DE4021560C2

DE4021560C2 -

Info

Publication number: DE4021560C2
Application number: DE19904021560
Authority: DE
Inventors: Karl-Diether 7101 Oedheim De Nutz
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Microchip Technology Munich GmbH
Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1993-01-07
Also published as: DE4021560A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsschaltung für einen aus einem Universalmotor und einem Triac aufgebauten, von einer Wechselspannungsquelle gespeisten Laststromkreis gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei bestimmten elektrischen Werkzeugen wie z. B. Win kelschleifern ist darauf zu achten, daß die Werkzeuge in einem bestimmten Drehzahlbereich arbeiten und dieser Drehzahlbereich nicht überschritten wird, da z. B. bei einem Winkelschleifer bei zu hoher Drehzahl die Gefahr besteht, daß Teile der Schleifscheibe sich lösen, weg geschleudert werden und den Benutzer oder Umstehende gefährden. Da Winkelschleifer infolge der Reibung zwi schen der Schleifscheibe und dem zu bearbeitenden Ge genstand mechanisch meist stark belastet werden, müssen sie mit einer hohen elektrischen Leistung betreibbar sein. Das Betreiben eines Motors mit hoher elektrischer Leistung birgt jedoch bei Ausfall des Triac infolge eines Kurzschlusses oder bei Ausfall eines zur Dreh zahlerfassung vorgesehenen Tachogenerators die Gefahr, daß der Motor zu Drehzahlen hochläuft, die weit über dem zulässigen Drehzahlbereich liegen. Diese Gefahr be steht vor allem bei Universalmotoren, die auch als Rei henschlußmotoren bezeichnet werden.

Aus der Offenlegungsschrift DE 32 15 734 ist eine Schaltungsanordnung zur Drehmomentbegrenzung bekannt, die bei Universalmotoren und insbesondere Motoren von Elektrowerkzeugen eine Strom- und Drehmomentbegrenzung bzw. -überwachung ermöglicht, ohne daß eine direkte Drehmomenterfassung oder eine Messung des Motorstroms mit einem Shunt-Widerstand nötig ist. Die Schaltungsanordnung nutzt die feste Beziehung zwischen der Motorspannung, dem Motorstrom und der Drehzahl bei vorgegebenen Motordaten aus und mißt statt des Stromes die dem Motor zugeführte Effektivspannung. Hierbei wird der Istwert der Drehzahl über einen Tachogenerator abgeleitet. Diese bekannte Schaltungsanordnung weist den Nachteil auf, daß ein Defekt an dem Tachogenerator nicht detektiert werden kann und somit eine Steuerung der Drehzahl nicht mehr erfolgen kann.

Bei einer anderen bekannten, gattungsgemäßen Schaltung gemäß der Patentschrift GB 20 63 595 wird ein Hochlaufen eines Gleichstrommotors bei einem von diesem angetriebenen, defekten Tachogenerator angezeigt. Hierzu werden sowohl die Betriebsspannung des Gleichstrommotors an einem ersten Komparator mit einer ersten, konstanten Referenzspannung als auch die Tachospannung mittels eines zweiten Komparators mit einer zweiten, konstanten Referenzspannung verglichen. Die Ausgänge der beiden Komparatoren führen auf ein AND-Gatter, wobei das Ausgangssignal des zweiten Komparators zuvor invertiert wird. Der Ausgang dieses UND-Gatters steuert ein Flip-Flop an, dessen Ausgang ein Alarmsignal liefert, falls die Tachospannung unter der zweiten Referenzspannung und die Betriebsspannung des Gleichstrommotors über der ersten Referenzspannung liegt. Dies ist dann der Fall, wenn der Tachogenerator einen Defekt aufweist. Im anderen Fall, wenn also die Tachospannung größer als die zweite Referenzspannung ist, liegt eine störungsfreie Betriebsweise vor. Das Alarmsignal kann dazu verwendet werden, ein unkontrolliertes Hochlaufen des Gleichstrommotors zu verhindern. Da die beiden Referenzspannungen bei dieser bekannten Schaltungsanordnung konstant sind, müssen sie an die niedrigste Drehzahl des Gleichstrommotors angepaßt sein. Kommt jedoch ein großer Drehzahlbereich zur Anwendung, kann u. U. ein nur bei hohen Drehzahlen auftretender Fehler am Tachogenerator nicht festgestellt werden.

Schließlich ist aus der Offenlegungsschrift EP 1 65 864 eine Schutzschaltung bekannt, die bei einem Kurzschluß eines einen Universalmotor steuernden Triacs mittels eines Hilftriacs und einer Schmelzsicherung den Universalmotor von der Betriebsspannungsquelle trennt. Die Detektion eines Kurzschlusses erfolgt über die Erfassung der Istdrehzahl des Motors mittels eines Tachogenerators. Ein Defekt dieses Tachogenerators kann auch bei dieser Schaltung nicht detektiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungsschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine zu hohe Drehzahl bzw. ein Durchgehen des Universalmotors verhindert, jedoch ohne die o. g. Nachteile aus dem Stand der Technik aufzuweisen. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Tachospannung nicht mit einer konstanten Referenzspannung verglichen wird, sondern zwei sich mit der Ankerspannung ändernde Referenzspannungen erzeugt werden, die ein Spannungsfenster bilden.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungs beispiel erläutert.

Die Fig. zeigt ein Beispiel für die Drehzahlregelung eines Universalmotors 1 nach der Erfindung. Der Univer salmotor 1 dient beispielsweise zum Betreiben eines Winkelschleifers. Beim Ausführungsbeispiel der Figur wird der Universalmotor 1 über den als Leistungsschal ter fungierenden Haupttriac 2 mit Strom versorgt. Die dem Motor 1 zugeführte elektrische Leistung wird durch eine Stromflußwinkel-Steuerung (α-Steuerung) 3 so do siert, daß die Drehzahl des Motors 1, die mit Hilfe ei nes Tachogenerators 4 erfaßt wird, möglichst genau dem vorgegebenen Sollwert entspricht. Um sicherzustellen, daß die Drehzahl des Motors 1 auch bei Ausfall des Tachogenerators 4 bzw. bei einem Kurzschluß des Haupttriacs 2, der im allgemeinen durch thermische Überlastung hervorgerufen wird, den vorgesehenen Höchstwert (z. B. 125% N...) nicht übersteigen kann, wird als Zu satzmaßnahme bzw. als Sicherungsmaßnahme erfindungsge mäß die Ankerspannung des Motors 1 mit Hilfe der Anker spannungs-Erfassungsschaltung 5 erfaßt, in zwei Span nungswerte umgewandelt, die über bzw. unter der Anker spannung liegen, und mit den umgewandelten Spannungen wird die vom Tachogenerator 4 gelieferte Spannung ver glichen, die dem Drehzahl-Istwert des Motors 1 ent spricht. Der Spannungsvergleich erfolgt mittels eines Fensterdiskriminators, der aus den Komparatoren 6 und 7 besteht.

Im Ausführungsbeispiel der Figur wird mit Hilfe der An kerspannungs-Erfassungsschaltung 5 eine zur Drehzahl des Motors 1 proportionale Spannung erzeugt, die z. B. um 25% größer ist als die mit Hilfe des Tachogenera tors 4 erzeugte Istwert-Spannung. Die von der Anker spannungs-Erfassungsschaltung 5 erzeugte Vergleichs spannung wird mit Hilfe eines im Verhältnis 40 : 60 ge teilten Widerstandsteilers 8 und eines Kondensators 9 integriert. Am oberen Knoten des Widerstandsteilers 8 liegt die von der Ankerspannungs-Erfassungsschaltung 5 gelieferte Vergleichsspannung, die im Ausführungsbei spiel 125% der Istwert-Spannung des Tachogenerators 4 beträgt, während am Teilerpunkt 10 infolge des gewähl ten Widerstandsverhältnisses von 40 : 60 eine herunterge teilte Spannung liegt, die im Ausführungsbeispiel 75% der Istwert-Spannung des Tachogenerators 4 beträgt. Die Vergleichsspannung mit dem Wert 125% wird an den einen Eingang des Komparators 6 und die Vergleichsspannung mit dem Wert 75% wird an den einen Eingang des Kompa rators 7 gelegt. An die anderen Eingänge der Komparato ren 6 und 7 wird jeweils die Istwert-Spannung des Tachogenerators 4 gelegt.

Mit Hilfe der beiden Komparatoren 6 und 7 wird nun überprüft, ob die Istwert-Spannung des Tachogenerators 4 innerhalb des Spannungs-Fensters liegt, welches durch die beiden Spannungen von 75% und 125% der Istwert-Spannungen vorgegeben ist. Die Ausgangssignale der Komparatoren 6 und 7 werden einem ODER-Gatter 11 zuge führt.

Ein Vor/Rückwärtszähler 12 zählt hoch, wenn die Tacho generator-Spannung außerhalb des Spannungsfensters des Fensterdiskriminators liegt. Sowohl dem Vorwärtseingang als auch dem Rückwärtseingang des Vor/Rückzählers 12 ist ein UND-Gatter (13, 14) vorgeschaltet, dessen einem Eingang jeweils ein Taktsignal (15) zugeführt wird. Zwischen die anderen Eingänge der UND-Gatter 13 und 14 ist ein Inverter 16 geschaltet. Erscheint im Ausführungsbeispiel am Ausgang des ODER-Gatters 11 eine logische 1 (Istwert-Spannung des Tachogenerators liegt außerhalb des Spannungsfensters), so erscheint diese logische 1 auch an dem einen Eingang des UND-Gatters 13, welches mit dem Vorwärts-Eingang des Vor/Rückzählers 12 verbunden ist. Eine logische 1 am einen Eingang des UND-Gatters 13 hat zur Folge, daß das Taktsignal (15) auf den Vorwärts-Zähleingang des Zählers 12 geschaltet wird und den Zähler 12 hochzählt. Bleibt die Istwert-Spannung des Tachogenerators 4 mehr als eine bestimmte Anzahl von Takten (im Ausführungsbeispiel 32 Takte (320 ms)) außerhalb des vorgegebenen Spannungsfensters, wird der Zähler 12 vollgezählt. Im vollgezählten Zustand liefert der Zähler 12 über einen Verstärker 17 ein Steuersignal zur Zerstörung eines Sicherungselementes 18, welches über einen Schutztriac 19 mit einem entsprechenden Strom beaufschlagt wird. Durch das Schmelzen der Sicherung 18 wird der Laststromkreis unterbrochen. Der Inverter 16 liefert an den einen Eingang des UND-Gatters 14 eine logische 0, wenn das ODER-Gatter eine logische 1 liefert. Dadurch ist gewährleistet, daß der Zähler 12 nicht rückwärts zählen kann, wenn er vorwärts zählt und am Ausgang des ODER-Gatters 11 eine logische 1 vorhanden ist.

Liegt die Istwert-Spannung des Tachogenerators 4 inner halb des Spannungsfensters, so erscheint am Ausgang des ODER-Gatters 11 eine logische 0, die dafür sorgt, daß der Zähler 12 nicht hochgezählt werden kann. Die logi sche 0 wird jedoch durch den Inverter 16 in eine logi sche 1 verwandelt, so daß am einen Eingang des UND-Gatters 14 eine logische 1 erscheint. Diese logi sche 1 schaltet das Taktsignal (15) auf den Rückwärts zähleingang des Zählers 12 mit der Folge, daß der Zäh ler 12 rückwärts zählt. Dadurch ist gewährleistet, daß der Laststromkreis nicht unterbrochen wird, wenn die Istwert-Spannung des Tachogenerators innerhalb des Spannungsfensters liegt.

Eine Schaltung zur Erfassung der Ankerspannung eines Motors ist aus der DE-PS 35 32 195 bekannt.

Claims

1. Überwachungsschalter für einen aus einem Universalmotor (1) und einem Triac (2) aufgebauten, von einer Wechselspannungsspannungsquelle gespeisten Laststromkreis, wobei zur Erfassung der Motordrehzahl ein Tachogenerator (4) vorgesehen ist, dessen Ausgangsspannung zwecks Auwertung einer Vergleichsschaltung zugeführt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Zur Erfassung der Ankerspannung des Universalmotors (1) ist die Erfassungsschaltung (5) vorgesehen, die eine zur Ankerspannung proportionale erste Spannung erzeugt, die größer als die Ankerspannung ist,
b) ferner ist eine Teilerschaltung (8, 9) vorgesehen, die aus der ersten Spannung eine zweite Spannung erzeugt, die jedoch kleiner als die Ankerspannung des Universalmotors (1) ist,
c) weiterhin ist ein Fensterdiskriminator (6, 7 vorgesehen, der die vom Tachogenerator (4) gelieferte Spannung mit den Spannungen vergleicht, die in dem durch die erste und zweite Spannung definierten Spannungsfenster liegen,
d) schließlich ist eine von dem Fensterdiskriminator (6, 7) angesteuerte Auswerteschaltung (12, 13, 14, 16, 17) vorgesehen, die den Universalmotor (1) von den Wechselspannungsquellen trennt, falls der Spannungswert des Tachogenerators (4) außerhalb des durch die erste und zweite Spannung definierten Spannungsfensters liegt.

2. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Fensterdiskriminator aus zwei Komparatoren (6, 7) besteht, deren einem Eingang die Spannung des Tachogenerators (4) zugeführt wird und an deren anderem Eingang die erste Spannung bzw. die zweite Spannung anliegt.

3. Überwachungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein ODER-Gatter (11) vorgesehen ist, dem die Ausgangswerte der beiden Komparatoren (6, 7) des Fensterdiskriminators zugeführt werden.

4. Überwachungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Integrierglied vorgesehen ist, welches aus der Parallelschaltung eines Kondensators (9) mit einem aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteiler (8) aufgebaut ist und dessen einem Knotenpunkt die erste Spannung zugeführt wird, während dem Teilerpunkt (10) des Widerstandsteilers die zweite Spannung entnommen wird.

5. Überwachungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung einen Vor/Rückwärtszähler (12) umfaßt, der vorwärts zählt, wenn die Tachogenerator-Spannung außerhalb des Spannungsfensters des Fensterdiskriminators (6, 7) liegt und der rückwärts zählt, wenn die Tachoge nerator-Spannung innerhalb des Spannungsfensters des Fensterdiskriminators (6, 7) liegt.

6. Überwachungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Eingängen des Vor/Rückwärtszählers (12) UND-Gatter (13, 14) vorgeschaltet sind, deren jeweils einem Eingang ein Taktsignal zugeführt wird.

7. Überwachungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden anderen Eingänge der vom Vor/Rückwärtszähler (12) vorgeschalteten UND-Gatter (13, 14) ein Inverter (16) geschaltet ist, dem das Ausgangssignal des ODER-Gatters (11) zugeführt wird.

8. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vor/Rückwärtszähler (12) im voll gezählten Zustand einen Schutztriac (19) ansteuert, der bei Ansteuerung den Laststromkreis unterbricht.

9. Überwachungsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutztriac (19) eine Sicherung (18) zum Schmelzen bringt oder einen Relais ansteuert.