DE3501947C2

DE3501947C2 -

Info

Publication number: DE3501947C2
Application number: DE3501947A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: APAG ELEKTRONIK AG DUEBENDORF ZUERICH CH
Current assignee: APAG ELEKTRONIK AG DUEBENDORF ZUERICH CH
Priority date: 1985-01-22
Filing date: 1985-01-22
Publication date: 1988-06-09
Also published as: DE3501947A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehzahlsteuerschaltung für den Antriebsmotor eines Elektrowerkzeuges, insbesondere eines Winkelschleifers, bei der der Motor in Reihe mit einem steuerbaren Ventil und einem Stromaufnehmer zwischen zwei Versorgungsleitungen liegt, mit einem Drehzahlführungswert- Potentiometer, desen Ausgangsspannung das Ventil steuert, und mit einem Komparator, dessen Eingänge mit dem Stromauf nehmer bzw. einem Grenzwertgeber beschaltet sind, wobei der Komparator zusätzlich auf das Ventil sperrend einwirkt, wenn das Signal des Stromaufnehmers den Grenzwert erreicht, wobei die Einwirkung durch eine ein RC-Glied enthaltende Schaltung zeitlich verzögert wieder aufgehoben wird.The invention relates to a speed control circuit for the drive motor of a power tool, in particular an angle grinder, in which the motor is in series with a controllable valve and a current sensor between two supply lines, with a speed control value potentiometer, the output voltage of which controls the valve, and with a comparator, the inputs of which are connected to the current collector or a limit transmitter, the comparator additionally having a blocking effect on the valve when the signal of the current collector reaches the limit value, the action being canceled again with a time delay by a circuit containing an RC element.

Bei einer derartigen aus der DE-OS 32 24 366 bekannten Schaltung wird die die Drehzahl verringernde Einwirkung in einem Sprung aufgehoben, so daß danach die Drehzahl plötz lich wieder zunimmt. Durch die DE-Zeitschrift de/der elek tromeister + deutsches elektrohandwerk, 19/81, Seite 1354 bis 1356 und 1420 ist außerdem eine Anlaufstrombegrenzung (Soft-Start) eines Motors bekannt, wobei die Schaltung zusätzlich ein externes Stellglied für die Einstellung der Drehzahl aufweist.In such a known from DE-OS 32 24 366 Circuit is the effect of reducing the speed in canceled a jump, so that the speed suddenly increases again. Through the DE magazine de / der elek tromeister + deutsches elektrohandwerk, 19/81, page 1354 to 1356 and 1420 is also a starting current limitation (Soft start) of an engine known, the circuit additionally an external actuator for setting the Revs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der eingangs beschriebenen Schaltung eine Schaltung mit äußerst geringem zusätzlichen Aufwand zu schaffen, die nach einer Überlastung die Drehzahl langsam ansteigen läßt, wobei auch beim erstmaligen Einschalten des Netzes die Drehzahl langsam ansteigt.The invention is based, based on the task circuit described in the introduction a circuit with extreme create little additional effort after a Overload can increase the speed slowly, and also when turning on the power for the first time the speed is slow increases.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das RC-Glied mit seinem Mittelanschluß an einen Punkt in der Strecke vom Drehzahlführungs-wert-Potentiometer zum Ventil und mit seinen beiden Außenanschlüssen an die beiden Versorgungslei tungen angelegt ist und daß der Ausgang des Komparators so an den Kondensator des RC-Glieds angeschlossen ist, daß der Kondensator des RC-Glieds über den Ausgang des Komparators entladbar ist, sobald der Grenzwert erreicht ist und in weiterer Folge die Einwirkung anstiegsverzögert aufgehoben wird, so daß die Drehzahl anstiegsverzögert zunimmt wie auch beim erstmaligen Einschalten.This object is achieved in that the RC element with its center connection to a point in the route from the speed control value potentiometer to the valve and with its two external connections to the two supply lines is applied and that the output of the comparator is thus connected to the capacitor of the RC element is connected so that the capacitor of the RC element can be discharged via the output of the comparator as soon as the limit value is reached and the action is subsequently canceled with an increase in rise, so that the speed increases with an increase in rise as when switching on for the first time.

Es wird hierdurch eine Schaltung geschaffen, bei der das RC-Glied, das bei der eingangs beschriebenen Schaltung zur zeitlichen Verzögerung der Wiedereinschaltung (die selbst sprungartig erfolgt) dient, zusätzlich für den langsamen Drehzahlanstieg nach einer Absenkung der Drehzahl infolge Überlastung und außerdem für die in ihrer Funktion an sich bekannte "Soft-Start"-Einrichtung verwendet wird. Es liegt hier eine Mehrfachausnutzung von Bauelementen vor.This creates a circuit in which the RC element, which is used in the circuit described at the beginning to delay the restart (which itself occurs suddenly), additionally for the slow speed increase after a reduction in speed due to overload and also for the in function known per se "soft start" device is used. There is multiple use of components here.

Infolge der anstiegsverzögerten Wiedereinschaltung ergibt sich ein periodisches Pendeln der Drehzahl um einen vorgeb baren Punkt, wobei kurzzeitig auch ein Grenzwert überschrit ten werden kann, gleichzeitig aber im zeitlichen Mittel die zulässigen Grenzdaten der verwendeten Bauteile bzw. Maschi nenelemente nicht überschritten werden. As a result of the delayed reclosure results periodic oscillation of the speed by a predetermined point, whereby a limit value also briefly exceeds can be used, but at the same time the permissible limit data of the components or machines used elements are not exceeded.

Durch geeignete Dimensionierung kann das Pendeln zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert derart eingestellt werden, daß der Drehzahlabfall schneller und der Wiederan stieg langsamer erfolgt.With suitable dimensions, the commuting between a maximum and a minimum value set in this way be that the speed drop faster and the restart rose more slowly.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sich das Erreichen des Grenzwertes markant durch das periodische Pendeln der Drehzahl bemerkbar macht.Another advantage of the invention is that Reaching the limit significantly through the periodic Commuting the speed makes it noticeable.

Schließlich liegt ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, daß bei einem Elektrowerkzeug handelsübliche integrierte Schaltkreise verwendet werden können, deren sogenannte "Soft-Start"-Einrichtung leicht so modifiziert werden kann, da sich die erfindungsgemäße Wirkung einstellt. Es kann hierzu beispielsweise ein integrierter Schaltkreis verwendet werden, wie er unter der Typenbezeichnung TDA 1185 von der Firma Motorola im Handel ist.Finally, another advantage of the invention is that integrated in a power tool commercially available Circuits can be used, the so-called "Soft Start" facility can be easily modified since the effect according to the invention occurs. It can an integrated circuit is used for this purpose, for example as described under the type designation TDA 1185 by the Motorola is on the market.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.Further advantages result from the description and the Drawing.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are in the drawing are shown and are described in the following description explained in more detail. It shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines allgemei nen Aspektes der Erfindung; Fig. 1 is a block diagram for explaining a general aspect of the invention;

Fig. 2 ein Drehzahl-Drehmoment-Diagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung bei einem elektromotorischen Antrieb; Fig. 2 is a speed-torque diagram for explaining an embodiment of the invention, in an electric motor drive;

Fig. 3 einen vereinfachten Stromlaufplan zur Erläuterung einer Ausführungsform für ein Elektrowerkzeug. Fig. 3 is a simplified circuit diagram for explaining an embodiment for a power tool.

In Fig. 1 bezeichnen 10 und 11 die Klemmen einer Stromversorgung. Mit 12 ist ein Elektromotor, mit 13 ein steuerbares Ventil und mit 14 ein Stromaufnehmer, beispielsweise ein Meßwiderstand, angedeu tet.In Fig. 1, 10 and 11 denote the terminals of a power supply. With 12 an electric motor, with 13 a controllable valve and with 14 a current sensor, for example a measuring resistor, indicated.

Ein Sollwertgeber 15 wirkt auf einen Regler 16 und dieser auf das Ventil 13 ein. Vom Stromaufnehmer 14 führt eine Verbindung zu einem Eingang eines Komparators 18, dessen anderer Eingang ein Grenzwerteingang 17 ist. Der Ausgang des Komparators 18 führt über einen Abschwächer 19, auf dessen besondere Eigenheiten weiter unten noch eingegangen wird, zu einem weiteren Eingang des Reglers 16.A setpoint generator 15 acts on a controller 16 and this acts on the valve 13 . A connection leads from the current sensor 14 to an input of a comparator 18 , the other input of which is a limit value input 17 . The output of the comparator 18 leads to a further input of the controller 16 via an attenuator 19 , the peculiarities of which will be discussed further below.

Die Wirkungsweise der Einrichtung gemäß Fig. 1 ist wie folgt: The mode of operation of the device according to FIG. 1 is as follows:

In Abhängigkeit von dem vom Sollwertgeber 15 auf den Reg ler 16 gegebenen Sollwert stellt dieser das Ventil 13 so ein, daß dem Motor 12 eine bestimmt Energie zugeführt wird, so daß der vorgegebene Sollwert erreicht wird. Gleich zeitig wird über den Stromaufnehmer 14 und den Komparator 18 überwacht, ob der am Grenzwerteingang 17 anliegende Grenz wert erreicht oder gar überschritten wird. Ist dies der Fall, wird der Abschwächer 19 betätigt, der derart auf den Regler 16 einwirkt, daß die Energiezufuhr zum Verbraucher 12 vermindert oder abgeschaltet wird.Depending on the setpoint given by the setpoint generator 15 to the controller 16 , the latter adjusts the valve 13 in such a way that a certain energy is supplied to the motor 12 , so that the predetermined setpoint is reached. At the same time, the current sensor 14 and the comparator 18 monitor whether the limit value at the limit value input 17 is reached or even exceeded. If this is the case, the attenuator 19 is actuated, which acts on the controller 16 in such a way that the energy supply to the consumer 12 is reduced or switched off.

Aufgrund der besonderen Eigenheit des Abschwächers 19 wird jedoch der Einfluß des Reglers 16 nicht lediglich zu einer Abschwächung oder Abschaltung der Energiezufuhr herangezo gen, es wird vielmehr der Regler 16 derart beeinflußt, daß die Abschwächung anstiegsverzögert wieder aufgehoben wird. Dies bedeutet, daß zwar bei Erreichen des vorgegebenen Grenzwerts zunächst die Energiezufuhr vermindert, dann jedoch, wenngleich mit einer vorgegebenen Anstiegsverzöge rung, wieder erhöht wird, so daß sich ein Pendelbetrieb einstellt, weil die Energiezufuhr jeweils bei Erreichen des Grenzwerts wieder vermindert, anschließend jedoch anstiegs verzögert wieder erhöht wird.Due to the special peculiarity of the attenuator 19 , however, the influence of the controller 16 is not only used for a weakening or shutdown of the energy supply, but rather the controller 16 is influenced in such a way that the weakening is canceled again with an increase in rise. This means that when the predetermined limit value is reached, the energy supply is initially reduced, but is then increased again, albeit with a predetermined increase in delay, so that pendulum operation occurs because the energy supply decreases again when the limit value is reached, but then increases delayed is increased again.

Wenn der vorgegebene Grenzwert nicht mehr erreicht wird, weil entweder der Sollwert am Sollwertgeber 15 vermindert wurde oder ein anderer Einfluß auf das System sich verändert hat, stellt sich wieder ein kontinuierlicher Betrieb ein.If the predetermined limit value is no longer reached because either the setpoint at the setpoint generator 15 has been reduced or another influence on the system has changed, continuous operation is restored.

Diese allgemeine Erläuterung soll nun anhand einer Drehzahlsteuerschaltung näher veranschaulicht werden: This general explanation will now be based on a speed control circuit are illustrated in more detail:

Hierzu ist in Fig. 2 ein Drehzahl-Drehmomentdiagramm eines Elektromotors dargestellt, man erkennt eine übliche Kur ve 30, wonach die Drehzahl mit zunehmendem Drehmoment ent lang einer Hyperbel abnimmt.For this purpose, a speed-torque diagram of an electric motor is shown in Fig. 2, one recognizes a usual Kur ve 30 , after which the speed decreases along with increasing torque along a hyperbola.

Infolge einer üblichen und allgemein bekannten Regelung ergeben sich die bekannten Abschnitte 31 und 32 der Kennli nie bis zu einem Punkt 33. Nimmt nun das Drehmoment weiter zu und die Drehzahl entsprechend ab, wird schließlich im Punkt 34 der Überlastpunkt erreicht. Dies kann beispielswei se bei einem Winkelschleifer dann der Fall sein, wenn die mechanische Belastung auf die Scheibe so groß wird, daß ein vorgegebener Grenzwert des Ankerstroms überschritten wird.As a result of a customary and generally known regulation, the known sections 31 and 32 of the characteristic curve never result up to a point 33 . If the torque continues to increase and the speed decreases accordingly, the overload point is finally reached at point 34 . This can be the case, for example, in the case of an angle grinder when the mechanical load on the disk becomes so great that a predetermined limit value of the armature current is exceeded.

In diesem Fall wird bei einer Schaltung gemäß Fig. 1 über den als Meßwiderstand ausgebildeten Stromaufnehmer 14 und den Komparator 18 das Erreichen eines Strom-Grenzwertes erkannt und über den Abschwächer 19 der Regler 16 so beeinflußt, daß ein als Stellglied vorgesehenes steuerbares Ventil 13 in Sperrich tung beaufschlagt wird. In Fig. 2 äußert sich dies durch den Kurvenzug zwischen den Punkten 34, 35 und 33, der eine schraffiert eingezeichnete Fläche 36 umschreibt. Im Punkt 35 ist die Anstiegsverzögerung des Abschwächers 19 abgelaufen und das Ventil 13 wird zuneh mend wieder geöffnet.In this case, a current limit value is detected in a circuit according to FIG. 1 via the current sensor 14 designed as a measuring resistor and the comparator 18 , and is influenced by the attenuator 19 of the controller 16 in such a way that a controllable valve 13 provided as an actuator in Sperrich tion is applied. In FIG. 2, this is expressed by the curve between points 34, 35 and 33 , which circumscribes a hatched area 36 . At point 35 the rise delay of the attenuator 19 has expired and the valve 13 is increasingly opened again.

Demzufolge stellt sich ein Pendeln des Stromes und der Drehzahl zwischen den Punkten 33, 34 und 35 ein, was auch vom Benutzer, zum Beispiel eines Winkelschleifers, sofort erkannt wird. As a result, the current and speed fluctuate between points 33, 34 and 35 , which is also immediately recognized by the user, for example an angle grinder.

Erst wenn das Drehmoment entsprechend vermindert wurde, stellt sich wieder ein geregelter Betrieb auf den Abschnit ten 31 und 32 in Fig. 2 ein.Only when the torque has been reduced accordingly, is a regulated operation on the sections 31 and 32 in FIG. 2 again.

Ein praktisches Ausführungsbeispiel einer Schaltung, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist in Fig. 3 dargestellt.A practical exemplary embodiment of a circuit as can be used in the context of the present invention is shown in FIG. 3.

Man erkennt einen elektrischen Motor 30, der in Reihe mit einem Triac 41 (steuerbares Ventil) und einem Meßwiderstand 42 (Stromaufnehmer) zwischen zwei Versorgungsleitungen, nämlich einer Plusleitung 43 und einer Minusleitung 44 angeordnet ist. Zwischen diesen Versorgungs leitungen 43 und 44 liegt auch ein nachfolgend als Potentio meter 45 bezeichnetes Drehzahlführungswert-Potentiometer, das als Drehzahl-Sollwertgeber dient. Der Abgriff des Poten tiometers 45 führt zur Basis eines ersten Transistors 46, dessen Emitter mit der Basis eines zweiten Transistors 47 verbunden ist. Vom Emitter des zweiten Transistors 47 führt ein Spannungsteiler 48, 49 zur Plusleitung 43. Der Abgriff des Spannungsteilers 48, 49 ist mit einem Eingang eines ersten Komparators 50 verbunden, dessen weiterer Eingang 51 mit einem sägezahnförmigen Signal 52 beaufschlagt ist.An electric motor 30 can be seen , which is arranged in series with a triac 41 (controllable valve) and a measuring resistor 42 (current collector) between two supply lines, namely a positive line 43 and a negative line 44 . Between these supply lines 43 and 44 there is also a speed control value potentiometer, hereinafter referred to as potentiometer 45 , which serves as a speed setpoint generator. The tap of the potentiometer 45 leads to the base of a first transistor 46 , the emitter of which is connected to the base of a second transistor 47 . A voltage divider 48, 49 leads from the emitter of the second transistor 47 to the positive line 43 . The tap of the voltage divider 48, 49 is connected to an input of a first comparator 50 , the further input 51 of which is supplied with a sawtooth-shaped signal 52 .

Ferner ist ein zweiter Kompartor 60 vorgesehen, dessen einer Eingang am Verbindungspunkt von Triac 41 und Meßwider stand 42 liegt und dessen anderer Eingang vom Mittelabgriff eines Spannungsteilers 61, 62 gespeist wird, der zwischen den Versorgungsleitungen 43, 44 liegt. Der Ausgang des zweiten Komparators 60 führt über antiparallel geschaltete Dioden 64, 65 zur Basis des zweiten Transistors 47, die weiterhin über einen Widerstand 66 mit der Plusleitung 43 verbunden ist. Die gegenüberliegende Elektrode der antipa rallel geschalteten Dioden 64, 65 und damit auch der Ausgang des zweiten Komparators 60 sind über einen Kondensator 63 mit der Minusleitung 44 verbunden. Furthermore, a second comparator 60 is provided, one input of which stood at the junction of triac 41 and measuring resistor 42 and whose other input is fed by the center tap of a voltage divider 61, 62 which is located between the supply lines 43, 44 . The output of the second comparator 60 leads via anti-parallel diodes 64, 65 to the base of the second transistor 47 , which is further connected to the positive line 43 via a resistor 66 . The opposite electrode of the anti-parallel diodes 64, 65 and thus also the output of the second comparator 60 are connected to the negative line 44 via a capacitor 63 .

Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 3 ist wie folgt:The mode of operation of the circuit according to FIG. 3 is as follows:

Abgesehen von den Elementen 60 bis 66 handelt es sich um eine übliche Schaltung zum Regeln der Drehzahl des Mo tors 40, weil über das Potentiometer 45 und die Transisto ren 46, 47 an den einen Eingang des ersten Komparators 50 eine feste Bezugsspannung gelegt wird, die ständig mit dem sägezahnförmigen Signal 52 verglichen wird. Je nach Größe dieser Bezugsspannung schaltet der Komparator 50 bei einer früheren oder späteren Phasenlage des sägezahnförmigen Sig nals 52 für ein kürzeres oder längeres Phasenintervall durch und zündet den Triac 41.Apart from the elements 60 to 66 , it is a conventional circuit for regulating the speed of the motor 40 , because a fixed reference voltage is applied to the one input of the first comparator 50 via the potentiometer 45 and the transistors 46, 47 is constantly compared with the sawtooth-shaped signal 52 . Depending on the magnitude of this reference voltage, the comparator 50 switches through at a earlier or later phase position of the sawtooth-shaped signal 52 for a shorter or longer phase interval and ignites the triac 41 .

Die Elemente 63 bis 66 sind an sich ebenfalls bekannt und werden als "Soft-Start"-Einrichtung bezeichnet. Sie dienen dazu, sicherzustellen, daß nach Einschalten des Netzes der Motor 40 nicht sofort mit einer endlichen Phase angesteuert wird, sondern vielmehr langsam hochläuft. Hierzu ist die Reihenschaltung des Kondensators 63 mit der Diode 64 und dem Widerstand 66 vorgesehen, weil bei abgeschaltetem Netz der Kondensator 63 zunächst entladen ist und damit den Emitter des ersten Transistors 46 auf niedrigem Potential festklemmt. Erst nach Ablauf eines durch die Zeitkonstante der Elemente 63/66 festgelegten Anstiegsintervalls arbeitet die Schaltung "normal" und die Spannung des Potentiometers 45 wird in der oben beschriebenen Weise dem ersten Kompara tor 54 zugeleitet.The elements 63 to 66 are also known per se and are referred to as "soft start" devices. They serve to ensure that the motor 40 is not immediately driven with a finite phase after switching on the network, but rather runs up slowly. For this purpose, the series connection of the capacitor 63 with the diode 64 and the resistor 66 is provided, because when the network is switched off, the capacitor 63 is initially discharged and thus clamps the emitter of the first transistor 46 at a low potential. Only after a time interval determined by the time constant of the elements 63/66 has elapsed does the circuit operate “normally” and the voltage of the potentiometer 45 is fed to the first comparator 54 in the manner described above.

Im Falle eines Abschaltens des Netzes sorgt die Diode 65 für eine schlagartige Entladung des Kondensators 63, so daß nach erneutem Einschalten des Netzes in jedem Fall der Motor 40 wieder langsam hochläuft. In the event of a shutdown of the network, the diode 65 ensures a sudden discharge of the capacitor 63 , so that after the network is switched on again in any case the motor 40 slowly starts up again.

Die Erfindung macht sich nun diese Elemente 63 bis 66 da durch zunutze, daß die "Soft-Start"-Einrichtung auch zur Regelung im Falle des Erreichens eines Grenzwertes benutzt wird.The invention now makes use of these elements 63 to 66 because the "soft start" device is also used for regulation when a limit value is reached.

Wird nämlich am Meßwiderstand 42 erkannt, daß der Ankerstrom den durch den Spannungsteiler 61, 62 vorgegebenen Grenzwert erreicht hat, schaltet der zweite Komparator 60 durch und entlädt den Kondensator 63. Hierdurch wird die Drehzahl des Motors 40 schlagartig zurückgenommen, steigt dann jedoch, verzögert um die Zeitkonstante der Elemente 63/66 wieder langsam an. Dies ergibt das periodische Pendeln um die in Fig. 2 mit 36 bezeichnete Fläche.If the measuring resistor 42 detects that the armature current has reached the limit value specified by the voltage divider 61, 62 , the second comparator 60 switches through and discharges the capacitor 63 . As a result, the speed of the motor 40 is suddenly reduced, but then increases, slowly, again delayed by the time constant of the elements 63/66 . This results in the periodic oscillation around the area denoted by 36 in FIG. 2.

Claims

Speed control circuit for the drive motor of an electric tool, in particular an angle grinder, in which the motor ( 40 ) is in series with a controllable valve ( 41 ) and a current sensor between two supply lines ( 43, 44 ), with a speed control value potentiometer ( 45 ), the output voltage of which controls the valve ( 41 ), and with a comparator ( 60 ), the inputs of which are connected to the current sensor or a limit value transmitter, the comparator ( 60 ) also having a blocking effect on the valve when the signal from the current sensor reaches the limit value , the action being canceled again with a time delay by a circuit containing an RC element, characterized in that the RC element ( 63, 66 ) with its means connects to a point in the distance from the speed control value potentiometer ( 45 ) to the valve ( 41 ) and with its two external connections to the two supply lines and that the outlet g of the comparator ( 60 ) is connected to the condenser ( 63 ) of the RC element in such a way that the capacitor ( 63 ) of the RC element can be discharged via the output of the comparator ( 60 ) as soon as the limit value is reached and in as a consequence, the action is canceled with a delay, so that the speed increases with a delay, as when switching on for the first time.