DE2437541A1

DE2437541A1 - Elektrowerkzeug mit einer einrichtung zur drehzahlbegrenzung

Info

Publication number: DE2437541A1
Application number: DE2437541A
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl Ing Stiltz; Otto Dr Wolf
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-08-03
Filing date: 1974-08-03
Publication date: 1976-02-19

Description

Elektrowerkzeug mit einer Einrichtung zur Drehzahlbegrenzung.
Es ist bekannt, die Sicherheit von mit drehzahlregelnden Einrichtungen ausgestatteten Elktrowerkzeugen durch drehzahlbegrenzende Sicherungen Ztl erhöhen, welche bei Überschreiten der zugelassenen Höchstdrehzahl des Antriebsmotors diesen vom Netz trennen. Dies kann beispielsweise mittels eines Fliehkraftschalters geschehen, oder dadurch, daß eine stromführende Sollbruchstelle der Leitung getrennt wird (OS 1 763 279).
Aus der im vorstehenden genannten Offenlegungsschrift ist es des weiteren bekannt, durch Verwendung eines zusätzlichen Windflügels infolge dessen bei Überschreiten des zulässigen Drehzahlbereichs schnell wachsenden Luftwiderstands einen Abbremseffkt zu erzielen, der für den das Werkzeug fledienenden eine Hinweis dafür sei, daß die Regeleiektronik defekt ist. Ferner ist in der erwähnten Offenlegungsschrift auch schon darauf hingewiesen, daß ein Schalter, der durch den Kühlluftstrom des Antriebsmotors betätigt ist und den Motor bei Überschreiten eines vorbestimmten Staudruckwertes abschaltet, als Sicherung verwendbar sei. Schließlich ist es nach der erwähnten ()ffenlegungsschrift auch möglich, ein Relais vorzusehen, in welches eine elektrische Stellgröße eingegeben wird und das infolgedessen eine drehzahlbegrenzende Schaltung ausführt.
Derartige Einrichtungen zur Begrenzung des Antriebsmotors von Elektrowerkzeugen sind allesamt verhältnismäßig aufwendig, ferner zum Teil nur bedingt wirksam, und schließlich zum Teil auch für den praktischen Gebrauch schon deshalb wenig prädestiniert, weil zum Beispiel im Falle eines Durchtrennens stromführender Leiter umfangreiche un<l kostspielige Reparaturen notwendig werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur fiegrenzung der Drehzahl des Antriebsmotors von Elektrowerkzeugen beim Ausfall der drehzahlregelnden Einricht1lng zu schaffen, welche einerseits zuverlässig arbeitet und andererseits nur einen unerheblichen Mehraufwand verursacht, und die es darüberhinaus ermöglicht, das Elektrowerkzeug trotz des Ausfalls der Regel- oder Steuerelektronik betriebssicher weiterzubetreiben.
Die Aufgabe ist dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß dem vom Liifter erzeugten Druck wenigstens ein piezoelektrisches Element ausgesetzt ist, dessen druck- und damit drehzahlabhängige, gegebenenfalls verstärkte elektrische Ausgansgrdße Schalter steuert, welche beim Überschreiten einer Grenzdrehzahl des Lüfters das Feld des Antriebsmotors verstärkende und/oder den Ankerwiderstand vergrößernde Widerstände zuschalten und/oder den Antriebsmotor vom Netz trennen.
Im Falle des umschaltens von Widerständen parallel zur Feldwicklung des Antriebsmotors wird dessen Feld verstärkt, wodurch seine Drehzahl auf einen Wert entsprechend der gewählten Größe der Parallelwiderstände abfällt. Erforderlichenfalls können der/oder die Parallelwiderstände einstellbar ausgeführt sein. Es ist selbstverständlich auch möglich, beim Überschreiten einer Grenzdrehzahl des Antriebsmotors bzw. des Lüfters zusätzlich oder auch ausschließlich der Ankerwicklung selbsttätig einen Vorwiderstand vorzuschalten, der ebenfalls eine solche Drehzahlverminderung des Motors bewirkt, daß dieser seine auslegungsgemäße Leerlaufdrehzahl nicht erreichen kann. Durch diese Maßnahmen wird somit eine unschädliche Drehzahl des Antriebsmotors festgelegt, die es dem Bedienenden auch im Falle des Ausfalls der Steuer- oder Regelelektronik ermöglicht, mit dem Elektrowerkzeug betriebssicher weiterzuarbeiten.
Soll das Elektrowerkzeug im Falle des Überschreitens der festgelegten Grenzdrehzahl sofort abgeschaltet werden, so ist die Einrichtung so ausgelegt, daß das piezoelektrische Element, im allgemeinen über einen Verstärker, einen in der Leitung liegenden Schalter in Form eines Relais oder eines kontaktlosen elektronischen Schaltelements beeinflußt, der den Speisestromkreis des Motors ein- oder zweipolig unterbricht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, beim Erreichen der zulässigen Grenzdrehzahl des Antriebsmotors dessen Wicklungen zunächst mindestens einen eine Drehzahlabsenkung auf einen unschädlichen Wert bewirkenden Widerstand zuzuschalten und daraufhin den Antriebsmotor zeitverzögert vom speisenden Netz zu trennen, wobei die Zeitverzögerung zweckmäßigerweise in Grenzen wählbar ist. Als der den Druck hervorrufende Lüfter kann der ohnehin vorhandene Motorlüfter verwendet werden; es ist aber auch denkbar, einen besonderen Lüfter vorzusehen, der als Axial- oder Radiallüfter ausgebildet und gegebenenfalls bezogen auf die Drehzahl der Motorwelle ins Schnelle oder auch ins Langsame übersetzt sein kann.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung, die einen mit einem Universalmotor ausgerüsteten Winkelschleifer mit einer beispielsweisen Schalteinrichtung zur Drehzahlbegrenzung im Prinzip veranschaulicht, noch näher erläutert.
In der Zeichnung ist mit l der Winkelschleifer als solcher, mit 2 dessen die Schleifscheibe 3 abdeckende Schutzhaube, mit 4 der Antriebsmotor und mit 5 ein auf der Welle 6 des Antriebsmotors angeordneter Lüfter bezeichnet. Dem Lüfter 5 ist mindestens ein piezoelektrisches Element 7, vorzugsweise eine Piezokeramik zugeordnet, derart, daß auf dieses Element der vom Lüfter im Bereich 8 hervorgerufene Staudruck P einwirkt. Dem lüfter kann dabei ein Luftleitring 9 oder dergleichen zugeordnet sein.
Die Ausgänge 10, 11 des Drücke bzw. Druckänderungen in entsprechende Spannungen bzw. Spannungsänderungen umsetzenden piezoelektrischen Elements 7 sind zu den Eingängen 12, 13 eines Operationsverstärkers 14 geführt, an dessen Ausgang 15 die Relais i6, 17 und, wie gestrichelt angedeutet, gegebenenfalls weitere Relais 18, 19 angeschlossen sind.
Fällt die nicht dargestellte, unter anderem auch die maximale Lastdrehzahl des Elektrowerkzeugs festlegende Steuer- oder Regelelektronik beispielsweise durch einen defekten Thyristor aus, so würde der Antriebsmotor seine Leerlaufdrehzahl annehmen, die aus wirtschaftlichen Gründen zwar nur wenig über der maximalen Lastdrehzahl liegt, jedoch unzulässig hohe Umfangsgeschwindigkeiten der Schleifscheibe zur Folge hätte. Die drehzahlbegrenzende Einrichtung ist daher so ausgelegt, daß der Antriebsmotor beim Ausfall der Steiier- oder Regelanordnung nur eine solche Drehzahl annehmen kann, welche für die Schleifscheibe absolut ungefährlich ist. Das heißt, die noch zulässige Grenzdrehzahl muß kleiner oder höchstens gleich der maximalen Lastdrehzahl gewählt werden. Da die Lüfterdrehzahl proportional der Drehzahl der Motorwelle ist, entspricht der Grenzdrehzahl ein ganz bestimmter Staudruck oder auch Sog, der wiederum einen ganz bestimmten Spannungswert am piezoelektrischen Element bedingt. Wird dieser Wert erreicht, so steht am Ausgang 15 des Operationsverstärkers 14 ein solches Signal Ua an, welches unmittelbar oder mittelbar die Betätigung des Relais 16 bzw.
i8 bewirkt. Ziehen diese Relais an, so wird der Feldwicklung 20 bzw. 21 ein zweckmäßigerweise stufenlos einstellbarer Widerstand 22 bzw. 23 parallel geschaltet. Dadurch wird eine Feldverstärkung erzielt, die eine Drehzahlabsenkung zur Folge hat. Das Werkzeug kann nun mit dieser Grenzdrehzahl, die in Grenzen wählbar ist, weiterbetrieben werden, ohne daß ein Schaden zu befürchten ist.
Alternativ besteht die Möglichkeit, den Antriebsmotor beim Erreichen seiner Grenzdrehzahl vom Netz zu trennen. Zu diesem Zweck sind die Relais 17 bzw. 19 vorgesehen, welche die Netzzuleitungen bei einem entsprechenden Ausgangssignal am Operationsverstärker unterbrechen. Soll beim Ausfall der Regelelektronik der Antriebsmotor sofort abgeschaltet werden, so ist der Schalter 26 bzw. 27 zu öffnen. Dies kann selbsttätig oder auch manuell erfolgen. Im gezeichneten Zustand sind die beiden Schalter geöffnet.
Es ist auch denkbar, die Einrichtung zur Drehzahlbegrenzung so auszulegen, daß zunächst der Widerstand 22 bzw. 23 der Feldwicklung perallel geschaltet wird und daraufhin das Relais 17 bzw. 19 zeitverzögert anspricht, beispielsweise gesteuert durch den Strom durch die Wiederstände 22, 23 bzw. durch die an diesen auftretenden Spannungen. Dadurch ist es möglich, den Antriebsmotor erst nach einer vorwählbaren bzw. einstellbaren Zeitdauer vom speisenden Netz zu trennen. Im Zuge der zu den Relais 17 bzw. 19 führenden Zuleitungen können, wie beim Relais 19 gestrichelt angedeutet, zusätzliche Schalter vorgesehen sein, die gegebenenfalls auch manuell betätigbar sind.
- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche 1. Elektrowerkzeug mit einer elektronischen Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl des vorzugsweise als Universalmotor ausgebildeten und wenigstens einen Lüfter aufweisenden Antriebsmotors und mit einer Einrichtung zur Drehzahlbegrenzung beim Ausfall der elektronischen Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß dem vom Lüfter erzeugten Druck wenigstens ein piezoelektrisches Element ausgesetzt ist, dessen druck- und damit drehzahlabhängige, gegebenenfalls verstärkte elektrische Ausgangsgröße Schalter steuert, die beim Überschreiten einer Grenzdrehzahl des Lüfters das Feld des Antriebsmotors verstärkende und/oder den Ankerwiderstand vergrößernde Widerstände zuschalten und/oder den Antriebsmotor vom Netz trennen.
2. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter durch Relais verkörpert sind.
3. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter als kontaktlose elektronische Schalter ausgebildet sind.
4. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als piezoelektrische Elemente Piezokeramiken gewählt sind.
5. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter als Axiallüfter ausgebildet ist.
6. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lüfter ein Radiallüfter gewählt ist.
7. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die piezoelektrischen Elemente dem ohnehin mrhandenen Lüfter des Antriebsmotors zugeordnet sind.
8. Elektrowerzeug nach Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des piezoelektrischen Elements an den Eingang eines Verstärkers geführt ist.
9. Elektrowerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärker ein Operationsverstärker gewählt ist.
10. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 8 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker wenigstens ein Relais betätigt, das beim Überschreiten der Grenzdrehzahl einen zur Feldwicklung des Antriebsmotors parallel liegenden Widerstand zuschaltet.
11. Elektrowerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der der Feldwicklung des Antriebsmotors zuschaltbare Parallelwiderstand in seinem Widerstandswort veränderbar ist.
12. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker mindestens ein Relais betätigt, das beim Überschreiten der Grenzdrehzahl des Antriebsmotors bzw. des Lüfters die Motorspeiseleitung unterbricht.
13. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element dem Staudruck des ihm zugeordneten Lüfters ausgesetzt ist.
14. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß dasliezoelektrische Element dem durch den ihm zugeordneten Lüfter verursachten Sog ausgesetzt ist.
15. Elektrowerkzeug nach den Ansprüchen 10, 11, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die Motirspeiseleitung unterbrechenden Relais bezogen auf das Ansprechen der das Feld verstärkenden Relais zeitverzögert ansprechen.
16. Elektrowerkzeug nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung des Antriebsmotors vom Netz durch manuelle Schalterbetätigung erfolgt.