DE3120302C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung zur Verhinderung einer Drehzahlüberschreitung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Sicherheitsvorrichtung zur Verhinderung einer Drehzahlüberschreitung ist aus der DE-PS 17 63 279 für eine drehzahlgeregelte Handwerkzeugmaschine bekannt. Als Unterbrecher ist eine stromführende Sollbruchstelle in einer elektrischen Versorgungsleitung der Handwerkzeugmaschine vorgesehen. Wenn es bei einem Versagen der Drehzahlregelung zu Überschreitung einer Auslösedrehzahl kommt, wird die Sollbruchstelle von einem Messer durchtrennt. Letzteres ist als Teil eines drehzahlabhängigen Sprungwerks in der Radialbohrung eines Drehteils aufgenommen, das mit der Welle der Handwerkzeugmaschine rotiert. Das Messer liegt gegen einen zylindrischen Anschlag an, der quer zu der Radialbohrung verschieblich gelagert ist und mit einer gerundeten Kuppe darin vorsteht. Der Anschlag ist mit einer Stellfeder belastet, und das Messer ist mit einer Positionierfeder radial nach außen gegen den Anschlag gespannt. Bei Überschreiten der Auslösedrehzahl wird die Kraft der Stellfeder durch die an dem Messer angreifende Fliehkraft, die zu der Kraft der Positionierfeder hinzukommt, überwunden. Der Anschlag weicht zurück, und das Messer wird durch die progressiv ansteigende Fliehkraft nach außen geschleudert.

Bei dieser Sicherheitsvorrichtung hängt die Auslösedrehzahl von der Masse des Messers, der konstruktiv fest vorge­ gebenen Radialposition des Anschlags und der Kraft der beiden Federn ab. Da diese Größen Toleranzen unterliegen, kann es innerhalb einer Bauserie zu unerwünschten Variationen der jeweils eingestellten Auslösedrehzahl kommen. Es ist zwar theoretisch möglich, die Masse des Messers und die Federkonstanten anzupassen, um eine stets gleiche Auslöse­ drehzahl zu gewährleisten. Das ist jedoch ein sehr mühsames und zeitraubendes Unternehmen, da diese Anpassung nach dem Zusammenbau der Sicherheitsvorrichtung vorgenommen werden muß. Eine einfache Verstellmöglichkeit für die Auslösedrehzahl besteht bei der Sicherheitsvorrichtung der DE-PS 17 63 279 nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv unaufwendige Sicherheitsvorrichtung zur Verhinderung einer Drehzahlüberschreitung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine sehr empfindliche Einstellung der Auslösedrehzahl gestattet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Aus der DE-PS 8 66 815 ist eine Fliehkraftbremse mit einer Vorspanneinrichtung zur Einstellung der Vorspannung einer Feder bekannt, die das Fliehgewicht entgegen der daran angreifenden Fliehkraft gegen eine im Innern des Drehkörpers angeordnete Arretierung zur Anlage bringt. Die Vorspanneinrichtung besteht aus einer Stellschraube, an der sich die Feder mit einem Ende abstützt. Durch Verstellen der Stellschraube wird allein die Vorspannung der Feder, nicht aber die Ausgangsposition der Fliehmasse beeinflußt.

Eine Übertragung dieser Vorspanneinrichtung auf die Sicherheitsvorrichtung der DE-PS 17 63 279 würde zu einer Anordnung führen, bei der durch Verstellen des Anschlags allein die Spannkraft einer Feder beeinflußt wird, die entgegen der Fliehkraft auf das Messer wirkt. Damit würden aber kleine Stellhübe des Anschlags große Änderungen der Auslösedrehzahl zur Folge haben, so daß eine Feineinstellung der Auslösedrehzahl sehr schwierig wäre. Die Erfindung sieht demgegenüber vor, durch radiales Verstellen des Anschlags gleichzeitig die Spannkraft der Feder und die radiale Ausgangsposition des Messers o. ä. zu beeinflussen. Die Änderung der Auslösedrehzahl bei einem bestimmten Stellhub des Anschlags ist dadurch geringer, so daß sich eine Feineinstellung der Auslösedrehzahl leicht vornehmen läßt.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Scheibenschleifers mit einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung zur Verhinderung einer Drehzahlüberschreitung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Drehteils nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung zum Verständnis der Wirkung der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung,

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Gehäuse des in Fig. 1 gezeigten Scheibenschleifers mit schematisch dargestellter elektrischer Beschaltung des Scheibenschleifers,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Drehteils nach Fig. 1,

Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI - VI der Fig. 5,

Fig. 7 einen Vergleich der Einstellung der Auslösedrehzahl bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung mit dem Verhalten bei einer anderen Sicherheitsvorrichtung.

Fig. 1 zeigt als Beispiel für ein Gerät, bei dem die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung zur Verhinderung einer Drehzahlüberschreitung eingesetzt werden kann, einen Scheibenschleifer mit einem Gehäuse 1 und einem Antriebsmechanismus, nämlich einem Elektromotor 2, der in das Gehäuse eingepaßt ist. Der Elektomotor 2 besitzt eine Drehwelle 3, die an einem Ende fest mit einem Drehteil 5 verbunden ist, das drehbar in einem Gehäuse 6 aufgenommen ist, wie in Fig. 2 gesondert dargestellt. Der Elektromotor 2 wird, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, über einen Speisekreis mit elektrischer Leistung versorgt. Es wird über Schalter 22 eine Wechselspannung an eine Drehzahl-Steuereinheit 24 angelegt, und diese Wechselspannung wird über einen Unterbrecherschalter 4 mit dem Motor 2 zugeführt. Diese Speiseschaltung mit dem Unterbrecherschalter 4 ist bekannt und wird nicht näher erläutert. Die Speiseschaltung wird durch den Unterbrecherschalter 4 unterbrochen, wenn ein Unterbrecher (Stößel) 10, wie später beschrieben, an diesem auftrifft.

Der Unterschied zum Stand der Technik liegt im Innenaufbau des Drehteils 5. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch das umschließende Gehäuse 6 und das Drehteil 5, während in Fig. 5 eine Seitenansicht des Drehteils 5 gezeigt ist. Fig. 6 zeigt einen Schnitt längs der Linie VI - VI in Fig. 5.

Wie in Fig. 4 und 6 zu sehen, enthält das Drehteil 5 eine Radialbohrung. Ein Stift 13 ist in der Radialbohrung fest an dem Drehteil 5 angebracht. Ein Unterbrecher 10 ist beweglich in der Bohrung gegenüber zum Stift 13, bezogen auf die Drehachse des Drehteils 5, aufgenommen. Eine Wendelfeder 7, die als elastisches Teil wirkt, ist mit ihrem einen Ende am Stift 13 und mit ihrem anderen Ende mit dem Unterbrecher 10 verbunden. Ein Abschnitt der Bohrung ist mit einem Gewinde versehen, so daß ein zylindrisches Einstellelement 11 (Anschlag) eingeschraubt werden kann. Das zylindrische Einstellelement 11 ist mit einem Außengewinde versehen und kann deshalb als Einstellschraube 11 bezeichnet werden. Die erwähnte Wendelfeder 7, die zwischen dem Stift 13 und dem Unterbrecher 10 mit Spannung sitzt, reicht durch eine Bohrung der zylindrischen Einstellschraube 11 hindurch. Die Einstellschraube 11 kann durch Drehung im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn in Radialrichtung des Drehteils 5 verschoben werden. Wie in Fig. 4 zu sehen, besitzt der Unterbrecher 10 an seinem innengelegenen Ende eine Erweiterung, so daß er hier größer als der Außendurchmesser der Einstellschraube 11 ist. Dadurch ist die am weitesten innen gelegene Stellung des Unterbrechers 10 durch die Lage der Einstellschraube 11 bestimmt, da das obere Ende der Einstellschraube 11 infolge der Zugspannung der Feder 7 in Berührung mit dem inneren Ende des Unterbrechers 10 steht. Die Lage und Größe des Stiftes 13, der Einstellschraube 11, der Feder 7 und des Unterbrechers 10 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Feder 7 eine bestimmte Zugkraft ausübt, wenn diese Teile zusammengebaut sind. Der erwähnte Unterbrecherschalter 4 besteht aus einem Kupferstück und ist an dem Gehäuse 6 so angebracht, daß er der Umlaufbahn des Unterbrechers 10 zugewendet liegt. Auf diese Weise wird der Unterbrecherschalter 4 geöffnet, wenn der Unterbrecher 10 nach außen vordringt, und seine schneidende Spitze über das Drehteil 5 vorsteht, so daß es auf das Kupferstück auftrifft.

In Fig. 6 ist gezeigt, daß an einem Ende des Drehteils 5 ein Permanentmagnet 12 angeschraubt ist. Der Magnet 12 wird dazu benutzt, die Drehzahl des Drehteils 5 mittels eines Magnet-Aufnehmers (nicht gezeigt) zu erfassen. Der Aufnehmer ist mit der Drehzahl-Steuereinheit 24 verbunden, um die Drehzahl zu melden, so daß die Drehzahl-Steuereinheit 24 die dem Motor 2 zugeführte Spannung so steuern kann, daß die Drehzahl bei einem erforderlichen konstanten Wert gehalten wird. Falls ein Versagen des Magnetaufnehmers oder der Drehzahlsteuereinheit 24 eintritt, kann der Motor erhöhte Drehzahlen erreichen, so daß sich eine Gefahrensituation ergeben kann. Wenn das eintritt, bewirkt die Sicherheitsvorrichtung eine Unterbrechung des Speisekreises, durch den der Motor 2 mit elektrischer Leistung versorgt wird.

Sowohl die Anfangsspannkraft F₀ des elastischen Teils, d. h. der Feder 7, als auch der Mittenabstand R des Schwerpunkts des Unterbrechers 10 kann durch Verändern der Lage der Einstellschraube 11 gleichzeitig geändert werden.

Das Arbeitsprinzip der erfindungsgemäßen Sicherheits- Drehzahlbegrenzungsvorrichtung wird nun mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben. Hier ist der Unterbrecher 10 durch einen Kreis 9 um seinen Schwerpunkt G dargestellt. Auf den Unterbrecher 10 wirkt einerseits die Zentrifugalkraft F bei einer Drehung mit der Winkelgeschwindigkeit ω (jeweils durch Pfeile bezeichnet) und andererseits die Feder-Spannkraft F₀. Es ist der Abstand R des Schwerpunkts G von der Drehachse O in der Ausgangsposition des Unterbrechers 10 eingezeichnet, sowie eine Versetzung x des Unterbrechers 10 von seiner Ausgangsposition. Die Federkonstante der Wendelfeder 7 sei k. Die Masse m des Unterbrechers 10 und die Federkonstante k sind jeweils so gewählt, daß für die Auslösedrehzahl ω₀ gilt:

In Fig. 3 wirkt auf den Unterbrecher 10 in der Ausgangsposition eine Zentrifugalkraft F, der die Anfangsspannkraft F₀ der Feder entgegengerichtet ist. Unter der Annahme, daß die Winkelgeschwindigkeit des Drehteils 5, bei der die Anfangsspannkraft F₀ mit der Zentrifugalkraft F gleich ist, ω₀ ist, gilt:

(A) solange ω ≦ ω₀
F₀ ≧ mR ω² (2)

Diese Formel (2) zeigt, daß die Anfangsspannkraft F₀ der Feder 7 immer mindestens gleich der Zentrifugalkraft ist, so lange Bedingung (A) gilt. Deshalb bewegt sich der Unterbrecher 10 nicht.

Falls
(B) ω < ω₀, gilt
F₀ < mR ω² (3)

und die Zentrifugalkraft F übersteigt die Anfangsspannkraft F₀ der Feder 7, und damit bewegt sich der Unterbrecher 10 in Radialrichtung nach außen. Wenn diese Verschiebung x des Unterbrechers 10 einen bestimmten Wert größer Null annimmt, ergeben sich die Zentrifugalkraft F und die Spannkraft F _x der Feder 7 durch die folgenden Formeln (4) und (5):

F = m(R + x) ω² (4)
F _x = kx + F₀ (5)

Daraus ergibt sich

F - F _x = m(R + x) ω² - (kx + F₀) = (mR ω² - F₀) + x(m ω² - k) < 0 (6)

da

mR ω² < F₀ nach Formel (3),
ω² < k/m nach Formel (1), da ω < ω₀, und
x < 0.

Aus diesem Grunde ergibt sich F < F _x .

D. h., wenn die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit die Auslöse- Winkelgeschwindigkeit ω₀ überschreitet, bei der die Anfangsspannkraft F₀ im Gleichgewicht mit der Zentrifugalkraft F ist, wird der Gleichgewichtszustand verlassen, und die Zentrifugalkraft F wird größer als die jeweils auf den um den Verschiebungsweg x verschobenen Unterbrecher 10 einwirkende Spannkraft F _x der Feder 7. Deshalb springt der Unterbrecher 10 augenblicklich in Radialrichtung zur Außenseite des Drehteils 5 vor, d. h. der Unterbrecher 10 schiebt sich über den Umfang des Drehteils 5 hinaus.

Die Auslösedrehzahl, bei deren Überschreiten der Unterbrecher 10 herausspringt, kann dadurch eingestellt werden, daß gleichzeitig der Ausgangs-Mittenabstand R des Unterbrechers 10 und die Anfangsspannkraft F₀ der Feder 7 mittels der erwähnten Einstellschraube 11 verändert wird. Da gleichzeitig zwei Werte, nämlich R und F₀ erfindungsgemäß geändert werden, kann einfacher eine Feineinstellung vorgenommen werden als bei einer Sicherheitsvorrichtung, bei der nur die Anfangsspannkraft F₀ der Feder eingestellt wird. Eine solche Feineinstellung erlaubt ein einfaches Ausgleichen der bei der Herstellung der Sicherheitsvorrichtung immer auftretenden Toleranzen.

Zur Erläuterung wird nun die Fig. 7 herangezogen. In der Fig. 7 sind eine Verstellung d in Abszissenrichtung und die Auslösedrehzahlwerte, bei deren Überschreiten der Unterbrecher 10 wirksam wird, in Ordinatenrichtung aufgetragen. Die Kurve Ns1 stellt die sich ergebenden Auslösedrehzahlen dar, wenn nur die Anfangsspannkraft F₀ der Feder 7 eingestellt wird, während die Kurve Ns2 die Werte angibt, die durch gleichzeitiges Einstellen sowohl der Anfangsspannkraft F₀ der Feder 7 als auch des Mittenabstandes R des Schwerpunktes des Unterbrechers 10 erhalten werden, d. h. wie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Um nur die Anfangsspannkraft F₀ der Feder 7 zu ändern, wird die Lage des Stiftes 13 in Radialrichtung geändert, während die Lage der Einstellschraube 11 beibehalten wird. Die Verstellung d bedeutet demnach für die Kurve Ns1 eine solche Versetzung des Stiftes 13, während die Verstellung d für die Kurve Ns2 die Versetzung der Einstellschraube 11 bedeutet.

Es ergeben sich damit für die Auslösedrehzahlen folgende Beziehungen:

wobei P eine Konstante bedeutet.

Wie sich aus der Darstellung in Fig. 7 ergibt, verläuft die Kurve Ns2 weniger steil als die Kurve Ns1. D. h., daß eine Feineinstellung einfacher mit der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung als mit der Vergleichsvorrichtung zu erreichen ist.

Claims (3)

1. Sicherheitsvorrichtung zur Verhinderung einer Drehzahlüberschreitung zur Verwendung mit einem Gerät, das eine durch einen elektrischen Antriebsmechanismus angetriebene Drehwelle aufweist, mit einem mit der Drehwelle sich mitdrehenden Drehteil, einem Unterbrecher im Stromkreis des elektrischen Antriebsmechanismus in der Nähe des Drehteils und einem durch eine an dem Drehteil befestigte Feder elastisch radial nach innen vorgespannte, beweglich in einer Radialbohrung in dem Drehteil aufgenommenen Stößel, welcher mit dem Unterbrecher in Berührung kommt, wenn er in der Radialbohrung nach außen vordringt und der durch die Spannkraft der Feder gegen einen zylindrisch ausgebildeten Anschlag in der Radialbohrung gedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (11) zur gleichzeitigen Beeinflussung der radialen Ausgangsposition des Stößels (10) und der Spannkraft der Feder (7) radial verstellbar ist und ein Außengewinde aufweist, daß ein Abschnitt der Radialbohrung mit einem entsprechenden Innengewinde versehen ist, und daß die Feder (7) durch eine Bohrung des verstellbaren Anschlags (11) hindurchdringt.

2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung der Feder (7) an dem Drehteil (5) ein Stift (13) vorgesehen ist.

3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (10) an seinem inneren, gegen den Anschlag (11) anliegenden Ende eine Erweiterung mit einer größeren Erstreckung hat, als der Außendurchmesser des Anschlags (11) beträgt.