Akkuschrauber Aufbau: So funktioniert ein Akkuschrauber

Wie sieht ein Akkuschrauber eigentlich von innen aus? Und welche Komponenten sind im Akkuschrauber verbaut? Diese (und weitere) grundlegenden Informationen sind wichtig, wenn man einen Akkuschrauber reparieren möchte, oder einfach interessiert am Aufbau eines Akkuschraubers ist. Im Folgenden soll daher der Aufbau eines Akkuschraubers etwas genauer erklärt werden.

Der Aufbau eines Akkuschraubers

Moderne Akkuschrauber unterscheiden sich meist nur noch marginal voneinandern. Der grundsätzliche Aufbau ist bei Modellen gleicher Größe auch über die Grenzen unterschiedlicher Marken hinweg ziemlich ähnlich oder sogar gleich. Die Komponenten unterscheiden sich dann nur noch in ihrer Wertigkeit und in der Verarbeitung des Gesamtsystems, also dem Zusammenspiel der Teile.

Bestandteile eines Akkuschraubers
Der Aufbau eines Akkuschraubers

Ein moderner Akkuschrauber ist wie im Bild gezeigt aus den folgenden Komponenten aufgebaut:

  • Akku bzw. Akkuanschluss
  • Trigger mit Stellelement zur Regelung der Motordrehzahl
  • Drehrichtungswechsel
  • Elektromotor
  • Gangschaltung
  • Planetengetriebe
  • Drehmomenteinstellung
  • Bohrfutter

Die einzelnen Bestandteile eines Akkuschraubers

Im Folgenden sollen die einzelnen Bestandteiles des Akkuschraubers kurz erklärt und ihre Funktion beschrieben werden.

Akku und Akkuanschluss

Akkuschrauber Akku
Ein 10,8 V Akku eines Akkuschraubers

Der Akku (eigentlich: Akkumulator) versorgt den Akkuschrauber mit Strom. Im Gegensatz zum Wechselstromnetz versorgt der Akku den Schrauber mit Gleichstrom. Akkumulatoren für Akkuschrauber werden jeweils in Abstufungen von 3,6 Volt Spannung angeboten. Es gibt also die folgenden Leistungsklassen von Akkus:

  • 3,6 Volt
  • 7,2 Volt
  • 10,8 Volt
  • 14,4 Volt
  • 18 Volt

Die Spannung des Akkus bzw. des Akkuschraubers ist eine wichtige Kennzahl, um die Leistung zu beschreiben. Die Spannung allein reicht aber nicht aus, denn entscheidend ist neben der Leistung auch die Kapazität, die meist in Ah (Amperestunden) angegeben wird. Ein durchschnittlicher Akkuschrauber verfügt über 1,0 Ah bis 3,0 Ah. Erst die Multiplikation beider Werte (Volt mal Amperestunden) ermöglicht eine Aussage über die im Akku gespeicherte Energie, die dann in Wh (Wattstunden) angegeben wird.

Moderne Akkuschrauber sind mit Lithium-Ionen-Akkus ausgestattet, die im Vergleich zu den früher verwendeten Nickel-Cadmium-Akkus und Nickel-Metallhydrid-Akkus deutlich höhere Energiedichten (also mehr Leistung auf kleinerem Bauraum) bieten und weniger umweltschädliche Substanzen enthalten.

Trigger und Stellelement

Der Trigger eines Akkuschraubers bestimmt, wie schnell sich der Motor dreht. Der Trigger ist eine einfache Plastikkomponente, die mit dem Stellelement verbunden ist. Das Stellelement ist eine einfache elektrische Schaltung, das die am Motor anliegende Spannung regelt, die der Akku bereitstellt. Je weiter der Trigger also durchgedrückt wird, desto mehr Spannung liegt am Motor an und desto höher ist demzufolge die Drehzahl des Motors.

Drehrichtungswechsel

Mit dem Drehrichtungswechsel eines Akkuschraubers lässt sich einstellen, ob der Schrauber sich mit oder gegen den Uhrzeigersinn dreht. Damit lässt sich also bestimmen ob Schrauben heraus- oder hereingedreht werden. Der Drehrichtungswechsel ist dabei mit dem Stellelement verbunden und polt die Spannung am Motor des Akkuschraubers einfach um. Aus dem Minus- wird der Pluspol und umgekehrt.

Elektromotor

Akkuschrauber Motor
Ein einfacher Motor eines Akkuschraubers

Der Elektromotor eines Akkuschraubers dient grob gesagt dazu, die elektrische Energie, die der Akku liefert, in eine mechanische Drehung zu verwandeln.

Der Motor ist das Herzstück eines jeden Akkuschraubers und maßgeblich für die Langlebigkeit des Gerätes verantwortlich. In etwa 80% der Schadenfälle von Akkuschraubern handelt es sich um Defekte am Motor. Das sollte beim Kauf eines Akkuschraubers immer bedacht werden: Je langlebiger der Motor, desto langlebiger der Akkuschrauber.

Bei Motoren in Akkuschraubern handelt es sich um Elektromotoren, genauergesagt um Gleichstrommotoren. In der Mehrheit der aktuell verkauften Akkuschrauber sind sogenannte bürstenbehaftete, permanenterregte Gleichstrommotoren verbaut. Diese Bauart ist für die Hersteller im Vergleich zu anderen Motoren (zum Beispiel den sogenannten Brushless-Motoren) ziemlich günstig, aber eben auch verschleißanfälliger. Durch die Kohlebürsten, die im inneren des Akkuschraubers dauerhaft auf einem Kupferzylinder, dem sogenannten Kommutator schleifen, entsteht ein dauerhafter Verschleiß, der sich auch nicht verhindern lässt.

Alternativ zu den bürstenbehafteten Motoren gibt es mittlerweile die sogenannten Brushless-Motoren (auch EC-Motoren genannt), die ohne Kohlebürsten auskommen. Diese werden allerdings eher in hochpreisigen Geräten verkauft und lohnen sich auch nur dann, wenn eine lange Lebensdauer des Akkuschraubers im regelmäßigen Betrieb gewünscht ist.

Gangschaltung

Die Gangschaltung ermöglicht es das Drehmoment und die Drehzahl des Akkuschraubers zu verändern. Das Drehmoment ist dabei nichts anderes als die “Kraft”, mit der das Gerät dreht. Häufig verfügen Akkuschrauber über zwei Gänge:

  • hohes Drehmoment, niedrige Drehzahl
  • niedriges Drehmoment, hohe Drehzahl

Absolute Profigeräte von Firmen wie Festool oder Fein werden auch mit 4-Gang Getrieben angeboten, die eine feinere Abstufung von Drehmoment und Drehzahl ermöglichen. Im Heimwerker-Einsatz ist das allerdings selten notwendig.

Die eigentliche Schaltung der Gänge erfolgt im Inneren des Planetengetriebes, das im nächsten Abschnitt erklärt wird.

Planetengetriebe

Planetengetriebe Akkuschrauber
Ein demontiertes Planetengetriebe eines Akkuschraubers

Das Getriebe eines Akkuschraubers ist als sogenanntes Planetengetriebe aufgebaut. Ein Getriebe besteht aus mehreren Zahnrädern, die so zueinander angeordnet sind, dass sie die Drehung des Motors übertragen, aber dabei die Drehzahl herabsetzen und das Drehmoment (also die Kraft) um den selbern Faktor erhöhen. Bei einem Planetengetriebe sind mehrere Zahnräder (die sogenannten Planetenräder) um ein zentrales Zahnrad (das sogenannte Sonnenrad) herum angeordnet. Um die Planetenräder herum schließt sich ein nach innen verzahntes Zahnrad, das sogenannte Hohlrad.

Planetengetriebe werden in handgehaltenen Geräten gerne eingesetzt, da sie im Vergleich zu den klassischen Stirnradgetrieben auf kleinerem Bauraum deutlich höhere Kräfte übertragen können. Das ist die Grundvoraussetzung, um einen kleinen und leichten Akkuschrauber zu konstruieren.

Da sich Akkuschraubermotoren mit einer sehr hohen Drehzahl drehen (weit über 3000 Umdrehungen pro Minute) muss diese Drehzahl sehr weit herabgesetzt werden. Deshalb werden in Akkuschraubern mehrere Getriebestufen hineinandergeschaltet.

Drehmomenteinstellung

Drehmomenteinstellung eines Akkuschraubers inkl. Bohrstufe
Die Drehmomenteinstellung eines Akkuschraubers inkl. Bohrstufe

Die Drehmomenteinstellung des Akkuschraubers stellt die empfindlichkeit der sogenannten Rutschkupplung ein. Rutschkupplungen sorgen dafür, dass der Akkuschrauber ab einem gewissen Widerstand einfach “durchrutscht”. Damit lassen sich z.B. Einschraubtiefen von Schrauben in Holz genau einstellen.

Diese Drehmomenteinstellung erfolgt meist über einen Ring aus Aluminium oder Kunststoff, der vorne am Akkuschrauber (direkt hinter dem Bohrfutter) gedreht wird.

Kann ein Akkuschrauber die Rutschkupplung mithilfe einer Bohrstufe überbrücken, spricht man korrekterweise von einem Akku-Bohrschrauber. In der Regel verfügen Akkuschrauber ab einer Spannung von 10,8 Volt über eine eigene Bohrstufe.

Bohrfutter

Das Schnellspannbohrfutter eines Akkuschraubers
Ein Schnellspannbohrfutter mit den sichtbaren Backen

Das Bohrfutter eines Akkuschraubers ist heutzutage im Normalfall als Schnellspannbohrfutter ausgeführt. Ein solches Schnellspannbohrfutter erlaubt es, das Bohrfutter ohne Einsatz von Werkzeugen zu öffnen und zu schließen und somit die Einsätze (z.B. Bohrer oder Bithalter) schnell und bequem zu wechseln.

Schnellspannbohrfutter bestehen aus den innenliegenden Backen, die mithilfe eines drehbaren Konus so verstellt werden können, dass Werkzeugschäfte unterschiedlicher Durchmesser problemlos aufgenommen werden können. Einige Marken (z.B. Metabo) bieten auch Wechselbohrfutter an. Mit diesen lassen sich Werkzeugwechsel noch schnell realisieren, indem einfach das gesamte Bohrfutter ausgetauscht wird.