DE2530445A1 - Zweipoliger steuerschalter - Google Patents

Description

(Priorität: 9. Juli 1974, USA, Nr. 486 767)

Die Erfindung bezieht sich auf einen zweipoligen Steuer- oder Triggersehalter zur Drehzahl- oder Geschwindigkeitssteuerung, insbesondere für tragbare Werkzeugmaschinen, der Halbleitereinrichtungen enthält.

Ein derartiger Schalter ist aus der US-PS 3 775 576 bekannt. Bei diesem und bei anderen bekannten Geräten dieser Art ist zur Wärmeabfuhr eine große Wärmeableiteinrichtung notwendig, an der die Halbleitereinrichtung befestigt ist. Die Wärmeableiteinrichtung nimmt innerhalb der Basis viel Platz ein, so daß eine besondere kleine Halbleitereinrichtung verwendet werden muß, die direkt auf die Wärmeableiteinrichtung gelötet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Steuerschalter dieser Art zu verbessern.

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Der erfindungsgemäße zweipolige variable Steuerschalter enthält ein durch eine Feder vorgespanntes Betätigungsteil, das vom Zeigefinger des Benutzers betätigt werden kann," einen Rahmen, in dem das Betätigungsteil gleitend befestigt ist und:der einen eine geteilte Basis umfassenden Teil enthält, wobei die Oberseiten der Basisteile am Betätigungsteil anliegen und dazwischen eine mittlere Kammer und mit dem Rahmen eine linke und eine rechte Kammer bilden, eine zweipolige Schalteinrichtung, wobei je ein Pol derselben in der linken und rechten Kammer angeordnet ist, und eine Einrichtung zur Betätigung der Schaltpole durch das Betätigungsglied, sowie eine variable Halbleiter-Steuerschaltung in der mittleren Kammer mit einer in einem Kunststoffblock zusammengefaßten Halbleitereinrichtung, einen Widerstandsstreifen an der Oberseite der mittleren Kammer, einen länglichen Verbinder bzw. eine längliche Schleifbahn, die längs des WiderstandsStreifens angeordnet und elektrisch mit der Anode der Halbleitereinrichtung verbunden ist, einen durch das Betätigungsglied betätigbaren elektrischen Kontakt, der längs des Widerstandsstreifens und der Schleifbahn gleitet, so daß der Widerstand in der variablen Steuerschaltung geändert wird, einen zwischen die Kathode und den Steueranschluß der Halbleitereinrichtung geschalteten Kondensator und Einrichtungen zur Verbindung der variablen Steuerschaltung mit der zweipoligen Schalteinrichtung und einer elektrischen Spannungsquelle und einer Last.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Steuerschalters ist, daß er eine Kunststoffblock-Halbleitereinrichtung enthält, so daß die Wärmeableiteinrichtung vermieden und zur Kühlung nur das Wärmeableitvermögen des Befestigungsstreifens einer solchen Halbleitereinrichtung ausgenutzt wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Steuerschalters ist, daß eine Halbleitereinrichtung mit empfindlichem Steueranschluß in Form eines Kunststoffblocks verwendet wird, wodurch sich eine getrennte Triggerdiode erübrigt.

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Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Geschwindigkeits-Steuerschalter eine in einem Kunststoffblock vorgesehene Halbleitereinrichtung verwendet, deren Befestigungsstreifen sowohl zur Befestigung als auch zur Verbindung mit der Anode dient. Ein plättchenförmiger Kondensator ist direkt zwischen die Kathode und die Steueranschlüsse geschaltet, so daß sich eine Verdrahtung zwischen dem Kondensator und der Halbleitereinrichtung erübrigt.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Schnitt I-I der Fig. 2 eines zweipoligen Geschwindigkeits- oder Drehzahlsteuerschalters mit der Darstellung des linken Pols des zweipoligen Schalters, eines Shuntkontakts und Verbindungsteilen in der · linken Kammer;

Fig. 2 den Horizontalschnitt II-II der Fig. 1 mit der Darstellung der Draufsicht auf die geteilte Basis;

Fig. 3 den Querschnitt III-III der Fig. 2 mit der Darstellung der Geschwindigkeitssteuerelemente, die an der linken Basishälfte in der Mittelkammer befestigt sind;

Fig. 4 den Querschnitt IV-IV der Fig. 1 und 3 mit der Darstellung der linken Polkammer, der mittleren, Geschwindigkeitsrege Is chaltungskammer und der rechten Pölkammer;

Fig. 5 eine Fig. 3 ähnliche Ansicht der linken Basishälfte bei einem abgewandelten Steuerschalter;

Fig. 6 die Draufsicht von unten auf die linke Basishälfte der Fig. 5;

Fig. 7 den Querschnitt VII-VII der Fig. 5; und

Fig. 8 das Schaltbild des zweipoligen Geschwindigkeitssteuerschalters und der daran angeschlossenen Spannungsquelle und Belastung.

Fig. 1 bis 4 zeigen einen in sich selbst abgeschlossenen zweipoligen Geschwindigkeitssteuerschalter, der gemäß der

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Erfindung aufgebaut ist.- Der Schalter enthält einen durch eine Feder 6 vorgespannten Trigger oder Schieber 2, der in einem Schaltergehäuse linear gleitend beweglich ist. Das Gehäuse enthält einen Rahmen 4 und zwei Basishälften, nämlich eine linke Basishälfte L und eine rechte Basishälfte R (Fig. 2, 4). Der Rahmen 4 klemmt die beiden Hälften der geteilten Basis zusammen. Ferner ist mit ihm der hintere Teil 2a des Schiebers 2 an der Oberseite der Basen L, R so befestigt, daß die Auflagefläche 2b für den Finger unter der Kraft der Vorspannfeder β nach vorn ragt und durch den Zeigefinger des Benutzers niedergedrückt werden kann.

Zur Bildung einer mittleren Kammer für die Bauteile der Geschwindigkeitsregelung sind die rechte und linke Basishälfte L bzv/. R mit einer oberen bzw. unteren Leiste La bzw. Ra versehen (Fig. 4), die ,je an der anderen Basishälfte anliegen. Die Leiste Ra verläuft bündig mit der Unterseite der Basis nach links und liegt an der Basishälfte L an. Die Leiste La verläuft nach rechts und liegt an der Basishälfte R in einem kurzen Abstand unterhalb der Oberseite der Basis an, so daß sich ein umgrenzter Raum oberhalb dieser Leiste für einen Widerstandsstreifen 8 und einen Verbinder bzw. eine Schleifbahn 10 ergibt, die Seite an Seite angeordnet sind, sowie für einen Schleifer 12 (Fig. 2, 3).

Die Leiste La und die Basishälfte R sind mit Einrichtungen versehen, die sie miteinander in Deckung halten, so daß sie an einer Bewegung in einer beliebigen Richtung in einer vertikalen Ebene (Fig. 4) gehindert werden, während der sie umgebende Rahmen 4 sie zusammenhält. Diese Einrichtung enthält geeignete und miteinander abwechselnde Vorsprünge und Einschnitte, wie sie in der genannten US-PS 3 775 576 genauer beschrieben sind.

Die Schleifbahn 10 ist mit einem flachen vertikalen Teil 10a versehen, der mittels seines T-förmigen oberen Teils an der Leiste La aufgehängt ist. Dieser flache vertikale Teil 10a der Schleifbahn 10 ist an die rechte Oberfläche

Γ) Π 9 β ß 5 / 0 Π Π Ti

eines Befestigungsstreifens i4a einer Halbleitereinrichtung 14 gelötet. Die Halbleitereinrichtung ist somit an der Schleifbahn befestigt, elektrisch mit ihr verbunden und v/ird in der mittleren Kammer gehalten.

Gemäß Fig. 3 können alternativ Kondensatoren 16 und 16 * zusammen mit der Kunststoffblock-Halbleitereinrichtung verwendet werden, wie in ausgezogenen bzw. gestrichelten Linien gezeigt ist. Der Kondensator 16 ist in Form eines Plattchens ausgeführt und direkt auf die Kathodenklemme i4b und den Steueranschluß i4c der Haltleitereinrichtung gelötet. Hierdurch erübrigen sich Verbindungsdrähte zur Verbindung des Kondensators mit der Halbleitereinrichtung. Die Kathodenklemme I4b ist mittels eines blanken Drahtes mit dem Anschluß 18a eines Shuntkontaktes 18 verbunden (Fig. 1). Von dem stationären Kontakt 18 ragt ein seitlicher Streifen durch ein Loch in der linken Basishälfte, der den Anschluß 18a in der Mittelkammer bildet. Der Zweck dieser Verbindung v/ird anhand des Schaltbildes der Fig. noch näher erläutert.

Alternativ kann ein Keramikkondensator 16' verwendet v/erden, der ebenfalls in Fig. 3 gezeigt ist. Die beiden Anschlußleiter dieses Kondensators sind mit dem Steueranschluß 14c und der Shuntkontaktklemrne 18a verbunden (gestrichelte Darstellung in Fig. 3), wobei der Kondensator durch seine Anschlußdrähte in der Mittelkammer gehalten wird. Statt an den Anschluß 18a könnte der eine Anschlußdraht auch mit der Kathodenklemme i4b verbunden werden, da die Anschlüsse 14b und 18a durch einen Draht 19 miteinander verbunden sind.

Die Halbleitereinrichtung 14 ist ein steuerbarer Halbleitergleichrichter mit empfindlichem Steueranschluß. Hiermit ist ein steuerbarer Halbleitergleichrichter gemeint, der durch einen kleinen Steuerstrom in den leitenden Zustand gebracht werden kann, der typisch weniger als 100

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Mikroampere beträgt, während bei herkömmlichen steuerbaren Halbleitergleichrichtern ein Zündstrom von vielen Milliampere erforderlich ist. Aus diesem Grunde ist bei Geschwindigkeitssteuerschaltungen mit herkömmlichen steuerbaren Halbleitergleichrichtern eine Triggerdiode in der Steuerschaltung notwendig, um einen ausreichenden Strom zur Zündung des steuerbaren Halbleitergleichrichters zu erzeugen und die Steuerung des Zündwinkels durch Einstellung des Widerstandes aufrechtzuerhalten. Bei Verwendung eines steuerbaren Halbleitergleichrichters mit empfindlichem Steueranschluß erübrigt sich jedoch die Triggerdiode, da der Zündpunkt mehr eine Funktion der Kondensatorspannung als des Steuerstroms ist, so daß der Zündwinkel durch Einstellung des Widerstandes 8 gesteuert werden kann.

Der Befestigungsstreifen i4a ragt von dem Kunststoffblock der Halbleitereinrichtung weg (Fig. 3). Der Streifen ist typischerweise zur Schraubbefestigung mit einem Rundloch und an seinen Kanten für andere Befestigungsarten mit zwei Einschnitten versehen, wie in gestrichelten Linien durch den flachen Teil 10a der Schleifbahn 10 dargestellt. Der Streifen verläuft durch die hintere Fläche des Kunststoffblocks, an den der letztere angeformt ist. Der steuerbare Halbleitergleichrichter in dem Kunststoffblock ist mit diesem Streifen verbunden, so daß dieser als Anodenklemme verwendet werden kann.

Wie weiter in Fig. 3 gezeigt, verbindet ein Anschlußstreifen 20 den Steueranschluß 14c der Halbleitereinrichtung mit dem hinteren Ende des Widerstandsstreifens 8. Zu diesem Zweck ist der Verbindungsstreifen mit einer so geformten Rückbiegung versehen, daß sie auf das hintere Ende der Leiste La gedrückt wird und diese ergreift, so daß der Vorsprung an seinem oberen Ende mit einer gewissen Kraft auf den Widerstandsstreifen 8 drückt und somit eine gute elektrische Verbindung entsteht.

Gemäß Fig. 1 und 2 werden zwei bewegliche Kuppenkontakte

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26 und 28 mittels zweier Schraubenfedern 22 und 24 in ihre geschlossene Stellung vorgespannt. Der Schieber 2 ist mit Nockenflächen zur Betätigung dieser Kontakte versehen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der bewegliche Kontakt 26 mit zwei nach oben vorspringenden Nockenfolgern oder -flächen, nämlich einem hinteren 26a und einem vorderen Nockenfolger 26b versehen. Diese beiden Nockenfolger werden durch die Feder 22 gegen den Schieber 2 nach oben gedrückt. Der Kontakt 26 besteht aus einem Stück aus elektrisch leitendem Metall, beispielsweise Kupfer, und ist in seiner unteren Kante mit einem Nickeleinschnitt versehen, in dem eine Anschlußkappe 30 sitzt. Ein Arm der Kappe 30 berührt den Befestigungsstreifen des im Kunststoffblock untergebrachten Halbleiters, und zwar durch eine Öffnung in der linken Basishälfte. Eine Schulter 26c am hinteren Ende des Kontakts 26 liegt unter einem stationären Kentakt 32 und bildet den ersten Pol des zweipoligen Schalters zur Verbindung einer Netzleitung L1 mit der Geschwindigkeitsregelschaltung (Fig. 8), wobei die Verbindung durch die Anschlußkappe 30 verläuft. Eine Schulter 26d am vorderen Ende des Kontakts 26 liegt unter dem stationären Kontakt 18-» Sie bildet einen Shuntkontakt zum Kurzschließen der Geschwindigkeitssteuerschaltung im Betrieb bei voller Geschwindigkeit bzw. Drehzahl.

Der bewegliche Kontakt 28 ist ähnlich dem Kontakt 26. Er ist mit einem hinteren und vorderen Nockenfolger 28a bzw. 28b (Fig. 2) versehen, obwohl nur der vordere Nockenfolger 26b verwendet wird, wie in der erwähnten US-PS 3 775 beschrieben.

Der bewegliche Kontakt 28 ähnelt im wesentlichen dem Kontakt 26, mit der Ausnahme, daß er nur an seinem vorderen Ende einen Schließkontakt aufweist und sein hinteres Ende einen Verbinder bildet, der mit einem Verbinder oder Kontakt 34 dauernd in Berührung steht. Der Kontakt 28 ist in der Mitte Seiner Unterseite ebenfalls mit einem Ein-

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schnittsitz für die Feder 24 versehen. Eine Schulter 28c an seinem vorderen Ende liegt unter einem festen Kontakt 36 und bildet den zweiten Pol des zweipoligen Schalters zum Anschluß der zweiten Netzleitung L2 an die Belastung (Motor), wie in Fig. 8 gezeigt. Eine ähnliche Schulter 28b an seinem hinteren Ende liegt dauernd an der Unterseite des Kontakts 34 an, an den die zweite Netzleitung angeschlossen werden kann.

Im Schaltbild der Fig. 8 sind die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in den Fig. 1 bis 4. Die Leitung L1 ist mit dem festen Kontakt 32 verbunden, und zwar ist das blanke Ende eines isolierten Leiters zwischen den Kontakt 32 und eine Halte-Blattfeder 38 geschoben (Fig. 1). Die Leitung L2 ist mit dem Kontakt 34 verbunden, und zwar ist in ähnlicher Weise das blanke Ende eines Leiters zwischen den Kontakt 34 und eine Halte-Blattfeder 40 geschoben (Fig. 1, 4). Die Belastung, die aus einem Universalmotor bestehen kann, 'ist zwischen die festen Kontakte 18 und 36 geschaltet.

Der Schieber 2 ist, wie in der genannten US-PS 3 775 576 beschrieben, mit Nockenflächen versehen. Zwei dieser Nokkenflächen, von denen in Fig. 1 nur eine Nockenfläche 2c gezeigt ist, sind so angeordnet, daß beim Niederdrücken des Schiebers 2 zunächst der EIN-AUS-Schalter schließt. Dieser umfaßt den linken Pol mit den Kontakten 26 und 32 und den rechten Pol mit den Kontakten 28 und 36. Infolgedessen wird der Stromkreis von der Leitung L1 (Fig. 8) über den ersten Pol, den steuerbaren Halbleitergleichrichter 14, die Last und den zweiten Pol des Schalters zur Leitung L2 geschlossen.

Bei weiterem Niederdrücken des Schiebers 2 bewegt sich der Schleifer 12 gemäß Fig. 8 nach rechts, so daß sich der Widerstand des Widerstandsstreifens 8 in der Kondensatorschaltung vermindert. Der Widerstand in der Schaltung bestimmt, wie schnell sich der Kondensator bei jeder posi-

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tiven Halbwelle der speisenden Wechselstromquelle auflädt. Wird der Kondensator auf eine Spannung aufgeladen, bei der ein genügend hoher Strom zum Steueranschluß des steuerbaren Halbleitergleichrichters fließt, so gelangt dessen Anoden-Kathoden-Strecke in den leitenden Zustand. Hierdurch kann der Strom zur Last fließen. Schiebt man durch Bewegung des Schleifers unter Verminderung des Widerstandes den Zündwinkel bei jeder positiven 'Halbwelle vor, so erhöht sich die Drehzahl des Motors. Nimmt man durch Bewegung des Schleifers unter Erhöhung des Widerstandes den Zündwinkel zurück, so wird die Motordrehzahl vermindert.

Der Schieber ist gemäß Fig. 2 an der linken Seite mit einer dritten Nockenfläche 2d versehen, durch den der Kurzschlußkontakt 18, 26 geschlossen wird. Dieser Kontakt wird in der Nähe des Endes des Schieberhubs in Pachtung nach unten geschlossen, nachdem der variable Widerstand auf einen Minimalwert vermindert wurde. Hierbei stellt sich die volle Drehzahl ein. Die Drehzahlsteuerschaltung der Fig. 8 wird somit kurzgeschlossen und der Motor direkt zwischen die Netzleitungen geschaltet.

Fig. 5 bis 7 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen zweipoligen Steuerschalters. Hierbei wurde die Schleifbahn 10 der Fig. 1 bis 4, längs der der Schleifer 12 gleitet, weggelassen. Stattdessen wurde die Halbleitervorrichtung 42 in Form eines Kunststoffblocks aufrecht angeordnet, wobei sich ihr Befestigungsstreifen 42a an der Oberseite in aufrechter Stellung befindet. Ferner wurde dieser Befestigungsstreifen verkürzt und so geformt, daß er als Schleifbahn dient, längs der der Schleifer 12 gleitet, während er längs des Widerstandes gleitet. Der plättchenförmige Kondensator 16 ist auf den Kathoden- und Steueranschluß 42b bzw. 42c gelötet. Ein Leiter 44 verbindet wie in Fig. 3 die Kathodenklemme mit dem Anschluß 16a. Wegen der Änderung der Stellung des Kunststoffblock-Halbleiters dient hier ein Leiter 26 zur Verbindung des Steueranschlusses mit dem Anschlußstreifen 20. Der Kunststoff-

block-Halbleiter kann auf geeignete V/eise an der linken Basishälfte L befestigt v/erden, beispielsweise mittels Kitt, eines Epoxy-Klebstoffes oder dergleichen.

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Claims (7)

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1. Zweipoliger variabler Steuerschalter mit einem'durch eine Feder vorgespannten Betätigungsglied zur Betätigung mittels des Zeigefingers des Benutzers, mit einem Schalterrahmen, in dem das Betätigungsglied gleitend beweglich ist, mit einem am Schalterrahmen befestigten Basisteil, der einen zweipoligen, vom Betätigungsglied zu betätigenden Schalter umschließt, und mit einer variablen Steuer-Halbleiterschaltung, die mittels des zweipoligen Schalters an eine elektrische Energiequelle und eine Last anschließbar ist, wobei die variable Steuerschaltung einen Widerstandsstreifen, eine längliche, längs des Widerstandsstreifens angeordnete Schleifbahn und ein elektrisches Kontaktglied enthält, das durch das Betätigungsglied derart betätigt wird, daß es längs des Widerstandsstreifens und der Schleifbahn gleitet, so daß der in die Schaltung mit der steuerbaren Halbleitereinrichtung in der variablen Steuerschaltung geschaltete Widerstand verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltrahmen (4) einen Teil umfaßt, der eine geteilte, aus zwei Basisteilen (L, R) bestehende Basis umfaßt, deren Oberseiten an dem Betätigungsglied (2) anliegen, wobei die Basisteile zusammen eine mittle-. re Kammer umschließen und jedes der Basisteile mit dem Schaltrahmen eine linke bzw. rechte Kammer bildet, die durch die mittlere Kammer voneinander getrennt sind und je einen Pol des zweipoligen Schalters enthalten, daß

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die mittlere Kammer eine Halbleitereinrichtung (14) in Form eines Kunststoffblocks enthält, wobei der Anoden-■ anschluß (i4a) der Halbleitereinrichtung an die längliche Schleifbahn angeschlossen ist, und daß die mittlere Kammer weiter einen Kondensator (16, 16') enthält, der zwischen den Kathodenanschluß (i4b) und den Steueranschluß (14c) der Halbleitereinrichtung geschaltet ist.

2. Steuerschalter nach Anspruch 1, dadurch g e k e η n-

z e i chne t, daß der Kondensator (16, 16') so angeschlossen ist, daß er über einen Teil des Widerstandsstreifens (8) aufgeladen wird, der durch die Stellung des Betätigungsglieds (2) bestimmt wird.

3. Steuerschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet, daß der Kondensator (16, 16')

'ein plättchenförmiger Kondensator ist und elektrisch direkt an den Kathoden- und den Steueranschluß (i4b bzw. 14c) der Halbleitereinrichtung (14) angeschlossen ist.

4. Steuerschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet, daß der Kondensator (16') aus einem Keramikkondensator besteht, dessen zwei Leitungsdrähte zwischen den Kathoden- und Steueranschluß (i4b, 14c) der Halbleitereinrichtung (14) geschaltet sind.

5. Steuerschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennz e ichne t, daß die längliche Schleifbahn (10) ein T-förraiges Teil ist, dessen unterer

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Teil an die Anode (I4a) der Halbleitereinrichtung (14) angeschlossen ist, so daß letztere in der mittleren Kammer herabhängt.

6. Steuerschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffblock-Halbleitereinrichtung (14) einen Befestigungsstreifen (i4a) enthält, der als Anodenanschluß derselben dient, und daß die längliche Schleifbahn (10) ein T-förmiges Teil ist, dessen unterer Teil an den Befestigungsstreifen (i4a) der Halbleitereinrichtung (14) angeschlossen ist.

7. Steuerschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Schleifbahn (10) durch eine Kante eines Befestigungsstreifens (42a) gebildet ist, der ein einheitlicher Bestandteil der Kunststoffblock-Halbleitereinrichtung (14) ist, deren Befestigungsstreifen -weiter als Anodenanschluß derselben dient.