ist, daß der Dauermagnet in und außer Reichweite des Hall-Sensors geschwenkt werden kann. Je nach Lage des Dauermagneten gegenüber dem Hall-Sensor wird von diesem eine Spannung abgegeben. Die beschriebene Anordnung eignet sich zum Beispiel für die Betäti­ gung von schweren hydraulischen Geräten wie Landmaschinen. Für handgehal­ tene Elektrowerkzeuge ist sie jedoch zu robust und sperrig, was die Handhab­ barkeit der Elektrowerkzeuge erschweren würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stell- und/oder Regeleinrichtung anzugeben, die sich für rauhen Baustellenbetrieb eignet, ohne das Gewicht des handgehaltenen Elektrowerkzeugs spürbar zu erhöhen, wobei überdies das mechanischem Verschleiß ausgesetzte Eingabeelement leicht auswechselbar sein sollte.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in einer Stell- und/oder Regeleinrichtung für handgehaltene Elektrowerkzeuge, mit einem in der Wandung eines Werkzeuggehäuses beweglich und von außen entnehmbar gela­ gerten Eingabeelement zur analogen Sollwerteingabe für eine Stell- und/oder Regelelektronik, wobei im Inneren des Werkzeuggehäuses ein analoger Hall- Effekt-Sensor vorgesehen ist, dem ein Magnetelement und das Eingabeelement derart zugeordnet sind, daß die am Sensor wirkende Magnetfeldstärke des Magnetelements von der Relativstellung des Eingabeelements zu dem Sensor abhängig ist, und daß der Hall-Effekt-Sensor geeignet ist, ein von der Magnet­ feldstärke abhängiges Signal an die Stell- und/oder Regelelektronik abzugeben.

Mit dieser Einrichtung kann ein Vorgabewert - beispielsweise für die Drehzahl des Werkzeugs - kontaktlos an die Stell- und/oder Regelelektronik weitergegeben werden. Bis auf das beweglich gelagerte Einstellelement weist die Einrichtung keine Verschleißelemente auf. Es gibt keine freien elektrischen Kontakte, keine Kabel, Stecker und dergleichen, so daß die Einrichtung gegen Einwirkungen von Staub und Wasser unempfindlich ist. Die Elektronik ist im Gehäuse gekapselt, wodurch ein Eindringen von Fremdkörpern vermieden wird.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Magnetelement mit dem Eingabeelement derart gekoppelt, daß das Magnetelement zusammen mit dem Eingabeelement relativ zu dem Hall-Effekt-Sensor beweglich ist. In diesem Fall können Magnetelement und Eingabeelement eine Einheit bilden und zusam­ men beweglich an dem Werkzeuggehäuse befestigt sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Eingabeelement mit dem Magnetelement ein drehbar an dem Werkzeuggehäuse gelagertes Magnetrad bildet, wobei die am Sensor wirksame Magnetfeldstärke von der Winkelstellung des Magnetrades abhängig ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Magnetrad symmetrisch magnetisiert und sein Stellbereich beträgt maximal 180°, weil bei symmetrischer Magnetisierung eine 180° überschreitende oder gar vollständige Umdrehung des Magnetrades keine eindeutige Zuordnung mehr zwischen der Winkelstellung des Magnetrades und der Feldstärke zuließe.

Eine andere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das Magnet­ element gegenüber von dem Hall-Effekt-Sensor fest angeordnet ist, und daß das Eingabeelement zwischen dem Magnetelement und dem Sensor beweglich ist. In diesem Fall ist der Hall-Effekt-Sensor in dem von dem Magnetelement erzeugten Magnetfeld stationär angeordnet. Durch das Bewegen des Eingabeelements zwischen dem Magnetelement und dem Sensor wird das Magnetfeld abgelenkt, wodurch der Sensor eine Magnetfeldänderung registriert und in ein entspre­ chendes Signal wandelt.

Je nach Anwendungsfall kann es vorteilhaft sein, daß das Eingabeelement an dem Werkzeuggehäuse linear oder drehbar gelagert ist. Im Falle der linearen Be­ weglichkeit ist das Eingabeelement ein Schieber, an dem das Magnetelement be­ festigt sein kann. An dem drehbar gelagerten Eingabeelement hingegen kann das Magnetelement derart befestigt werden, daß das oben beschriebene Magnetrad entsteht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß das Eingabeelement bzw. Magnetrad von außen unabhängig von der Elektronik leicht entnehmbar im Gehäuse gelagert ist, so daß es als einziges Verschleißteil problemlos ausge­ tauscht werden kann, ohne hierfür eine längere Betriebsunterbrechung zu bean­ spruchen.

Das Eingabeelement kann in einem am Werkzeuggehäuse vorgesehenen Hand­ griff gelagert sein, um eine besonders einfache Bedienung zu ermöglichen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung in Ver­ bindung mit den Unteransprüchen.

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in den Figuren dargestellten Aus­ führungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Handgriffs eines Elektro­ werkzeugs mit einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungs­ form der Anordnung eines Magnetrades und eines diesem zuge­ ordneten Sensors im Inneren des Handgriffs,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf das in Fig. 1 gezeigte Magnetrad,

Fig. 3 eine Darstellung der am Hall-Effekt-Sensor wirksamen Feldstär­ ke bzw. induzierten Spannung in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Magnetrades,

Fig. 4 eine Außenansicht des Handgriffs bei der Magnetradanordnung nach Fig. 1,

Fig. 5a-5g einige schematisch dargestellte Varianten der Anordnung des Magnetrades und des Sensors im Handgriff,

Fig. 6 eine Außenansicht des Handgriffs bei einer Anordnung entspre­ chend Fig. 5e,

Fig. 7 eine Außenansicht des Handgriffs mit einer anderen Ausfüh­ rungsform der Erfindung, bei der anstelle des Magnetrades ein Schieber angeordnet ist,

Fig. 8a-8e einige schematisch dargestellte Varianten der Anordnung des Magnetschiebers und des Sensors im Handgriff,

Fig. 9 eine Außenansicht des Handgriffs bei einer Anordnung gemäß Fig. 7, und

Fig. 10a u. 10b schematisch dargestellte Varianten einer weiteren Ausführungs­ form der Erfindung mit feststehendem Magnetelement.

Die Fig. 1 zeigt einen einen Handgriff 10 bildenden Teilbereich des Gehäuses ei­ nes Elektrowerkzeugs, wie z. B. eines Bohrhammers. Ein Taster 12 dient zum Ein- und Ausschalten des nicht dargestellten Antriebsmotors. Die Motordrehzahl kann mittels eines drehbar im Gehäuse gelagerten, herausnehmbar angeordne­ ten Eingabeelements in Form eines Magnetrades 14 gewählt werden, das mit ei­ nem Abschnitt seines Umfangs in einem das Gehäuse durchbrechenden Fenster 16 (Fig. 4 und 6) zugänglich ist, so daß es manuell verstellbar ist. Das Magnetrad 14 dient in diesem Fall gleichzeitig als Eingabeelement und als Magnetelement. Es kann zum Beispiel aus einem Kunststoffrundteil mit eingeleg­ tem Magnet bestehen, wobei das Kunststoffteil als Eingabeelement und der Magnet als Magnetelement dient. Der Umfang des Magnetrades 14 ist über einen im Fenster 16 einstellbaren Sektor von maximal 180° mit Symbolen 18, z. B. in Form von Zahlen, versehen, um die gewünschte Drehzahl anwählen zu können.

Wie die Fig. 2 in der Draufsicht zeigt, ist das Magnetrad 14 symmetrisch diame­ tral magnetisiert, so daß zwei beiderseits eines Durchmessers befindliche Sekto­ ren von jeweils 180° dem Nordpol N bzw. dem Südpol S zugeordnet sind.

Dem Magnetrad 14 ist im Inneren des Gehäuses ein Hall-Effekt-Sensor 20 derart zugeordnet, daß das am Sensor 20 wirksame Magnetfeld sich mit der Drehung des Magnetrades 14 zwischen einer minimalen und einer maximalen Feldstärke verändern läßt.

Die Fig. 3 zeigt die aufgrund der Veränderung der am Hall-Effekt-Sensor 20 wirksamen, signalerzeugenden Feldstärke während einer Drehung des Magnetra­ des 14 im Stellsektor von 180° auftretende Signalspannung. Wenn der Pol N voll­ ständig über dem Sensor 20 steht, wird die Sättigungsspannung N_sat erzeugt, während nach einer Drehung von 180° der Pol S vollständig über dem Sensor 20 steht und die Sättigungsspannung S_sat hervorruft. Jeder Zwischenstellung des Magnetrades 14 läßt sich, wie die Kurve zeigt, ein eindeutiger Spannungswert zuordnen. Der Hall-Effekt-Sensor 20 ist somit in der Lage, ein von der Stellung des Magnetrades und damit von der Feldstärke abhängiges Signal an eine nicht gezeigte, im Inneren des Gehäuses angeordnete Stell- oder Regelelektronik zur Einstellung der Motordrehzahl abzugeben.

Es sind verschiedene räumliche Zuordnungen des Hall-Effekt-Sensors 20 zum Magnetrad 14 möglich, die beispielsweise in den Fig. 5a-5g dargestellt sind, wo­ bei die Fig. 5a-5d einer Anordnung des Magnetrades entsprechend den Fig. 1 und 3 zugeordnet sind, während die prinzipiell mit Fig. 5b übereinstimmende Anordnung nach Fig. 5e der Fensteranordnung nach Fig. 6 zugeordnet ist. In den Fig. 5a, 5b, 5c und 5e ist das Magnetrad 14' scheibenförmig gestaltet, wäh­ rend das in Fig. 5d gezeigte Magnetrad 14" als Ring ausgebildet ist. In den Fig. 5a und 5c ist der Hall-Effekt-Sensor 20 der kreisförmigen Scheibenoberfläche 22 des Magnetrades 14' gegenüberliegend angeordnet, bei der Anordnung nach den Fig. 5b und 5e liegt der Hall-Effekt-Sensor 20 dem Umfang 24 des scheibenför­ migen Magnetrades 14' gegenüber und bei der in Fig. 5d gezeigten Variante liegt der Hall-Effekt-Sensor 20 der inneren Ringfläche 26 gegenüber.

Bei der in Fig. 5f gezeigten Variante ist das Magnetrad 14' in zwei übereinander­ liegende Scheiben aufgeteilt, die durch eine nur schematisch angedeutete Mit­ telachse miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden Magnetscheiben ist der Hall-Effekt-Sensor 20 angeordnet. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß am Sensor 20 stets ein homogenes Magnetfeld anliegt, unabhängig von Abstandsänderungen zwischen dem Sensor 20 und einer der Magnetschei­ ben. Derartige Abstandsänderungen können z. B. im Betrieb des Werkzeugs durch Vibration hervorgerufen werden. Der Abstand zwischen dem Sensor 20 und den Magnetscheiben ist ohne Einfluß auf das Meßergebnis.

Eine weitere Variante wird in Fig. 5g gezeigt, bei der das Magnetrad 14' in Form einer Taumelscheibe an einer durch eine Strichpunktlinie gekennzeichneten Hochachse drehbar ist.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der statt dem dreh­ baren Magnetrad 14 ein relativ zu dem Werkzeuggehäuse 10 linear beweglicher Magnetschieber 28 eingesetzt wird. Auch der Magnetschieber 28 stellt gleichzei­ tig ein Eingabelement und ein Magnetelement dar und kann z. B. durch ein Kunststoffteil gebildet werden, in das ein Magnet eingelassen ist. Fig. 9 zeigt eine Außenansicht von Fig. 7.

Der Magnetschieber 28 ist über dem Hall-Effekt-Sensor 20 in die beiden Pfeil­ richtungen linear beweglich, wodurch sich das vom Sensor 20 erfaßte Magnetfeld ändert. Die Fig. 8a-8e zeigen verschiedene Möglichkeiten der Anordnung des Magnetschiebers 28 gegenüber dem Sensor 20. Gemäß Fig. 8a ist der Magnet­ schieber 28 mit seiner Stirnseite auf den Sensor 20 zu bzw. von diesem weg be­ weglich. Eine prinzipiell ähnliche Anordnung zeigt Fig. 5b. Bei Fig. 8c ist der Magnetschieber 28 verschwenkbar, während er bei Fig. 8d schräg zum Sensor 20 beweglich ist. Fig. 8e zeigt eine Vorder- und eine Seitenansicht einer bestimmten Anordnung des Magnetschiebers 28, bei der der Magnetschieber 28 seitlich ver­ schwenkbar ist. Grundsätzlich sind weitere Anordnungsvarianten denkbar. Es kommt lediglich darauf an, daß durch Bewegen des Eingabeelements die am Sen­ sor 20 wirkende Magnetfeldstärke veränderbar ist.

Die Fig. 10a und 10b zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung, die je­ doch das gleiche, der Erfindung zugrundeliegende Prinzip nutzt. Gemäß Fig. 10a ist ein von einem Eingabeelement 30 getrennter und relativ zu dem Sensor 20 feststehender Magnet 32 vorgesehen. Das vom Magnet 32 erzeugte und vom Sen­ sor 20 erfaßte Magnetfeld wird durch Zwischenbewegen des Eingabeelements 30 gestört bzw. abgelenkt, so daß mit Bewegung des Eingabeelements 30 eine Magnetfeldänderung am Sensor 20 erzielt wird. Zur Vergleichmäßigung des Magnetfelds ist am Sensor 20 eine als Flußkonzentrator dienende Schicht 34 aus magnetisch leitendem Material, z. B. Eisen, über der Meßfläche des Sensors 20 ausgebildet. Auch das Eingabelement 30 besteht vorzugsweise aus einem magne­ tisch leitenden Material bzw. trägt ein derartiges Material.

Eine ähnliche Variante zeigt Fig. 10b, bei der das Eingabeelement 30 U-förmig ausgebildet ist und den vom Magneten 32 erzeugten Magnetfluß kurzschließt.

Claims (15)

1. Stell- und/oder Regeleinrichtung für handgehaltene Elektrowerkzeuge, mit einem in der Wandung eines Werkzeuggehäuses (10) beweglich und von außen entnehmbar gelagerten Eingabeelement zur analogen Sollwerteingabe für eine Stell- und/oder Regelelektronik, wobei im Inneren des Werkzeuggehäuses (10) ein analoger Hall-Effekt-Sensor (20) vorgesehen ist, dem ein Magnetelement (14, 28, 32) und das Eingabeelement derart zugeordnet sind, daß die am Sensor (20) wirkende Magnetfeldstärke des Magnetelements (14, 28, 32) von der Relativ­ stellung des Eingabeelements zu dem Sensor (20) abhängig ist, und daß der Hall- Effekt-Sensor (20) geeignet ist, ein von der Magnetfeldstärke abhängiges Signal an die Stell- und/oder Regelelektronik abzugeben.

2. Stell- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Magnetelement (14, 28) mit dem Eingabeelement derart gekoppelt ist, daß das Magnetelement zusammen mit dem Eingabeelement relativ zu dem Hall-Effekt-Sensor (20) beweglich ist.

3. Stell- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Eingabeelement mit dem Magnetelement ein drehbar an dem Werkzeuggehäuse (10) gelagertes Magnetrad (14) bildet, wobei die am Sensor (20) wirksame Magnetfeldstärke von der Winkelstellung des Magnetrades (14) abhän­ gig ist.

4. Stell- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Magnetrad (14) symmetrisch magnetisiert ist und sein Stell­ bereich maximal 180° beträgt.

5. Stell- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetrad (14") ringförmig ausgebildet ist und der Hall-Effekt-Sensor (20) der inneren Ringfläche (26) des Magnetrades (14") gegen­ überliegend angeordnet ist.

6. Stell- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Magnetelement (32) gegenüber von dem Hall-Effekt-Sensor (20) fest angeordnet ist, und daß das Eingabeelement (30) zwischen dem Magnetelement (32) und dem Sensor (20) beweglich ist.

7. Stell- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Meßfläche des Hall-Effekt-Sensors (20) durch ein magnetisch leitendes Material (34) abgedeckt ist.

8. Stell- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingabeelement an dem Werkzeuggehäuse (10) linear beweglich gelagert ist.

9. Stell- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingabeelement an dem Werkzeuggehäuse (10) drehbar gelagert ist.

10. Stell- und/oder Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingabeelement in einem am Werk­ zeuggehäuse vorgesehenen Handgriff (10) gelagert ist.

11. Stell- und/oder Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umfangsabschnitt des Eingabeelements in einem im Gehäuse (10) ausgebildeten Fenster (16) sichtbar und greifbar ist.

12. Stell- und/oder Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingabeelement scheibenförmig ausgebildet ist.

13. Stell- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hall-Effekt-Sensor (20) dem Scheibenumfang (24) gegenüber­ liegend angeordnet ist.

14. Stell- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hall-Effekt-Sensor (20) der Scheibenoberfläche (22) gegen­ überliegend angeordnet ist.

15. Stell- und/oder Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Magnetelemente mit dem Eingabeelement gekoppelt sind.