DE3820629A1 - Speise- und bremsschaltung fuer einen universalmotor - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß beim Abschalten der Speisespannung eines Elektromotors, dieser, abhängig von der vorhandenen Last, infolge seiner Trägheit noch für einige Zeit weiter­ läuft. Wenn ein derartiger Motor Teil eines Elektrowerk­ zeugs, insbesondere eines tragbaren Elektrowerkzeugs ist, kann dies den Benutzer gefährden. Wenn sich beispiels­ weise bei einer tragbaren, elektrischen Kreissäge nach dem Abschalten des Antriebsmotors das Sägeblatt noch für eine gewisse Zeitspanne dreht, stellt dies ganz offen­ sichtlich eine erhebliche Gefahr dar. Abgesehen davon, daß dieses Weiterlaufen des Motors eine Gefährdung des Benutzers beinhaltet, ist auch zu berücksichtigen, daß der Benutzer üblicherweise das tragbare Elektrowerkzeug nach dem Abschalten sofort ablegt, so daß das sich noch drehende Werkzeug in Berührung mit der Ablagefläche kommen und diese beschädigen kann. Ferner kann es zu Verletzungen durch auf diese Weise herausgerissene Teilchen der Ablage­ fläche kommen.

Unterschiedlichste Motorbremseinrichtungen zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten sind seit langem bekannt. So werden verhältnismäßig komplizierte und teure elektromagnetische Bremseinrichtungen eingesetzt, und es wird auch auf ein­ fachere und billigere Art eine Bremswirkung erzeugt, indem man die Speisespannung des Motors unterbricht und die Rotorwicklungen mit den Statorwicklungen verbindet, um den verbleibenden Fluß zur Erzeugung einer elektromoto­ rischen Kraft auszunutzen, so daß ein Strom entgegen der Drehrichtung des Motors erzeugt wird, durch den sich eine Bremswirkung ergibt.

Infolge des einfachen Aufbaus und der niedrigen Kosten ist die letztgenannte Einrichtung diejenige, die insbe­ sondere für kleine tragbare Elektrowerkzeuge am häufigsten eingesetzt wird. Obwohl diese Einrichtung den Vorteil des leichten Einbaus und der wirtschaftlichen Herstellung hat, weist sie einen erheblichen Nachteil auf. Es kann nämlich vorkommen, daß der Motor abgeschaltet, d.h. die Speisespannung für den Motor unterbrochen wird, wenn der Fluß im Motor gerade Null ist, d.h. wenn der sinusför­ mige Verlauf des Flusses gerade einen Nulldurchgang hat. In diesem Fall ist der verbleibende Fluß nach Abschalten des Motors Null, und aus diesem Grund erhält man keine elektromotorische Kraft, so daß auch kein Strom im Motor induziert wird. Somit erfolgt kein Abbremsen des Motors, sondern dieser dreht sich infolge Trägheit weiter, als wenn überhaupt keine Bremseinrichtung vorhanden wäre. Es ist zwar verhältnismäßig selten, daß das Abschalten gerade beim Nulldurchgang des Flusses eintritt, so daß in den meisten Fällen eine gute Bremswirkung erhalten wird. Wenn jedoch der seltene Fall der Abschaltung im Nulldurchgang stattfindet, ergibt sich eine erhebliche Gefährdung des Benutzers, zumal dieser an sich davon ausgeht, daß eine Bremswirkung vorhanden ist, und durch das Fehlen dieser Bremswirkung besonders überrascht wird, während er bei völligem Fehlen einer Bremseinrichtung mit dem Weiterlaufen rechnen und sich normalerweise darauf einstellen würde.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Bremseinrichtung zu schaffen, die in allen Situationen absolut zuverlässig arbeitet und jedesmal dann wirksam wird, wenn der Benutzer den Motor abschaltet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Speise- und Bremsschal­ tung geschaffen, die einen ersten zwischen einer ersten Stellung, in der die Motorwicklungen an die Speisespannung abgeschlossen sind, und einer zweiten Stellung bewegbar ist, in der die Motorwicklungen zur Erzeugung eines Brems­ momentes im Motor kurzgeschlossen sind, und die sich dadurch auszeichnet, daß eine zusätzliche Schaltungsan­ ordnung zur Zufuhr einer Gleichspannung zum Motor vorhanden ist. Diese zusätzliche Schaltungsanordnung kann einen zweiten Schalter zur Speisung des Motors mit der Gleichspan­ nung enthalten, wenn der erste Schalter seine erste Stel­ lung verlassen und seine zweite Stellung noch nicht er­ reicht hat.

Die erfindungsgemäße Speise- und Bremsschaltung ist sehr einfach aufgebaut und preiswert herzustellen. Darüber hinaus arbeitet sie absolut zuverlässig und ist bei jeder Abschaltung des Motors wirksam.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die elektrische Schaltungsanordnung einer bekannten Speise- und Bremseinrichtung, bei der die Rotorwicklungen eines Motors mit den Statorwicklungen kurzgeschlossen werden, wenn der Motor abgeschaltet wird.

Fig. 2 zeigt die Schaltungsanordnung der Einrichtung aus Fig. 1, wenn sich der Motor in seinem norma­ len Arbeitszustand befindet.

Fig. 3 zeigt die Schaltungsanordnung der Einrichtung aus Fig. 1, wenn sich der Motor im Bremszustand befindet.

Fig. 4 zeigt die Ausbildung einer neuen elektrischen Schaltungsanordnung für eine Speise- und Bremsein­ richtung.

Fig. 5 zeigt die Schaltungsanordnung aus Fig. 4 bei sich im normalen Betriebszustand befindendem Motor.

Fig. 6 zeigt die Schaltungsanordnung aus Fig. 4, wenn sich der Motor in einem Zeitraum zwischen dem Ende des normalen Betriebszustandes gemäß Fig. 5 und dem Beginn des Bremszustandes befindet.

Fig. 7 zeigt die Schaltungsanordnung aus Fig. 4 bei sich im Bremszustand befindendem Motor.

Ein bekannter Aufbau für eine Schaltungsanordnung, die den Motor abbremst, wenn er bzw. das beispielsweise von ihm angetriebene Elektrowerkzeug abgeschaltet wird, ent­ spricht dem Aufbau aus Fig. 1. Wenn bei einem derartigen Aufbau der Benutzer den Steuerknopf S 1 freigibt, kommen die zugehörigen Kontakte S 1 A und S 1 B aus der bei gedrücktem Steuerknopf S 1 gegebenen Stellung a und c in die in Fig. 1 dargestellte Stellung b und d. Durch diese Bewegung wird die Schaltungsanordnung so verändert, daß von einem normalen Schaltkreis für den Betrieb eines Universalmotors, wie er in Fig. 2 gezeigt ist und bei dem die Statorwicklun­ gen B 1 und B 2 in Reihe mit den Rotorwicklungen A geschal­ tet sind, in einen Bremszustand für den Motor übergegangen wird, in dem, wie in Fig. 3 gezeigt, die Statorwicklungen B 1 und B 2 über die Rotorwicklung A kurzgeschlossen werden. Man erkennt, daß bei dieser Anordnung keine Maßnahme vorgesehen ist um sicherzustellen, daß der Übergang zwi­ schen dem Zustand gemäß Fig. 2 und dem Zustand gemäß Fig. 3 zuverlässig zu einer Bremswirkung führt, d.h. der Übergang nicht in dem Augenblick eintritt, in dem das Restfeld gleich Null ist.

Diese Schwierigkeiten werden mittels der Erfindung vermie­ den, und in Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel für einen entsprechenden Aufbau gezeigt.

Wenn in der Anordnung gemäß Fig. 4 der Steuerknopf S 2 die beiden Kontakte S 2 A und S 2 B bewegt, so ergibt sich abweichend von der vorstehend erläuterten Betriebsweise, ein Vorgang, der in drei Schritte oder Betriebszustände aufgeteilt werden kann, nämlich

• - im ersten Schritt wird der Motor bei Reihenschaltung der Statorwicklungen B 1 und B 2 mit den Rotorwicklungen A (Fig. 5) normal gespeist,
• - in einem zweiten Schritt wird der Motor mit einer pulsie­ renden Gleichspannung gespeist (Fig. 6);
• - in einem dritten Schritt erfolgt das Abbremsen des Motors durch Kurzschließen der Statorwicklungen B 1 und B 2 über die Rotorwicklungen A (Fig. 7).

Diese drei Schritte werden durch die kombinierte Wirkung des Steuerknopfes S 2, der gegenüber dem bekannten Steuer­ knopf S 1 abgewandelt ist, und eine Diode D 1 erreicht. Wenn der Steuerknopf S 2 gedrückt ist, befinden sich die Kontakte S 2 A und S 2 B in ihren Stellungen a und c, und der Motor wird bei normaler Betriebsschaltung eines Uni­ versalmotors (Fig. 5) gespeist. In diesem Zustand ist die Diode D 1 durch den Kontakt S 2 B kurzgeschlossen und entfaltet also keine Wirkung. Der erste Schritt stellt somit den normalen Betriebszustand dar. Wenn der Benutzer den Motor durch Freigabe des Steuerknopfes 51 abschaltet, ändert der Kontakt S 2 B seine Stellung aus der Lage c in die Lage d, wofür eine kurze Zeitspanne erforderlich ist, während der der Kontakt S 2 A in seiner Lage a verbleibt. Während dieser Zeitspanne, während der der Kontakt S 2 B bereits die Lage c verlassen, jedoch noch nicht die Lage d erreicht hat, befindet sich die Schaltungsanordnung im Zustand gemäß Fig. 6. Es handelt sich dabei um den vorstehend genannten zweiten Schritt.

Wie Fig. 6 zu entnehmen ist, besteht die einzige Schal­ tungsvariante gegenüber dem normalen Betriebszustand gemäß dem ersten Schritt (Fig. 5) darin, daß die Diode D 1 in Reihe mit der übrigen Schaltungsanordnung gebracht wird. Dadurch wird dem Motor für die gesamte Zeitspanne des zweiten Schrittes eine pulsierende Gleichspannung zugeführt, die durch geeignete Verzögerung in den Bewegun­ gen der Kontakte S 2 A und S 2 B eine Dauer von mindestens einer Periode der Speisespannung hat. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß dann, wenn der Kontakt S 2 B die Stellung d erreicht und somit der Kontakt S 2 A in die Lage b gelangt ist und auf diese Weise der den dritten Schritt darstellende Bremszustand mit einem Kurzschluß der Statorwicklungen B 1 und B 2 durch die Rotorwicklungen A erreicht ist, zuverlässig ein Restfeld vorhanden ist, das die Erzeugung einer elektromotorischen Kraft und damit der gewünschten Bremswirkung ermöglicht.

Die Verzögerung im Abschalten des Motors durch die verzö­ gerte Bewegung des Kontaktes S 2 A, d.h. die Zeitspanne des zweiten Schrittes ist für den Benutzer nicht merkbar, da diese Zeit auf eine Periode der Speisespannung begrenzt sein kann, was bei einer Speisespannung mit 50 Hz zu einer Zeitspanne von 20 mSek. führt. Ferner hat die Diode im Bremszustand gemäß Fig. 7, also nach Umschalten des Kontaktes S 2 A aus der Lage a in die Lage b keinerlei Einfluß mehr, da sie in Sperrichtung belastet wird und daher im geschlossenen Schaltkreis nicht leitet.

Eine Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 mit einem Schalter S 2 mit verzögerten Kontakten und einer Diode D 1 stellt selbstverständlich nur ein mögliches Ausführungsbeispiel dar. Es ist offensichtlich auch möglich, auf andere Weise zwischen dem Schritt des normalen Betriebszustandes und dem Schritt des Bremsens einen dritten Schritt vorzusehen, während dem der Motor mit einer Gleichspannung gespeist wird.

Claims (5)

1. Speise- und Bremsschaltung für einen Universalmotor, insbesondere für tragbare Elektrowerkzeuge, mit einem ersten Schalter, der aus einer ersten Stellung, in der die Statorwicklungen an die Versorgungswechsel­ spannung angeschlossen sind, und in eine zweite Stel­ lung bewegbar ist, in der die Motorwicklungen zur Erzeugung eines Bremsmomentes im Motor kurzgeschlossen sind, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Schaltungs­ anordnung zur Erzeugung einer Gleichspannung zur Speisung des Motors.

2. Speise- und Bremsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Schaltungsanordnung einen zweiten Schalter zur Speisung des Motors mit der Gleichspannung aufweist, wenn der erste Schalter sich aus seiner ersten Stellung bewegt und seine zweite Stellung noch nicht erreicht hat.

3. Speise- und Bremsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Schaltung eine Gleichrichterdiode enthält, die die Gleichspan­ nung aus der Versorgungswechselspannung ableitet.

4. Speise- und Bremsschaltung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Schalter von einem einzigen Schalter mit zwei Kontakten gebildet werden.

5. Speise- und Bremsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontakte des einzigen Schalters sich bei dessen Freigabe bewegen, wobei der erste Kontakt zur Bewegung von der ersten Stellung in die zweite Stellung eine Zeitspanne von mindestens einer Periode der Speisewechselspannung des Motors benötigt, daß während dieser Zeitspanne eine mit dem ersten Kontakt verbundene Gleichrichterdiode in Reihe mit den Statorwicklungen des Motors liegt, und daß der zweite Kontakt erst aus seiner ersten Stellung in die zweite Stellung bewegt wird, wenn der erste Kontakt seine zweite Stellung erreicht hat, so daß der zweite Kontakt zusammen mit dem ersten Kontakt die Rotorwicklungen mit den Statorwicklungen verbindet.