DE3423329C2

DE3423329C2 - Steuereinrichtung für den einem Gleichstrommotor, insbesondere eines Schraubendrehers, aus einer Gleichstromquelle mit kleiner Betriebsspannung zuzuführenden Strom

Info

Publication number: DE3423329C2
Application number: DE3423329A
Authority: DE
Inventors: Jürgen 3572 Amöneburg Schulz
Original assignee: Felo Holland-Letz & Co Kg 3577 Neustadt De GmbH
Current assignee: Felo Holland-Letz & Co Kg 3577 Neustadt De GmbH
Priority date: 1984-06-23
Filing date: 1984-06-23
Publication date: 1986-10-09
Also published as: DE3423329A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für den einem Gleichstrommotor in Form von Rechteckimpulsen zuzuführenden Strom aus einer Gleichstromquelle mit kleiner Betriebsspannung. Dieser Steuereinrichtung wird die Drehzahl des insbesondere als Gleichstrompermanentmagnetmotor ausgebildeten Motors 4 über das Tastverhältnis der Stromimpulse bestimmt. Da bei einem für kleine Drehzahlen eingestellten kleinen Tastverhältnis dem Motor nicht genügend Strom zum Anlaufen zugeführt wird, ist vorgesehen, daß für die Zeit des Anlaufs dem Motor Strom mit einem maximalen Tastverhältnis, ggf. Dauerstrom zugeführt wird, ohne daß dafür die gewählte Einstellung des Tastverhältnisses verändert zu werden braucht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für den einem Gleichstrommotor, insbesondere eines Schraubendrehers, aus einer Gleichstromquelle mit kleiner Betriebsspannung in Form von Impulsen zuzuführenden Strom, bestehend aus einer zwischen dem Motor und der Stromquelle geschalteten Leistungsstufe und einer einen Sägezahngenerator aufweisenden Steuerstufe, deren Ausgang über einen Komparator mit dem Eingang der Leistungsstufe verbunden ist, wobei das Tastverhältnis der von der Steuerstufe an die Leistungsstufe gelieferten Rechteckimpulse an dem Komparator einstellbar ist.

Eine solche Steuereinrichtung ist bekannt durch die DE-OS 31 44 350.

Für den Antrieb von Werkzeugen, z. B. Schraubendreher, werden elektrische Antriebe mit stufenloser Drehzahleinstellung verlangt Dazu eignen sich Gleichstrom-Permanentmagnetmotore, die mit einer vergleichsweise geringen Betriebsspannung ab etwa 1,5VoJt auskommen. Als Gleichstromquelle kommen deshalb Block- und Stabbatterien in Betracht.

ίο Problematisch bei solchen Antrieben ist der Anlauf. Sofern nämlich das Tastverhältnis der Steuerstufe auf niedrige Drehzahl eingestellt ist, ist die Energiezufuhr für den immer einen höheren Strom benötigenden Anlauf zu klein. Eine Veränderung des Tastverhäitnisses nur für den Anlauf ist zwar theoretisch möglich, praktisch aber nicht geeignet, weil unmittelbar nach dem Anlauf der Motor dann mit einer nicht gewünschten zu hohen Drehzahl laufen würde.
Bei einer durch die DE-AS 14 38 792 bekannten Steuereinrichtung wird einem Gleichstrommotor zum Zwecke des besseren Anlaufens kurzzeitig ein höherer Strom zugeführt, als für den späteren stationären Betrieb notwendig ist. Bei dieser Steuereinrichtung erfolgt die Stromzufuhr zu dem Gleichstrommotor über einen elektronischen Schalter, der von einem Zweipunktregler gesteuert wird. Der Regler erhält einen aus der Summe von einem vorgegebenen Grundsollwert und einem Zusatzsollwert gebildeten Sollwert. Der Zusatzsollwert wird gebildet in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Grundsollwert und einer am elektronischen Schalter anstehenden Spannung derart, daß das Schaltelement auch bei erhöhtem Anfahrstrom nicht überlastet wird. Durch die Abhängigkeit des Zusatzsollwertes von dem Spannungsmittelwert am elektronischen Schaltelement wird die angestrebte lastabhängige Stromreglung des Motors erreicht, bei der der Zusatzsollwert automatisch auf den Grundsollwert zurückgeführt wird. Diese Art der Regelung wirkt also nicht zeitabhängig, sondern ausschließlich lastabhängig.

Bei der durch die DE-OS 31 44 350 bekannten Steuereinrichtung für einen elektromotorisch angetriebenen Handschrauber oder Handbohrer mit elektronischer Drehzahleinstellung ist keine »Anlaufhilfe« vorgesehen. Bei diesem Antrieb erhält der Motor über einen elektronischen Schalter, der von einem Oszillator angesteuert wird, Rechteckimpulse. Über das Tastverhältnis dieser Rechteckimpulse läßt sich die Drehzahl einstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinheit der eingangs genannten Art zu schaffen,

so die bei jeder vorgewählten Drehzahl ein sicheres Anlaufen des Motors gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Komparator von einem an der Stromquelle über ein Zeitglied angeschlossenen Signalgeber für eine vom Zeitglied abhängige Zeit unmittelbar nach Anschluß an die Stromquelle ein Signal erhält, durch das der Komparator die Leistungsstufe für die Dauer des Signals auf ein Tastverhältnis für maximale Leistungsaufnahme einstellt.

Bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung wird für die Zeit des Anlaufs die Ansteuerung der Leistungsstufe durch die Steuerstufe überspielt von der Ansteuerung der Leistungsstufe durch den Signalgeber. Die Zeitkonstante des Zeitgliedes ist so eingestellt, daß in

jedem Fall ein sicherer Anlauf ohne Überhöhung der Drehzahl gegenüber der eingestellten Drehzahl gewährleistet ist. Es ist möglich, für die Zeit des Anlaufs den Motor ohne Pausen an die Stromquelle anzuschlie-

«S Ben.

Über die Einstellung der Zeitkonstante des Zeitgliedes ist es im Bedarfsfall aber auch möglich, nicht nur den Motor anlaufen zu lassen, sondern ihn für eine bestimmte Zeit mit höherer Drehzahl laufen zu :assen. Diese Forderung kann bestehen, wenn der Motor für einen Vorschubantrieb benötigt wird und ein dem Arbeitshub vorgeschalteter Leerhub schnell durchfahren werden soll.

Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung liegen die Ausgang des Sägezahngenerators und des Signalgebers parallel an einem Eingang des als Operationsverstärker ausgebildeten !Comparators, an dessen anderem Eingang eine im Pegel einstellbare Spannung liegt In weiterer Ausgestaltung kann zwischen dem Ausgang des Komparators des Signalgebers und dem Eingang des der Leistungsstufe vorgeschalteten Komparators eine Entkoppelungsdiode liegen, die das nach der vom Zeitglied bestimmten Zeitdauer vom Signalgeber gelieferte Signal abblockt.

Vorzugsweise ist der Ausgang des Komparators des Signalgebers mit dem Steuereingang eines Schalters verbunden, über den der Eingang des der Leistungsstufe vorgeschalteten Komparators an dem einen Pol der Spannungsquelle für die vom Zeitglied bestimmte Zeitdauer anschließbar ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild der Steuereinrichtung und

F i g. 2 ein Diagramm mit den Signalen an verschiedenen markanten Punkten der Steuereinrichtung.

An den Polen O, + Ub einer Gleichstromquelle ist ein Sägezahngenerator 1, eine Steuerstufe 2, eine Leistungsstufe 3 mit einem Gleichstrompermanentmagnetmotor 4 und ein Signalgeber 5 angeschlossen. Der Motor 4 erhält rechteckförmige Stromimpulse, deren Tastverhältnis zur Einstellung der Drehzahl des Motors 4 einstellbar ist.

Der Sägezahngenerator 1 weist zwei NPN-Operationsverstärker OPl und OP 2 auf, von denen der eine Operationsverstärker OP1 als Integrator und der andere Operationsverstärker OP 2 als Komparator geschaltet sind. Die Frequenz der am Ausgang des Operationsverstärkers OfI anstehenden Sägezahnspannung hängt von der Größe des zwischen diesem Ausgang und dem Minuseingang des Operationsverstärkers OP1 geschalteten Kondensators C1 ab. Als geeignet für den Betrieb des Motors 4 hat sich eine Frequenz zwischen 3000 und 4000 Hertz erwiesen.

Die Sägezahnspannung des Sägezahngenerators 1, deren Zähne eine ansteigende und abfallende Flanke haben, wie das Diagramm a in F i g. 2 zeigt, wird auf den Minuseingang eines als Komparator geschalteten Operationsverstärkers OP3 gegeben. Am Pulseingang liegt eine im Spannungspegel einstellbare Spannung, die durch Abgriff an einem an den Polen der Stromquelle angeschlossenen Spannungsteiler P\ gewonnen wird. Der als Komparator arbeitende Operationsverstärker OP 3 liefert Rechteckimpulse konstanter Amplitude aber unterschiedlicher Dauer. In Abhängigkeit von dem am Spannungsabgriff P1 eingestellten Spannungspegel haben die Rechteckimpulse kurze oder lange Dauer, wie die Diagramme b oder cder F i g. 2 zeigen.

Für die Dauer eines positiven Ausgangssignals des Operationsverstärkers OP 3 wird der Transistor Tl durchgeschaltet. Gleichzeitig werden auch der Verstärkungstransistor TI durchgeschaltet und der Leistungstransistor T3. Der Motor 4 wird daan mit einem Gleichstromimpuls versorgt Die zum Motor 4 antiparallel geschaltete Diode Di dient zum Schutz vor Überspannungen beim Abschalten des Stromes am Ende eines jeden Impulses. Über Veränderung des Spannungspegels am Abgriff Pi läßt sich bei konstanter Frequenz somit das Tastverhältnis der Rechteckimpulse und damit auch die dem Motor 4 zugeführte Leistung verändern, um eine gewünschte Drehzahl zu e-. halten.

Damit der Motor 4 auch bei einem für eine kleine Drehzahl eingestellten sehr kleinen Tastverhältnis den für den Anlauf höheren Strom ohne Änderung der Einstellung des Spannungspegels am Abgriff Pl erhält wird von einem Signalgeber 5 dem Minuseingang des Operationsverstärkers OP3 für eine bestimmte Zeit unmittelbar nach Einschalten der Stromquelle Massepotential zugeführt. Der dieses Signal liefernde Signalgeber 5 weist einen als monostabilen Multivibrator geschalteten Operationsverstärker OPA auf, an dessem Pulseingang eine konstante Spannung liegt, die an einem an den Polen -f- Ub und O der Stromquelle angeschlossenen Spannungsteiler R 1, R 2 abgegriffen wird. An dem Minuseingang des Operationsverstärkers OP4 liegt die veränderliche Spannung eines Zeitgliedes an, das aus der von einem Kondensator C2 und einem Widerstand R 3 gebildeten und an den Polen + Ub und O der Stromquelle liegenden Reihenschaltung besteht Über den Kondensator C 2 gelangt deshalb unmittelbar nach Einschalten der Stromquelle ein positiver Impuls auf den Minuseingang des Operationsverstärkers OP4. Eine dem Widerstand A3 parallel geschaltete Diode Ό 2 ist gegenüber diesem positivem Impuls gesperrt. Für die Dauer des am Minuseingang des Operationsverstärkers OP 4 anstehenden positiven Impulses ist der Ausgang des Operationsverstärkers OP 4 auf Massepotential geschaltet. Ein am Ausgang des Operationsverstärkers OP 4 über einen Widerstand R 4 angeschlossener und als Schalter betriebener Transistor Γ4 wird durch das Massepotential von seinem leitenden Zustand in den gesperrten Zustand überführt, so daß an seinem Emitter ebenfalls Massepotential über einen Widerstand R 5 ansteht.

Dieses Massepotential gelangt über eine Entkopplungsdiode D 3 auf den Minuseingang des als Komparator geschalteten Operationsverstärkers OP 3. Der Operationsverstärker OP3 erzeugt dann an seinem Ausgang ein positives Signal, so daß die Transistoren Tl bis 7"3 durchschalten und der Motor 4 Gleichstrom erhält. Die Zufuhr von Gleichstrom hält solange an, bis daß infolge der Aufladung des Kondensators C2 das Potential am Minuseingang des Operationsverstärkers OPA das Potential am Pulseingang übersteigt. In diesem Augenblick springt die Ausgangsspannung vom Massepotential annähernd auf das Potential des Pols + Ub- Der Transistor TA wird wieder leitend, die Diode D 3 kann jedoch wegen ihrer entkoppelnden Wirkung das positive Potential am Emitter des Transistors TA nicht auf den Minuseingang des Operationsverstärkers OP3 übertragen. Deshalb wirkt jetzt wieder am Minuseingang des Operationsverstärkers OP3 ausschließlich die Sägezahnspannung. Der Motor 4 läuft dann mit der Drehzahl, die dem am Abgriff Pi gewählten Spannungspegel entspricht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung für den einem Gleichstrommotor, insbesondere eines Schraubendrehers, aus einer Gleichstromquelle mit kleiner Betriebsspannung in Form von Impulsen zuzuführenden Stromes, bestehend aus einer zwischen dem Motor und der Stromquelle geschaltete Leistungsstufe und einer Steuerstufe mit einem Komparator, der eingangsseitig mit einem Sägezahngenerator und ausgangsseitig irit der Leistungsstufe verbunden ist, wobei das Tastverhältnis der von der Steuerstufe an die Leistungsstufe gelieferten Rechteckimpulse an dem Komparator einstellbar ist, dadurch gekennzeichne ί, daß der Komparator (OPd₁) von einem ander Stromquelle (O, + U_B) über ein Zeitglied (C 2, R 3) angeschlossenen Signalgeber (5) für eine vom Zeitglied (C 2, R 3) abhängige Zeit unmittelbar nach Anschluß an die Stromquelle (O, + U_B) ein Signal erhält, durch das der Komparator (OP3) die Leistungsstufe (3) für die Dauer des Signals auf ein Tastverhältnis für maximale Leistungsaufnahme einstellt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge des Sägezahngenerators (1) und des Signalgebers (5) parallel an einem Eingang des als Operationsverstärkers ausgebildeten Komparators (OP 3) liegen, an dessen anderem Eingang eine im Pegel einstellbare Spannung liegt.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (5) einen Komparator (OP4) aufweist, an dessen einem Eingang eine konstante Spannung und an dessen anderem Eingang die durch das Zeitglied (C2, R 3) veränderte Spannung der Stromquelle (Ö, + Ub) anliegt.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Komparators (OP4) des Signalgebers \5) und dem Eingang des der Leistungsstufe (3) vorgeschalteten Komparators (OP 3) eine Entkoppelungsdiode (D 3) liegt, die das nach der vom Zeitglied (C 2, R 3) bestimmten Zeitdauer vom Signalgeber (5) gelieferte Signal abblockt.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Komparators (OP4) des Signalgebers (5) mit dem Steuereingang eines Schalters (T4) verbunden ist, über den der Eingang des Komparators (OP 3) der Steuerstufe (2) an dem einen Pol (O) der Stromquelle (O, + Ub) für die vom Zeitglied (C 2, R 3) bestimmte Zeitdauer anschließbar ist.