DE4137386C2 - Schaltungsanordnung zum kontaktlosen Umschalten von Betriebsparametern eines Elektrowerkzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum kontaktlosen Umschalten von Betriebsparametern eines Elektrowerkzeugs.

An bekannten Elektrowerkzeugen, wie z. B. Bohrhämmern, die mit einer elektronischen Antriebsregelung ausgerüstet sind, werden Betriebsparameter oder Regelparameter, wie z. B. die Drehzahl oder Stromsollwerte, über kontaktbehaftete Stelleinrichtungen, beispielsweise Potentiometer, Stufenschalter oder Umschalter, verändert bzw. umgeschaltet. Diese kontaktbehafteten Stelleinrichtungen sind bekanntermaßen durch Verschleiß-, Staub- und Feuchtigkeitseinflüsse störanfällig, erschütterungsempfindlich und in ihrer Lebensdauer begrenzt. Es ist auch schon bekannt, für den genannten Zweck kontaktlose Verstelleinrichtungen, also z. B. kontaktlose Schalter, wie Hall-Schalter (vgl. DE 39 34 950 A1) oder Optokoppler (vgl. DE 36 07 670 A1), Feldplattenpotentiometer usw., zu verwenden, die als selbständige Betriebseinheiten auf dem Markt erhältlich sind. Leider eignen sich solche käuflich erhältlichen Baugruppen für den Einbau in Elektrowerkzeuge nicht oder nur bei großen Einheiten, da sie selbst als Baugruppe zu groß oder zu teuer sind und häufig eine eigene Stromversorgung benötigen, die insgesamt zu einer zusätzlichen erheblichen Verteuerung des Elektrowerkzeugs führt.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine kontaktlose Verstelleinrichtung für Elektrowerkzeuge der genannten Art zu schaffen, die sich durch niedrigen Stromverbrauch auszeichnet und sich als Bauelement räumlich in die elektronische Antriebsregelbaugruppe sowie in die dafür vorgesehene Elektronik integrieren läßt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Aufgrund der Erfindung ist die räumliche Anordnung im Gerät in Verbindung mit der Antriebsregelbaugruppe so möglich, daß die Betätigung auf einfache Weise über ein durch einen Stellhebel oder Stellknopf betätigbares Stimulierelement erfolgt, das bei Veränderung des Stellwegs die Umschaltung des kontaktlosen Schalters bewirkt. Als kontaktloser Schalter hat sich ein Hall-Element oder Hall-Schalter als vorteilhaft erwiesen, dessen Stimulierelement ein kleiner Dauermagnet ist.

Vorteilhafterweise ist das Ventil eine bei gesperrtem Hall-Schalter gesperrte Diode, deren Anode mit dem Fußpunkt des Spannungsteilers und deren Kathode einerseits mit dem fuß­ punktseitigen Ende des Zusatzwiderstands und andererseits über einen Vorwiderstand an den Schalterkreis des Hall-Schalters angeschlossen ist. Aus weiter unten näher erläu­ terten Gründen ist es vorteilhaft, wenn die Widerstandswerte von Zusatz- und Vorwiderstand etwa in der gleichen Größen­ ordnung gewählt sind.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfol­ gend unter Bezug auf die in der einzigen Figur dargestell­ te Schaltungsanordnung näher erläutert.

In dem Schaltbild der einzigen Figur, eine Schaltungsanordnung einer Drehzahlregel­ baugruppe für einen Bohrhammer zeigt, sind nur die erfin­ dungswesentlichen Bauelemente in Einzelheiten dargestellt. Um den Überblick zu vereinfachen, wird davon ausgegangen, daß das Elektrowerkzeug zwischen zwei Festwerten für den ma­ ximalen Drehzahl-Sollwert umschaltbar sein soll. Die im Stand der Technik bekannten Teile und Baugruppen einer Dreh­ zahlregelung sind der Übersichtlichkeit wegen weggelassen bzw. nur durch Umrißlinien angedeutet.

Die Funktion der Drehzahlregelung wird üblicherweise von ei­ nem integrierten Drehzahlregelschaltkreis 1 übernommen, der vom Netz über eine Diode 2 und einen Vorwiderstand 3 gespeist ist. Der Drehzahlregelschaltkreis 1 enthält Spannungsstabilisierungen, die durch Zenerdioden 4, 5 angedeutet sind, wobei die Zenerdiode 4 ei­ ne Vorstabilisierung übernimmt und die Zenerdiode 5 eine (genauere) Nachstabilisierung. Die nachstabilisierte Span­ nung dient zur Versorgung der gesamten Regelschaltung, von der hier nur ein ohmscher Sollwert-Spannungsteiler 6, 7 dar­ gestellt ist, an dem eine noch zu beschreibende Umschaltung vorgenommen werden soll. Eine Umschaltung des Teilerverhält­ nisses aus den Widerständen 6 und 7 läßt sich hier bei­ spielsweise dadurch erreichen, daß ein Zusatzwiderstand 10, der mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 6 und 7 verbunden ist, unmittelbar auf den Fußpunkt 11 des Sollwert-Spannungsteilers 6, 7 geschaltet wird. Dazu aber müßte das vorzu­ sehende Schalterelement selbst mit dem Fußpunkt 11 eine gal­ vanische Verbindung haben, d. h., es muß mindestens an die­ ser Stelle mit der Fußpunktleitung 12 verbunden sein.

Wird als Schalterelement ein kontaktloser Schalter 9 bei­ spielhaft ein integrierter Hall-Schaltkreis oder Hall-Schal­ ter verwendet, so würde dies bedeuten, daß dieser Schalter mit dem Minus-Pol der Stromversorgung an diesen Fuß­ punkt angeschlossen sein müßte. Dies aber setzt voraus, daß die Stromversorgung des integrierten Hall-Schalters paral­ lel zum Drehzahlregelschaltkreis 1 liegen muß, die ein Ein­ gangssignal von einem Tachogenerator 20 eines Antriebsmotors 21 erhält und das ausgangsseitige Drehzahlsteuersignal an einem mit dem Motor 21 in Reihe liegenden Triac 22 abgibt. Diese Bedingung läßt sich aber in vielen Fällen nicht erfül­ len, da der Stromverbrauch des integrierten Hall-Schalters die Belastbarkeit der vorgesehenen Stromversorgung über­ schreitet bzw. zu einer zu hohen Verlustleistung im Schalt­ kreis der Drehzahlregelschaltkreis 1 und im Vorwiderstand 3 führt.

Mit der Erfindung wird das zuletzt erwähnte Problem dadurch überwunden, daß der Drehzahlregelschaltkreis 1 und der kontaktlose Schalter 9 stromversorgungsmäßig in Reihe geschaltet wer­ den. Dazu wird in Reihe mit dem Stromversorgungseingang des Drehzahlregelschaltkreises 1 eine Zenerdiode 13 eingefügt und der üblicherweise erforderliche Glättungskondensator 14 über­ brückt die Reihenschaltung der Zenerdioden 4, 5 und 13. An der Zenerdiode 13 steht damit eine ebenfalls sta­ bilisierte Versorgungsspannung zur Verfügung, an die der Stromversorgungskreis des Hall-Schalters angeschlossen ist. Der Ausgang des Hall-Schalters ist üblicherweise und im dargestellten Beispiel ein Transistor 16 mit offenem Kollektor-Ausgang OC. Bei durchgeschaltetem Transistor 16 wird der Kollektorausgang OC auf das Potential einer Leitung 17 geschaltet, die im dargestellten Beispiel das negativste Potential der gesamten Stromversorgung führt. Der Kollektor-Ausgang OC des Transistors 16 ist über einen Vorwiderstand 18 mit dem fuß­ punktseitigen Ende des Zusatzwiderstands 10 verbunden. Diese Verbindungsstelle ist weiterhin über eine Diode 19 in der dargestellten Polung mit dem Fußpunkt 11 des Spannungsteilers 6, 7 verbunden. Durch eine geeignete Dimen­ sionierung der Widerstände 10 und 18 unter Berücksichtigung der herrschenden und in der Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform dargestellten Potentialunterschiede wird si­ chergestellt, daß im leitenden Zustand von Transistor 16 ein geringer Strom durch die Diode 19 fließt, der diese im durchgeschalteten Zustand hält. Dies legt im dargestellten Beispiel das Potential des Verbindungspunkts 23 der Widerstände 10 und 18 mit der Kathode der Diode 19 auf einen dem Poten­ tial auf der Leitung 12 fest zugeordneten Wert fest, der sich unabhängig davon, um wieviel das Potential auf der Leitung 17 von dem der Leitung 12 abweicht, sich nur um die Diodenschwelle der Diode 19 vom Potential auf der Leitung 12 unterscheiden wird. Der Zusatzwiderstand 10 wird dadurch den ohmschen Spannungsteiler 6, 7 mit einem konstanten Strom be­ lasten, wodurch der Sollspannungswert U_Soll, bezogen auf das Potential am Fußpunkt 11, um einen konstanten Wert ver­ mindert wird.

Sperrt dagegen der Transistor 16, so wird auch die Diode 19 im Sperrzustand gehalten und der Zusatzwiderstand 10 wird strom­ los, wodurch der Sollspannungswert U_Soll, wieder bezogen auf das Potential am Fuß­ punkt 11, auf einen höheren, durch das Teilerverhältnis der Widerstände 6 und 7 bestimmten Wert springt.

Im dargestellten Schaltungsbeispiel ist der Sollspannungswert U_Soll die Führungsgröße für die Betriebsparameter, bei­ spielsweise der Drehzahlregelung. Bei einer Umschaltung er­ folgt die Zusatzbelastung des Spannungsteilers 6, 7 durch den Zusatzwiderstand 10 in der beschriebenen Weise.

Im dargestellten Beispiel kann zwischen zwei Betriebsparame­ tern umgeschaltet werden, wobei die Schaltungsanordnung fol­ gende Schaltfunktionen erfüllt:

• a) Schaltzustand 1 des Hall-Schalters:
  Der Kollektor-Ausgang OC ist hochohmig (Open Collector). Der Sollspan­ nungswert U_Soll wird nur durch das Verhältnis der Widerstände 6 und 7 vorgegeben, wobei die Spannung zwischen Null und dem Potential auf der Leitung 12 geteilt wird. Der Hall-Schalter ist damit hochohmig, so daß durch den Vorwider­ stand 18 kein Strom fließt. Damit ist auch die Diode 19 gesperrt, da das Potential von U_Soll positiver ist als das auf der Leitung 12. Daraus folgt, daß durch den Zusatzwi­ derstand 10 auch kein Strom fließen kann und somit der Spannungsteiler 6, 7 unbelastet ist.
• b) Schaltzustand 2 des Hall-Schalters 9:
  Der Kollektor-Ausgang OC liegt jetzt auf dem Potential der Leitung 17. Die Ausgangsspannung des Spannungsteilers 6, 7 wird über die Bauteile 10, 19, 18 und 16 verändert. Der jetzt durchgeschaltete Hall-Schalter legt den Kollektor-Ausgang OC auf das Potential der Leitung 17. Über den Widerstand 18 wird der Verbindungspunkt 23 der Bauteile 18, 19 und 10 auf einen der Durchschaltschwelle der Diode 19 entspre­ chenden festen Wert unterhalb des Potentials der Leitung 12 gelegt. Durch den Potentialunterschied zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände 6, 7 und 10 und dem Verbindungspunkt 23 fließt ein zusätzlicher Strom, der das Potential des Sollspannungswerts U_Soll erniedrigt. Da die Dioden­ schwelle der Diode 19 in gewissen Grenzen unabhängig vom Strom durch die Diode 19 ist, liegt der Verbindungspunkt 23 unabhängig vom Vorwiderstand 18 oder vom Potential auf der Leitung 17 auf einem festen Wert unter dem Potential der Leitung 12. Potentialschwankungen auf der Leitung 17 verändern nicht den Sollspannungswert U_Soll. Es ist lediglich sicherzustel­ len, daß durch die Diode 19 ein gewisser Strom zur aus­ reichenden Vorspannung fließt.

Bei einem erprobten Ausführungsbeispiel der Erfindung lagen die Potentialverhältnisse auf den verschiedenen Leitungen oder Punkten, wie in der Zeichnung angegeben. Entsprechendes gilt für die angegebenen Werte der Widerstände 6, 7, 10 und 18.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zum kontaktlosen Umschalten von Betriebsparametern eines Elektrowerkzeugs, die durch einen über einen ohmschen Spannungsteiler (6, 7) aus einer stabilisierten Versorgungsspannungsquelle gewonnenen Sollspannungswert (U_Soll) bestimmt werden und durch wahlweises Parallelschalten eines ohmschen Zusatzwiderstands (10) zu einem Teilwiderstand (7) des Spannungsteilers (6, 7) mittels eines kontaktlosen Schalters (9) veränderbar sind, wobei der kontaktlose Schalter (9) ein Hall-Schalter ist, dessen Stromversorgung über eine in Reihe zur stabilisierten Versorgungsspannungsquelle (U_Soll) liegende Spannungsquelle (13) erfolgt und dessen Schalterkreis (18) den Fußpunkt (23) des Zusatzwiderstands (10) durch Leitendschalten oder Sperren eines Ventils (19) im wesentlichen auf das Fußpunktpotential des Spannungsteilers (6, 7) legt oder davon trennt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spannungsversorgung des Hall-Schalters (9) über eine in Reihe zur Versorgungsspannungsquelle (U_Soll) geschaltete Zenerdiode (13) abgreifbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventil (19) eine bei gesperrtem Hall-Schalter gesperrte Diode ist, deren Anode mit dem Fuß­ punkt (11) des Spannungsteilers (6, 7) und deren Kathode einerseits mit dem fußpunktseitigen Ende des Zusatzwider­ stands (10) und andererseits über einen Vorwiderstand (18) mit dem Schalterkreis des Hall-Schalters verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Widerstandswerte von Zusatz- und Vorwiderstand (10, 18) in der gleichen Größenordnung gewählt sind.