Titel

Bremssystem für eine Handwerkzeugmaschine mit mindestens einer Bremseinheit

Stand der Technik

Offenbarung der Erfindung

Vorteil der Erfindung ist Bremssystem für eine Handwerkzeugmaschine mit mindestens einer Bremseinheit , wobei die Bremseinheit einen elektromotorischen Antrieb der Handwerkzeugmaschine abbremst. Somit kann vorteilhaft die Sicherheit für einen Anwender erhöht werden.

Es wird vorgeschlagen, dass die Bremseinheit durch mindestens einen Aktor betätigt wird, wobei zur Auslösung des Aktors Energie aus mindestens einer wiederaufladbaren Batterie, insbesondere der zum Betrieb der Handwerkzeugmaschine benötigten wiederaufladbaren Batterie, bezogen wird. So kann vorteilhaft die Energie der wiederaufladbaren Batterie für die Sicherheitsbremsung genutzt werden.

Der Aktor ist vorzugsweise als SMA- Kabel (shape memory alloy) ausgebildet.

Zu einer schnellen Auslösung der Bremseinheit 14, sollte das SMA-Kabel 18 in weniger als 1ms auf ca. 80-100°C erwärmt werden.

Vorteilhaft kann das SMA Kabel über eine, gegenüber der Versorgungsspannung der Handwerkzeugmaschine deutlich höheren Spannung angesteuert werden. Vorteilhaft kann das SMA Kabel direkt über die Versorgungsspannung der Handwerkzeugmaschine angesteuert werden. Somit kann ein kostengünstiges Bremssystem realisiert werden.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.

Zeichnungen

Es zeigen:

Figur 1: eine erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine und ein

Bremssystem der Handwerkzeugmaschine in schematischer Darstellung,

Figur 2: eine Ausführungsform eines Aktors des Bremssystems in schematischer Darstellung,

Figur 3: eine weitere Ausführungsform des Aktors des Bremssystems in schematischer Darstellung,

Figur 4: eine weitere Ausführungsform des Aktors des Bremssystems in schematischer Darstellung.

Beschreibung

Für die in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen vorkommenden gleichen Bauteile werden dieselben Bezugszahlen verwendet.

Figur 1 zeigt ein Bremssystem 10 für eine Handwerkzeugmaschine 12 mit einer Bremseinheit 14. Die Bremseinheit 14 bremst einen elektromotorischen Antrieb 16 der Handwerkzeugmaschine 12, insbesondere einen Elektromotor. Die Bremseinheit 14 wird durch einen Aktor 18 betätigt. Zur Auslösung des Aktors 18 wird Energie aus einer wiederaufladbaren Batterie 20, insbesondere der zum Betrieb der Handwerkzeugmaschine 12 benötigten wiederaufladbaren Batterie 20, bezogen.

Der Aktor 18 ist vorzugsweise als SMA-Kabel ausgebildet. Zu einer schnellen Auslösung der Bremseinheit 14, sollte das SMA-Kabel 18 in weniger als 1ms auf ca. 80-100°C erwärmt werden. Durch diese Erwärmung zieht sich das SMA- Kabel 18 schlagartig zusammen und gibt hierdurch die Bremseinheit 14 frei. Die Bremseinheit 14 ist vorzugsweise federvorgespannt.

Zur Erwärmung des SMA-Kabels 18 wird elektrische Energie benötigt. Die elektrische Energie wird über einen Energiespeicher 24 bereitgestellt. Der Energiespeicher 24 ist als Kondensator oder als Akku ausgebildet. Da der abzugebende Strom begrenzt ist, muss die Ladespannung des Energiespeichers 24 hoch sein, um die benötigte Energie zu erhalten. Die Ladespannung liegt zwischen 100 -200V, bevorzugt zwischen 100 und 150V. Die Ladespannung beträgt insbesondere größer 100V.

Als Beispiel sollte bei einem Kondensator 24 mit einer Kapazität von 6.800pF die Ladespannung des Kondensators ca. 100V betragen, um einen Strom von ca. 250 A abzugeben. Dieser Strom wird benötigt, um das SMA-Kabel 18 in weniger als 1 ms von 20°C auf 90°C zu erwärmen.

Würde die Ladespannung des Kondensators 24 gleich der Versorgungsspannung der Handwerkzeugmaschine 12 betragen, würde die Energie eines in der Größe noch verbaubaren und kosteneffektiven Kondensators nicht ausreichen, um das SMA-Kabel 18 schnell genug zu erwärmen.

Die Versorgungsspannung von Handwerkzeugmaschinen mit einer wiederaufladbaren Batterie 20 beträgt typischerweise 3,6V bis 60V, insbesondere 10,8V bis 36V. Um eine Ladespannung von 100 V für den Energiespeicher zu erreichen, wird Wandlerelement 26 eingesetzt. Das Wandlerelement 26 kann als DC/DC Wandler oder als Ladungspumpe ausgeführt sein.

Das Wandlerelement 26 ist zwischen der wiederaufladbaren Batterie 20 der Handwerkzeugmaschine 12 und dem Energiespeicher 24 für die Auslösung des SMA- Kabels 18 angeordnet.

Das Wandlerelement 26 wird werden hierbei entweder direkt über der wiederaufladbaren Batterie 20 oder über eine Elektronik 28 versorgt. Das Wandlerelement 26 und der Energiespeicher 24 können entweder auf einem separaten Elektronikmodul oder direkt mit auf der Elektronik 28 verbaut werden.

Es gibt auch die Möglichkeit einer Ansteuerung des SMA Kabels 18 direkt über die wiederaufladbare Batterie 20.

Steht zur Erwärmung des SMA Kabels 18 nur die Spannung der wiederaufladbaren Batterie 20 (3,6V bis 60V, insbesondere 10,8V bis 36V) zur Verfügung, wird ein schlagartiger anliegender sehr hoher Strom benötigt.

Eine wiederaufladbare Batterie 20 bestehend aus mindestens einer Zelle und mit einem Innenwiederstand von Typischerweise 50 bis lOmOhm, insbesondere kleiner als 20mOhm) hat beim Kurzschließen einen Strom größer 100A bis 1000A zur Folge. Fließt dieser hohe Strom über einem Zeitraum, der größer als 1 Sekunde beträgt, wird die wiederaufladbare Batterie 20 irreparabel beschädigt. Fließt der volle Kurzschlusstrom über einen Zeitraum, der größer als 1 Sekunde beträgt, durch das SMA Kabel 18, wird das SMA Kabel 18 überlastet und brennt in Folge dessen durch.

Figur 2 zeigt eine Lösung, bei der das SMA Kabel 18 dennoch direkt über die wiederaufladbare Batterie 20 erwärmt werden kann.

Hierbei wird das SMA-Kabel 18 über einen spannungsgesteuerten Halbleiter 30, mit dem der Strom beeinflusst werden kann, mit der wiederaufladbare Batterie 20 verbunden. Der Halbleiter 30, der einen Strom steuert, ist als MOSFET ausgeführt.

Durch Aktivierung des MOSFET 30 wird des SMA Kabel 18 über diesen mit der wiederaufladbaren Batterie 20 verbunden. Innerhalb einer Zeit, die kleiner als 1ms ist, ist der Kurzschlussstrom soweit angestiegen, dass das SMA Kabel ausreichend erwärmt ist. Nach Erwärmung des SMA-Kabels 18 wird der MOSFET 30 wieder geöffnet. Das Öffnen des MOSFET 30 kann zeitgesteuert erfolgen, indem die Stromhöhe gemessen wird. Das Öffnen des MOSFET 30 kann aber auch über ein mechanisches Schaltelement, welches mit dem SMA Kabel 18 verbunden ist, gesteuert werden.

Bei einer zeitgesteuerten Steuerung des MOSFETs 30 wird der MOSFET 30 nach einer definierten Zeit, die bevorzugt kleiner 5ms beträgt, gelöscht. Innerhalb der 5ms wird das SMA Kabel 18 über den Kurzschlussstrom der wiederaufladbaren Batterie 20 erwärmt und die Längendehnung herbeigeführt.

Bei einer stromgesteuerten Steuerung des MOSFETs 30 wird der Strom gemessen und ausgewertet. Figur 3 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der Strom direkt über einen Messwiderstand 32 gemessen wird. Der Messwiderstand 32 ist als Shunt ausgeführt. Es ist aber auch denkbar, dass der Strom über eine indirekte Messung wie einen Hallsensor, der den magnetischen Fluss im Leiter erfasst wird. Es ist aber auch denkbar, das SMA-Kabel 18 selbst als Shunt 32 zu verwenden. Hierbei wird der Spannungsabfall über das SMA-Kabel 18 gemessen und ausgewertet. Übersteigt der Strom einen definierten Schwellwert, wird der MOSFET 30 gelöscht.

Die Figuren 4a und 4b zeigen jeweils eine Schaltung zur mechanischen Steuerung des MOSFETs 30.

Wie in Figur 4a ersichtlich ist das SMA Kabel 18a und der Aktor 18b getrennt ausgeführt. Am Aktor 18b ist ein Stopper 40 angeordnet. Das SMA-Kabel 18a ist mit einem Ende mit dem Stopper 40 des Aktors 18b verbunden und mit dem anderen Ende mit der wiederaufladbaren Batterie 20. Wird das SMA- Kabel 18a bestromt, verkürzt es sich und gibt den Federvorgespannten Aktor 18b frei. Der Aktor 18b verliert den Kontakt zum Stopper 40 und öffnet den Stromkreis, der das SMA-Kabel 18a mit der wiederaufladbaren Batterie 20 verbindet, siehe Figur 4b. Daraufhin wird das SMA-Kabel 18a nicht weiter erwärmt.

Sollte es zu einem Ausfall des MOSFETs 30 kommen, ist das SMA-Kabel 18 so bemessen, dass es gezielt durchbrennt und somit als Sicherung dient. Der Stromkreis öffnet und die wiederaufladbare Batterie 20 wird in einen sicheren Zustand gebracht.

Es ist aber auch denkbar, dass das SMA-Kabel 18a mittels Strompulse aktiviert wird, sollte eine längere Ansteuerung (>lms) des SMA- Aktors 18 notwendig sein.

Ist es für die Ansteuerung des Aktors 18b erforderlich, den Aktor 18b in einer Zeit, die größer ist als 2ms zu erwärmen, muss das SMA Kabel 18a in dieser Zeit gegen die Federkraft verkürzt bleiben. Sobald die Erwärmung nachlässt, drückt sonst das Federelement des Aktors 18b den Aktor 18b wieder in die Ausgangsstellung zurück. Um dies zu vermeiden muss das SMA- Kabel 18a länger erwärmt werden. Das Anlegen eines so hohen Stromes, der für eine schlagartige Erwärmung des SMA-Kabels 18a benötigt wird, hat zur Folge, dass das SMA- Kabel 18a infolge zu großer Erwärmung durchbrennt.

Ziel ist es, dass das SMA- Kabel 18a schlagartig über eine Längeren Zeitraum erwärmt werden kann.

Dazu wird der MOSFET 30 bevorzugt über einen pController angesteuert.

Im ersten Zeitintervall, das ungefähr 1ms dauert, wird der MOSFET voll durchgeschalten, so dass der Maximale Strom über das SMA-Kabel 18a fließt. Das SMA-Kabel 18a wird dabei in derselben Zeit auf die erforderliche Temperatur erwärmt. Nach dem ersten Zeitintervall wird der MOSFET zyklisch ein und aus geschalten, das heißt der Strom wird puls moduliert. Folglich wird der Strom in diesem Bereich im Mittel deutlich geringer gehalten. Bedingt durch den geringeren Strom kann die Zeitdauer der Entnahme verlängert werden. In der letzten Phase wird der MOSFET wieder komplett durchgeschalten.