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Gebiet der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleichstromschalter-Lichtbogenlöscheinrichtung, die konfiguriert ist, um einen zwischen Kontaktstellen eines Gleichstromschalters auftretenden Lichtbogen zu löschen.
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Stand der Technik
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Eine Lichtbogenlöscheinrichtung, die konfiguriert ist, um einen in einem Gleichstromschalter auftretenden Lichtbogen zu löschen, ist aus der Technik bekannt. Wie beispielsweise in Patentliteratur 1 offenbart, ist eine Lichtbogenlöscheinrichtung mit einem Gleichstromschalter parallelgeschaltet und konfiguriert, um einen zwischen Kontaktstellen des Gleichstromschalters auftretenden Lichtbogen zu löschen.
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Die in Patentliteratur 1 offenbarte Lichtbogenlöscheinrichtung umfasst insbesondere eine Gleichstromversorgung, einen mechanischen Schalter, einen Halbleiterschalter, eine Stromversorgungsschaltung, eine Steuerschaltung und eine Zeitgeberschaltung. Der mechanische Schalter ist mit der Gleichstromversorgung in Reihe geschaltet. Der Halbleiterschalter ist mit dem mechanischen Schalter parallelgeschaltet. Die Steuerschaltung schaltet den Halbleiterschalter ein und aus. Die Stromversorgungsschaltung steuert die Steuerschaltung an. Die Zeitgeberschaltung ist (i) zwischen (a) einer der Kontaktstellen des mechanischen Schalters und (b) der Stromversorgungsschaltung zwischengeschaltet und (ii) konfiguriert, um eine Betriebszeit der Stromversorgungsschaltung einzustellen. Die so konfigurierte Lichtbogenlöscheinrichtung verwendet eine Spannung eines im mechanischen Schalter auftretenden Lichtbogens zum Einschalten des Halbleiterschalters, um den Lichtbogen zu löschen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass der Lichtbogen im mechanischen Schalter sowohl für den Fall, dass der mechanische Schalter geschlossen wird, als auch für den Fall, dass der mechanische Schalter geöffnet wird, auftritt. Dabei ist jedoch zu beachten, dass ein beim Schließen des mechanischen Schalters auftretender Lichtbogen klein ist, wohingegen ein beim Öffnen des mechanischen Schalters auftretender Lichtbogen so groß ist, dass er den mechanischen Schalter stark beschädigt.
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Dokumente des Stands der Technik
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[Patentliteratur]
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- [Patentliteratur 1]
Japanisches Patent Nr. 3441813
- [Patentliteratur 2]
Japanische Ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichung, Tokukohei, Nr. 7-62970
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Gemäß der Konfiguration von Patentliteratur 1 wird der Halbleiterschalter, der in Reaktion auf den im mechanischen Schalter aufgetretenen Lichtbogen eingeschaltet wird, durch den folgenden Prozess ausgeschaltet. Der Halbleiterschalter wird insbesondere durch einen Prozess ausgeschaltet, bei dem die Zeitgeberschaltung ihren Betrieb beendet, die Zeitgeberschaltung, die ihren Betrieb beendet hat, eine Reduzierung der Ausgangsspannung der Stromversorgungsschaltung bewirkt und die Steuerschaltung letztlich einen EIN-Zustand des Halbleiterschalters nicht aufrecht erhalten kann, so dass der Halbleiterschalter ausgeschaltet wird.
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Dies bewirkt eine allmähliche Zustandsänderung des Halbleiterschalters von einem leitenden Zustand, in dem der Halbleiterschalter eine ausreichend niedrige Impedanz aufweist, zu einem nichtleitenden Zustand, in dem der Halbleiterschalter eine extrem hohe Impedanz aufweist. Dies verlängert einen Übergangszeitraum für eine Zustandsänderung des Halbleiterschalters vom EIN-Zustand zum AUS-Zustand, so dass der Halbleiterschalter mehr elektrische Leistung verliert und eine größere Wärmemenge erzeugt. Dies bewirkt eine Erhöhung der elektrischen Verlustleistung des Halbleiterschalters auf einen Wert, der eine zulässige Verlustgrenze übersteigt, so dass im Halbleiterschalter eine Störung auftreten kann.
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In Anbetracht der obigen Ausführungen muss der Halbleiterschalter ein aufwändiges Element sein, das eine ausreichende Toleranz für eine elektrische Verlustleistung aufweist. Damit der Halbleiterschalter zudem einen höheren elektrischen Strom unterbricht, muss die Lichtbogenlöscheinrichtung eine Wärmestrahlungsstruktur aufweisen, die eine Erhöhung der Temperatur des Halbleiterschalters einschränkt. Die Lichtbogenlöscheinrichtung mit der Wärmestrahlungsstruktur weist eine komplizierte Struktur auf. Dies behindert die Miniaturisierung der Lichtbogenlöscheinrichtung.
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In Anbetracht der obigen Ausführungen besteht eine Aufgabe eines Aspekts der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer hochzuverlässigen, klein dimensionierten und kostengünstigen Lichtbogenlöscheinrichtung, die konfiguriert ist, um einen in einem Gleichstromschalter auftretenden Lichtbogen zu löschen.
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Technische Lösung
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Eine Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Halbleiterschalter, der mit einem ersten Schalter parallelgeschaltet ist, der mechanisch ist und mit einer Gleichstromversorgung einer Lastvorrichtung in Reihe geschaltet ist; eine Stromversorgungsschaltung, die mit jeder der beiden Kontaktstellen des ersten Schalters verbunden ist und konfiguriert ist, um eine in Reaktion auf das Öffnen des ersten Schalters zwischen den beiden Kontaktstellen erzeugte Spannung dazu zu verwenden, eine Spannung auszugeben, die das Einschalten des Halbleiterschalters bewirkt; und eine Zeitgeberschaltung, die zwischen der Stromversorgungsschaltung und dem Halbleiterschalter vorgesehen ist und konfiguriert ist, um (i) in Reaktion auf eine Ausgangsspannung der Stromversorgungsschaltung zu arbeiten und (ii) nach einer ab dem Einschalten des Halbleiterschalters verstrichenen vorherbestimmten Zeit die Lieferung einer Spannung von der Stromversorgungsschaltung zum Halbleiterschalter zu unterbrechen, um das Ausschalten des Halbleiterschalters zu bewirken.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Halbleiterschalter seinen Zustand durch eine Betätigung einer Zeitgeberschaltung von einem EIN-Zustand zu einem AUS-Zustand umschalten, ohne einen Übergangszeitraum für eine Änderung vom EIN-Zustand zum AUS-Zustand. Mit der Konfiguration verliert der Halbleiterschalter weniger elektrische Leistung und erzeugt eine geringere Wärmemenge. Dadurch gibt es keinen Grund zur Befürchtung, dass infolge einer höheren elektrischen Verlustleistung ein Fehler im Halbleiterschalter auftreten könnte. Der Halbleiterschalter muss somit (i) kein aufwändiges und groß dimensioniertes Element sein und (ii) nicht mit einer Wärmestrahlungseinrichtung versehen sein. Dies ermöglicht die Konfigurierung einer Lichtbogenlöscheinrichtung, die hochzuverlässig, klein dimensioniert und kostengünstig ist.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockschaltbild, das einen Zustand veranschaulicht, in dem eine Lichtbogenlöscheinrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Lastvorrichtung verbunden ist.
- 2 ist ein Schaltbild der Lastvorrichtung und der Lichtbogenlöscheinrichtung, die jeweils in 1 dargestellt sind.
- 3 ist ein Schaltbild, das einen Zustand veranschaulicht, in dem eine Lichtbogenlöscheinrichtung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Lastvorrichtung verbunden ist.
- 4 ist eine Vorderansicht eines Beispiels eines Elektrowerkzeugs, das eine Lastvorrichtung ist, welche die Lichtbogenlöscheinrichtung der anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
- 5 ist ein Zeitdiagramm, das jeweilige Betriebsvorgänge von Abschnitten der in 3 veranschaulichten Lichtbogenlöscheinrichtung darstellt.
- 6 ist ein Blockschaltbild, das eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und ein Anwendungsbeispiel einer Lichtbogenlöscheinrichtung zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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[Ausführungsform 1]
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die Beschreibung der Ausführungsform 1 nimmt als Beispiel den Fall, dass eine Lastvorrichtung ein tragbares Elektrowerkzeug ist und in der Lastvorrichtung eine Lichtbogenlöscheinrichtung eingebaut ist. 1 ist ein Blockschaltbild, das einen Zustand veranschaulicht, in dem eine Lichtbogenlöscheinrichtung der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung mit einer Lastvorrichtung verbunden ist.
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(Konfiguration der Lastvorrichtung 1)
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Wie in 1 veranschaulicht, umfasst die Lastvorrichtung 1 eine Gleichstromversorgung E1, eine Last 11 und einen ersten Schalter (Gleichstromschalter) SW1, die in Reihe geschaltet sind, um einen geschlossenen Stromkreis zu konfigurieren. Die Gleichstromversorgung E1 ist beispielsweise eine Speicherbatterie. Die Last 11 ist beispielsweise ein Motor. Der erste Schalter SW1 ist ein mechanischer Kontaktschalter, der Kontaktstellen aufweist.
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(Konfiguration der Lichtbogenlöscheinrichtung 2)
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Die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 umfasst einen Halbleiterschalter TR4, eine erste Zeitgeberschaltung (Unterbrechungsschaltung) 21, eine Konstantspannungsschaltung 22, eine zweite Zeitgeberschaltung (Zeitgeberschaltung) 23 und eine Schutzschaltung 24.
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Gemäß Ausführungsform 1 ist der Halbleiterschalter TR4 ein Feldeffekttransistor (FET) und hat (i) einen Drain, der mit einem auf einer Plusseite angeordneten ersten elektrisch leitenden Pfad 25a verbunden ist, und (ii) eine Source, die mit einem auf einer Minusseite angeordneten zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b verbunden ist. Der erste elektrisch leitende Pfad 25a ist mit einem plusseitigen Anschlusselement T1 verbunden, und das plusseitige Anschlusselement T1 ist mit einem der Anschlüsse des ersten Schalters SW1 verbunden. Der zweite elektrisch leitende Pfad 25b ist mit einem minusseitigen Anschlusselement T2 verbunden, und das minusseitige Anschlusselement T2 ist mit dem anderen der Anschlüsse des ersten Schalters SW1 verbunden. Eine Schaltung, die vom plusseitigen Anschlusselement T1 über den Halbleiterschalter TR4 zum minusseitigen Anschlusselement T2 führt, ist eine Bypass-Schaltung 28 in Bezug auf den ersten Schalter SW1, und der Halbleiterschalter TR4 ist mit dem ersten Schalter SW1 parallelgeschaltet.
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Die Konstantspannungsschaltung 22 ist jeweils mit dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a und dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b verbunden. Die Konstantspannungsschaltung 22 und der erste elektrisch leitende Pfad 25a sind über eine Diode D2 verbunden, in der eine Richtung, in der ein elektrischer Strom vom ersten elektrisch leitenden Pfad 25a zur Konstantspannungsschaltung 22 fließt, eine Vorwärtsrichtung ist. Die Konstantspannungsschaltung 22 ist eine Stromversorgungsschaltung, die vom ersten elektrisch leitenden Pfad 25a und vom zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b jeweils mit elektrischer Leistung versorgt wird und eine konstante Spannung zum Halbleiterschalter TR4 liefert.
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Die erste Zeitgeberschaltung 21 ist auf dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a zwischen (a) einer Verbindungsstelle zwischen dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a und dem Halbleiterschalter TR4 und (b) einer Verbindungsstelle zwischen dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a und der Diode D2 vorgesehen. Die erste Zeitgeberschaltung 21 unterbricht den ersten elektrisch leitenden Pfad 25a nach Ablauf einer ab dem Betriebsbeginn der Lichtbogenlöscheinrichtung 2 verstrichenen gegebenen Zeit, d. h. nach Beendigung des Ladens eines Kondensators C1 (nachdem der Kondensator C1 mit elektrischen Ladungen voll ist).
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Die zweite Zeitgeberschaltung 23 und die Schutzschaltung 24 sind zwischen der Konstantspannungsschaltung 22 und dem Halbleiterschalter TR4 vorgesehen. Die zweite Zeitgeberschaltung 23 ist so vorgesehen, dass sie unmittelbar auf die Konstantspannungsschaltung 22 folgt, und die Schutzschaltung 24 ist so vorgesehen, dass sie auf die zweite Zeitgeberschaltung 23 folgt.
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Die zweite Zeitgeberschaltung 23 beendet ihren Betrieb nach Ablauf einer ab dem Betriebsbeginn der zweiten Zeitgeberschaltung 23 verstrichenen gegebenen Zeit. Dies unterbricht die elektrische Leitung von der Konstantspannungsschaltung 22 zum Halbleiterschalter TR4.
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Die Schutzschaltung 24 liefert an ein Gate des Halbleiterschalters TR4 eine Spannung, die von der Konstantspannungsschaltung 22 über die zweite Zeitgeberschaltung 23 bereitgestellt wird. Die Schutzschaltung 24 schützt den Halbleiterschalter TR4, indem verhindert wird, dass an das Gate des Halbleiterschalters TR4 eine Spannung angelegt wird, die höher als eine maximale Nennspannung ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die Lichtbogenlöscheinrichtung 2, deren grundlegende Betriebsweise darin besteht, einen Lichtbogen zu löschen, die Schutzschaltung 24 nicht zwingend enthalten muss.
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Zwischen dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a und dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b sind darüber hinaus eine Diode D1 und ein Kondensator C2 so vorgesehen, dass sie auf einer ersten Seite der Konstantspannungsschaltung 22 angeordnet sind, wobei die erste Seite einer zweiten Seite der Konstantspannungsschaltung 22 gegenüberliegt und auf dieser zweiten Seite der Halbleiterschalter TR4 vorgesehen ist. Die Diode 1, in der eine Richtung, in der ein elektrischer Strom vom zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b zum ersten elektrisch leitenden Pfad 25a fließt, eine Vorwärtsrichtung ist, ist jeweils mit dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a und dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b verbunden. Die Diode D1 setzt die erste Zeitgeberschaltung 21 zurück, indem sie bewirkt, dass ein geschlossener Stromkreis, der durch die erste Zeitgeberschaltung 21, den Halbleiterschalter TR4 und die Diode D1 gebildet wird, elektrische Ladungen emittiert, die in der ersten Zeitgeberschaltung 21 akkumuliert wurden. Der Kondensator C2 entrauscht jeweils den ersten elektrisch leitenden Pfad 25a und den zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b, um eine Spannung zwischen dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a und dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b zu stabilisieren. Es wird darauf hingewiesen, dass die Lichtbogenlöscheinrichtung 2, deren grundlegende Betriebsweise darin besteht, einen Lichtbogen zu löschen, den Kondensator C2 nicht zwingend umfassen muss.
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(Spezielle Schaltung der Lichtbogenlöscheinrichtung 2)
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2 ist ein Schaltbild der Lastvorrichtung 1 und der Lichtbogenlöscheinrichtung 2, die jeweils in 1 dargestellt sind. Wie in 2 veranschaulicht, umfasst die erste Zeitgeberschaltung 21 der Lichtbogenlöscheinrichtung 2 den Kondensator C1 und einen Widerstand R1, die in Reihe geschaltet sind. Es wird darauf hingewiesen, dass der Kondensator C1 eine viel höhere Kapazität als ein Kondensator C3 der Konstantspannungsschaltung 22 und als ein Kondensator C4 der zweiten Zeitgeberschaltung 23 aufweist. Der Widerstand R1, der ein niederohmiger Widerstand ist, ist vorzugsweise so vorgesehen, dass er verhindert, dass ein zu hoher elektrischer Strom zu einer Schaltung fließt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Lichtbogenlöscheinrichtung 2, deren grundlegende Betriebsweise darin besteht, einen Lichtbogen zu löschen, den Widerstand R1 nicht zwingend enthalten muss.
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Die Konstantspannungsschaltung 22 umfasst einen Transistor TR1, den Kondensator C3 und die Widerstände R2 und R3 sowie eine Zenerdiode ZD1. Der Transistor TR1 weist einen Emitter auf, der mit einem dritten elektrisch leitenden Pfad 27 verbunden ist, welcher vom Emitter bis zum Gate des Halbleiterschalters TR4 führt. Der Kondensator C3 ist zwischen einem Kollektor des Transistors TR1 und dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b vorgesehen. Der Widerstand R2 ist zwischen einer Basis des Transistors TR1 und dem Kollektor des Transistors TR1 vorgesehen. Die Zenerdiode ZD1 ist zwischen der Basis des Transistors TR1 und dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b vorgesehen. Der Widerstand R3 ist zwischen dem Emitter des Transistors TR1 und dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b vorgesehen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Diode D2 (weiter oben beschrieben) eine Kathode aufweist, die mit dem Kollektor des Transistors TR1 verbunden ist.
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Die zweite Zeitgeberschaltung 23 umfasst Transistoren TR2 und TR3, Widerstände R4 bis R9 und den Kondensator C4. Die Transistoren TR2 und TR3 weisen entsprechende Emitter auf, die jeweils mit dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b verbunden sind. Der Kondensator C4 und der Widerstand R4 sind zwischen dem dritten elektrisch leitenden Pfad 27 und einer Basis des Transistors TR2 vorgesehen und dabei in Reihe geschaltet. Der Widerstand R5 ist zwischen der Basis des Transistors TR2 und dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b vorgesehen. Der Widerstand R6 ist zwischen dem dritten elektrisch leitenden Pfad 27 und einem Kollektor des Transistors TR2 vorgesehen. Der Widerstand R7 ist zwischen dem Kollektor des Transistors TR2 und einer Basis des Transistors TR3 vorgesehen. Der Widerstand R8 ist auf dem dritten elektrisch leitenden Pfad 27 zwischen (a) einer Verbindungsstelle zwischen dem dritten elektrisch leitenden Pfad 27 und dem Widerstand R6 und (b) einer Verbindungsstelle zwischen dem dritten elektrisch leitenden Pfad 27 und einem Kollektor des Transistors TR3 vorgesehen. Der Widerstand R9 ist zwischen der Basis des Transistors TR3 und dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b vorgesehen.
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Die Schutzschaltung 24 umfasst einen Widerstand R10 und eine Zenerdiode ZD2. Der Widerstand R10 ist auf dem dritten elektrisch leitenden Pfad 27 zwischen (a) einer Verbindungsstelle zwischen dem dritten elektrisch leitenden Pfad 27 und dem Kollektor des Transistors TR3 und (b) dem Gate des Halbleiterschalters TR4 vorgesehen. Die Zenerdiode ZD2 ist zwischen dem Gate des Halbleiterschalters TR4 und dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b vorgesehen. Der Widerstand 10, der ein als Gate-Widerstand bezeichneter Widerstand ist, begrenzt einen elektrischen Strom, der in eine parasitäre Kapazität fließt, die zwischen einem Gate und einer Source eines FET, der der Halbleiterschalter TR4 ist, erzeugt wird.
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Darüber hinaus ist zwischen dem Gate und dem Drain des Halbleiterschalters TR4 ein Stoßschaltkreis 26 vorgesehen, der eine Diode D3 und eine Zenerdiode ZD3 umfasst, die in Reihe geschaltet sind. Der Stoßschaltkreis 26 ist konfiguriert für den Schutz des Halbleiterschalters TR4 durch Einschalten des Halbleiterschalters TR4 in Reaktion auf das Anlegen einer übermäßig hohen Spannung, die eine Stehspannung übersteigt, an den Halbleiterschalter TR4.
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(Betriebsweise der Lichtbogenlöscheinrichtung 2)
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Die folgende Beschreibung erörtert eine Betriebsweise der Lichtbogenlöscheinrichtung 2 anhand der oben beschriebenen Konfiguration. Für den Fall, dass der erste Schalter SW1 geöffnet wird, wird zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 eine Spannung erzeugt. Die zwischen den Kontaktstellen erzeugte Spannung bewirkt den Betrieb der Konstantspannungsschaltung 22. Dann wird eine Ausgangsspannung der Konstantspannungsschaltung 22 an das Gate des Halbleiterschalters TR4 angelegt, so dass der Halbleiterschalter TR4 eingeschaltet wird. Dies bewirkt einen geschlossenen Zustand der Bypass-Schaltung 28 und unterbindet demzufolge das Auftreten eines Lichtbogens zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1.
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Insbesondere wird für den Fall, dass der erste Schalter SW1 geöffnet wird, zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 eine Spannung nur für einen Moment erzeugt. Für den Fall der Erzeugung einer Spannung zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 fließt ein elektrischer Strom vom plusseitigen Anschlusselement T1 über den ersten elektrisch leitenden Pfad 25a zur ersten Zeitgeberschaltung 21. Nach dem Passieren der ersten Zeitgeberschaltung 21 fließt der elektrische Strom über die Diode D2 in den Kondensator C3 der Konstantspannungsschaltung 22. Dies bewirkt, dass ein elektrischer Basisstrom zum Transistor TR1 der Konstantspannungsschaltung 22 fließt, so dass der Transistor TR1 eingeschaltet wird. Darüber hinaus fließt der elektrische Basisstrom über den Kondensator C4 und dem Widerstand R4 zum Transistor TR2 der zweiten Zeitgeberschaltung 23, so dass der Transistor TR2 eingeschaltet wird. Es sei darauf verwiesen, dass durch eine Operation der Zenerdiode ZD1 eine konstante Spannung an die Basis des Transistors TR1 angelegt wird.
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Der Transistor TR3 der zweiten Zeitgeberschaltung 23 hält einen AUS-Zustand aufrecht, während der Transistor TR2 sich in einem EIN-Zustand befindet. Dies bewirkt das Anlegen einer von der Konstantspannungsschaltung 22 bereitgestellten Spannung an das Gate des Halbleiterschalters TR4, so dass der Halbleiterschalter TR4 eingeschaltet wird. Für den Fall, dass der Halbleiterschalter TR4 eingeschaltet wurde, wechselt ein Zustand der Bypass-Schaltung 28 von einem offenen Zustand zum geschlossenen Zustand. Dadurch fließen alle elektrischen Ströme zur Bypass-Schaltung 28, während keine elektrischen Ströme zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 fließen. Dies unterbindet das Entstehen eines Lichtbogens im ersten Lichtschalter SW1.
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Es sei darauf verwiesen, dass gemäß der Lichtbogenlöscheinrichtung 2 eine Spannung (zum Beispiel 10 V), die zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 erzeugt wird, wenn der erste Schalter SW1 geöffnet wird, so eingestellt ist, dass sie niedriger ist als eine Spannung (zum Beispiel 12 V), die zwischen den Kontaktstellen des SW 1 erzeugt wird, wenn ein Lichtbogen im ersten Schalter SW1 auftritt. Dadurch kann die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 das Auftreten eines Lichtbogens für den Fall des Öffnens des ersten Schalters SW1 verhindern. Dieser Punkt gilt auch für andere Ausführungsformen.
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Wenn seit dem Einschalten des Halbleiterschalters TR4 eine vorherbestimmte Zeit verstrichen ist, unterbricht die zweite Zeitgeberschaltung 23 die Lieferung einer Spannung von der Konstantspannungsschaltung 22 zum Halbleiterschalter TR4, so dass der Halbleiterschalter TR4 ausgeschaltet wird. Dies bewirkt, dass sich die Bypass-Schaltung 28 im offenen Zustand befindet.
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Insbesondere fließt nach erfolgtem Einschalten des Halbleiterschalters TR4 kein elektrischer Strom in den ersten elektrisch leitenden Pfad 25a, die Konstantspannungsschaltung 22 und die zweite Zeitgeberschaltung 23 arbeiten jedoch unter Nutzung der in den Kondensatoren C1 und C3 akkumulierten elektrischen Ladungen jeweils weiter.
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Wenn nach dem Einschalten des Halbleiterschalters TR4 eine vorherbestimmte Zeit verstrichen ist, die entsprechend den jeweiligen Werten des Kondensators C4 und des Widerstands R4 bestimmt wird, ist das Laden des Kondensators C4 der zweiten Zeitgeberschaltung 23 beendet. Dies verhindert das Fließen des elektrischen Basisstroms zum Transistor TR2, so dass der Transistor TR2 ausgeschaltet wird.
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Wenn der Transistor TR2 abgeschaltet wurde, fließt der elektrische Basisstrom über die Widerstände R6 und R7 zum Transistor TR3, so dass der Transistor TR3 eingeschaltet wird. Der Transistor TR3 bewirkt eine Verbindung des dritten elektrisch leitenden Pfads 27 mit dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a. Dies bewirkt, dass der Halbleiterschalter TR4 eine Gate-Spannung von 0 V aufweist, so dass der Halbleiterschalter TR4 ausgeschaltet wird. Dies bewirkt, dass sich die Bypass-Schaltung 28 im offenen Zustand befindet.
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Für den Fall, dass der Halbleiterschalter TR4 ausgeschaltet wurde, wird, da sich der erste Schalter SW1 im offenen Zustand befindet, eine Spannung zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 auf eine Spannung der Gleichstromversorgung E1 zurückgesetzt. Anschließend wird für den Fall, dass das Laden des Kondensators C1 der ersten Zeitgeberschaltung 21 beendet ist, der erste elektrisch leitende Pfad 25a durch die erste Zeitgeberschaltung 21 unterbrochen. Dies bewirkt, dass sich die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 in einem stabilen Zustand befindet, während sie von der Lastvorrichtung 1, d. h. von der Gleichstromversorgung E1, elektrisch getrennt ist.
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Gemäß der Lichtbogenlöscheinrichtung 2, wie oben beschrieben, bewirkt die zweite Zeitgeberschaltung 23 die Zwangsabschaltung des Halbleiterschalters TR4 innerhalb eines Zeitraums, in dem sich die Konstantspannungsschaltung 22 im Normalbetrieb befindet.
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Die erste Zeitgeberschaltung 21 weist zudem eine Funktion zum Stoppen eines Betriebs der Konstantspannungsschaltung 22 auf, wie weiter oben beschrieben, indem sie nach dem Ausschalten des Halbleiterschalters TR4 die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 von der Lastvorrichtung 1 elektrisch trennt. Mit der Funktion kann die erste Zeitgeberschaltung 21 verhindern, dass die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 kontinuierlich elektrische Leistung der Gleichstromversorgung E1 der Lastvorrichtung 1 verbraucht. Dadurch kann die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 an Stelle der ersten Zeitgeberschaltung 21, die den Widerstand R1 und den Kondensator C1 aufweist, eine Schaltung umfassen, die bewirkt, dass die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 (insbesondere die Konstantspannungsschaltung 22) von der Lastvorrichtung 1 elektrisch getrennt wird, nachdem der Halbleiterschalter TR4 ausgeschaltet hat. Dieser Punkt gilt auch für andere Ausführungsformen.
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(Vorteil der Lichtbogenlöscheinrichtung 2)
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Wenn eine vorherbestimmte Zeit verstrichen ist, seit der Halbleiterschalter TR4 in Reaktion auf das Öffnen des ersten Schalters SW1 eingeschaltet wurde, unterbricht gemäß der Lichtbogenlöscheinrichtung 2 die zweite Zeitgeberschaltung 23 die Lieferung einer Spannung von der Konstantspannungsschaltung 22 zum Halbleiterschalter TR4, so dass der Halbleiterschalter TR4 ausgeschaltet wird. Dies bewirkt, dass die durch den Halbleiterschalter TR4 gebildete Bypass-Schaltung 28 sich im offenen Zustand befindet.
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Die zweite Halbleiterschaltung 23 kann in diesem Fall (i) unabhängig von (a) einer an den ersten Schalter SW1 angelegten Spannung und (b) einer Geschwindigkeit, mit der der erste Schalter SW1 zu öffnen/schließen ist, eine beliebige Zeit einstellen, über die der Halbleiterschalter TR4 elektrisch leitend ist, und (ii) den Halbleiterschalter für eine zum Löschen eines elektrischen Lichtbogenstroms zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 erforderliche Mindestzeit einschalten.
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Das heißt, der Halbleiterschalter TR4 kann seinen Zustand durch eine Betätigung der zweiten Zeitgeberschaltung 23 von einem EIN-Zustand zu einem AUS-Zustand umschalten, ohne einen Übergangszeitraum für eine Änderung vom EIN-Zustand zum AUS-Zustand.
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Mit der Konfiguration verliert der Halbleiterschalter TR4 weniger elektrische Leistung und erzeugt eine geringere Wärmemenge. Dadurch gibt es keinen Grund zur Befürchtung, dass infolge einer höheren elektrischen Verlustleistung ein Fehler im Halbleiterschalter TR4 auftreten könnte. Der Halbleiterschalter TR4 muss somit (i) kein aufwändiges und groß dimensioniertes Element sein und (ii) nicht mit einer Wärmestrahlungseinrichtung versehen sein. Dies ermöglicht eine Konfigurierung der Lichtbogenlöscheinrichtung 2, die hochzuverlässig, klein dimensioniert und kostengünstig ist.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 das Auftreten eines Lichtbogens auch dann effektiv verhindern kann, wenn es sich beim ersten Schalter SW1 beispielsweise um einen Auslöseschalter handelt und ein Zustand des ersten Schalters SW1 über einen Prellvorgang vom geschlossenen Zustand zum offenen Zustand geändert wird.
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Hinzu kommt, dass die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 (i) die Konstantspannungsschaltung 22 aufweist, die als Stromversorgungsschaltung dient, und (ii) die Konstantspannungsschaltung 22 zur Ausgabe einer stabilen und konstanten Gleichstromspannung veranlasst. Das heißt, selbst für den Fall von Änderung(en) einer Spannung der Gleichstromversorgung E1, eines elektrischen Laststroms und/oder dergleichen kann die zweite Zeitgeberschaltung 23 den Halbleiterschalter TR4 zielgenau ausschalten, nachdem eine vorherbestimmte Zeit seit dem Einschalten des Halbleiterschalters TR4 verstrichen ist. Dies macht es möglich, den Halbleiterschalter TR4 so anzusteuern, dass ein Betrag des Wärmeverlusts des Halbleiterschalters TR4 auf einen bestimmten Betrag eingeschränkt wird, und infolgedessen den Halbleiterschalter TR4 unfehlbar zu schützen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 an Stelle der Kontaktspannungsschaltung 22 eine Stromversorgungsschaltung aufweisen kann, die so konfiguriert ist, dass sie bloß den Halbleiterschalter TR4 ansteuert. Eine solche Stromversorgungsschaltung ergibt sich beispielsweise durch Weglassen des Transistors TR1, des Widerstands R2 und der Zenerdiode ZD1 aus der Konstantspannungsschaltung 22.
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Die Beschreibung der Ausführungsform 1 hat als Beispiel den Fall genommen, dass der als Schaltelement dienende Halbleiterschalter TR4 ein FET ist. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass Beispiele des Halbleiterschalters TR4 nicht nur einen FET, sondern auch einen Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode (IGBT) umfassen. Dieser Punkt gilt auch für andere im Weiteren noch beschriebene Ausführungsformen.
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[Ausführungsform 2]
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Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in der Folge unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es wird darauf verwiesen, dass Elemente mit Funktionen, die mit den Funktionen der entsprechenden in Ausführungsform 1 beschriebenen Elemente identisch sind, zur besseren Lesbarkeit jeweils mit identischen Bezugszeichen versehen sind und dass auf eine Beschreibung dieser Elemente hier verzichtet wird.
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3 ist ein Schaltbild, das einen Zustand veranschaulicht, in dem eine Lichtbogenlöscheinrichtung der Ausführungsform 2 mit einer Lastvorrichtung verbunden ist. 4 ist eine Vorderansicht eines Elektrowerkzeugs als Beispiel einer Lastvorrichtung, die die Lichtbogenlöscheinrichtung der Ausführungsform 2 aufweist.
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Eine Lichtbogenlöscheinrichtung 3 der Ausführungsform 2 wird erhalten, indem dafür gesorgt wird, dass die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 ferner einen Schutzwiderstand R11 und einen zweiten Schalter SW2 aufweist. Die Lichtbogenlöscheinrichtung 3 und die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 (wie weiter oben beschrieben) sind von der Konfiguration her identisch, außer dass die Lichtbogenlöscheinrichtung 3 den Schutzwiderstand R11 und den zweiten Schalter SW2 aufweist. Es wird darauf verwiesen, dass die Lichtbogenlöscheinrichtung 3 so konfiguriert sein kann, dass sie entweder nur den Schutzwiderstand R11 oder nur den zweiten Schalter SW2 umfasst.
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(Konfiguration des Schutzwiderstands R11)
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Der Schutzwiderstand R11 ist mit einem Halbleiterschalter TR4 in einer Bypass-Schaltung 28 in Reihe geschaltet. Dabei muss der Schutzwiderstand R11 nicht zwingend zwischen dem Halbleiterschalter TR4 und einem plusseitigen Anschlusselement T1 vorgesehen sein, wie in 3 veranschaulicht. Der Schutzwiderstand R11 kann alternativ zwischen dem Halbleiterschalter TR4 und einem minusseitigen Anschlusselement T2 vorgesehen sein. Der Schutzwiderstand R11 kann beispielsweise zwischen dem Halbleiterschalter TR4 und einer (auf einem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a) zwischen einer Last 11 und einer ersten Zeitgeberschaltung 21 angeordneten Verbindungsstelle, zwischen dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a und dem Halbleiterschalter TR4 vorgesehen sein.
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Der Schutzwiderstand R11 ist ein Chipwiderstand, dessen Widerstandswert beispielsweise nur etwa 1 mΩ bis 10 mΩ beträgt. Der Schutzwiderstand R11 ist vorzugsweise ein Chipwiderstand, dessen elektrisch leitender Teil aus einem metallischen Dünnfilm hergestellt ist. In diesem Fall ist der Chipwiderstand so konfiguriert, dass der metallische Dünnfilm zum Beispiel auf einem keramischen Substrat vorgesehen ist. Für den Fall, dass es aufgrund einer im Halbleiterschalter TR4 aufgetretenen Störung zu einem Kurzschluss im Halbleiterschalter TR4 kommt, wird der Schutzwiderstand R11 zum Beispiel geschmolzen und vom Stromkreis getrennt. Dies verhindert ein kontinuierliches Fließen von elektrischem Strom zur Bypass-Schaltung 28.
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Der Schutzwiderstand R11 ist speziell so konfiguriert, dass er für den Fall vom Stromkreis getrennt wird, dass ein elektrischer Strom über eine Zeitdauer (zum Beispiel eine Zeitdauer von nicht weniger als 10 ms), die länger ist als eine von der zweiten Zeitgeberschaltung 23 eingestellte Zeitdauer, über die der Halbleiterschalter TR4 eingeschaltet ist, zur Bypass-Schaltung 28 fließt. Der Schutzwiderstand R11 kann ein handelsüblicher Chipwiderstand sein, ist aus Metallfolie hergestellt und ist niederohmig.
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(Vorteil der Lichtbogenlöscheinrichtung 3 mit Schutzwiderstand R11)
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Die Lichtbogenlöscheinrichtung 3, die den Schutzwiderstand R11 umfasst, weist einen Vorteil wie nachstehend beschrieben auf.
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Herkömmlicherweise wird eine Sicherung verwendet, um einen Schaltkreis für den Fall zu schützen, dass in dem in der Bypass-Schaltung 28 vorgesehenen Halbleiterschalter TR4 ein Kurzschluss auftritt. Gemäß einer in Patentliteratur 2 beschriebenen Konfiguration sind beispielsweise vorgesehen: (i) ein mechanischer Schalter, der zwischen einer Gleichstromversorgung und einer Last zwischengeschaltet ist, (ii) ein Halbleiterschalter, der mit dem mechanischen Schalter parallelgeschaltet ist, (iii) ein Ansteuerkreis, der den Halbleiterschalter ein- und ausschaltet, und (iv) eine Sicherung, die mit dem Halbleiterschalter und dem mechanischen Schalter jeweils in Reihe geschaltet ist. Eine Funktion der Sicherung besteht darin, einen Halbleiterschalter von einem Schaltkreis zu trennen, falls es im Halbleiterschalter infolge eines elektrischen Überstroms zu einem Kurzschluss kommt.
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Es ist jedoch zu beachten, dass eine Sicherung mit höherem Nennstrom eine Baugröße entsprechend diesem Nennstrom aufweist. Zum Beispiel weist eine Sicherung, die das Fließen eines hohen elektrischen Stroms auch nur für einen Moment gestattet, eine erhebliche Baugröße auf. Eine Sicherung, die das Fließen eines elektrischen Stroms von 150 A für beispielsweise nur 1 ms bewirken muss, muss mindestens eine Sicherung mit einem Nennstrom von nicht unter 17 A sein. In diesem Fall weist die Sicherung erhebliche Abmessungen (Länge×Breite×Dicke) von zum Beispiel 6,1×2,5×2,5 auf und ist kostenaufwändig. Die Verwendung einer Sicherung bedeutet somit, dass ein Substrat einer Lichtbogenlöscheinrichtung mit Sicherung eine erhöhte Baugröße aufweist. Dies verhindert eine Herstellung der Lichtbogenlöscheinrichtung mit kleineren Abmessungen und gesenktem Kostenaufwand.
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Im Gegensatz dazu ist der als Schutzwiderstand R11 verwendete Chipwiderstand kleinformatig und kostengünstig. Beispiele des Chipwiderstands, der das Fließen eines elektrischen Stromes 150 A für beispielsweise nur 1 ms bewirkt, umfassen einen Chipwiderstand mit den Abmessungen (Länge×Breite×Dicke) von 1,25×2,0×0,5. Ein solcher Chipwiderstand weist ein Volumenverhältnis auf, das etwa 1/30 des Volumenverhältnisses einer Sicherung mit einer dem Chipwiderstand gleichwertigen Schmelzcharakteristik beträgt. Falls der Schutzwiderstand R11, der ein Chipwiderstand ist, an Stelle einer Sicherung verwendet wird, ist es somit möglich, ein kleineres Substrat herzustellen, d. h. die Lichtbogenlöscheinrichtung 3 zu verkleinern und kostengünstiger zu machen.
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(Konfiguration des zweiten Schalters SW2)
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Wie in 3 veranschaulicht, ist der zweite Schalter SW2 beispielsweise auf dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a zwischen (a) einer Verbindungsstelle zwischen dem Halbleiterschalter TR4 und dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a und (b) der ersten Zeitgeberschaltung 21 vorgesehen, um den ersten elektrisch leitenden Pfad 25a zu öffnen und zu schließen. Der zweite Schalter SW2 ist ein normal offener Schalter und wird exemplarisch durch einen Schalter mit Kontaktstelle verdeutlicht, der manuell betätigt und automatisch zurückgestellt wird.
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Gemäß Ausführungsform 2 sind ein erster Schalter SW1 und der zweite Schalter SW2 in einem Auslöseschalter 41 eines tragbaren Elektrowerkzeugs, das eine in 4 dargestellte Lastvorrichtung 1 ist, eingebaut. In diesem Fall wird in Reaktion auf das Drücken (oder Ziehen) des Auslöseschalters 41 zuerst der zweite Schalter SW2 geschlossen und dann der erste Schalter SW1 geschlossen. Im Gegensatz zum obigen Fall wird bei einem Zurückstellen des Auslöseschalters 41 zuerst der erste Schalter SW1 geöffnet und dann der zweite Schalter SW2 geöffnet.
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(Betriebsweise der Lichtbogenlöscheinrichtung 3)
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Oben wurde die Betriebsweise der Lichtbogenlöscheinrichtung 3 mit enthaltenem Schutzwiderstand R11 beschrieben. Die folgende Beschreibung erörtert nun Betriebsvorgänge, die von der Lichtbogenlöscheinrichtung 3 ausgeführt werden, von der oben beschriebenen Betriebsweise jedoch abweichen. 5 ist ein Zeitdiagramm, das jeweilige Betriebsvorgänge von Abschnitten der Lichtbogenlöscheinrichtung 3 darstellt.
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(Fall mit sequenziellem Schließen des zweiten Schalters SW2 und ersten Schalters SW1)
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Für den Fall, dass sich die Lastvorrichtung 1 und die Lichtbogenlöscheinrichtung 3 in einem Stoppzustand befinden, öffnen der erste Schalter SW1 und der zweite Schalter SW2. Dadurch wird zwischen Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 eine von einer Gleichstromversorgung E1 abgeleitete Spannung erzeugt.
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Die folgende Beschreibung erörtert einen Betriebsvorgang, der ausgeführt wird, wenn ein Benutzer den Auslöseschalter 41 ausgehend vom oben beschriebenen Zustand, in dem der erste Schalter SW1 und der zweite Schalter SW2 im Stoppzustand der Lastvorrichtung 1 und der Lichtbogenlöscheinrichtung 3 öffnen, allmählich drückt. Falls ein Benutzer der Lastvorrichtung 1 den Auslöseschalter 41 allmählich drückt, wird zuerst der zweite Schalter SW2 bei t1 geschlossen, so dass ein elektrischer Strom von der Gleichstromversorgung E1 der Lastvorrichtung 1 über den ersten elektrisch leitenden Pfad 25a zu einer Konstantspannungsschaltung 22 fließt. Dies bewirkt, dass die Konstantspannungsschaltung 22 ihren Betrieb aufnimmt. Dabei ist zu beachten, dass der erste Schalter SW1 in diesem Zustand offen bleibt.
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Für den Fall, dass die Konstantspannungsschaltung 22 ihren Betrieb aufnimmt, wird eine Ausgangsspannung der Konstantspannungsschaltung 22 über die zweite Zeitgeberschaltung 23 und eine Schutzschaltung 24 an ein Gate des Halbleiterschalters TR4 angelegt, so dass der Halbleiterschalter TR4 eingeschaltet wird. Dies bewirkt, dass sich die Bypass-Schaltung 28 in einem geschlossenen Zustand befindet.
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Insbesondere fließt der durch den ersten elektrisch leitenden Pfad 25a gehende elektrische Strom nach dem Passieren der ersten Zeitgeberschaltung 21 über eine Diode D2 in einen Kondensator C3 der Konstantspannungsschaltung 22. Dies bewirkt, dass ein elektrischer Basisstrom zu einem Transistor TR1 der Konstantspannungsschaltung 22 fließt, so dass der Transistor TR1 eingeschaltet wird. Darüber hinaus fließt der elektrische Basisstrom über einen Kondensator C4 und einen Widerstand R4 zu einem Transistor TR2 der zweiten Zeitgeberschaltung 23, so dass der Transistor TR2 eingeschaltet wird. Es ist zu beachten, dass durch einen Betriebsvorgang einer Zenerdiode ZD1 eine konstante Spannung an eine Basis des Transistors TR1 angelegt wird.
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Ein Transistor TR3 der zweiten Zeitgeberschaltung 23 hält einen AUS-Zustand aufrecht, während sich der Transistor TR2 in einem EIN-Zustand befindet. Dies bewirkt das Anlegen einer von der Konstantspannungsschaltung 22 bereitgestellten Spannung an das Gate des Halbleiterschalters TR4, so dass der Halbleiterschalter TR4 eingeschaltet wird. Für den Fall, dass der Halbleiterschalter TR4 eingeschaltet wurde, wechselt ein Zustand der Bypass-Schaltung 28 von einem offenen Zustand zum geschlossenen Zustand.
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Für den Fall, dass sich die Bypass-Schaltung 28 im geschlossenen Zustand befindet, wird zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 eine niedrige Impedanz erzeugt. Darüber hinaus fließt ein elektrischer Strom zur Last 11 der Lastvorrichtung 1 entlang eines Weges entlang der Gleichstromversorgung E1, der Last 11, dem Halbleiterschalter TR4 und der Gleichstromversorgung E1. Für den Fall, dass die zweite Zeitgeberschaltung 23 in Betrieb ist, wird anschließend eine Spannung des Gates des Halbleiterschalters TR4 abgesenkt, so dass der Halbleiterschalter TR4 bei t2 ausgeschaltet wird. Dies bewirkt, dass sich die Bypass-Schaltung 28 im offenen Zustand befindet. Wie zu bemerken, beendet die Konstantspannungsschaltung 22 ihren Betrieb bei und nach t2.
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Insbesondere fließt nach dem Einschalten des Halbleiterschalters TR4 kein elektrischer Strom von der Gleichstromversorgung E1 zum ersten elektrisch leitenden Pfad 25a, dessen Impedanz höher ist als die Impedanz des Halbleiterschalters TR4. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass die Konstantspannungsschaltung 22 und die zweite Zeitgeberschaltung 23 mit Hilfe elektrischer Ladungen, die in einem Kondensator C1 und dem Kondensator C3 akkumuliert wurden, jeweils weiterarbeiten.
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Wenn nach dem Einschalten des Halbleiterschalters TR4 eine vorherbestimmte Zeit verstrichen ist, die entsprechend den jeweiligen Werten des Kondensators C4 und des Widerstands R4 bestimmt wird, ist das Laden des Kondensators C4 der zweiten Zeitgeberschaltung 23 beendet. Dies verhindert das Fließen des elektrischen Basisstroms zum Transistor TR2, so dass der Transistor TR2 ausgeschaltet wird.
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Wenn der Transistor TR2 abgeschaltet wurde, fließt der elektrische Basisstrom über Widerstände R6 und R7 zum Transistor TR3, so dass der Transistor TR3 eingeschaltet wird. Der Transistor TR3 bewirkt eine Verbindung eines dritten elektrisch leitenden Pfads 27 mit dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a. Dies bewirkt, dass der Halbleiterschalter TR4 eine Gate-Spannung von 0 V aufweist, so dass der Halbleiterschalter TR4 ausgeschaltet wird. Dies bewirkt, dass sich die Bypass-Schaltung 28 im offenen Zustand befindet.
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Wenn der Halbleiterschalter TR4 ausgeschaltet wurde, wird, da sich der erste Schalter SW1 im offenen Zustand befindet, eine Spannung zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 auf eine Spannung der Gleichstromversorgung E1 zurückgesetzt.
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Wenn, wie weiter oben beschrieben, der Halbleiterschalter TR4 eingeschaltet wurde und dann ein elektrischer Strom zur Last 11 fließt, während der Halbleiterschalter TR4 eingeschaltet ist, zeigt die Lastvorrichtung 1 ein vom Benutzer unbeabsichtigtes Verhalten, zum Beispiel eine temporäre Vibration. Hierbei ist anzumerken, dass sich dieses Verhalten während eines Vorgangs zeigt, bei dem der Benutzer die Lastvorrichtung 1 in der Absicht betätigt, die Lastvorrichtung 1 zu bewegen. Das Verhalten ist somit für den Benutzer nicht überraschend und also nicht von Belang.
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Während eines Zeitraums von dem Zeitpunkt, an dem der Halbleiterschalter TR4 eingeschaltet wird, bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Halbleiterschalter TR4 ausgeschaltet wird, empfängt der Halbleiterschalter TR4, da die Konstantspannungsschaltung 22 in Betrieb ist, eine stabile Spannung von der Konstantspannungsschaltung 22. Der Halbleiterschalter TR4 schaltet sich somit exakt nach Ablauf einer seit dem Einschalten des Halbleiterschalters TR4 verstrichenen vorherbestimmten Zeit aus.
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Falls anschließend der Benutzer den Auslöseschalter 41 weiter allmählich drückt, wird der erste Schalter SW1 bei t3 geöffnet. Dies bewirkt das Fließen eines elektrischen Stroms zur Last 11 entlang eines Wegs entlang der Gleichstromversorgung El, der Last 11, dem ersten Schalter SW1 und der Gleichstromversorgung E1, so dass die Last 11 (Lastvorrichtung 1) arbeitet.
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(Fall mit sequenziellem Öffnen des ersten Schalters SW1 und zweiten Schalters SW2)
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Die folgende Beschreibung erörtert eine Betriebsweise, die so ausgeführt wird, dass der Auslöseschalter 41 aus einem Zustand, in dem der zweite Schalter SW2 und der erste Schalter SW1 geschlossen sind, allmählich zurückgestellt wird, nachdem der Benutzer den Auslöseschalter 41 bis zum Anschlag gedrückt hat.
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Wenn der Benutzer den Auslöseschalter 41 allmählich zurückstellt, wird der erste Schalter SW1 bei t4 geöffnet. In diesem Zustand bleibt der zweite Schalter SW2 geschlossen.
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Für den Fall, dass der erste Schalter SW1 geöffnet wird, wird zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 eine Spannung erzeugt. Die zwischen den Kontaktstellen erzeugte Spannung bewirkt den Betrieb der Konstantspannungsschaltung 22. Eine Ausgangsspannung der Konstantspannungsschaltung 22 wird an das Gate des Halbleiterschalters TR4 angelegt, so dass der Halbleiterschalter TR4 eingeschaltet wird. Dies bewirkt den geschlossenen Zustand der Bypass-Schaltung 28 und unterbindet demzufolge das Auftreten eines Lichtbogens zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1.
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Insbesondere wird für den Fall, dass der erste Schalter SW1 geöffnet wird, zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 eine Spannung nur für einen Moment erzeugt. Für den Fall der Erzeugung einer Spannung zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 fließt ein elektrischer Strom vom plusseitigen Anschlusselement T1 über den ersten elektrisch leitenden Pfad 25a zur ersten Zeitgeberschaltung 21. Nach dem Passieren der ersten Zeitgeberschaltung 21 fließt der elektrische Strom über die Diode D2 in den Kondensator C3 der Konstantspannungsschaltung 22. Dies bewirkt das Fließen eines elektrischen Basisstroms zum Transistor TR1 der Konstantspannungsschaltung 22, so dass der Transistor TR1 eingeschaltet wird. Darüber hinaus fließt der elektrische Basisstrom über den Kondensator C4 und den Widerstand R4 zum Transistor TR2 der zweiten Zeitgeberschaltung 23, so dass der Transistor TR2 eingeschaltet wird. Es wird darauf hingewiesen, dass durch eine Operation der Zenerdiode ZD1 eine konstante Spannung an die Basis des Transistors TR1 angelegt wird.
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Der Transistor TR3 der zweiten Zeitgeberschaltung 23 hält den AUS-Zustand aufrecht, während der Transistor TR2 sich im EIN-Zustand befindet. Dies bewirkt das Anlegen einer von der Konstantspannungsschaltung 22 bereitgestellten Spannung an das Gate des Halbleiterschalters TR4, so dass der Halbleiterschalter TR4 eingeschaltet wird. Für den Fall, dass der Halbleiterschalter TR4 eingeschaltet wurde, wechselt der Zustand der Bypass-Schaltung 28 vom offenen Zustand zum geschlossenen Zustand. Dadurch fließen alle elektrischen Ströme zur Bypass-Schaltung 28, während keine elektrischen Ströme zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 fließen. Dies unterbindet das Entstehen eines Lichtbogens im ersten Lichtschalter SW1.
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Für den Fall, dass sich die Bypass-Schaltung 28 im geschlossenen Zustand befindet, wird außerdem zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 eine niedrige Impedanz erzeugt. Ein elektrischer Strom fließt weiterhin auch zur Last 11 der Lastvorrichtung 1.
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Anschließend wird für den Fall, dass die zweite Zeitgeberschaltung 23 in Betrieb ist, eine Spannung des Gates des Halbleiterschalters TR4 abgesenkt, so dass der Halbleiterschalter TR4 bei t5 ausgeschaltet wird. Dies bewirkt, dass sich die Bypass-Schaltung 28 im offenen Zustand befindet. In diesem Fall wird ein durch die Last 11 fließender elektrischer Strom unterbrochen. Dies bewirkt die erneute Erzeugung einer Spannung zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1.
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Insbesondere fließt nach erfolgtem Einschalten des Halbleiterschalters TR4 kein aufgrund eines Lichtbogens erzeugter elektrischer Strom in den ersten elektrisch leitenden Pfad 25a, aber die Konstantspannungsschaltung 22 und die zweite Zeitgeberschaltung 23 arbeiten unter Nutzung der in den Kondensatoren C1 und C3 akkumulierten elektrischen Ladungen jeweils weiter. Wie zu bemerken, beendet die Konstantspannungsschaltung 22 ihren Betrieb ab t5.
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Wenn nach dem Einschalten des Halbleiterschalters TR4 eine vorherbestimmte Zeit verstrichen ist, die entsprechend den jeweiligen Werten des Kondensators C4 und des Widerstands R4 bestimmt wird, ist das Laden des Kondensators C4 der zweiten Zeitgeberschaltung 23 beendet. Dies verhindert das Fließen des elektrischen Basisstroms zum Transistor TR2, so dass der Transistor TR2 ausgeschaltet wird.
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Wenn der Transistor TR2 abgeschaltet wurde, fließt der elektrische Basisstrom über die Widerstände R6 und R7 zum Transistor TR3, so dass der Transistor TR3 eingeschaltet wird. Der Transistor TR3 bewirkt eine Verbindung des dritten elektrisch leitenden Pfads 27 mit dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a. Dadurch weist der Halbleiterschalter TR4 eine Gate-Spannung auf, die einen Schwellwert nicht übersteigt, so dass der Halbleiterschalter TR4 ausgeschaltet wird. Dies bewirkt, dass sich die Bypass-Schaltung 28 im offenen Zustand befindet.
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Wenn der Halbleiterschalter TR4 ausgeschaltet wurde, wird, da sich der erste Schalter SW1 im offenen Zustand befindet, eine Spannung zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters SW1 auf eine Spannung der Gleichstromversorgung E1 zurückgesetzt.
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Gemäß der Lichtbogenlöscheinrichtung 2, wie oben beschrieben, bewirkt die zweite Zeitgeberschaltung 23 die Zwangsabschaltung des Halbleiterschalters TR4 innerhalb eines Zeitraums, in dem sich die Konstantspannungsschaltung 22 im Normalbetrieb befindet.
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Hierbei ist zu beachten, dass eine Zeitdauer (Zeitraum von t4 bis t5), über die der Halbleiterschalter TR4 eingeschaltet ist, beispielsweise 1 ms beträgt. Während eines Zeitraums von dem Zeitpunkt, an dem der Halbleiterschalter TR4 eingeschaltet wird, bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Halbleiterschalter TR4 ausgeschaltet wird, empfängt der Halbleiterschalter TR4, da die Konstantspannungsschaltung 22 in Betrieb ist, auch in diesem Fall eine stabile Spannung von der Konstantspannungsschaltung 22. Der Halbleiterschalter TR4 wird somit exakt nach Ablauf einer seit dem Einschalten des Halbleiterschalters TR4 verstrichenen vorherbestimmten Zeit ausgeschaltet.
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Anschließend wird für den Fall, dass das Laden des Kondensators C1 der ersten Zeitgeberschaltung 21 beendet ist, der erste elektrisch leitende Pfad 25a durch die erste Zeitgeberschaltung 21 unterbrochen. Dies bewirkt, dass sich die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 in einem stabilen Zustand befindet, während sie von der Lastvorrichtung 1, d. h. von der Gleichstromversorgung E1, elektrisch getrennt ist.
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Falls der Auslöseschalter 41 weiterhin allmählich zurückgestellt wird, wird der zweite Schalter SW2 bei t6 geöffnet.
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Hierbei ist zu beachten, dass sich in einem Zustand, in dem der Benutzer den Auslöseschalter 41 des Elektrowerkzeugs, also der Lastvorrichtung 1, nicht betätigt, der zweite Schalter SW2 im offenen Zustand befindet und der erste elektrisch leitende Pfad 25a unterbrochen ist. Das heißt, auch für den Fall, dass der Benutzer die Gleichstromversorgung E1 (zum Beispiel eine Speicherbatterie) vom Elektrowerkzeug löst und dann die Gleichstromversorgung E1 am Elektrowerkzeug anbringt, erzeugt die Lastvorrichtung 1 keinen elektrischen Impulsstrom, wird der Halbleiterschalter TR4 nicht eingeschaltet und fließt kein elektrischer Impulsstrom zur Last 11. Dadurch wird verhindert, dass das Elektrowerkzeug ein vom Benutzer unerwartetes Verhalten zeigt.
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(Vorteil der Lichtbogenlöscheinrichtung 3 mit zweitem Schalter SW2)
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In dem Zustand, in dem der Benutzer den Auslöseschalter 41 des Elektrowerkzeugs, also der Lastvorrichtung 1, nicht betätigt, wird der erste elektrisch leitende Pfad 25a, wie oben beschrieben, durch den zweiten Schalter SW2 unterbrochen. Das heißt, auch für den Fall, dass der Benutzer die Gleichstromversorgung E1 vom Elektrowerkzeug löst und dann die Gleichstromversorgung E1 am Elektrowerkzeug anbringt, fließt kein elektrischer Impulsstrom zur Last 11. Dies (i) verhindert, dass das Elektrowerkzeug ein vom Benutzer unerwartetes Verhalten zeigt, und (ii) gestattet es der Lichtbogenlöscheinrichtung 3 zu verhindern, dass die Lastvorrichtung 1 bei Inbetriebnahme einer Stromversorgung (Gleichstromversorgung E1) ein unbotmäßiges Verhalten zeigt.
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(Andere Einbauorte des zweiten Schalters SW2)
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Es sei darauf verwiesen, dass der zweite Schalter SW2 nicht zwingend an einem in 3 dargestellten Einbauort vorgesehen sein muss, sondern an einem der folgenden Einbauorte (1) bis (7) vorgesehen werden kann:
- (1) zwischen (a) einer auf dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a (Bypass-Schaltung 28) angeordneten Verbindungsstelle zwischen dem Halbleiterschalter TR4 und dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a und (b) dem plusseitigen Anschlusselement T1;
- (2) zwischen (a) einer auf dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b (Bypass-Schaltung 28) angeordneten Verbindungsstelle zwischen dem Halbleiterschalter TR4 und dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b und (b) dem minusseitigen Anschlusselement T2;
- (3) zwischen (a) einer auf der Bypass-Schaltung 28 angeordneten Verbindungsstelle zwischen dem Halbleiterschalter TR4 und dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a und (b) dem Halbleiterschalter TR4;
- (4) zwischen (a) einer auf der Bypass-Schaltung 28 angeordneten Verbindungsstelle zwischen dem Halbleiterschalter TR4 und dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b und (b) dem Halbleiterschalter TR4;
- (5) zwischen (a) einer auf dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a angeordneten Verbindungsstelle zwischen der Diode D2 und dem ersten elektrisch leitenden Pfad 25a und (b) der ersten Zeitgeberschaltung 21;
- (6) zwischen (a) einer Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator C3 und dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b und (b) dem Kondensator C3; und
- (7) zwischen (a) einer auf dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b angeordneten Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator C3 und dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b und (b) einer Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand R3 und dem zweiten elektrisch leitenden Pfad 25b.
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Gemäß dem zweiten Schalter SW2, der an einem der obigen Einbauorte (1) bis (7) vorgesehen ist, wird für den Fall, dass der zweite Schalter SW2 geöffnet wird, die Bypass-Schaltung 28 unterbrochen, und das Einschalten des Halbleiterschalters TR4 wird verhindert oder der Betrieb der Konstantspannungsschaltung 22 wird verhindert und der Betrieb des Halbleiterschalters TR4 wird verhindert.
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Der zweite Schalter SW2, der am Einbauort (1) oder am Einbauort (2) vorgesehen ist, weist den folgenden Vorteil auf. Insbesondere wird am zweiten Schalter SW2 eine Stehspannungsprüfung ausgeführt, indem eine Spannung von beispielsweise 1000 V bis 2000 V am zweiten Schalter SW2 angelegt wird. Da ein FET, das heißt der Halbleiterschalter TR4, eine niedrige Stehspannung aufweist, muss der Halbleiterschalter TR4 in diesem Fall komplett vom ersten Schalter SW1 getrennt werden.
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In diesem Fall ermöglicht der am Einbauort (1) oder Einbauort (2) vorgesehene zweite Schalter SW2 das Trennen des Halbleiterschalters TR4 vom ersten Schalter SW1. Mit der Konfiguration kann die Stehspannungsprüfung selbst für den Fall einer niedrigen Stehspannung des Halbleiterschalters ausgeführt werden, indem beispielsweise die obige Spannung an jedes der beiden Enden des ersten Schalters SW1 angelegt wird (beispielsweise mit Hilfe einer Prüfsonde). Der am Einbauort (1) oder Einbauort (2) vorgesehene zweite Schalter kann somit eine einfache Ausführung der Stehspannungsprüfung am ersten Schalter SW1 ermöglichen, ohne dass es notwendig ist, einen Schalter zum Trennen des Halbleiterschalters TR4 vom ersten Schalter SW1 separat vorzusehen.
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Darüber hinaus erlaubt der im offenen Zustand befindliche zweite Schalter SW2, dass der Halbleiterschalter TR4 von der Lastvorrichtung 1 getrennt und dadurch isoliert wird. Beispielsweise ermöglicht, im Falle des Auftretens eines Kurzschlussfehlers im Halbleiterschalter TR4, der im offenen Zustand befindliche zweite Schalter SW2 somit (i) die Unterbrechung eines Pfads, über den ein elektrischer Strom zum Halbleiterschalter TR4 fließt, und (ii) den Schutz eines Schaltkreises der Lichtbogenlöscheinrichtung 3. Dies ermöglicht eine erhöhte Sicherheit der Lichtbogenlöscheinrichtung 3.
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Der am Einbauort (3) oder Einbauort (4) vorgesehene zweite Schalter SW2 erlaubt, dass der Halbleiterschalter TR4 von der Bypass-Schaltung 28, das heißt, von der Lastvorrichtung 1, getrennt und dadurch isoliert wird. Für den Fall des Auftretens eines Kurzschlussfehlers im Halbleiterschalter TR4 ermöglicht der am Einbauort (3) oder Einbauort (4) vorgesehene zweite Schalter SW2, so wie für den Fall des am Einbauort (1) oder Einbauort (2) vorgesehenen zweiten Schalters SW2, den Schutz eines Schaltkreises der Lichtbogenlöscheinrichtung 3 und infolgedessen die Erhöhung der Sicherheit der Lichtbogenlöscheinrichtung 3.
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[Ausführungsform 3]
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es wird darauf verwiesen, dass Elemente mit Funktionen, die mit den Funktionen der entsprechenden in den Ausführungsformen 1 und 2 beschriebenen Elemente identisch sind, aus Gründen der besseren Lesbarkeit jeweils mit identischen Bezugszeichen versehen sind und dass auf eine Beschreibung dieser Elemente hier verzichtet wird.
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6 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer Anwendung einer Lichtbogenlöscheinrichtung der Ausführungsform 3 darstellt. Wie weiter oben beschrieben, ist die in Ausführungsform 1 beschriebene Lichtbogenlöscheinrichtung 2 auf eine Vorrichtung (zum Beispiel Elektrowerkzeug) anwendbar, die den Auslöseschalter 41 aufweist, in dem nur der erste Schalter SW1 eingebaut ist, und die in Ausführungsform 2 beschriebene Lichtbogenlöscheinrichtung 3 ist auf eine Vorrichtung (zum Beispiel Elektrowerkzeug) anwendbar, die den Auslöseschalter 41 aufweist, in dem der erste Schalter SW1 und der zweite Schalter SW2 eingebaut sind. Andere Anwendungsbeispiele der Lichtbogenlöscheinrichtung von Ausführungsform 3 umfassen eine Lichtbogenlöscheinrichtung 2 oder 3, die in einem mit einer Last 11 verbundenen Aufnahmeteil 31 eingebaut ist (siehe 6). In diesem Fall ist die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 oder 3 in Form einer Baueinheit ausgestaltet, die ein Gehäuse aufweist.
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Gemäß der in 6 veranschaulichten Konfiguration ist die Last 11 beispielsweise ein fahrzeuginterner Motor, und ein erster Schalter SW1 ist beispielsweise ein mit dem Aufnahmeteil 31 verbundenes Relais. In diesem Fall kann das Aufnahmeteil 31 (i) Anschlusselemente 31a und 31b, die mit der Last 11 beziehungsweise einer Gleichstromversorgung E1 verbunden sind, und (ii) Anschlusselemente 31c und 31d, die jeweils mit dem Relais (dem ersten Schalter SW1) verbunden sind, aufweisen. Für den Fall, dass die Lichtbogenlöscheinrichtung 3 im Aufnahmeteil 31 eingebaut ist, kann, so wie für den Fall des ersten Schalters SW1, ein zweiter Schalter SW2 (zum Beispiel ein Relais) so vorgesehen sein, dass er sich außerhalb des Aufnahmeteils 31 befindet. In diesem Fall weist das Aufnahmeteil 31 zudem Anschlusselemente 31e und 31f auf, die jeweils mit dem zweiten Schalter SW2 verbunden sind.
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Mit der Konfiguration verlängert die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 oder 3 die Lebensdauer eines Relais durch (i) Verhindern des Auftretens eines Lichtbogens zwischen Kontaktstellen des Relais oder (ii) Löschen eines zwischen den Kontaktstellen des Relais aufgetretenen Lichtbogens.
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Die Lichtbogenlöscheinrichtung 2 oder 3 ist für eine andere industrielle Vorrichtung mit Schalter anwendbar.
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[Überblick]
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Eine Lichtbogenlöscheinrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Halbleiterschalter, der mit einem ersten Schalter parallelgeschaltet ist, der mechanisch ist und mit einer Gleichstromversorgung einer Lastvorrichtung in Reihe geschaltet ist; eine Stromversorgungsschaltung, die mit jeder der beiden Kontaktstellen des ersten Schalters verbunden ist und konfiguriert ist, um eine in Reaktion auf das Öffnen des ersten Schalters zwischen den beiden Kontaktstellen erzeugte Spannung dazu zu verwenden, eine Spannung auszugeben, die das Einschalten des Halbleiterschalters bewirkt; und eine Zeitgeberschaltung, die zwischen der Stromversorgungsschaltung und dem Halbleiterschalter vorgesehen ist und konfiguriert ist, um (i) in Reaktion auf eine Ausgangsspannung der Stromversorgungsschaltung zu arbeiten und (ii) nach einer ab dem Einschalten des Halbleiterschalters verstrichenen vorherbestimmten Zeit die Lieferung einer Spannung von der Stromversorgungsschaltung zum Halbleiterschalter zu unterbrechen, um das Ausschalten des Halbleiterschalters zu bewirken.
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Mit der Konfiguration wird in Reaktion auf das Öffnen des ersten Schalters eine Spannung zwischen den beiden Kontaktstellen des ersten Schalters erzeugt, und die Stromversorgungsschaltung verwendet die Spannung zur Ausgabe einer das Einschalten des Halbleiterschalters bewirkenden Spannung, so dass der Halbleiterschalter eingeschaltet wird. Für den Fall, dass der Halbleiterschalter eingeschaltet wurde, umgeht ein elektrischer Strom den ersten Schalter und fließt zum Halbleiterschalter. Zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters wird somit ein Lichtbogen gelöscht oder es entsteht kein Lichtbogen.
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Nach Ablauf einer vorherbestimmten Zeit ab dem Einschalten des Halbleiterschalters unterbricht die Zeitgeberschaltung die Lieferung einer Spannung von der Stromversorgungsschaltung zum Halbleiterschalter, um das Ausschalten des Halbleiterschalters zu bewirken. Die zweite Halbleiterschaltung kann in diesem Fall (i) eine Zeit einstellen, über die der Halbleiterschalter elektrisch leitend ist, und (ii) den Halbleiterschalter für eine zum Löschen eines elektrischen Stroms zwischen den Kontaktstellen des ersten Schalters erforderliche Mindestzeit einschalten.
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Das heißt, der Halbleiterschalter kann seinen Zustand durch einen Betriebsvorgang der Zeitgeberschaltung von einem EIN-Zustand zu einem AUS-Zustand umschalten, ohne einen Übergangszeitraum für einen Wechsel vom EIN-Zustand zum AUS-Zustand. Mit der Konfiguration verliert der Halbleiterschalter weniger elektrische Leistung und erzeugt eine geringere Wärmemenge. Dadurch gibt es keinen Grund zur Befürchtung, dass infolge einer höheren elektrischen Verlustleistung eine Störung im Halbleiterschalter auftreten könnte. Der Halbleiterschalter muss somit (i) kein aufwändiges und groß dimensioniertes Element sein und (ii) nicht mit einer Wärmestrahlungseinrichtung versehen sein. Dies ermöglicht die Konfigurierung einer Lichtbogenlöscheinrichtung, die hochzuverlässig, klein dimensioniert und kostengünstig ist.
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Die Lichtbogenlöscheinrichtung kann so konfiguriert sein, dass die Stromversorgungsschaltung eine Konstantspannungsschaltung ist.
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Mit der Konfiguration wird von der Konstantspannungsschaltung, die als Stromversorgungsschaltung dient, eine stabile konstante Spannung an die Zeitgeberschaltung geliefert. Das heißt, selbst für den Fall von Änderung(en) einer Spannung der Gleichstromversorgung, eines elektrischen Laststroms und/oder dergleichen kann die Zeitgeberschaltung den Halbleiterschalter zielgenau ausschalten, nachdem eine vorherbestimmte Zeit ab dem Einschalten des Halbleiterschalters verstrichen ist. Dies macht es möglich, den Halbleiterschalter so anzusteuern, dass ein Betrag des Wärmeverlusts des Halbleiterschalters auf einen bestimmten Betrag eingeschränkt wird, und infolgedessen den Halbleiterschalter unfehlbar zu schützen.
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Die Lichtbogenlöscheinrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie ferner umfasst: eine Unterbrechungsschaltung, die auf einem elektrisch leitenden Pfad zwischen einer der Kontaktstellen des ersten Schalters und der Stromversorgungsschaltung vorgesehen und so konfiguriert ist, dass sie den elektrisch leitenden Pfad nach erfolgtem Ausschalten des Halbleiterschalters unterbricht.
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Mit der Konfiguration ist die Unterbrechungsschaltung (zum Beispiel eine andere Zeitgeberschaltung) so konfiguriert, dass sie den elektrisch leitenden Pfad zwischen einer der Kontaktstellen des ersten Schalters und der Stromversorgungsschaltung unterbricht, nachdem der Halbleiterschalter ausgeschaltet wurde. Dies bewirkt, dass sich die Lichtbogenlöscheinrichtung in einem stabilen Zustand befindet, während sie von der Gleichstromversorgung der Lastvorrichtung elektrisch getrennt ist. Damit kann verhindert werden, dass die Lichtbogenlöscheinrichtung fortgesetzt elektrische Leistung der Gleichstromversorgung verbraucht.
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Die Lichtbogenlöscheinrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie ferner umfasst: einen Chipwiderstand, der zwischen dem ersten Schalter und dem Halbleiterschalter in Reihe geschaltet ist und so konfiguriert ist, dass er durch einen elektrischen Strom, der durch den Halbleiterschalter fließt, welcher über eine längere Zeit als eine von der Zeitgeberschaltung eingestellte Zeitdauer eingeschaltet ist, getrennt wird.
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Mit der Konfiguration schützt der Chipwiderstand einen Schaltkreis dergestalt, dass er getrennt wird und so einen elektrischen Strom unterbricht, der durch den Halbleiterschalter fließt, welcher über eine längere Zeit als eine von der Zeitgeberschaltung eingestellte Zeitdauer, beispielsweise infolge eines internen Kurzschlussfehlers, eingeschaltet ist.
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Hierbei ist zu beachten, dass der Chipwiderstand, der kleiner und kostengünstiger als eine herkömmlich verwendete Sicherung ist, eine kleiner dimensionierte und kostengünstigere Lichtbogenlöscheinrichtung gestattet.
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Die Lichtbogenlöscheinrichtung kann so konfiguriert sein, dass der Chipwiderstand einen elektrisch leitfähigen Teil aufweist, der aus einem metallischen Dünnfilm hergestellt ist.
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Mit der Konfiguration weist der Chipwiderstand einen elektrisch leitfähigen Teil auf, der aus einem metallischen Dünnfilm hergestellt ist. Für den Fall, dass der Halbleiterschalter über eine längere Zeit als eine durch die Zeitgeberschaltung eingestellte Zeitdauer eingeschaltet ist, wird der Chipwiderstand also geschmolzen und vom Stromkreis getrennt. Dies schützt einen Schaltkreis unfehlbar.
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Die Lichtbogenlöscheinrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie ferner umfasst: einen zweiten Schalter, der normal offen ist und an einem Einbauort, wo ein Betrieb zwischen dem ersten Schalter und dem Halbleiterschalter zu stoppen ist, oder an einem Einbauort, wo eine Betrieb der Stromversorgungsschaltung zu stoppen ist, vorgesehen ist.
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Mit der Konfiguration wird ein zweiter Schalter, der normal offen ist, an einem Einbauort, wo eine Verbindung zwischen dem ersten Schalter und dem Halbleiterschalter zu unterbrechen ist, oder an einem Einbauort, wo ein Betrieb der Stromversorgungsschaltung zu stoppen ist, vorgesehen. Das heißt, da der zweite Schalter vorgesehen ist, der normal offen ist, fließt auch für den Fall, dass der Benutzer die Gleichstromversorgung von der Lastvorrichtung löst und dann die Gleichstromversorgung an der Lastvorrichtung anbringt, kein elektrischer Impulsstrom zur Lastvorrichtung. Dies (i) verhindert, dass die Lastvorrichtung ein vom Benutzer unerwartetes Verhalten zeigt, und (ii) gestattet es der Lichtbogenlöscheinrichtung zu verhindern, dass die Lastvorrichtung bei Inbetriebnahme einer Gleichstromversorgung ein unbotmäßiges Verhalten zeigt.
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Die Lichtbogenlöscheinrichtung kann so konfiguriert sein, dass: der zweite Schalter, zusammen mit dem ersten Schalter, in einem Auslöseschalter eines Elektrowerkzeugs, das die Lastvorrichtung ist, eingebaut ist; und während des Drückens des Auslöseschalters der zweite Schalter zuerst geschlossen wird und dann der erste Schalter geschlossen wird, wohingegen während einer Zurückstellung des Auslöseschalters der erste Schalter zuerst geöffnet wird und dann der zweite Schalter geöffnet wird.
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Mit der Konfiguration kann ein Lichtbogen, der während des Schließens und Öffnens des ersten Schalters infolge einer vom Benutzer in Bezug auf einen Auslöseschalter ausgeführten Betätigung auftritt, in einem Elektrowerkzeug, das den Auslöseschalter aufweist, gelöscht werden. Darüber hinaus macht es die Konfiguration möglich, ein vom Benutzer unerwartetes Verhalten des Elektrowerkzeugs für den Fall zu verhindern, dass der Benutzer, der den Auslöseschalter nicht betätigt, die Gleichstromversorgung vom Elektrowerkzeug löst und dann die Gleichstromversorgung am Elektrowerkzeug anbringt.
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Die Lichtbogenlöscheinrichtung kann so konfiguriert sein, dass die Lichtbogenlöscheinrichtung ein Gehäuse (zum Beispiel ein Aufnahmeteil) aufweist, wobei das Gehäuse versehen ist mit (a) einem Anschluss, mit dem der erste Schalter der Lastvorrichtung zu verbinden ist, und (b) einem Anschluss, mit dem jeweils die Gleichstromversorgung der Lastvorrichtung und eine Last der Lastvorrichtung zu verbinden sind.
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Durch die Konfiguration kann die Lichtbogenlöscheinrichtung Schaltungselemente in einem Gehäuse haltern, so dass sie in Form einer Baueinheit ausgestaltet ist. Dies vereinfacht die Anwendung der Lichtbogenlöscheinrichtung für verschiedene Lastvorrichtungen.
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Die Lichtbogenlöscheinrichtung kann so konfiguriert sein, dass die Last ein fahrzeuginterner Motor ist und der erste Schalter ein Relais ist, das zum Ein- und Ausschalten des fahrzeuginternen Motors konfiguriert ist.
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Die Konfiguration erlaubt der Lichtbogenlöscheinrichtung die Verlängerung der Lebensdauer eines häufig arbeitenden Relais durch Verhinderung des Auftretens von lichtbogenbedingtem Verschleiß an Kontaktstellen, so dass die Lichtbogenlöscheinrichtung so ausgestaltet sein kann, dass sie für die Bereitstellung in einem Fahrzeug geeignet ist.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, sondern kann durch eine fachkundige Person innerhalb des Umfangs der Ansprüche abgeändert werden. Die vorliegende Erfindung erfasst in ihrem technischen Umfang auch eine Ausführungsform, die durch Kombination von in unterschiedlichen Ausführungsformen offenbarten technischen Mitteln abgeleitet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lastvorrichtung
- 2-3
- Lichtbogenlöscheinrichtung
- 11
- Last
- 21
- Erste Zeitgeberschaltung (Unterbrechungsschaltung)
- 22
- Konstantspannungsschaltung
- 23
- Zweite Zeitgeberschaltung (Zeitgeberschaltung)
- 24
- Schutzschaltung
- 25a
- Erster elektrisch leitender Pfad
- 25b
- Zweiter elektrisch leitender Pfad
- 27
- Dritter elektrisch leitender Pfad
- 28
- Bypass-Schaltung
- 31
- Aufnahmeteil
- 41
- Auslöseschalter
- E1
- Gleichstromversorgung
- T1
- Plusseitiges Anschlusselement
- T2
- Minusseitiges Anschlusselement
- SW1
- Erster Schalter
- SW2
- Zweiter Schalter
- TR4
- Halbleiterschalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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