-
Hilfsschaltung, z. B. Gleichspannungsspeiseschaltung
-
Die Erfindung betrifft eine Hilfsschaltung, z.B. eine Gleichspannungsspeiseschaltung,
zur Verwendung in einem Gerät mit einem aus einem Wechselstromspeisenetz zu speisenden
Motor mit zugehöriger Entstörungskapazität, wobei die Hilfsschaltung über eine Impedanz
ebenfalls aus dem erwähnten Netz gespeist wird.
-
Eine solche Hilfsschaltung wird, wie gesagt, z.B. durch eine mit
mindestens einem Gleichrichter ausgerüstete Gleichspannungsspeiseschaltung gebildet,
die z.B. zur Gleichstromversorgung einer Regeleinheit oder anderen funktionellen
Einheit, z.B. eine Schutseinheit, eines Geräts dient, das von einem aus dem Wechselstromspeisenetz
zu speisenden Elektromotor mit zugehöriger Entstörungskapazität angetrieben wird.
Als Beispiele eines solchen Geräts seien Handwerkzeuge wie elektrische Bohrmaschinen,
Haushaltgeräte und Tischmaschinen des sogennanten "power tool" Typs erwähnt.
-
Solche Geräte sind z.B. mit einem als elektrischer Reihenmotor ausgebildeten
Antriebsmotor mit einer Nennleistung von etwa 1000 W und einer zugehörigen Regeleinheit
zur Anpassung des Motorverhaltens an die Belastungsumstände ausgerüstet. Die betreffende
Regeleinheit oder andere funkionelle Einheit des Geräts wird dabei ebenfalls aus
dem Wechselstromspeisenetz gespeist. Dies erfolgt über die Hilfsschaltung, die meistens
über eine Impedanz, z.B. eine Reihenimpedanz oder einen Transformator, ebenfalls
an das Wechselstromspeisenetz angeschlossen werden soll. Mit Rücksicht auf Probleme
in bezug auf Wärmedissipation wird die Verwendung einer Kapazität als Reihenimpedanz
über die Verwendung eines Widerstands bevorzugt, aber diesem steht gegenüber, dass
eine geeignete Kapazität häufig erheblich grössere Abmessungen (und höhere Kosten)
als ein geeigneter Widerstand hat.
-
Bei Geräten des betreffende Typs, wie Handwerkzeugen, Haushaltgeräten
und Tischmaschinen, ist es häufig wichtig, sowohl die Anzahl als auch die Abmessungen
der im Gerät benutzten und mit diesem einheitlichen Bestandteile möglichst gering
zu halten. Dies trifft insbesondere zu bei Handwerkzeugen, wie elektrischen Bohrmaschinen.
-
Die Erfindung bezweckt, dazu beizutragen, und schlägt dazu für eine
Hilfsschaltung eingangs erwähnter Art vor, dass wenigstens ein Teil der Entstörungskapazität
die erwähnte Impedanz oder einen Teil derselben bildet. Es wird dabei die als notwendig
vorausgesetzte Anwesenheit einer Entstörungskapazität benutzt, indem man dieselbe,
wenigstens grossenteils, ausserdem als für die Speisung der Hilfsschaltung notwendige
Reihenimpedanz funktionieren lässt. Insbesondere schlägt die Erfindung vor, dass
die Entstörungskapazität aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren besteht, von
denen einer in Reihe mit und der andere parallel zu der Hilfsschaltung angeschlossen
ist. In dieser Weise wird einerseits die gute Wirkung als Entstörungskapazität und
andererseits die Wirkung als Reihenimpedanz gesichert.
-
Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Massnahme ermöglicht eine Verringerung
der Anzahl sowie der Abmessungen der anzuwendenden Bestandteile und eine Verringerung
der auftretenden Wärmedissipation, was insbesondere bei Miniaturisierung von Bedeutung
ist.
-
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnung
näher erläutert. Darin zeigen: die Fig. 1 und 2 Prinzipschaltbilder zweier bekannter
Ausführungsformen der Anordnung einer einem Gerät mit zugehörender Entstörungskapazität
zugeordneten Hilfsschaltung, Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer solchen Anordnung
nach der Erfindung und Fig. 4 und Fig. 5, zum Vergleich, Schaltbilder zweier praktischer
Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 3 der Anordnung der Hilfsschaltung.
-
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein durch Speiseanschlüsse 1 und 2 mit einem
nicht in der Zeichnung angedeuteten Wechselstromspeisenetz zu koppelndes Gerät 3,
z.B. ein Handwerkzeug, ein Haushaltgerät oder eine Tischmaschine mit Elektromotorantrieb
(nicht dargestellt). Dem Gerät 3 ist eine Entstörungskapazität C sowie eine Hilfsschaltung
4 zugeordnet, die z.B. durch eine Gleichspannungsspeiseschaltung
für
die Gleichstromversorgung einer dem Gerät 3 zugehörigen, nicht gesondert in der
Zeichnung dargestellten Regeleinheit gebildet wird.
-
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform bekannten Typs ist
die Hilfsschaltung 4 über eine Reihenimpedanz Z zwischen den beiden Speiseanschlüssen
1 und 2 angebracht. Die Reihenimpedanz Z kann z.B. aus einem Widerstand, einer Kapazität
oder einer Selbstinduktion bestehen.
-
Wie gesagt, wird bei Verwendung eines Widerstands als Reihenimpedanz
Z in diesem einige Wärmeentwicklung auftreten, während die Verwendung einer Kapazität
oder eines Induktors als Reihenimpedanz Z den Nachteil hat, dass solche Einzelteile
verhältnismässig grosse Abmessungen aufweisen, was für Miniaturisierung des Geräts
mit zugehörigen Einzelteile nicht günstig ist.
-
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform bekannter Art ist
die Hilfsschaltung 4 hingegen über einen Transformator T mit den Speiseanschlüssen
1 und 2 gekoppelt. Auch die Verwendung eines solchen Transformators T hat den Nachteil,
dass er verhältnismässig gross bemessen ist.
-
Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäss vorgeschlagene Vereinfachung. Diese
Figur zeigt, dass die Entstörungskapazität C der beiden bekannten Ausführungsformen
nach Fig. 1 durch die Reihenschaltung zweier Kondensatoren C1 und C2 ersetzt ist,
von denen der erstere in Reihe mit und der zweite parallel zu der Hilfsschaltung
4 angeschlossen ist.
-
Der Kondensator C1 erfüllt somit sowohl die Funktion der Entstörungskapazität
C der Fig. 1 als auch die der Reihenimpedanz Z der Fig. 1. Der Kondensator C2 sichert,
dass die Entstörungswirkung aufrechterhalten wird und braucht nur eine der Eingangsspannung
der Hilfsschaltung 4 angepasste Durchschlagspannung zu haben.
-
Der praktische Effekt der Erfindung, der insbesondere beim Miniaturisieren
von grosser Bedeutung ist, prägt sich besonders aus bei einem mehr detaillierten
Vergleich der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Schaltbilder der nach den Fig. 1
und 3 bewerkstelligten, praktischen
Ausführungsformen der Anordnung
einer Hilfsschaltung, die über die Speiseanschlüsse 1 und 2 aus einem Wechselstromspeisenetz
mit einer Spannung von 220 Veff gespeist wird und die an den zwei betreffenden Ausgangsanschlüssen
A und B zwei Gleichspannungen von 5 V, bzw. -15 V, für die Gleichstromversorgung
einer funktionellen Einheit eines in den Fig. 4 und 5 nicht dargestellten Geräts,
z.B. einer elektrische Handbohrmaschine, liefern soll.
-
Bei der bekannten Ausführungsform nach Fig. 4, die grundsätzlich
der nach Fig. 1 entspricht, wird die Hilfsschaltung über eine aus einem Widerstand
R1 mit einem Wert von 18 kOhm bestehende Reihenimpedanz aus dem Wechselstromspeisenetz
gespeist. Die Hilfsschaltung an sich enthält zwei Parallelzweige, von denen einer
aus der Reihenschaltung einer Diode D1 und eines Elektrolytkondensators Ce1 und
der andere aus der Reihenschaltung eines Widerstands R2 mit einem Wert von 47 kohm,
einer Diode D2 und eines Elektrolytkondensators Ce2 besteht.
-
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform nach der Erfindung,
die der nach Fig. 3 entspricht, werden Wärme erzeugende Widerstände R1 und R2 nicht
mehr benutzt. Als Reihenimpedanz dient eine Kapazität C1 der gleichen Spezifikation
wie die Entstörungskapazität C der Fig. 4, deren Entstörungswirkung durch eine mit
der Kapazität C1 in Reihe geschaltete Kapazität C2 ergänzt wird, die nur eine Durchschlagspannung
von etwa 50 V zu haben braucht. Wie gesagt, ist der Widerstand R2 aus dem rechten
Zweig der Hilfsschaltung verschwunden. Ausserdem kann die Diode D1 < des linken
Zweigs eine erheblich niedrigere Durchschlagspannung als die vergleichbare Diode
D1 der Fig. 4 haben. In den Schaltungen nach den Fig. 4 und 5 haben die Elektrolytkondensatoren
Ce1 und Ce2 und die Diode D2 stets die gleiche Spezifikation. Zur Information folgen
die praktischen Werte aller in den Fig. 4 und 5 dargestellten Einzelteile:
Fig.
4 Fig. 5 C 0,2pF,250 V X C1 0,2pF,250 y X C2 0,68F, 50 V -Ce147 pF, 16 V --- Ce147
N&F, 16 V Ce210 µF, 6,3V C Ce21° F, 6,3V R1 18KOhm,2W R2 47KOhm,fW D1 iN4004,400
V D1'IN4148 , 50 V D2 IN4148, 50 V D2 IN4148 , 50 V Ein Vergleich der beiden Tabellen
zeigt, dass gegenüber dem Verschwinden der beiden Wärme erzeugenden Widerstände
R1 und R2 nur der Zusatz eines Elektrolytkondensators C2 von 0,68 uF steht, während
die Diode D1 (IN4004, 400 V) durch eine Diode D1' (IN4148, 50 V) ersetzt worden
ist.
-
Es wird einleuchten, dass vor allem die Beseitigung der beiden Widerstände
R1 und R2, deren Wärmeerzeugung insbesondere einer Miniaturisierung im Wege steht,
beim Entwerfen eines z.B. als Handwerkzeug ausgebildeten Geräts minimaler Abmessungen
von grosser Bedeutung ist. Die Erfindung betrifft daher nicht nur eine Hilfsschaltung
sondern auch ein mit einer solchen Hilfsschaltung ausgerüstetes Gerät, z.B. ein
elektromotorisch angetriebenes Handwerkzeug, ein Haushaltgerät oder eine Tischmaschine
des "power tool" Typs.