DE3526598A1

DE3526598A1 - Combination switch for the rotation-speed control of a DC motor or universal motor

Info

Publication number: DE3526598A1
Application number: DE19853526598
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Millauer
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 1985-07-25
Filing date: 1985-07-25
Publication date: 1987-02-05

Abstract

The combination switch for the rotation-speed control of a DC motor or universal motor having phase-gating control via a triac (4) has a protection circuit breaker (3) which, in the closed state, bridges the drive circuit (6-8) for the triac (4). A series of protection resistor (9) is preferably provided in order to limit the current via the protection circuit breaker (3) and the control circuit of the triac (4). The invention avoids burning of the contacts of the protection circuit breaker (3) since virtually no power is switched and high switching voltage spikes which endanger the triac (4) are no longer a concern. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Kombinationsschalter zur Drehzahlsteuerung eines Gleichstrom- oder Universalmotors gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a combination switch for speed control a DC or universal motor according to the Preamble of claim 1.

Ein häufig in Elektrowerkzeugen, die mit Gleichstrom- oder Universalmotoren betrieben werden, eingesetzter Schalter besteht aus einer Kombination eines kontaktbehafteten Netzschalters zum Ein- und Ausschalten (Netztrennen) und einer üblicherweise mit einem Triac bestückten Steuerschaltung zur kontinuierlichen Verstellung der Spannung über eine Phasenanschnittsteuerung. Ein solcher Kombinationsschalter wird im folgenden auch als "Elektronikschalter" bezeichnet. Die Fig. 1 der beigefügten Zeichnung zeigt die prinzipielle Schaltungsanordnung eines über einen bekannten Elektronikschalter gesteuerten Gleichstrom- oder Universalmotors im folgenden auch als "Motor" bezeichnet. A switch often used in power tools that are operated with direct current or universal motors consists of a combination of a contact-type mains switch for switching on and off (mains disconnection) and a control circuit usually equipped with a triac for continuous adjustment of the voltage via a phase control. Such a combination switch is also referred to below as an "electronic switch". Fig. 1 of the accompanying drawing shows the basic circuit arrangement of a DC or universal motor controlled by a known electronic switch, hereinafter also referred to as "motor".

Parallel zu den Schalterklemmen eines beide Netzphasen schaltenden Netzschalters 1 liegt die Reihenschaltung eines Motors 2 und einer Drehzahlsteueranordnung, die einen Triac und eine den Triac 4 im Schliesszustand kurzschliessenden, also parallel zum Triac 4 liegenden Ueberbrückungskontakt 3 aufweist, der im folgenden auch als "Notschalter" bezeichnet ist. Die mit der Steuerelektrode 5 des Triac 4 verbundene Ansteuerschaltung 11 umfasst beispielsweise die Reihenschaltung einer Triggerdiode 6 mit einem Vorwiderstand 10, deren der Ansteuerelektrode 5 abgekehrter Anschluss 12 einerseits mit einem Ladekondensator 8 und andererseits mit einem Einstellpotentiometer 7 verbunden ist, über das sich die Ladezeitkonstante des Ladekondensators 8 und damit die Schaltphase des Triacs 4 einstellen lassen. Die Reihenschaltung aus Einstellpotentiometer 7 und Ladekondensator 8 liegt parallel zum Triac 4.Parallel to the switch terminals of a mains switch 1 that switches both mains phases is the series connection of a motor 2 and a speed control arrangement, which has a triac and a bridging contact 3 that short-circuits the triac 4 in the closed state, that is to say parallel to the triac 4 , which in the following also acts as an "emergency switch" is designated. The connected to the control electrode 5 of the triac 4 driving circuit 11 includes, for example, the series circuit of trigger diode 6 with a series resistor 10, the drive electrode 5 abgekehrter terminal 12 is the one hand, on the other hand connected with a setting potentiometer 7, with a charging capacitor 8 and via which the charging time constant of the Let the charging capacitor 8 and thus the switching phase of the triac 4 adjust. The series connection of setting potentiometer 7 and charging capacitor 8 is parallel to the triac 4 .

Diese übliche Drehzahlsteueranordnung hat im Bereich grosser Aussteuerung, d. h. bei fast voll eingeschaltetem Triac 4, wenn beispielsweise eine das Potentiometer verstellende Drückertaste ganz eingedrückt ist, die Eigenschaft zur Folge, dass immer eine Spannung von wenigstens 10 Volt (bezogen auf einen Elektronikschalter für 220 Volt) als Restspannung am Triac stehenbleibt. Bei einem Elektronikschalter, der mit 220 V_eff gespeist ist, stehen ohne besonderen Aufwand am Motor nicht mehr als 210 V_eff an Versorgungsspannung zur Verfügung. Dabei muss berücksichtigt werden, dass zur Erzielung dieses Ergebnisses bereits Kompromisse bei der Dimensionierung der Ansteuerschaltung getroffen werden müssen, die andere Eigenschaften, wie z. B. das Verhalten bei ganz kleinen Aussteuerungen (d. h. am Anfang des Drückerweges der Drucktaste) ungünstig beeinflussen oder eine hohe Strombelastung der in der Regel empfindlichen Widerstandschleifbahn am Einstellpotentiometer 7 zur Folge haben. Aus diesem Grund wird ein Triac-Elektronikschalter dieser Art fast immer mit dem Ueberbrückungskontakt 3 ausgerüstet, der am Ende des Drückerweges, d. h. im fast voll eingeschalteten Zustand die gesamte Drehzahlsteueranordnung überbrückt. Damit wird im voll eingeschalteten Zustand die volle Netzspannung am Motor verfügbar und der Triac wird in diesem Zustand thermisch entlastet. Der Ueberbrückungskontakt 3 wirkt ersichtlicherweise auch als Notschalter, der mindestens ein Arbeiten wie mit einem Ein-/Aus-Schalter ermöglicht, wenn die Drehzahlsteueranordnung (die Elektronik) ihre Funktionsfähigkeit einmal verlieren sollte.This usual speed control arrangement has the property in the area of high modulation, ie when the triac 4 is almost fully switched on, for example when a push button that adjusts the potentiometer is fully depressed, that a voltage of at least 10 volts (based on an electronic switch for 220 volts) is always remains as residual voltage on the triac. With an electronic _{switch that is} supplied with 220 V _rms , no more than 210 V _rms of supply voltage are available on the motor without any special effort. It must be taken into account that in order to achieve this result, compromises have to be made in the dimensioning of the control circuit, which have other properties, such as. B. adversely affect the behavior with very small modulations (ie at the beginning of the pushbutton path of the pushbutton) or result in a high current load on the generally sensitive resistance slideway on the setting potentiometer 7 . For this reason, a triac electronic switch of this type is almost always equipped with the bridging contact 3 , which bridges the entire speed control arrangement at the end of the pusher path, ie in the almost fully switched-on state. This means that when the motor is fully switched on, the full mains voltage is available on the motor and the triac is thermally relieved in this state. The bridging contact 3 obviously also acts as an emergency switch, which enables at least work as with an on / off switch if the speed control arrangement (the electronics) should lose its functionality.

Der Ueberbrückungskontakt 3 weist aber auch gravierende Nachteile auf, da er bei seinem Oeffnen (beim Abschalten der Maschine) einer erheblichen Kontaktbelastung unterliegt, weil u. U. der volle Nennstrom zu schalten ist. Der Ueberbrückungskontakt 3 ist damit "lebensdauerbestimmend" für den gesamten Kombinationsschalter. Beim Abschalten der Maschine namentlich unter Last entsteht aber bei zuvor geschlossenem Ueberbrückungskontakt 3 auch ein mehr oder weniger grosser Lichtbogen und als seine Folge eine hohe Schaltspannung liegt voll über der Laststrecke des Triac und kann je nach Kontaktgestaltung Spitzenwerte bis zu 2000 V erreichen, die eine Zerstörung des Triacs 4 zur Folge haben können.The bridging contact 3 also has serious disadvantages, since it is subject to a considerable contact load when it is opened (when the machine is switched off), because u. U. the full rated current is to be switched. The bridging contact 3 is therefore "life-determining" for the entire combination switch. When the machine is switched off, particularly under load, but with the bridging contact 3 previously closed, a more or less large arc also arises and, as a result, a high switching voltage lies fully over the load path of the triac and, depending on the design of the contact, can reach peak values of up to 2000 V, which would destroy it of the Triac 4 can result.

Zur Beseitigung oder wenigstens Verminderung dieser den Triac 4 gefährdenden Schaltspannungsspitzen könnte entsprechend der aus der DE-AS 15 88 524 bekannten Drehzahlsteueranordnung (dortige Fig. 3) daran gedacht werden, ein Tiefpassfilter vorzusehen, dessen kapazitives Glied parallel zum Ueberbrückungskontakt 3 zu schalten wäre. Ein solcher Tiefpassfilter könnte zwar unter Umständen einen wirksamen Schutz der Laststrecke des Triacs gegen Spannungsdurchbruch gewährleisten. Jedoch stellt ein solcher Tiefpassfilter einen zusätzlichen, in der Regel nicht akzeptablen Mehraufwand dar, insbesondere dann, wenn bei Motoren höherer Leistung grosse Ströme zu schalten sind und daher der Kondensator für einen wirksamen Schutz eine ziemlich grosse Kapazität haben müsste. In order to eliminate or at least reduce these switching voltage peaks endangering the triac 4 , according to the speed control arrangement known from DE-AS 15 88 524 ( FIG. 3 there), it could be considered to provide a low-pass filter whose capacitive element would have to be connected in parallel with the bridging contact 3 . Under certain circumstances, such a low-pass filter could ensure effective protection of the triac's load path against voltage breakdown. However, such a low-pass filter represents an additional, usually unacceptable additional effort, especially when large currents have to be switched in motors of higher power and therefore the capacitor would have to have a rather large capacitance for effective protection.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kombinationsschalter der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, dass die erläuterten Vorteile des Ueberbrückungskontakts weitgehend beibehalten werden, und ein sicherer Schutz für den Triac gewährleistet werden kann, dies jedoch ohne zusätzlichen Schaltungs- und Kostenaufwand. Im Gegenteil, die anzustrebende Lösung sollte selbstverständlich nach Möglichkeit kostengünstiger sein als beispielsweise die oben anhand der Fig. 1 beschriebene Schaltung zur Drehzahlsteuerung.The invention has for its object to improve a combination switch of the type mentioned in such a way that the explained advantages of the bridging contact are largely retained, and safe protection for the triac can be ensured, but without additional circuitry and cost. On the contrary, the desired solution should of course be cheaper if possible than, for example, the circuit for speed control described above with reference to FIG. 1.

Ein Kombinationsschalter zur Drehzahlsteuerung mit dem Merkmal des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen angegebenen Merkmale charakterisiert.A combination switch for speed control with the feature of the preamble of claim 1 is according to the invention characterized by the characteristics indicated in the license plate.

Eine vorteilhafte Ergänzung und Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist im Patentanspruch 2 angegeben.An advantageous addition and design of the inventive concept is specified in claim 2.

Der Erfindungsgedanke geht dahin, mit dem Ueberbrückungskontakt des Schutzschalters nicht mehr die gesamte Schaltung zur Phasenanschnittsteuerung, sondern nur noch den Teil der Ansteuerschaltung zu überbrücken, der für eine unzureichende Vollaussteuerung verantwortlich ist. Vorzugsweise wirkt der Schutzschalter jetzt über einen Schutzwiderstand unmittelbar auf den Steueranschluss des Triacs.The idea of the invention goes with the bridging contact the circuit breaker no longer the entire circuit for Phase control, but only the part of the control circuit to bridge that for insufficient full level responsible for. The circuit breaker preferably acts now directly on a protective resistor the control connection of the triac.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend näher durch eine Zeichnung veranschaulicht, wobeiAn embodiment of the invention is described below illustrated by a drawing, wherein

Fig. 1 eine bereits erläuterte Drehzahlsteueranordnung herkömmlicher Art zeigt, während Fig. 1 shows an already explained speed control arrangement of conventional type, while

Fig. 2 eine entsprechende Drehzahlsteuerschaltung mit erfindungsgemässen Merkmalen veranschaulicht. Fig. 2 illustrates a corresponding speed control circuit with inventive features.

Die in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 vorhandenen und in ihrer Funktionsweise und Anordnung bereits erläuterten Teile und Bauelemente werden nicht erneut beschrieben, soweit sie bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 in gleicher Funktion vorhanden sind.The parts and components present in the circuit arrangement according to FIG. 1 and already explained in their mode of operation and arrangement are not described again insofar as they are present in the same function in the circuit arrangement according to FIG. 2.

Der wesentliche Unterschied der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 zum Schaltbild der Fig. 1 besteht darin, dass der untere Anschlusspunkt des Ueberbrückungskontakts des Schutzschalters 3 über einen Schutzwiderstand 9 unmittelbar an den Steueranschluss 5 des Triacs 4 angeschlossen ist.The essential difference between the circuit arrangement according to FIG. 2 and the circuit diagram of FIG. 1 is that the lower connection point of the bridging contact of the circuit breaker 3 is connected directly to the control connection 5 of the triac 4 via a protective resistor 9 .

Eine derartige Abwandlung des Schutzschalters hat folgende Vorteile:Such a modification of the circuit breaker has the following Advantages:

- Almost no power flows through the bypass contact of the circuit breaker 3 . Therefore there is no "contact erosion". The circuit breaker 3 can be dimensioned much smaller and still allows a significantly longer service life to be expected.
- The combination switch is in the switched-through state essentially no residual stress.
- The bypass contact of the circuit breaker 3 also takes over an essential part of the function as an "emergency contact" in the new mode of operation; it acts with all failures of the control circuit such as defects in the setting potentiometer 7 , the trigger diode 6 , the charging capacitor 8 and in the event of any interruption of internal connections.
- The solution according to the invention is compared to the known technically less complex and more cost-effective. A low pass filter with a spark extinguishing capacitor or the like is not needed.

Diesen Vorteilen steht zwar gegenüber, dass der Triac 4 geschlossenem Schutzschalter 3 nicht mehr thermisch entlastet ist und dass bei einer Unterbrechung im Steuerkreis des Triacs 4 der der Kombinationsschalter nicht mehr funktionsfähig ist. Eine unzulässige Erwärmung des Triacs 4 ist jedoch vergleichsweise einfach durch eine entsprechende konstruktive Gestaltung des Einbaus beherrschbar. Eine Unterbrechung im Triac 4 dagegen ist eine sehr seltene Ausfallart; wesentlich häufiger ist das "Durchlegieren". Im letztgenannten Fall wird der Triac 4 zwar unsteuerbar, er bleibt jedoch voll leitfähig.These advantages are offset by the fact that the triac 4 closed circuit breaker 3 is no longer thermally relieved and that in the event of an interruption in the control circuit of the triac 4, the combination switch is no longer functional. Inadmissible heating of the triac 4 can, however, be managed comparatively easily by appropriate design of the installation. An interruption in the Triac 4, on the other hand, is a very rare type of failure; "alloying" is much more common. In the latter case, the triac 4 becomes uncontrollable, but it remains fully conductive.

Claims

1. Combination switch for controlling speed of a direct current or universal motor with an electronic full wave actuator, in particular a triac (4) for phase-angle control of a hand, and a full load to be closed protection switch (3) on the other hand, characterized in that the circuit breaker (3) in the closed, the control electronics (6 to 8 ) of the triac ( 4 ).

2. Combination switch according to claim 1, characterized by a protective resistor ( 9 ) lying in series with the circuit breaker ( 3 ).