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Vorrichtung zur Leerlaufdrehzabegrenzung
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bei einem elektromotorischen Antrieb Die Br:Pndung betrifft eine
Vorrichtung Zur Leerlaufdrehzahlbegrenzung bei einem elektromotorischen iNntrieb.
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gine derartige Leerlaufdrehzahlbegrenzung ist insbesondere bei Antrieben
mit einem verhältnismäßig starken Elektromotor wünschenswert, da übermäßig hohe
Leerlaufdrehzahlen zu einer erheblichen, störenden Geräuschentwicklung führen und
eine unnötige Belastung oder sogar Überlastung der mechanischen Teile des Antriebs,
insbesondere der Lager, mit sich bringen können.
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Es sind bereits elektromotorische Antriebe bekannt, bei denen eine
Begrenzung der Leerlaufdrehzahl mittels eleRtrischer bzw.
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elektronischer Einrichtungen erfolgt, wobei eine drehzahlabhängige
Spannung oder ein drehzahlabhängiger Strom zur Regelung der Speisespannung bzw.
des Speisestroms für den elektromotorischen Antrieb herangezogen wird.
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Die bekannten Leerlaufdrehzahlbegrenzungsschaltungen leisten im allgemeinen
gute Dienst, sind jedoch nicht in allen Fällen voll befriedigend, insbesondere weil
sie verhältnismäßig kompliziert und damit teuer sind.
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Es ist auch bereits bekennt, das Überschreiten einer zulässigen Höchstdrahzahl
bei elektromotrischen Antrieben, insbesondere bei winkelschleifern, mittels rein
mechanischer Einrichtui'en zu verhindern, und zwar mittels eines federbelasteteten
Fliehkraft-Trennmessers, welches bei Erreichen der Höchstdrehzehl eine Zuleitung
für den Speise strom durchschneidet. Diese bekannte Lösung, die gewissermaßen als
eine Art "Notbremse" angesehen werden kann, ist für einen allgemeinen Einsatz ungeeignet,
da naci einem Ansprechen der Drehzahlbegrenzung eine Reparatur bzw. ein Ersatz des
durchtrennten Leiterstückes vorgenommen werden muß.
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Ausgehend von Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine verbesserte Vorrichtung zur Leerlaufdrehzahlbegrenzung anzugeben, welche einfach
und robust aufgepaut werden kann und bei der eine der Drehzahl proportionale elektrische
Größe auf besonders einfache Weise erhalten werden kann Diese Aufgabe wird bei einer
Vorrichtung der eingangs beschriebenen krt gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
mindestens ein bezüglicher einer antreibbaren Welle des Antriebes in radialer Richtung
federnd nach innen vorgespanntes Stellelement vorgesehen ist, welches unter dem
Einfluss der Fliehkraft bei umlaufender Welle nach außen bewegbar und derart mit
Begrenzungseinrichtungen für den Motorstrom gekoppelt ist, aß die Drehzahl des leerlaufenden
Motors auf einen vorgebbaren oberen Grenzwert beschränkbar ist.
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Bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung wird also mit einem mechanisch
betätigbaren Stellelement gearbeitet, welches ähnlich ausgebildet sein kann wie
ein bekanntes Fliehkraft-Trennmesser, welches jedoch keine Unterbrechung sondern
eine bei en-tsprechender Belastung des elektromotorischen Antriebs reversible Begrenzung
des Motorstroms herbeiführt.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Begrenzungseinrichtungen ein Potentiometer
aufweisen und wenn das Stellelement als Schleifer für das Potentiometer ausgebildet
ist. Bei dieser Ausgestaltung läßt sich in Abhängigkeit von der Zentrifugalkraft
und damit von der Drehzahl eine Begrenzung des Motorstroms auf besonders einfache
Weise herbeiführen.
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Ferner kann es vorteilhaft sei, wenn die Begrenzungseinrichtungen
eine Lichtquelle und einen Fotodetekter aufweisen und wenn das Stellelement als
in den Strahlengang zwischen der Lichtquelle und den Fotodetektor hineinbewegbare
Blende ausgebildet ist. Diese Lösung ist zwar technisch etwas aufwendiger c'ls die
rein mechanische Lösung mit einem Potentiometer, bietet andereseits jedoch den Vorteil,
dass praktisch kein Verschleiss auftritt and daß die drehzahlabhängige Größe, nämlich
die Lichtintensität am Fotodetektor, mit einem geringen Aufwand im Vergleich zu
den vorbekannten elektronischen Regeleinrichtungen erhalten wird, bei denen für
die GewinnLlng der drehzahlproportionalen elektrischen Größe häufig ein eigener
Tachogenerator vorgesehen ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend
anhand der Zeichnung noch naher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Es zeigen: Fig. 1 eine Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik für einen Universalmotor,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung, und
Fig. 3 eine Stirnansicht der Vorrichtung
gemäß Fig. 2, jedoch ohne den einen der dort vorgesehenen Keramikträger.
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Im einzelnen ist in Fig. 1 eine erste Drehzahl-Drehmomenten-Kennlinie
a für einen Universalmotor ohne Vorwiderstand aargestellt, sowie eine zweite derartige
Kennlinie h für denselben Motor, Jedoch mit Vorwiderstand. Weiterhin ist in Fig.
1 eine kurze, gestrichelt eingezeichnete Regelkennlinie c dargestellt, welche durchlaufen
wird, wenn die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehenen Begrenzungseinrichtungen
wirksam werden. Man sieht, daß der Universalmotor ohne die erfindungsgemäßen Begrenzungseinrichtungen
im unbelasteten Zustand längs der Kennlinie a bis zu einer Drehzahl nL hochlaufen
würde. Erfindungsgemäß werden num bei einem Grenzdrehmoment MG, welches bereits
wesentlich niedriger liegt als das Nenndrehmoment MN, grenzungseinrichtungen für
den motorstrom wirksam, die zur Folge haben, daß die Kennlinie a beim Unterschreiten
des Grenzdiehmomentes MG -rerlassen wird, so daß die Drehzahl bei noch weiter absinkendem
Drehmoment M entsprechend dar Regel-Kennlinie c verläuft, auf der eine Endrehzahl
n0 erreicht wird, die beim Ausführungsbeispiel auf der Kennlinie b des Universalmotors
mit Vorwiderstand liegt und wesentlich geringer ist als die Leerlaufdrehzahl nL,
welche gemäß der Kennlinie a von dem Universalmotor ohne Vorwiderstand erreicht
wird. Die vorliegende Erfindung befaßt sich also mit dem Problem, wie auf möglichst
einfache und zuverlässige gleise ein Übergang von einem Kennlinienverlauf gemäß
der Kennlinie a zu einem Kennlinienverlauf gemäß der Regelkennlinie c erreichbar
ist.
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Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß, wie dies die Fg. 2 und 3 zeigen,
mit einer antreibbaren Welle 10 eines elektromotori-¢;chen Antriebs eine Isolationsbuchse
12 drehfest verbunden, auf der ebenfalls drehfest eine Trägerplatte 14 sitzt. An
der Trägerplatte 14 sind Kohlenhalter 16 angelenkt. Die Kohlenhalter 16 sind um
Zapfen 18 in der Trägerplatte 14 schwenkbar und
weisen Jeweils einen
Arm 20 auf, an dessen freiem , dem Zapfen 18 abgewandten Ende eine Schleifkohle
22 befestigt ist, welche, wie dies aus Fig. 2 deutlich wird, aufs zwei Kohlenteilen
24 besteht, die in einer Hülse 26 geführt und von einer Feder 28 nach außen gedrückt
werden. Die Schwenkbewegun g der Kohlenhalter 16 wird durch Anschlagstifte 30 begrenzt,
die in Schlitzen 32 der Trägerplatte 14 laufen. An jedem Kohlenhalter ist ferner
das eine Ende einer Zugfeder 34 befestigt, deren anderes Ende jeweils an der Trägerplatte
14 befestigt ist.
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Auf beiden Seiten der Trägerplatte 14 mit den Kohlenhaltern 16 befinden
sich fest an einem Maschinengehäuse 36 gehaltene Reramikplatten 38, die auf ihrer
Innenseite Jeweils einen spiralförmig angeordneten Widerstandsdraht 40 tragen. Mit
dem inneren Ende der beiden Widerstandsrähte 40 sind Anschlüsse 42 bzw. 44 verbunden,
die mit rer Speisenspannungsquelle bzw.
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mit dem Elektromotor des elektromotorischen Antriebs verbindbar sind.
Der Motorstrom I ist in Fig. 2 für einen bestimmten Betriebszustand angeaeutet.
Man erkennt, daß der Motorstrom eine un.so längere Strecke in den beiden Widerstandsdrähten
40 zurücklegen muß, Je weiter die Kohlenhalter 16 aufgrund der Fliehkraft und entgegen
der Kraut der Zugfeder 34 nach außen ausgeschwcnkt sind, wobei die Schwenkbewegung
der Kohlenhalter 16 bei im Uhrzeigersinn umlaufender Welle 10 im Gegenuhrzeigersie
erfolgt. Wie weit die Kohlenhalter 16 im einzelnen bei einer bestimmten Drehzahl
ausgelenkt werden, ist insbesondere von der Zugkraft der Zugfeder 34 abhängig. Die
Enddrehzahl nO ergibt sich bei der als Ausführungsbeispiel betrachteten Vorrichtung
in Abhängigkeit von dem Widerstand, der bei voll ausgelenkten Kohlenhaltern 16 zwischen
den Anschlüssen 42 und 44 liegt. Dieser Widerstand kann so gewählt werden, daß sich
die gewünschte Absenkung der Enddrehzahl n0 gegenüber der normalerweise mit dem
betreffenden Motor erreichten Leerlaufdrehzahl nL ergibt.
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Vorzugsweise ist die beschriebene Vorrichtung derart dimensioniert,
daß die Kraft des Anlaufdrehmoments mindestens ebenso groß ist, wie die Fliehkraft
bei der dem Grenzdrehmoment NG
zugeordneten Drehzahl, damit die
Kohlenhalter in dem Moment, in dem der elektromotorische Antrieb eingeschaltet wird,
sofort nach außen streben und somit einen Widerstand in den Motorstromkreis legen,
der zu einer Verminderung der Dinschalts-troraspitze führt, so daß die Gefahr eines
Ansprechens von Sicherungen im Motorstromkreis verringert oder sogar vollständig
beseitigt wird.
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Ausgehend v-on dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel wird
deutlich, daß an Stelle von schwenkbaren Kohlenhaltern gegebenenfalls auch in radialer
Richtung ausfahrbare Federnvon nach innen vorgespannten Kohlenhalten verwendet werden
können.
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Eine weitere löglichkeit fül die Verwirklichung einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung besteht darin, unter dem Einfluß der Fliehkraft schwenkabare
oder in radialer Richtung ausfahrbare Stellelement i;l Form von Blenden vorzusehen,
welche in den Lichtstrahl zwischen einer Lichtquelle und einem Fotodetektor hineinbeweger
sind. Dabei wird vorzugsweise ein Fotodetektor m:'t einer länglichen in radialer
Richtung verlaufenden Einfallsfläche verwendet, um wie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2 und 3 mit steigender Drenzahl eine kontinuierlich zunehmende Begrenzung
des Motorstroms zu erreichen.
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Zur Vers!irlXlichung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können ferner
unter dem Einfluß der Fliehkraft nach außen verschwenkbare oder in radialer Richtung
ausfahrbare Stellelemente vorgesehen werden, welche mit einem Näherungsschalter
zusammenwirken und dessen Oszilator bei entsprechender Auslenkung derart verstimmen,
daß ein von dem Oszillator abgegriffenes elektrisches Signal im Sinne einer zunehmenden
Begrenzung des Motorstroms geändert wird. Auch aiese Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist zwar wieder etwas komplizierter als die Vorrichtung gemäß Fig. 2
und 3, besitzt aber ebenso wie die mit einem Fotodetektor arbeitende Vorrichtung
den Vorteil, daß sie verschleißfrei und berührungslos arbeitet Zusammenfassend läßt
sich feststellen, daß eine Vorrichtung
gemäß d£r Erfindung aus
wenigen handelsüblichen Bauteilen aufgebaut werden kann, was eine niedrige Ausfallquote
garantiert.
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Ferner ergibt sich bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung die Möglienkeit,
den Motorstrom stufenlos in Abhängigkeit von der Dr' zu verändern, wobei die Federelemente,
welche mit den Stellelementen zusammenwirken, insbesondere auch so ausgelegt werden
können, beispielsweise als Blatt-Schraubenfedern, daß ein' continuierliche Regelung
zwischen Leerlauf und 20 c;S der Nenulast erfolgt. Die in diesem unteren Teillastbereich
auftretenden Motorströme sind relativ gering, so daß die ohmschen Vorluste in den
Widerstandsdrähten der Vorrichtung gemäß Fig. 2 uä5- D ohne weiteres beherrschbar
sind.
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Abschließend sei noch darauf hingewisen, daß eine Vorrichtung geräß
der Erfindung, insbesondere die Vorrichtung gemäß Fig. 2 und 3, ohne weiteres in
einem Zwischengehäuse zwischen dem Handgriff eines Elektroverkzeugs und dem Notorgehäuse
desselben angeordnet werden kann, so so daß sie auch für die Nachrüstung bereits
vorhandener Baureihen geeignet ist.
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