DE1563542B2 - Anordnung zur drehzahlsteuerung eines ein elektrisches handgeraet antreibenden gleichstromnebenschlussmotors - Google Patents
Anordnung zur drehzahlsteuerung eines ein elektrisches handgeraet antreibenden gleichstromnebenschlussmotorsInfo
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Description
Das Hauptpatent bezieht sich auf 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 Wheatstoneschen Brücke, deren einer Zweig
vom Motorankerstrom durchflossen wird und deren Diagonalspannung ein die Motorankerspannung veränderndes
Stellglied steuert, wobei der Motorankerstromkreis vom Anker des Motors, der Gleichstromquelle,
dein vom Ankerstrom durchflossenen Brückenzweig, dem die Ankerspannung verändernden
Stellglied und einem bei Überschreiten eines bestimmten Motorankerstroms ansprechenden Meßglied zur
Steuerung der Stellglieder für die Hilfseinrichtungen gebildet ist, und ein Brückenzweig eine feste Bezugsspannung vorgibt.
Als Gleichstromnebenschlußmotoren werden hierbei vorzugsweise Kleinmotoren verwendet, die jedoch
gegenüber einem zu raschen Anlauf oder gegenüber einer zu schnellen Umkehrung der Drehrichtung
ziemlich empfindlich sind. Sobald diese Motoren ihre volle Nennspannung erhalten, entsteht ein Einschaltstrom,
dessen Stärke den fünffachen Wert des Motornennstroms oder einen noch höheren Wert erreichen
kann. Auch bei einer plötzlichen Umkehrung der Betriebsspannung entsteht ein Ankerstrom in derselben
Größenordnung. Dieser starke Ankerstrom kann insbesondere bei denjenigen Kleinmotoren, bei
welchen das Ständerfeld durch Dauermagnete erzeugt wird, einen Verlust an Magnetisierung dieser Dauermagnete
zur Folge haben, was eine Vergrößerung der Drehzahl, eine Erhöhung des Stromverbrauches
und die Gefahr eines Bruches einer die Motorwelle mit dem Verbraucher verbindenden Kupplung einschließt.
Bei Gleichstrommotoren mit einstellbarer Drehzahl ist es bereits bekannt, eine beim Einschalten des
Motors oder bei einer Änderung der Drehzahleinstellung ansprechende, transistorisierte Verzögerungsschaltung mit einem Kondensator vorzusehen, welche
für einen hinreichend verzögerten Anlauf des Motors oder eine hinreichend verzögerte Änderung der Drehzahl
sorgt (USA.-Patentschrift 2 929 980). Dieser Kondensator liegt in Reihe mit der Basis-Kollektorstrecke
des Transistors einer besonderen Transistorschaltung, welche durch eine der eingestellten Solldrehzahl
proportionale Sollspannung beeinflußbar ist und die Geschwindigkeit der Aufladung oder Entladung
des Kondensators auf eine neue, vom Sollwert abhängige Aufladungsspannung steuert, die ihrerseits
das Basispotential eines weiteren Transistors im Steuerkreis des Motors bestimmt. Bei abgeschaltetem
Motor ist ein Entladestromkreis des Kondensators geschlossen, welcher über die Basis-Kollektorstrecke
des ersterwähnten Transistors, einen Widerstand sowie ein Schaltglied des Ausschalters verläuft.
Auch ist es bekannt, ein die Ankerwicklung eines Gleichstromnebenschlußmotors speisendes elektrisches
Ventil in Abhängigkeit vom Ladevorgang eines JRC-Gliedes auszusteuern (USA.-Patentschrift
1 962 344).
Diese bekannten Verzögerungsschaltungen sind jedoch nicht ohne weiteres auf die eingangs genannte
Anordnung zur Drehzahlsteuerung gemäß dem Hauptpatent anwendbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das an sich bekannte Prinzip, den Anlauf eines Motors unter
Ausnutzung der Aufladungszeit eines Kondensators zu verzögern, in geschickter Weise auf die Anordnung
nach dem Hauptpatent derart anzuwenden, daß die Aufladungszeit ein und desselben Kondensators nicht
nur beim Einschalten des Motors aus dem Stillstand, sondern auch bei einer Drehrichtungsumkehr des
Motors für den verzögerten Anlauf des Motors in der gewählten Richtung wirksam wird, wobei im Falle
der Drehrichtungsumkehr dafür gesorgt werden muß, daß sich der Kondensator wenigstens teilweise entladen
kann, bevor der Anlauf in der neuen Drehrichtung beginnt; zur Erreichung des letztgenannten
Zieles wird dabei von einem an sich bekannten verzögerten Drehrichtungsschütz Gebrauch gemacht.
Schaltungsanordnungen zur zeitverzögerten Umschaltung von Gleich- und Wechselstromkreisen sind
beispielsweise durch die deutsche Auslegeschrift S 32015 VIII b/21 c bekannt.
Zur Lösung der genannten Aufgabe besteht die Erfindung bei einer Anordnung der eingangs dargelegten
Art darin, daß parallel zu dem eine feste Bezugsspannung vorgebenden, durch eine Zenerdiode
gebildeten Brückenzweig der Kondensator eines den Motoranlauf verzögernden i?C-Gliedes angeordnet ist,
daß dieser Kondensator außerdem im Steuerstromkreis eines das die Motorankerspannung verändernde
Stellglied steuernden Transistors liegt, daß der Ladestromkreis des Kondensators über ohmsche Widerstände
ständig geschlossen ist und sein Entladestromkreis über parallele Stromzweige mit je einem Schaltglied
eines Ausschalters oder eines Drehrichtungsumschalters und eines über diesen gesteuerten
verzögerten Drehrichtungsschützes bei deren Betätigung verläuft.
Auf diese Weise wird erreicht, daß der Entladestromkreis des Kondensators über einen von drei
parallelen Stromzweigen geschlossen wird, wenn entweder der Motor über den Ausschalter abgeschaltet
oder aber, während des Motorbetriebs in der einen oder in der anderen Drehrichtung, die Motordrehrichtung
umgeschaltet wird, wobei im Falle der Betätigung des Drehrichtungsumschalters die Dauer der Schließung
des Entladestromkreises durch die Verzögerungszeit des verzögerten Drehrichtungsschützes bestimmt
ist und nach der Umschaltung dieses Schützes der Entladestromkreis erneut unterbrochen wird. Um den
Motor nach der Abschaltung oder während der Verzögerungszeit bis zum Ansprechen des Drehrichtungsschützes
rasch zu bremsen, ist außerdem zweckmäßigerweise ein an sich bekanntes Bremsschütz
vorgesehen, über welches ein ohmscher Widerstand in den Ankerstromkreis des Motors schaltbar ist.
Dieses Merkmal gehört nicht zum Gegenstand der Erfindung.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein schematisches Blockschaltbild,
F i g. 2 ein ausführliches Schaltbild und
F i g. 3 ein die Aufladung des Kondensators veranschaulichendes
Diagramm.
Das Blockschaltbild nach Fig. 1 entspricht mit
Ausnahme der mit 201 und 200 bezeichneten Schaltungsteile dem schematischen Blockschaltbild des
Hauptpatentes. Eine Gleichstromquelle 1 ist mit ihrer positiven Klemme 2 und ihrer negativen Klemme 3
an die Eingangsklemmen 4 und 5 einer Wheatstone-
sehen Brücke angeschlossen, in deren Brückenzweigen eine Zenerdiode 6 zwischen den Klemmen S 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 Brückendiagonale 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 in Reihe mit dem mit 200 bezeichneten Schaltungsteil im Ankerstromkreis des Gleichstromnebenschlußmotors
14 liegt. Der Ankerstromkreis verläuft von der Klemme 2 der Gleichstromquelle 1
über den Widerstand 8 im Brückenzweig, den Schaltungsteil 200, das Stellglied 16 und ein Meßglied 17
zur Klemme 3 der Gleichstromquelle 1. Das Meßglied 17 dient zur Steuerung der im betrachteten
Beispiel aus drei Elektroventilen 24, 25 und 26 bestehenden
Stellglieder für die nicht dargestellte Hilfseinrichtung und ist zu diesem Zweck mit seinen
Ausgangsklemmen 22 und 23 an die drei parallelge- 0- schalteten Wicklungen 28,29 und 30 der Elektroventile
24 bis 26 angeschlossen. Den Wicklungen 28 bis 30 ist ferner ein Kondensator 27 parallel geschaltet.
An der Zenerdiode 6 liegt unabhängig von der Größe des sie durchfließenden Stroms eine konstante
Spannung. Sie gibt damit in ihrem Brückenzweig eine feste Bezugsspannung vor, welche in der
Brückenschaltung mit der dem Motorstrom proportionalen Spannung am Widerstand 8 verglichen wird.
Die Widerstände 9 und 10 in den anderen Brückenzweigen werden derart eingestellt, daß die Brücke für
einen bestimmten Betriebsbereich des Motors, beispielsweise im Leerlauf, abgeglichen ist. Wenn unter
dieser Bedingung der zunächst im Leerlauf betriebene Motor belastet wird, steigt seine Stromaufnahme und
damit die Spannung am Brückenwiderstand 8, so daß die Brücke nicht mehr abgeglichen ist und ein der
Erhöhung des Motorstroms proportionaler Strom durch die Brückendiagonale und damit den Verstärker
11 fließt. Der Verstärker 11 steuert das Stellglied 16 derart, daß eine der Erhöhung des Motor-
i-s) Stroms entsprechend größere Spannung dem Motoranker
zugeführt wird und damit für eine Kompensation der ohmschen Verluste infolge des Motorinnenwiderstandes
gesorgt wird, so daß eine konstante vorgebbare Motordrehzahl aufrechterhalten bleibt.
Das Meßglied 17 bewirkt, wenn der Motorstrom eine vorgebbare Größe überschreitet, die Einschaltung
der Hilfseinrichtung, beispielsweise einer Kühl- oder Zerstäubereinrichtung an einem zahnärztlichen,
durch den Motor angetriebenen Instrument.
Gemäß F i g. 1 ist der Zenerdiode 6 der mit 201 bezeichnete Schaltungsteil parallel geschaltet, welcher,
ebenso wie der Schaltungsteil 200, im folgenden an Hand des ausführlicheren Schaltbildes nach Fig. 2
näher erläutert wird. Die in F i g. 1 mit 1, 8, 9,10,11,
16 und 17 sowie 200 und 201 bezeichneten Bauelemente1
bzw. Schaltungsteile sind in Fig. 2 gestricheltumrandet.
Nach Fig. 2 enthält der Schaltungsteil201 einen
npn-Transistor 202, dessen Emitterelektrode 203 mit dem Abgriff an einem der Widerstände in den
Brückenzweigen mit den veränderbaren Widerständen 9,10 und dessen Kollektorelektrode 204 über einen
ohmschen Widerstand 108 an die positive Klemme der Gleichstromquelle 1 angeschlossen ist. Die Basiselektrode
205 des Transistors 202 ist mit der Zenerdiode 6 verbunden, welcher ein Kondensator 206
parallel geschaltet ist. Der Ladestromkreis dieses Kondensators 206 ist ständig geschlossen und einerseits
über einen ohmschen Widerstand 207, andererseits über ohmsche Widerstände 68 und 55 an die
Gleichstromquelle 1 angeschlossen. Kondensator 206 und Widerstand 207 bilden ein i?C-Glied, in welchem
die Aufladungszeit des Kondensators 206 nach F i g. 3
ίο den zeitlichen Spannungsanstieg am Kondensator bis
zum Erreichen der Zenerspannung der Diode 6 bestimmt.
Diese in Fig. 3 durch die Linie A-B eingezeichnete
Zenerspannung, die beispielsweise 9 Volt betragen kann, bleibt dann konstant.
Die Basiselektrode 205 des Transistors 202 ist über
einen ohmschen Widerstand 209 einerseits mit der Ausschaltklemme 212 eines Ausschalters 210, der
außerdem die Einschaltklemme 211 aufweist, und andererseits mit dem Schaltglied 215 eines Drehrichtungsumschalters
214 verbunden. Das Schaltglied des Ausschalters 210 sowie die Klemme 219 des Drehrichtungsumschalters
214 liegen über eine Leitung 208 an der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Speisetransformators und erhalten beispielsweise
ein Potential von 36 Volt gegen Masse. Der Drehrichtungsumschalter 214 hat zwei mechanisch miteinander
gekuppelte Schaltglieder 215 und 216, die wahlweise mit den· Klemmen 217 und 218 bzw. 219
und 220 zusammenarbeiten. Das Schaltglied 215 ist mit der Klemme 212 des Ausschalters 210 verbunden,
während über das andere Schaltglied 216 ein verzögertes Drehrichtungsschütz 213 einschaltbar ist, das
aus einer Spule 221, einem dieser Spule parallelgeschalteten Kondensator 222 sowie einem mit Spule
und Kondensator in Reihe liegenden und an das Schaltglied 216 angeschlossenen ohmschen Widerstand
223 besteht. Dieses verzögerte Drehrichtungsschütz 213 hat drei Schaltglieder 224, 227 und 230,
die wahlweise mit den Klemmen 225 und 226, 228 und 229 bzw. 231 und 232 zusammenarbeiten. Wenn
die Schaltglieder 227 und 230, wie in F i g. 2 gezeigt, die Klemmen 229 bzw. 232 berühren, wird der
Ankerstromkreis des Motors 14 in der einen Richtung gespeist, während im anderen Falle die Speisung über
die anderen Klemmen 228 und 231 im entgegengesetzten
Sinne erfolgt.
An die Einschaltklemme 211 des Ausschalters 210 ist ein Bremsschütz 234 angeschlossen, das aus einer
Spule 228, einem mit der Spule in Reihe liegenden ohmschen Widerstand 235 und einem im Ankerkreis
des Motors liegenden Schaltglied 236 besteht, welches
nur bei Erregung des Bremsschützes 234 durch Kontakt mit der Klemme 237 den Motor an Betriebsspannung
legt, andernfalls jedoch, bei abgefallenem Bremsschütz 234, durch Kontakt mit der Klemme 238
den Motorankerkreis über einen Bremswiderstand 239schließt. -.:;... - . .:.;:..
Die beschriebene Schaltanordnung arbeitet folgendermaßen:
Wenn der Ausschalter 210 mit seinem Schaltglied die Ausschaltklemme 212 berührt, wie in
F i g. 2 dargestellt; ist der Motor 14 abgeschaltet, weil
das Bremsschütz 234 stromlos und über dessen Schaltglied 236 der Ankerstromkreis des Motors über
den Bremswiderstand 239 geschlossen ist. Außerdem ist ein Entladestromkreis 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
so weit erniedrigt, daß dieser Transistor das Stellglied 16 nicht mehr speist und die Motorbetriebsspannung
auf einen sehr geringen Wert abfällt.
Beim Einschalten des Schalters 210 wird einerseits der erwähnte Entladestromkreis für den Kondensator
206 unterbrochen und andererseits das Bremsschütz 234 erregt, dessen Schaltglied 236 den Motoranker
vom Bremswiderstand 239 abtrennt. Der Kondensator 206 lädt sich auf, bis seine Spannung den Wert der
Zenerspannung erreicht, der Transistor 202 durchgesteuert ist und die Brücke nunmehr ihre volle Betriebsspannung
erhält. Während dieser, durch die Zeitkonstante des Zeitgliedes 206,207 bestimmten
Anlaufverzögerung, die im betrachteten Beispiel nach F i g. 3 etwa 1 Sekunde beträgt, steigt der Ankerstrom
entsprechend vom Wert Null auf den durch die Einstellung der veränderbaren Brückenwiderstände
vorgegebenen Betriebswert an. Durch diese Anlaufverzögerung werden eine Entmagnetisierung der das
Ständerfeld erzeugenden Dauermagnete des Motors sowie andere, mit einem zu raschen Motoranlauf und
den bei herrschenden großen Ankerströmen zusammenhängende Nachteile vermieden. Der Ankerstrom
des Motors verläuft, bei der in F i g. 2 dargestellten Stellung des Drehrichtungsumschalters 214, wie folgt:
Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Speisetransformators, Widerstände 55 und 68, Klemme 229,
Schaltglied 227 des verzögerten Drehrichtungsschützes 213, Anker- des Motors 14, Schaltglied 236
des Bremsschützes 234, Klemme 237, Schaltglied 230 des Drehrichtungsschützes 213, Klemme 232, Stellglied
16, welches durch drei parallelgeschaltete Transistoren gebildet wird, Masse sowie dasjenige Ende
der Sekundärwicklung des Speisetransformators, welches entsprechend der momentanen Polarität der
Speisewechselspannung negatives Potential relativ zur Mittelanzapfung der Sekundärwicklung hat. Dementsprechend
hat natürlich das jeweils andere Ende der Sekundärwicklung gegenüber der Mittelanzapfung
positives Potential, welches über den Widerstand 108 den Transistor 202 speist.
Wenn während des Betriebs der Drehrichtungsumschalter 214, ausgehend von der in F i g. 2 dargestellten
Lage, umgeschaltet wird, dann geschieht folgendes:
Über das Schaltglied 216 wird das verzögerte Drehrichtungsschütz 213 erregt, wobei die Verzögerungszeit
beispielsweise 1 Sekunde betragen kann. Wenn mit einer Betriebsspannung von 36VoIt gearbeitet
wird, kann das Schütz derart dimensioniert sein, daß es bei Erreichen einer Spannung von 22 Volt
anspricht. Über das andere Schaltglied 215 wird gleichzeitig folgender Entladestromkreis für den
Kondensator206 geschlossen: Widerstand 209, Schaltglied
215, Klemme 218, Klemme 226 und Schaltglied 224 des verzögerten Drehrichtungsschützes 213.
Während der Verzögerungszeit bis zur Umschaltung des Schaltgliedes 224 kann sich daher der Kondensator
206 entladen, so daß die Motordrehzahl verringert wird. Zweckmäßigerweise kann die Verzögerungszeit
derart gewählt werden, daß der Motor vollständig zum Stillstand kommt, bevor das Drehrichtungsschütz
213 anspricht, wodurch einerseits der erwähnte Entladestromkreis für den Kondensator 206
durch das Schaltglied 224 unterbrochen und andererseits die Polarität der Betriebsspannung am Motoranker
durch die Schaltglieder 227 und 230 umgekehrt wird. Nunmehr beginnt erneut die Aufladung des
Kondensators 206 gemäß der Kurve nach Fig. 3, so daß die bereits beschriebene Anlaufverzögerung
während des Anlaufs des Motoüs in der entgegengesetzten Richtung wirksam wird. Der Ankerstrom des
Motors verläuft dann wie vorstehend beschrieben, jedoch mit dem Unterschied, daß er nunmehr über
Klemme 231, Schaltglied 230, Klemme 237, Schaltglied 236, Motoranker, Schaltglied 227 und Klemme
228 zum Stellglied 16 verläuft.
Wird während dieses Betriebszustandes der Drehrichtungsumschalter 214 erneut umgeschaltet, dann
wird einerseits über das Schaltglied 216 der Stromkreis des Drehrichtungsschützes 213 stromlos, und
dieses Schütz fällt wegen des aufgeladenen Kondensators 222 verzögert ab, während gleichzeitig über
das andere Schaltglied 215 wiederum ein Entladestromkreis für den Kondensator 206 geschlossen wird,
und zwar über den Widerstand 209, Schaltglied 215, Klemme 218, Klemme 225 und Schaltglied 224 des
verzögerten Drehrichtungsschützes 213. Dadurch wird, wie beschrieben, der Motorstrom vorübergehend
so stark verringert, daß die Motordrehzahl Null wird oder einen sehr kleinen Wert erreicht, bevor beim
Abfall des Drehrichtungsschützes 213 der Entladestromkreis für den Kondensator 206 wieder unterbrochen
und die Polarität der Speisespannung an den Motorankerklemmen umgekehrt wird. Anschließend
wird der Kondensator 206 erneut verzögert aufgeladen.
Durch das verzögerte Drehrichtungsschütz 213 sowie die bei einer Drehrichtungsumschaltung vorübergehende
Schließung eines Entladestromkreises für den Kondensator 206 mittels des Schaltgliedes
224 werden alle mit einer raschen Polaritätsumkehr der Motorankerspannung zusammenhängenden Nachteile
und Gefahren vermieden.
Bei Abschaltung des Motors durch den Ausschalter 210 wird ferner der Motorankerkreis über das Schaltglied
238 des Bremsschützes 234 und den Bremswiderstand 239 geschlossen, so daß der Motor rasch
zum Stillstand kommt.
Claims (1)
- Patentanspruch: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 Wheatstoneschen Brücke, deren einer Zweig vom Motorankerstrom durchflossen wird und deren Diagonalspannung ein die Motorankerspannung veränderndes Stellglied steuert, wobei der Motorankerstromkreis vom Anker des Motors, der Gleichstromquelle, dem vom Ankerstrom durchflossenen Brückenzweig, dem die Ankerspannung verändernden Stellglied und einem bei Überschreiten eines bestimmten Motorankerstroms ansprechenden Meßglied zur Steuerung der Stellglieder für die Hilfseinrichtungen gebildet ist und ein Brückenzweig eine feste Bezugsspannung vorgibt, nach Patent 1266 859, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem eine feste Bezugsspannung vorgebenden, durch eine Zenerdiode (6) gebildeten Brückenzweig derKondensator (206) eines den Motoranlauf verzögernden i?C-Gliedes (206, 207) angeordnet ist, daß dieser Kondensator (206) außerdem im Steuerstromkreis eines das die Motorankerspannung verändernde Stellglied (16) steuernden Transistors (202) liegt, daß der Ladestromkreis des Kondensators (206) über ohmsche Wider-stände (55, 68, 207) ständig geschlossen ist und sein Entladestromkreis über parallele Stromzweige mit je einem Schaltglied eines Ausschalters (210) oder eines Drehrichtungsumschalters (214) und eines über diesen gesteuerten verzögerten Drehrichtungsschützes (213) bei deren Betätigung verläuft.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen109537/63
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