DE6753153U - Einrichtung zur, vorzugsweise kontinuierlichen, drehzahlsteuerung von elektrischen kleingeraeten - Google Patents

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PATENTANWALT DlPL-JNG. HANS WERNER GRAF

FERNRUF 77 6205 - SCHWINDSTRASSES - 6000 FRANKFURT A. M. , O-Sn 21. ÄUg. 1968

Akte 301 S/an

Feinwerktechnik G.m.b.H.
6000 Frankfurt am Main 1, Jahnstrasse 43

Einrichtung zur, vorzugsweise kontinuierlichen, Drehzahlsteuerung von elektrischen Kleingeräten

Die Neuerung "bezieht sich auf eine Einrichtung zur, vorzugsweise kontinuierlichen, Drehzahlsteuerung von motorgetriebenen elektrischen Kleingeräten, insbesondere elektrischen Haushaltsma- --chinen, bei denen der zum Antrieb verwendete Elektromotor zur Motorkühlung einen Ventilatorflügel aufweist.

Bei elektrischen Kleingeräten, insbesondere bei im Haushalt verwendeten Geräten, v/ie Handmixer, Handbohrmaschinen, Staubsauger u.dgl. ist es sehr oft erwünscht und ziun ordnungsgemäßen 3etriec unter Umständen sogar erforderlich, die Möglichkeit einer Drehzahländerung bzw. Di-vjhzahlanpassung an den jeweiligen Arbeitsgang vorzusehen- Eine solche Maßnahme ist besonders erforderlich et /a bei hier nur als Beispiel erwähnten Haushaltsmixgeräten bzr/. Universalküchenm^schinen, bei denen für die verschiedenen Arbeitsabläufe zum Teil stark unterschiedliche Drehzahlen des

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Antriebsmotor erforderlich sind.

Bei bekannten Geräten erfolgt eine solche Drehzahlanpassung entweder durch die Verwendung eines mechanischen Getriebes, das eine oder auch mehrere Gangstufen zur Verfugung stellt (beispielsweise Handbohrmaschine) bei sonst konstanter Drehzahl des Antriebsmotors. Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daS die Gänge im allgemeinen nur bei Stillstand der Maschine gewechselt werden können.

Es ist auch bekannt, eine Drehzahländerung oder eine Gangabstufung dadurch zu erreichen, daß verschiedene Feldwicklungen des Antriebsmotors um- bzw. eingeschaltet werden oder daß einfach "Widerstände in den Motorstromkreis geschaltet werden. Dies geschieht normalerweise durch einen von außen zu betätigenden Umschalt«·^; es kann auch während des 3etriebs geschehen und hat eine stufig sich ändernde Drehzahl zur Folge- Nachteilig bei diesen Anordnungen ist, daß entweder mehrere Feldwicklungen bzis. Anschlüsse dieser Feldwicklungen nach außen vorzusehen sind oder da3 bei Zuschalten von Widerständen in den Motorstromkreis ein Leisirongsverlust auftritt, der nicht in Katsleistung usa ist.

Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß bei äs geschilderten. Anordnungen ein 'Teil oder sogar dez- ganze von dem Motor verbrauchte Strom daopi über den auBenü egendes Schalter fließt, was einmal zur Funkenbildung und Horx-odiersng der Karrtsk— te, aber möglicherweise auch zn einer Gefahr-dung des aaxi; de:r 2sa—

schine Arbeitenden führen kann.

Es ist eine der Aufgaben der Neuerung, die Nachteile der bekannten Anordnungen und Geräte zu vermeiden und weiterhin eine, insbesondere kontinuierliche Drehzahlsteuerung zu ermöglichen, die auch bei einem sehr hohen Leistungsverbrauch des Antriebsmotors sicher und zuverlässig arbeitet. Insbesondere ermöglicht es die Neuerung, während des Betriebs eine kontinuierliche Drehzahländerung bzw. Anpassung an den jeweiligen Arbeitsablauf vorzunehmen, was beispielsweise bei Staubsaugern von Vorteil sein kann, wenn während des Betriebes von dem Absaugen von Teppichen auf die Reinigung von Gardinen übergegangen wird.

Die Neuerung geht dabei aus von einer Einrichtung zur, vorzugsweisen kontinuierlichen, Drehzahlsteuerung von motorgetriebenen elektrischen Kleingeräten, insbesondere elektrischen Haushaltsmasehinen, bei denen der zum Antrieb verwendete Elektromotor zur Motorkühlung einen Ventilatorflügel aufweist, und besteht darin, daß zur Drehzahlsteuerung auf einer Leiterplatte montierte elektronische Schaltelemente verwendet sind, die direkt in dem vom Elektromotor erzeugten Kühlluftstrom angeordnet sind.

Dadurch wird stets eine zuverlässige Kühlung der zur Drehzahlsteu erung verwendeten Schaltelemente dann erreicht, wenn, diese v/irklich wärmemäßig beansprucht sind, d.h. während des Betriebs des Gerätes. Ein besonderer Vorteil der Neuerung liegt darin, daß scaf die sonst bei der Kühlung von elektronischen Schaltungselementen üblichen Vorrichtungen, wie Kühlfahnen, stark verrippte

Kühlblech« o»dgl« völlig verzichtet werden kann und darüber hinaus die durch den intensives Kühlluftstrom des Motors erzeugte Kühlung auch ohne Kühlbleche ο-dgl. wesentlich wirkungsvoller ist als eine durch Kühlbleche erzeugte Kühlung, bei welcher nur ein schwacher, auf dem natürlichen Temperaturgefälle beruhender Wärmestrom fließt.

Vorteilhaft ist in einer weiteren Ausgestaltung der Heuerung auch die Anbringung der zweckmäßigerweise aus einen Kunststoff scnlechter Wärmeleitfähigkeit bestehenden Leiterplatte, die die zur Drehzahlsteuerung verwendeten elektronischen Schaltelemente trägt, unmittelbar auf einem Motorlager, da hier die Kühlwirkung am intensivsten ist.

Anhand der Abbildung wird im folgenden eis Ausführungsbeispiel der Neuerung näher erläutert:

Die Abbildung zeigt ein, von einem Elektromotor 3 angetriebenes elektrisches Kleingerät, beispielsweise einen Handmixer, in.it einem Kunststoffmantel 1 und einem Handgriff 2. Der Elektromotor ist in Lagern 8 und 9 gelagert und weist einen Kollektor 4 auf. Da die in elektrischen Kleingeräten, beispielsweise in Haushaltsmaschinen verwendeten elektrischen Universalmotoren 'auf kleinem Raum eine im Verhältnis dazu sehr hohe Leistung erbringen, ist auf der Welle 10 des Elektromotors eine Ventilatorschraube 5 angebracht, die für einen intensiven Kuhl.luxtstro sorgt, der durch die Ansaugöffnung 6 eintritt, den Kollektor 4

und den aus Rotor- und Statorteil bestehenden Elektromotor 3 umströmt und an den Austrittsöffnungen 7 das Gehäuse 1 wieder verläßt♦

Um die Drehzahl des Antriebsmotors zu ändern bzw. um eine Drehzahlanpassung an den jeweiligen Arbeitsablauf zu erreichen, werden elektronische Schaltelemente, und zwar im Ausführungsbeispiel vorzugsweise ein bidirektionaler Thyristor verwendet, der direkt in Reihe mit len Motoranschlüssen am Netz liegt. Die Wirkungsweise eines solchen Thyristors ist bekanntlieh so, daß sein Zündzeitpunkt, d.h. der Übergang von einem sehr hohen zu einem sehr niedrigen Durchlaßwiderstand von dem an seiner Steuerelektrode anstehendem Potential abhängig ist. Zur Erzeugung dies;: Steuerpotentials wird in bekannter Weise ein Steuerstromkreis verwendet, der unter anderem auch einen einstelibsres Widerstand aufweist, wodurch es möglich ist, den Zündzeitpunkt des bidirektionalen Thyristors über die gesamte Halbwelle zu verschieben; die gesamte Anordnung arbeitet in Form einer Phasenanschnittssteuerung.

Beim Betrieb mit unterschiedlichen Zündzeitpunkten ist es insbe sondere dieser Thyristor, der, da er direkt in Seihe mit aes Motor liegt, einer Wärmebelastung ausgesetzt ist, die, wenn sie nicht abgeführt wird, unter Γ !ständen zur Zerstörung des Thyristors führen kann. Der Thyristor und die übrigen Seh?.¹ •wrigselemente sind auf einer kleinen Leiterplairt-e 5 mcrrtisri, die ±n

der Abbildung zusammen mit dem Motorlager 8 perspektivisch dar-

ö gestellt und der Anschaulichkeit wegen übertrieben groß gezeich- ||

net ist. Die Leiterplatte 5 ist im Ausführungsbeispiel über ψ einen Montagewinkel 11 direkt mit dem Lager 8 des Motors verbun- P,

der. und liegt somit in dem von dem Ventilatorflügel 5 erzeugten | Eühlluftstrom. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Leiterr>lat- H

te 5 mit den elektronischen Bauelementen auch am Punkt (12?, am Punkt (13) oder am Punkt (14) anzubringen* Y/ird die Leiterplatte bei (12) oder (13) angebracht, ergibt sich hierbei noch

Ig der Vorteil, daß sie im Ansaugluftstrom liegt, so da3 die Kühl— | wirkung der in diesem Fall noch nicht erwärmten Luft hier am ] größten ist. Aber auch wenn sich die Leiter-platte an der in der Abbildung gezeigten Stelle befindet, ist die Kühlwirkung für den normalen Betrieb völlig ausreichend, und zwar wegen des sehr starken und intensiven Kühlluftstromes, der von dem Ventilatorflügel 5 ausgeht.

Damit die zur Drehzahlsteuerung verwendeten elektronischen Bauelemente nicht durch einen direkten Wärmeübergang von den v/armen Motorteilen erwärmt werden, empfiehlt es sich, für den Mctagewinkel 11 und/oder die Leiterplatte 5 ein Grundmaterial schlechter Vfäraeleitfähigkeit zu verwenden, beispielsweise empfiehlt sich für die Leiterplatte als Grundstoff etwa glasfaserverstärktes Epoxydharz. Mr eine Erhöhung der Kühlwirkung kann dann noch die Leiterplatte mit einer größeren Kupferf3äche kaschiert v/erden, auf die der bidirektionale Thyristor direkt, unter· Umstän-

den sogar sit einem Elektrodenanschluss aufgebracht ist. Dadurch ergibt sich eine gute Wärmeisolierung gegenüber der Motor und eine gute Wärmeableitung durch den Kuhlluftstrom.

1?ie schon eingangs erwähnt, erlaubt die Neuerung insbesondere auch einen besonders kompakten Aufbau und geringe Abmessungen des jeweiligen elektrischen Kleingerätes, da auf größere Kühlflächen oder Kühlfahnen für die elektronischen Bauelemente verzichtet werden kann und sich diese in nächster Nähe des Motors befinden können. Die elektronischen Bauelemente, insbesondere der bidirektionale Thyristor sind trotzdem gegen jede Zerstörung infolge eines Wärmestaus gesichert, da immer dann, wenn diese v/irklich auf Wärme beansprucht werden, auch der Motor in 3etrieb ist und dann eine zwangsweise Kühlung der elektronischen Schaltungselemente garantiert ist.

Da die elektronische Drehzahlregulierung lediglich durch Verändern eines im Steuerelektrodenkreis des bidirektionalen Thyristors liegenden Widerstandes erfolgt, ermöglicht die Neuerung auch eine besonders günstige und platzsparende Anordnung der Einstellvorrichtung für die Drehzahlsteuerung. So ist es beispielsweise möglich, den veränderbaren Widerstand zur Erzeugung des jeweiligen Steuerpotentials aus dem Steuerstromkreis herauszunehmen und diesen in Form eines mit siner Rändelschraube ausgestatteten Drehwiderstandes im Griff 2 des Gerätes unterzubringen. Wie zu erkennen ist, kann dadurch leicht eine Drehzahl-

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änderung während de=. Betriebes durch Betätigen der Bändelsehraube erreicht werden. Es empfiehlt sich weiterhin, wenn für bestimmte Arbeitsabläuf e bestimmte Drehzahlen des Antrie"b-=Eiotors von vornherein festgelegt sind, die Einstellrändelschraube 15 mit einer Rasterung zu versehen, so daß bestimmte Drehzahlen ohne Ausprobieren schnell eingestellt werden können. Selbstverständlich Icanr. auch jeder beliebige Zv/ischenv/ert gewählt werden. Von Vorteil ist hierbei, daB durch den im Griff 2 untergebrachten Drehwiderstand nur der sehr geringe Steuersxrom fließt, so da3 eine Gefährdung der bedienenden Person ausgeschlossen ist-

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Claims (4)

iÄ. 507 786*2?. 8.6Θ ft) Sehutzansprüche

1. Einrichtung zur, vorzugsweise kontinuierlichen, Drehzahl steuerung von motorgetriebenen elektrischen Kleingeräten, insbesondere elektrischen Haushaltsmaschinen, bei denen der zum Antrieb -verwendete Elektromotor zur Motorkühlung einen Ventilatorflügel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehzahlsteuerung auf einer Leiterplatte (5) aufgebrachte elektronische Schaltelemente ver«7endet sind, die direkt in dem vom Elektromotor erzeugten Kühlluftstrom angeordnet sind.

2- Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da& die Leiterplatte (5) im Aasaugluftstrom in nächster Nähe des Motors angeordnet ist.

3- Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Drehzahlsteuerung verwendeter Thyristor mit v/eiteren Schaltelementen auf einer kupferkaschierten Kunststoffplatte schlechter Wärmeleitfähigkeit aufgebracht ist, die direkt auf den Motorlagern (8) befestigt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich im SteuerStromkreis der Drehzahlsteuerung befindlicher einstellbarer Widerstand sich in Form eines Drehwiderstandes (15) im Handgriff (2) des Gerätes (1) getrennt von den im Kühlluftstrom angeordneten Schaltelementen befindet.

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