DE3001365A1

DE3001365A1 - Drehzahlregelschalter

Info

Publication number: DE3001365A1
Application number: DE19803001365
Authority: DE
Inventors: Jerry W Swafford; Jun Harold L Trammell
Original assignee: Teccor Electronics Inc
Current assignee: Teccor Electronics Inc
Priority date: 1979-01-22
Filing date: 1980-01-16
Publication date: 1980-08-07
Also published as: GB2042811A; JPS55101303A; GB2042811B; US4241298A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Drehzahlregelschalter gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs·

Es sind bereits zahlreiche Drehzahlregelschalter bekannt, beispielsweise aus den US-Patentschriften 3 467 801 und 3 691 322, die zur Drehrichtungsumsteuerung dienen. Ferner beschreibt die US-Patentschrift 3 415 966 einen Gleitkontakt für Drehzahlregler. Die US-Patentschrift 3 761 788 beschreibt einen Elektronikschalter als Dickschicht-Hybridschaltung, bei der die Widerstände auf die Oberfläche eines eine Hälfte des Schalters bildenden Keramikgehäuses aufgedruckt sind. Die US-Patentschrift 3 886 340 beschreibt die Anordnung einer Schaltereinheit in einem Gehäuse, mit der die Einstellung einer Geschwindigkeitsveränderungsschaltung mit Hilfe des Auslösers der Drehzahlsteuerungseinheit unterstützt wird.

Der genannte Stand der Technik strebt ganz allgemein die Lösung verschiedener Schwierigkeiten an, die mit der wirtschaftlichen Herstellung von zuverlässigen, drehzahlregelbaren, Ε-Motor getriebenen Geräten verbunden sind. Der Stand der Technik, der sich mit Umsteuerungsschaltern befaßt, erwähnt die Notwendigkeit solcher Schalter sowie die Komplexheit der Einrichtungen, die bislang im Gehäuse

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von motorgetriebenen Geräten, insbesondere Werkzeugen untergebracht waren. Es besteht daher ein Bedürfnis nach kleineren, weniger komplizierten und zuverlässigeren Drehrichtungsumkehrschaltern.

Aus der US-PS 3 415 966 ist es bekannt, daß die mechanischen Schaltelemente derartiger Schaltgeräte bislang nicht zuverlässig gearbeitet haben. Der erwähnte Stand der Technik zeigt einen zentralen Nockenfortsatz, der ein Ende eines Brückenkontakts abhebt und dabei die elektrische Verbindung unterbricht. Ein Verschmieren des feststehenden Kontakts mit Kunststoff erfolgt während des Schaltens bei dieser Vorrichtung nicht. In der Kontaktfläche des Überbrückungskontakts ist eine Vertiefung vorgesehen, die zur Entfernung von Verunreinigungen von der Oberfläche des feststehenden Kontaktes dient. Eine derartige Kontaktverunreinung kann nämlich einen schlechten Kontakt bewirken und damit den Schalter überhitzen oder den Motorbetrieb unterbrechen. Die in der Kontaktfläche vorgesehene Vertiefung soll außerdem den beim Öffnen der Kontakte auftretenden Funken unterbinden. Diese Funkenbildung ist allgemein nachteilig und bewirkt eine Zerstörung der Schaltelemente. Hauptsächlich wegen der Funkenzerstörung werden Schalter im allgemeinen bei 10000 bis 15000 Schaltvorgängen betriebsunfähig. Gelegentlich hielten solche Schalter allerdings sogar bis zu 50000 Schaltvorgänge aus. Eine Verbesserung der Schaltkontakte

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würde daher einer Kontaktzerstörung aufgrund von Verunreinigungen oder von Funkenbildung entgegenwirken und die Lebensdauer des Schalters verlängern.

Insbesondere die Funkenbildung hat sich für übliche Halbwellen-Drehzahlregelschaltungen gemäß US-PS 3 761 788 als Problem erwiesen. Diese Schaltungen verwenden anstelle von bidirektionalen Einrichtungen Silizium-Thyristoren und liefern an ihren Ausgängen Spannungen, die lediglich zwischen Null Volt und der halben Versorgungsspannung liegen. Ist der Schalthebel eines derartigen Schalters vollständig niedergedrückt, dann bewirkt der mechanische Schaltkontakt eine Überbrückung der elektronischen Schaltung und legt die volle Versorgungsspannung an den Motor, wodurch dessen Versorgungsspannung verdoppelt wird. Wird der Schalthebel wieder freigegeben, dann sinkt die Spannung von der vollen Versorgungsspannung wieder auf deren halben Wert ab, während gleichzeitig die mechanische Schaltverbindung unterbrochen wird. Bei einer derartigen Öffnung der Schaltkontakte treten praktisch immer Lichtbogen auf, die auf die Motorinduktivität zurückzuführen sind. Ein Unterdrückung dieser Lichtbogenbildung würde die Lebensdauer einer derartigen billigen Halbwellen-Drehzahlregelschaltung erhöhen.

Darüber hinaus war es bislang praktisch unmöglich, die Ausgangsspannung eines Drehzahlregelschalters eindeutig

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der Stellung seines Schalthebels zuzuordnen. Dies geht beispielsweise aus der US-Patentschrift 3 886 340 hervor, bei der die vom Drehzahlregelschalter abgegebene Ausgangsspannung proportional dem Wert eines veränderlichen Widerstandes ist. Der Widerstandswert wird dabei durch die Stellung eines Gleitkontakts festgelegt, der mit dem Schalthebel verbunden ist. Der veränderliche Widerstand muß dabei sehr genau bezüglich des Schalthebels angeordnet sein, so daß jede Schalthebelstellung stets einer bestimmten, gleichen Abgabespannung entspricht. Diese Einstellung ist sehr schwierig zu erreichen und es hat sich gezeigt, daß verschiedene Geräte verschiedene Anlaufspannungen besitzen. Die Anlaufdrehzahl hängt aber von der Ausgangsspannung des Schalters ab, die zu dem Zeitpunkt geliefert wird, zu dem der mechanische Schaltkontakt die Verbindung vom Motor zur Drehzahlregelschaltung herstellt. Zur Lösung dieser Schwierigkeiten wurden daher bei diesem Stand der Technik Vorsprünge im Gehäuse vorgesehen, die in Teile der Schalteinheit passen und eine bestimmte," festgelegte Stellung zueinander fixieren. Fehler treten aber dennoch aufgrund andere Fehlausrichtungen auf, und zwar hat bereits die genaue Anordnung der auf dem Träger gedruckten Widerstände einen Einfluß auf den Schaltzeitpunkt und bewirkt daher von Einheit zu Einheit Schwankungen in der Anlaufdrehzahl.

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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Drehzahlregelschalter für elektromotorisch getriebene Geräte zu schaffen, bei dem die Lichtbogenbildung praktisch unterdrückt oder weitgehend verringert ist und mit dem stets gleich große AnIaufspannungen erzielbar sind, die nicht von Einheit zu Einheit schwanken. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines optimalen Umkehrschalters für Drehzahlregelschaltungen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen. Der erfindungsgemäße Drehzahlregelschalter weist demnach ein Gehäuse auf, in dem ein Schalthebel hin und her bewegbar ist und wobei eine mechanische Schaltanordnung sowie eine elektronische Drehzahlregelschaltung vorgesehen sind. Vorzugsweise ist im Gehäuse ein mit dem Schalthebel sich gegenseitig sperrender Umkehrschalter angeschlossen. Der mechanische Teil des Schalters weist auf zwei feststehenden Schaltkontakten Kontaktflächen auf, die in Bewegungsrichtung eines Verbindungskontaktes geneigt sind und zueinander eine Neigung von etwa 90° aufweisen. Der Verbindungskontakt hat verbesserte Kontaktflächen zur gleichzeitigen tangentialen Berührung der beiden geneigten Kontaktflächen, wobei ein übliches Abheben zur Unterbrechung der Schaltverbindung erfolgt. Der feststehende Kontakt, an dem üblicherweise die Lichtbogenbildung ansetzt, ist so angeordnet, daß die Kontaktlösung bei einer Bewegung des

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Verbindungskontaktes nicht an einer Kontaktkante erfolgt. Der verschiebbare Kontakt ist so angeordnet, daß seine den feststehenden Kontakt berührende Fläche bei keiner Schalthebelstellung den anderen Kontakt berührt. Die elektronische Drehzahlregelschaltung weist einen gedruckten, einstellbaren Widerstand auf, der an seinen Enden Totzonen besitzt und wobei Einrichtungen zur Simulierung eines Schleiferkontakts während der anfänglichen Widerst andsabgleichung zur linearen Drehzahlsteuerung vorgesehen sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung eines Drehzahlregelschalters;

Figur 2 eine perspektivische Darstellung der Drehzahlregeleinheit gemäß Figur 1;

Figur 3 ein Schemaschaltungbild einer Drehzahlregelschaltung;

Figur 4 eine Draufsicht auf die Drehzahlregelschaltung;

Figur 5 eine Draufsicht auf die Rückseite der Schaltung gemäß Figur 4 unter Darstellung der Anordnung von zwei feststehenden mechanischen Kontakten;

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Figur 6 die relative Anordnung von feststehenden Kontakten und von einem Verbindungskontakt für den Schalter gemäß Figur 1;

Figur 7 eine auseinandergezogene Darstellung des Umkehrschalters gemäß Figur 1.

Figur 1 zeigt einen Drehzahlregelschalter in auseinandergezogener Darstellung mit einem Gehäuse 2 als Grundeinheit. Ein Schalthebel 4 paßt in den oberen Teil des Gehäuses 2 und wird von einer Feder 6 nach außen gedrückt. Zwei Fortsätze 8 greifen hinter ähnliche Vorsprünge an der Innenseite des Gehäuses 2 und verhindern ein Herausfallen des Schalthebels 4 aus dem Gehäuse. Am Gehäuse 2 sitzt seitlich ein rohrförmiger Stutzen 10 für die Aufnahme einer Feder 12 und eines Riegelstiftes 14, der zur Verriegelung des Schalthebels 4 in einer von zwei Einschaltstellungen dient. Im Schalthebel 4 sind Vertiefungen 16 für den Eingriff des Riegelstiftes 14 vorgesehen.

Zwei Verbindungs- oder Schleifkontakte 18 laufen in zwei Schlitzen 20 an gegenüberliegenden Seiten des Schalthebels 4. In jedem der Schlitze 20 sitzt eine Feder 22, die den Schleifkontakt 18 nach unten drückt. Das Gehäuse 2 und der Schalthebel 4 sind aus nachgebendem Kunststoff hergestellt.

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Eine Drehzahlsteuereinheit 24 ist in dem unteren Teil des Gehäuses 2 eingesetzt. Die Steuereinheit 24 paßt satt in das Gehäuse 2 und wird durch in Öffnungen 28 des Gehäuses 2 greifende Vorsprünge 26 gehalten. Die Einzelheiten der Steuereinheit 24 werden später anhand der Figuren 2 bis 5 erläutert; das Zusammenwirken der Steuereinheit: 24 mit dem Schalthebel 4 wird hingegen nachfolgend beschrieben. Ein Widerstands-Schleifkontakt 30 ragt mit einem Ende aus der Oberseite der Steuereinheit 24 und greift in einen entsprechenden Schlitz an der Unterseite des Schalthebels 4. Der durch den Schalthebel 4 in seiner Lage verschiebbare Schleifkontakt 30 bestimmt letztlich die Motordrehzahl eines mit dem Schalter versehenen, drehzahlregelbaren Gerätes. Die Steuereinheit 24 weist ferner mechanische Schalter zur elektrischen Verbindung beider Anschlüsse einer Versorgungsleitung auf. Ein Teil dieses Schalters enthält die feststehenden Kontakte 32 und 34, die in einer Hälfte der Steuereinheit 24 untergebracht sind. Nach dem Einsetzen in das Gehäuse 2 stellt einer der Gleitkontakte 18 eine elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 32 und 34 her oder unterbricht diese. In der Steuereinheit 24 vorgesehene Federelemente 36 dienen zur Herstellung von elektrischen Anschlüssen an die feststehenden Kontakte 32 und 34, indem die Anschlußleitungen in üblicher Weise durch Öffnungen 38 eingesteckt werden. Eine Seite der Versorgungsleitung wird demnach am

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Kontakt 34 eingesteckt, während die Motorleitung bei 32 eingesteckt wird. In den meisten Fällen kommt es nicht darauf an, ob die Anschlüsse für die Kontakte 32 und 34 umgekehrt werden. In der anderen Hälfte der Steuereinheit 24 sind ebenfalls feststehende Kontakte 40, 42 und 44 vorgesehen, die anhand der Figuren 2 und 5 besser erkennbar sind. Der Kontakt 40 entspricht im wesentlichen den feststehenden Kontakten 32 und 34, wobei die andere Motorleitung mit ihm zu verbinden ist. Die Kontakte 42 und 44 bilden einen Teil einer elektronischen Drehzahlregelschaltung 46, die auf einem zwischen den· beiden Hälften der Steuereinheit 24 montierten Keramikträger untergebracht ist. Einzelheiten dieser Schaltung werden anhand der Figuren 3 und 4 näher erläutert.

Der wesentliche übrige Teil des in Figur 1 dargestellten Schalters umfaßt einen Umkehrschalter 48 zur Drehrichtungsumkehr des angeschlossenen Gerätemotors. Dieser Umkehrschalter wird anhand von Figur 6 näher erläutert und weist ein verhältnismäßig dünnes, flaches, rechteckiges Gehäuse auf, das in das Oberteil des Gehäuses 2 paßt. Der Umkehrschalter 48 ist mit Hilfe von Nieten 50 am Gehäuse 2 befestigt. Der Umkehrschalter 48 weist übliche Einsteckklemmen 52 zur Herstellung der Motorverbindung auf. Ein Sperrglied 54 wirkt mit dem schwenkbaren Teil des Umkehrschalters 48 zusammen und besitzt einen nach unten gerichteten Arm 56, der durch eine Öffnung 58 in der Oberseite

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des Gehäuses 2 ragt. Dieser Arm 56 wirkt mit einem vorstehenden Rand 60 des Schalthebels 4 zusammen und verriegelt den Umkehrschalter 48 gegenüber dem Schalthebel 4. Diese Verriegelung dient zur Verhinderung einer Drehrichtungsumkehr des Motors bei laufendem Motor. Der Umkehrschalter ist somit nur dann betätigbar, wenn sich der Schalthebel 4 in seiner äußersten oder Ausschaltstellung befindet. Ein Umkehrschalterbetätiger 62 ist an die Oberseite des Umkehrschalters 48 angeschlossen. Auf diese Weise ist an der Rückeite des Drehzahlregelschalters oder an der Rückseite des Handgriffs des motorbetriebenen Gerätes ein Umkehrschalter vorgesehen. Es sind aber auch andere Betätigungselemente, beispielsweise Hebel, zur Einstellung des Schalthebels 4 mit dem Umkehrschalter 48 verbindbar.

Figur 2 zeigt Einzelheiten der Drehzahlsteuereinheit 24, wobei diese in auseinandergezogener Darstellung gezeigt ist. Gleiche Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 versehen. Figur 2 stellt eine Ansicht der Steuereinheit 24 von der anderen Seite als in Figur 1 dar, um die Anordnung der Kontakte 40, 42 und 44 zu verdeutlichen.

Gemäß Figur 2 ist die Steuereinheit 24 im wesentlichen aus zwei Isolierteilen 64 und 66 aufgebaut, die durch Riegelelemente 68 und 70 in Form einer Schnappverbindung miteinander verbunden _ft sirid. J)Je ^mechani sehen Schal tkon-

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takte 32, 34 und 40 gelangen dabei in entsprechend geformte Vertiefungen in den Außenflächen der Isolierteile 64 und 66. Der Schleifkontakt 30 besitzt ein erstes Paar von Federarmen 72, die in einer im Isolierteil 66 vorgesehenen Vertiefung 74 laufen. Gegenüber den ersten Federarmen 72 ist ein Paar gabelförmiger, zweiter Federarme vorgesehen, die in montiertem Zustand einen gedruckten Widerstand der Regelschaltung 46 gemäß Figur 4 berühren. Die feststehenden mechanischen Schaltkontakte 42 und 44 sind fest mit der Drehzahlregelschaltung 46 verbunden und bilden einen Teil von dieser. In der Isolierteilhälfte 64 sind Schlitze in Form von Öffnungen .78 vorgesehen, wodurch die Kontakte 42 und 44 bei zwischen die Isolierteilhälften 64 und 66 eingelegter Regelschaltung 46 nach außen ragen. Der feststehende Kontakt 44 bsitzt ferner einen nach unten in Richtung auf die Öffnung 38 gerichteten Abschnitt zur Herstellung einer Einsteckverbindung mit einer anzuschließenden Leitung.

Figur 3 zeigt ein Schaltbild einer Ausführung der Drehzahlregelschaltung. Das wesentliche Steuerelement dieser Schaltung ist ein Silizium-Thyristor Q2, der zwischen einer Netzleitung und einer Motorleitung in Reihe geschaltet ist. Der halbleitergesteuerte Gleichrichter wird von einer Triggerdiode Ql angesteuert, die immer dann durchschaltet, wenn an einem Kondensator Cl eine ausreichend

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hohe Spannung erreicht wird. Das Laden des Kondensators Cl erfolgt über ein Widerstandsnetzwerk bestehend aus den veränderlichen Widerständen RIA und RlB sowie den unveränderlichen Widerständen R2 und R3. Ferner ist eine Diode Dl parallel zum Kondensator Cl geschaltet, um die Maximalspannung über den Kondensator während der negativen Halbwelle der Versorgungsspannung zu begrenzen. Die Grundfunktion einer derartigen Schaltung zur Leistungssteuerung ist bekannt. Der Schleifkontakt 30 ist in Figur 3 gestrichelt angedeutet; je nach Stellung des Schalthebels 4 hängt er einen Teil der Widerstände RIA und RlB ab.

Figur 4 zeigt Einzelheiten der Drehzahlregelschaltung gemäß Figur 3, wobei alle Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Figur 3 versehen sind. Die um die Rückseite des Regelschaltungsträgers 46 greifenden Teile der feststehenden Kontakte 42 und 44 sind ebenfalls bezeichnet. Man erkennt, daß ein Teil des Kontakts 44 mit der Rückseite der Regelschaltung 46 verlötet ist und eine Wärmeableitung für den Thyristor Q2 darstellt. Die durch volle Linien angedeuteten Widerstände und die (schraffierten) Leitungen bilden eine übliche gedruckte Schaltung, die durch Siebdruckverfahren und anschließendes Brennen herstellbar sind. Die spezielle Anordnung der Widerstände RIA und RlB liefert jedoch überlegene Ergebnisse in bezug auf Wiederholbarkeit und Funktionalität der elektronischen Drehzahlregelschaltung. Die beiden Widerstands-

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streifen sind praktisch identisch und werden daher auf einmal beschrieben. Der Widerstand RIA beispielsweise besteht hauptsächlich aus einer rechtecksförmigen Widerstandsschicht 80 mit einer darin vorgesehenen dreiecksförmigen Öffnung 82. Unter den Enden der Widerstandsschicht 80 sind kleinere Rechtecke aus leitendem Material 84 und 85 aufgebracht, die den Widerstand der darübergedruckten Widerstandschicht praktisch auf Null reduzieren. Der Widerstand RIA wird daher praktisch nur von der Widerstandsschicht im Bereich 86 zwischen den leitenden Materialflächen 84 und 85 gebildet. Eine Seite der dreiecksförmigen Öffnung 82 liegt an oder nahe dem Rand der leitenden Materialschicht 84 und damit nahe einem Ende des Widerstandes RIA.

Dies hat eine Anzahl von Vorteilen, und zwar liefert der Schleifkontakt 30 die geringste Drehzahl dann, wenn sein auf den Widerständen RIA und RlB gleitender Kontakt an der Stelle der leitenden Unterlagen 84 liegt. In dieser Stellung liegt der maximale Widerstand in Reihe mit dem Kondensator Cl, was zu der langsamsten Ladegeschwindigkeit führt und den Thyristor Q2 für die kürzeste Zeit aufsteuert. Die Motordrehzahl wird durch Niederdrücken des Schalthebels 4 gesteigert, wobei der Schleifkontakt 30 in Figur 4 nach rechts bewegt wird und den mit dem Kondensator Cl in Reihe liegenden Widerstand so lange

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verringert, bis ein Mindestwert erreicht ist; im letzteren Fall berührt der Schleifkontakt 30 die leitenden Unterlagen 85. Eine kontinuierliche Drehzahlregelung erfolgt dabei während der Verschiebung des Schleifkontakts solange, wie dies durch die Länge des Widerstandsbereichs 86 der Widerstände RIA und RlB festgelegt ist. Wenn die 'leitenden Unterlagen 84 und 85 nicht unter den Enden der Widerstandsschichten RIA und RlB lägen, müßte die Schaltung 46 äußerst genau in bezug auf das Gehäuse 2 montiert werden, beispielsweise in der Art gemäß US-PS 3 886 340. Durch die Verwendung der Unterlagen 84 läßt sich die AnI auf spannung bereits im Werk beim ersten Schließen der Kontakte auf einen bekannten, für alle Schalter gleichen Wert einstellen.

Da die leitende Unterlage 84 eine deutliche Ausdehnung besitzt, brauchen die gabelförmigen Federarme 76 des Schleifkontakts 30 beim ersten Schließen des mechanischen Schalters nur irgendwo auf die leitende Unterlage 84 gesetzt zu werden. Eine weitere Motordrehzahlerhöhung wird dann erreicht, wenn der Schalthebel 4 soweit niedergedrückt wird, daß der Schleifkontakt 30 von der leitenden Unterlage 84 in den Widerstandsbereich 86 des Widerstandes Rl geschoben wird. In ähnlicher Weise bildet die leitende Unterlage 85 eine Totzone am oberen Ende des Drehzahlregelteils der Steuerschaltung. Wenn die Federarme 76 den Rand der leitenden Unterlage 85 erreichen,

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dann liefert die Drehzahlregelschaltung 46 etwa die Hälfte der vollen Versorgungsspannung und hält diese Spannung für jeden Punkt der leitenden Unterlage 85. Eine weitere Geschwindigkeitserhöhung wird dadurch erreicht, daß man den Schalthebel 4 vollständig niederdrückt und einen mechanischen Endkontakt herstellt, der die Drehzahlregelschaltung 46 überbrückt und die volle Versorgungsspannung an den Motor legt. Dieser mechanische Kontakt läßt sich je nach Breite der leitenden Unterlage 85 in irgendeiner Stellung des Schalthebels 4 erzielen, was zu einem zuverlässigen Betrieb führt.

Es ist von Bedeutung, daß die Widerstandsschicht für die Widerstände RIA und RlB über die leitenden Unterlagen 84 und 85 gedruckt wird. Es ist zwar schon bekannt, eine leitfähige Schicht auf einer Widerstandsschicht vorzusehen, dies führt jedoch zu einer wesentlichen Verringerung der Lebensdauer derartiger Vorrichtungen. Wenn die Federarme 76 nämlich von einer metallischen Kontaktfläche auf eine Widerstandskontaktfläche gleiten, dann führt dies im allgemeinen zu einem Verschmieren der Oberfläche der Widerstandsschicht mit Metall. Dieses aufgeschmierte Metall verringert den Widerstandswert des Widerstandes oder schließt diesen im ungünstigsten Falle sogar kurz, was die Charakteristik der Schaltung wesentlich verändert.

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Die Öffnungen 82 in den Widerständen RIA und RlB stellen sicher, daß die im Werk eingestellte Anfangsspannung der Drehzahlregelschaltung sehr genau der tatsächlichen Drehzahl entspricht, die bei montiertem Schalter mit dem Schleifkontakt 30 erzielbar ist. Die Einstellung der Anfangsspannung in der Regelschaltung 46 erfolgt durch Überbrückung der leitenden Unterlagen 84 und Spannungszufuhr zur Schaltung unter gleichzeitger Abstimmung des Widerstandes R2 auf die gewünschte Anfangsspannung. Die leitenden Unterlagen 84 bewirken in der Praxis einen guten metallischen Leitungskontakt zu den Widerständen RIA und RlB entlang einer neben der dreieckigen Öffnung 82 liegenden Linie. Die gleiche Wirkung wird erreicht, wenn der Schleifkontakt 30 auf die leitenden Unterlagen 84 gelegt wird. Wird der Schleifkontakt 30 hingegen von der leitenden Unterlage 84 in den Widerstandsbereich 86 bewegt, dann bilden die zweiten Federarme 76 Kontaktpunkte, die einen deutlich höheren Widerstand als eine kontinuierliche Kontaktlinie aufweisen. Ohne die dreieckigen Öffnungen 82 würde der tatsächliche Widerstand der Widerstände RIA und RlB zunehmen anstatt in gewünschter Weise abzunehmen, wenn der Schleifkontakt 30 den Bereich der leitenden Unterlagen 84 verläßt. Die dreieckigen Öffnungen 82 simulieren praktisch die Spitzenkontaktwirkung des Schleifkontakts 30, so daß die in den Unterlagen 84 gemessenen Widerstandswerte praktisch gleich groß wie bei einem nahe dem linken Ende des Widerstandsbereichs 86

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liegenden Schleifkontakts sind. Die Öffnungen 82 bilden somit einen allmählichen Übergang von der durch das Berühren der leitenden Unterlagen 84 gelieferten Anfangsspannung zu einer im Widerstandsbereich 86 erzielbaren, sich erhöhenden Spannung, die bei im Bereich der leitenden Unterlage 85 liegenden Kontakten einen Maximalwert erreicht. Derartige Widerstandsanordnungen sind daher für die Massenproduktion geeignet. Die veränderlichen Widerstände RIA und RlB sind praktisch linear. Dadurch, daß in der Schaltung gemäß Figur 3 die veränderlichen Widerstände parallel zu dem unveränderbaren Widerstand R2 geschaltet sind, ist eine gewisse Nichtlinearität der einstellbaren Widerstände zulässig.

Figur 5 zeigt die Rückseite des Trägers der Regelschaltung 46. Die feststehenden Kontakte 42 und 44 sind wiederum in Draufsicht dargestellt und lassen ihre relative Lage bezüglich des Schaltungssubstrats erkennen. Der feste Kontakt 42 hat eine große, ebene Fläche 88, die auf die Rückseite der Schaltung 46 aufgelötet ist. Dies ergibt für den Kontakt 42 eine gute mechanische Abstützung und ist außerdem ein gutes Kühlblech für den Thyristor Q2, der auf der Vorderseite des Schaltungssubstrats 46 sitzt. Man erkennt, daß die ebene Fläche 88 des Kontakts 42 den Teil des Kontakts 44 überragt, auf dem der Thyristor Q2 untergebracht ist.

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Figur 6 zeigt in Draufsicht eine Seite der Drehzahlsteuereinheit 24, wobei wiederum die Anordnung der Kontakte 40, 42 und 44 sowie Einzelheiten des Gleitkontakts 18 erkennbar sind. Der Gleitkontakt 18 ist in Maximaldrehzahlstellung dargestellt, wobei er gleichzeitig die festen Kontakte 42 und 44 berührt. Man erkennt dabei, daß die festen Kontakte 42 und 44 jeweils ebene Kontaktflächen 92 und 94 aufweisen, die etwa einen Winkel von 90 zueinander einschließen. In der dargestellten Ausführung liegt die Kontaktfläche 94 etwa im Winkel von 35° zur Horizontalen. Ein größerer Winkel bis zu beispielsweise 45° erscheint zwar zweckmäßig, erfordert aber einen übermässigen Kraftaufwand zum vollen Niederdrücken des Schalthebels 4. In der dargestellten Ausführung weist der Schleifkontakt 18 ebenfalls ebene Kontaktflächen 96 und 98 auf, die den Kontaktflächen 92 und 94 entsprechen und einen Tangentialkontakt gleichzeitig mit beiden festen Kontakten 42 uno 44 ermöglichen. Eine dritte, ebene- Kontaktfläche 100 liegt zwischen den Kontaktflächen 96 und 98 des Gleitkontakts 18. Die in Figur 6 erkennbare strichpunktierte Linie 102 deutet die Stellung des Gleitkontakts 18 für eine unter voller Drehzahl liegende Spannung an. Vergleicht man die voll ausgezogene Stellung des Gleitkontakts 18 mit der strichpunktierten Stellung 102, so erkennt man, daß das Öffnen der Kontakte bezüglich der Kontaktflächen 94 und 98 im wesentlichen normal zu diesen beiden Flächen erfolgt. Die Ablösestelle liegt zudem im

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Abstand zur Kante 104 des festen Kontakts 44. Dadurch wird eine Lichtbogenbildung beim Öffnen der Schaltkontakte verhindert oder zumindest weitgehend unterbunden. Bei üblichen Gleitkontaktschaltern wird nämlich beim Schieben über die Kontaktkante an dieser Stelle ein Lichtbogen gezogen. Das Lösen der Kontaktflächen soll außerdem so schnell wie möglich erfolgen. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden die Kontaktflächen 94 und 98 mit 40 % höherer Geschwindigkeit als der geradlinigen Bewegungsgeschwindigkeit des Schalthebels 4 voneinander getrennt.

Gegenüber den aus der US-PS 3 886 340 bekannten Schaltern, bei den der Volldrehzahlkontakt im wesentlichen eben erfolgt, ist der erfindungsgemäße Schalter deutlich überlegen. Wie bereits erwähnt, beträgt die Lebensdauer
für die bekannten Schalter 10000 bis 15000 Schaltvorgänge, während mit Hilfe des erfindungsgemäßen Schalters 101000 Schaltvorgänge fehlerfrei durchführbar waren. Über diesen Wert hinaus wurden keine Versuche unternommen, da zu diesem Zeitpunkt bereits ein Lagerschaden an dem mit dem Schalter versehenen Gerät auftrat.

Anhand von Figur 6 sind weitere Vorteile der Erfindung erkennbar. Wie bereits erwähnt, erfolgt das Annähern und Lösen der Kontaktflächen 94 und 97 etwa normal zueinander und bei einer vollständigen Niederdrückung des Schalthebels 4 gleitet die Kontaktfläche 98 des Gleitkontakts

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18 auf der feststehenden Kontaktfläche 94 aufwärts, was einen Selbstreinigungseffekt zur Folge hat. Für den Fall, daß auch bei dem erfindungsgemäßen Schalter gelegentlich Funken gezogen werden, besteht die Gefahr einer Aufrauhung der Kontaktfläche 98. Wenn diese rauhe Fläche dann über die Kontaktflächen des feststehenden Kontakts 42 gleitet, könnte dies an irgendeiner Stelle zu Beschädigungen führen. Bei der erfindungsgemäßen Schrägstellung der den festen Kontakt 44 berührenden Kontaktfläche des Gleitkontakts erfolgt nie eine Berührung des festen Kontakts 42. Wird der Schalthebel 4 losgelassen und der Gleitkontakt 18 in Figur 6 nach rech'ts bewegt, beispielsweise in die Stellung 102, dann gleitet die Kontaktfläche 96 auf der geneigten Kontaktfläche 92 aufwärts. Ein weiteres Loslassen des Schalthebels 4 bringt die Kontaktfläche 100 mit der ebenen Fläche 106 des feststehenden Kontakts 42 in Berührung. Diese ebene Kontaktfläche 100 stellt den Kontakt mit der Kontaktfläche 106 bei niederer Drehzahl her, wenn die ebene Kontaktfläche 96 auf eine Isoliernocke 108 läuft.

In der dargestellten bevorzugten Ausführung weist der Gleitkontakt 18 im wesentlichen ebene Kontaktflächen auf. Es sind aber auch glatte stetige Kurvenverläufe für die Kontaktflächen 96, 98 und 100 möglich, die einen gleichzeitgen Tangentialkontakt mit den Kontaktflächen 92 und

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94 der feststehenden Kontakt2 42 und 44 ermöglichen. Die ebenen Flächen des Gleitkontakts 18 verringern die Stromdichte an den Kontaktstellen und damit die Kontakterwärmung, was eine Erhöhung der Lebensdauer mit sich bringt. Eine Unterdrückung der Lichtbogenbildung läßt sich aber auch mit gekrümmten Kontakten erzielen, sofern diese im wesentlichen entlang von gemeinsamen Flächennormalen abgehoben und gegeneinander bewegt werden.

Figur 7 zeigt einen Umkehrschalter in auseinandergezogener Darstellung, und zwar gegenüber der Darstellung gemäß Figur 1 über Kopf dargestellt. Der Umkehrschalter 48 besteht im wesentlichen aus einem zweistückigen Kunststoffgehäuse mit einem Unterteil 110 und einem Oberteil 111. Im Unterteil 110 liegt der Kontaktbereich eines Drehschalters 112 mit zwei eingebetteten Metallstreifen 114 und 116. Ferner liegen vier feststehende Kontakte 118 etwa an den vier Ecken des Unterteils 110. Das Unterteil 110 besitzt ferner eine kreisförmige Öffnung mit zwei abgeflachten Seiten, die den Drehschalter 112 halten. Der Drehschalter 112 ist ebenfalls etwa kreisförmig, besitzt jedoch vier abgeflachte Flächen, die zusammen mit der Öffnung im Unterteil 110 den Drehschalter 112 in jeder von zwei Schaltstellungen halten. Das Unterteil 110 und der Drehschalter 112 bestehen aus einem federnden Kunststoff, der den Drehschalter von einer Schaltstellung in die andere schnappen läßt, wenn die Kunststoffteile etwas

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verbogen werden. Die vier feststehenden Kontakte 118 sind so angeordnet, daß sie an übliche Einsteckklemmen 52 angeschlossen sind. In die Einsteckklemmen 52 werden zum Motor führende Leitungen einfach eingesteckt. Dieser Schalter ist wesentlich einfacher als alle bislang bekannten Umkehrschalter. Das Ober- und Unterteil 111 bzw. 110 des Schaltergehäuses sind mit Vorsprüngen und entsprechenden Vertiefungen versehen, so daß sich die beiden Teile 110 und 111 durch einfaches Zusammenstecken verbinden lassen. Die Vorsprünge schnappen dabei in die entsprechenden Nuten des jeweils anderen Teils.

Der zuvor beschriebene Drehzahlregelschalter läßt sich aufgrund seiner geringen Abmessungen praktisch in jedes motorgetriebene Handwerkzeug einbauen. Er wird zwischen die Netzleitung und die Motorleitungen gelegt. Die zuvor erwähnte Halbwellensteuerelektronik liefert eine veränderbare Drehzahl, die zwischen praktisch Null und der halben vollen Drehzahl veränderbar ist. Darüber hinaus liefert der mechanische Schalter eine volle Leistungsübertragung und damit eine entsprechende Maximaldrehzahl. Es ist dem Fachmann klar, wie die Drehzahlregelschaltung 46 abzuändern ist, um über den gesamten Drehzahlbereich von etwa Null bis Maximum eine ununterbrochene Drehzahlregelung zu ermöglichen. Hierzu sind allerdings mehr Bauteile als in der dargestellten Schaltung erforderlich. Allerdings ist

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auch eine derart abgewandelte volle Drehzahlregelschaltung in der erfindungsgemäßen Drehzahlsteuereinheit 24 unterbringbar. Unabhängig davon, ob eine volle oder eine teilweise Drehzahlbereichsregelung vorgesehen ist, hängt die Motordrehzahl jeweils von der Stellung des Handschalters 4 ab. Der zuvor beschriebene veränderliche Widerstand ist auch für eine Vollbereichs- Drehzahlregelung verwendbar.

hu: wo

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Claims

ANSPRÜCHE

1.) Drehzahlregelschalter für ein tragbares Gerät, insbesondere Werkzeug, mit einem Gehäuse, in dem ein Schalthebel zur Veränderung der Motordrehzahl hin und her bewegbar ist und eine elektronische Halbwellen-Drehzahlregelschaltung sowie eine mechanische Schalteinrichtung an den Schalthebel angeschlossen sind, um die Drehzahlregelschaltung in einer ersten Betätigungsstellung mit Spannung zu versorgen und in einer zweiten Betätigungsstellung die Versorgungsspannung unmittelbar an das Gerät zu legen, dadurch gekennzeichnet, daß erste, zweite und dritte feststehende Kontakte sowie ein erster Gleitkontakt mit

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dem Schalthebel zu gemeinsamer Bewegung verbunden sind, wobei der erste Kontakt an eine Klemme des Gerätes anschließbar ist und eine im wesentlichen ebene Kontaktfläche aufweist, auf der ein erstes Ende des ersten Gleitkontaktes gleitet, daß der zweite Kontakt an einen Ausgang der Drehzahlregelschaltung angeschlossen ist und daß der dritte Kontakt zum Anschluß einer Versorgungsleitung dient, wobei die zweiten und dritten Kontakte im Abstand zueinander liegende Kontaktflächen aufweisen, die in bezug auf die Bewegungsrichtung des Schalthebels geneigt sind und wobei die Ebenen der geneigten Kontaktflächen enen Winkel von etwa 90 einschließen, daß der erste Gleitkontakt ein zweites Ende zum Berühren der zweiten und dritten feststehenden Kontakte aufweist, wobei das zweite Ende zumindest erste und zweite Kontaktflächen zum tangentialen Kontaktieren der geneigten Kontaktflächen der zweiten und dritten Kontakte bei einer Zwischenstellung des Schalthebels aufweist, wobei das Schließen und Öffnen der Kontakte in bezug auf den dritten Kontakt etwa in Richtung der Flächennormalen der geneigten Kontaktfläche des dritten Kontaktes erfolgt, und daß der dritte Kontakt eine hinreichende Länge besitzt, die die Öffnungsstelle beim Abheben der Kontakte im Abstand zu einer Kante der geneigten Kontaktfläche liegen läßt.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vierte und fünfte feststehende Kontakte sowie ein zweiter Gleitkontakt mit dem Schalthebel zur gleichzeitigen Parallelverschiebung mit dem ersten Gleitkontakt verbunden sind, wobei der vierte Kontakt zum Anschließen an eine andere Klemme des Gerätemotors dient und eine im wesentlichen ebene Fläche aufweist, auf der ein erstes Ende des zweiten Gleitkontaktes läuft, und daß der fünfte Kontakt an eine weitere Versorgungsleitung anschließbar ist und eine im wesentlichen ebene Fläche aufweist, auf der ein zweites Ende des zweiten Gleitkontaktes einen Kontakt öffnet und schließt und nach dem Schließen gleitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Drehzahlregelschaltung mit Hilfe eines Widerstands-Schleifkontaktes mit dem Schalthebel mechanisch verbunden ist, um mit diesem zusammen bewegt zu werden und dabei einen Widerstandsstreifen zu berühren, dadurch gekennzeichnet, daß der gedruckte Widerstandsstreifen eine im wesentlichen rechtecksförmige Widerstandsschicht auf einem Substrat ist und unter jedem Ende erste und zweite leitfähige Unterlagen aufweist, wobei der Widerstand auf dem Substrat derart angeordnet ist, daß der Schleifkontakt den Widerstand in der ersten Schalthebelstellung über der

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ersten leitfähigen Unterlage und bei der zweiten Schalthebelstellung über der zweiten leitfähigen Unterlage berührt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstands-Schleifkontakt gegabelte Kontaktflächen zur Kontaktierung der gedruckten Widerstandsschicht aufweist, und daß in der Nähe der ersten leitfähigen Unterlage eine dreieckige Ausnehmung in der gedruckten Widerstandsschicht vorgesehen ist, die derart bemessen ist, daß der Widerstand der Widerstandsschicht gemessen an der leitfähigen Unterlage praktisch gleich groß wie unmittelbar anschließend an die erste leitfähige Unterlage ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem an das Schaltergehäuse und den Schalthebel angeschlossenen Umkehrschalter zur Drehrichtungsumkehr eines angeschlossenen Gerätes bei in ausgeschalteter Stellung befindlichem Schalthebel, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen rechtecksförmiges Unter- und Oberteil mit Schnappvorsprüngen an einem Teil und entsprechenden Ausnehmungen am anderen Teil ein zweites Gehäuse bilden, daß das Unterteil eine Kammer mit zwei gegenüberliegenden kreisförmigen Wandabschnitten und zwei ebenfalls gegenüberliegenden geraden Seiten aufweist, daß in der Kammer ein Schalt-

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glied untergebracht ist, welches eine scheibenförmigen Isolierkörper mit gegenüberliegenden, kreisförmigen Bogenstücken entsprechend den gekrümmten Kammerwänden aufweist, daß die beiden gegenüberliegenden geraden Ränder andererseits den geraden Kammerwänden angepaßt sind, daß auf einer ersten Seite des Schaltkörpers Kontaktstreifen vorgesehen sind, daß erste bis vierte feststehende Kontakte im Unterteil liegen und mit ihren Kontaktflächen die erste Seite des Schaltkörpers berühren, daß die Kontaktstreifen und die feststehenden Kontakte derart angeordnet sind, daß sie die ersten und zweiten feststehenden Kontakte sowie die dritten und vierten feststehenden Kontakte in einer ersten Schaltstellung verbinden und in einer zweiten Schaltstellung des Schaltkörpers eine Verbindung zwischen den ersten und vierten bzw. den zweiten und dritten feststehenden Kontakten herstellen, daß die feststehenden Kontakte mit Anschlußklemmen verbunden sind, daß Einrichtungen zum Drehen des Schaltkörpers zwischen der ersten und zweiten Schaltstellung vorgesehen sind, und daß ein Sperrglied eine Drehung des Schaltkörpers bei betätigtem Schalthebel verhindert.

6. Drehzahlregelschalter für einen Motor in einem tragbaren Gerät mit einem Gehäuse, in dem ein Schalthebel zur Auswahl der Gerätedrehzahl hin und her

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bewegbar ist, wobei das Gehäuse eine mit dem Schalthebel über einen Gleitkontakt gekoppelte elektronische Schaltung aufweist und wobei der Gleitkontakt auf zumindest einem gedruckten Widerstandsstreifen gleitet und gegabelte Enden zur Herstellung von zwei etwa punktförmigen Kontaktstellen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der gedruckte Widerstandsstreifen ein im wesentlichen rechteckiger Streifen aus einer auf einem Substrat untergebrachten Widerstandsschicht ist, wobei unter den Enden dieses Widerstandsstreifens im wesentlichen rechtecksförmige leitende Unterlagen vorgesehen sind, und daß in der Nähe einer der leitfähigen Unterlagen eine dreieckige Aussparung in dem Widerstandsstreifen vorgesehen ist, durch die ein elektrischer Punktkontakt mit einer der leitfähigen Unterlagen einen durch den gegabelten Gleitkontakt erfolgenden Kontakt des Widerstandsstreifens an einem benachbart zu der einen leitfähigen Unterlage liegenden Punkt simuliert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Gleitkontakt auf zwei gedruckten Widerstandsstreifen gleitet, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Widerstandsstreifen gemäß Anspruch 6 gleichzeitig von dem Gleitkontakt berührt wird.

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8. Drehzahlregelschalter für einen Motor zur Regelung der Motordrehachse in Abhängigkeit von der Bewegung eines Schalthebels, wobei bei einer ersten Schalthebelstellung eine erste Motordrehzahl und bei einer zweiten Schalthebelstellung eine zweite Motordrehzahl erhalten wird, während bei Zwischenstellungen des Schalthebels Zwischendrehzahlen erhältlich sind und wobei die Motordrehzahl von der Stellung eines Gleitkontaktes auf einem gedruckten Widerstandsstreifen abhängig und der Gleitkontakt zur Bewegung mit dem Schalthebel mit diesem gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen rechtecksförmiger Streifen einer Widerstandsschicht auf einem Substrat aufgebracht ist, daß im wesentlichen rechtecksförmige erste und zweite leitfähige Unterlagen unter den Enden des Widerstandsstreifens auf dem Substrat aufgebracht sind, daß die Länge des Widerstandsstreifens dem Abstand zwischen der ersten und zweiten Schalthebelstellung entspricht, und daß die leitfähigen Unterlagen derart aufgebracht sind, daß der Gleitkontakt den Widerstandsstreifen in der ersten Schaltstellung über der ersten leitfähigen Unterlage und in der zweiten Schaltstellung über der zweiten leitfähigen Unterlage berührt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitkontakt ein gegabeltes Ende zur

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Berührung des gedruckten Widerstandsstreifens aufweist, und daß im Widerstandsstreifen eine dreieckige Aussparung vorgesehen ist, deren einer Rand neben einer der beiden leitfähigen Unterlagen liegt, wobei ein elektrischer Kontakt mit dem Widerstandsstreifen im Bereich einer der Unterlagen einen Kontakt des Gleitkontaktes an einem neben der leitfähigen Unterlage liegenden Punkt der Widerstandsschicht simuliert.

10. Drehzahlregelschalter zur Lieferung einer ersteh Spannung in einer ersten Schaltstellung sowie zur Abgabe einer zweiten Spannung in einer zweiten Schaltstellung, dadurch gekennzeichnet, daß erste, zweite und dritte feststehende Kontakte vorgesehen sind und ein leitender Gleitkontakt zur gemeinsamen Bewegung mit dem Schalthebel gekoppelt ist, daß der erste Kontakt eine im wesentlichen ebene Fläche aufweist, daß der Gleitkontakt ein auf dem ersten Kontakt gleitendes erstes Ende besitzt, daß die zweiten und dritten Kontakte im Abstand zu dem ersten Kontakt liegen und daß ein zweites Ende des Gleitkontaktes den zweiten Kontakt in der ersten Schalthebelstellung berührt und den dritten Kontakt in der zweiten Schalthebelstellung kontaktiert, daß die zweiten und dritten Kontakte geneigte Flächen bezug-

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lieh der Bewegungsrichtung des Schalthebels aufweisen, die zueinander einen Winkel von etwa 90° einschließen, daß das zweite Ende des Gleitkontaktes zumindest erste und zweite Flächen zum gleichzeitigen tangentialen Berühren der geneigten Fläche des zweiten und dritten feststehenden Kontaktes bei Mittelstellung des Schalthebels besitzt, wobei während einer Hin- und Herbewegung des Schalthebels das zweite Ende des Gleitkontaktes einen Kontakt bezüglich dem zweiten und dritten feststehenden Kontakt etwa in Richtung der Flächennormalen der geneigten Flächen öffnet und schließt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigten Flächen des zweiten und dritten feststehendes Kontaktes hinreichend lang sind, um das Öffnen und Schließen des Kontaktes mit dem Gleitkontakt an Punkten zu gewährleisten, die im Abstand zu den Enden der zweiten und dritten Kontakte liegen.

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