DE2419361A1

DE2419361A1 - Elektromotorisch angetriebenes gartengeraet

Info

Publication number: DE2419361A1
Application number: DE2419361A
Authority: DE
Inventors: Hansjoerg Dr Schreitmueller
Original assignee: Wolf Geraete GmbH
Current assignee: Wolf Geraete GmbH
Priority date: 1974-04-22
Filing date: 1974-04-22
Publication date: 1975-10-30
Also published as: NL7504716A; FR2267690A1; ZA752363B; CH592405A5; IT1037555B

Description

Elektromotorisch angetriebenes Gartengerät

Die Erfindung betrifft ein Gartengerät mit elektromotorisch angetriebenen, hin- und hergehend bewegtem Werkzeug» Als Gartengeräte mit geradlinig bewegten Werkzeugen kommen insbesondere Scheren, wie z.B. Heckenscheren und Grasscheren und andere Schneidsysterne in Betracht, die auf Hubbewegung beruhen, z.B. Fingermähbalken und Scherenmähbalken. Ferner sind Grabegeräte, Jätegeräte, Harken, Hacken, Vertikutiergaate oder Aerifiziergeräte bekannt, die einen hin- und hergehenden Antrieb der Werkzeuge erfordern. Bisher wurden die"*Werkzeuge derartiger Gartengeräte vom rotierenden Läufer eines Motors über ein Getriebe angetrieben, welches kompliziert und teuer aufgebaut war und den Wirkungsgrad herabsetzte. Diese durch das Getriebe bedingte Verlustleistung fällt besonders schwerwiegend bei batteriegetriebenen Geräten ins Gewicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, Aufbau und Wirkungsweise des Antriebssystems von Gartengeräte-Werkzeugen zu verbessern.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch die Verwendung eines linearen Induktionsmotors.

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Ein linearer Induktionsmotor stellt das Analogon zu einem Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer dar. Hierbei sind Ständer und Läufer linearisiert, so daß bei Anlegen einer mehrphasigen Spannungsquelle an die St and er wicklung der Kurzschluß lau. f er, der im Falle des Linearmotors als' Schiene aus Kupfer oder Aluminium ausgebildet ist, in einer Richtung linear auswandert. Derartige Linearmotoren sind bekannt, sie werden benutzt zur Durchführung langer Fahrbewegungen, z.B. zum Türöffnen oder zum Heben und Senken. Ihre Anwendung ist auch bekannt zur Durchführung von Vorschubbewegungen, ZoB. in Automaten oder Papiermaschinen. Die Durchführung derart langer Stellbewegungen ist möglich ohne daß Ständer und Läufer eine dem Bewegungsablauf entsprechende Länge besitzen, denn es genügt, entweder die Läuferschiene bei relativ kurzem Ständer langgenug auszubilden (Kurzstandertyp) oder bei kurzausgebildeter Lauferschiene den Ständer entsprechend lang zu bemessen (Kurzläufertyp). Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, daß die Anwendung eines solchen linearen Induktionsmotors auch bei Gartengeräten unvorhersehbare Vorteile ergibt, obgleich dort das Problem langer Zustellbewegungen nicht gegeben ist. Es ergibt sich lediglich die Notwendigkeit einer umsteuerung im Takt der gewünschten Frequenz, wozu erfindungsgemäß verschiedene Lösungen vorgeschlagen werden, die weiter unten erläutert sind. Gegenüber einem bekannten Schwingankerantrieb, bei dem der das Antriebsglied bildende Anker eine lineare Hin- und Herbewegung einem Werkzeug aufprägen kann, ergibt sich durch die Anwendung des Linearmotors der Vorteil, daß die Schwingbewegung nicht von der Netzfrequenz abhängig ist und daß Bewegungen mit beliebig großer Amplitude erzeugt werden können, wobei die Kraft üDer die Hubhöhe konstant gehalten werden kann.

Im Aufbau eines solchen Gartengerätes beispielsweise einer Heckenschere ergeben sich weitgehende Vereinfachungen gegenüber den herkömmlichen Systemen, weil unter Wegfall eines Getriebes

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die Kurzschlußläuferschiene unmittelbar an der Messerschiene angreifen kann bzw. einen Teil derselben bildet.

Die Umsteuerung kann dadurch erfolgen, daß für jede Bewegungsrichtung je ein Linearmotor vorgesehen ist, wobei die Umsteuerung der beiden Motore in Abhängigkeit von der Stellung der beiden Motoren gemeinsamen Lauferschiene erfolgt. Stattdessen kann auch ein einziger als Kurzständermotor oaer Kurzläufermotor ausgebildeter Linearmotor benutzt werden, dessen Phasenlage jeweils am Ende eines Hubes umgesteuert wird« Anstelle zweier Linearmotoren, die wechselweise gespeist werden, kann auch ein einziger Kurzläufermotor vorgesehen- werden, dessen Ständerwicklung mit einer Mittelanzapfung versehen ist, so daß die beiden Teilwicklungen individuell steuerbar sind«,

Schließlich ist es noch möglich,' den Rückhub jeweils durch eine Feder durchführen zu lassen, die in Tätigkeit; tritt, nachdem der Linearmotor am Ende des Bewegungshubes abgeschaltet ist.

Wie bei einem Asynchronmotor kann, wenn kein Drehstromnetz zur Verfügung steht, mit Wechselspannung betrieben werden, wenn ein Phasenschieberkondensator eingebaut wird. Die Erregung kann auch von einer Gleichstromquelle, z.B. einer Batterie oder einem ifcu aus erfolgen, wenn die Gleichspannung vorher in eine entsprechende mehrphasige Wechselspannung umgeformt wird, wozu leichte und billige Halbleiterschaltungen zur Verfügung stehen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 bis 4 Prinzipschaltbilder möglicher Antriebssysteme von Gartengeräte-Werkzeugen mittels Linearmotor,

Fig. 5 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Hecken-

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schere,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Rasenmähers mit Fingermesserbalken_o

Bei den schematischen Darstellungen nach Figo 1 bis 4 ist mit dem Bezugszeichen 10 die Läuferschiene aus Kupfer ca er Aluminium bezeichnet, die an dem hin- und herbeweglichen Werkzeug angreift, mit diesem starr verbunden ist oder einen Teil dieses Werkzeuges bildet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist diese Läuferschiene 10 zwei in Bewegungsricntung hintereinander angeordneten Ständerwicklungen 11 und 12 zugeordnet, die üoer eine Steuerschaltung 14 in Abhängigkeit von einem Zeitgeber 16 bzw. einem Stellungsmelder 18 abwechselnd an- und abgeschaltet werden. Die Wirkung ist dann wie folgt: Die Ständerwieklung 11 wird erregt, so daß sich die Läuferschiene in Richtung L bewegt. Am Ende des Hubes wird die Ständerwieklung 11 abgesenaltet und die Ständerwieklung 12 angeschaltet, die mit entgegengesetzter Phasenlage erregt wird. Am Ende des Rückhubes erfolgt in analoger Weise eine Umsteuerung.,

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Linearmotor als Kurzläufertyp ausgebildet mit einer Ständerwieklung 13, bei der die Phasenfolge durch die Steuerstufe 14 am Ende jedes Bewegungshubes umgekehrt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird ein Linearmotor mit einer mit Mittelanzapfung versehenen Ständerwieklung benutzt. Hieraus ergeben sieh zwei Wicklungsabschnitte 11' und 12', die den Ständerwicklungen 11 und 12 gemäß Figo 1" entsprechen und wie diese abwechselnd und mit unterschiedlicher Phasenfolge erregt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig« 4 ist wieder eine einzige Ständerwicklung 13 vorgesehen,mit der die Läuferschiene 10

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zusammenwirkt. Hierbei wird der Rttekhub durch eine Druckfeder 20 bewirkt. Durch Erregung der Stänaerwicklung IJ wird die Läuferschiene 10 in Richtung L bewegt. Am Ende dieses Hubes wird die Ständerwicklung IJ abgeschaltet und die bei diesem Hub gespannte Feder 20 drückt die Schiene 10 in Richtung R igöie Ausgangslage. Ist diese erreicht, erfolgt eine Wjsderanschaltung der Wicklung IJ und so fort.

Wie aus dem Blocksehaltbild gemäß Fig. 1 bis 4 ersichtlich, kann die Steuer stufe 14· von einem Zeittaktgeber 16 und einem Positionsmelder 18 geführt werden. Diese können als kleinste Beueinheiten elektromechanisch in Halbleirerteehnik ausgeführt sein. Sie können ebenso wie die Steuerstufe in jedem Gerätegehäuse raumsparend untergebracht werden. Ebenso kann bei Betrieb mit Gleichstrom ein Gleichstrom-Weehselstromwandler mit in das betreffende Gerät eingebaut werden.

An Hand der Fig. 1 bis 4 wurden vorstehend Linearmotoren beschrieben, deren Ständerwicklung aus mehreren diskreten Spulen besteht, deren Ströme Magnetflüsse erzeugen, die einen beweglichen Luftspaltfluß bilden, wobei die Läuferschiene dem Wanderfeld asynchron folgt. Gemäß einer vereinfachten Ausführung der Erfindung kann bei gewissen Anwendungsfällen jeweils nur eine Spule vorgesehen werden, wodurch sich ein Linearmagnet oder ein Zugmagnet ergibt, was eine weitere Verbilligung ergeben kann.

In den schematischen Darstellungen gemäß Fig. 1 bis J ist das Rücklaufeisen des Ständers nicht dargestellt. Dies kann von ferromagnetischen Bauteilen gebildet werden, welche sich nahe der Schiene befinden. Es ist auch möglich, in bekannter Weise in diesem Rücklaufeisen eine weitere Ständerwicklung

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anzubringen.

Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen lediglich zwei nicht beschränkende Ausführungsbeispiele« In der Fig, 5 ist eine Heckenschere dargestellt. Eine gehäusefest angeordnete Grundplatte 21 trägt das feststehende Untermesser 22« Das bewegliche Obermesser 25 ist in Richtung des Doppelkopf pfeiles L-R über dem Untermesser beweglich gelagert. Es ist über Führungen 2h in der Grundplatte 21 zwangsgeführt. Das Obermesser 23 bildet die Läuferschiene, die zwischen den beiden Ständerwicklungen 28 und JO des Linearmotors mit möglichst engem Luftspalt geführt ist. Der Ständer 28 wird über Stahlbolzen 27 ortsfest im Gehäuse gehalten»

Im hinteren Ende des als Läuferschiene ausgebildeten Obermessers 23 greift ein Stößel 33 an, der unter der Wirkung einer an einem Widerlager 26 abgestützten Druckschraubenfeder 25 steht.

Die Heckenschere wird mit einphasigem V/echselstrom gespeist. Mit 31 ist der Taktgeber bezeichnet, während 32 den bei Betrieb mit einphasiger Wechselspannung erforderlichen Phasenschieberkondensator darstellt« Die Funktion der Heckenschere entspricht dem Funktionsablauf gemäß Fig. 4. Das bewegliche Obermesser wird durch die Feder 5 in die Endstellung R überführt und dort gehalten. Über den Taktgeber 3I wird eine Spannung üßer eine feste Zeit auf die Standerwicklungen 27 und 28 gegeben und dadurch wird das bewegliche Obermesser 23 für die vorgegebene Zeit in Richtung L bewegt« Nach Ablauf der eingestellten Zeit, die im Hinblick auf die Eigenfrequenz des Systems berechnet ist, erfolgt eine Abschaltung der Ständerwicklungen. Dann drückt die Feder 25, die ebenfalls im Hinblick auf die Eigenfrequenz des Systems berechnet ist, das bewegliche Obermesser 23 in. Richtung R. Daraufhin läuft der Taktgeber erneut an und der

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Vorgang wiederholt sich.

Fig. 6 zeigt als Ausführungsbeispiel einen Fingermesserbalken für Rasenmäher. Dieses Gerät arbeitet nach dem in Fig. 1 gezeichneten Prinzip.

Auch hier ist das Untermesser 41 wieder fest im Gehäuse angeordnet, während das Obermesser 43 in Richtung des Doppelkopfpfeiles L-R verschieblich ist. Dieses Obermesser 43 bildet wiederum die Läuferschiene zweier Linearmotoren mit den Ständern 46 bzw. 51. Diese Ständer 46,51 sind mittels Stahlbolzen 48 an der Grundplatte 49 befestigt und stehen durch einen Schlitz des Obermessers 43 durch.

An den beiden Enden trägt das Untermesser 4l Endschalter bzw«, 52, die die Lage des beweglichen Obermessers 43 der Schaltstufe 44 melden» Mit den Bezugszeichen 53 sind Phasenschieberkondensatoren für die beiden Ständerwicklungen bezeichnet.

Wenn das Gerät an eine einphasige Spannungsquelle angeschaltet wird, dann wird beispielsweise zunächst die Standerwicklung 46 erregt und das bewegliche Obermesser 43 bewegt sich in Richtung L. Wird nun der auf dieser Seite befindliche Endschalter 42 erreiche, so schaltet die Schaltstufe 44 die Ständerwicklung 46 ab und dafür die Ständerwicklung 51 ein, so daß das Messer in Richtung R bewegt wird. Meldet der Positionsendschalter 52 das Erreichen des Umkehrpunktes, so wird in entsprechender Weise eine Umsteuerung bewirkt.

Durcn die Erfindung wird es möglich, die verschiedensten Gartengeräte unter konstruktiv einfachem und gewichtsmäßig leichten Aufbau mit einem elektromotorischen Antrieb für das betreffende Messer zu versehen, wobei Hubhöhe und Hubgeschwindigkeit den jeweiligen Erfordernissen entsprechend

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- δ optimal angepaßt werden können.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche :

1) jGartengerät mit elektromotorisch angetriebenem hin- und hergehend ^/'bewegten Werkzeug, gekennzeichnet durcn die Verwendung eines linearen Induktionsmotors zum Antrieb des Werkzeuges.

2) Gartengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferschiene des Linearmotors unmittelbar an dem Werkzeug angreift oder einen Teil des bewegten Werkzeuges bildet.

3) Gartengerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Werkzeug verbundenen Läuferschiene (10) zwei Stänuerwicklungen (11,12) zugeordnet sind, die durch eine Steuerstufe (14) abwechselnd an- und abschaltbar sind und von denen jede je einer Bewegungsrichtung zugeordnet ist. (Pig. I)

4) Gartengerät nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Läuferschiene 10 eine Ständerwicklung zugeordnet ist, die durch eine Mittelanzapfung in zwei Teilwicklungen 11', 12' unterteilt ist, die üoer eine Steuerstufe (14) abwechselnd erregt werden (Fig. J).

5) Gartengerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurcn gekennzeichnet, daß die Läuferschiene (10) einer Ständerwicklung (13) zugeordnet ist und daß die Phasenfolge in der Ständerwicklung durcn eine Steuerstufe (14) periodisch umgekehrt wird (Fig. 2).

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6) Gartengerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurcn gekennzeichnet, daß eine einzige Ständerwicklung (lj) durch eine Steuerstufe periodisch in Abhängigkeit von der Bewegung der Läuferschiene ab- und angeschaltet wird und daß der Rückhub über eine Feder (20) bewirkt wird (Fig. 4).

7) Gartengerät nach den Ansprüchen 5 bis 6, dadurch g e k e η η ζ e i c h ne t, daß die Steuerstufe (14) vm einem Zeitgeber (ΐβ) und einem Stellungsgeber (18) gesteuert wird, der auf die Endstellungen der Läuferschiene (10) bzw. des Werkzeuges anspricht.

8) Gartengerät nacn einem der Ansprüche 1-7* dadurcn g e k e η η zei chnet, daß zum Anschluß an einphasigen Wechselstrom in die Speisespannung ein Phasenschieberkondensator eingeschaltet ist.

9) Gartengerät nach den Ansprüchen 1-7, dadurch g e k e η η zei chnet, daß zum Anschluß an eine Gleichspannungsquelle ein Gleichspannungs-Wechselspannungsumformer vorgesehen ist.

10) Gartengerät nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß es als Heckenschere ausgebildet ist und daß das bewegliche Messer integraler Bestandteil der Läuferschiene ist.

11) Gartengerät nacn einem der Ansprüche 1-9, dadurcn g e k e η η ζ e i c h ne t, daß es als Rasenmäher ausgebildet ist, dessen Fingermesserbalken integraler Bestandteil der Läuferschiene ist.

12) Gartengerät nacn einem der Ansprüche 1-9, dadurch g e k e η η zei chnet, daß es als dasschere ausgebildet ist₀

Gartengerät nach den Ansprüchen 1-9* dadurch gekennzeichnet, daß es als Grabegerät, Jätegerät, Harke

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oder Hacke ausgebildet ist.

Gartengerät nach den Ansprüchen 1-9, dadurch g e k e η η zeichnet, daß es als Vertikutiergerat bzw_o Aerifiziergerät ausgebildet ist.

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