DE2755401A1

DE2755401A1 - Anordnung zum absenken der leerlaufdrehzahl eines elektromotors

Info

Publication number: DE2755401A1
Application number: DE19772755401
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Hornung; Fritz Ing Grad Schaedlich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-12-13
Filing date: 1977-12-13
Publication date: 1979-06-21
Also published as: US4219747A; NL7812095A; GB1591564A

Description

Robert Bosch GmbH 15.11.1977

7000 Stuttgart 1

Anordnung zum Absenken der Leerlaufdrehzahl eines Elektromotors

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Absenken der Leerlaufdrehzahl eines Elektromotors einer Arbeitsmaschine, insbesondere eines Elektrowerkzeuges_/mit einem Strombegrenzungszweig und einem Umschalter mit einer ersten Schaltstellung, in der der Strombegrenzungszweig im Motorstromkreis liegt/und mit einer zweiten Schaltstellungen der der Strombegrenzungszweig überbrückt ist.

Eine Anordnung der vorstehend beschriebenen Art, welche Jedoch dazu dient, durch Einfügen des Strombegrenzungszweiges in den Motorstromkreis während einer Anlaufphase des Motors Anlaufstromspitzen zu vermeiden, die zu einem Ansprechen von Sicherungen, insbesondere von Haushaltsautomaten, führen, ist in einer früheren Anmeldung (P 27 38 249.6) der Anmelderin beschrieben. Ferner ist es bekannt, die Leerlaufdrehzahl von Elektromotoren von Arbeitsmaschinen zur Verminderung der Geräuschbelastung mit Hilfe eines im Motorstromkreis liegenden Strombegrenzungszweiges abzusenken, der einen steuerbaren Halbleiter enthält, dessen Phasenanschnittswinkel in Abhängigkeit von dem Motorstrom als Meßgröße veränderbar ist. Obwohl diese bekannte Schaltungsanordnung durchaus für eine

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Absenkung der Leerlaufdrehzahl geeignet ist, kann sie nicht in allen Fällen voll befriedigen, da ein relativ hoher Aufwand an elektronischen Schaltelementen erforderlich ist, insbesondere weil der steuerbare Halbleiter und sein zugeordneter Kuhlkörper fUr den maximal zulässigen Motorstrom ausgelegt werden müssen, was den Einsatz eines vergleichsweise teueren steuerbaren Halbleiters und eines entsprechend teueren und voluminösen Kuhlkörpers erforderlich macht. DarUberhinaus besteht bei der bekannten Schaltungsanordnung auch bei angemessener Dimensionierung stets die Gefahr einer thermischen Überlastung und einer damit verbundenen Zerstörung von Halbleiterbauelementen, insbesondere bei Elektrowerkzeugen, wie Sägen u. dgl., wo Lüflungsschlitze im Motorgehäuse leicht verschmutzen und damit in ihrer Funktion beeinträchtigt werden.

Ausgehend vom Stande der Technik und den vorstehend aufgezeigten Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache und sichere Anordnung zum Absenken der Leerlaufdrehzahl von Elektromotoren von Arbeitsmaschinen anzugeben, die

es ermöglicht, zumindest auf teuere, für den Laststrom der Maschine ausgelegte Halbleiterbauelemente zu verzichten.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß dem Umschalter zugeordnete mechanische Betätigungseinrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe der Umschalter bei einem vorgegebenen Abtriebsmoment des Motors und/oder einer der Belastung des Motors typischerweise vorangehenden Stellung der Arbeitsmaschine zum Werkstück in seine zweite Schaltstellung umschaltbar ist.

Gemäß der Erfindung werden also die bei der eingangs beschriebenen bekannten Schaltungsanordnung eingesetzten Halbleiterbauelemente im Strombegrenzungszweig und im zugehörigen Steuerkreis durch einen Umschalter mit zwei Schaltstellungen, d.h. also durch einen mechanischen Umschalter/ ersetzt, mit dessen Hilfe ein robustes nicht-aktives Bauelement, nämlich ein Widerstand, ein Kondensator und/oder eine Drossel in den Motorstromkreis eingefügt werden kann, sowie durch mechanische Betätigungseinrichtungen fUr diesen mechanischen Umschalter.

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Andererseits bringt der erfindungsgemäße Einsatz eines mechanischen Umschalters in Verbindung mit mechanischen Betätigungseinrichtungen nicht ohne weiteres die hbtwendigkeit mit sich, im Strombegrenzungszweig selbst rein passive Bauelemente zur Strombegrenzung einzusetzen. Vielmehr besteht auch bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Möglichkeit für den Einsatz von Halbleiterbauelementen zur Strombegrenzung, wobei im einfachsten Fall nur eine Diode in den Motorstromkreis eingefügt wird, die einen Halbwellenbetrieb des Elektromotors mit entsprechend verringerter Leistung erzwingt, einfacher und damit billiger ist als ein steuerbarer Halbleitergleichrichter und nur für den halben Wert des maximalen Motorstroms ausgelegt sein muß.

Günstig ist es, wenn die Betätigungseinrichtungen ein Abtastelement aufweisen, durch das der Umschalter beim korrekten Anlegen der Arbeitsmaschine an ein zu bearbeitendes Werkstück umschaltbar ist. Bei dieser Ausgestaltung steht nämlich die volle Motorleistung dann zur Verfügung, wenn sie tatsächlich gebraucht wird, während eine übermäßige Geräuschbelastung durch einen mit hoher Drehzahl laufenden Motor während der mehr oder weniger kurzen Arbeitspausen, beispielsweise beim Ansetzen einer elektrischen Handkreissäge an ein Werkstück,vermieden wird.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit für die Ausgestaltung der Betätigungseinrichtungen besteht darin, daß diese ein Stellelement aufweisen, dessen Lage in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Drehmoment zwischen einer angetriebenen Welle und einem gegenüber dieser entgegen einer Federkraft um einen vorgegebenen Winkel verdrehbaren Bauteil zur Betätigung des Umschalters veränderbar ist. Durch diese Ausgestaltung läßt sich der Vorteil erreichen, daß der Motor erst dann auf seine volle Leistung umgeschaltet wird, wenn ein entsprechender Leistungsbedarf durch das von der angetriebenen Welle abgegriffene Drehmoment angezeigt wird, wobei diese Welle die Abtriebswelle des Motors selbst oder eine Welle in einem dem Motor nachgeschalteten Getriebe sein kann.

Grundsätzlich besteht erfindungsgemäß auch die Möglichkeit, eine Überbrückung des Strombegrenzungszweiges sowohl von einem entsprechenden Drehmoment an

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der angetriebenen Welle als auch von der durch das Abtastelement ermittelten korrekten Arbeitslage abhängig zu machen, was jedoch "n vielen Fällen nicht erforderlich sein wird, so daß die eine oder die andere der beiden vorstehend beschriebenen Maßnahmen für eine Begrenzung der Leerlaufdrehzahl des Elektromotors ausreichend ist.

Die erfindungsgemäß vorteilhafte Variante mit einem Abtastelement ist besonders für Kreissägen, Hobel, Bandschleifer, Schrauber, Schlagschrauber, Schweißkantenumformer und Kettensägen geeignet, die für jeden Arbeitsvorgang in eine definierte Lage bezüglich des Werkstücks gebracht werden mUssen, so daß mit Hilfe des Abtastelements nicht nur das Ansetzen des Werkzeugs am Werkstück sondern auch die korrekte Positionierung des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück erfaßt werden kann, wobei gegebenenfalls auch mehr als ein Abtastelement zum Einsatz kommen kann und wobei man sich unter Umständen auch bereits vorhandener Maschinenelemente bedienen kann, beispielsweise einer schwenkbaren Sägeblattabdeckung, um deren Bewegung direkt oder indirekt, beispielsweise Über einen Bowden-Zug,zur Betätigung des Umschalters auszunutzen .

Die zweite Variante, bei der das Auftreten eines vorgegebenen Drehmoments an einer angetriebenen Welle erfaßt wird, eignet sich dagegen besonders für Elektrowerkzeuge, die gegenüber dem Werkstück völlig frei gehandhabt werden, wie dies beispielsweise bei Winkelschleifern und Antriebsmaschinen der Fall ist, die an ein Werkstück nicht oder jedenfalls nicht in definierter Weise angelegt werden mUssen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Anordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer elektrischen Handkreissäge mit einer

bevorzugten Ausfuhrungsform einer Anordnung gemäß der

Erfindung;
Fig. 3 eine Seitenansicht einer elektrischen Handkreissäge mit einer

abgewandelten bevorzugten Ausfuhrungsform einer Anordnung

gemäß der Erfindung;

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Fig. 4α - 4c Einzelheiten einer mechanischen Betätigungseinrichtung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung gemäß der Erfindung, und zwar in Fig. 4a in Seitenansicht und in Fig. 4b bzw. 4c im Schnitt entlang der Linie a - α bzw. b - b;

Fig. 5a u.b Einzelheiten einer mechanischen Betätigungseinrichtung für

eine weitere abgewandelte bevorzugte Ausführungsform einer Anordnung gemäß der Erfindung, und zwar in Fig. 5a in zum Teil geschnittener Seitenansicht und in Fig. 5b im Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 5a.

Im einzelnen ist in der Schaltung gemäß Fig. 1 ein Netzanschluß vorgesehen, der über einen zweipoligen Ein/Aus-Schalter 10 mit einem Motorstromkreis für einen Motor 12 verbindbar ist, welcher mit Hilfe eines Umschalters 14 entweder direkt oder in Serie mit einem Strombegrenzungszweig 16 mit dem Netzanschluß verbindbar ist. Der Umschalter 14 nimmt normalerweise die in Fig.l gezeigte Lage ein, in der der Strombegrenzungszweig 16 in Serie zum Motor 12 liegt. Der Umschalter 14 ist durch eine Kraft K in eine zweite Schaltstellung umschaltbar, in der der Strombegrenzungszweig 16 überbrückt ist, so daß der Motor 12 - unter der Voraussetzung, daß der Ein/Aus-Schalter 10 geschlossen ist - direkt an dem Netzanschluß liegt.

Die Kraft K zur Betätigung des Umschalters 14 wird erfindungsgemäß durch mechanische Betätigungseinrichtungen erzeugt, deren Ausgestaltung im einzelnen nachstehend anhand der Fig. 2-5 beschrieben werden soll.

Bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist eine elektrische Handkreissäge 18 mit einer erfindungsgemäßen Anordnung ausgerüstet, deren Umschalter 14 beim Verschwenken einer Schutzhaube 20 für das Sägeblatt ( nicht dargestellt ) um einen vorgegebenen Winkel « in seine zweite Schaltstellung umgeschaltet wird. Die Umschaltung, d.h. das Überbrücken des Strombegrenzungszweiges 16, erfolgt also bei dem betrachteten Ausfuhrungsbeispiel dann, wenn die Handkreissäge gegen ein Werkstück ( nicht dargestellt ) vorgeschoben wird, welches dabei eine Kraft K. auf die in Fig. 2 rechts befindliche Vorderkante der Schutzhaube 20 ausübt. Dabei kann der für den Umschaltvorgang erfoderliche Schwenkwinkel Ος der Schutzhaube 20 so gewählt werden, daß der Elektromotor die volle Leistung erhält, wenn die Handkreis-

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säge 18 so weit vorgeschoben ist, daß unmittelbar anschließend das zu bearbeitende Werkstück von dem Sägeblatt erfaßt wird.

Ähnlich wie bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die Situation auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, wo jedoch die Betätigung des Schalters 14 der Handkreissäge 18 nicht in Abhängigkeit von einem Verschwenken der Schutzhaube 20 erfolgt, sondern in Abhängigkeit von der Betätigung eines als Abtastelement dienenden federnden Fühlhebels 22, der nur dann durch eine von dem Werkstück ausgeübte Gegenkraft K« weit genug gegen den Umschalter 14 gedrückt wird, um dessen Umschaltung herbeizuführen, wenn ein Anschlag 24 der Handkreissäge 18 plan an der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks anliegt. Auf diese Weise wird verhindert, daß das Sägeblatt bei schief angesetzter oder frei gehaltener Handkreissäge 18 mit voller Motorleistung klemmt oder schlägt. Wenn nämlich der Motor wegen einer falschen Ausrichtung der Handkreissäge 18 gegenüber dem Werkstück klemmt, dann ist auch der Fühlhebel 22 nicht betätigt, so daß der Motor nur mit verringerter Leistung arbeitet, was die Gefahren für einen Benutzer der Handkreissäge verringert. Außerdem wird durch die gezeigte Ausgestaltung die unerwünschte Herstellung schiefer oder ausgefranster Sägeschnitte erschwert.

Bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist eine angetriebene Welle 25, beispielsweise die Abtriebsspindel einer Bohrmaschine, mit einer Nut 26 versehen, in der ein Keil 28 liegt, welcher seinerseits in eine Nut 30 eines Rades 32 eingreift, welches beispielsweise ein Getrieberad sein kann. Dabei ist die Nut 30 des Rades 32 so breit, daß letzteres gegenüber der Welle 25 um einen Winkel Λ verdrehbar ist. Das Rad 32 besitzt eine Nabe 34 mit einer Aussparung 36, welche bezogen auf den Drehsinn der Welle 25 eine schräge Rückflanke aufweist, die beispielsweise unter einem Winkel von 45 gegenüber der Längsmittelachse 27 geneigt sein kann. Auf der Welle 25 ist ferner ein Ring 38 mittels eines Keils 37 drehfest und in axialer Richtung verschiebbar angeordnet. Der Ring 38 besitzt einen Zahn 40 bzw. eine Klinke mit zu der Aussparung 36 komplementärer Form. Die Scheibe 38 ist mittels einer Feder 42, der ein Widerlager 41 zugeordnet ist, in Richtung auf das Rad 34 vorgespannt, so daß der Zahn 40 im Ruhezustand

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der Anordung in der Aussparung 36 gehalten wird. Wenn nun aber bei umlaufender Welle 25 von dem Rad 32 ein entsprechendes Drehmoment übertragen werden soll, dann verdreht sich das Rad 32 gegenüber der Welle 25 und drückt dabei den Zahn 40 aus der Aussparung 36 heraus, was eine entsprechende axiale - in Fig. 4 nach oben gerichtete - Bewegung des Ringes 38 entgegen der Kraft der Feder 42 zur Folge hat. Diese axiale Bewegung des Ringes 38 wird auf einen Schalthebel 44 des Umschalters 14 übertragen, so daß dieser von seiner ersten in seine zweite Schaltstellung umgeschaltet wird, so daß dem Motor 12 nunmehr die volle Leistung zugeführt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist in einer antreibbaren Welle 46 ein gleitverschieblicher Querstift 48 vorgesehen, dessen Länge größer als der Wellendurchmesser ist. Auf der Welle 46 sitzt ein Rad 50, welches mit der Welle über eine Torsionsfeder 52 verbunden ist. Das Rad 50 besitzt eine Nabe 54 mit einer Aussparung 56 der in Fig. 5b gezeigten Form, deren Innenwand eine Führungsfläche für den Querstift 48 bildet.

Wenn von dem Rad 50 ein Drehmoment auf ein weiteres Rad ( nicht dargestellt ) übertragen werden soll bzw. wenn von der Welle 46 ein entsprechendes Drehmoment auf das Rad 50 übertragen wird, dann verdreht sich dieses entgegen der Kraft der Torsionsfeder 52 bezüglich der Welle 46, wobei der Querstift 48 durch die Innenwand der Aussparung 56 quer zur Längsachse der Welle 46 verschoben wird, bis sein in Fig. 5 b im Inneren der Welle 46 befindliches Ende gegen einen als Anschlag dienenden Innenwandbereich 58 der Aussparung 56 anschlägt. Bei einer Entlastung der Weile 46 keftrt die Anordnung dann wieder in den in Fig. 5 h gezeigten Zustand zurück, wo der Querstift 48 an einem Innenwandbereich 60 der Aussparung 56 anliegt, wobei der Innenwandbereich 60 einen zweiten Anschlag für den Querstift 48 bildet.

In dem Querstift 48 ist eine keilförmige Aussparung 62 vorgesehen, welche vorzugsweise die Form einer V-förmigen Nut mit einem Öffnungswinkel von 90 besitzt. Ferner ist das freie,in Fig. 5a obere Ende der Welle 46 mit einer Mittelbohrung 64 versehen, in der ein gleitverschieblicher Schaltstift 66 angeordnet ist. Der Schaltstift 66 besitzt an seinem inneren Ende eine Spitze 68 mit zu der Aussparung

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vorzugsweise im wesentlichen komplementärer Form, und kann in die Aussparung 62 einfallen, wenn der Querstift 48 gegen den Innenwandbereich 58 der Aussparung in der Nabe 54 des Rades 50 bewegt wird. Der Schaltstift 66 fuhrt also bei Wirksamwerden eines entsprechenden Drehmoments zwischen der Welle 46 und dem Rad 50 eine axiale Bewegung aus, welche ähnlich,wie im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert, zur Betätigung des Umschalters 14 ausgenutzt werden kann. Bei Beendigung der Belastung der Welle 46 bzw. des Rades 50 führt die Torsionsfeder 52 das Rad 50 wieder in seine Ausgangslage zurück, wodurch der Schaltstift 66 von dem Querstift 48 wieder in die in Fig. 5a gezeigte Lage gedrückt wird, so daß auch der Umschalter 14 wieder in seine erste Schaltstellung geschaltet wird.

Der besondere Vorteil des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5 besteht in der einfachen Konstruktion dieser mechanischen Betätigungseinrichtung, die jedoch nur dort anwendbar ist, wo ein Wellenende frei zugänglich ist und ein Umschalter und/oder zugeordnete Schalteinrichtungen in axialer Verlängerung der Welle angeordnet werden können.

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Claims

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1. Anordnung zum Absenken der Leerlaufdrehzahl eines Elektromotors einer Arbeits-V. y maschine, insbesondere eines Elektrowerkzeugs, mit einem Strombegrenzungszweig und einem Umschalter mit einer ersten Schaltstellung,in der der Strombegrenzungszweig im Motorstromkreis liegt,und mit einer zweiten Schaltstellung, in der der Strombegrenzungszweig überbrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Umschalter ( 14 ) zugeordnete mechanische Betätigungseinrichtungen ( 20; 22, 25 - 44; 46 - 66 )vorgesehen sind, mit deren Hilfe der Umschalter ( 14 ) bei einem vorgegebenen Abtriebsmoment des Motors (12) und/oder einer der Belastung des Motors ( 12 ) typischerweise vorangehenden Stellung der Arbeitsmaschine zum Werkstück in seine zweite Schaltstellung umschaltbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtungen ein Abtastelement ( 20; 22 ) aufweisen, durch das der Umschalter beim Anlegen dar Arbeitsmaschine ( 18 ) an ein zu bearbeitendes Werkstück umschaltbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtastelement ein federnder Fühlhebel ( 22 ) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe der Umschalter ( 14 ) bei korrektem Anlegen der Arbeitsmaschine ( 18 ) an ein Werkstück umschaltbar ist.

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4. Anordnung nach Anspruch 2, mit einer Handkreissäge als Arbeitsmaschine, welche für das Sägeblatt eine schwenkbare Schutzhaube aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastelement durch die Schutzhaube ( 20 ) gebildet ist. durch deren Verschwenken um einen vorgegebenen Winkel (C* ) ein Umschalten des Umschalters ( 14 ) herbeiführbar ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtungen ein Stellelement ( 44; 66 ) aufweisen, dessen Lage in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Drehmoment zwischen einer angetriebenen Welle ( 25; 46 ) und einem gegenüber dieser entgegen einer Federkraft um einen vorgegebenen Winkel ( β ) verdrehbaren Bauteil ( 32; 50 ) zur Betätigung des Umschalters ( 14 ) veränderbar ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verdrehbare Bauteil als Rad ( 32 )_t insbesondere als Zahnrad^usgebildet und mittels einer als Schleppverbindung gestalteten Nut-Feder-Verbindung ( 26, 28, 30 ) mit der an-

(34) getriebenen Welle ( 25 ) verbunden ist, daß das Rad ( 32 ) eine Nabe/mit einer stirnseitigen Aussparung ( 36 ) besitzt, welche mit einer Schrägfläche versehen ist, und daß mit der Aussparung ( 36 ) ein komplementärer Zahn ( 40 ) an einem in axialer Richtung federbelasteten Ring ( 38 ) zusammenwirkt, der axial verschieblich und drehfest mit der angetriebenen Welle ( 25 ) verbunden ist und das Stellelement bildet.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verdrehbare Bauteil als Rad ( 50 )_; insbesondere als Zahnrad/ausgebildet ist, welches über eine Torsionsfeder ( 52 ) mit der angetriebenen Welle ( 46 ) gekuppelt ist und eine

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Nabe ( 54 ) mit einer Aussparung/aufweist, deren Innenwand eine Führungsbahn und Anschläge ( 58, 60 } für einen Querstift ( 43 ) bildet, der gleitverschieblich

derin einer zur Längsachse der angetriebenen Welle ( 46 ) quer verlaufenden Bohrung/ selben angeordnet ist und dessen Länge größer ist als der Durchmesser der angetriebenen Welle ( 46 ) ,und daß der Querstift ( 48 ) eine Aussparung ( 62 ) mit Schräg-

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flächen aufweist, in welche in der einen Endsteilung des Querstiftes ( 48 ) ein als Stellelement dienender Schaltstift ( 66 ) mit zu der Aussparung ( 62 ) komplementärer Spitze ( 68 ) einfallen kann.

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