DE19604439A1

DE19604439A1 - Elektrische Bremse für kommutierte Elektromotore

Info

Publication number: DE19604439A1
Application number: DE19604439A
Authority: DE
Inventors: Gary C Polk; Peter Domeny
Original assignee: SB Power Tool Co
Current assignee: Robert Bosch Tool Corp
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 1997-04-03
Also published as: US5648706A; FR2740277A1; JPH0993894A; GB2306793A; GB9618212D0; GB2306793B; AU5943996A; AU700795B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Reihenschluß-Elektro motore, wie sie auch als "Universalmotore" bezeichnet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung eine elektri sche Bremse für derartige Motore.

Bei bestimmten Anwendungen und Motoren, die Reihenschluß wicklungen aufweisen, ist es erwünscht, das Arbeitsele ment beim Abschalten sehr schnell in den Stillstand zu zwingen, anstatt es unter dem Eigenschwung in den Still stand auslaufen zu lassen. Insbesondere kann bei Werk zeugen wie Kreissägen infolge der Trägheit des Ankers, des Getriebes, der Welle und des Kreissägeblatts die un gebremste Auslaufzeit 7 bis 12 Sekunden betragen und da mit zu lang sein. Es ist oft von Vorteil, das Kreissäge blatt oder andere drehendes Arbeitselement viel schnel ler - bspw. in 2 oder 3 Sekunden - in den Stillstand zu bringen.

Für Werkzeuge und Gerätschaften der angegebenen Art sind mechanische Bremsen vorgeschlagen worden. Diese mechani schen Bremsen leiden unter einer Anzahl von Nachteilen. Sie sind voluminös und erhöhen daher unerwünschterweise das Gewicht des Werkzeugs bzw. Geräts. Weiterhin sind sie wartungsintensiv und in der Herstellung teuer.

Aus dem Stand der Technik sind zum Stillsetzen des dre henden Elements eines Werkzeugs oder Geräts auch elektri sche Bremsen bekannt. In ihrer häufigsten Form beruht eine elektrische Bremse auf dem Gegenstromprinzip. Hier bei wird beim Betätigen des Ausschalters des Werkzeugs oder Geräts die zwischen den Feld- und den Läuferwicklun gen wirkende Polarität umgekehrt. Infolge des magneti schen Restfeldes im Ständer erfolgt eine Umkehr des Stroms in den Läufer- und Feldwicklungen im Sinne einer Richtungsumkehr der Läuferdrehung, so daß der Läufer ab gebremst wird. Die Drehung wird daher schneller gestoppt, als wenn das Werkzeug nur infolge der Reibung und des Lüfterwiderstands in den Stillstand ausläuft. Da Gegen stromschaltungen auf einem Stromfluß über die Bürsten und den Kommutator beruhen, muß zwischen diesen ein sehr gu ter Kontakt vorliegen, um die Zuverlässigkeit und Wirk samkeit der Bremsschaltung zu gewährleisten.

Die in Reihenschlußmotoren verwendeten Kohlebürsten sind normalerweise von einem Bürstenhalter getragen, der an seinem einen Ende die Gestalt eines Parallelepipeds hat. Eine Schraubfeder im Bürstenhalter drückt die Bürste auf den umlaufenden Kommutator. Es ist bekannt, derartige Bürstenhalter mit einer mechanischen Begrenzung des Bewe gungshubs der Bürste zu versehen, so daß letztere bei vorbestimmter Abnutzung vom Kommutator getrennt wird. Der Zweck dieses speziellen Bürstenhalter ist, zu verhin dern, daß die Bürste sich so weit abnutzt, daß der Bür stenrest sich aus dem Bürstenhalter löst. In diesem Fall würde die Schraubfeder selbst sich auf den Kommutator le gen, so daß nicht nur ein Kurzschluß, sondern auch Schä den am Kommutator entstehen. Bürstenhalter mit einer Bür stenhubbegrenzung vermeiden auch, daß die Schraubfeder im Halter blockiert wird und die Bürste nicht mehr auf den drehenden Kommutator drückt. Dann entstehen Lichtbogen, Überschläge und Schäden am Kommutator. Obgleich diese Ar ten von Bürstenhaltern seit vielen Jahren üblich sind, hat man sie nicht in Bremsschaltungen zum Trennen minde stens einer Bürste vom Kommutator verwendet, bevor die Bürste so weit abgenutzt ist, daß der Gegenstrom nicht mehr einwandfrei geführt wird, um den Gegenstrom-Bremsef fekt zu erreichen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen Reihenschlußmotor mit einer Gegenstrombremse mit hoher Wirksamkeit und Zuverlässigkeit anzugeben.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Reihenschlußmotor mit einer Gegenstrombremse anzu geben, der dauerhaft stromlosgeschaltet wird, bevor die Bürste so stark abgenutzt ist, daß die Bremse unzuver lässig wird.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Reihenschlußmotor mit einer Gegenstrombremse anzu geben, die eine Einrichtung aufweist, um mindestens eine Bürste vom Kommutator zu trennen, bevor sie so stark ab genutzt ist, daß die Bremse nicht mehr zuverlässig arbei tet.

Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.

Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine Teilschnittdarstellung eines er findungsgemäßen Reihenschlußmotors;

Fig. 2 zeigt einen Stromlauf der erfindungsge mäßen Gegenstrombremse.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäß aufgebauter Reihen schlußmotor allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeich net. Der Motor weist einen allgemein mit 12 bezeichneten Ständer auf, der Feldwicklungen 16a, 16b trägt (vergl. Fig. 2). Der Motor hat einen allgemein mit 18 bezeichneten Läufer mit den Wicklungen 20. Der Läufer hat eine Welle 22, die ihn drehbar im Ständer lagert. In dieser Hinsicht ist die Welle 22 mit einem Ende in einer ringförmigen La geranordnung 24 gelagert, die ihrerseits in einer ring förmigen Kappe 26 abgestützt ist, die im Gehäuse eines Werkzeuges wie bspw. einer Kreissäge sitzt. Es ist einzu sehen, daß die Welle 22 mit dem anderen Ende entsprechend gelagert ist.

Die Welle 22 trägt ein erstes und ein zweites ringförmi ges Kommutatorelement 28, 30. Das Element 30 trägt die üblichen Kommutatorstäbe 32, die elektrisch mit den Läu ferwicklungen verbunden sind.

Der Motor 10 weist ein Paar diametral gegenüber angeord neter Bürstenhalteranordnungen auf, die allgemein als 33, 34 bezeichnet sind. Die Bürstenhalteranordnung 33 enthält einen Bürstenhalter aus dielektrischen Elementen 35, 37 und leitenden Elementen 36, 38. Diese vier Elemente bil den ein Parallelepiped, das an seinem dem Kommutator zu gewandten Ende offen ist. Die Elemente 35, 36, 38 haltern zusammenwirkend eine Kohlebürste 40, die in der zur Er läuterung gezeigten Ausführungsform einen Rechteckquer schnitt hat. Die Bürste 40 hat einen Teil 40a mit verrin gerter Querschnittsfläche, wobei ein Absatz 40b entsteht. Der Teil 40a sitzt in einem Ende einer Schraubfeder 42. Mit einem Ende sitzt diese Feder auf dem Absatz 40b auf, mit dem anderen liegt die am Bürstenhalterelement 38 an. Es ist einzusehen, daß die Feder 42 dazu dient, das inne re Ende der Bürste 40 in den Gleit- bzw. Schleifkontakt mit den Kommutatorstäben 32 zu drücken. Eine Blattfeder 44 kann vorgesehen sein, um die Bürste 40 zu stabilisie ren, während sie mit zunehmender Abnutzung am den Kommu tator berührenden Ende im Bürstenhalter entlanggleitet.

Die Bürste 40 enthält ein Sackloch 46, das einen Einsatz 48 aus dielektrischem nachgiebigem Werkstoff wie bspw. Holz aufnimmt. Im Sackloch 46 ist auf geeignete Weise ein Anschlagelement 50 festgelegt. Auf einen im Querschnitt verringerten Abschnitt des Einsatzes 48 ist eine Schraub feder 52 aufgesetzt. Ein Ende der Feder 52 liegt an einem Absatz auf dem Einsatz an, das andere Ende am Anschlag 50.

Die Bürste 40 ist irgendwann so weit abgenutzt, daß das abgerundete Ende des Einsatzes 48 freiliegt und die Kom mutatorstäbe berührt. Dann drückt die Feder 52 die Bürste 40 von den Kommutatorstäben weg, da die von der Feder 52 erzeugte Axialkraft höher ist als die der Feder 42. Beim Abheben der Bürste 40 vom Kommutator wird der Motor na türlich stromlos geschaltet.

Der Bürstenhalter 34 ist vorzugsweise im Aufbau identisch mit dem Bürstenhalter 33. Der Bürstenhalter 34 braucht jedoch den Einsatz 48, den Anschlag 50 und die Feder 52 nicht zu enthalten, die die andere Bürste vom Kommutator abheben würden. Die Ziele der vorliegenden Erfindung las sen sich erreichen, wenn nur einer der Bürstenhalter die Abhebeeinrichtung zur Stromunterbrechung aufweist.

Wie nun die Fig. 2 zeigt, sind die Ständerwicklungen 16a, 16b in Reihe mit den Läuferwicklungen 18 geschaltet. Es ist einzusehen, daß die Ständerfeldwicklungen zusätzlich zu den Laufwicklungen 16a, 16b ein Paar Bremswicklungen 50a, 50b aufweisen. Ein vom abzugartigen Betätigungsele ment des Werkzeugs betätigtes Schaltkontaktelement 54 ist zwischen einem EIN-Anschluß 56 und dem AUS/Brems-Anschluß 58 umschaltbar. Liegt das Element 54 am Anschluß 56, wer den die Laufwicklungen 16a, 16b in Reihe mit dem Läufer 18 geschaltet und wird der Motor auf normale Weise aus einer elektrischen Stromquelle 60 gespeist. Wird das Be tätigungselement freigegeben, hebt der Schaltkontakt vom Anschluß 56 und trennt so die Läufer- und Laufwicklungen von der Stromquelle. Gleichzeitig legt sich das Schalt kontaktelement an den Anschluß 58 und legt so die Brems wicklungen 50a, 50b im Nebenschluß über den Läufer 18. Beim Umschalten des Motors aus dem Lauf- in den Aus- oder den Bremszustand bewirkt eine Polaritätsumkehr der Feld- und der Läuferwicklungen. Infolge des magnetischen Rest feldes im Ständer ändert der Strom in den Läufer- und Feldwicklungen seine Richtung; der resultierende Strom fließt im Sinne einer Richtungsumkehr der Läuferdrehung mit dem Effekt, daß der Läufer abgebremst und schneller stillgesetzt wird, als wenn der Ständer nur gegen den Luftwiderstand und die Reibung unter der Eigenträgheit in den Stillstand auslaufen würde.

Die vorliegende Erfindung schafft also eine neuartige und verbesserte Bremse, die hochzuverlässig arbeitet, da min destens eine der Bürsten vom Läufer getrennt wird (und den Motor stromlosschaltet), bevor sie sich so weit ab nutzt, daß eine Stromumkehr für die erwünschte Bremswir kung nicht mehr erreichbar ist.

Claims

1. Von einem Reihenschluß-Elektromotor angetriebene Vorrichtung zum Antrieb eines Arbeitselements mit

(a) einem Ständer mit Feldwicklungen,
(b) einem Wicklungen tragenden Läufer, der im Stän der drehbar gelagert ist und einen Kommutator aufweist,
(c) mindestens einem Paar Bürstenhalter, die zuge ordnete Bürsten in körperlicher Berührung mit dem Kommu tator enthalten,
(d) wobei mindestens einer der Bürstenhalter eine Einrichtung enthält, die seine Bürste vom Kommutator hin wegdrückt, wenn die Bürste sich in einem vorbestimmten Ausmaß abgenutzt hat,
(e) einer Einrichtung, die einen Gegenstrombrems kreis bildet und an die Feld- und Läuferwicklungen ange schlossen ist und, wenn aktiviert, einen Gegenstrom über den Kommutator und die Bürsten fließen läßt, und
(f) einer Schaltereinrichtung, die zwischen einer ersten Stellung, in der der Motor erregt und der Brems kreis stromlos sind, und einer zweiten Stellung hin- und herschaltbar ist, in der der Motor stromlos und der Brems kreis aktiviert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin dadurch definiert ist, daß

(a) die zugehörige Bürste mit einem Ende auf dem Kommutator gleitend gelagert ist und ein entgegengesetzt weisendes Ende sowie eine in Längsrichtung der Bürste verlaufende Bohrung enthält, die an dem entgegengesetzt weisenden Ende der Bürste mündet und deren Boden zwischen den Bürstenenden liegt,
(b) in der Bohrung ein dielektrisches nachgiebiges Element angeordnet ist,
(c) eine in der Bohrung angeordnete erste Federein richtung an dem Element anliegt und dieses auf den Boden der Bohrung drückt, und
(d) eine in dem einen Bürstenhalter angeordnete zweite Federeinrichtung am anderen Ende der Bürste an liegt, um diese auf den Kommutator zu drücken, wobei die von der zweiten Federeinrichtung erzeugte Federkraft nie driger ist als die von der ersten Federeinrichtung er zeugte, so daß erstere die am Kommutator anliegende Bür ste von diesem hinwegdrückt, nachdem die Bürste an ihrem einen Ende so weit abgenutzt ist, daß das Element frei liegt und den Kommutator berühren kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Element aus Holz hergestellt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Feldwick lungen separate Lauf- und Bremswicklungen aufweisen.