DE2358327B2

DE2358327B2 - Mittels eines drehzahlsteuer- oder -regelbaren Elektromotors angetriebener Winkelschleifer

Info

Publication number: DE2358327B2
Application number: DE19732358327
Authority: DE
Inventors: Manfred 7120 Bietigheim Spieth; Erwin Dipl.-Ing. 7057 Winnenden Stiltz; Otto Dr.-Ing. 7312 Kirchheim 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: 1979-09-20
Also published as: DE2358327A1; DE2358327C3

Description

als Meßwertaufnehmer ein 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 insbesonJere eine auf Schwingungen ansprechende Piezokeramik.

Darüber hinaus wird nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgeschlagen, für den Fall 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 drueksensit ven 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.

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 durchmesserabhän.gige Drehzahlerhöhung der Schleifscheibe im Normalfalle nicht zu einer höheren Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe führt als diejenige, 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 Wcchselspannungsquelle 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 Schleifscheibemiurchmesser 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 in Frage 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 düienförmigen

ι ο Bereich ausbildenden Luftsäule.

Die Drehzahlsteuerung des Antriebsmotors erfolgt dabei wie bekannt grundsätzlich in der Weise, daß die Feldwicklung 6 des Reihenschlußmotors Strom führt, wenn sich der Thyristor 7 im leitenden Zustand befindet

i"> 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_n welche der Drehzahl und der Stärke des Remanenzfeldes proportional ist Diese Remanenzspannung wird nun mit einer Bezugsspannung Ub verglichen, und abhängig von der Differenz dieser beiden Spannungen wird der Thyristor

r> früher oder später gezündet, wodurch die Drehzahl entsprechend erhöht oder vermindert wird. Die Spannung, welche einen positiven Zündstrom bewirkt, ist somit U₂ = U_b— E_n Fällt die Motordrehzahl belastungsabhängig etwas ab, so verringert sich damit

jo auch die Remanenzspannung E_n die Differenz Ub — 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.

j". Nach der Erfindung wird nun beispielsweise die Differenz zwischen der Bezugsspannung Ub und der Remanenzspannung E_r und damit die Spannung U₂ 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 Operationsverstärker 9 verstärkte Spannung U'_a bei 10 in den Spannungsteilerkreis 11,12 eingespeist wird, wodurch eine entsprechen-

i") de Potentialanhebung oder Potentialabsenkung auftritt und die Bezugsspannung Ub entsprechend verändert wird, und zwar abhängig von dem dem Schleifscheibendurchmesser entsprechenden Signal- bzw. Spannungswert. Dabei bewirkt beispielsweise die bei maximalem

>n Schleifscheibendurchmesser auftretende und gegebenenfalls verstärkte Ausgangsspannung am Meßwertaufnehmer eine solche Spannung U'_b = Ub- U'„ (damit wird U₁ = U'b -Er = (Ub - U'a) - Ur), daß sich für den maximalen Schleifscheibendurchmesser eine be-

>·") stimmte optimale Umfangsgeschwindigkeit einstellt. Mit geringer werdendem Schleifscheibendurchmesser vermindert sich beispielsweise die Ausgangsspannung Ua am Meßwertaufnehmer bzw. am Verstärker, wodurch die Bezugsspannung U'% einen höheren Wert

>o annimmt als zuvor, das heißt, als die Spannung U'b, 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 4 mittelbar oder unmittelbar gewonnene Spannung U'_a dem Widerstand 13 zuzuführen, wie dies hei 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 Er 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 zi verstellen. Sollte im Falle eines Versagens der Steuerbzw. Regeleinrichtung die volle Netzspannung arr Antriebsmotor liegen und so die Gefahr bestehen, daC infolge zu hoher Spindeldrehzahl die Schleifscheibe eine unzulässig hohe Umfangsgeschwindigkeit annimmt, se 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mittels eines drehzahlsteuer- oder -regelbaren Elektromotors angetriebener Winkelschleifer, dessen Schleifscheibe ein Meßwertaufnehmer zur automatischen Überwachung des Schleifscheibendurchmessers zugeordnet ist, dessen Meßwerte als Steuer- und/oder Regelgröße für die Drehzahl des Antriebsmotors der Schleifscheibe benutzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwertaufnehmer wenigstens ein drucksensitives Element (4) vorgesehen ist, das im inneren Bereich einer die Schleifscheibe (1) zumindest teilweise abdeckenden Schutzhaube (2) und/oder in dem der Schleifscheibe gegenüberliegenden Gehäuse (5) des Schleifwerkzeugs an- oder untergebracht ist

2. Winkelschleifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwertaufnehmer piezoelektrische Elemente verwendet werden.

3. Winkelschleifer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im inneren Bereich der Schutzhaube (2) und/oder im Gehäuse (5) der Schleifscheibe (1) Strömungskanäle für das die Schleifscheibe umgebende Medium angeformt sind und die Meßwertaufnehmer mindestens teilweise in diese Strömungskanäle hineinragen.

4. Winkelschleifer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Meßwertaufnehmers (4) gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Signalumformers mit dem Eingang eines Verstärkers (9) leitend verbunden ist, der ausgangsseitig an den Spannungsteilerkreis für die Drehzahlsteuerung bzw. -regelung des Antriebsmotors angeschlossen ist.

5. Winkelschieifer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Meßwertaufnehmers (4) gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Signalumformers an einen im Zündkreis eines Thyristors (7) für die Drehzahlsteuerung bzw. -regelung liegenden Widerstand (13) angeschlossen ist.

6. Winkelschleifer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Meßwertaufnehmers (4) gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Signalumformers an einen Verstärker (9) geführt ist, der ausgangsseitig an einen im Zündkreis eines Thyristors (7) für die Drehzahlsteuerung bzw. -regelung des Antriebsmotors liegenden Widerstand (13) angeschlossen ist.

7. Winkelschleifer nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der im Zündkreis des Thyristors (7) liegende Widerstand (13) einstellbar ist.

8. Winkelschleifer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße des Meßwertaufnehmers (4) unmittelbar oder mittelbar über einen Signalumformer und einen Verstärker der Remanenzspannung (E_r) am Anker (8) des Antriebsmotors überlagert sind.

9. Winkelschleifer nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang eines dem Meßwertaufnehmer (4) gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Signalumformers nachgeschalteten Verstärkers (9) das Auslöseglied (17) eines Netzschalters angeschlossen ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen mittels eines drehzahlsteuer- oder -regelbaren Elektromotors angetriebenen Winkelschleifer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, bei durch drehzahlregel- 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 Konstantspannungsgerät gelieferten VergleichssDannung überlagert und einem Impulsgeber zur Erzeugung der Steuerimpulse für einen Thyristor zugeführt (DE OS 22 11 077).

Derartige Steuereinrichtungen sind für den praktischen Betrieb allein schon deshalb weniger geeignet, weil durch die beim Schleifen unvermeidliche Staubentwicklung und Staubablagerung sowohl die Lichtquelle als auch der Lichtempfänger in kürzester Zeit verschmutzen können, 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 Ausfälle im lichtelektrischen System nicht auszuschließen 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 (DE-OS 22 02 872).

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen mittels eines drehzahlsteuer- oder -regelbaren Elektromotors angetriebenen Winkelschleifer 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 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Meßwertaufnehmer wenigstens ein drucksensitives Element vorgesehen ist, das im inneren Bereich einer die Schleifscheibe zumindest teilweise abdeckenden Schutzhaube und/oder in dem der Schleifscheibe gegenüberliegenden Gehäuse des Schleifwerkzeugs anoder untergebracht ist.

Dabei hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen,