DE1588032A1 - Elektrische Begrenzungsschaltung - Google Patents

Description

PATENTANWALT

Dr. ERNST ^f.i

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BIVIATOR S.A. Genf. (Schweiz).

Elektrische Begrenzungsschaltung·

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Begrenzungsschaltung insbesondere zur Drehinomentbegrenzung bei Arbeits- und Bearbeitungsvorgängen, mit einem zu überwachenden Stromkreis und einem Ausschalter im überwachten Stromkreis» Sie dient biespielsweise zur Drehmomentbegrenzung bei Arbeitsgeräten wie Schraubenziehern, Aufzugsgeräten für Uhren und der-

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gleichen. Bei.bisher allgemein verwendeten Geräten ist eine me-.chanische Rutschkupplung eingebaut. Diese Ausführung hat verschiedene erhebliehe Nachteile. Es ist schwierig, eine mechanische Rutschkupplung so auszubilden, dass ihr Abtriebsmoment während längerer Zeit einen ganz bestimmten gewünschten ¥ert erreicht. Es ist auch schwierig das erforderliche Drehmoment einzustellen. Der Motor kann nur von Hand ein- und ausgeschaltet werden und das führt in der Praxis dazu, 'dass z.B. ein Schraubenzieher bereits eingeschaltet wird, bevor er auf die Schraube aufgesetzt wird, und dass vor allem nach dem Festziehen der Schraube der Schraubenzieher oft noch bei eingeschaltetem Motor angehoben wird, sodass die Klinge des Schraubenziehers bei voll wirksamem Drehmoment aus dem Schraubenschlitz entfernt wird. Diese Arbeitsweise führt daher oft dazu, dass die ■Schraubenköpfe verkratzt oder sogar erheblich beschädigt werden.

Es ist zwar auch bekannt, im Stromkreis des Antriebsmotors von Schraubenziehern und dergleichen Arbeitsgeräten einen Ueberstromausschalter anzuordnen, welcher beim Erreichen eines bestimmten Stromes und eines entsprechenden Drehmomentes anspricht und den Motor ausschaltet (USA-Pater.tschriften Nr. 2 521 479y 2600 549 und 2 629 852). Auch bei all diesen Geräten ist eine willkürliche Viedereinschaltung des Gerätes erforder-* lieh, was zu einer umständlichen Arbeitsweise führt.

Es ist das Ziel vorliegender Erfindung alle erwähnten Nachteile zu beheben. Die erfindungsgejnässe Schaltung ist ge-

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kennzeichnet durch einen monostabilen Steuerteil für den Ausschalter, durch welchen der Ausschalter nach jeder Ausschaltung verzögert eingeschaltet wird. Durch das Ansprechen des Aussehalters fällt aber das Antriebsmoment; auf Null und bleibt dank der Einschaltverzögerung des Ausschalters noch während einer bestimmten, vorzugsweise einstellbaren Zeit auf diesem Vert, so dass beim Ausheben der Schraubenzieherklinge aus dem Schraubenschl'itz kein Verkratzen oder Beschädigen des Schraubenkopfes möglich ist. Die Einschaltverzögerung kann vorzugsweise so gewählt werden;, dass sie der für die Manipulationen zwischen zwei Arbeitsgängen, z.B. dein Pestziehen zweier Schrauben oder dem Aufziehen zweier Uhren erforderlichen Zeit entspricht, so dass der Schraubenzieher automatisch erst eingeschaltet wird, wenn z.B. eine neue Schraube in den Schraubenzieher eingesetzt worden ist und derselbe somit zum Eins chrauben und Festziehen dieser Schraube vorbereitet ist. '

Anhand der Zeichnung sind im folgenden zwei Ausfuh.ru.ngsbeispiele der erfindungsgemässen Schaltung in der Anwendung bei einem Schraubenzieher erläutert.

Der Motor' 1 des Schraubenziehers kann bei der Schaltung nach ?ig. 1 aus einer Grleichstromq.uelle mit den Klemmen 2 gespeist werden» Im Motorstromkreis liegt ein Unterbrecher 3, ein variabler Widerstand 4 und ein konstanter Vorwiderstand 5. Im dargestellten Arbeitszustand der Schaltung ist der Unterbrecher 3 geschlossen. Der Abgriff des Widerstandes 4 ist über

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Widerstände 6 und. 7- zvisehen welchen ein Kondensator 8 ange- · .schaltet ist, mit der Basis eines Eingangstransistors. 9 verbunden. Diese Basis ist ausserdem mit dem Abgriff eines hochoWiigcn Spannungsteilers 10 verbunden, der an die Klemmen 11 der stabilisierten Quelle für die dargestellte·- elektronische Schaltung angeschlossen ist. Der Kollektor"des Eingangstransistors 9 ist über einen Kondensator 12 und einen parallelgeschalteten, verhältnismässig hochohmigen Widerstand 13 mit der Basis eines Ausgangstran.sistors 14 verbunden. Im Kollektorstromkreis des Ausgangötransistors 14 liegt eine den Unterbrecher 3 betätigende Wicklung 15. Die Emitter der beiden Transistoren .9 und 14 werden über einun gemeinsamen Vorviderstand 16 gespeist. Im KollektorstroKikreid des -Ein^artgstransd-stors 9 liegt ferner ein einstellbarer Vorvidurstand 17* Die Basis dt-s Ausgangst-ransistors 14 ist über einen Widerstand 18 "mit dem positiven -Pol. der SpannungsquolIe verbunden. _: ■ .

V.'iu beruiüs ervaiant, ist. aie Schaltung im Arbeit sisustand dargestellt, bei weichen .der Motor 1 durch den Unterbrecher 3 ein^eschul tet ist, D&r Xotprstrorn fliesst über "die Widerstände

4 und 5 u;;ü erzeugt in denselben einen von seiner Stärke und von der "Einstellung des Widerstandes .4 abhängigen Spannungsab-, r.ili. Solange die Schraube lediglich .eingeschraubt und" nicht -festgezogen vird., ist &.<xä erfo.rderliche 'Lrenmorr.ent verhältnis— r.wssig gering und der Is Xotorstrornkreis fliassende .Strom entsprechend schvrach. Es ents^eh-_u daher an den Widerständen 4 und ^:

5 oiη geringer Spannungsabfall, so dass die Basis.des Eingangs--

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transistors 9 stark negativ und dieser Transistor somit leitend /ist. Der Ausgangstransistor 14 ist hierbei gesperrt, und bei stromloser Wicklung 15 1st der als Ruhekontakt ausgebildete Unterbrecher 3 geschlossen. Wird nun die Schraube festgezogen, so steigt das Drehmoment und damit der im Motor flies sende Strom an, wodurch der Spannungsabfall an den Widerständen 4 und .5 zunimmt. Die Eingangsspannung an der Basis des Transistors 9 verlagert sich daher entsprechend dem Stromfluss im Motor-Stromkreis nach positiven Werten bis beim Erreichen eines bestimmten Schwellwertes der Transistor 9 gesperrt wird. Durch den damit erfolgenden plötzlichen Spannungsabfall am Kollektor des Transistors wird der Ausgangstransistor 14 in an sich bekannter Weise sofort leitend und die erregte Wicklung 15 betätigt den Unterbrecher 3, so dass der Motor aiisgeschaltet wird. Der als "m.onostabiler Multivibrator arbeitende Schaltungstoil verbleibt nun während einer gewissen Zeit in diesem Zustand, wobei entsprechend dem Verhältnis der Widerstände 13 und 18 und der Kapazität des Kondensators 12 die Spannung an der Basis des Ausgangstransistors 14 nach positiven Werten ansteigt bis dieser Transistor gesperrt wird und* über die gemeinsame Koppelung der Emitter der Transistor 9 wieder leitend wird. Durch dieses Umkippen der Schaltung nach einer durch den Widerstand. 13 einstellbaren Zeit wird der Unterbrecher 13 wieder geschlossen und der Motor 1 eingeschaltet. Während der Einschaltverzögerung wird es unter allen Umständen mindestens möglich sein, den

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Schraubenzieher o^ne virksanef. 1", cnhiu^u.^r* I- ci. ο w^.i. '-, j:L j ..<*<? :~ .'schlitz zu entfernen. Wie K<; re ι. "Uo ervaLr/b λ^,:.γ; ..J/j..* · .. ■ ^xn schaltverzögerung durch Einstellen aer Eelaxatioaszoiu tios monostabilen Multivibrators so oingesxoli-u v^raoxi, di„.iä v^u' des -Un'oerbruchs des MotoröOro^i-reisco J.or Schraubenzio.ior /arückgezogon und mit einer neuen Schraube Yersouen .iuraeA Ιν^Λη. Die Bedienungsperson ha"ö also ~iii der Ein- und ausücvh^uu,^¹ des Schi'aubenziehers übernaupO nicliüs zu tun una es xso Cfev.'^nr dafür geboten, dass die Ausschaltung ci.es Motors immer bui genau derselben Stromstärke und I'olglich bei' genau aerr.seioen ;„axi~ malen Drehmoment des Scuraubenzie-hers erfolgt.

Die Schaltung nach i'ig· 1 eignet sich sour gu'u, νούύ das Verhältnis zwischen aera Leerlauf are hm ο me nt und aer·; Arüeits— drehmoment bei welchem der Motorstrorr.kreis autorr.cotiscx unterbrochen wird, vernältnismässig gross ist. Unter dieser. Voraussetzungen besteht nämlich Keine Cfefahr, dass der Multivibrator infolge im Motorstrorr.ivreis auf tretender Stori.T.puise ansprient und den Motor vorzeitig ausschaltet. Soll dagegen aas Aroeitsdrehmoment z.B. eines Scnr^ubenzieners in sehx- gi'osdu;,' Bereich regelbar sein, derart, dass auch das Leerlaufdrehmoment verhältnismässig wenig übersteigende Arüei-osdrehrnOiV;ente ei;. .;cotellt werden können, so genügt die Siebwirkung des Kondensators 0 nach?ig. 1 nicht, und es sinu. zusätzliche Mitte.1 erforaerlich um ein ungewolltes, vorzeitiges Kipr^en des Multivibr.ators infolge Storspannungen vom Motor oder infolge des Anlaufstrom-

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stosses des Motors zu vermeiden.

Fig. 2 zeigt eine solche Schaltung, bei Ave Icher der Multivibrator durch Kontakte eines Relais steuerbar ist. Entsprechende Schaltelemente sind in Fig. 2 gleich bezeichnet Avie in Fig. 1.

Im Stromkreis des an eine Gleichstromquelle 2 angeschlossenen Antriebsm.otors 1 liegen ein Potentiometer 4 und ein fest einstellbarer Vorvidurstand 5. Der Abgriff des der Grobeinstellung dienenden Potentiometers .4 ist mit einem A>^reiteren Potentiometer 20 verbunden, dessen Abgriff über eine Siebdrossel 21 mi. der Basis eines E^ .._t,c..._ö-stransistors 22 verbunden ist. Dar -Drossel

21 ist ein Siebkondensator 23 parallel geschaltet. Der.Transistor

22 ist direkt gekoppelt mit eine;.;. \ϊ an λϊ st or 24 in dessen KoI-lektorstromkreis ein erstes Relais 25 liegt. Das Relais 25 weist einen Umsenaltkontakt . 26 auf, der bei unlrcgtem iioivis 25 .in der dargestellten Lage, mit der negativen i\le:..;r.e einer dpan-. nungscj,uelle in Verbindung bteht. iiei Erregung ues Reiaio 25 vird der Kontakt -26 ,an die positive Kie;r.r..e vier Spannun^-i^uel 1 e umgelegt.. DerAiv η takt 26 ist. über einen Kondensator 27 und eine Diode. 2b---n.it der Basis des Eingangstransistor.-) ⁽., eines rr.onos.tabilen Multivibrators verbunden. Der Ausgangstransistor 14. des· Multivibrator* arbeitet auf ein ilt lais 15, ii-a» einen Ruhekontakt 3 irr. KoxoTstronfÄreis. auf\veis.t. Die übrigen rliemente aes Multivibrators .entsprechen denjenigen eines kerk'u;,;;;:liehen Multivibrators, und bedürfen keine-r näheren Erläuterung.

Die Schaltung ist . im Arbeitszustand dargest-ell I, d.h. der Motorstrornkreis ibt e.ingesehaltet und es vird angenommen, der Motor 1 aabe lediglich da.& Leerlaufrnoment zu überwinden,· d.h.

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die Schraube sei noch nicht angezogen. In diesem Falle fliesst im Motorstromkreis ein verhältnismässig geringer Strom, sodass der Abgriff des Potentiometers 20 eine geringe negative Spannung gegenüber dem Emitter des Transistors 22 aufweist. Im Transistor 22 fliesst daher ein verhältnismässig geringer Strom und somit ist auch der Stromfluss im Transistor' 24 gering, und das Relais 25 ist entregt. Der Kontakt 26 steht somit in der dargestellten Lage in Verbindung -mit der negativen Klemme der. Spannungsquelle, sodass der Transistor 9 leitet und der Transistor l'i gesperrt kist. Das Relais 15 ist somit ebenfalls entregt, und sein Ruhekontakt 3 hält den Motorstromkreis geschlossen. Vom Motor 1 herrührende kurze Störspannungen werden durch die Drossel 21 und den Kondensator 23 wirksam ausgesiebt und auf die gegebenenfalls noch im Relais 1 auftretenden geringen kurzzeitigen Stromschwankungen spricht das Relais nicht an. Wenn nun die Schraube festgezogen,wird, steigt das vom Motor 1 zu überwindende Drc4i;r,orr.ent an, vomit auch def Stromfluss im Motorstromkreis' und in den beiden Verstäxkungstransistoren 22 und 24 ansteigt, bis bei einem durch die Einstellung der Potentiometer 4 und 20 bestimmten Motorstrorr. der mittlere Stromfluss im Relais 25 genügt um dessen Kontakt 26 umzulegen. Damit erfolgt eine plötzliche Umladung des Kondensators 27 und die Spannung an der Basis des Transistors 9 steigt soweit an, dass dieser Transistor gesperrt wird. Damit wird der Transistor 14 leitend-und das Relais 15 unterbricht mit seinem Ruhekontakt 3 den Motorstromkreis. Damit geht die Spannung an der Basis des Eingangstransis-

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tors 22 auf Null zurück,'sodass auch der Ausgangstransistor praktisch stromlos wird, womit das Relais 25 wieder abfällt. Der Kontakt 26 geht in die in der Zeichnung dargestellte Lage zurück, womit jedoch keine Umsteuerung des Multivibrators erfolgt. Der Multivibrator kippt erst nach einer im wesentlichen durch die Zeitkonstante des Basisstxomkreises des Transistors 14 bestimmten Zeit zurück, womit das Relais 15 abfällt und mit seinem Kontakt 3 den Motorstromkreis wieder schliesst. Der Einschaltstromstoss des im Leerlauf arbeitenden Motors 1 genügt dabei nicht um das Relais 25 erneut zum Ansprechen zu bringen. Die Schaltung befindet sich damit wieder in dem in der Z-eichnung dargestellten Arbeitszustand.

Die Ansteuerung des monostabilen Multivibrators über den Kondensator 27 hat den Vorteil, dass eine impulsweise Steuerung mit den ohnehin vorhandenen positiven und negativen Potentialen der Spannungsquelle möglich ist. Die Diode 28 bewirkt hierbei, dass nur eine Umsteuerung des Multivibrators beim Umlegen des Kontakts 26 an die' positive Spannung, nicht aber bei der Rückschaltung an die negative Spannung erfolgt.

Der Vorwiderstand 5 im Motorstromkreis bewirkt, dass auch bei irrtümlicher Einstellung beider Potentiometer 4 und 20 auf KuIl, bei Stillstand des Motors 1 ein genügender Spannungsabfall entsteht um das Relais 25 zum Ansprechen zu bringen und damit den Motorstromkreis auszuschalten.

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Anstelle der dargestellten Siebkette mit einer Drossel und einem Kondensator kann natürlich auch eine andere, eventuell mehrgliedrige Siebkette verwendet werden. Das Relais 25 kann je nach Bedarf eine gewisse Ansprechverzögerung oder Abfallverzögerung aufweisen.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Schaltungen beschränkt, sondern es können irgendwelche geeignete monostabile Schaltungen verwendet werden, die bei genau definierbaren Schwellverten ansprechen. Bei geringen Anforderungen an die Genauigkeit wäre es unter Umständen auch ^: möglich, in den Motorstromkreis direkt die ¥icklung eines abfallverzögerten Relais zu schalten, dessen Ruhekontakt den Unterbrecher 3 darstellt.

Der Anwendungsbereich der Schaltung -ist, wie bereits angedeutet, nicht auf Schraubenzieher beschränkt, sondern ähnliche Arbeitsgeräte mit drehender Bewegung können ähnlich überwacht werden. So sollen z.B. viele gleichartige Uhren zur Prüfung des Gangs alle gleich stark aufgezogen werden, zu welchem Zweck sich ein Gerät mit einer gegen die Aufzugskrone der Uhr anlegbaren Kupplung anstelle des beschriebenen Schraubenziehers bestens eignet. Die Schaltung ist jedoch auch bei Bearbeitungseinrichtunge] anwendbar, wo Bearbeitungskräfte, insbesondere Drehmomente, überwacht werden sollen, z.B. bei der.Verdrillung von Drähten, Garnen und dergleichen.

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Claims (10)

1. PATEfTANSPIlTIECIIE:

   Elektrische Begrenzungsschaltung insbesondere zur Drehmomentbegrenzung bei Arbeits- und Bearbeitungsvorgängen, mit einem zu überwachenden Stromkreis, gekennzeichnet durch einen monostabilen Steuerteil (9, 14) für den Ausschalter (3), durch welchen der Ausschalter (3) nach jeder Ausschaltung verzögert eingeschaltet wird.
2. 2) Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausschalter durch einen monostabilen Multivibrator (9, 14) steuerbar ist, dessen Eingang durch- dt-n Strom, z.B. einen Motorstrom, "im überwachten Stromkreis steuerbar.ist.
3. 3) Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gokennzeichm-1. . dttSS diü RülttXai i onezoi t deb MuI t,i vi b-rutor"« (9, 14) einstellbar ist.
4. 4) Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein veränderbarer Spunnungsl ei 1 i-r (-1, 5) zur Erzeugung einer Vorspannung am Eingang dos Multivibrators -■(9, 14) liegt. ,
5. 5J Schaltung nach einem der Ansprüche 2 - Ί, gekoniizwichnet durch einen im überwachten Stromkreis, z.B. Motorstromkreis liegenden regelbaren Widerstand (4), dessen Aogriff mit dem Eingang des Multivibrators (9, 14) verbunden ist.
6. 6)"Schaltung nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang dos Multivibrators (9, 14) die

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   ¥icklung (15) eines den Ausschalter (3) betätigenden Relais liegt,
7. 7) Schaltung nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet , dass der Multivibrator durch Kontakte (26) eines Relais (25) steuerbar ist,
8. 8) Schaltung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch mindestens ein Siebglied (21) zwischen dem überwachten Stromkreis, z.B. Motorstromkre'is, und dem Relais (25).
9. 9) Schaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Basis eines Eingangstransistors (9) des Multivibrators (9 14) ein Umschalter (26) verbunden ist, der mit. verschiedenen Potentialen verbindbar ist.
10. 10) Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Basis und dem Umschalter (26) eine Diode (28)

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    U) Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Diode (28) ein Koppelungskondensator (.27) in Serie geschaltet ist. .■-■'-..""

    12} Schallung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebkette eine Seriedrossel (21) und einen Parallelkondensator (23) aufweist.

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