Technisches Anwendungsgebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektro- motorisch betriebenes Bodenbearbeitungsgerät für die Bodenbearbeitung im Bereich der Landwirtschaft und des Gartenbaus, insbesondere eine Bodenhacke, mit einem asynchronen Drehstrommotor zum Antrieb eines rotier- baren Bearbeitungswerkzeugs.

Motorisch angetriebene, handgeführte Bodenbear- beitungsgeräte, die auch unter dem Begriff Bodenhacke oder Gartenfräse bekannt sind, gehören heute zur Standardausrüstung von Gartenbaubetrieben, Klein- gärtnern und Weinbaubetrieben. Derartige Bodenbear- beitungsgeräte weisen ein rotierbares Bearbeitungs- werkzeug auf, das zur Bodenbearbeitung in den Boden eingreift. Der rotatorische Antrieb der Bearbeitungs- werkzeuge erfolgt bisher vor allem durch Verbrennungs- motoren am Fahrgestell des Bodenbearbeitungsgerätes.

Verbrennungsmotoren erzeugen jedoch eine einerseits eine hohe Geräuschbelastung und verursachen anderer- seits hohe Schadstoffemissionen. Für die Bodenbear- beitung mit einem ausreichend großen Drehmoment ist zudem eine hohe Motorendrehzahl erforderlich.

Inzwischen sind auch handgeführte Bodenbear- beitungsgeräte für die landwirtschaftliche oder gartenbauliche Bodenbearbeitung bekannt, bei denen Elektromotoren für den Antrieb des Bearbeitungs-

werkzeuges eingesetzt werden. So zeigt beispielsweise die DE 42 10 816 A1 ein handgeführtes Gerät zur Boden- bearbeitung, das einen Drehstrommotor als Antrieb aufweist. Das mit dem Drehstrommotor angetriebene Werkzeug lässt sich durch Entfernen der äußeren Werkzeugteile mit zwei unterschiedlichen Werkzeug- breiten betreiben. Für den Betrieb mit der kleineren Werkzeugbreite ist ein anderes Drehmoment erforderlich als für den Betrieb mit der größeren Werkzeugbreite.

Der Drehstrommotor lässt sich hierzu zwischen zwei Drehzahlbereichen umschalten, um die unterschiedlichen Drehmomente zu erzeugen.

Bei den bekannten Bodenbearbeitungsgeräten besteht jedoch häufig das Problem, dass eine effiziente Bodenbearbeitung nur bei bestimmter Bodenbeschaffenheit erreicht wird und die Geräte für den Bediener zum Teil schwer zu handhaben sind. Der Einsatz von Elektro- motoren für gattungsgemäße Bodenbearbeitungsgeräte erfordert zudem, dass die Elektromotoren kompakt aufgebaut und kostengünstig realisierbar sein müssen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein hand- geführtes, elektromotorisch betriebenes Bodenbear- beitungsgerät für die Bodenbearbeitung im Bereich der Landwirtschaft und des Gartenbaus, insbesondere eine Bodenhacke bzw. Gartenfräse, anzugeben, die geringe Schadstoffemissionen verursacht, eine effektive und bedienerfreundliche Bodenbearbeitung bei unterschied- licher Bodenbeschaffenheit ermöglicht und sich kostengünstig realisieren lässt.

Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit dem Bodenbearbeitungsgerät gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausge- staltungen und Weiterbildungen des Bodenbearbeitungs- gerätes sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausfüh- rungsbeispielen entnehmen.

Das vorliegende handgeführte, elektromotorisch betriebene Bodenbearbeitungsgerät weist einen asyn- chronen Drehstrommotor zum Antrieb des rotierbaren Bearbeitungswerkzeugs auf. Das Bodenbearbeitungsgerät umfasst einen Frequenzumformer zur Erzeugung einer Antriebsspannung mit einstellbarer Frequenz für den Drehstrommotor, wobei der Frequenzumformer mit einer manuell bedienbaren Stelleinrichtung zur Veränderung der Frequenz der Antriebsspannung verbunden ist. Der Drehstrommotor ist so ausgebildet, vorzugsweise durch geeignete Dimensionierung von Polzahl und Windungszahl des Ständers, dass ein annähernd konstantes Drehmoment des Drehstrommotors über einen breiten, mit der Stelleinrichtung einstellbaren Bereich von Drehzahlen des Drehstrommotors eingehalten wird. Dieser Bereich umfasst vorzugsweise einen Drehzahlbereich zwischen 20 bis über 2000 U/min, insbesondere bis ca. 6500 U/min.

Noch vorteilhafter ist ein Bereich von 10 bis über 3000 U/min des Drehstrommotors.

Die Gewährleistung bzw. Erzeugung des annähernd konstanten Drehmomentes über den breiten Drehzahl- bereich wird durch geeignete Anpassung der Polzahl auf der einen Seite und der Windungszahl des Ständers des Drehstrommotors auf der anderen Seite realisiert.

Kommerziell erhältliche kostengünstige Drehstrommotoren sind auf eine bestimmte Drehzahl hin ausgelegt, so dass ihr Drehmoment zu beiden Seiten dieser Drehzahl stark abfällt. Durch Erhöhung der Polzahl derartiger bekannter Drehstrommotoren kann das Drehmoment in einem niedrigen Drehzahlbereich angehoben werden. Durch Erniedrigen der Windungszahl und somit Verringerung des induktiven Widerstandes in einem oberen Drehzahlbereich kann das Drehmoment in diesem oberen Drehzahlbereich erhöht werden. Eine weitere Möglichkeit der Anhebung des Drehmomentes in einem niedrigen Drehzahlbereich besteht in der Erhöhung der Anzahl der Windungsnuten am Ständer, d. h. dem Einsatz eines Ständerbleches mit erhöhter Nutenzahl. Auf diese Weise lassen sich bekannte kostengünstige und leichte Drehstrommotoren durch eine der obigen Maßnahmen oder durch eine Kombination der obigen Maßnahmen als Drehstrommotor für das vorliegende Bodenbearbeitungsgerät ausbilden.

Durch die Möglichkeit der Veränderung der vom Frequenzumformer bereitgestellten Frequenz und somit der Drehzahl des Drehstrommotors, vorzugsweise eines Drei-Phasen-Drehstrommotors, lässt sich das vorliegende Bodenbearbeitungsgerät somit bis hinab zu niedrigen Drehzahlen mit nahezu gleich bleibendem Drehmoment variabel einsetzen. Hierbei wurde erkannt, dass gerade in niedrigen Drehzahlbereichen in vielen Fällen, insbesondere bei harten oder steinigen Böden, eine sehr effektive Bodenbearbeitung erreicht wird. Durch die Möglichkeit, die Drehzahl stark abzuregeln, ohne hierdurch einen starken Abfall des Drehmomentes zu erhalten, wird diese effektive Bodenbearbeitung in Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit ermöglicht.

Die Einstellung bzw. Veränderung der Drehzahl erfolgt vorzugsweise über ein Potentiometer, das für den Bediener zugänglich, beispielsweise am Führungs- handgriff bzw. Lenkgriff des Bodenbearbeitungsgerätes, angebracht ist. Auf diese Weise kann der Bediener unkompliziert die Drehzahl, beispielsweise durch Drehen des Führungsgriffes, verändern.

Das vorliegende Bodenbearbeitungsgerät umfasst vorzugsweise eine elektromechanische Steuerung, die eine Umpolung des Drehstrommotors für eine Richtungs- umkehr ermöglicht. Die Umpolung wird über ein Schaltelement, das vorzugsweise am Führungsgriff des Gerätes befestigt ist, ausgelöst. Die elektro- mechanischen Steuerung umfasst dabei zusätzlich einen Drehzahlbegrenzer zur Begrenzung der Drehzahlen des Drehstrommotors bei einem Rückwärts-Betrieb. Dieser Drehzahlbegrenzer begrenzt die maximal mögliche Drehzahl im Rückwärts-Betrieb auf weniger als 50% der maximal möglichen Drehzahlen im Vorwärts-Betrieb.

Die elektromechanische Steuerung ist in einer Weiterbildung des vorliegenden Gerätes mit einem weiteren Schaltelement verbunden und derart ausgebildet, dass der Drehstrommotor nur mit Strom versorgt wird, wenn das weitere Schaltelement gegen eine Federkraft von einem Bediener ständig gedrückt gehalten wird. Lässt der Bediener dieses Schaltelement los, so wird die Stromversorgung unterbrochen. Durch diese Ausgestaltung mit dem zusätzlichen Schaltelement, einem so genannten Totmann-Schalter, der vorzugsweise am Führungshandgriff bzw. Lenkgriff angebracht ist,

wird die Unfallsicherheit des Gerätes erhöht. Weiterhin ist die elektromechanische Steuerung so ausgestaltet, dass beide Schaltelemente gleichzeitig betätigt werden müssen, um das Gerät in Betrieb zu setzen. Auf diese Weise wird eine ungewollte Inbetriebsetzung vermieden.

Weiterhin ist vorzugsweise eine elektrische Verriegelung zwischen den beiden Schaltelementen vorgesehen, die gewährleistet, dass ein Wechsel zwischen Vorwärts-und Rückwärts-Betriebsweise nur durch Unterbrechung des elektrischen Betriebes des Gerätes erfolgen kann.

Vorzugsweise ist die Stelleinrichtung für die Einstellung der Drehzahl Bestandteil der elektro- mechanischen Steuerung. Bei einer Ausbildung dieser Stelleinrichtung als Potentiometer ist dieses elektrisch in die Steuerschaltung integriert. In einer Ausgestaltung umfasst die Steuerung einen Mikro- prozessor, so dass auf ein Potentiometer als Stell- einrichtung verzichtet werden kann. Die Einstellung der Drehzahl wird vielmehr beispielsweise über das Schaltelement für die Vorwärts-und Rückwärts- Umschaltung realisiert. Durch längeres Drücken dieses Schaltelementes kann die Drehzahl erhöht oder erniedrigt werden. Die Frequenz-bzw. Drehzahländerung wird dabei bspw. durch Einspeisung eines 0-10 V, 4- 20 mA-Signals am entsprechenden Eingang des Frequenz- umformers erreicht.

Durch die letztgenannten Ausgestaltungen des vorliegenden Bodenbearbeitungsgerätes, insbesondere der wählbaren Betriebsrichtung, lässt sich die Bedienung des Bodenbearbeitungsgerätes sehr anwenderfreundlich

gestalten. Der Bediener ist nunmehr ohne Kraftaufwand in der Lage, ein festgefahrenes Bodenbearbeitungsgerät durch Einlegen des Rückwärtsganges problemlos wieder zu lösen.

In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung ist der Frequenzumformer so ausgebildet, dass er neben der Antriebsspannung für den Drehstrommotor auch eine Gleichspannung für den Betrieb der elektromechanischen Steuerung bereitstellt. Dies ermöglicht den Verzicht auf einen zusätzlichen Netztrafo und bringt somit eine weitere Gewichtseinsparung.

Ein besonderer Vorteil des vorliegenden Boden- bearbeitungsgerätes besteht auch darin, dass keinerlei zusätzliche Getriebe eingesetzt werden müssen. Das Bodenbearbeitungsgerät lässt sich vielmehr direkt über einen Schneckentrieb mit dem Drehstrommotor sowohl in Vorwärts-als auch in Rückwärtsrichtung betreiben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Das vorliegende Bodenbearbeitungsgerät wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert.

Hierbei zeigen : Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung eines Bodenbearbeitungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung ; Fig. 2 schematisch elektrische Bestandteile des vorliegenden Bodenbearbeitungsgerätes ;

Fig. 3 ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Schaltung der elektromechanischen Steuerung des vorliegenden Bodenbearbeitungsgerätes ; und Fig. 4 ein Beispiel für eine Momentenkurve eines Drehstrommotors des erfindungsgemäßen Boden- bearbeitungsgerätes.

Wege zur Ausführung der Erfindung Ein typischer Aufbau eines Bodenbearbeitungs- gerätes, wie er auch beim Bodenbearbeitungsgerät der vorliegenden Erfindung realisiert sein kann, ist in der Fig. 1 stark schematisiert dargestellt. Das Boden- bearbeitungsgerät umfasst in der Regel ein Gestell 1, das mit einem umklappbaren Rad 2 für den Transport versehen sein kann. Am Gestell 1 ist ein in den Boden eingreifendes, hackendes oder fräsendes Werkzeug 3 rotierbar aufgehängt. Der Antrieb dieses Werkzeuges 3 erfolgt über den asynchronen Drehstrommotor 4, der beispielsweise über ein Schneckengetriebe mit dem Werkzeug 3 verbunden sein kann. Am Gestell 1 ist ein Führungsarm 5 mit einem Führungshand-oder Lenkgriff 6 befestigt, über den ein Bediener das Bodenbearbeitungs- gerät führen kann. Am Führungsgriff 6 sind zwei Schalt- elemente 7,8 sowie ein Potentiometer 9 angebracht.

Beide Schaltelemente 7,8 und das Potentiometer 9 sind über elektrische Leitungen mit der in dieser Figur nicht erkennbaren elektromechanischen Steuerung für den Drehstrommotor 4 verbunden.

Um eine gewollte von einer ungewollten Inbetrieb- setzung zu unterscheiden, sind bei diesem Bodenbear-

beitungsgerät zwei unabhängige elektromechanische Schaltfunktionen zu aktivieren. Dabei dient das als Druck-Griff ausgebildete Schaltelement 7 als Not-Stopp.

Dieses Schaltelement 7 muss zum Betrieb des Bodenbear- beitungsgerätes per Handbetätigung ständig in Betriebs- position festgehalten werden. Beim Loslassen dieses Schaltelementes 7 wird durch eine Federkraft sofort die Ruhestellung des Schaltelementes eingenommen und dadurch die Stromversorgung zwischen dem Frequenz- umformer und dem Drehstrommotor 4 unterbrochen. Mit dem zweiten Schaltelement 8, das im vorliegenden Beispiel als Taster mit einer Ruhestellung (Mittelstellung ohne Schaltfunktion) sowie einer Vorwärts-und Rückwärts- stellung ausgebildet ist, kann die Drehrichtung des Drehstrommotors und somit die Fahrtrichtung des Boden- bearbeitungsgerätes bestimmt werden.

Die Inbetriebsetzung erfolgt durch Betätigen bzw.

Drücken des ersten Schaltelementes 7 und das Antasten des Fahrtrichtungsschaltelementes 8. Ist eine Fahrt- richtung angewählt, so läuft der Motor an. Über das leicht zugängliche Potentiometer 9 kann die Drehzahl bzw. Fahrgeschwindigkeit verändert werden. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, durch den Einsatz eines elektronischen Mikroprozessors, die Drehzahl- funktion in das Schaltelement für die Vorwärts- Rückwärts-Umschaltung zu integrieren, d. h. über die Antastzeit des Schaltelementes in Vorwärtsstellung oder Rückwärtsstellung die Drehzahl entsprechend zu erhöhen oder zu erniedrigen.

Für die Fahrtrichtung rückwärts umfasst die elektromechanische Steuerung eine Drehzahl-bzw.

Fahrgeschwindigkeitsbegrenzung nach oben. Durch diese Maßnahme wird das Unfallrisiko infolge einer schwierigeren Handhabung der Maschine minimiert.

Weiterhin ist für eine maximale Sicherheit eine elektrische Verriegelung zwischen den beiden Schaltelementen 7 für Not-Stopp und 8 für die Vorwärts- Rückwärts-Umschaltung eingebaut. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine Fahrtrichtungsänderung erst nach einer Unterbrechung der Stromzufuhr zwischen dem Frequenzumformer und dem Drehstrommotor des Gerätes möglich ist.

Fig. 2 zeigt schematisiert wesentliche elektrische Komponenten des vorliegenden Bodenbearbeitungsgerätes.

In der Figur ist der Motor 4 erkennbar, der von einer durch den Frequenzumformer 10 bereitgestellten Antriebsspannung gespeist wird. Die Frequenz dieser Antriebsspannung kann mit dem Potentiometer 9 über einen großen Frequenzbereich, im vorliegenden Beispiel zwischen ca. 5 Hz und 120 Hz variabel eingestellt werden. Das Potentiometer 9 gehört zur elektro- mechanischen Steuerung 11, die über die entsprechenden, in der Fig. 1 dargestellten Schaltelemente 7,8 die Betriebsweise (vorwärts-rückwärts) des Motors 4 steuert.

Als Motor wurde im vorliegenden Beispiel ein kommerziell erhältlicher, mit 220 V Wechselspannung betreibbarer Drei-Phasen-Drehstrommotor in vierpoliger Ausführung so angepasst, dass dieser über einen mit dem Potentiometer 9 einstellbaren Drehzahlbereich von 10 bis 3600 U/min ein nahezu gleich bleibendes Drehmoment, d. h. ein Drehmoment, das sich über diesen Bereich um

weniger als 10% ändert, aufweist. Hierzu wurde die Windungszahl dieses bekannten Drehstrommotors von 62 Windungen auf 42 Windungen herabgesetzt, um auch bei der maximalen Betriebsfrequenz von 120 Hz einen ausreichend niedrigen induktiven Widerstand zur Erzeugung des erforderlichen Drehmomentes zu erhalten.

Durch die Anpassung des bekannten Drehstrommotors wurde zudem eine Leistungssteigerung von 1,1 auf 1,7 kW erreicht. Das zeigt, dass durch die vorliegende Anpassung neben dem annähernd konstanten Drehmoment über den großen Drehzahlbereich auch für die gleiche Leistung ein kleinerer und somit leichterer Motor eingesetzt werden kann.

Für den Rückwärtsbetrieb wurde die Frequenz der Antriebsspannung bei diesem Motor mit einer Drehstrom- begrenzung auf eine maximale Frequenz von 35 Hz begrenzt.

Ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Schaltung der elektromechanischen Steuerung des vorliegenden Bodenbearbeitungsgerätes ist in Figur 3 dargestellt, in der u. a. der Rückwärts-Drehzahlbegrenzer 12, das Potentiometer 9, das Not-Stopp-Schaltelement 7 und die beiden Schaltfunktionen des Schaltelementes 8 erkennbar sind.

Figur 4 zeigt die Momentenkurve eines weiteren Motors zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Boden- bearbeitungsgerätes. In diesem Beispiel wurde ein kommerziell erhältlicher, mit 220 V Wechselspannung betreibbarer 0,37 kW-Drehstrommotor in zweipoliger Ausführung so angepasst, dass dieser über einen mit dem Potentiometer 9 einstellbaren Drehzahlbereich von 20

bis 6800 U/min ein nahezu gleich bleibendes Drehmoment aufweist. Hierzu wurde ein Blechpaket mit 24 Nuten an stelle des in dem Motor ursprünglich vorhandenen Blech- paketes mit 18 Nuten eingesetzt und die Wicklung angepasst. Überraschenderweise konnte durch diese Maßnahmen eine Konstanz des Drehmomentes über den breiten Drehzahlbereich erreicht werden, wie dies in der Figur ersichtlich ist.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Gestell 2 Klapprad 3 Bearbeitungswerkzeug Drehstrommotor Führungsarm 6ührungs-bzw. Lenkgriff Erstes Schaltelement 8 Zweites Schaltelement Potentiometer 10 Frequenzumformer 11 Elektromechanische Steuerung 12 Drehzahlbegrenzer