DE2907968A1

DE2907968A1 - Temperaturueberwachungsvorrichtung fuer elektrowerkzeuge u.dgl.

Info

Publication number: DE2907968A1
Application number: DE19792907968
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Benzing; Jun Albrecht Ing Gra Schnizler
Original assignee: Metabowerke GmbH and Co
Current assignee: Metabowerke GmbH and Co
Priority date: 1979-03-01
Filing date: 1979-03-01
Publication date: 1980-09-11
Also published as: FR2450526A1

Description

Patentanwälte Dip!.-Ing Hans Langosch Dr.4ng. Heinz Hosenthien

7000 Stuttgart 1 Hordweg 62 Teteion (0711) 29G523 2907968

Anmelderiη:

Firma

Metabowerke GmbH & Co.

Gerberstr. 31

7440 Nürtingen

Temperaturüberwachungsvorrichtung für Elektrowerkzeuge u.dgl.

Die Erfindung betrifft eine Temperaturüberwachungsvorrichtung für Elektrowerkzeuge u.dgl. mit einem bei überlast ansprechenden Anzeigeelement. Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-OS 24 45 948) wird durch einen Temperaturfühler eine Glimmlampe gesteuert, die bei Überlastung aufleuchtet. Soll ein

Metabo 2803 558

03 0 03 7/0099

Wicklungsschaden wegen zu hoher Motortemperatur vermieden werden, muß die Glimmlampe während des Arbeitsvorganges von der Bedienungsperson stets beobachtet und das Elektrowerkzeug rechtzeitig abgeschaltet werden.Dadurch wird die Konzentration der Bedienungsperson auf den eigentlichen Arbeitsvorgang beeinträchtigt, zumal bei solchen Elektrowerkzeugen wie Handbohrmaschinen u.dgl. die Gebrauchslage in vielen Anwendungsfällen sehr unterschiedlich und damit die Beobachtung der Glimmlampe erschwert ist. Auch kann die Glimmlampe leicht verschmutzen oder die Wahrnehmung kann z.B. durch helles Tageslicht beeinträchtigt sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der unabhängig von der jeweiligen Arbeitslage des Elektrowerkzeuges, des Verschmutzungszustandes und der Lichtverhältnisse beobachtungsfrei und sicher Überlastungsschäden vermieden werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß das Anzeigeelement als Akustiksignalgeber ausgebildet ist. Auf diese Weise kann z.B. beim Erreichen der Grenztemperatur in der Statorwicklung des Elektrowerkzeuges ein deutlich hörbares akustisches Signal abgegeben werden, das der Bedie-

Metabo 2803 558

030037/0099

2907368

nungsperson die Überlast anzeigt. Die Bedienungsperson ist von jeglicher Beobachtung der Überlastungsanzeige befreit, sie kann sich in jeder Arbeitsphase voll auf den Arbeitsvorgang konzentrieren, so daß eine zuverlässige Arbeitsdurchführung gewährleistet ist. Der Akustiksignalgeber arbeitet vorzugsweise elektrisch, er kann als Magnetsummer mit einem Summton mit konstanter Frequenz in Abhängigkeit von der Netzfrequenz oder als modulierbarer Elektroniksummer mit variierbarer Frequenz des Signaltones ausgebildet sein. Im letzteren Falle kann eine klare Unterscheidung zu Umgebungsgeräuschen erreicht werden. Beispielsweise wird man in einer Werkhalle mit niederfrequenten dumpfen Stanzgeräuschen einen deutlich wahrnehmbaren höherfrequenten oder wechselnden Signalton einregeln.

Zur Steuerung des Akustiksignalgebers wird vorzugsweise ein elektronisches Schaltelement benutzt. Zweckmäßig wird in die Ständerwicklung des Elektromotors des Elektrowerkzeuges, z.B. eine Handbohrmaschine, ein Temperaturfühler eingebaut, der mit dem Anzeigeelement in einer elektrischen Schaltung zusammengefaßt ist. Erfindungsgemäß kann in der Schaltung parallel zum Schaltelement zwischen einer Spannungsquelle und dem Akustiksignalgeber ein

Metabo 2803 558

030037/009 9

2907368

Kondensator und der Temperaturfühler in Reihe geschaltet sein. Es ist dann eine, einen Widerstand aufweisende, zwischen Kondensator und Temperaturfühler abgehende Leitung zum Steuereingang des Schaltelementes geführt. Die Schaltung für das temperaturabhängige Ein- und Ausschalten des Akustiksignalgebers gestaltet sich dadurch besonders einfach.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist neben dem Akustiksignalgeber eine Zwangsabschaltvorrichtung angeordnet, deren Auslöstemperatur höher ist als die für den Akustiksignalgeber. Damit wird der Motor des Elektrowerkzeuges bei Überlasung nach dem Ansprechen des Akustiksignalgebers bei einem weiteren Ansteigen der Wicklungstemperatur automatisch abgeschaltet. Das weitere Ansteigen der Wicklungstemperatur tritt auf, wenn die Bedienungsperson das bei überlastung des Motors ertönende Akustiksignal mißachtet und die Maschine im überlasteten Zustand weiterbenutzt.

Eine solche bei einer höheren als bei der für den Akustiksignalgeber festgesetzten Auslösetemperatur einsetzenden Zwangsabschaltvorrichtung läßt sich erfindungsgemäß besonders günstig bei Elektrowerkzeugen verwirklichen, die zur Drehzahlregelung mit einem elektronischen Regelbaustein versehen sind,

Metabo 2803 558

030037/009i

der über eine Impulssperre verfügt, über die die Zündimpulse für ein im Hauptstromkreis des Motors liegendes elektronisches Steuerelement sperrbar sind. Eine sehr einfache Schaltung wird in diesem Falle dadurch erreicht, daß eine Brückenschaltung mit zwei Operationsverstärkern vorgesehen ist und die Ausgangsleitung des einen Operationsverstärkers mit dem Steuereingang des Schaltelementes und die Ausgangsleitung des anderen Operationsverstärkers mit dem Impulssperreingang des Regelbausteines verbunden sind. In bevorzugter Weise weist die Brückenschaltung zwei feste und einen variablen Brückenzweig auf, die festen Brückenzweige tragen je zwei hintereinandergeschaltete Widerstände (Spannungsteiler), wobei die Widerstände des einen Zweiges unterschiedlich von den Widerständen des anderen Zweiges ausgelegt sind und im variablen Brückenzweig zwischen zwei Widerständen ein Temperaturfühler (veränderlicher Widerstand) angeordnet ist. Dabei sind die invertierenden Eingänge des Operationsverstärkers gemeinsam am variablen Brückenzweig und die nicht invertierenden Eingänge der Operationsverstärker jeweils zwischen den Widerständen der beiden festen Brückenzweige angeschlossen. Durch geeignete Dimensionierung der Widerstände in den festen Brückenzweigen kann die Verzögerung zwischen dem Ertönen des akustischen Warnsignals und dem Sperren der Zündimpulse des zum

Metabo 280Γ 558

030037/009 9

Betrieb des Motors erforderlichen elektronischen Sperrelementes innerhalb bestimmter Grenzen beliebig festgelegt werden.

Um nach einer Abschaltung über die Impulssperre und nach dem Abkühlen der Statorwicklung und des Temperaturfühlers den Sperrzustand aufrecht zu erhalten, und einen selbsttätigen Wiederanlauf des Elektrowerkzeuges zu verhindern, ist vorgesehen, daß der mit dem Regelbaustein verbundene Operationsverstärker mit einer Positivrückkopplung versehen ist. Zur erneuten Inbetriebnahme muß das Elektrowerkzeug am Betätigungsschalter zunächst aus- und dann wieder eingeschaltet werden. Ist die Wicklung noch nicht ausreichend abgekühlt, so ertönt je nach Wicklungstemperatur das Akustiksignal oder der Motor läuft gar nicht an.

Um sicher zu stellen, daß bei kalter Statorwicklung beim Einschalten des Elektrowerkzeuges nicht eine unbeabsichtigte, den Anlauf verhindernde Impulssperrung erfolgt, kann im variablen Brückenzweig parallel zur Reihenschaltung des veränderlichen und des festen Widerstandes ein Kondensator geschaltet sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann nach der Erfindung das elektronische Schaltelement als Transistor ausgebildet sein, dessen

Metabo 2803 558

030037/0099

-Λ;

Basis über einen Widerstand mit dem Ausgang des Operationsverstärkers für die Signalgabe verbunden ist, wobei der Akutiksignalgeber im KollektorStromkreis des Transistors liegt. In diesem Fall wird der Akustiksignalgeber im Halbwellenbetrieb gespeist.

Bei geeigneter Auswahl des Operationsverstärkers für die Signalgabe kann dessen Ausgangsstrom direkt auf den Steuereingang des vorzugsweise als Triac ausgebildeten Schaltelementes geleitet werden. Um den Ausgangsstrom des Operationsverstärkers auf den Zündstrom des Triacs einzustellen, kann ein Transistor zwischengeschaltet sein.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in schematischer Darstellung bevorzugte Ausführungsformen als Beispiel zeigt. Es stellen dar:

Fig. 1 eine Ansicht einer Elektro-

handbohrmaschine mit einer

Temperaturüberwachungs

vorrichtung,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung

der Temperaturüberwachungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform mit einem

Elektromotor, insbesondere eines Elektrowerkzeuges,

Metabo

030037/0099 2803 558

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung in

einer zweiten Ausfuhrungsform, bei der neben einem Akustiksignalgeber eine Zwangsabschaltvorrichtung verwirklicht ist,

Fig. 4 und 5 gegenüber der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 leicht abgewandelte Schaltungsanordnungen.

Bei einem Elektrowerkzeug, z.B. einer Handbohrmaschine (Fig. 1) ragt in eine Statorwicklung 40 eines Elektromotors 41 (Universalmotor) ein Temperaturfühler hinein, der Bestandteil eines elektrischen Schaltkreises ist und über ein elektronisches Schaltelement 4 mit einem Akustiksignalgeber 5 als Anzeigeelement für die Mitteilung einer zu starken Erwärmung aufgrund Überlastung verbunden ist.

Bei der in Fig. 2 dargestellten einfachen Schaltungsanordnung sind ein Kondensator 1, der Temperaturfühler 2, ein Widerstand 3, das elektronische Schaltelement 4 und der Akustiksignalgeber 5 erkennbar. An den Klemmen 6,7 liegt eine Wechselspannung an, die über einen Schalter 42 auf den Schaltkreis bzw. den Elektromotor 41 aufgebbar ist. Der Kondensator und der Temperaturfühler 2 liegen in Reihe zueinander, beide sind zum Schaltelement 4 und zum Elektromotor

Metabo 2803 558

030037/0099

parallel geschaltet. Eine zwischen dem Kondensator

1 und dem Temperaturfühler 2 angeschlossene Leitung

8 führt über den Widerstand 3 zu einem Steuereingang

9 des Schaltelementes 4, das bei dieser Ausführungsform als Triac ausgebildet ist. Der Temperaturfühler

2 besteht aus einem PTC-Widerstand (Kaltleiter) und hat im wesentlichen die gleiche Temperatur wie die zu schützende Statorwicklung 40.

Im normalen Temperaturbereich ist der Temperaturfühler 2 niederohmig, so daß über ihn praktisch der gesamte Strom fließt. Der geringe, über den Widerstand 3 zum Steuereingang 9 des Schaltelementes 4 fließende Reststrom kann das Schaltelement 4 nicht leitend machen. Bei entsprechender Belastung des Elektrowerkzeuges erwärmt sich die Statorwicklung. Der Widerstand des Temperaturfühlers 2 erhöht sich im Bereich einer Grenztemperatur sehr rasch, der Widerstand wächst an und nunmehr gelangt der Hauptstrom über die Leitung 8 zum Steuereingang 9, so daß das Schaltelement 4 leitend wird. Dadurch wird der Akustiksignalgeber 5, z.B. ein Magnetsummer oder ein modulierbarer Elektroniksummer, eingeschaltet, er gibt einen Warnton ab, durch den die Bedienungsperson unüberhörbar darauf hingewiesen wird, daß die Belastung des Motors zur Vermeidung von Wicklungsschäden herabzusetzen ist.

Metabo 030037/0099

Bei den in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Ausführungsformen ist zusätzlich eine Zwangsabschaltvorrichtung 43 vorgesehen. Die Temperaturüberwachungsvorrichtung ist eingesetzt in Verbindung mit Elektrowerkzeugen, die zur Drehzahlregelung mit einem elektronischen Regelbaustein 44 ausgerüstet sind.

Bevorzugt wird eine über Klemmen 10,11 angeschlossene Brückenschaltung, die zwei feste Brückenzweige 20 und 25 und einen variablen Brückenzweig 16 aufweist. Die Brückenzweige 20 und 25 sind mittels der Widerstände 21,22 sowie 26,27 als Spannungsteiler ausgebildet und stehen mit nichtinvertierenden Eingängen z3,24 zweier Operationsverstärker 12 und in Verbindung. Der variable Brückenzweig 16 setzt sich aus zwei festen Widerständen 17,18 und einem variablen Widerstand 19 (Temperaturfühler 2 als ITC-Widerstand in der Statorwicklung 40) zusammen. Vom variablen Brückenzweig 16 führt eine gemeinsame Leitung zu den invertierenden Eingängen 14,15 der Operationsverstärker 12,13, Darüber hinaus besitzen beide Operationsverstärker je eine positive Rückkopplung 28,29. Zum variablen Brückenzweig 16 ist ein Kondensator 30 parallelgeschaltet. Ein Kondensator 31 dient der Glättung, die Spannungsversorgung geschieht über eine Diode 32 und einen Widerstand

33. Das Schaltelement 4 ist als Triac 34 (Fig. 3 und 4)

Metabo 2803 558

030037/0093

ffiT

bzw. als Transistor 39 (Fig. 5) ausgebildet.

Bei normaler Belastung des Elektrowerkzeuges ist das Triac 34 gesperrt. Wird die Belastung übermäßig,

erhöht sich der Widerstand des mit der Statorwick-

/■Widerstand 19) lung sich erwärmenden Temperaturfühlers 2γ so daß

über die Ausgangsleitung 35 des Operationsverstärkers 12, der die Brückendiagonalspannung verstärkt, ein genügend hoher Strom fließt, um das Triac 34 leitend zu machen und damit den Akustiksignalgeber 36 in

Gang zu setzen. Wird die Belastung des Elektrowerkzeuges trotz des eindringlichen Warnsignals von der Bedienungsperson nicht reduziert und tritt bei weiterer Belastung eine weitere Erwärmung der Statorwicklung ein, so wird bei einer bestimmten höheren Wicklungstemperatur, die durch entsprechende Dimensionierung der Widerstände 21,22,26,27 vorbestimmt ist, über den Ausgang 37 des Operationsverstärkers ein Signal auf die Impulssperre des integrierten
Schaltkreises des Regelbausteines 44 der Drehzahlregelelektronik gegeben, so daß die Zwangsabschaltung des Elektrowerkzeuges eintritt.

Die Ausführungsform nach Fig* 4 unterscheidet sich von der nach Fig. 3 insbesondere dadurch, daß zwischen den Operationsverstärker 12 und das Triac 34 ein Transistor 38 geschaltet ist, über den leicht

Metabo
2803 558

030037/0099

2907368

der Ausgangsstrom des Operationsverstärkers 12 auf die richtige Größe als Zündstrom für das Triac 34 gebracht werden kann.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 5 ist als Schaltelement 4 der Transistor 39 eingesetzt, der Akustiksignalgeber 36 arbeitet im Halbwellenbetrieb

Metabo 2803 558

0300 3 7/0099

Claims

Patentansprüche

1. iTemperaturüberwachungsvorrichtung für Elektrowerkzeuge u.dgl. mit einem bei überlast ansprechenden Anzeigeelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeelement als Akustiksignalgeber (5,36) ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Akustiksighalgeber (5,36) auf elektrischen Strom anspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Akustiksignalgeber (5,36) als Magnetsummer ausgeführt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Akustiksignalgeber (5,36) aus einem modulierbaren Elektroniksummer besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Akustiksignalgeber (5,36) mit einem elektronischen Schaltelement (4) verbunden ist.

Metabo 2803 558

030037/0099

6. Vorrichtung nach Anspruch 5 mit einem Temperaturfühler in einer das Anzeigeelement enthaltenden elektrischen Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schaltung parallel zum Schaltelement (4) zwischen einer Spannungsquelle und dem Akustiksignalgeber (5) ein Kondensator (1) und der Temperaturfühler (2) in Reihe geschaltet sind und eine, einen Widerstand (3) aufweisende, zwischen Kondensator (1) und Temperaturfühler (2) abgehende Leitung (8) zum Steuereingang (9) des Schaltelementes (4) geführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (4) als Triac (34) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Akustiksignalgeber (36) eine Zwangsabschaltvorrichtung (43) angeordnet ist, deren Auslösetemperatur höher ist als die für den Akustiksignalgeber (36)„

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 8 für ein Elektrowerkzeug, das zur Drehzahlregelung einen elektronischen Regelbaustein aufweist, dadurch

Metabo 2803 558

030037/0099

29079R8

gekennzeichnet, daß eine Brückenschaltung mit zwei Operationsverstärkern (12,13) vorgesehen ist und die Ausgangsleitung (35) des einen Operationsverstärkers (12) mit dem Steuereingang (9) des Schaltelementes (4) und die Ausgangsleitung (37) des anderen Operationsverstärkers tl3) mit einem Impulssperreingang des Regelbausteines (44) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß die Brückenschaltung zwei feste Brücken zweige (20,25) und einen variablen Brückenzweig (16) aufweist, die festen Brückenzweige (20,25) je zwei hintereinandergeschaltete Widerstände (21,22 bzw. 26,27) tragen (Spannungsteiler), wobei die Widerstände (21,22) des einen Brückenzweiges (20) unterschiedlich von den Widerständen (26,27) des anderen Brückenzweiges (25) ausgelegt sind und im variablen Brückenzweig (16) zwischen zwei Widerständen (17,18) ein Temperaturfühler (veränderlicher Widerstand 19) angeordnet ist und die invertierenden Eingänge (14, 15) der Operationsverstärker (12,13) gemeinsam am variablen Brückenzweig (16) und die nichtinvertierenden Eingänge (23,24) der Operationsverstärker (12,13) jeweils zwischen den Wider-

0 30 037/0099

Metabo

²⁸⁰³

ständen (21,22 und 26,27) der beiden festen Brückenzweige (20,25) angeschlossen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Operationsverstärker (12,13) mit einer Positivrückkopplung (28,29) versehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum variablen Brückenzweig (16) ein Kondensator (30) parallelgeschaltet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (4) als Transistor (39) ausgebildet ist, dessen Basis über einen Widerstand mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (12) für die Signalgabe verbunden ist und der Akustiksignalgeber (36) im Kollektorstromkreis des Transistors (39) liegt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des einen Operationsverstärkers (12) und den Steuereingang (9) des Triac (34) ein Transistor (38) geschaltet ist.

Metabo 2803 558

030037/009S