DE3144742A1

DE3144742A1 - "drehzahl-sicherungsschaltung fuer drehzahlgeregelte hauptschluss-elektromotoren von handwerkzeugen"

Info

Publication number: DE3144742A1
Application number: DE19813144742
Authority: DE
Inventors: Siegfried 6225 Johannisberg Huber; Manfred 6200 Wiesbaden Merkator
Original assignee: Black and Decker Inc
Current assignee: Black and Decker Inc
Priority date: 1981-11-11
Filing date: 1981-11-11
Publication date: 1983-05-19

Description

Drehzahl-Sicherungsschaltung ür drehzahlgeregelte Haut-
schluß-Elektromotoren von Handwerkzeugen In elektrischen Handwerkeugen, beispielsweise Bohrmaschineun, Handkreissägen und ähnlichen Geräten werden üblicherweise Hauptschluß-Kollektormotoren verwendet Eine elektronische Regelschaltung mit einem Stellglied, meist einem Triac, ermöglicht eine Drehzahlregelung oder auch nur Drehzahlbegrenzung. Da ein Hauptschlußmotor im Leerlauf sehr hohe Drehzahlen erreicht, muß ein solcher Motor spannungsmäßig so ausgelegt werden, daß er im Leerlauf und im üblichen Netzspannungsbereich noch in einem sicheren Drehzahlbereich von beispielsweise maximal 30 000 Upm bleibt. Da ganz allgemein jedoch das Bestreben dahin geht, eine möglichst hohe Leistung bei möglichst geringem Gewicht in einem Handwerkzeug zur Verfügung zu haben, wäre es vorteilhaft, einen Motor so auszulegen, daß er bereits bei einer Spannung, die niedriger als die Nennspannung ist, beispielsweise bei etwa 20 oder 30 % unterhalb der Nennspannung im unbelasteten Zustand seine maximal zulässige Drehzahl erreichte Mit Hilfe der Drehzahlregelung kann dann dafür gesorgt werden, daß bei Belastung der Motor in einem höheren Drehzahlbereich nahe der höchstzulässigen Drehzahl läuft und damit bei gleicher Leistung kleiner und leichter sein kann.
Eine solche Motorauslegung ist jedoch ohne eine zusätzliche Drehzahlbegrenzungssicherung nicht möglich9 weil bei einem Versagen der elektronischen Drehzahlregelung, beispielsweise bei einem Kurzschluß des Triac, der Motor in unzulässige Drehzahlbereiche hochlaufen würde und dann die Gefahr besteht, daß Teile des Ankers oder des auf der Motorwelle sitzenden Lüfterrades auseinanderreißen und den Benutzer erheblich gefährden. Man hat zur Lösung dieses Problems bereits versucht, durch den vom Lüfter gelieferten Luftstrom bei Überschreiten einer bestimmten Menge bzw. eines bestimmten Druckes einen mechanischen Schalter zu betätigen, der die Stromzufuhr unterbricht.
Eine solche Lösung ist jedoch aufwendig, und die Abschaltdrehzahl schwankt abhängig von einer Vielzahl von Faktoren, beispielsweise bei Verschmutzung oder Abdeckung von Lüftungsschlitzen und durch Alterung.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Sicherungsschaltung zur Drehzahlbegrenzung zu schaffen, die zuverlässig und unabhängig von der üblichen Drehzahlregelung bei geringem Aufwand arbeitet. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.
Wenn der Spannungsabfall an dem Reihenwiderstand unterhalb des vorgegebenen Schwellenwertes liegt, so bedeutet dies, daß der Motor unbelastet im Leerlauf läuft. Wenn dabei gleichzeitig der Spannungsabfall am Stellglied hoch ist und den Schwellenwert übersteigt, arbeitet die Drehzahl-regelung, und ein solcher Betrieb ist zulässig. Auch wenn der Spannungsabfall am Stellglied unterhalb des Schwellenwertes liegt, dagegen der Spannungsabfall am Widerstand den Schwellenwert übersteigt, ist der Betrieb zulässig, weil dann der Motor belastet ist und die Drehzahlregelung das Stellglied durchgesteuert hat. Erst wenn beide Spannungsabfälle unterhalb ihrer Schwellenwerte liegen, handelt es sich um einen Leerlaufbetrieb bei gleichzeitigem Defekt des Stellgliedes oder der zugehörigen Steuerschaltung. Dann wird der Betrieb mittels des Sicherungsschalters unterbrochen.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So kann die Auswerteschaltung zwei Komparatoren ausweisen denen die Spannungsabfälle am Stellglied bzw.
am Widerstand und je eine Bezugs spannung zur Einstellung der Schwellenwerte zugeführt sind, wobei die Komparatoren über ein UND-Glied den Sicherungsschalter betätigen.
Zur praktischen Verwirklichung des Sicherungsschalters bestehen mehrere Nöglich1eiten. Beispielsweise kann ein Relais verwendet werden, das durch die Auswerteschaltung um Abfallen gebracht wird und nur manuell wieder eingeschaltet werden kann. Eine besonders zweciunäßige Lösung sieht Jedoch vor, daß der Sicherungsschalter aus einer oberhalb einer vorgegebenen Temperatur auslösenden Sicherung mit einem elektrischen Heizer besteht, der durch die Äuswerteschaltung steuerbar ist. Temperatursicherungen sind an sich bekannt, beispielsweise aus der DE-OS 29 11 950. Sie enthalten einen Kontakt, der von einem bei einer gewünschten Temperatur schmelzenden Festkörper gegen die Wirkung einer Feder aufrecht erhalten wird. Beim Erreichen der Schmelztemperatur, beispielsweise wenn die Wicklung eines Transformators oder ein elektrischer Backofen fehlerhaft zu heiß werden, unterbricht die Temperatursicherung den Stromkreis. Es ist auch bereits bekannt, eine solche Sicherung mit einem Heizelement zu versehen, das bei Stromzufubr die Temperatursicherung ansprechen läßt (DE-OS 24 14 510).
Nachfolgend wird die Erfindung anIand der Zeihnungen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Drehzahl-Sicherungsschaltung nach der Erfindung; Fig. 2 einen Schnitt durch eine Temperatursicherung mit elektrischer Steuerung vor dem Ansprechen; Fig0 3 einen Schnitt durch die Temperatursicherung nach Fig. 2 nach dem AnsprechenO In der Schaltungsanordnung gemäß Fig0 1 liege ein Hauptschluß-Kollektormotor 1 über einen Schalter 2, einen Triac 3, einen Widerstand 4 und einen Sicherungsschalter 5 an der Netzspannung, die durch Anschlußklemmen 6, 7 symbolisiert ist. Die Drehzahl des Motors 1 wird durch eine Steuerschaltung 8 überwacht, wobei in bekannter Weise auch die Möglichkeit gegeben sein kann, bestimmteDrehzahlen vorzuwählen und unabhängig von der Belastung im Leistungsbereich des Motors konstant zu halten. Die Steuerschaltung erhält dazu in bekannter Weise eine Information über die Drehzahl des Motors, beispielsweise durch einen mit dem Motor 1 gekoppelten Tachogenerator. Der Triac 3 dient als Stellglied, wird also von der Steuerschaltung im Phasenanschnitt'verfahren mehr oder weniger durchgesteuert.
Der Sicherungsschalter 5 ist im Gegensatz zur gezeigten Schaltstellung normalerweise geschlossen, so di der Motor nach Betätigung des Schalters 2, beispielsweise eines Druckschalters bei einer Handbohrmaschine,anlaufen kann und überwacht von der Steuerschaltung 8 eine bestimmte, durch den Triac 3 eingestellte Drehzahl erreicht und behält. Der Widerstand 4 hat nur einen sehr kleinen Wert beispielsweise in der Größenordnung von 1 Ohm, so daß er das Verhalten des Hauptstromkreises praktisch nicht beeinflußt. Er erfüllt die gleiche Funktion wie der Shunt bei einem Strommeßgerät, liefert also einen kleinen Spannungsabfall, der dem fließenden Strom proportional ist.
Im normalen Betrieb sorgt die Steuerschaltung 8 dafür,daß dem Motor 1 bei steigender Belastung ein höherer mittlerer Strom durch früheres Zünden des Triacs 3 in Jeder Halbperiode zugeführt wird. Bei kleiner werdender Belastung bis :hin zum Leerlauf verhindert die Steuerschaltung 8 dagegen, daß die Drehzahl des Motors 1 gefährliche Werte von beispielsweise mehr als 30 000 Upm annehmen kann. Bei kleiner Leistung fließt nur ein kleiner Strom über den Motor 1 und damit den Widerstand 4, an dem daher nur eine kleine Spannung abfällt. Dagegen ist der Spannungsabfall am Triac 3 in diesem Betriebszustand verhältnismaßig hoch, weil die Steuerschaltung 8 den Triac 3 zur Begrenzung der Drehzahl erst Jeweils sehr spät in Halbperiode der Wechselspannung zündet. Andererseits ist bei mittlerer oder hoher Leistungsabgabe der Strom durch den Widerstand 4 hoch und damit auch der Spannungsabfall. Am Triac 3 fällt dann aber nur eine verhältnismäßig niedrige Spannung abp weil er verhältnismäßig früh in Jeder Halbperiode, also bei niedriger Spannung, gezündet wird.
Die Auswerteschaltung 9 ist so ausgelegt, daß sie nur dann, wenn sowohl der Spannungsabfall am Widerstand 4 als auch der Spannungsabfall am Triac 3 vorgegebene Schwellenwerte unterschreiten, auf der Leitung 10 eine Ausgangsspannung liefert. Das gleichzeitige Unterschreiten der beiden Schwellenwerte tritt jedoch nur bei einem Defekt auf, wenn nämlich zum einen ein nur niedriger Strom über den Wider stand 4 fließt, gleichzeitig aber der Spannungsabfall am Triac 3 niedrig ist, weil entweder der Triac selbst einen Kurzschluß aufweist oder die Steuerschaltung 8 den Triac 3 fehlerhaft sehr früh in jeder Halbperiode ansteuert. Da in einem solchen Fall der Motor 1 unzuläßig rohe Drehzahlen erreichen kann, bei denen eine Gefährdung des Benutzers eintritt, unterbricht der Sicherungsschalter 5 die weitere Stromzufuhr.
Wie in Fig. 2 und 3 genauer dargestellt ist, handelt es sich bei dem Sicherungsschalter 5 im Prinzip um eine sog.
Temperatursicherung, ie den Stromfluß bei Überschreiten einer vorgegebenen Umgebungstemperatur unterbricht. Der Sicherungsschalter weist dazu zwei Anschlußleitungen 11,12 auf, die durch ein Isolierstoffstück 13 getrennt gehalten und festgelegt werden. Im nichtausgelösten Zustand (Fig.2) überbrückt ein bewegliches Kontaktstück 14 die Anschlußleitungen 11, 12. Eine Feder 15, die sich an dem Isolierstoffstück 13 abstützt, versucht, das Kontaktstück 14 in die in Fig. 3 dargestellte Lage zu bringen, w'.rd daran aber durch einen Festkörper 16 gehindert, der in bekannter Weise so ausgelegt ist, daß er bei einer bestimmten, vorgegebenen Temperatur von beispielsweise 850C schmilzt.
Dieses Schmelzen wird durch einen Heizdraht 17 bewirkt, der um den Festkörper 16 herumgelegt ist. Er führt zu einem Anschluß 18 nach außen und ist auf der anderen Seite mit der Anschlußleitung 12 verbunden.
Wenn die Auswerteschaltung 9 einen unzulässigen Betriebszustand des Motors 1 feststellt, wird der Heizdraht 17 über den Anschluß 18 und die Leitung 10 an Spannung gelegt.
Der Festkörper 16 schmilzt dann sehrschnell, und der Sicherungsschalter spricht an. Dabei drückt die Feder 15 das Kontaktstück 14 gemäß Fig. 3 gegen die obere Begrenzung,und es ist keine leitende Verbindung mehr zvJische den Anschlußleitungen 11 und 12 vorhanden. Um das Werkzeug wieder in Betrieb zu nehmen, muß der Sicherungsschalter 5 nach der Beseitigung des Fehlers in der Steuerschaltung 8 oder Ersatz des Triac 3 ausgetauscht werden.
L e e r s e i t e

Claims

PatentansprUche i)) Drehzahl-Sicherungsschaltung fUr drehzahlgeregelte 9 uptschluS-Elektromotoren von Handwerkzeugen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in Reihe zu dem im Stromweg des Elektromotors (1) liegenden Stellglied (3) für die Motordrehzahl ein Widerstand (4) mit niedrigem Wert geschaltet ist, daß die Spannungsabfälle am Stellglied (3) und am Widerstand (4) getrennt einer Auswerteschaltung (9) zugeführt sind, und daß die Auswerteschaltung (9) bei gleichzeitigem Unterschreiten vorgegebener Schwellenwerte für die beiden Spannungsabfälle einen Sicherungsschalter (5) zum Ansprechen bringt.
2. Drehzahl-Sicherungsschaltung nach Anspruch 1 dadurch geRennzeichnets daß die Auswerteschaltung (9) zwei Komparatoren aufweist, denen die Spannungsabfälle am Stellglied (3) bzw. am Widerstand (4) und Je eine Bezugsspannung zur Einstellung der Schwellenwerte zugeführt sind, und daß die Komparatoren über ein UND-Glied den Sicherungsschalter betätigen.
3. Drehzahl-Sicherungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dE der Sicherungsschalter (5) aus einer oberhalb einer vorgegebenen Temperatur auslösenden Sicherung mit einem elektrischen Heizer (17) besteht, der durch die Auswerteschaltung (9) steuerbar ist.
4. Drehzahl-Sicherungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung (5) einen Kontakt (11, 12, 14) mit einem beweglichen Kontaktstück (14) enthält, das von einem bei der vorgegebenen Temperatur schmelzenden Festkörper (16) gegen die Wirkung einer Feder (ins) den Stromkreis schließt und daß der Heizer durch einen auf den Festkörper (16) einwirkenden Heizdraht (17) gebildet ist.
5. Drehzahl-Sicherungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Kontaktstück eine Kontaktbrücke (14) ist, die zwei Festkontakte (11,12) miteinander verbindet,und daß der Heizdraht (17) als Wicklung auf dem Festkörper (16) angeordnet ist und an einem Ende mit einem der Festkontakte (12) verbunden ist.