DE2239346C2 - Elektronischer Drehzahlsteuerschalter zur Steuerung eines Elektromotors - Google Patents

Elektronischer Drehzahlsteuerschalter zur Steuerung eines Elektromotors

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Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Drehzahlsteuerschalter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einem derartigen Drehzahlsteuerschalter, der aus der US-PS 35 36 973 bekannt ist, besteht die Steuerschaltung aus diskreten Schaltungselementen, die mittels Leitungsdrähten miteinander verbunden sind. Die Montage eines derartigen Drehzahlsteuerschalters ist aufwendig und zeitraubend. Diese Steuerschaltung umfaßt einen Schichtwiderstand in Form eines auf einer isolierenden Unterlage aufgebrachten Widerstandsstreifens. Die Steuerschaltung ist in einem zweiteiligen Schaltergehäuse am Kunststoff untergebracht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Drehzahlsteuerschalter so zu verbessern, daß er mit möglichst wenig Einzelteilen auf eine für Massenproduktion besonders geeignete, möglichst wirtschaftliche Weise herstellbar ist und eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber erhöhte Temperaturen aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben und kann den Unteransprüchen entsprechend vorteilhaft weitergebildet sein.
Dadurch, daß man bei dem neuen Drehzahlsteuerschalter eines der Gehäuseteile gleich als Unterlage für die gedruckte Steuerschaltung verwendet, kommt man mit besonders wenig Einzelteilen aus. Dies senkt nicht nur die Materialkosten sondern auch die Montagekosten für den Drehzahlsteuerschalter beträchtlich. Da man dieses als Schaltungsunterlage dienende Gehäuseteil aus Keramikmaterial herstellt und als Kühlkörper für ein Halbleiterbauelement verwendet, ergibt sich nochmals eine bedeutende Material- und Platzeinsparung. Denn ein metallischer Kühlkörper, wie er bisher erforderlich war, um die Verlustleistung des Halbleiterbauelementes ausreichend gut abführen zu können, kann nun ebenfalls entfallen. Da die Steuerschaltung auf einem Keramikbauteil aufgebracht ist, ist sie gegenüber 1 emperaturänderungen weitgehend unempfindlich, so daß sie nicht nur mit hoher Genauigkeit hergestellt werden kann sondern diese Genauigkeit auch bei starken Temperaturänderungen erhalten bleibt, wie sie beispielsweise dann auftreten können, wenn der Drehzahlsteuerschalter für eine Handbohrmaschine verwendet wird.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Von den Figuren zeigt
Fig. 1 eine vergrößerte Aufsicht im Schnitt auf eine erfindungsgemäße, aus Auslöser und Schalter bestehende Anordnung;
F i g. 2 eine perspektivische Darstellung des Gehäuses und der Schaltungskomponenten des Drehzahlsteuer-
teils des Schalters, wobei auf der rechten Seite der keramische Teil des Gehäuses und auf der linken Seite der andere Teil desselben gezeigt sind, welch letzterer zusammen mit dem rechten Abschnitt das vollständige Gehäuse des Drehzahlsteuerschalters bildet; ϊ
Fig.2A eine Endaufsicht auf den mittleren festen Kontakt der Gruppe von festen Kontakten auf dem rechten Gehäuseteil gemäß F i g. 2;
Fig.3 eine vergrößerte seitliche Aufsicht von der Außenseite des keramischen Gehäuseteils, allgemein m entlang der Linie 3-3 von Fi g. 2 in Richtung der Pfeile;
Fig.4 eine Endaufsicht entlang der Linie 4-4 von F i g. 3 in Richtung der Pfeile;
F i g. 5 eine Schnittdarsteilung entlang der Linie 5-5 von F i g. 3 in Pfeilrichtung;
F i g. 6 eine Draufsicht von oben auf den keramischen Gehäuseteil von F i g. 3;
Fig. 7 eine vergrößerte Aufsicht auf die Innenseite des keramischen Gehäuseteils von F i g. 3;
F i g. 8 eine Draufsicht von unten entlang der Linie 8-8 von F i g. 7 in Pfeilrichtung;
Fig.9 eine der Fig.7 ähnliche Aufsicht auf den keramischen Gehäuseteil, wobei jedoch die Widerstandsabschnitte und die leitenden Abschnitte der gedruckten Schaltung des Schaltkreises des Drehzahl-Steuerschalters gezeigt sind, die auf den keramischen Gehäuseteil aufgebracht sind;
Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie 10-10 von F i g. 9 in Pfeilrichtung;
Fig. 11 eine Aufsicht auf den keramischen Teil des Schaltcrgehäuses, wobei weitere darauf angebrachte Schaltungskomponenten gezeigt sind, die an die gedruckte Schaltung angeschlossen sind; und
Fig. 12 eine schematische Darstellung des Schalterstromkreises.
Fig. 1 zeigt gestrichelt ein allgemein mit 10 bezeichnetes Handwerkzeug oder Handgerät, das die vorliegende Erfindung enthält. Das Werkzeug kann ein tragbares Werkzeug sein, das eine aus Auslöser und Schalter bestehende Anordnung 12 aufweist, die zur Steuerung des Betriebs eines nicht gezeigten, das Werkzeug antreibenden Elektromotors dient. Der Auslöser 13 der Anordnung 12 ist unter Federvorspannung hin- und herbewegbar und wirkt in bekannter Weise mit dem Schaltermechanismus 14 zur Drehzahlsteuerung zusammen, indem er denselben betätigt. Zuleitungen 18 und 20 verbinden dus Drehzahlsteuerteil 14 mit einer Stromquelle. Über Zuleitungen 22 und 24 is; der Drehzahlsteuerschalter mit einem Elektromotor verbunden. Eine zwischen der Hinterwand des Schaltergehäuses 25 und einer Vsrtiefung in dem Gleitabschnitt des Auslösers 13 wirkende Feder 23 drückt den Auslöser nach außerhalb des Gehäuses in die »Aus«-Position.
Die Komponenten des Drehzahlsieuerschalters 14 sind primär in und auf einem zweiteiligen Schaltergehäuse 28 (Fig. 2) enthalten, welches wiederum so ausgebildet ist, daß es in dem offenen unteren Abschnitt des vorgenannten Gehäuses 25 aufgenommen und darin eng anliegend befestigt wird, so daß der Drehzahlsteu- w> erschalter in dem Gehäuse 25 gehalten wird. Jeder Gehäuseteil 32, 32a weist einen an der Außenseite des Gehäuseteils gebildeten Vorsprung 30 auf, der jeweils in komplementäre öffnungen in dem Gehäuse 25 einschnappt, wenn das zusammengefügte Schaltergehäuse 28 in die Unterseite des Gehäuses 25 eingesetzt wird, wodurch das Gehäuse 28 lösbar in dem Gehäuse 25 eehalten wird. Das Gihäuse 25 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, z. B. Kunststoff, wobei die Seitenwände des Gehäuses zweckmäßigerweise elastisch ausgebildet sind zwecks Aufnahme der Vorsprüiige 30 an dem Gehäuse 28 in die vorgenannten öffnungen.
Das Gehäuseteil 32 ist aus Keramik, z. B. aus unglasiertem Porzellan, gefertigt Auf der Oberseite des Gehäuseteils 32 ist eine Gruppe von drei elektrisch leitenden, im Abstand voneinander befindlichen festen Kontakten 52 bzw. 52a bzw. 526 (Fi g. 1 und 2) derart angeordnet, daß sich die Kontakte allgemein in Längsrichtung des Gehäuseteils auf diesem erstrecken. Der feste Kontakt 52 dient zum Anschluß an die Motorzuführungsleitung 22, während der in bezug auf F i g. 1 hinterste feste Kontakt 526 zum Anschluß an den Strom zuführenden Leiter 18 dient. Die Kontakte 52 und 526 weisen sich allgemein horizontal erstreckende Kontaktflächen 56 bzw. 566 auf. Der zwischen den Kontakten 52 und 526 angeordnete feste Kontakt 52a weist eine sich diagonal nach oben erstreckende Nockenfläche 58 auf, die sich bis zu einem Niveau oberhalb der fläche 566 des f^ten Kontakts 526 erstreckt (Fig. 1). Außerdem weist tier Kontakt 52a vorzugsweise einen sich seitlich erstreckenden Arm 60 iF i g. 2A) auf, der sich in eine ihm gegenüberliegende Öffnung 64 in dem Keramikgehäuseteil 32 erstreckt zwecLs elektrischen Anschließen an eine Schaltvorrichtung des Steuerkreises, wie noch beschrieben wird, wodurch der Kontakt 52a mit weiteren Komponenten des Drehzahlsteuerkreises verbunden wird.
An dem Schaltergehäuseteil 32a, der aus elektrisch isolierendem Material, z. B. Kunststoff, gefertigt ist, ist ein Paar von festen elektrisch leitenden Kontakten 48, 48a befestigt. Der feste Kontakt 48 dient zur Verbindung mit der an einer Seite des Elektromotors angeschlossenen elektrischen Zuleitung 24, und der feste Kontakt 48a dient zur Verbindung mit der von der Energiequelle herkommenden elektrischen Zuleitung 20. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß eine Federklammer oder eine Feder 50 in bekannter Weise vorgesehen sein kann zur formschlüssigen Verbindung mit den abisolierten Leitern der Zuleitungen 18 bis 24. wobei der jeweilige Kontakt als Einsteckklemmt: bekannt ist.
Der Schalter 12 ist ein zweipoliger EinscMalter in den Leitungen 22 und 24. Jeder der Grrppen von festen Kontakten an den Gehäuseteilen 32, 32a ist ein Brückenkontakt 62 zugeordnet, wie die US-PS 35 36 973 dies zeigt. Jeder Brückenkontakt 62 weist einen langgestreckten Grundkörper aus elektrisch leitendem Material auf, der in einem zugeordneten Schlitz 62a (Fig. 1) aufgenommen ist. der in der entsprechenden Seite des Grundkörpers des Auslösers 13 gebildet ist. Auf diese Weise sind die Brückenkontak-Ie zusammen mit dem Auslöser während dessen Einwärts- und Auswärtsbewegung in den bzw. aus dem Gehäuseteil 25 bewegbar. Jeder Brückenkontakt weist eine Feder 626 auf, die mit ihm zusammenwirkt und den Brückenkontakt nach unten gegen die darunterliegende Gruppe von festen Kontakten drückt.
Jeder Gehäuseteil weist einen Anschlag oder Vorsprung 64a auf, der sich in bezug auf den Gehäuseteil nach oben erstreckt und dazu dient, den zugeordneten Brückenkontakt in einer nach oben geschwenkten Stellung in bezug auf den darunterliegenden festen Konta!.» 48a oder 526 oder 52a zu hallen, wenn der Auslöser sich in der »Aus«-Siel!ung befindet, wie dies beisDielsweise in voll auseezoeenen Linien in
F i g. 1 dargestellt und auch bekannt ist.
Hei dieser Ausführungsform des Gehäuseteil* 32 ist der Anschlag 64.7 als einheitlicher Teil des Keramikmoduls aus keramischem Material geformt. Fine Einwärtsbewegung des Auslösers IJ bewirkt, daß die Brücken- ; kontakte 62 mit dem Auslöser nach rückwärts bzw. in das Gehäuse 25 hineinbewegt werden, wobei eine solche Einwartsbewegung bewirkt, daß die Kontakte 62 sich aus der beispielsweise in F i g. I in voll ausgezogenen Linien gezeigten »Ausx-Stellung bewegen und entlang den entsprechenden darunterliegenden festen Kontakten gleiten. Infolge der Wirkung der zugeordneten Feder 62/) werden die Briickenkontakte gleichzeitig nach unten in Kontakt mit den darunterliegenden festen Kontakten 48;) oder 52;) bewegt, wodurch der Schalter ι■-, in die »Kino-Stellung gebracht wird. Während der vorgenannten Bewegung gleiten die Brüekenkontakte über, auf und relativ zu dem zugeordneten Vorsprung ό4,ι. so daß der Brückenkontakt über den zugeordneten Vorsprung bewegt wird, bis letzterer in dem ausgespar- jn ten Bereich des entsprechenden Brückenkonlakts aufgenommen wird.
Mit dem Auslöser ist weiterhin ein elektrisch leitender Gleitkontakt 65 (F i g. 2) lösbar verbunden, der mit den im Abstand voneinander befindlichen Wider- js Standsabschnitten 6«,β8;/, die auf dem Kcramikgchäusctetl M gebildet oder niedergeschlagen sind, in Gleitkontakt gelangt. Die Widerstandsabschnitte sind durch bekannte Mittel zum Formen gedruckter Schaltungen gebildet und dann auf die gegenüberliegen- jo de Flache des keramischen Gehäuseteils 32 aufgebrannt, wobei die Widerstandsabschnitte einen vorbestimmten Widerstandswert haben. Die Widerstandsabschnitte werden beispielsweise mittels eines bekannten Siebdruckverfahrens aufgebracht und dann durch . men Ofen zum Brennen des Widerstandsmaterials geführt, wobei das Widerstandsmaterial z. B. eine Tinte auf Rutheniumbasis sein kann. Ks ist jedoch zu beachten, daß die Widerstandsabschnitte auch aus anderen Widerstandsmaterialien gebildet sein können, beispielsweise einer Tinte auf Kohlenstoffbasis oder einer Silber Palladium-Basis. Der Widerstandsabschnitt 70 kann auch auf dem Keramikmodulteil 32 mittels des vorgenannten Siebdruckverfahrens aufgebracht und dann gebrannt werden, und anschließend werden die leitenden Abschnitte 74, TAa. 74b. 75, 75d und 76 auf den Keramikgehäuseteil 32 aufgebracht, und zwar mittels des vorgenannten .Siebdruckverfahrens, und in einem Ofen ausgehärtet. Man erkennt, daß der leitende Abschnitt 74a den festen Widerstandsabschnitt 70 in Reihe mit dem veränderbaren Widerstandsabschnitt 68 verbindet. Die vorgenannten leitenden Abschnitte 74 ... 76 können aus irgendeinem geeigneten leitenden Material gebildet sein, beispielsweise einer Tinte auf Silberbasis. Vorzugsweise werden die Widerstandsabschnitte 68, 70 während des Drückens als einheitlicher, allgemein V-förmiger Streifen gebildet, und anschließend werden die leitenden Abschnitte über den Widerstandsstreifen gedruckt, so daß der gedruckte Widerstandstreifen in Abschnitte 68, 70 unterteilt wird, eo Die Innenfläche des Keramikmoduls weist eine Ausnehmung 79 (Fig. 7 und 9) auf, welche über die vorgenannte öffnung 64 mit der gegenüberliegenden oder Außenseite des Keramikmoduls in Verbindung steht, wobei die öffnung 64 Zutritt gestattet, um den festen Zwischenkontakt 52a mit dem Halbleiterschaltelement 80 in leitende Verbindung zu bringen, wobei das Element 80 beispielsweise ein Siliziumglcichriehter mit zugeordnetem T riggerelement sein kann. Das Schaltelement 80 des Drehzahlregelkreises ist, wie F i g. 2 und 11 zeigen, so ausgebildet, daß es in der Aussparung 79 so aufgenommen wird, daß es im wesentlichen bündig mit der Innenseite 77 des Keramikmoduls 32 ist. Die Ausnehmung 79 ist mit einem Überzug aus leitendem Material. 7. B. Silber, ausgekleidet, wodurch sich für das Halbleiterschaltelement 80 gute Wärmeübertragungseigenschalten ergeben. Man erkennt, daß der Keramikteil 32 als Wärmeleiter für ein solches Schaltelement dient, so daß es nicht notwendig ist. in üblicher Weise ein besonderes Metallteil beträchtlicher Größe als Wärmeableiter vorzusehen. Das vorgenannte Triggerelemenl kann beispielsweise eine Zweiweg-Schaltdiode sein, die wiederum an den Kondensator S4 angeschlossen isi. der den gedruckten leitenden Abschnitt 74b und den gedruckten leitenden Abschnitt 76 überbrückt, wie die I i g. 11 und 12 zeigen. Der Kondensator 84 ist mit den leitenden Abschnitten 74b, 76 verlötet, wie F i g. 11 zeigt. Die Kathode des Siliziumgleichriehters ist über den Leiter 90 (Fi g. 12) mit dem Arm 92 des hinteren festen Kontakts 52b verbunden. Der Arm 92 ragt durch eine öffnung 94. die die Außenseite des Keramikgehäuseteils 32 mit dc„.-,en Innenseite 77 verbindet. Der Arm 92 des festen Kontakts 52b ist über die Zuleitung % außerdem mit dem leitenden Abschnitt 76 der gedruckten Schaltung verbunden und ist bei 98 (Fig. II) damit verlötet.
Nach dem Aufdrucken der gedruckten Schaltungsteile der Drehzahlregelschaltung auf den Keramikgehäuseteil 32 und nach dem Brennen der Schaltungsteile bei einer Temperatur von beispielsweise 500—900°C kann das Zusammenfügen der anderen Komponenten, z. B. der Gruppe von festen Kontakten, des .Schaltelements 80 und des Kondensators 84, mit dem Gehäuseteil 32 in einfacher Weise erfolgen. Sämtliche Lötvorgänge zum Anschließen der Komponenten an die gedruckten .Schaltungsabschnitte der Schaltung werden vorzugsweise zu ein und demselben Zeitpunkt in einem einzigen automatischen Schritt ausgeführt, wobei beispielsweise ein elektrischer Heizofen mit einer Temperatur von etwa 232°C verwendet wird, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Schalteranordnung erhöht wird. Man sieht, daß das Verlöten des festen Kontakts 52a mit dem Schaltelement 80 an der Außenseite des Gehäuseteils 32 gleichzeitig mit den Lötvorgängen an der Innenseite 77 des Gehäuseteils 32 vorgenommen werden kann. Nach Fertigstellung der Gehäuseteile 32, 32a und deren Montage miteinander kann der Drehzahlsteuerteil 28 in einfacher Weise in die Unterseite des Schaltergehäuses 25 eingeführt werden, wobei der Gleitkontakt des Drehzahlregelrheostats so mit dem Auslöser zusammenwirkt, daß er sich mit diesem bewegt. Wenn das Gehäuse 28 des Drehzahlsteuerschalters zusammengefügt ist. verbindet der federnde Verbinder 99 (F i g. 2 und 12\ der eine elektrisch leitende Feder ist die an dem am Gehäuseteil 32a befindlichen festen Kontakt 48a befestigt ist, den festen Kontakt elektrisch mit dem leitenden Abschnitt 75a der gedruckten Schaltung auf dem Gehäuseteil 3Z
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Elektronischer Drehzahlsteuerschalter zur Steuerung eines Elektromotors, insbesondere eines tragbaren Werkzeuges, mit einem aus zwei aneinanderliegenden Teilen zusammengesetzten Schaltergehäuse aus Isoliermaterial, an dem mehrere feststehende Kontakte angeordnet sind, denen eine mit einem Schalterbetätigungsorgan mitbewegbare Kontaktbrücke zugeordnet ist, und mit einer in dem Schaltergehäuse untergebrachten elektronischen Steuerschaltung, die Schichtwiderstände umfaßt sowie mindestens ein Halbleiterbauelement, das in einer Durchgangsöffnung des einen Teils des Schaltergehäuses angeordnet ist und mit einem der feststehenden Kontakte in Berührung ist, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eines (32) der Teile (32, 32a) des Schaltergehäuses (28) aus Keramikmaterial besteht und auf der dem anderen Teil (32a) zugewandten Seite eine ebene Oberfläche (77) aufweist,
daß die Durchgangsöffnung (64, 79) an die Außenabmessungen des Halbleiterbauelementes (80) angepaßt und mit einem leitenden Material guter Wärmeleitfähigkeit ausgekleidet ist,
und daß die Steuerschaltung in Form einer gedruckten Schaltung (74, 75, 76) auf der ebenen Oberfläche (77) aufgebracht ist, wobei das Halbleiterbauelement (80) in die ausgekleidete Durchgangsöffnung (79) eingepaßt ist.
2. Elektronischer Drehzahlsteuerschalter nach Anspruch 1, wobei die feststehenden Kontakte des das Halbleiterbauelement aufnehmenden Teils des Schaltergehäuses auf der vo- , anderen Teil abgewandten Seite verlaufen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchgangsöffnung (f 'ί, 79) stufenförmig ausgebildet ist, wobei diese auf der Seite der ebenen Oberfläche (77) eine größere öffnungsweite entsprechend den Abmessungen des Halbleiterbauelementes (80) und auf der der ebenen Oberfläche entgegengesetzten Seite eine kleinere Öffnungsweite für den Durchtritt eines Teils (60) eines der feststehenden Kontakte {52a)aufweist,
und daß nur der Teil (79) der Durchgangsöffnung (64, 79) mit der größeren öffnungsweite mit leitendem Material guter Wärmeleitfähigkeit ausgekleidet ist.
3. Elektronischer Drehzahlsteuerschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Durchgangsöffnung (64, 79) versehene Teil (32) des Schaltergehäuses (28) mit einer weiteren Durchgangsöffnung (94) versehen ist, durch die ein mit der gedruckten Schaltung (74, 75, 76) elektrisch verbundener Arm (92) eines weiteren (52b) der feststehenden Kontakte (52, 52a, 52b) hindurchragt.
4. Elektronischer Drehzahlsteuerschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikmaterial Porzellan ist.
5. Elektronischer Drehzahlsteuerschalter nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtwiderstände (68, 68a; der gedruckten Schaltung (74, 75,76) mit einer Paste auf Rutheniumbasis gebildet sind, in Längsrichtung des die gedruckte Schaltung tragenden Teils (32) im Abstand voneinander angeordnet sind und mit einem mit einem Schalterbetätigungsorgan (13) gekuppelten und auf den Schichtwiderständen (68, 68a; verschiebbaren Gleitkontakt (65) zusammen-
wirken.
6, Elektronischer Drehzahlsteuerschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei beide Teile des Schaltergehäuses mit feststehenden Kontakten versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht mit der gedruckten Schaltung (74, 75, 76) versehene Teil (32ajdes Schaltergehäuses (28) einen Federkontakt (99) aufweist, der bei zusammengesetztem Schaltergehäuse (28) an einem Kontaktierungsteil (75a; der gedruckten Schaltung federnd anliegt
DE2239346A 1971-08-10 1972-08-10 Elektronischer Drehzahlsteuerschalter zur Steuerung eines Elektromotors Expired DE2239346C2 (de)

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