Elektrohandwerkzeuggeräte werden überwiegend von Elektromotoren mit einem Stromwender oder Kommutator in Verbindung mit Kohlebürsten angetrieben, insbesondere kommen sogenannte Universalmotoren zum Einsatz. Kohlebürsten unterliegen einem stetigen Verschleiß und müssen nach einiger Zeit ausgewechselt werden. Derartige Stromwendermotoren haben bis zu einer gewissen Belastung eine nahezu lineare Leistungscharakteristik derart, dass bei höherer Belastung die Motordrehzahl sinkt, wobei der Motorstrom ansteigt. Es gibt aber auch Elektrohandwerkzeuggeräte mit geregelten Stromwendermotoren. Dabei wird meist über eine Phasenanschnittsteuerung die Motordrehzahl bei ansteigender Belastung konstant gehalten, wie z. B. bei dem von der Anmelderin unter dem Handelsnamen"Vario-Constamatik" vertriebenen Elektrowerkzeuggerät. Übersteigt jedoch die Belastung des Motors einen gewissen Wert, so kann nicht mehr durch die Steuerelektronik nachgeregelt werden, und es ergibt sich dann zwangsläufig die Kennlinie des ungeregelten Motors.

Es ist auch bekannt, bei sogenannten halbstationären Elektrowerkzeuggeräten, wie z. B. Tischkreissägen, Tischhobelmaschinen, Bandrichtmaschinen, etc., einen Asynchronelektromotor oder einen Synchronelektromotor einzusetzen, die mit einer konstanten Frequenz der Motorerregerspannung betrieben werden. Insbesondere wird hierbei als Frequenz die Netzfrequenz, in Europa also 50 Hertz bzw. in den USA 60 Hertz gewählt. Mit DE 298 09 768 Ul ist ein halbstationäres Elektrowerkzeuggerät in Form einer Tischkreissäge bekannt geworden mit einem Asynchronelektromotor oder einem Synchronelektromotor, der jedoch unter Verwendung eines Frequenzumrichters bei einer gegenüber der Netzfrequenz höheren konstanten Frequenz von 300 bis 400 Hertz betrieben wird. Infolgedessen ist auch die Motordrehzahl entsprechend erhöht, und es ist im Antriebsmotor ein Untersetzungsgetriebe nachgeordnet.

Aus DE 198 16 684 A1 ist ein Elektrohandwerkzeuggerät mit einem kohlebürstenlosen Elektromotor beschrieben, wobei eine den Antriebsmotor und die unmittelbar für dessen Ansteuerung notwendigen elektrischen Bauteile der Motorsteuerung enthaltende Geräteeinheit und eine externe separate Stromversorgungseinheit vorgesehen ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Elektrowerkzeuggerät zu schaffen, welches eine lineare Leistungscharakteristik wie bei einem Kohlebürsten aufweisenden Stromwendermotor aufweist, ohne jedoch ein verschleißanfälliges Kommutator-Kohlebürsten-System zu benötigen. Die Motorsteuereinrichtung soll auch ohne aufwändige Sensoren, wie z. B. Tachosensoren, Hall-Sensoren, auskommen.

Diese Aufgabe wird bei einem Elektrohandwerkzeuggerät der genannten Art gelöst, welches gekennzeichnet ist durch einen von der Motorsteuereinrichtung steuerbaren Frequenzumrichter, mittels dessen eine Motor (erreger) spannung an den Motor anlegbar ist, und durch einen den Motorstrom erfassenden und mit der Motorsteuereinrichtung zusammenwirkenden Stromaufnehmer, und dadurch, dass die Motorsteuereinrichtung so ausgebildet ist, dass in einer ersten Phase des Motorbetriebs bei Motorströmen bis zu einem Grenzstrom Itgrenz) die Frequenz des Motorstroms konstant gehalten wird und dass in einer zweiten Phase des Motorbetriebs bei Belastungen oberhalb derjenigen Belastung, bei der der Motorstrom den Grenzstrom I (grenz) erreicht, die Frequenz des Motorstroms so herabgesetzt wird, dass der Motorstrom bei einem konstanten Wert gehalten wird. -Wenn vorstehend von einem Grenzstrom I (grenz) die Rede ist, so wird hierunter eine Erregerstromstärke verstanden, die unterhalb des Kipp-Punkts liegt, also unterhalb derjenigen Stromstärke, bei der der Elektromotor stehen bleibt. Vorzugsweise wird der Grenzstrom zwischen 5 und 15 % geringer gewählt als die Stromstärke am Kipp-Punkt. Bei starken Elektromotoren kann der Grenzstrom I (grenz) zwischen 15 und 20 A liegen und bei schwach belastbaren Elektromotoren bei 4-8 A.

Der Antriebsmotor wird also bis zu einer Belastung, die einem Grenzstrom I (grenz) entspricht, mit einer konstanten Frequenz F betrieben. Dies ergibt eine nahezu waagerechte Motorkennlinie, wenn man die Motordrehzahl N in Abhängigkeit von der Belastung bzw. dem vom Motor erbrachten Drehmoment M aufträgt. Bei Erhöhung der Belastung, also mit zunehmendem Drehmoment M, sinkt die Motordrehzahl N nur unwesentlich aufgrund des sogenannten Schlupfes des Elektromotors. Damit entspricht dieser erste Betriebsbereich im Prinzip der normalen Kennlinie eines ungeregelten Synchron-oder Asynchronelektromotors bei Belastungen in hinreichender Entfernung vom sogenannten Kipp-Punkt. Andererseits entspricht dieser Bereich der Kennlinie auch in etwa der Kennlinie eines über Phasenanschnittsteuerung geregelten Universalmotors (Reihenschlussmotors) mit einem Kommutator- Kohlebürsten-System.

Wenn die Belastung bzw. das vom Elektromotor aufgebrachte Drehmoment einer bestimmten Größe I (grenz) des Motorstroms entspricht, wird der Antriebsmotor mittels der Motorsteuereinrichtung mit einer variablen Frequenz betrieben, und zwar derart, dass der Motorstrom I konstant bleibt. Wenn vorliegend vom Motorstrom die Rede ist, so wird hierunter der durch Wicklungen des Ständers oder Stators des Motors fließende Motorerregerstrom verstanden. Es wird also in diesem zweiten Belastungsbereich eine bestimmte Größe des Motorstroms I durch Veränderung der Frequenz eingeregelt. In vorteilhafter Weiterbildung des Elektrowerkzeuggeräts ist die Motorsteuereinrichtung so ausgebildet, dass der Motorstrom während dieser zweiten Phase auf dem konstanten Wert I (grenz) gehalten wird.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Motorsteuereinrichtung so ausgebildet, dass die an den Motor angelegte Spannung (die Motorerregerspannung) während dieser zweiten Phase ebenfalls auf einem konstanten Wert gehalten wird. Vorteilhafterweise ist die Motorsteuereinrichtung so ausgebildet, dass die an den Motor angelegte Spannung während der ersten und der zweiten Phase auf einem konstanten, insbesondere dem gleichen Wert gehalten wird.

Zur Ausführung des vorstehend erwähnten Regelvorgangs hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Stromaufnehmer einen Shunt-Widerstand umfasst,'der in vorteilhafter Weise direkt über einen Spannungsabgriff als Strommessmittel verwendet werden kann.

Es hat sich des Weiteren als vorteilhaft erwiesen, wenn in Abhängigkeit von der Auslegung der geforderten Motorleistung die Größe des Grenzstroms I (grenz) zwischen 4 und 20 Ampere, insbesondere zwischen 10 und 15 Ampere gewählt ist.

Es erweist sich des Weiteren als zweckmäßig, wenn der Frequenzumrichter und die Motorsteuereinrichtung sowie der den Motorstrom erfassende Stromaufnehmer auf einer gemeinsamen Platine ausgebildet und/oder in einem geschlossenen Elektronikgehäuse angeordnet sind und somit als einzige Baugruppe verbaubar sind.

In weiterer Ausbildung der Erfindung von besonderer Bedeutung ist die Motorsteuereinrichtung so ausgebildet, dass während einer dritten Phase des Motorbetriebs, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sich der Motorstrom bei weiter ansteigender Belastung nicht mehr allein durch Absenken der Frequenz des Motorstroms konstant halten lässt, auch die Motorspannung abgesenkt wird. Wenn also die vorstehend beschriebene Motorregelung während der zweiten Phase bei weiter ansteigender Belastung an ihre Grenzen stößt, weil durch weitere Absenkung der Frequenz der Motorstrom nicht mehr konstant gehalten werden kann, so stößt der Motor an eine Regelgrenze. Es wird nun in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, sowohl die Frequenz als auch die Motorspannung zu verändern, und zwar abzusenken, mit der Folge, dass die Motordrehzahl sehr stark und für den Benutzer spürbar abnimmt, sodass der Benutzer schnell merkt, dass der Motor überlastet ist und die Belastung entsprechend absenken kann.

Damit wird ein Kippen des Motors verhindert.

In weiterer Ausbildung dieses Erfindungsgedankens kann die Motorsteuerung so ausgebildet sein, dass bei Erreichen einer Motorspannung U (grenz) während der dritten Phase der Motor dann abgeschaltet wird oder dass anstelle eines Abschaltens des Motors eine Resterregung an den Motor angelegt wird, damit nach Wegnahme der Belastung der Motor selbsttätig wieder anlaufen kann und damit in den normalen Regelbetrieb eingetreten werden kann.

Die Erfindung betrifft aber auch ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrohandwerkzeuggeräts mit einem Asynchronelektromotor oder einem bürstenlosen Synchronelektromotor und einer rechnergesteuerten Motorsteuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.

Bevorzugte Ausführungsformen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 13 bis 19.

Mit dem erfindungsgemäßen Elektrowerkzeuggerät und unter Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Elektrowerkzeuggeräts kann eine Motorcharakteristik oder Leistungscharakteristik erhalten werden, wie sie ein Benutzer von Elektrowerkzeuggeräten mit einem Kohlebürsten aufweisenden Kommutatorsystem, von sogenannten Universalmotoren, gewohnt ist, ohne dass jedoch ein solches Verschleiß behaftetes Kommutator-Kohlebürsten-System zum Einsatz kommt. Auf der anderen Seite erweist es sich als vorteilhaft, dass trotz Verwendung von Asynchronelektromotoren oder bürstenlosen Synchronelektromotoren das bei diesen Motoren an sich übliche "Kippen"des Motors verhindert werden kann. Der Motor wird stets in einem für die gerade auftretende Belastung optimalen Betriebspunkt durch Wahl der optimalen Frequenz betrieben.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In der Zeichnung zeigt : Fig. 1 in schematischer Darstellung die Schaltung eines erfindungsgemäßen Elektrohandwerkzeuggeräts.

Fig. 2 ein Motordiagramm durch Auftragung der Motordrehzahl N über dem Motordrehmoment M.

Figur 1 zeigt schematisch den grundsätzlichen Aufbau der Motorsteuerung bei einem erfindungsgemäßen Elektrowerkzeuggerät. Der Motor 2, ein Asynchronelektromotor oder ein bürstenloser Synchronelektromotor, ist an einen mit Netzspannung gespeisten Frequenzumrichter 4 angeschlossen, von dem er die, Motorversorgungs- oder Motorerregerspannung erhält. Der Freqenzumrichter 4 ist an das normale Stromnetz 6 mit z. B. 230 V/50Hz angeschlossen. Ferner ist eine mikroprozessorbetriebene Motorsteuereinrichtung 8 vorgesehen, welche den Frequenzumrichter 4 ansteuert und die Vorgabe für die Frequenz der Motorerregerspannung sowie für die Größe der Motorerregerspannung an den Frequenzumrichter 4 gibt. Ferner ist ein Stromaufnehmer 10 in einer jeweiligen Ansteuerleitung zwischen Frequenzumrichter 4 und Elektromotor 2 vorgesehen.

Es kann sich hierbei in vorteilhafter Weise um einen Shunt- Widerstand 12 handeln, mittels dessen über an sich bekannte und daher nicht dargestellte elektronische Abgriffsschaltungen eine dem Motorstrom entsprechende Größe erzeugt und der Motorsteuereinrichtung 8 als Eingangsgröße eingegeben werden kann. Der Frequenzumrichter 4, die Motorsteuereinrichtung 8 sowie der Stromwertaufnehmer 10 mit nicht dargestellter Schaltung sind in einem Maschinengehäuse des Elektrowerkzeuggeräts auf einer gemeinsamen Platine oder in einem gegen Feuchtigkeit geschützten Elektronikgehäuse als Baugruppe angeordnet bzw. untergebracht.

Figur 2 zeigt ein Motordiagramm, wobei die Motordrehzahl N als Funktion des Motordrehmoments M, also als Funktion der Belastung des Elektromotors aufgetragen ist. Bis zu einem Grenzstrom I (grenz) wird die Frequenz der Motorerregerspannung und auch die Größe dieser Spannung konstant gehalten. Damit läuft der Elektromotor mit etwa konstanter Drehzahl N in dem mit I bezeichneten Gebiet.

Steigt der Motorstrom infolge zunehmender Belastung über den Grenzwert I (grenz) sO wird über die Motorsteuereinrichtung die Frequenz der Motorerregerspannung so geregelt, dass der Motorstrom I konstant bleibt, und zwar vorzugsweise auf dem Grenzwert I (grenz) der zwischen 10 und 20 A, insbesondere zwischen 10 und 15 A und vorzugsweise beispielsweise bei einem Winkelschleifer-Motor bei 12 bis 14 A liegt. Mit steigender Belastung sinkt damit, die Frequenz der durch den Frequenzumrichter an den Motor angelegten Motorerregerspannung und damit auch die Motordrehzahl M. Man hat daher in etwa die Charakteristik eines Stromwendermotors, außerhalb des regelbaren Bereichs. Damit verhält sich das erfindungsgemäße Elektrowerkzeuggerät so, wie es Benutzer von Geräten mit Universalmotoren gewohnt sind, also dass die Drehzahl des Motors mit steigender Belastung spürbar sinkt.

Dieses Gebiet ist in Fig. 2 mit II bezeichnet.

Wenn die Belastung weiter ansteigt, so wird am Ende des Gebiets II die Grenze der Regelbarkeit erreicht, was bedeutet, dass der Motorstrom nicht mehr allein durch Reduzieren der Frequenz der Motorerregerspannung konstant gehalten werden kann. Es wird in Weiterbildung der Erfindung dann sowohl die Frequenz als auch die Spannung reduziert, damit der Motorstrom I weiterhin auf gleichem Niveau gehalten werden kann. In diesem mit III bezeichneten Gebiet des Motordiagramms fällt dann die Kennlinie steil ab, d. h. die Motordrehzahl N nimmt mit der Belastung sehr stark ab, sodass ein Benutzer ohne Weiteres erkennen kann, dass der Motor in überlastetem Zustand dreht und dann die Belastung entsprechend reduzieren kann. Durch diese Steuerung im Gebiet III wird das Kippen des Motors verhindert. Bei Erreichen einer Grenzspannung u (grenz) wird der Motor dann sicherheitshalber abgeschaltet, da andernfalls der Motorstrom nicht weiter konstant gehalten werden könnte. Alternativ hierzu kann eine geringe Resterregung aufrecht erhalten werden, sodass nach Wegnahme der Belastung der Motor wieder langsam anlaufen kann und dann selbsttätig wieder in den regelbaren Bereich gelangen kann.