DE2358327A1

DE2358327A1 - Elektromotorisch angetriebener winkelschleifer

Info

Publication number: DE2358327A1
Application number: DE2358327A
Authority: DE
Inventors: Manfred Spieth; Erwin Dipl Ing Stiltz; Otto Dr Ing Wolf
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1973-11-23
Filing date: 1973-11-23
Publication date: 1975-05-28
Also published as: DE2358327C3; DE2358327B2

Description

Licentia

Patent-Verwaltungs-GmbH

6 Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

FST (FEV) 73/13/73/55-Vf- Frankfurt, den 8.11.1973

PT-S/Dr. Wolf/dk

Elektromotorisch angetriebener Winkelschleifer

Es ist bekannt, bei durch drehzahlrege1- oder steuerbare Elektromotoren angetriebenen Winkelschleifern die Motordrehzahl abhängig vom Schleifscheibendurchmesser in der Weise zu steuern, daß sie bei abnehmendem Schleifscheibendurchmesser selbsttätig erhöht wird. Zu diesem Zweck ist in der die Schleifscheibe teilweise abdeckenden Schutzhaube ein Sender in Form einer Lichtquelle und ein als Empfänger wirksamer lichtempfindlicher Teil angeordnet, dem eine der Verringerung des Schleifscheibendurchmessers etwa proportional zunehmende Lichtenergie zugeführt wird, wodurch sich dessen Innenwiderstand verringert und dementsprechend der Spannungsabfall an einem mit dem lichtempfindlichen Teil in Reihe geschalteten Festwiderstand zunimmt. Diese durch einen Verstärker verstärkte Ausgangsspannung wird zur Drehzahlsteuerung des Antriebsmotors einer von einem Konstantspannungsgerat gelieferten Vergleichsspannung überlagert und einem Impulsgeber zur Erzeugung der Steuerimpulse für einen Thyristor zugeführt (OS 2 211 077).

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Derartige Steuereinrichtungen sind für den praktischen Betrieb allein schon deshalb ungeeignet, weil durch die beim Schleifen unvermeidliche Staubentwicklung und Staubablagerung sowohl die Lichtquelle als auch der Lichtempfänger in kürzester Zeit verschmutzen, so daß eine zuverlässige Drehzahlsteuerung nicht mehr möglich ist. Abgesehen davon sind Lichtquellen für einen solchen Einsatz äußerst problematisch, da deren Lebensdauer von vornherein nur sehr begrenzt ist und bei dem rauhen Schleifbetrieb sowie bei der erfahrungsgemäß nicht gerade zimperlichen Behandlung durch die Bedienenden ständig Ausfälle im lichtelektrischen System unvermeidbar sind.

Um bei drehzahlsteuerbaren Winkelschleifern die Gefahr eines Zerplatzens des Schleifkörpers infolge zu hoher Fliehkräfte auszuschalten, ist es des weiteren bekannt, einer unzulässig hohen Schleifkörperdrehzahl, wie sie beispielsweise im Falle des Ausfalls der elektronischen Drehzahlsteuerung auftreten kann, dadurch vorzubeugen, daß das Übersetzungsverhältnis des Getriebes so gewählt ist, daß die Drehzahl der Werkzeugspindel bei Leerlauf höchstens den maximal zulässigen Wert erreicht (OS 2 202 872).

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Handschleifer mit einer Einrichtung zu versehen bzw. diesem eine solche zuzuordnen, die einerseits eine zuverlässige selbsttätige Anpassung der Drehzahl an den jeweiligen Schleifscheibendurchmesser gewährleistet und andererseits und zugleich die Drehzahl des Antriebsmotors und damit auch die Drehzahl der Werkzeugspindel sicher auf einen noch zulässigen Maximalwert begrenzt, wobei diese Einrichtung insbesondere betriebssicher und weitestgehend wartungsfrei ist.

Diese Aufgabe ist bei einem mittels eines drehzahlsteuer- oder regelbaren Elektromotors angetriebenen Winkelschleifer dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß wenigstens eine der sich mit der Änderung der Umfangsgeschwindigkeit des Schleifkörpers ändernden

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physikalischen Größen des den Schleifkörper umgebenden Mediums mittels eines Meßwertaufnehmers erfaßt und als Steuer- und/oder · Regelgröße für den Antriebsmotor benutzt wird. Dabei hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, als Meßwertaufnehmer ein drucksensitives, vorzugsweise piezoelektrisches Element zu verwenden. Ein derartiges Element kann beispielsweise im Bereich der Schutzhaube angeordnet oder aber in dem der Schleifscheibe zugewandten Teil des Maschinen- bzw. Motorgehäuses an- oder untergebracht sein. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, mehrere drucksensitive Elemente vorzusehen und je nach Erfordernis diese parallel und/oder in Serie zu schalten.In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, innerhalb der Schutzhaube und/oder im Bereich des der Schleifscheibe benachbarten Gehäuseteils der Maschine wenigstens einen definierten Strömungskanal auszubilden, um einerseits insbesondere die Empfindlichkeit sowie die Ansprechgenauigkeit des dem diesen Kanal durchströmenden Medium ausgesetzten druckempfindlichen Elements zu erhöhen und um andererseits eine Möglichkeit zu haben, über die jeweilige Eigenfrequenz der sich ausbildenden Luftsäulen die Motordrehzahl zu steuern. Für diesen Zweck eignet sich insbesondere eine auf Schwingungen ansprechende Piezokeramik.

Darüberhinaus wird nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgeschlagen, für den Fäll des Überschreitens einer einem bestimmten Schleifscheibendurchmesser zugeordneten Grenzdrehzahl beispielsweise infolge eines durch einen Kurzschluß oder dgl. verursachten Ausfalls der Drehzahlsteuer- bzw. -regeleinrichtung über das oder die drucksensitiven Elemente den Antriebsmotor unmittelbar vom speisenden Netz zu trennen. Diese Grenzdrehzahl wird dabei normalerweise der Schleifscheibe größten Durchmessers zugeordnet, deren Umfangsgeschwindigkeit noch einen hinreichenden Abstand von der zulässigen Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe besitzen sollte. Damit ist gewährleistet, daß auch im Falle eines Versagens der Steuer- oder Regelelektronik ein Zerplatzen der Schleifscheibe infolge unzulässig hoher Drehzahl der der Schleifscheibe aufnehmenden Abtriebswelle ausgeschlossen ist.

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In diesem Zusammenhang wirkt sich der Umstand positiv aus, daß im Falle geringer werdenden SchleifScheibendurchmessers bei gleicher Winkelgeschwindigkeit die Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe geringer wird und eine durchmesserabhängige Drehzahlerhöhung der Schleifscheibe im Normalfalle nicht zu einer höheren Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe führt als die- . jenige, welche die Schleifscheibe maximalen Durchmessers bei der zugeordneten Grenzdrehzahl aufweist.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Form eines Winkelschleifers mit einer Anordnung zur selbsttätigen Drehzahlsteuerung eines über einen Thyristor aus einer Wechselspannungsquelle gespeisten Reihenschlußmotors noch näher erläutert.

Wie aus der schematischen Zeichnung ersichtlich ist, ist im Innern der die Schleifscheibe 1 abdeckenden Schutzhaube 2 eines Winkelschleifers 3 ein druckempfindliches Element 4 beispielsweise in Form einer piezoelektrischen Keramik angebracht; des weiteren kann ein solches Element 4 auch oder zusätzlich im Gehäuse 5 des Winkelschleifers untergebracht oder an diesem befestigt sein. Dabei werden die gegebenenfalls in größerer Anzahl und in Parallel- oder Reihenschaltung eingesetzten druckempfindlichen Elemente zweckmäßigerweise an den Stellen im Bereich der Schutzhaube oder des Schleifergehäuses vorgesehen, an denen die abhängig vom Schleifscheibendurchmesser und/oder von der Drehzahl der Schleifscheibe auftretenden Änderungen der physikalischen Größen des die Schleifscheibe umgebenden Mediums, normalerweise also der umgebenden Luft, möglichst ausgeprägt sind. Die insbesondere infrage kommenden physikalischen Größen sind dabei der statische und/oder dynamische Luftdruck, die Strömungsgeschwindigkeit der Luft und gegebenenfalls die Eigenfrequenz der sich in einem bestimmten, eigens dafür vorgesehenen düsenförmigen Bereich ausbildenden Luftsäule.

Die Drehzahlsteuerung des Antriebsmotors erfolgt dabei wie bekannt grundsätzlich in der Weise, daß die Feldwicklung 6 des

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Reihenschlußmotors Strom führt, wenn sich der Thyristor 7 im leitenden Zustand befindet. Im Sperrzustand des Thyristors 7 geht der Feldstrom praktisch auf den Wert Null zurück; daher verringert sich das magnetische Feld abhängig von der Hysteresis des verwendeten Materials für den magnetischen Kreis auf einen konstanten Remanenzwert. Der rotierende Anker 8 erzeugt daher eine Gegen-EMK E , welche der Drehzahl und der Stärke des Remanenzfeldes proportional ist. Diese Remanenzspannung wird nun mit einer Bezugsspannung U, verglichen, und abhängig von der Differenz dieser beiden Spannungen wird der Thyristor früher oder später gezündet, wodurch die Drehzahl entsprechend erhöht oder vermindert wird. Die Spannung, welche einen positiven Zündstrom bewirkt, ist somit U = U, - E . Fällt die Motordrehzahl belastungsabhängig etwas ab, so verringert sich damit auch die Remanenzspannung E , die Differenz U-. -E_r wird größer, und die Zündung des Thyristors erfolgt früher, so daß die Spannungszeitfläche und damit die dem Motor zugeführte Leistung größer wird und dieser wieder seine Solldrehzahl annimmt.

Nach der Erfindung wird nun beispielsweise die Differenz zwischen der Bezugsspannung U^ und der Remanenzspannung E_p und damit die Spannung U abhängig vom Durchmesser d der Schleifscheibe 1 selbsttätig beeinflußt. Dies kann einmal dadurch geschehen, daß die vom Meßwertaufnehmer 4- abgegebene Größe, die unmittelbar eine Spannung sein kann, gegebenenfalls als über einen Operations verstärker 9 verstärkte Spannung U' bei 10 in den Spannungsteiler kreis 11, 12 eingespeist wird, wodurch eine entsprechende Potentialanhebung oder Potentialabsenkung auftritt und die Bezugsspannung TJ, entsprechend verändert wird, und zwar abhängig von dem dem Schleifscheibendurchmesser entsprechenden Signal- bzw. Spannungswert. Dabei bewirkt beispielsweise die bei maximalem Schleifscheibendurchmesser auftretende und gegebenenfalls verstärkte Ausgangsspannung am Meßwertaufnehmer eine solche Spannung ^U'b * ^Ub ~ ^Ua (damit wird U = U' - E_ « (üb - Ua) - Ur), daß sich für den maximalen Schleifscheibendurchmesser eine bestimmte optimale Umfangsgeschwindigkeit einstellt. Mit geringer werden-

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dem Schleifscheibendurchmesser vermindert sich beispielsweise die Ausgangs spannung Ua am Meßwert aufnehmer bzw. am Verstärker, wodurch die Bezugsspannung ü", einen höheren Wert annimmt als zuvor, das heißt, als die Spannung U', , so daß der Thyristor früher zündet, wodurch die Drehzahl des Antriebsmotors und damit der Schleifscheibe erhöht wird. Erforderlichenfalls kann dem Verstärker 9 auch eine Impulsformerstufe vorgeschaltet sein.

Eine weitere Möglichkeit der Spannungsüberlagerung besteht darin, die über den Meßwertaufnehmer M- mittelbar oder unmittelbar gewonnene Spannung Uj dem Widerstand 13 zuzuführen, wie dies bei 14- angedeutet ist. Dabei kann dieser Widerstand mit einem verstellbaren Abgriff versehen sein, so daß die zugeführte Spannung in ihrer Auswirkung von Null auf einen Maximalwert einstellbar ist. Schließlich besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, die vom Durchmesser der Schleifscheibe abhängige Meßwertaufnehmerspannung mittelbar oder unmittelbar der Remanenzspannung E am Anker 8 des Reihenschlußmotors zu überlagern, derart, daß die Remanenzspannung mit geringer werdendem Schleifscheibendurchmesser geringer wird und die Zündspannung des Thyristors früher erreicht wird, wodurch sich die Drehzahl des Motors dann selbsttätig erhöht. Schließlich könnte die über den Meßwertaufnehmer gewonnene Spannung auch dazu benutzt werden, den Abgriff 15 am Potentiometer 12 im Sinne der gewünschten Drehzahlveränderung zu verstellen. Sollte im Falle eines Versagens der Steuer- bzw. Regeleinrichtung die volle Netzspannung am Antriebsmotor liegen und so die Gefahr bestehen, daß infolge zu hoher Spindeldrehzahl die Schleifscheibe eine unzulässig hohe Umfangsgeschwindigkeit annimmt, so wird das in diesem Falle einen bestimmten, vorwählbaren Grenzwert übersteigende Ausgangssignal des Meßwertaufnehmers dazu benutzt, den Antriebsmotor vom Netz zu trennen. Zu diesem Zweck kann der Ausgang des Operationsverstärkers an ein Relais oder an einen elektronischen Schalter geführt sein, das bzw. der die Zuleitung 16 über einen Schaltkontakt 17 vom speisenden Netz trennt.

509822/0149 " ^Patentan8P^rüche -

Claims

L i c e η t i a Patent-Verwaltungs-GmbH 6 Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1 FST (FEW) 73/15/75/55-Wf Frankfurt, den 8.11.1973 PT-S/Dr. Wolf/dk Patentansprüche

1.^Mittels eines drehzahlsteuer- oder regelbaren Elektromotors -^^ angetriebenes Schleifwerkzeug, dessen Schleifscheibe eine Überwachungsvorrichtung zugeordnet ist, welche entsprechend dem sich verringernden Schleifscheibendurchmesser die Drehzahl des Antriebsmotors selbsttätig erhöht, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der sich mit der Änderung der Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe (1) ändernden physikalischen Größen des die Schleifscheibe umgebenden Mediums mittels eines Meßwertaufnehmers (4) erfaßt und als Steuer- und/oder Regelgröße für den Antriebsmotor (6, 7) benutzt wird.

2. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwertaufnehmer wenigstens ein drucksensitives Element vorgesehen ist. -

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3· Schleifwerkzeug nach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwertaufnehmer piezoelektrische Elemente verwendet werden.

4·. Schleifwerkzeug nach den Ansprüchen 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer (4) im Bereich einer die Schleifscheibe (1) wenigstens teilweise abdeckenden Schutzhaube (2) angebracht ist.

5. Schleifwerkzeug nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer (4-) im der Schleifscheibe gegenüberliegenden Gehäuse (5) des Schleifwerkzeugs an- oder untergebracht ist.

6. Schleifwerkzeug nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl im Bereich der Schutzhaube als auch im Gehäuse des Schleifwerkzeugs Meßwertaufnehmer vorgesehen sind.

7. Schleifwerkzeug nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Schutzhaube und/oder im Gehäuse des Schleifwerkzeugs Strömungskanäle für das die Schleifscheibe umgebende Medium angeformt sind und die Meßwertaufnehmer mindestens teilweise in diese Strömungskanäle hineinragen.

8. Schleifwerkzeug nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Meßwertaufnehmer abgegebene Größe erforderlichenfalls nach vorheriger Umformung in eine entsprechende elektrische Größe unmittelbar oder mittelbar über einen Verstärker (9) der Bezugsspannung für eine Drehzahlsteuerung auf der an sich bekannten Basis der Verwendung einer Gegen-EMK als Rückkopplungsgröße überlagert wird.

9· Schleifwerkzeug nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße des Meßwertaufnehmers gegebenenfalls verstärkt und/oder umgeformt unmittelbar in den Spannungsteilerkreis der Einrichtung zur Drehzahlsteuerung eingespeist wird. 509822/0149

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10. Schleifwerkzeug nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße des Meßwertaufnehmers gegebenenfalls verstärkt und umgeformt einem im Zündkreis des Thyristors (7) liegenden Widerstand (15) zugeführt wird,

11. Schleifwerkzeug nach den Ansprüchen 1-7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der im Zündkreis liegende Widerstand (1?) einstellbar ist.

12. Schleifwerkzeug nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße des Meßwertaufnehmers gegebenenfalls verstärkt und umgeformt unmittelbar oder mittelbar der Remanenzspannung am Ankter (3) des Antriebsmotors überlagert wird.

15· Schleifwerkzeug nach den Ansprüchen 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der gegebenenfalls verstärkten und umgeformten Ausgangsgröße des Meßwertaufnehmers ein den Antriebsmotor vom Netz trennender Schalter (17) betätigt wird.

14·. Schleifwerkzeug nach den Ansprüchen 1-7 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße des Meßwertaufnehmers gegebenenfalls verstärkt und umgeformt ein selbsttätiges Verstellen des Spannungsteilerabgriffs (15) bewirkt.

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