DE19542603C2 - Bremsschaltung für einen Einphasen-Reihenschluß-Kommutatormotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsschaltung für Einphasen-Reihen­ schluß-Kommutatormotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Bremsschaltung ist aus der DE 43 07 357 A1 bekannt.

Bei dieser in der Fig. 4A dargestellten Schaltung ist die auf dem Läufer bzw. Rotor angeordnete Läuferwicklung mit der Hauptwicklung (Erregerwicklung, Ständerwicklung, Feldwicklung) derart in Reihe geschaltet, daß ein von einer Wechselstromquelle P stammender Wechselstrom sowohl der Läuferwicklung M als auch der Hauptwicklung MW zugeführt wird. Zwischen den jeweiligen Anschlüssen der Wechselstromquelle P und des Läufers M ist ein einpoliger Umschalter SSW vorgesehen. Ein Anschluß des einpoligen Umschalters SSW ist mit der Wechselstromquelle P verbunden, während der andere Anschluß mit einem Anschluß einer Bremswicklung BW zur Abbremsung des Motors verbunden ist. Die Bremswicklung BW ist mit ihrem anderen Anschluß mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen der Läuferwicklung M und der Hauptwicklung MW verbunden.

Mittels des einpoligen Umschalters SSW wird somit selektiv entweder der Läuferwicklung M und der Hauptwicklung MW ein Wechselstrom zugeführt, oder es werden beide Anschlüsse der Läuferwicklung M durch die Bremswicklung BW kurzgeschlossen, wodurch der Motor entweder angetrieben oder abgebremst wird.

In der vorliegenden Schaltung sind die einzelnen Windungen der Hauptwicklung MW und der Bremswicklung BW in denselben Nutschlitzen angeordnet. Insbesondere ist die Bremswicklung BW ständig mit einem Anschluß mit der Hauptwicklung MW verbunden. Wird der Läufer angetrieben, wobei der einpolige Umschalter SSW die in Fig. 4A mittels der durchgezogenen Linien angegebene Stellung einnimmt, dann ist das elektrische Potential am Anschlußpunkt hoch. Dies führt zu einer allmählichen Verschlechterung der Bremswicklung BW, insbesondere dann, wenn während der Herstellung der Wicklung die Isolation der einzelnen Leitungen beschädigt wurde, so daß daher ein Wicklungsteil kurzgeschlossen und die Wicklung in diesem Falle zerstört wird. Dabei tritt ein Kurzschluß des Wicklungsteils um so häufiger auf, je größer die Windungszahl der Bremswicklung BW ist.

Steht die Lebensdauer der Schaltungsanordnung im Vordergrund, dann wird die Bremswicklung BW mit einer niedrigen Windungszahl ausgeführt, wobei jedoch eine erheblich verschlechterte Bremswirkung in Kauf genommen werden muß.

Eine weitere Ausführung der Bremsschaltung ist in Fig. 4B gezeigt, bei der ein zweipoliger Umschalter DSW zur Kompensation der verminderten Windungszahl der Bremswicklung BW verwendet wird. Bei dieser Brems­ schaltung bewirkt nicht nur die Bremswicklung BW eine Bremswirkung, sondern auch die Feld- bzw. Hauptwicklung MW trägt zur Abbremsung bei, wodurch eine hohe Abbremsung und gleichzeitig eine Vermeidung eines Kurzschlusses in einem Wicklungsteil durch die verminderte Windungszahl erzielt wird.

Die Verwendung eines zweipoligen Umschalters führt jedoch zu erhöhten Herstellungskosten.

Aus der DE 35 11 893 A1 ist ein zweipoliger Umschalter und seine Verwendung als Sicherheitsschalter bei elektrischen Maschinen bekannt, wobei das gemeinsame Betätigungsglied zur Durchführung des Betätigungshubs beider Schalter auf einer Leiterplatte derart angeordnet ist, daß sich infolge der Drehpunktlagerung des gemeinsamen Betätigungsglieds unterschiedliche Bewegungslängen ergeben und damit die Schaltbewegungen zueinander vor- bzw. nacheilend im Sinne eines zeitversetzten Schaltens sind. Das zeitversetzte Schalten des zweipoligen Umschalters erfolgt zur Lichtbogenvermeidung in einer Bremsschaltung für Universalmotoren.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremsschaltung für einen Einphasen-Reihenschluß-Kommutatormotor derart auszugestalten, daß eine kostengünstige Herstellung bei gleichzeitiger langer Lebensdauer der Bremswicklung gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 4 gelöst.

Dabei weist die Bremsschaltung für einen Einphasen-Reihen­ schluß-Kommutatormotor gemäß der vorliegenden Erfindung eine Feld- bzw. Hauptwicklung und eine Bremswicklung zum Antreiben oder Abbremsen des Einphasen-Reihenschluß-Kommutatormotors auf. Die Bremsschaltung umfaßt ferner einen einpoligen Umschalter, der selektiv dazu dient, entweder der Läufer- und Hauptwicklung elektrische Energie zuzuführen, oder beide Anschlüsse der Läuferwicklung mittels einer Bremswicklung kurz zu schließen, wodurch der Einphasen-Reihenschluß-Kommutatormotor entweder angetrieben oder abgebremst wird. Die Bremsschaltung umfaßt weiterhin einen einpoligen Schalter, der elektrisch die Bremswicklung in Verbindung mit dem einpoligen Umschalter vollständig isoliert, wenn der Läuferwicklung und der Hauptwicklung über den einpoligen Umschalter elektrische Energie zugeführt wird.

Während des Antriebszustands des Motors wird die Bremswicklung von der Hauptwicklung oder der Läuferwicklung mittels des einpoligen Schalters abgeschaltet. Obwohl die Hauptwicklung und die Bremswicklung in denselben Nutschlitzen angeordnet sind, sind sie daher mittels des einpoligen Schalters sehr gut voneinander isoliert, wodurch eine Verschlechterung der Bremswicklung und ein daraus resultierender Kurzschluß eines Wicklungsteils vermieden wird. Dies ermöglicht die Ausführung der Bremswicklung mit einer wesentlich höheren Wicklungszahl zur Erzielung einer ausreichenden Bremswirkung durch die Bremswicklung. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Bremsschaltung bewirkt somit eine lange Lebensdauer und gewährleistet gleichzeitig eine hohe Bremswirkung. Darüber hinaus kann die Bremsschaltung kostengünstig hergestellt werden, da von dem Vorteil der Verwendung eines preisgünstigen einpoligen Schalters Gebrauch gemacht werden kann und die Verwendung eines zweipoligen Umschalters nicht erforderlich ist.

Eine derartige zusammenwirkende Schalteinrichtung ist vorzugsweise in der erfindungsgemäßen Bremsschaltung vorgesehen, wobei der einpolige Schalter geöffnet ist, wenn der einpolige Umschalter die Hauptwicklung und die Läuferwicklung mit der Stromquelle zum Antrieb des Motors verbindet. Durch diese Anordnung der Schalteinrichtungen kann ein Schalten des einpoligen Umschalters und des einpoligen Schalters durch eine Betätigung erfolgen, wobei ein einfacher und verläßlicher Schaltvorgang gewährleistet ist.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Schaltmechanismus der beschriebenen Bremsschaltung vorgesehen mit:
einem einpoligen Umschaltblock mit einem in einem Gehäuse angeordneten einpoligen Umschalter und einem aus dem Gehäuse mit einem Ende heraus­ ragenden, durch eine Feder vorgespannten Stift zum Schalten der Verbindung am einpoligen Umschalter durch Eindrücken oder Loslassen und des Stifts,
einem einpoligen Schaltblock mit einem in einem Gehäuse enthaltenen einpoligen Schalter und einem aus dem Gehäuse mit einem Ende heraustragenden, durch eine Feder vorgespannten Stift zum Öffnen und Schließen des einpoligen Schalters durch das Eindrücken oder Loslassen des Stifts, und
einem Betätigungshebel, der bei Betätigung auf beide Stifte einwirkt, wobei das Eindrücken des Stifts des einpoligen Schalters früher erfolgt als das Eindrücken des Stifts des einpoligen Umschalters.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schalten der vorstehend beschriebenen Bremsschaltung wird beim Abbremsen des Motors zuerst der einpolige Schalter geschaltet zur Verbindung jeweils eines Anschlusses der Bremswicklung und der Läuferwicklung, und sodann wird der einpolige Umschalter geschaltet zur Verbindung der jeweils anderen Anschlüsse der Bremswicklung und der Läuferwicklung. Obwohl das angegebene Schaltverfahren in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Bremsschaltung nicht auf das Verfahren beschränkt ist, ist dieses Verfahren vorteilhaft im Hinblick auf eine Verminderung der Kosten.

Im einzelnen erfolgt gemäß dem beschriebenen Schaltverfahren das Schalten der Bremsschaltung dann, wenn die Verbindung am einpoligen Umschalter geschaltet wird. Daher bewirkt eine ledigliche Verbindung zwischen der Bremsschaltung und der Läuferwicklung über den einpoligen Schalter keinen großen Stromfluß durch den einpoligen Schalter. Der einpolige Schalter kann daher sowohl in seiner Leistungsfähigkeit als auch in seinen Abmessungen klein gehalten werden, und kann beispielsweise als Mikroschalter ausgeführt werden. Dies bewirkt eine weitere Kostenverminderung der Bremsschaltung.

Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete Bremsschaltung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführung beschränkt. In gleicher Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Schaltverfahren ist jedoch bei Einsatz der beschriebenen Bremsschaltung eine vorteilhafte Verminderung der Kosten durch die Verwendung eines einpoligen Schalters kleiner Leistungsfähigkeit erzielbar. Da mit der Bremsschaltung das vorstehend beschriebene Verfahren lediglich mit einem Betätigungsglied verwirklicht wird, muß der Benutzer lediglich bei der Handhabung einer Maschine, in der die erfindungsgemäße Bremsschaltung eingebaut ist, das Betätigungsglied ein- oder ausschalten.

Im einzelnen kann dabei die Bewegungslänge des Stifts des einpoligen Schaltblocks kürzer sein als diejenige des Stifts des einpoligen Umschalters. Die Stifte können beispielsweise in Form von stabförmigen Teilen mit einer entsprechenden Hin- und Herbewegung oder in Form von hebelförmigen Teilen mit einer Schwingbewegung ausgeführt sein. In diesen Fällen hängt der Grad der Rückführung von der Bewegungslänge des stabförmigen Teils oder dem Bewegungswinkel des Hebels ab.

Das Betätigungsglied kann dabei ein Rückführungsdruckknopf oder ein schwingendes Griffstück sein.

Im Unterschied zum beschriebenen Schaltverfahren erfolgt bei einem Schalten des einpoligen Umschalters vor dem Schalten des einpoligen Schalters eine Verbindung zwischen der Bremswicklung und der Hauptwicklung niemals während des Betriebs des Motors, so daß daher kein Kurzschluß eines Wicklungsteils auftreten kann. Ferner können jedoch auch bei dem beschriebenen Verfahren keine Probleme durch Kurzschlüsse von Wicklungsteilen auftreten, da eine Verbindung zwischen der Bremswicklung und der Hauptwicklung während des Betriebs des Motors lediglich kurzzeitig ist.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Veranschaulichung der Bremsschaltung eines Einphasen-Reihenschluß-Kommutatormotors,

Fig. 2 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer elektrischen Kreissäge, wobei ein Teil derselben vergrößert dargestellt ist,

Fig. 3 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung des Schaltmechanismus, und

Fig. 4A und 4B Schaltungsanordnungen von Bremsschaltungen für Einphasen-Reihenschluß-Kommutatormotoren gemäß dem Stand der Technik.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Bremsschaltung für einen Einphasen- Reihenschluß-Kommutatormotor beschrieben. Das Ausführungsbeispiel bezieht sich dabei auf eine tragbare Kreissäge 1, die einen Einphasen- Reihenschluß-Kommutatormotor als Antriebsmotor verwendet. Da die Antriebsschaltung des Motors bereits beschrieben wurde, ist eine weitere Beschreibung entbehrlich.

Ein einpoliger Umschalter, der mit SW1 bezeichnet ist, dient einerseits zur Zuführung eines Wechselstroms zu einer Läuferwicklung M und einer Hauptwicklung MW oder andererseits zur Verbindung beider Anschlüsse der Läuferwicklung M zur Bildung eines Kurzschlusses mit einer Bremswicklung BW.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Bremsschaltung ist die Bremswicklung BW in den Nutschlitzen angeordnet, in welchen die Hauptwicklung MW zum Antrieb der Läuferwicklung M vorgesehen ist. Die Bremsschaltung ist ferner mit einem einpoligen Schalter SW2 zwischen einem gemeinsamen Punkt X der Läuferwicklung M und der Hauptwicklung MW sowie der Bremswicklung BW vorgesehen. Der einpolige Schalter SW2 und der einpolige Umschalter SW1 wirken in der mit ausgezogenen Linien in Fig. 1 dargestellten Weise zusammen, wenn der Motor angetrieben wird, während sie in der mit gestrichelten Linien angedeuten Weise zusammenwirken, wenn der Motor abgebremst wird.

Wie es in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, sind der einpolige Umschalter SW1 und der einpolige Schalter SW2 in einem Griffstück 3 der elektrischen Kreissäge 1 angeordnet.

Gemäß der in Fig. 3 gezeigten schematischen Darstellung umfaßt der einpolige Umschalter SW1 drei Kontaktanschlüsse A, B und C, die innerhalb eines Gehäuses 11 angeordnet sind. Der einpolige Umschalter SW1 ist in Form eines Schaltblocks derart vorgesehen, daß die Kontaktpunkte A und C miteinander verbunden werden, wenn ein Stift 13 aus dem Gehäuse 11 herausragt, und es werden die Kontaktpunkte B und C miteinander verbunden, wenn der Stift 13 zurückgezogen ist. Gemäß Fig. 3 umfaßt der einpolige Schalter SW2 zwei Kontaktpunkte P und Q, die innerhalb des Gehäuses 21 angeordnet sind. Der einpolige Schalter SW2 ist in Form eines Blocks derart vorgesehen, daß die Kontaktpunkte P und Q miteinander verbunden werden, wenn ein Stift 23 aus dem Gehäuse 21 herausragt, während die Kontaktpunkte P und Q getrennt werden, wenn der Stift 23 zurückgeführt wird. Jeder der Stifte 13 und 23 wird in Richtung aus dem jeweiligen Gehäuse 11 und 21 mittels einer nicht gezeigten Feder vorgespannt.

Das Griffstück 3 weist einen schwenkbaren Betätigungshebel 30 auf, der in das Griffstück 3 zurückgeführt wird, wenn das Griffstück 3 von einer Hand erfaßt wird, und der beim Loslassen wieder zurückkommt.

Der Betätigungshebel 30 ist im Griffstück 3 in der Weise angeordnet, daß er in Verbindung mit den Stiften 13 und 23 der jeweiligen Schaltblöcke steht. Wird daher durch Ergreifen des Griffstücks der Betätigungshebel 30 in das Griffstück 3 versenkt, dann werden beide Stifte 13 und 23 in ihre jeweiligen Gehäuse 11 und 21 zurückgeführt. Wird der Betätigungshebel 30 gelöst, dann nehmen die Stifte 13 und 23 wieder ihre ursprüngliche Stellung ein und ragen damit aus dem jeweiligen Gehäuse 11 und 21 hervor.

Im Rahmen des vorliegenden Ausführungsbeispiels erfolgt eine Verbindung oder eine Abschaltung bzw. Lösung der Verbindung durch den einpoligen Schalter SW2 früher.

Wird im einzelnen der Betätigungshebel 30 betätigt, dann werden die Kontaktpunkte P und Q des einpoligen Schalters SW2 zuerst getrennt und sodann werden die Kontaktpunkte B und C des einpoligen Umschalters SW1 verbunden. Wird der Betätigungshebel 30 losgelassen, dann werden die Kontaktpunkte P und Q des einpoligen Schalters SW2 miteinander verbunden und die Kontaktpunkte A und C des einpoligen Umschalters SW1 werden miteinander verbunden.

Somit ist auch bei einer Verbindung der Bremswicklung BW mit der Läuferwicklung M zur Abbremsung des Motors der einpolige Schalter SW2 vor einem großen Schaltstrom geschützt, der in anderen Fällen fließen würde. Daher kann der einpolige Schalter SW2 in seiner Leistungsfähigkeit kleiner ausgelegt sein.

Die verbesserte Haltbarkeit der Bremsschaltung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde experimentell gemäß den nachfolgenden Bedingungen überprüft.

Versuch

Die in Fig. 1 gezeigte Bremsschaltung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und die aus dem Stand der Technik bekannte Bremsschaltung gemäß Fig. 4A wurden in einem Versuch unter gleichen Bedingungen miteinander verglichen, wobei eine Hauptwicklung MW mit einem Drahtdurchmesser von 1.0 mm und siebzig Windungen und eine Bremswicklung BW mit einem Drahtdurchmesser von 0.32 mm und einhundertvierzig Windungen zur Bestimmung der Haltbarkeit im Dauerbetrieb vorgesehen sind. Im Ergebnis trat bei der aus dem Stand der Technik bekannten Bremsschaltung ein Kurzschluß in einem Hauptwicklungsteil nach zweihundertzehn Stunden Dauerbetrieb auf, wogegen die Bremsschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel auch nach siebenhundertfünfzig Stunden Dauerbetrieb keinen Kurzschluß in einem Hauptwicklungsteil aufwies. Ferner wurde die Betätigung und Abschaltung derselben Bremsschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel während Fünfhundert Stunden mehrfach wiederholt, wobei etwa Fünfundsiebzigtausend Schaltvorgänge durchgeführt wurden. Dabei zeigten im Ergebnis die Kontaktpunkte des einpoligen Schalters SW2 gemäß dem Ausführungsbeispiel keine Verschlechterung. Es ist somit erkennbar, daß die vorstehend beschriebene Anordnung der Schaltzeiten zwischen dem einpoligen Umschalter SW1 und dem einpoligen Schalter SW2 insgesamt zu einer Verbesserung der Haltbarkeit des Werkzeugs beiträgt, indem ein großer Schaltstrom vom einpoligen Schalter SW2 ferngehalten wird.

Somit ist die Haltbarkeit bzw. die Lebensdauer der Bremsschaltung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erheblich verbessert. Ferner kann bei der Bremsschaltung eine Bremswicklung BW mit einer befriedigenden Anzahl von Windungen verwendet werden, wodurch die Bremswirkung und die Bremsfähigkeit vergrößert werden. Desweiteren ist die Bremsschaltung kostengünstig, da sie ohne einen teueren zweipoligen Umschalter, wie er in Fig. 4B gezeigt ist, auskommt. Da ferner die Schaltzeiten in der vorstehend beschriebenen Weise gemäß dem Ausführungsbeispiel bestimmt sind, kann der einpolige Schalter SW2 in sehr kleiner Bauform und sehr preisgünstig eingesetzt werden. Beispielweise kann ein Mikroschalter Verwendung finden.

Somit umfaßt die Bremsschaltung für einen Einphasen-Reihen­ schluß-Kommutatormotor eine Haupt- bzw. Feldwicklung und eine Bremswicklung für einen Antrieb oder eine Bremsung eines Läufers des Motors, die mit der Läuferwicklung mittels eines einpoligen Umschalters verbunden sind. Ein einpoliger Schalter ist ferner zwischen einem gemeinsamen Kontaktpunkt bezüglich der Läuferwicklung und der Bremswicklung vorgesehen. Der einpolige Umschalter und der einpolige Schalter stehen miteinander in Wirkverbindung zur Verhinderung des Entstehens eines hohen elektrischen Potentials zwischen der Hauptwicklung und der Bremswicklung, wenn sich der Läufer dreht. Somit wird ein Kurzschluß in der Hauptwicklung verhindert und die Lebensdauer der Bremsschaltung verlängert.

Claims (4)

1. Bremsschaltung für einen Einphasen-Reihenschluß-Kommutatormotor mit
einem Läufer mit einer Läuferwicklung (M) und einem genuteten Ständer mit einer Hauptwicklung (MW) und einer in denselben Nutschlitzen angeordneten Bremswicklung (BW) zum Antreiben oder Abbremsen des Einphasen-Reihenschluß-Kommutatormotors,
wobei die Läuferwicklung (M), die Hauptwicklung (MW) und die Bremswicklung (BW) in einem gemeinsamen Punkt (x) miteinander verbunden sind und mittels eines einpoligen Umschalters (SW1) selektiv entweder der Läuferwicklung (M) und der Hauptwicklung (MW) zum Antreiben Strom zugeführt wird oder die Läuferwicklung (M) über die Bremswicklung (BW) zum Bremsen kurz geschlossen wird, gekennzeichnet durch
einen einpoligen Schalter (SW2), mit dem die Verbindung zwischen der Bremswicklung (BW) und dem gemeinsamen Punkt (x) während des Antreibens getrennt wird.

2. Bremsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Betätigungshebel (30), mit dem der einpolige Schalter (SW2) geöffnet wird, wenn der einpolige Umschalter (SW1) in die die Läuferwicklung (M) und die Hauptwicklung (MW) verbindende Stellung gebracht wird.

3. Bremsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
einen einpoligen Umschaltblock (SW1, 11) mit einem in einem Gehäuse (11) angeordneten einpoligen Umschalter (SW1) und einem aus dem Gehäuse (11) mit einem Ende herausragenden, durch eine Feder vorgespannten Stift (13) zum Schalten der Verbindung am einpoligen Umschalter (SW1) durch Eindrücken oder Loslassen des Stiftes (13),
einen einpoligen Schaltblock (SW2, 21) mit einem in einem Gehäuse (21) enthaltenen einpoligen Schalter (SW2) und einem aus dem Gehäuse (21) mit einem Ende herausragenden, durch eine Feder vorgespannten Stift (23) zum Öffnen und Schließen des einpoligen Schalters (SW2) durch das Eindrücken oder Loslassen des Stiftes (23), und
einen Betätigungshebel (30), der bei Betätigung auf beide Stifte (13, 23) einwirkt, wobei das Eindrücken des Stiftes (23) des einpoligen Schalters (SW2) früher erfolgt als das Eindrücken des Stiftes (13) des einpoligen Umschalters (SW1).

4. Verfahren zum Schalten der Bremsschaltung für einen Einphasen- Reihenschluß-Kommutatormotor gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß zur Abbremsung des Motors zuerst der einpolige Schalter (SW2) zur Verbindung jeweils eines Anschlusses der Bremswicklung (BW) und der Läuferwicklung (M) geschaltet wird, und sodann der einpolige Umschalter (SW1) zur Verbindung der anderen Anschlüsse der Bremswicklung (BW) und der Läuferwicklung (M) geschaltet wird.