DE3222065C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Handwerkzeug, insbesondere eine Handbohrmaschine oder einen Schrauber, mit elektrischer Umschaltung der Drehrichtung des Motors und mit einer Schaltung zur Begrenzung des Drehmoments, die nur in einer Drehrichtung wirksam ist.

Die Möglichkeit einer Drehrichtungsumschaltung ist in bekannter Weise insbesondere dann erwünscht, wenn mittels einer Handbohrmaschine mit eingesetzter Schrauberklinge Schrauben nicht nur ein-, sondern auch ausgedreht werden sollen. Entsprechendes gilt für das Schneiden von Gewinden und andere Arbeiten. Für das Eindrehen und Anziehen von Schrauben sowie auch aus Sicherheitsgründen wird häufig eine Begrenzung des maximalen Drehmomentes gefordert, wobei zusätzlich eine Einstellung des Maximalwertes möglich sein soll. Die Begrenzung des Drehmomentes führt jedoch zu Schwierigkeiten, wenn Schrauben nicht nur eingedreht, sondern auch ausgedreht werden sollen, weil eine festsitzende Schraube dann nicht ausgedreht werden kann. Es ist daher sinnvoll, eine elektrische Umschaltung der Drehrichtung mit einer Begrenzung des Drehmomentes zu kombinieren. Dann können einerseits Schrauben bei begrenztem Drehmoment eingedreht werden, lassen sich aber auch bei sehr festem Sitz nach Umschaltung der Drehrichtung ausdrehen, weil keine Begrenzung des Drehmoments vorhanden ist, deren Ansprechen den Motor abschaltet.

Eine Begrenzung des Drehmoments bei der Verwendung von Wechselstrommotoren als Antriebsmotoren offenbaren die US-PS 25 38 768 und die US-PS 19 63 199. Hierzu wird in der US-PS 25 38 768 über eine Röhrenschaltung die Induktivität der Wicklung zweier Transformatoren gesteuert, die einseitig in den Hauptstromkreis eingebracht sind. Diese Drehmomentbegrenzungsschaltung wird über einen Schalter 52 aktiviert. In der DE-OS 19 63 199 wird die Änderung eines Photowiderstandes in einer Schaltung mit Drehzahlregelung dazu ausgenutzt einen Wechselstrommotor mit Phasenanschnittsteuerung bei Erreichen eines bestimmten Drehmomentes abzuschalten. In beiden Schriften ist eine Richtungsumkehr des Wechselstrommotors nicht vorgesehen, da Wechselstrommotoren im allgemeinen nur für den Lauf in einer Dreh­ richtung mit der Volldrehzahl optimiert sind. In der anderen Drehrichtung ergibt sich ein starkes Bürstenfeuern.

Um dieses zu unterbinden, werden in der DE-OS 29 20 066, DE-OS 24 42 732 und DE-OS 29 28 988 verschiedene Möglichkeiten zur Herabsetzung der Speisespannung des Elektromotors bei Drehrichtungsumkehr mittels Spannungsteilerschaltungen, beispielsweise Potentiometerschaltungen, verwandt. Diese Schaltungen erlauben zwar eine Drehzahlbegrenzung auf einen festen (DE-OS 29 20 066) oder variablen Wert (DE-OS 24 42 732, DE-OS 29 28 988); eine Drehmomentbegrenzung ist jedoch nicht vorgesehen, so daß eine Motorüberlastung nicht ausgeschlossen wird.

Eine Drehrichtungsumkehr in Verbindung mit einer Drehmomentbegrenzung offenbart die DE-OS 18 15 015 und die FR-OS 21 85 480 für Gleichstrommotoren. Bei der bekannten Schaltung nach der genannten deutschen Offenlegungsschrift erfolgt die Drehmomentbegrenzung durch einen Überstromschalter oder vorzugsweise mittels eines mechanischen Drehmomentbegrenzers. In der französischen Offenlegungsschrift wird die Drehmomentbegrenzung durch ein Relais erreicht, das mittels einer Spannung über einen Reihenwiderstand und eine nachfolgende Transistorschaltung gesteuert wird. Zur Abschaltung der Drehmomentbegrenzung wird der Reihenwiderstand in einer Drehrichtung umgangen, so daß kein Spannungsabfall entsteht.

Die bekannten Schaltungen nach der DE-OS 18 15 015 und der FR- OS 21 85 480 arbeiten nur bei Gleichstrom.

Darüberhinaus benötigt die Schaltung nach der FR-OS 21 85 480 zwei Relais, von denen ein Relais unter voller Last den maximalen, bei Ansprechen der Drehmomentbegrenzung fließenden Gleichstrom ausschalten muß. Das ist bei Gleichstrom und den auftretenden hohen Strömen schwierig, so daß ein aufwendiges Relais benutzt werden muß.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, für einen mit einer Phasenanschnittsteuerung betriebenen Wechselstromuniversalmotor eine Schaltungsanordnung zu finden, die eine Drehrichtungsumkehr des Motors erlaubt und die Drehzahlregelschaltung dazu benutzt, auf geschickte Weise auch eine Drehmomentbegrenzung beim Lauf in eine Richtung auszuführen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäße dadurch gelöst, daß ein elektrisches Handwerkzeug mit einer elektrischen Umschaltung der Drehrichtung des Motors und mit einer Schaltung zur Begrenzung des Drehmomentes, die nur in einer Drehrichtung wirksam ist, einen in Phasenanschnittsteuerung betriebenen Universalmotor mit einer Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung besitzt, und daß die Schaltung zur Drehmomentbegrenzung eine Kippstufe enthält, der eine dem Drehmoment proportionale Spannung zugeführt ist und die bei Erreichen eines einstellbaren Schwellenwertes aus einem ersten stabilen in einen zweiten stabilen Zustand kippt, und daß im zweiten stabilen Zustand die Kippstufe den Motor mittels der Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung abschaltet.

Dabei liefert der Ausgang der Kippstufe nur im ersten stabilen Zustand eine Gleichspannung, und ein zusätzlicher Kontakt des Schalters zur Drehrichtungsumkehr des Motors legt das Potentiometer in der einen Drehrichtung an den Ausgang der Kippstufe und in der anderen Drehrichtung an eine feste Spannung. Wenn demgemäß das abgegebene Drehmoment den durch den einstellbaren Schwellenwert bestimmten Maximalwert übersteigt, gelangt die Kippstufe in den zweiten stabilen Zustand, so daß das Potentiometer keine Gleichspannung erhält. Das entspricht der Drehzahleinstellung Null, so daß die Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung den Motor abschaltet. Das gilt aber nur in der einen Drehrichtung, denn in der anderen Drehrichtung liegt das Potentiometer an einer festen Spannung, und die Drehzahlbegrenzung ist unwirksam.

Zur Gewinnung der dem Drehmoment proportionalen Spannung für die Kippstufe kann zweckmäßig vorgesehen sein, daß diese Spannung aus dem Spannungsabfall an einem Shunt-Widerstand im Motorstromkreis durch Gleichrichten mittels eines einen Operationsverstärker enthaltenden Gleichrichters abgeleitet ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Kippstufe einen Operationsverstärker enthält, an dessen invertierendem Eingang die dem Drehmoment proportionale Spannung und an dessen nicht invertierendem Eingang eine einstellbare, den Drehmoment-Sollwert darstellende Bezugsspannung liegt und daß eine Diode zwischen dem Ausgang und dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers mit einer solchen Polung geschaltet ist, daß sie beim Übergang der Kippstufe in den zweiten stabilen Zustand leitet und die Kippstufe in diesem Zustand festhält. Nach dem Ansprechen der Drehmomentbegrenzung bleibt demgemäß der Motor ausgeschaltet.

Da ganz überwiegend Schrauben oder auch Gewindebohrer oder ähnliche Werkzeuge mit Rechtsgewinde Verwendung finden, ist vorzugsweise die Begrenzung des Drehmomentes nur im Rechtslauf wirksam. Bei Schrauben mit Linksgewinde gilt entsprechend, daß die Begrenzung des Drehmomentes nur im Linkslauf wirksam sein soll. Die automatische Abschaltung der Drehmomentbegrenzung bei einer Drehrichtung nach der Erfindung ersetzt die Möglichkeit, eine Drehmomentbegrenzung nach Umschaltung der Drehrichtung von Hand abzuschalten, was nicht nur umständlich ist, sondern auch übersehen werden kann.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Schaltbildes für ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

Die dargestellte Schaltung ist für eine elektrische Handbohrmaschine mit einem Universalmotor, also einem Kollektormotor bestimmt, der einen Anker 1 und Feldwicklungen 2 besitzt. Die Stromrichtung im Anker 1 läßt sich mit Hilfe eines zweipoligen Umschalters 3 umkehren. Die Speisung des Motors 1, 2 erfolgt vom Netzanschluß 4 über einen im Handgriff angeordneten Tastschalter 5. Außerdem liegen ein Triac 6 und ein Shunt-Widerstand 7 im Hauptstromkreis. Zur Leistungs- und damit Drehzahleinstellung ist eine nicht im einzelnen dargestellte Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung 8 vorgesehen, die in Form eines integrierten Schaltkreises handelsüblich ist. Die Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung 8 erzeugt aus der über die Leitung 9 zugeführten Netzspannung eine interne Gleichspannung +Vcc, die über die Leitung 10 herausgeführt ist. Die Phasenlage der dem Triac 6 über die Leitung 11 zugeführten Zündimpulse und damit die an den Motor 1, 2 angelegte Effektivspannung wird durch eine Gleichspannung bestimmt, die der Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung 8 über eine Leitung 12 zugeführt wird.

Die Messung des vom Motor 1, 2 gelieferten Drehmoments erfolgt unter Messung des zugeführten Effektivstroms, der durch den Shunt-Widerstand 7 fließt. Die dort ab­ fallende Spannung wird über Leitungen 13, 14 einer Schaltung 15 zur Drehmomentbegrenzung in einem gestrichelten Kästchen zugeführt. Innerhalb der Schaltung 15 gelangt der Spannungsabfall am Shunt-Widerstand 7 über zwei Widerstände 16, 17 an den invertierenden bzw. nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 18, der zusammen mit Dioden 19, 20 sowie einem Widerstand 21 und einem Kondensator 22 in bekannter Weise einen auch schon bei sehr kleinen Spannungen arbeitenden Gleich­ richter bildet. Die am Ausgang 23 des Gleichrichters er­ zeugte, positive Spannung, die durch den Kondensator 22 geglättet ist, wird über einen Widerstand 24 dem inver­ tierenden Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 25 zugeführt, der zusammen mit einer Diode 26 zwischen seinem Ausgang 27 und seinem nicht invertierenden Ein­ gang eine Kippstufe bildet. Am nicht invertierenden Ein­ gang des Operationsverstärkers 25 liegt außerdem eine ein­ stellbare positive Spannung, die an einem Potentiometer 28 mit Vorwiderständen 29, 30 abgegriffen und aus der Gleichspannung +Vcc abgeleitet wird.

Mit dem Potentiometer 28 wird das maximale Drehmoment eingestellt, bei dem die Begrenzung stattfinden soll. Die Einstellung bewirkt das Anlegen einer bestimmten, positiven Bezugsspannung an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 25. Solange die vom Gleichrichter 18 bis 22 am Ausgang 23 gelieferte Span­ nung kleiner als diese Bezugsspannung ist, befindet sich der Ausgang 27 des Operationsverstärkers 25 auf einer hohen positiven Spannung, die etwa gleich der Gleichspannung Vcc ist. Die Diode 26 sperrt dann. Befindet sich ein weiterer Umschaltkontakt 31, der mechanisch mit dem Drehrichtungsumschalter 3 gekoppelt ist, in der darge­ stellten Lage, so wird die positive Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 25 über einen Vorwiderstand 32 ei­ nem Potentiometer 33 zugeführt, das auf der anderen Sei­ te über einen weiteren Vorwiderstand 34 an der gemein­ samen Bezugsleitung 14 liegt. Mittels des Potentiometers 33 kann dann der Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung 8 in der üblichen Weise eine einstellbare Gleichspannung über die Leitung 12 zugeführt werden, die eine Leistungs- und Drehzahlregelung des Motors 1, 2 bewirkt.

Übersteigt die vom Gleichrichter 18 bis 22 an seinem Ausgang 23 gelieferte Spannung die Bezugsspannung am nicht inver­ tierenden Eingang des Operationsverstärkers 25, so er­ scheint an dessen Ausgang 27 eine sehr niedrige Spannung, die praktisch gleich der Spannung auf der Bezugsleitung 14 ist. Die Diode 26 leitet, so daß der Operationsver­ stärker 25 in diesem Zustand festgehalten wird. Da das Potentiometer 33 jetzt nicht mehr an einer positiven Spannung liegt, schaltet die Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung 8 den Triac 6 und damit den Motor 1, 2 aus. Auf diese Weise wird bei einem bestimmten, am Potentiometer 28 eingestellten Dreh­ moment das Ausschalten erreicht.

Es sei angenommen, daß in der dargestellten Lage der Schaltkontakte 3, 31 der Motor 1, 2 im Rechtslauf be­ trieben wird, also eine Schraube (nicht gezeigt) mit Rechtsgewinde eindrehen kann. Dies geschieht dann mit dem jeweils gewünschten, am Potentiometer 28 eingestell­ ten Drehmoment. Beim Umschalten in den Linkslauf wird der Vorwiderstand 32 des Potentiometers 33 über den Um­ schalter 31 an die fest Gleichspannung +Vcc angelegt. Damit ist die Schaltung zur Drehmomentbegrenzung unwirksam, und es können auch festsitzende Schrauben ohne Begrenzung des Drehmoments herausgeschraubt werden.

Durch Umkehrung der Anschlüsse am Umschalter 31 kann, falls gewünscht, erreicht werden, daß eine Drehmoment­ begrenzung nur im Linkslauf auftritt. Zum gleichen Zweck konnte ein weiterer Umschalter eingesetzt werden und über einen zusätzlichen Schalter außerdem auch dafür gesorgt werden, daß in Sonderfällen die Drehmomentbegrenzung auch in beiden Drehrichtungen wirksam ist.

Claims (5)

1. Elektrisches Handwerkzeug, insbesondere Handbohrmaschine oder Schrauber, mit elektrischer Umschaltung der Drehrichtung des Motors (1, 2) und mit einer Schaltung (15) zur Begrenzung des Drehmoments, die nur in einer Drehrichtung wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein in Phasenanschnittsteuerung betriebener Universalmotor (1, 2) mit einer Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung (8) ist, daß die Schaltung (15) zur Drehmomentbegrenzung eine Kippstufe (25, 26) enthält, der eine dem Drehmoment proportionale Spannung zugeführt ist und die bei Erreichen eines einstellbaren Schwellenwertes aus einem ersten stabilen in einen zweiten stabilen Zustand kippt, und daß die Kippstufe (25, 26) im zweiten stabilen Zustand den Motor (1, 2) mittels der Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung (8) abschaltet.

2. Elektrisches Handwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (3) für die Drehrichtungsumkehr des Motors (1, 2) einen zusätzlichen Kontakt (31) aufweist, der die Schaltung (15) zur Drehmomentbegrenzung ein- oder ausschaltet.

3. Elektrisches Handwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung (8), ein an einer Gleichspannung (+Vcc) liegendes Potentiometer (33) zur Sollwerteinstellung der Drehzahl zugeordnet ist, daß der Ausgang (27) der Kippstufe (25, 26) nur im ersten stabilen Zustand eine Gleichspannung liefert und daß der zusätzliche Kontakt (31) des Schalters (3) zur Drehrichtungsumkehr des Motors (1, 2) das Potentiometer (33) in der einen Drehrichtung an den Ausgang (27) der Kippstufe (25, 26) und in der anderen Drehrichtung an eine feste Gleichspannung (+Vcc) legt.

4. Elektrisches Handwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kippstufe (25, 26) zugeführte, dem Drehmoment proportionale Spannung aus dem Spannungsabfall an einem Shunt-Widerstand (7) im Motorstromkreis durch Gleichrichten mittels eines einen Operationsverstärker (18) enthaltenden Gleichrichters (18 bis 22) abgeleitet ist.

5. Elektrisches Handwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufe (25, 26) einen Operationsverstärker (25) enthält, an dessen invertierenden Eingang die dem Drehmoment proportionale Spannung und an dessen nicht invertierenden Eingang eine einstellbare, den Drehmoment-Sollwert darstellende Bezugsspannung liegt, und daß eine Diode (26) zwischen dem Ausgang (27) und dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (25) mit einer solchen Polung geschaltet ist, daß sie beim Übergang der Kippstufe (25, 26) in den zweiten stabilen Zustand leitet und die Kippstufe (25, 26) in diesem Zustand festhält.