DE1563542A1

DE1563542A1 - Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines ein elektrisches Handgeraet antreibenden Gleichstromnebenschlussmotors

Info

Publication number: DE1563542A1
Application number: DE19661563542
Authority: DE
Inventors: Pierre Gladieux
Original assignee: Micro Mega SA
Current assignee: Micro Mega SA
Priority date: 1965-07-06
Filing date: 1966-02-08
Publication date: 1970-01-15
Also published as: BR6681030D0; US3518521A; GB1089141A; SE321982B; DE1563542B2; FR88286E

Description

MICRO-MEGA S.A.

Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines ein elektrisches Handgerät antreibenden Gleichstromnebenschlussmotors {Zusatzanmeldung zu DAS 1 266 859; M 61 289 VIIIb/21c)

Das Hauptpatent betrifft eine Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines ein elektrisches Handgerät antreibenden Gleichstromnebenschlussmotors sowie zur gleichzeitigen Steuerung von zu diesem Handgerät gehörenden Hilfseinrichtungen, mit einer aus einer Gleichstromquelle gespeisten und für einen vorgebbaren Betriebsbereich des Motors abgleichbaren Wheatston'schen Brücke, deren einer Zweig vom Motoranker strom durchflossen wird und deren Diagonalspannung ein die Motorankerspannung veränderndes Stellglied steuert, wobei der Motorankerstron/vom Anker des Motors, der Gleichstromquelle, dem vom Ankerstrom durchflossenen Brückenzweig, dem die Ankerspannung verändernden Stellglied und einem .bei Ueberschreiten eines bestimmten Motorankerstroms ansprechenden Messglied zur Steuerung der Stellglieder für die Hilfseinrichtungen gebildet ist und ein Brückenzweig eine feste Bezugs spannung vorgibt.

Als Gleichstromnebenschlussmotoren werden hierbei vorzugsweise Mikromotoren verwendet, die jedoch gegenüber einem zu raschen Anlauf oder gegenüber einer Umkehrung der Drehrichtung ziemlich empfindlich sind. Sobald diese Motoren Betriebsspannung erhalten, entsteht ein Induktionsstrom, dessen Stärke den fünffachen Wert des

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zulässigen Maximalwertes oder einen noch höheren Wert erreichen kann. Auch bei einer Umkehrung der Betriebsspannung entsteht ein Induktionsstrom in derselben Grössenordnung. Diese starke Induktion kann insbesondere bei denjenigen Mikromotoren, bei welchen zweck·· mässigerweise das Ständerfeld durch Dauermagnete erzeugt wird, einen Verlust an Magnetisierung dieser Dauermagnete zur Folge haben, was eine Vergrösserung der Drehgeschwindigkeit , eine Erhöhung des Strom Verbrauches und die Gefahr eines Bruches der die Motorwelle mit dem Verbraucher verbindenden Kupplung einschliesst. Ferner läuft der Motor nach dem Abschalten des Stromes eine bestimmte Zeit lang weiter, wodurch besonders beim Antrieb elektrischer Handgeräte Gefahren entstehen können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch geeignete Schaltungsmassnahmen für eine automatische Anlaufverzögerung des Motors nach dem Einschalten der Betriebsspannung zu sorgen.

Ausgehend von einer Anordnung zur Drehzahlsteuerung nach dem Hauptpatent ist die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass die Wheatstonesche Brücke über einen Transistor gespeist wird, dessen Basisspannung durch eine den einen Brückenzweig bildende und eine feste Bezugs spannung vorgebende Zenerdiode, einen dieser Zenerdiode parallelgeschalteten Kondensator sowie einen mit diesem Kondensator in Reihe liegenden Widerstand steuerbar ist, wobei Zenerdiode und Kondensator in einer die Basiselektrode des Transistors mit der einen Klemme des Motors verbindenden Leitung liegen und das aus Kondensator und Widerstand bestehende Zeitglied eine zur Verzögerung des Anlaufs des Motors bis zum Erreichen der vollen Motorbetriebsspannung nach dem Einschalten erforderliche Zeit vorgibt.

Ferner ist vorzugsweise ein Drehrichtungsumschalter vorgesehen, über den zur Verhinderung einer plötzlichen Spannungsumkehr bei

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Betätigung dieses Umschalters zunächst ein Verzögerungsrelais betätigbar ist, dessen Umschaltkontakte die Umpolung der Motorklemmen sowie eine vorübergehende Entladung des erwähnten Kondensators bewirken. Zur raschen Bremsung des Motors nach dem Abschalten der Betriebsspannung ist ferner zweckmässigerweise ein durch den Aueschalter betätigbares Relais vorgesehen, über welches ein Bremswiderstand in den Ankerkreis des Motors eingeschaltet wird.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild,

Fig. 2 ein ausführliches Schaltechema, und

Fig 3 ein die Aufladung de s Schaltgliedes veranschaulichendes

Diagramm.

Das Prinzipschaltbild nach Fig. 1 entspricht mit Ausnahme der mit und 200 bezeichneten Schaltungsteilen dem entsprechenden Schaltbild des Hauptpatentes. Eine Gleichstromquelle 1 ist mit dem positiven Pol 2 und dem negativen Pol 3 an die Eingangsklemmen 4 und5 einer Wheat stone s c hen Brücke angeschlossen, in deren Brückenzweigen eine Zener-Diode 6 zwischen den Klemmen 5 und 7, ein Widerstand 8 zwischen den Klemmen 4 und 7 sowie die veränderbaren Widerstände 9 '

und 10 zwischen den Klemmen 4 und 12 bzw. 12 und 5 liegen. Ein in der Brückendiagonaleh zwischen den Klemmen 7 und 12 angeordneter Verstärker 11 ist mit seinen Ausgangsklemmen 18 und 19 an die Eingangsklemmen 20 und 21 eines Stellgliedes 16 angeschlossen, das im Ankerstromkreis des in die mit 200 bezeichnete Schaltungseinheit einbezogenen Motors liegt. Der Ankerstromkreis des zu steuernden Motors verläuft von der Klemme 2 der Stromquelle 1 über den Widerstand 8 im Brückenzweig, die Einheit 200, das Stellglied 16 und ein Messglied 17 zur Klemme 3 der Stromquelle 1. Das Messglied 17

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dient zur Steuerung der im betrachteten Beispiel aus drei Elefctro»· Ventilen 24, 25 und 26 bestehenden Stellglieder für die nicht dargestellte Hilfseinrichtung und ist zu diesem Zweck mit Beinen Ausgange klemmen 22 und 23 an die drei parallelgeschalteten Wicklungen 28, und 30 der Elektroventile 24 - 26 angeschlossen. Den Wicklungen bis 30 ist ferner ein Kondensator 27 parallelgeschaltet.

Wie im Hauptpatent beschrieben, wird auf diese Weise die Motord rehzahl durch das vom Verstarker 11 gesteuerte Stellglied 16 !unabhängig von der Belastung des Motors, konstant gehalten, und das Messglied 17 bewirkt, wenn der Motor strom eine vorgebbaire Grös-se überschreitet, die Einschaltung der Hilfseinrichtung, beispielsweise einerKühl- oder Ze retäube reinrichtung an einem zahnärztlichen, durch den Motor angetriebenen Instrument,

Gemäss Figur 1 ist der Zener-Diode 6 eine mit 201 bezeichnete Baueinheit parallelgeschaltet, welche, ebenso wie die Baueinheit 2MQ nach Fig. 1, im Folgenden anhand des ausführlicheren Schalt bilde« nach Fig. 2 näher erläutert wird. In diesem Schaltbild nach Fig. 2 sind alle diejenigen Bauelemente, die bereits im entsprechenden Schaltbild des Hauptpatentes erscheinen und deren Funktionen «dort erläutert wufdeinnieht mit Bezugszeichen bezeichnet; die folgende Beschreibung bezieht sich nur auf die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Schaltungsteile.

Die in Fig. 1 mit 1, 8, 9, 10, 11, 16 und 17 sowie 2€0 und bezeichneten Bauelemente bzw. Baueinheiten sind in Fig. 2 --zmx Veranschaulichung der entsprechenden Teile mit gleicher Funktion gestrichelt umrandet und mit den gleichen Bezugszeichen ve»ehen.

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Nach Fig. 2 enthält die Baueinheit 201 einen npn-Transistor 202, dessen Emitter-Elektrode.203 mit dem Abgriff an einem der Widerstände in den Brückenzweigen 9, 10 und dessen Kollektor-Elektrode 204 über einen Widerstand 108 an das Pluspotential der Spannungsquelle 1 angeschlossen ist. Die Basiselektrode 205 des Transistors 203 ist mit der Zenerdiode 6 verbunden, welcher ein Kondensator parallelgeschaltet ist. Im Aufladungskreis des Kondensators 206 liegt ein Widerstand 207, so dass durch die Bauelemente 206 und 207 ein Zeitglied gebildet wird,, in welchem die Aufladungszeit des Kondensators 206 nach Figur 3 den zeitlichen Spannungsanstieg am Kondensator bis zum Erreichen der Zenerspannung der Diode 6 bestimmt. Diese auf Fig. 3 durch die Linie A-B bezeichnete Zenerspannung, die beispielsweise 9 Volt betragen kann, bleibt dann konstant.

Die Basis 205 des Transistors 202 ist über einen Widerstand 209 einerseits mit der einen Klemme 212 eines Ein-Aus-Schalters 210, der die andere Klemme 21 aufweist, und andererseits mit dem Umschaltkontakt 215 eines Drehrichtungsschalters 214 verbunden. Der Umschaltkontakt des Schalters 210 sowie die Klemme 219 des Drehrichtungsschalters 214 liegen über eine Leitung 208 an der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Speisetransformators und erhalten beispielsweise ein Speisepotential von 36 V. Der Drehrichtungsschalter 214 hat zwei mechanisch miteinander gekuppelte Umschaltkontakte und 216, die wahlweise mit den Klemmen 217 und 218 bzw. 219 und zusammenarbeiten. Der Umschaltkontakt 215 ist mit der Klemme 212 des Schalters 210 verbunden, während über den anderen Umschaltkontäkt 216 ein Verzögerungsrelais 213 einschaltbar ist, -welches aus der Spule 221, dem dieser Spule parallelgeschalteten Kondensator 222 sowie dem mit den beiden Bauelementen 221 und 222 in Reihe liegenden und an den Umschaltkontakt 216 angeschlossenen Widerstand 223 besteht. Dieses Verzögerungsrelais 214 hat die drei Umschaltkontakte 224, 227 und 230,

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die wahlweise mit den Klemmen 225 und 226 bzw. 228 und 229 bzw. 231 und 232 zusammenarbeiten. Wenn die Umschaltkontakte 227 und 230, wie auf Fig. 2 gezeigt, die Klemmen 229 bzw. 232 berühren, wird der Ankerstromkreis des Motors 32 in der einen Richtung gespeist, w ährend im anderen Falle die Speisung über die anderen Klemmen bzw. 231 im entgegengesetzten Sinne erfolgt.

An die Einschaltklemme 211 des Schalters 210 ist ein Bremsrelais 234 angeschlossen, das aus der Spule 228, dem mit der Spule in Reihe liegenden Widerstand 235 und dem im Ankerkreis des Motors liegenden Umschaltkontakt 236 besteht, welcher nur bei Erregung des Relais 234 durch Kontakt mit der Klemme 237 den Motor an Betriebsspannung legt, andernfalls jedoch, bei abgefallenem Relais 234, durch Kontakt mit der Klemme 238 den Motorankerkreis über den Widerstand 239 kurzschliesst.

Die beschriebene Schaltung arbeitet folgendermassenS Wenn der Schalter 210 mit seinem Umschaltkontakt die Aus-Klemme 212 berührt, wie auf Fig. 2 dargestellt, ist der Motor 233 abgeschaltet, weil das Relais 234 stromlos und der Ankerstromkreis des Motors über den Umschaltkontakt 236 dieses Relais kurzgeschlossen ist. Ausserdem ist ein Entladung skr eis für den Kondensator 206 über Widerstand 209, Schalter 210, Leitung 208 sowie Widerstände 55 und 68 geschlossen, so dass sich der während des Betriebs aufgeladene Kondensator 206 nach dem Abschalten des Motors entladen kann. Die Basisspannung des Transistors 202 wird dadurch soweit erniedrigt, dass dieser Transistor die Brücke nicht mehr speist und die Betriebsspannung auf einen sehr geringen Wert abfällt.

Beim Einschalten des Schalters 210 wird einerseits der erwähnte Entladungskreis für den Kondensator 206 geOffnet und andererseits das Relais 234 erregt, dessen Umschaltkontakt 236 den Kurzschluss

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des Motorankerkreises aufhebt. Der Kondensator 206 lädt sich auf, bis die Spannung am Kondensator den Wert der Zener spannung erreicht, der Transistor 202 durchgesteuert ist und die Brücke nunmehr ihre volle Betriebsspannung erhält. Während dieser, durch die Eeitkonstante des Zeitgliedes 206, 20? bestimmten Anlauf verzöge rung, die im betrachteten Beispiel nach Fig. 3 etwa 1 Sekunde beträgt, steigt der-Motor*

s trom entsprechend vom Werte Null auf den durch die Einstellung der veränderbaren Brückenwiderstände vorgegebenen Betriebswert an. Durch diese Anlaufverzögerung werden eine Entmagnetisierung der das StSnderfeld erzeugenden Dauermagnete des Motors sowie andere, mit einetn zu raschen Motoranlauf und den dadurch erzeugten Induktions- Λ

strömen zusammenhängende Nachteile vermieden. Der Ankerstrom des Motors verläuft, bei der auf Fig. 2 dargestellten Stellung des Drehrichtungsumschalters 214* wie folgt; Mittelanzapfung tier Sekundärwicklung dee Speisetransformators, Widerstände 55 und 68, Klemme 229, Umschaltkontakt 227 des Relais Z13, Anker des Motors 233, Umschaltkontakt 236 des Relais 234, Klemme 237, Umschaltkontakt 230 des Relais 213, Klemme 232, Stellglied 16, welches durch drei parallelgeschaltete Transistoren gebildet wird, Masse sowie dasjenige Ende der Sekundärwicklung des Speisetransformators, welches ent*· prechend der momentanen Polarität der Speisewechselspannung negatives Potential relativ zur Mittelanzapfung der Sekundärwicklung hat. Dem*· entsprechend hat natürlich das jeweils andere Ende der Sekundärwicklung gegenüber der Mittelajixapfung positives Potential, welches, wie erwähnt, Über den Widerstand 108 den Transistor 202 speist.

Wenn während des Betriebs der Drehrichtungsumschalter 214, ausgehend von der auf Fig. 2 dargestel Ilen Lage, umgeschaltet wird, dann geschieht folgendes;

Ueber den Umschaltkontakt 216 wird das Verzögerungsrelais 213 erregt, und zwar wegen des Widerstandes 223 und des Kondensators verzögert, wobei diese Verzögerungszeit beispielsweise eine Sekunde betragen kann. Wenn mit einer Betriebsspannung von 36 "V gearbeitet

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wird, kann das Relais derart dimensioniert sein, dass eg bei einer Spannung von 22 V anspricht. Ueber den anderen Um#£halikpntakt 215 wird gleichzeitig folgender Entladungskreis für den Kondensator 206 gegchlp«seni Widerstand 209» Umschaltkontakt: 215, Kiefpane 2l$» Klemme 226 und ümschaltkontakt 224 des Relais 213, welches, wie erwähnt, erst nach einer Verzögerungezeit anspricht. Während dieser Verzöge rung s zeit kann sich daher der Kondensator 206 entladen, so da*s entsprechend die Betriebsspannung der Brücke, damit der Mptoraakers trom und folglich die Motordrehzahl verringert werden, weise kann die Verzögerungszeit derart gewählt werden, da#£f #ßr vollständig zum Stillstand kommt, beypr das Relais 213 an#jaripht, wodurch einerseits der erwähnte Entladungskreis für den Kpn*}en#atpr 206 durch den Umschaltkontakt 224 geöffnet und andererseits die Polarität der Betriebsspannung am Motor durch die Umschaltkontakte 227 und 230 umgekehrt wird. Nunmehr beginnt erneut die Awijailun.g 4£S Kondensators 206 gemäss der Kurve nach Figur 3, so dass die bereits beschriebene Anlaufver zöge rung während des Starts des Motprs i» ^⁶* entgegengesetzten Richtung wirksam wird, Der Ankerstrom dpg Motors verläuft dann wie vorstehend beschrieben, jedoch mit dem Unterschied, dass er nunmehr über Klemme 231, Umschaltkontakt 230, Klemme 237, Umschaltkontakt 236, Moto ranker , Umschaltkpntakt 227 und 228 zum Stellglied 16 verläuft.

Wird während dieses Betriebezustandes fhx Drehrichtun^iis.ehall^r erneut «nagesehaltet, dann wird einerseits über deii Um#chäJ£k 216 der Stromkreis des Relais 213 stromlos und die#e£ Relais wegen des aufgeladenen Kondensators 222 verzögert ab, während gleichzeitig Über den anderen Umschaltkontakt 215 wiederum ei# ladungskreis für den Kondensator 206 geschlossen wird, uiid zwar über den Wideretand 209, Umschaltkontakt 215, Klemme 21g, Slgtmmß 2J5 und Umschaltkontakt 224 des verzögert abfallenden Relais 213.

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wird, wie beschrieben, der Motorstrom vorübergehend so stark verringert, dass die Motordrehzahl auf Null oder einen sehr geringen Wert erniedrigt wird, bevor durch den Abfall des Relais 213 durch den Umschaltkontakt 224 der Entladungskreis für den Kondensator 206 wieder geöffnet und durch die anderen beiden Umschaltkontäkte des Relais 213 die Polarität der Speisespannung an den Motorankerklemmen umgekehrt wird. Anschliessend wird der Kondensator 206 dann erneut verzögert aufgeladen.

Durch das Verzögerungsrelais 213 sowie die bei einer Drehrichtungsumschaltung vorübergehende Schliessung eines Entladungskreises für den Kondensator 206 mittels des Umschaltkontaktes 224 werden alle mit einer raschen Polaritätsumkehr der Motorbetriebsspannung zusammenhängenden Nachteile und Gefahren vermieden.

Bei Abschaltung des Motors durch den Schalter 210 wird ferner, wie bereits erwähnt, der Motorankerkreis über den Umschaltkontakt des Relais 234 kurzgeschlossen, so dass der Motor rasch zum Stillstand gebracht wird. Der Widerstand 239 im Ankerstromkreis ist derart bemessen, dass der Brems strom einen zulässigen Maximalwert nicht übersteigt; die Auslaufzeit des Motors lässt sich durch die beschriebene Massnahme beispielsweise auf etwa V 5 der normalen Auslauf zeit. ; ·

verringern.

Die Erfindung ist nicht auf Einzelheiten des beschriebenen, Schaltungsbeispiels beschränkt, sondern lässt hinsichtlich der Ausbildung der ' · Verzögerungs- und Relais schaltungen mannigfache Varianten zu.

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Claims

PATENTANSPRUECHE:

Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines ein elektrisches Handgerat antreibenden Gleichstromnebenschlussmotors sowie zur gleichzeitigen Steuerung von zu diesem Handgerät gehörenden Hilfseinrichtungen, mit einer aus einer Gleichstromquelle gespeisten und für einen vorgebbaren Betriebsbereich des Motors abgleichbaren Wheat stone sehen Brücke, deren einer Zweig vom Motoranker strom durchflossen wird und deren Diagonalspannung ein die Motor anker spannung veränderndes Stellglied steuert, nach DAS 1 266 859, dadurch gekennzeichnet, dass die ^ Wheatstonesche Brücke über einen Transistor (202) gespeist wird,

dessen Basisspannung durch eine den einen Brückenzweig (5,7) bildende und eine feste Bezugsspannung vorgebende Zenerdiode (6), einen dieser Zenerdiode (6} parallelgeschalteten Kondensator (206) sowie einen mit diesem Kondensator (206) in Reihe liegenden Widerstand (207) steuerbar ist, wobei Zenerdiode und Kondensator in einer die Basiselektrode (205) des Transistors (202) mit der einen Klemme des Motors (233) verbindenden Leitung liegen und das aus Kondensator und Widerstand bestehende Zeitglied eine zur Verzögerung des Anlaufs des Motors bis zum Erreichen der vollen Motor betriebs spannung nach dem Einschalten erforderliche Zeit vorgibt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehrichtungsumschalter (214) vorgesehen ist, über welchen zur Verhinderung einer plötzlichen Spannungsumkehr bei Betätigung dieses Umschalters zunächst ein Verzögerungsrelais (213) betätigbar ist, dessen Umschaltkontakte (224, 227, 230) die Umpolung der Motorklemmen sowie eine vorübergehende Entladung des erwähnten Kondensators (206) bewirken.

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TS:
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Z, dadurch gekennzeichnet, dass zur raschen ©jrejnsunjg des Motors durch den Ausschalter (£10) ein Relais (234) betätigbar iet, über welches ein &rempwidej?stand (235*) in den Anfcerfcreis des Motors (233) ein^shaltbair ist.

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