AT403866B - Schaltungsanordnung zum abbremsen eines stromwendermotors, insbesondere eines universalmotors in einem elektrowerkzeug - Google Patents

Description

AT 403 866 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Abbremsen eines Stromwendermotors, insbesondere eines Universalmotors in einem Elektrowerkzeug, der einen Anker und eine geteilte oder ungeteilte Feldwicklung aufweist, wobei Schalter zum Umschalten von Motor- auf Generatorbetrieb (Bremsbetrieb) sowie eine Spannungsquelle zur Einleitung der Selbstinduktion für den Generatorbetrieb und Einrichtungen zur Begrenzung des generatorisch erzeugten Bremsmomentes vorhanden sind.

Bei Maschinen mit beweglichen Massen, die durch einen Stromwendermotor oder sogenannten Universalmotor elektrisch angetrieben sind, ist es in vielen Fällen wünschenswert oder, beispielsweise bei bestimmten handgeführten Elektrowerkzeugen, aus Sicherheitsgründen erforderlich, eine Auslaufbremse vorzusehen, die bewirkt, daß die beweglichen Massen innerhalb eines gewünschten Zeitraumes nach Ausschalten des Antriebsmotors zum Stillstand kommen. Vielfach wird zu diesem Zwecke so vorgegangen, daß der Antriebsmotor selbst als elektrische Bremse genutzt wird, indem er durch eine geeignete Schaltungsanordnung vom Motorbetrieb auf Generator- oder Bremsbetrieb umgeschaltet wird. Die DE 36 36 555 A1 zeigt eine zu diesem Zweck vorgesehene Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art.

Eine wesentliche, an. derartige Schaltungsanordnungen zu stellenden Anforderung besteht darin, daß gewährleistet sein soll, daß der Abbremsvorgang zwar zügig, jedoch ohne ein unerwünscht hohes Drehmoment abläuft und daß dabei die Kollektorbelastung in annehmbaren Grenzen bleibt, so daß kein übermäßiges Bürstenfeuer auftritt. Die bekannte Schaltungsanordnung der erwähnten Art weist im Hinblick auf die letztgenannte Forderung zusätzlich zu der Spannungsquelle, die lediglich zu Beginn des Abbremsvorganges die anfängliche Felderregung unterstützt und so zum Aufbau der Bremswirkung beiträgt, elektronische Schaltungsmittel auf, die während des Generator- oder Bremsbetriebes als Begrenzerschaltung wirken, die den Erregerstrom der Feldwicklungen und damit die Bremswirkung in bestimmtem Maße begrenzt. Es handelt sich hierbei um Schaltungen mit Zenerdioden oder elektronischen Schaltern. Wegen der bei den üblicherweise in Frage kommenden Leistungen erforderlichen Baugrößen sind derartige Schaltungen aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der in Betracht stehenden Art zu schaffen, die es ermöglicht, Kollektormotoren unterschiedlicher Leistung anpaßbar abzubremsen und sich im Vergleich zu bekannten Schaltungsanordnungen durch einen äußerst einfachen Schaltungsaufbau auszeichnet.

Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spannungsquelle auch die Einrichtung zur Begrenzung des generatorisch erzeugten Bremsmomentes bildet und im Generatorbetrieb in einem den Strompfad durch den Anker enthaltenden und/oder zumindest einen Teil der Feldwicklung enthaltenden Stromkreis liegt.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich durch die Spannungsquelle auf einfachste Weise und mit kleinstmöglichem Schaltungsaufwand ein Strom einspeisen, der im Generatorbetrieb im Sinne einer Reduzierung des Bremsmomentes, beispielsweise durch eine Feldschwächung, wirksam wird. Wie sich in der Praxis gezeigt hat, wird eine gute Bremswirkung mit annähernd normalem Bürstenfeuer erzielt, wenn mit Hilfe der Spannungsquelle ein Strom in der Weise eingespeist wird, daß im Generatorbetrieb ein zu kommutierender Erregerstrom erreicht wird, der in der Größenordnung etwa eines Drittels des Nennstromes im Motorbetrieb liegt. Da der Erregerstrom mit abnehmender Rotordrehzahl verhältnismäßig größer wird, ergibt sich ein ausgeglichenes Bremsmoment bis zu sehr kleinen Drehzahlen. Durch entsprechende Wahl der Spannung der Spannungsquelle läßt sich das Bremsmoment an die jeweiligen Bedürfnisse und Anforderungen anpassen.

Die Spannungsquelle kann eine Gleichspannungsquelle sein, beispielsweise in Form eines Transformators mit sekundärseitig angeschlossenem Gleichrichter, wobei die Primärseite über die Schalter mit der Netzseite verbindbar ist.

Die Einspeisung des die Bremswirkung bestimmenden Stromes kann so erfolgen, daß die Spannungsquelle durch die Schalter mit zumindest einem Teil der Feldwicklung des Motors zur Steuerung des magnetischen Erregerflußes verbindbar ist. Bei einem Motor mit geteilter Feldwicklung kann die Anordnung so getroffen sein, daß beim Generatorbetrieb der Strompfad durch den Rotor über einen Feldwicklungsteil kurzgeschlossen ist und der zweite Wicklungsteil von dem mittels der Spannungsquelle eingespeisten Strom in der Weise durchflossen ist, daß sich eine elektromagnetische Kopplung im Sinne einer Gegenkopplung zwischen Generatorstrom und Erregerstrom in der Weise ergibt, daß der Erregerstrom im Generatorbetrieb den gewünschten Wert hat, bei der die geeignete Bremswirkung erreicht wird.

Die Anordnung kann auch so getroffen sein, daß der Strompfad durch den Rotor im Generatorbetrieb mittels der Schalter unmittelbar an den Kollektorbürsten kurzschließbar ist. In solchen Fällen kann die Einspeisung des Stromes in einem Teil der Feldwicklung oder der gesamten Feldwicklung erfolgen.

Bei anderen Ausführungsbeispielen ist die Spannungsquelle mittels der Schalter im Generatorbetrieb dem Strompfad durch den Rotor nebengeschaltet. Die Beeinflussung der Bremswirkung ergibt sich in 2

AT 403 866 B diesem Falle durch Steuerung der Kollektorspannung beim Generatorbetrieb.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es Fig. 1 eine stark schematisch vereinfacht gezeichnete Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und die Fig. 2 und 3 entsprechende Blockdarsteilungen eines zweiten bzw. eines dritten Ausführungsbeispiels der Schaltungsanordnung.

Fig.1 zeigt eine Schaltungsanordnung für einen Stromwendermotor mit einem Rotor 1, Kollektorbürsten 3 und einer geteilten Feldwicklung mit Wicklungsteilen 5 und 7. Die Schaltungsanordnung des gezeigten Ausführungsbeispiels, die insbesondere für handgeführte Elektrowerkzeuge und Zimmereimaschinen vorgesehen ist, ist mittels eines Handschalters 9 betätigbar, der gemeinsam bewegliche Schaltkontaktstücke Si und S2 besitzt, von denen das Kontaktstück S1 unmittelbar mit der einen von zwei Netzanschlußklemmen 11 verbunden ist. Fig.1 zeigt die Anordnung im Zustand, bei dem der Handschalter 9 losgelassen und das mit der einen Netzanschlußklemme 11 verbundene Kontaktstück Si in seiner Öffnungsstellung ist, die dem Generator- oder Bremsbetrieb der Anordnung entspricht. Hierbei befindet sich das zweite Kontaktstück S2 des Handschalters 9 in seiner Schließstellung, in der es den Rotorstromkreis über den einen Wicklungsteil 5 der Feldwicklung sowie die Kollektorbürsten 3 kurzschließt. Bei dem in Fig.1 gezeigten Generator- oder Bremsbetrieb wird in den übrigen Wicklungsteil 7 der Feldwicklung, der beim Bremsbetrieb wegen des geschlossenen Schaltkontaktstücks S2 nicht von dem im Rotorstromkreis fließenden Strom durchflossen ist, ein Erregerstrom mittels einer Spannungsquelle 13 eingespeist.

Die Spannungsquelle 13 enthält beim Ausführungsbeispiel einen Transformator, der primärseitig mit dem Netz verbindbar ist, wobei die Verbindung mit der einen Netzanschlußklemme 11 über einen im Bremsbetrieb geschlossenen Relaiskontakt Kj eines Relais 14 erfolgt, das einen weiteren Relaiskontakt Ki besitzt, der beim Bremsbetrieb ebenfalls in geschlossener Schaltstellung ist und der zum Einspeisen eines Erregerstroms in den Wicklungsteil 7 die Sekundärseite des Transformators der Spannungsquelle 13 mit einem ihr zugeschalteten Gleichrichter in Nebenschaltung mit dem Wicklungsteil 7 verbindet, siehe Fig.1. Die Spule des Relais 14 ist einerseits mit der einen Netzanschlußklemme 11 unmittelbar verbunden und andererseits über das Kontaktstück Si des Handschalters 9 mit der anderen Netzanschlußklemme 11 verbindbar. Bei dem in Fig.1 gezeigten Bremsbetrieb, bei dem der Handschalter 9 losgelassen und das Schaltkontaktstück Si geöffnet ist, ist das Relais 14 abgefallen, wobei beide Relaiskontakte ΚΊ und K2 geschlossen sind.

Die Primärseite des Transformators der Spannungsquelle 13, die einerseits über den Relaiskontakt K2 mit dem Netz unmittelbar verbindbar ist, ist an ihrem anderen Wicklungsende nicht unmittelbar mit dem Netz verbunden, sondern über eine Motorstillstandskontrolle 17, die am Wicklungsteil 5 der Feldwicklung ein die Drehbewegung des Rotors 1 kennzeichnendes Signal abgreift und in Abhängigkeit von diesem Drehsignal die Primärseite der Spannungsquelle 13 zum Netz durchschaltet oder bei Stillstand des Rotors 1 die Primärseite des Transformators der Spannungsquelle 13 vom Netz trennt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist beim Einschalten des Motorbetriebs der Anlaufvorgang des Motors mittels einer mit 19 bezeichneten Sanftanlaufelektronik üblicher Art gesteuert, die in den Motorstromkreis geschaltet ist. Zum Einleiten des Motorbetriebs wird der Handschalter 9 gedrückt, wodurch zunächst das Kontaktstück S2 öffnet, so daß der Rotorstrompfad nicht länger über den Wicklungsteil 5 kurzgeschlossen ist, und sodann das Kontaktstück Si schließt (integrierter Netztrenner). Durch Schließen des Kontaktstücks Si zieht das Relais 14 an und öffnet die Relaiskontakte K1 und K2. Der Motor wird nun über die Sanftanlaufelektronik 19, die einerseits unmittelbar mit einer Netzanschlußklemme 11 und über das geschlossene Kontaktstück Si mit der anderen Netzanschlußklemme 11 verbunden ist, über die Verbindung der Sanftanlaufelektronik 19 mit dem Feldwicklungsteil 7 hochgefahren, wobei der Anfahrvorgang in üblicher Weise entsprechend einer Phasenanschnittsrampe erfolgt. Sobald die Drehbewegung des Rotors 1 einsetzt, schaltet die Motorstillstandskontrolle 17 das eine Ende der Primärwicklung des Transformators der Spannungsquelle 13 zum Netz durch. Das andere Ende der Primärwicklung ist jedoch wegen des geöffneten Relaiskontakts K2 vom Netz getrennt.

Zum Einleiten des Brems- oder Generatorbetriebs wird der Handschalter 9 losgelassen, wodurch das Kontaktstück Si öffnet und das Kontaktstück S2 schließt. Durch Öffnen des Kontaktstücks Si fällt das Relais 14 ab und schließt die Relaiskontakte K1 und «2. Durch das Kontaktstück S2 ist der Wicklungsteil 5 der Feldwicklung parallel zum Rotor 1 geschaltet, so daß dieser im Generatorbetrieb arbeitet. Da die Relaiskontakte Ki und K2 geschlossen sind und bei sich drehendem Rotor die Motorstillstandskontrolle 17 den Transformator der Spannungsquelle 13 primärseitig zum Netz durchschaltet, wird in den Wicklungsteil 7 der Feldwicklung mittels der Spannungsqueile 13 ein Erregerstrom eingespeist. Dessen Stärke ist so gewählt, daß sich bei der magnetischen Kopplung mit dem anderen Wicklungsteil 5 ein gewünschtes Bremsmoment am Rotor 1 im Generatorbetrieb ergibt. 3

Claims (10)

1. AT 403 866 B Beim Stillstand des Rotors 1 trennt die Motorstillstandskontrolle 17 den Transformator der Spannungsquelle 13 vom Netz. Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der wesentliche Unterschied gegenüber dem Beispiel von Fig.1 lediglich darin besteht, daß das Kontaktstück S2 des Handschalters 9 beim Generatorbetrieb den Rotorstrompfad nicht über den Wicklungsteil 5 kurzschließt, sondern den Rotor unmittelbar an den Bürsten 3 kurzschließt. Im Brems- oder Generatorbetrieb ist daher das von dem Wicklungsteil 7 aufgrund des mittels der Spannungsquelle 13 eingespeisten Erregerstroms erzeugte Feld für die Bremswirkung bestimmend. Bei entsprechend gewähltem, durch die Spannungsquelle 13 in den Wicklungsteil 7 eingespeistem Erregerstrom ergibt sich die gleiche Funktion wie bei dem Ausführungsbeispiel von Ftg.l. Ein in Fig.3 gezeigtes, weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem, ebenso wie in Fig.2, für entsprechende Schaltungsbestandteile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.1 verwendet sind, unterscheidet sich von den beiden vorherigen Ausführungsbeispielen dadurch, daß im Generator- oder Bremsbetrieb mittels der Spannungsquelle 13 der die Bremswirkung beeinflussende Strom nicht in die Feldwicklung eingespeist wird, sondern über den Relaiskontakt K2 in Nebenschaltung zum Rotor 1 unmittelbar an dessen Bürsten 3 eingespeist wird. Die Polarität der mittels der Spannungsquelle 13 angelegten Gleichspannung ist so gewählt, daß der von ihr bewirkte Strom dem durch den Rotor fließenden Erregerstrom entgegenwirkt. Im übrigen ist bei dem Ausführungsbeispiel von Fig.3 die Betätigung der Schaltungsbestandteile mittels der Kontaktstücke S1 und S2 des Handschalters 9 im wesentlichen analog zu den vorhergehenden Beispielen, das heißt, bei der in Fig.3 gezeigten Schalterstellung mit losgelassenem Handschalter 9 sind die Kontaktstücke S, und S2 geöffnet, das Relais 14 ist abgefallen und dessen Relaiskontakte Ki und Kj sind demgemäß geschlossen, wobei sich über den geschlossenen Kontakt K1 der Generatorbetrieb ergibt, indem ein geschlossener Generatorkreis über den Wicklungsteil 7, den Rotor 1 und den Wicklungsteil 5 gebildet wird. Bei dem in Fig.3 gezeigten Generatorbetrieb ist dabei die Spannung der Spannungsquelie 13 über den geschlossenen Relaiskontakt K2 an den Bürsten 3 des Rotors 1 angelegt. Es versteht sich, daß anstelle des erwähnten Aufbaus der Spannungsquelle 13 mit Transformator und sekundärseitig zugeordnetem Gleichrichter eine andersartige geeignete Spannungsquelle Anwendung finden könnte. Die Sanftanlaufelektronik 19 kann in beliebiger bekannter Art ausgebildet sein oder in bestimmten Fällen in Wegfall kommen. Bei einer elektrischen Maschine, bei der eine elektronische Drehzahlregelung vorhanden ist, kann ein durch diese bereits vorhandenes Tachosignal die vorliegend als Motorstillstandskontrolle 17 bezeichnete Schaltungskomponente ersetzen. Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zum Abbremsen eines Stromwendermotors, insbesondere eines Universalmotors in einem Elektrowerkzeug, der einen Anker (1) und eine geteilte oder ungeteilte Feldwicklung (5, 7) aufweist, wobei Schalter (9, 14) zum Umschalten von Motor- auf Generatorbetrieb (Bremsbetrieb) sowie eine Spannungsquelle (13) zur Einleitung der Selbsterregung für den Generatorbetrieb und Einrichtungen zur Begrenzung des generatorisch erzeugten Bremsmomentes vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelie (13) auch die Einrichtung zur Begrenzung des generatorisch erzeugten Bremsmomentes bildet und im Generatorbetrieb in einem den Strompfad durch den Anker (3) enthaltenden und/oder zumindest einen Teil der Feldwicklung (7, 5) enthaltenden Stromkreis liegt.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (13) im Generatorbetrieb an die im Motorbetrieb den Stromwendermotor speisende Energiequelle angeschlossen ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (13) eine während des Generatorbetriebs konstante Ausgangsspannung hat.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Spannungsquelle (13) eine Gleichspannungsquelle ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (13) einen Transformator mit sekundärseitig angeschlossenem Gleichrichter aufweist.
6. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Generatorbetrieb zumindest ein Teil der Feldwicklung (5, 7) des Stromwendermotors durch die Schalter (9, 14) an die Spannungsquelle (13) angeschlossen ist. 4 AT 403 866 B
7. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Generatorbetrieb die Ausgangsspannung der Spannungsquelle (13) mittels der Schalter (9, 14) mit einer dem generatorisch erzeugten Rotorstrom entgegenwirkenden Polung an die Bürsten (3) des Stromwendermotors angelegt ist.
8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten (3) des Stromwendermotors im Generatorbetrieb mittels der Schalter (9, 14) zumindest über einen Teil (5) der Feldwicklung (5, 7) miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Bürsten (3) des Stromwendermotors im Generatorbetrieb mittels der Schalter (9, 14) kurzgeschlossen sind.
10. 10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontrolleinrichtung. (17) vorhanden ist, die ein eine Drehbewegung des Rotors (1) kennzeichnendes Signal erzeugt, und daß die Spannungsquelle (13) in Abhängigkeit von diesem Signal ein- und abschaltbar ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 5