DE1613420C3

DE1613420C3 - Antriebsvorrichtung mit einem elektromotor, der wahlweise mit einer niedrigeren oder einer hoeheren spannung gespeist werden kann

Info

Publication number: DE1613420C3
Application number: DE19671613420
Authority: DE
Inventors: Gus Waldemar Chicago IU.; Bessent John William Wauwatosa Wis.; Wallin (V.StA.)
Original assignee: Scovill Inc
Current assignee: Scovill Inc
Priority date: 1966-09-19
Filing date: 1967-09-13
Publication date: 1977-05-05
Also published as: US3426261A; GB1133818A; DE1613420B2; DE1613420A1

Description

einem für zwei Spannungen geeigneten Reihenschlußmotor mit Feldwicklung angetrieben. Ein für zwei Spannungen geeigneter Motor mit Dauermagneten erreicht zwar einen sehr hohen Wirkungsgrad, aber nur in einem begrenzten Drehzahlbereich. Ein Motor mit Dauermagneten, der für eine höchste Drehzahl von 14 000 U/min ausgelegt ist, hat bei einer Drehzahl von 4 000 U/min nur einen Wirkungsgrad von weniger als 25%. Das bedeutet bei Batteriebetrieb eine kurze Betriebsdauer der Batterie und beim Betrieb mit 120 V eine unzulässig hohe Erwärmung. Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Verwendung des für zwei Spannungen geeigneten Reihenschlußmotors mit Feldwicklung vermieden. Ein Reihenschlußmotor mit Feldwicklung erreicht zwar einen in der Spitze nicht so hohen Wirkungsgrad wie ein Motor mit Dauermagneten, besitzt aber einen guten Wirkungsgrad über einen großen Drehzahlbereich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Schaltkupplung eine Kuppiungsnabe, die auf der Motorwelle fest angeordnet ist, ferner ein exzentrisch ausgebildetes Kupplungsglied auf der einen Stirnfläche der Kuppiungsnabe, eine auf der Motorwelle frei drehbar gelagerte, dem Kupplungsglied benachbarte Ventilatornabe und mindestens ein bewegliches Zwischenglied, das bei der Drehung der Motorwelle in einer Drehrichtung an der Kupplungsnabe und der Ventilatornabe angreift, so daß die beiden Naben miteinander gekoppelt sind und die Ventilatornabe gedreht wird, während bei der Drehung der Motorwelle in der anderen Richtung das bewegliche Zwischenglied von der Kupplungsnabe und der Ventilatornabe abgerückt ist, so daß die Ventilatornabe antriebsfrei ist. Eine Freilaufkupplung dieser Art ist beispielsweise aus der DT-AS 12 40 981 bekannt.

Weitere vorteilhatte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen näher beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. t in einem vertikalen Längsschnitt, teilweise in Ansicht, einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Weglassung des Batteriesatzes und eines Teils der Drehzahlregeleinrichtung,

Fig. 2 schaubildlich mit auseinandergezogenen Teilen die Lagerung des Ventilators auf der Motorwelle,

F i g. 3 in einem vertikalen Querschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1 die Halterung für den Ventilator im ausgerückten Zustand, so daß die Nabe des Ventilators auf der Welle antriebsfrei ist,

Fig.4 in einer ähnlichen Darstellung wie Fig.3 die Halterung für den Ventilator im eingerückten Zustand, so daß sich der Ventilator mit der Motorwelle dreht,

F i g. 5 ein Schema de^r elektrischen Schaltungsanordnung, die beim Erfindungsgegenstand verwendet wird,

Fig.6 in einem Diagramm den Wirkungsgrad in Abhängigkeit von der Drehzahl bei einem für zwei Spannungen geeigneten Reihenschlußmotor mit Feldwicklung und einem Motor mit Dauermagneten.

In dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Motorwclle 11 von einem für zwei Spannungen geeigneten Reihenschlußmotor 10 mit Feldwicklung angetrieDen. Der Motor kann wahlweise ■ ηit einer Niederspannung von einer äußeren Wechselstromquelle oder mit einer Kieinspannung, beispielsweise mit Gleichstrom von 4,8 V. von Ratterien beirieben werden. Die Batterien sind nicht und können im Gehäuse eines Mixers oder einer anderen Vorrichtung angeordnet sein.

Der Fliehkraftregler 12 besitzt ein drehzahlabhängiges Glied mit einem perforierten ebenen Biatt 13, das aus Federstahl besteht und eine zentrale öffnung besitzt. Das Federblatt 13 ist an einer Nabe 14 befestigt, die durch eine Klemmschraube 15 drehfest mit der Motorwelle 11 verbunden ist. Das drehzahlabhängige Glied besitzt ferner zwei identische Arme 16, die an je einem Ende des Federblatts J3 befestigt sind. An den Armen 16 des Blatts 13 sind im Bereich ihrer radial äußeren Enden als Fliehgewichte dienende Stützplatten 17 mit geeigneten Mitteln befestigt, die auch zur Verbindung der Arme 16 mit dem Blatt 13 dienen, wobei die inneren Enden der Arme 16 freibleiben. Diese freien Enden sind mit konkav gekrümmten Enden 18 für die Aufnahme der Motorwelle 11 versehen. Das Blatt 13 und die Arme 16 sind mit Schlitzen 19 für die Aufnahme von Vorsprüngen 20 einer Muffe 21 versehen.

Die Muffe 21 ist lose auf der Welle 11 gelagert und bewegt sich auf der Welle in Abhängigkeit von der Bewegung, welche den Armen 16 durch die Fliehkraft erteilt wird. Die Wirkungsweise des Fliehkraftreglers 12 ist in der USA-Patentschrift 30 13 133 erläutert. Wie dort angegeben ist, kann die Muffe 21 mit verschiedenen, l.ier nicht gezeigten Schalteinrichtungen zur Steuerung der Drehzahl des Mixers zusammenwirken.

Ein Ventilator 25 besitzt mehrere Ventilatorschaufeln 26, die auf einem im Durchmesser kleineren Teil 27 einer Nabe 28 befestigt sind. Die Nabe 28 ist auf der Welle 11 aiuriebsfrei gelagert. Sie ist in ihrer Stirnfläche 29 (Fig. 2) mit einer konzentrischen Vertiefung 30 versehen. Die beiden Teile 27, 28 haben eine zentrale Öffnung 31 zur Aufnahme der Motorwelle. Die Nabe 28 wirkt mit der das Blatt 13 des Drehzahlreglers tragenden Nabe 14 in der nachstehend beschriebenen Weise zusammen.

Von einer Fläche 32 der Nabe 14 steht ein exzentrisches Kupplungsglied 33 vor, das Elemente 34 für den Angriff an Kugeln besitzt. Die Nabe 14 und das Kupplungsglied 33 sind mit einer zentralen öffnung 35 für die Aufnahme der Motorwelle 11 versehen. Die Nabe 14 besitzt eine Gewindebohrung 36 für die Klemmschraube 15, mit der sie auf der Welle il befestigt ist. Das Kupplungsglied 33 erstreckt sich in die Vertiefung 30 der Yentilatornabe 28, wenn die Naben 14 und 28 auf der Welle 11 montiert sind und die Stirnflächen 32 und 29 aneinanderliegen. In den Zwischenräumen 38 (F i g. 3) zwisdhen der Kupplung 33 und der Nabe 28 sind auf entgegengesetzten Seiten der Welle 11 zwei Kugeln 37 angeordnet. Wenn die Welle in Fig. 3 im Uhrzeigersinn gedreht wird, greifen die Kupplungsflächen 34 an den Kugeln 37 an und nehmen sie in dem breitesten Teil des Zwischenraums 38 im Leerlauf mit, ohne daß eine Antriebsberührung zwischen den Kugeln und der die Vertiefung 30 begrenzenden, inneren konzentrischen Wand der Nabe 28 vorhanden ist. Bei einer Drehung der Welle 11 und der Nabe 14 im Uhrzeigersinn ist daher die Ventilatornabe 28 ausgekuppelt und gegenüber der Welle 11 antriebsfrei. Dies ist erwünscht, wenn der Motor von nicht gezeigten Batterien mit Kleinspannungen gespeist wird und nicht gekühlt zu werden braucht.

Wenn die Welle 11 (Fig. 4) im Gegensinn des Uhrzeigers rotiert, dreht sich auch das Kupplungsglied 33 auf der Nabe 14 im Gegensinn des Uhrzeigers, so daß sich die Kugeln 37 in den schmaieren Teilen der Zwischenräume 38 befinden und in Antriebsberührung mit der die Vertiefung 30 begrenzenden konzentrischen

Wand der Nabe 28 gedruckt werden. Wenn sich die Welle 11 und die Nabe 14 im Gegensinn des Uhrzeigers drehen, ist daher die Ventilatornabe 28 mit der Nabe 14 gekuppelt und der Ventilator hat drehfeste Verbindung mit der Welle 11, wie dies erwünscht ist, wenn der Motor mit Niederspannung gespeist wird und gekühlt werden muß.

F i g. 5 zeigt das Schaltschema. Die Vorrichtung ist so geschaltet, daß bei einer Umschaltung von z.B. 120 V Wechselstrom auf eine Batterie von 4,8 V die Drehrichtung umgesteuert wird. Infolgedessen kann die vorstehend beschriebene einseitig wirkende Kupplung verwendet werden, so daß der Ventilator nicht in Betrieb ist, wenn er nicht benötigt wird, weil die Vorrichtung von einer Batterie mit einer Kleinspannung gespeist wird. In dem Schaltschema sind die Zuleitung von dem 120 V-Netz mit 40, eine Batterie oder ein Batteriesatz mit 41, ein beim Anschluß des Steckers an das Netz offener Schnurschalter mit 42, die Feldwicklung für die Kleinspannung mit 43, die Kontakte des Drehzahlreglers mit 44, die Ankerwicklung für die Kleinspannung mit 45, der mit der Ankerwicklung für die Kleinspannung verbundene Kollektor mit 46, die Ankerwicklung für die Niederspannung mit 47, der mit der Ankerwicklung für die Niederspannung verbundene Kollektor mit 48 und die Feldwicklung für die Niederspannung mit 49 bezeichnet. Diese Elemente sind in der dargestellten Weise geschaltet. In der Leitung sind ein Einweggleichrichter 50 und ein Baüerieladewiderstand 51 eingeschaltet. Den Reglerkontakten ist ein Kondensator von 0,08 Mikrofarad parallel geschaltet.

Die Wicklung 45 für die Kleinspannung besteht z. B. aus acht Spulen mit je zehn Windungen. Die Wicklung 47 für die Niederspannung besteht aus sechzehn Spulen

ίο mit je sechzig Windungen. Das Feld besitzt ebenfalls zwei getrennte Wicklungen. Die Feldwicklung für die Kleinspannung besteht aus zwei Spulen mit je zwanzig Windungen. Die Feldwicklung für die Niederspannung besteht aus zwei Spulen mit je einhundertachtzig

is Windungen.

Der auf diese Weise ausgebildete Motor 10 arbeitet in einem großen Drehzahlbereich mit hohem Wirkungsgrad, wie aus dem in Fig.6 gezeigten Diagramm (a) hervorgeht. Ein Motor mit Dauermagneten (Diagramm

ίο b) erreicht zwar einen höheren Wirkungsgrad 7/ als der Reihenschlußmotor mit Feldwicklung, jedoch nur in einem begrenzten Drehzahlbereich. Der Reihenschlußmotor mit Feldwicklung besitzt einen hohen Wirkungsgrad in dem großen Drehzahlbereich von 4000-14 000 U/min.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor, der einen Ventilator zum Kühlen des Motors aufweist und über eine elektrische Schaltungsanordnung wahlweise im Batteriebetrieb aus einer Quelle niedrigerer Spannung oder im Netzbetrieb aus einer Quelle höherer Spannung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung derart eingerichtet ist, daß sich die Welle des Motors (10) bei dessen Speisung von der Quelle (41) niedrigerer Spannung in einer Richtung und bei der Speisung des Motors (10) von der Quelle höherer Spannung in der anderen Richtung dreht, und daß der Ventilator (25) mit der Motorwelle (11) durch eine Schaltkupplung verbunden ist, die von der Drehrichtung der Motorwelle (11) derart abhängig ist, daß sich der Ventilator (25) dreht, wenn der Motor (10) von der Quelle höherer Spannung gespeist wird, und der Ventilator (25) antriebslos ist, wenn der Motor (10) von der Quelle (41) niedrigerer Spannung gespeist wird.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplung eine Kupplungsnabe (14) besitzt, die auf der Motorwelle fest angeordnet ist, ferner ein exzentrisch ausgebildetes Kupplungsglied (33) auf der einen Stirnfläche der Kupplungsnabe (14), eine auf der Motorwelle frei drehbar gelagerte, dem Kupplungsglied benachbarte Ventilatornabe (28) und mindestens ein bewegliches Zwischenglied, das bei der Drehung der Motorwelle (U) in einer Drehrichtung an der Kupplungsnabe (14) und der Ventilatornabe (28) angreift, so daß die beiden Naben miteinander gekuppelt sind und die Ventilatornabe (28) gedreht wird, während bei der Drehung der Motorwelle (11) in der anderen Richtung das bewegliche Zwischenglied von der Kupplungsnabe (14) und der Ventilatornabe (28) abgerückt ist, so daß die Ventilatornabe (28) antriebsfrei ist.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als bewegliche Zwischenglieder zwei Kugeln (37) vorgesehen sind, die auf geeigneten Seiten der Motorwelle (11) zwischen dem exzentrisch ausgebildeten Kupplungsteil (33) der Kupplungsnabe (14) und der Umfangswand einer Vertiefung (30) in einer Stirnfläche der Ventilatornabe (28) angeordnet sind.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Kupplungsnabe (14) ein fliehkraftbetätigter Drehzahlregler (12) montiert ist.

5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (10) ein für zwei Spannungen geeigneter Reihenschlußmotor mit Feldwicklung ist und eine Ankerwicklung (45) für die niedrigere Spannung, einen mit der Ankerwicklung (45) für die niedrigere Spannung verbundenen Kollektor (46), eine Ankerwicklung (47) für die höhere Spannung und einen mit der Ankerwicklung (47) für die höhere Spannung verbundenen Kollektor (48) besitzt.

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor, der einen Ventilator zum Kühlen des Motors aufweist und über eine elektrische Schaltungsanordnung wahlweise im Batteriebetrieb aus einer Quelle niedrigerer Spannung oder im Netzbetrieb aus einer Quelle höherer Spannung betrieben wrd.

Derartige Vorrichtungen können beispielsweise aus umstellbaren Mixgeräten oder anderen Geräten mit rotierenden Wellen bestehen, die über einen großen Drehzahlbereich arbeiten, und sie können z. B. von Batteriebetrieb auf Netzbetrieb umschaltbar sein. Als Batterien kommen Akkumulatoren-Batterien in Betracht, während die höhere Spannung beispielsweise über einen Gleichrichter einem Wechselstromnetz entnommen werden kann.

Eine als Schneideinrichtung ausgebildete Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist aus der RE-PS 6 92 i 87 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung kann eine Umschaltung von Netzbetrieb auf Batteriebetrieb erfolgen ohne daß aber hierbei den unterschiedlichen Arten der Stromquellen Rechnung getragen wird.

Aufgab? der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannte Vorrichtung dadurch zu verbessern, daß bei Batteriebetrieb die Energieaufnahme bei hohem Wirkungsgrad zur Verlängerung der Lebensdauer der Batterien verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Schaltungsanordnung derart eingerichtet

ist daß sich die Welle des Motors bei dessen Speisung aus der Quelle niedrigerer Spannung in einer Richtung und bei der Speisung des Motors aus der Quelle höherer Spannung in der anderen Richtung dreht, und daß der Ventilator mit der Motorwelle durch eine Schaltkupplung verbunden ist, die von der Drehrichtung der Motorwelle derart abhängig ist, daß sich der Ventilator dreht, wenn der Motor von der Quelle höherer Spannung gespeist wird, und der Ventilator antriebslos ist wenn der Motor von der Quelle niedrigerer Spannung gespeist wird. Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung aus der Quelle niedrigerer Spannung gespeist, so läuft der Ventilator nicht mit, was eine Schonung der verwendeten Batterie zur Folge hat. Bei üblichen Mixgeräten, die mit Wechselstrom von niedrigsr Spannung betrieben werden, ist es üblich, zum Kühlen des Motors einen mit dessen Welle gekoppelten Ventilator zu verwenden. Beim Betrieb des Mixgerätes aus einer Batterie mit einer Kleinspannung ist ein derartiger Ventilator jedoch nicht erforderlich. Beim

Retrieb des Mixgerätes im oberen Teil seines Drehzahlbereichs belastet der Ventilator die Batterie zusätzlich mit bis zu 14 Watt. Andererseits ist es aber wesentlich, die Ladung der Batterie nur sparsam zu verbrauchen, um deren zu schnelle Erschöpfung und eine zu kurze Betriebsdauer zu vermeiden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird sowohl dem Netzbetrieb, bei dem eine Kühlung des Motors erforderlich ist, als auch dem Batteriebetrieb, bei dem eine Schonung der Batterie erwünscht ist, dadurch gerecht, daß der Ventilator bei Batteriebetrieb ausgekuppelt wird. Das automatische Auskuppeln des Ventilators erfolgt in Abhängigkeit von der Umsteuerung der Drehrichtung der Motorwelle bei der Umschaltung von Speisung mit Wechselstrom von Niederspannung auf Speisung mit Gleichstrom mit einer Kleinspannung.

In Verbindung mit einem Mixgerät für Lebensmittel wird die erfindungsgemäße Vorrichtung über ihren ganzen Drehzahlbereich von 4 000 bis 14 000 U/min mit