DE1551199A1 - Vorrichtung zur automatischen Drehzahlstabilisierung eines Luftmotors - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum automatischen Drehzahlstabiliaierung eines Luftmotors. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automa» tischen Drehzahlstabilisie.r ung eines für mit Druckluft betriebene motorische Werkzeuge, insbesondere solche für zahnärztliche Zwecke bestimmten Luftmotors.
• Es ist bekannt, die Drehzahl von Luftmotoren,von Hand zu._überwachen und in bestimmtem Umfang auch zu regeln. Bei der manuellen Regelung wird dem Luftmotor bei Belastung eine zusätzliche Luftmenge zugeführt, die zur Erhaltung.der ge" wünschten Drehzahl erforderlich ist. Die manuelle Regelung und mit dieser gleichbedeutend die Regelung über Fußkonm troller .. gestattet nur einen Ausgleich länerer Belastungsm Intervalle. Sofern ,jedoch kurz2Qitige schnell aufeinander folgende Intervalle der Belaiitmzg auftreten, verändern sich Drehzahl und Leistung schneller, als die Bedienungsperson reagieren kann. Es ist daher zumindest bei verhältnismäßig langsam laufenden Luftmotoren für zahnärztliche Zwecke not» wendig, eine automatische Drehzahlstabilisierung vorzusehen, ähnlich wie dies bereits bei zahnärztlichen Bohreinrich» tungen mit elektromotorischem Antrieb geschieht.
• Es sind zwar automatische Regelvorrichtungen zur Kon» stanthaltung einer bestimmten Drehzahl oder aber zur Ver» meidung des Durchgehens von Luftmotoren bekannt, die nach dem Prinzip des Fliehkraftregiers, der selbsttätigen Dreh» zahlbegrenzung durch die Fliehkraft des Treibmittels oder dem Prinzip des Ableitens-des Treibmittelstrahls auf die Schaufelrückseite der Turbine arbeiten. Allen diesen selbst.»

  tätigen Regeleinrichtunger '3t der Nachteil gemeinsam, daß

  nicht beliebige Drehzahlen i,u Drehzehl onbux#eich den Motors,

  z.B. durch entsprechende Bine.bls' @ ",- einen Vorwählers, kon.n

  atant gehalten werc!@: n käs: ._ :- . .F .#I, _` c. c,ie bekannten Regel..

  -u großen bewegten

  (z.B. Fliehkraftregler) bei zahn.

  ärztl. . äv@a._ # -il nicht anwendbar.

  Der Erfindung ist die Aufgabe gestellt, eine Vorrichm tung zur automatischen Drehzahlstabilisierung eines für mit Druckluft betriebene Werkzeuge; insbesondere solche für zahn» ärztliche Zwecke bestimmten Luftmotors zu schaffen, der die erwähnten Nachteile der bekannten Einrichtungen nicht anhaften, und die insbesondere gestattet, beliebig vorwählbare Dreh... zahlen innerhalb des technischen Betriebsbereichs des Luft» motors konstant zu halten. Diese Aufgabe wird gemäß der Er.. findung gelost durch eine aus einer Drehzahlmeßeinrichtung mit einem Frequanzmasser, , sowie einem Sollwertgeber, einer Vergleichsschaltung, einem Verstärker und einem elektromag» netiach steuerbaren Regelventil bestehende Regelvorrichtung. Die erfindungsgemäße Kombination der erwähnten Vorrichtungs.. teile gestattet es, innerhalb eines verhältnismäßig breiten Arbeitsbereichs beliebig vorwühlbare Drehzahlen, unabhängig von der Belastung, konstant zu halten. Sie besitzt ferner den weiteren Vorteil, daß sie zur Steuerung von Luftmotoren kleinster Abmessungen für geringe. Leistungen, wie z.B. zahn" ärztliche Zwecke, vorzüglich geeignet ist.
• In bevorzugter Ausführungsform kann dem Regelventil ein zweites, direkt oder indirekt vom Sollwertgeber betätigten Steliveatil parallelgeschaltet sein. Die Anordnung den zu» sätzlichen dem.Sollwertgeber gekuppelten Stellventils hat

  zur Folge, daß des Luftmotor bei Betätigung des Sollwertge"

  auf die

  bers zwangsläufig die für dessen Einstellungjghtsprechende

  Leerlaufdrehzahl notwendige Luftsenge zugeführt wird. Dem Regelventil fällt daher nur noch die zu, die Dreh" zahlachwankungen in Abhängigkeit vorn der wechselnden Bew lastung auszuregeln, womit eine beträchtliche Verkürzung der Regelzeitkonstanten verbunden ist.
• Die Drehzahlreßeinrichtung besteht im wesentlichen aus einen Drehzahlgeber, der vorzugsweise als mechanisch"elekm trischer Geber ausgebildet ist und einem F'requenzreaser, der seinerseits aus einen Verstärker, einem Begre=nzer, einem Gleichrichter, einer Integrationsglied und gegebenenfalls einer Drehzahlanzeigeinstrument bestehen kann. Als Vergleichs.. Schaltung ist zweckmäßig eine Rückschaltung vorgesehen.
• Der Sollwertgeber kann entweder als kontinuierlich veränderliches Potentiometer für stufenlose Vorwahl, oder aber als sliktribche Spannung:teilerschaltung für stufen.. weise Vorwahl mittels Tasten ausgebildet sein. Wenn auch im allgemeinen aus technischmsachlichen Gründen die Ausbildung für stufenlose Vorwahl vorzuziehen ist, kann doch in Füllen, in denen die Bedienung durch technisch unerfahrene Personen erfolgt, die Ausbildung für stufenweise Vorwahl mittels Tasten empfehlenswerter sein.
• Zur Speisung den Sollwertgebers, sowie des Begrenzers des Frequenzmessers ist zweckmäßig eine gemeinsame Gleich.. spannungsquelle mit stabilisierter Spannung vorzusehen.
• Zur unmittelbaren Betätigung des Regelventils kann diesem ein pneumatischer oder hydraulischer Hilfskreis zum geordnet sein, der die von dem Endverstärker kommenden Steuersignale auf das Regelventil überträgt.
• In den zugehörigen Zeichnungen si4d Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung wiedergegeben, aus deren nachm folgender Beschreibung sich weitere Einzelheiten und Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben. In den Zeichnungen zeigen: Fig. i eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung - zum äonstanthalten der Drehzahl eines Luttmotorn, bei der die gesamte dem Luftmotor zugeführte Luft.. menge durch ein Regelventil geregelt irirf; Fig. 2 eine dieser gegenüber abgewandelte 'Vorrichtung, bei der nur ein Teil der dein Luftmotor zcggeführoo ten Luft durch das Regelventil geregelt wird.
• Der Luftmotor 1 (Fia. 1) ist. mit windradühnlichen Flügeln 2 ausgestattet. An seiner Achse 3 befindet sich ein Magnet 4, der jedoch auch durch eine magnetisierte Stelle einer Achse aus ferromagnetischem Material ersetzt sein kann. Eine Luft. Leitung 5 führt von einer nicht dargestellten Druckluft» quelle zum Luftmotor 1. In der Luftleitung 5 befindet sich ein Flegelventil 6 zur Regelung des Durchsatzes der LuftM menge in der Luftleitung 5. Dem Magneten 4 ist ein induktiver Drehzahlgeber 8 zugeordnet, der an einen Frequenzmesser 7 angeschlossen ist. Der Frequenzmesser 7 besteht aus einem Verstärker 9, einem Begrenzer 10, einem Gleichrichter 11, einem Integrationaglied 12 sowie dem Drehzahlanzeigeinm strument 13. Das Integrationaglied 12 weist einen Wider» stand 14, sowie einen Kondensator 15 auf. Eine elektrische Verbindung 16 führt vom Frequenzmesser 7 zu einer Vergleichs» schaltung 17, im dargestellten Ausführungsbeiapiel als Brückenm schaltung ausgebildet. Der Vergleichsachaltung 17 ist ein Sollwertgeber 18 mittels einer elektrischen Verbindung 19 zugeordnet. Für kontinuierliche Drehzahlregelung kann als Sollwertgeber 18 ein Potentiometer verwendet werden, für stufenweise DrehzahlMVorwahl erweist sich eine Spannungs» teilerschaltung mit Tastenbetätigung, die aus einzelnen Wider» ständen besteht, als zweckmäßig. Über eine elektrische Leim tung 20 versorgt eine stabilisierte Gleichspannungsquelle 21 den Sollwertgeber 18 und über eine weitere elektrische Verw bindung 22 auch den Begrenzer 10 mit konstanter Spannung. In der Verglechaschaltung 17 entsteht ein Ausgangssignal, das über einen Verstärker 23 und die elektrische Verbindung 24 dem Regelventil 6 zugeführt wird.
• Die ,Arbeitsreise der in Figur 1 dargestellten Vorrichte tung ist folgendes Die gewünschte Drehzahl des Luftmotors 1 wirst am Soll» wertgeber 18 eingestellt, wobei der Vergleichsschaltung 17 eine dieser Drehzahl entsprechende Sollspannung zugeführt wird. Da der Luftmotor noch nicht angelaufen ist, bewegt sich der Magnet 4 nicht an dem induktiven Drehzahlgeber 8 vorbei, so daß im Frequenzmesser keine Istspannung für die Vergleichs» achaltung 17 entsteht. Dadurch wird, da keine Gleichheit des Istwertes und Sollwertes besteht, der Verstärker 23 ange» steuert, dessen Ausgangssignal das Regelventil 6 zur Öffnung veranlaßt. Dem Luftmotor 1 wird daher über die Luftleitung 5 Druckluft zugeführt und er beginnt zu laufen. Hierbei er.. zeugt der auf der Achse 3 befestigte Magnet 4 im induktiven Drehzahlgeber 8 Spannungsimpulse, die im Frequenzmesser 7 in eine Drehzahl propotionale Gleichspannung, den Istwert, um» gewandelt werden. In der Vergleichsachaltung 17 wird die der Drehzahl proportionale Spannung mit dem Sollwert aus dem Soll.. wertgeber 18 verglichen. Das entstehende Ausgangssignal betätigt nach Verstärkung wiederum das Regelventil 6, 3e nach der positiven oder negativen -"bweichu-.g vom Sollwert im Sinne des Schließens oder Öffnans. Auf gleiche Weise wird bei Bem

  lasteng des Luftmotors . 1 "53i1' der dabei. @.ntstehenden Dreh..

  zahi@;,-@rsnderung das geöffnet, solange

  bi cia. .- "a .ü.@:... ...eder erreicht ist. Um die Regelzeit..

  konstan-,#. klein zu halten, ist es zweckmäßig, das

  Regelventil 6 räumlich möglichst dicht am Luftmotor 1 anzuordnen.
• a In Figur 2 ist eine etwas abweichende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Als-Drehzahlgeber ist bei dieser Ausführungsform ein mechanisch»elektri» scher Druckaufnehmer 25 vorgesehen, der mittels eines Durchbruchs 26 mit dem Druckraum des Luftmotors 1 in Verbindung steht. Der Durchmesser des Durchbruchs 26 ist zweckmäßig so klein gehalten, daß dieser gleich oder kleiner als die Materialstärke der Flügel 2 ist. Als Druckaufnehmer kann anstelle eines piezoelektrischen Aufnehmers jede genügend

  druckempfindliche Einrichtung, die die auftretenden Druck»

  änderungen in Potentialänderungen umwandelte Verwendung fin»

  den. Hein Vorbeilaufen eines Flügels 2 am Durchbruch 26 enth

  steht an Ausgang des Druckaufnehmers 25 Jeweils ein Impuls.

  Die angezeigte Frequenz im Frequenzteesser 7 ist folglich von

  der Anzahl der Flügel 2 des Luftmotors 1 abhängig. Wenn der

  Verstärker 9 als Frequenzteiler ausgebildet, oder der höheren

  angezäigten Frequenz durch eine entsprechende Eichung des

  Drehsahlanzeigeinstruments 13 und eine Erhöhung des Vorwahl»

  Pegels am ßollvertgeber Rechnung getragen wird, dann braucht

  an der Vorrichtung sonst nichts verändert zu werden. Das

  Teilungsverhältnis des. Frequenzteilers im Verstärker 9 muB

  gleich der Anzahl der Flügel 2 des Luftmotors 1 sein. Eine

  weitere Änderung gegenüber der Ausführungsform nach Figur'i

  besteht :La einer zusätzlichen Luftleitung 27., die eineu Teil

  der durch die Luftleitung 5 dem Luftmotor 1 zugeführten Luft

  um

  6 herumführt und in dieser Umgehung,

  parallel zum Regelventil 6 ein weiteres Stellventil 28 aufm

  weist, das mit den Sollvertgeber 18 gekuppelt ist. Dieses (28)

  wird also bei Betätigung des Sollwertgebers 18 zwangsläufig

  so eingestellt, daß der Luftmotor 1 ungefähr die richtige

  Luftrange erhält, die-er benötigt, um die Leerlaufdrehzahl

  entsprechend der Einstellung des Sollxertgebers 18 zu er»

  reichem. Das Regelventil 6 braucht also nur mehr die Dreho#

  sahlschwankungen :La Abhängigkeit von der wechselnden Last

  auszuregelä, d.h.@die Regelzeitkonstente ist gegenüber der

  Ausführungsform nach Figur 1 verkürzt.

Claims (1)

1. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur automatischen Drehzahlstabilisierung eines für mit Druckluft betriebene Werkzeuge, insbesondere solche für zahnärztliche Zwecke bestimmten Luftmotors, Bekenn" zeichnet, durch eine aus einer Drehzahlmeßeinrichtung (4,8,7 bzw. 26,25,7) mit einem Frequenzmeaser (7), sowie einem Soll.» Wertgeber (18), einer Vergleichaachaltung (17), einem Verse stärker (23) und einem elektromagnetisch steuerbaren Regel.. ventil (6) bestehende Regelvorrichtung zur äonstanthaltuns beliebig vorwählbarer Drehzahlen innerhalb des technischen Betriebsbereichs des Luftmotors. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnit, daß dem Regelventil (6) ein zweites, direkt oder indirekt vom Sollwertgeber betätigtes Stellventil (2$) parallel geschaltet ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da& die Drehzahlme8einrichtung einen Drehzahlgeber (8 bzw. 25) enthält, der vorzugsweise als mechanisch elektrischer Gebar ausgildet ist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da8 der Frequenznesser (7) aus einen Verstärker (9) linem Begrenzer (10), einem Gleichrichter (11), einen Integrations» glied (12) und gegebenenfalls einem Drehzahlanzeigeinstrument (13) besteht. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB .als Vergleicheachaltung (17) eine Brückenschaltung vorgem sehen ist. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber@entweder als kontinuierlich veränderliches Potentiometer für stufenlose Vorwahl, oder aber als elektrische Spannungsteilerschaltung für stufenweise Vorwahl mittels Tasten ausgebildet ist. 7: Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 .. 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (18) sowie der Be.. grenzer (10) des Frequenzmessers (7) mit einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle (21) mit stabilisierter Spannung ver.» bunden sind. B. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regelventil (6) zur unmittelbaren Betätigung ein pneumatischer oder hydraulischer Hilfskreis zugeordnet ist, der die Steuersignale auf das Regelventil übeträgt.