DE9016529U1 - Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung von durch Akkus versorgter Geräte - Google Patents
Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung von durch Akkus versorgter GeräteInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- Mechanisms For Operating Contacts (AREA)
Description
DIPL-ING. PETER OTTE PATENTANWALT , 'ö-tSsö Leenberg
Vertreter beim Europäischen Patentamt / European Patent Attorney liro'er Straße
2404/ot/wi
20.11.1990
20.11.1990
BSG-Schalttechnik GmbH & Co. KG, Meisterstraße 19,
7460 Baiingen 1
Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung von durch Akkus versorgter Geräte
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vorrichtungen bzw. Elektronikschalter, die der Steuerung von durch Akkus oder Batterien versorgten
elektrischen Geräten dienen, speziell der Anschaltung von Elektromotoren an sie mit Strom versorgenden Akkumulatoren,
sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt, und zwar speziell in Verbindung mit
Elektrohandgeraten wie Bohrmaschinen, Akkuschrauber o. dgl., bei denen im Steuerungsfall der von einem
Akku dem antreibenden Motor des Elektrohandgeräts
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zugeführte Strom über einen Leistungshalbleiter fließt, der in seiner Leitfähigkeit letztendlich von der Position
eines Drückerhandgriffs so beeinflußt ist, daß eine Leistungssteuerung des Betriebs des Elektromotors
möglich ist.
Entsprechende Akkuschalter, wie sie beispielsweise von Firmen wie CAPAX u. dgl. hergestellt und vertrieben werden, sind üblicherweise
so ausgebildet, daß mindestens der Leistungstransistor als Einzelbaustein zusammen mit einem erforderlichen
Kühlkörper extern zum Elektronikschaltergehäuse angeordnet werden muß, an einer Stelle innerhalb
des Geräts, dessen Motor gesteuert oder geregelt werden soll. Auf diese Weise kann man den Leistungshalbleiter
so hinreichend kühlen, beispielsweise durch Befestigen an einer Gehäusewandung o. dgl., daß Beschädigungen
beim gesteuerten Betrieb weitgehend ausgeschlossen sind.
Dabei ist der bekannte Aufbau beispielsweise des CAPAX-Elektronikschalters
ferner so getroffen, daß ein eigentliches, geschlossenes Gehäuse nicht vorgesehen
ist; es wird ein aus drei deutlich unterscheidbaren Gehäuseteilkomponenten durch Zusammenstecken gebildetes
Gehäuse realisiert, zusätzlich zu dem Einzelbaustein des Leistungstransistors. So befindet sich auf
dem bekannten Gehäuse aufgerastet ein separater Rechts/Links-Umschalter, der selbst über zwei außen
längs des Gehäuses geführte Leitungsanschlüsse mit dem Gehäuse verbunden ist, und zwar zusätzlich zu
drei weiteren Zuleitungen, die von dem Gehäuse zum Einzelbaustein des Leistungstransistors geführt werden
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müssen.
Sämtliche insofern internen oder auch nach außen weiterführenden elektrischen Anschlüsse, also zum Akku bzw.
zu den Motoranschlüssen sind als Direktanschlüsse gebildet, die es erforderlich machen, verzinnte Drahtenden
in Gehäuseöffnungen einzuführen, in denen sie dann durch Sperrzungen arretiert werden.
Dies ist aufwendig, nicht unbedingt zuverlässig, da sich solche Steckanschlüsse durchaus wieder lösen
können, umständlich und im übrigen auch nicht staubsicher, da jedenfalls durch die Einführungsöffnungen
für die Anschlußdrähte auch Verschmutzungen in das Gehäuseinnere eintreten können, welches aber darüber
hinaus ohnehin nicht besonders staubsicher ausgelegt ist.
Die Montage solcher bekannter Akku-Steuerungsschalter auf elektronischer Grundlage ist daher ebenfalls kompliziert,
aufwendig und, allein schon wegen der Vielzahl äußerer elektrischer Verbindungsleitungen auch nicht
immer hinreichend narrensicher ausgeführt, so daß Fehler bei ungeübtem Personal auftreten können. Ferner
ergeben sich innerhalb des mit einem solchen Elektronikschalter versorgten Geräts eine Vielzahl von elektrischen
Leitungsverbindungen, die außerhalb der angenähert kastenförmigen Gehäuseform des Elektronikschalters
verlaufen und daher ebenfalls Störungen unterworfen sein können.
Die Erfindung stellt allgeirein auf einen solchen Elek-
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tronikschalter zur Steuerung von Motoren beispielsweise bei Elektrohandgeräten ab, die aus Akkus oder
Batterien versorgt werden. Es versteht sich aber, daß dies lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist und ein Einsatz auch bei anderen batteriebetriebenen Einrichtungen und Systemen möglich
ist. Die Beschreibung der Erfindung sowie auch im vorhergehenden des bekannten Stands der Technik betrifft lediglich
ein spezielles Anwendungsgebiet, auf welchem der Gegenstand der Erfindung auch mit besonderem Vorteil
einsetzbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Versorgungsschaltung
für durch Akku- oder Batteriebetrieb versorgte Verbraucher, speziell Motorantriebe, kompakt
und innerhalb eines sämtliche Schaltungskomponenten beherbergenden Gehäuses so aufzubauen, daß ohnehin
erforderliche Einzelteile bei einer Schaltungskomponente gleichzeitig wichtige Aufgaben bei einer anderen Schaltungskomponente
erfüllen können.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
und hat den Vorteil, daß durch die gezielt sortierte Anordnung und aneinandergrenzende Packungsdichte der
einzelnen Schaltungskomponenten, beispielsweise die Anschlußkontakte für den Hybridbaustein, die der Zuführung
t3er elektrischen Spannung dienen, in ihrer speziellen
Ausbildung als Kontaktwinkel, von denen ein
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Schenkel unmittelbar auf die Schaltungsplatte mit den elektrischen und elektronischen Steuerungskomponenten
aufgesetzt und mit dieser fest verbunden ist und der andere Schenkel von der Schaltungsplatte
senkrecht nach oben wegsteht,dann gleichzeitig Festkontakte für innerhalb des Schaltergehäuses angeordnete
Schalter bilden.
In vergleichbarer Weise dienen innerhalb des Gehäuses verlegte Kontaktbahnen aus einem stegartigen metallischen
Bandmaterial in unterschiedlicher Konfiguration und Abbiegungen gleichzeitig der Aufnahme der
von außen zugeführten elektrischen Energie, der Herstellung der inneren Anschlußverbindungen zum Hybridbaustein
der elektronischen Schaltung entweder über Lötverbindungen oder indem weitere Festkontakte für
die vorhandenen Schalter gebildet sind und ferner in Weiterführung zur Realisierung von Schaltkontakten
im Bereich der Rechts/Links-Umschaltung sowie schließlich in Wirkungseinheit mit einem Kurzschlußschalter
zum mechanischen Auffangen der hohen, von der Vorspannungsfeder für den Drücker erzeugten Druckkräfte,
die so die Kunststoffgehäuseform nicht belasten.
Vorteilhaft ist ferner die Anordnung von durch den Drückergriff betätigter Schalter so, daß der Drückerbereich
Stößel bewegt, die ihrerseits unter Federvorspannung stehen und Schaltkontaktbrücken lagern,
so daß die einzelnen Kontaktgaben durch den Drückerbereich lediglich indirekt betätigt im Abstand zu diesem
erfolgen.
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Dabei erfüllt der Drückerbereich durch die von der Bedienungsperson willkürlich veranlaßte Verschiebebewegung
des Drückergriffs neben der Schaltkontaktbewegung für einen Eingangsschalter sowie einen Bypass-Schalter
die Führung eines Abgriffs über unmittelbar auf der auch die restlichen elektronischen Schaltungskomponenten tragenden Keramikplatte angeordneten
Potentiometerbahnen sowie in der Aus-Position die Kontaktgabe eines Bremsschalters.
Dabei ist ferner von besonderem Vorteil die Anordnung sämtlicher Schaltungskomponenten mechanischer wie
elektrischer Art innerhalb eines fest umschlossenen, einstückigen Gehäuses, welches durch seine Bauform
auch weitgehend gegen das Eindringen äußerer Schmutzteilchen u. dgl. abgedichtet ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist im Zusammenhang mit den Kontaktbahnen deren gleichzeitige, nach außen durch
die Gehäusewandung dringende Ausbildung als Steckzungen, wobei eine erste komplette, bevorzugt zur Aufleitung
des Minuspotentials des das Gerät versorgenden Akkus an alle erforderlichen Positionen geeignete
Kontaktbahn praktisch das gesamte Schaltergehäuse von oben nach unten durchsetzt und an verschiedenen Stellen
durch abgehende Kontaktfahnen die erforderlichen Kontakte herstellt.
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Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in einer Seitenansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektronikschalters
(Start- und Gasgebe-Schalter) für Akkugeräte mit sämtlichen Arbeitskomponenten in einem
gemeinsamen Gehäuse (Ein-Gehäuse-Prinzip);
Fig. 2 eine Ansicht des Elektronikschalters der Fig. 1 von oben;
Fig. 3 in größerem Detail den erfindungsgemäßen Elektronikschalter von einer der Seitenansicht
der Fig. 1 gegenüberliegenden Seite bei abgenommenem Gehäusedeckel;
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3, wobei Einzelheiten oberhalb und im Bereich der
Drückerführung zum besseren Verständnis weggelassen sind;
Fig. 5 eine Seitenansicht aus der Richtung V der Fig. 4 mit Teilschnittdarstellung im Bereich
der oberen Links-Rechts-Umschaltung;
Fig. 6 schematisiert eine Seitenansicht von der linken Seite der Fig. 3 entsprechend dem Pfeil VI,
mit weggeschnittenen Wandteilen zur Darstellung des Verlaufs von Kontaktbahnführungen
in diesem Bereich längs der schmalen Querseite des Elektronikschaltergehäuses;
Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII, stark vereinfacht und unter Weglassung weiterer Einzelteile,
aus dem sich die Befestigung von Kontaktbahnwinkeln eines elektronischen Hybridschaltungsaufbaus
an den Kontaktbahnführungen erkennen läßt;
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Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII der Fig. 3, ebenfalls unter Weglassung von Teilen
zur Verdeutlichung einer Schaltstückführung im Bereich des Drückers sowie des Potentiometerschleifers
auf dem Hybrid-Baustein;
Fig. 9 zeigt einen Schnitt längs der Linie IX-IX der Fig. 4, aus dem die Einzelheiten der in das
Elektronikschaltergehäuse integrierten Rechts-Links-Umschaltung erkennbar werden;
Fig. 10 zeigt als Teilschnitt, wieder mit weggelassenen Teilen ein separates Einsatzgehäuse für
die Rechts-Links-Umschaltung, grundsätzlich längs der Linie X-X der Fig. 9, jedoch bei
weggelassener innerer Umschaltwippe;
Fig. 11 zeigt in einer Seitenansicht eine erste, durchgehende, innerhalb des Elektronikschaltergehäuses
verlegte Kontaktbahnführung mit gleichzeitiger Kontaktierung nach außen, am Hybridbaustein, im Bereich des Rechts-Links-Umschalters
und einer Motor-Kurzschlußschaltung;
Fig. 12 zeigt die Kontaktbahnführung der Fig. 11 in
einer Seitenansicht;
Fig. 13 zeigt die Kontaktbahnführung der Fig. 11 und
12 in einer Ansicht von oben;
Fig. 14 zeigt eine zweite, innerhalb des Elektronikschaltergehäuses
verlegte verkürzte Kontaktbahnführung, die vom Anschluß des Hybridbausteins bis zur Rechts-Links-Umschaltung
und zur Motorkurzschlußkontaktierung führt;
Fig. 15a, 15b, 15c
zeigen in Draufsicht und zwei Seitenansichten eine mögliche Ausführungsform der Anordnung
von Schaltungskomponenten sowie Kontaktwinkel auf dem Keramiksubstrat des Hybridbausteins
;
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Fig. 16 zeigt schließlich den elektrischen Schaltplan des Elektronikschalters.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Darstellung der Fig. 1 zeigt, daß sämtliche für die gesteuerte (oder gegebenenfalls auch geregelte)
Stromzuführung zu Akkugeräten, beispielsweise zu deren Drehzahlsteuerung, erforderlichen Baukomponenten
in einem einheitlichen, geschlossenen Gehäuse angeordnet sind, und zwar auch und ausdrücklich der elektronische
Hochleistungs-Halbleiterschalter sowie die meist vorgesehene Möglichkeit zur Rechts-Links-Drehrichtungsumschaltung
des angetriebenen Akkugeräts.
Das bedeutet, daß der Elektronikschalter im Gegensatz zu den bisher bekannten Ausführungsformen lediglich und vorzugsweise
über vier nach außen führende Hauptkontaktanschlüsse verfügt, nämlich über die beiden mit dem Akku zu
verbindenden Anschlüsse 11a und 11b, die bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel von unten aus dem Gerät herausschauen, sowie über zwei oben seitlich
abgehende weitere Kontaktanschlüsse 12a, 12b, die die Motoranschlußklemmen bilden und aus dem Bereich des Rechts-Links-Umschalters
herrühren.
Bei allen Anschlußkontakten handelt es sich um Steckanschlüsse, die die Form von die Gerätewandung durchdringenden
metallischen Kontaktzungen aufweisen, auf die, wie beispielsweise aus der Autotechnik bekannt,
weiterführende Gegen-Kontaktklemmen aufgesteckt werden
können. Auf diese Weise gelingt es auch, das Elektronikschaltergehäuse im wesentlichen staubdicht
zu bekommen; die Durchführungsöffnungen im Gehäuse können eng anliegend toleriert werden oder es ist
alternativ auch möglich, die jeweiligen, nach außen
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führenden Kontaktbahnen vom Gehäusematerial zu umspritzen.
Falls gewünscht können noch einige weitere zusätzliche Anschlüsse nach außen geführt werden, beispielsweise
die beiden in der Darstellung der Fig. 1 mit 13a, 13b
bezeichneten schmaleren Kontaktsteckanschlüsse für
Leuchtdiodenanzeigen (eine Leuchtdiodenfarbe für Anzeige von Akkuunterspannung - eine weitere Leuchtdiodenfarbe zur Ubertemperaturanzeige, was gleichzeitig einer automatischen Herunterregelung der Leistungsabgabe
entspricht, hierauf wird weiter unten noch eingegangen).
Leuchtdiodenanzeigen (eine Leuchtdiodenfarbe für Anzeige von Akkuunterspannung - eine weitere Leuchtdiodenfarbe zur Ubertemperaturanzeige, was gleichzeitig einer automatischen Herunterregelung der Leistungsabgabe
entspricht, hierauf wird weiter unten noch eingegangen).
Durch die spezielle Ausbildung der äußeren Kontaktanschlüsse in Form von Steckzungen ist auch eine große
Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Raumverhältnisse
möglich, da die Steckzungen beliebig abgebogen werden können, wie die beiden Motoranschlüsse 12a, 12b
in Fig. 2 zeigen.
Oberhalb des Anlaß- oder Handdruckergriffs 14, der
auf eine im Gehäuse geführten Drückerachse 15 sitzt, befindet sich der Rechts-Links-Umschalter-Hebel
der, wie für sich gesehen bekannt und aus der Fig. 2 ersichtlich, um eine feste Achse 17 in der Doppelrichtung
des Pfeils A verschwenkbar gelagert ist und in einem Langloch 18 einen Schaltzapfen 19 aufnimmt,
der durch eine Gehäuseöffnung eine. Schaltwippe 20
(Fig..9) betätigt. Zwischen dem Drückergriff 14 und dem Rechts-Links-Umschalterhebel 16 ist eine mechanische Verbindung vorgesehen, die so ausgebildet ist, daß der Rechts-Links-Umschalterhebel 16 nur dann betätigt werden kann, wenn der Drückergraff 14 sich in der Aus-Stellung befindet. Ein wesentlicher Grundgedanke vorliegender Erfindung ist aus der Darstellung
(Fig..9) betätigt. Zwischen dem Drückergriff 14 und dem Rechts-Links-Umschalterhebel 16 ist eine mechanische Verbindung vorgesehen, die so ausgebildet ist, daß der Rechts-Links-Umschalterhebel 16 nur dann betätigt werden kann, wenn der Drückergraff 14 sich in der Aus-Stellung befindet. Ein wesentlicher Grundgedanke vorliegender Erfindung ist aus der Darstellung
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der Fig. 1 in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 erkennbar; die Aufteilung und Unterbringung sämtlicher,
zum Teil sehr unterschiedlicher Arbeitskomponenten für den Elektronikschalter innerhalb eines einzigen,
topfförmigen und mittels eines Deckels abgeschlossenen Gehäuses erfolgt so, daß das rechteckförmige Gehäuse
in einer Ebene parallel zu seiner großen Querschnittsfläche unterteilt ist, so daß zunächst und
in dieser Packungsrichtung aufeinanderfolgend in das topfförmige Gehäuse 21 (Fig. 4)- ein großflächiger
Hybridbaustein 22 angrenzend an den Gehäuseboden 21a eingelegt ist, von dem in Fig. 4 im wesentlichen
lediglich das Keramiksubstrat 22a erkennbar ist, welches bei der hierdurch zur Verfügung gestellten größeren Grundfläche
in der Lage ist, sämtliche elektrischen und elektronischen Baukomponenten aufzunehmen, hauptsächlich
in der üblichen Dickschicht-Technologie, worauf weiter unten noch eingegangen wird. In der
Ebene der Fig. 4 nach rechts schließt sich an den Hybridbaustein 22 mit Vergußrahmen 23 ein Schalterbereich
24 an, der sich nach oben bis in den Bereich der Drückerführung 25 fortsetzt. Oberhalb des Hybridbausteins
22 einerseits sowie des Schalterbereichs 24 und der Drückerführung 25 andererseits befindet
sich, sich über die ganze Fläche erstreckend, jedoch innerhalb des einheitlichen Gehäuses angeordnet, der
Eereich 26 der Rechts-Links-Umschaltung, von dem dann folgerichtig die weiter vorn schon erwähnten Motoranschluß-Steckzungen
12a, 12b ausgehen. Dabei befindet sich ein bisher nicht erwähnter, für die Gasgebefunktion
des Elektronikschalters unerläßlicher Potentiometerbereich 27 in der Ebene der Fig. 4
links neben dem Bereich der Drückerführung 25, noch auf dem Keramiksubstrat 22a des Hybridbausteins 22
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angeordnet und von einem gabelförmigen, in einer Lagerung in der Drückerachse 15 geführten Schleifer
28 kontaktiert.
Die insoweit angesprochene Lösung impliziert notwendigerweise, daß, was bei vorliegender Erfindung auch
der Fall ist, im Gegensatz zu sämtlichen bisher bekannten Ausführungsformen, auch der kontinuierlich
durchsteuerbare und daher unter Umständen mit hoher Verlustleistung beaufschlagte Halbleiter, über den
der gesamte Versorgungsstrom für das an den Akku angeschlossene Gerät fließt, innerhalb des Elektronikschaltergehäuses
und darüber hinaus, entsprechend einem bevorzugten Merkmal der Erfindung, als IC (beispielsweise
in Form eines MOS-FET) auf der Platte des Keramiksubstrats 22a angeordnet ist.
Um die insofern gegensätzlichen Forderungen zu lösen, nämlich bei einer solchen Bauform für eine hinreichende
Kühlung zu sorgen, ist auf der anderen Seite des Keramiksubstrats 22a, wie Fig. 4 zeigt, eine
ausreichend dimensionierte Kühlplatte oder Kühlkörper 29 angeordnet, nämlich beispielsweise mit einem
wärmeleitfähigen Kleber auf der Rückseite des Keramiksubstrats aufgeklebt. Bei diesem Kühlkörper 29
kann es sich um eine dickere Kupferplatte in den Abmessungen des Keramiksubstrats bzw. des von diesem
mitgebildeten Hybridbausteins 22 handeln, wobei der Kühlkörper 29 durch eine Bodenöffnung 30 im topfförmigen
Gehäuseteil 21 des Elektronikschaltergehäuses nach außen ragt.
Es ist dann möglich, in entsprechender Anlage an diesen Kühlkörper 29 von außen weitere Kühlmittel
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an das Elektronikschaltergehäuse heranzubringen und so für eine vollkommen hinreichende Zufuhr der hauptsächlich
von dem Halbleiter erzeugten Verlustwärme zu sorgen, ohne daß es wie sonst notwendig ist, über
eine Vielzahl von Leitungsverbindungen den Leistungsschalter an anderer Stelle im Gehäuse des zugehörigen
Geräts mit guter Wärmeableitung anzuordnen, etwa dort festzuschrauben.
Da die Wärmeabfuhr über den großzügig dimensionierten Kühlkörper, der praktisch eine Seitenfläche des
Elektronikschaltergehäuses (bis auf den darüberliegenden Rechts-Links-Umschalterbereich) einnimmt, unkritisch
ist und entsprechend ausgelegt werden kann, gelingt es, in einem einheitlichen Kompaktgehäuse
mit in diesem Fall dann nur noch sehr geringen Verdrahtungsaufwand für die verbleibenden vier Hauptanschlüsse
über Steckzungen sämtliche Arbeitskomponente in diesem einem Gehäuse unterzubringen, so daß
sich neben einer wesentlichen Montagevereinfachung überhaupt Aufbau, Kosten, Platzbedarf, universelle
Anpassungsfähigkeit des Elektronikschalters entscheidend günstiger gestalten.
Zu aller Sicherheit ist dabei, worauf weiter unten noch bei der Besprechung der elektronischen Schaltung
eingegangen wird, der den Halbleiterschalter (MOS-FET) umfassende IC so ausgelegt, daß er selbst
bei überschreiten vorgegebener Temperaturen bei Belastung abregelt, also seine Leistungsabgabe so
weit drosselt, wie dies für seine Leistungsdaten maßgebend ist. Normalerweise setzt allerdings, wie
Versuche bestätigt haben, eine solche Abregelung im praktischen Betrieb gar nicht ein, weil bei extrem
starker Beanspruchung, wie für solche Elektronik-
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schalter bei Akkugeräten ohnehin üblich, die IC-Schaltung
überbrückt wird durch einen Bypaßschalter, während andererseits im gesteuerten Betrieb aufgrund
der getroffenen Auslegung mit nach außen reichendem Kühlkörper 29 eine hinreichende Kühlmöglichkeit
zur Verfügung steht, so daß die Abregelung nicht anzusprechen braucht.
Auf einen weiteren wesentlichen Gesichtspunkt bei vorliegender Erfindung kann ebenfalls sofort in Verbindung
mit der Darstellung der Fig. 3 und 4 eingegangen werden; da der Schalterbereich 24 sich angrenzend
zum Hybridbaustein 22 befindet, nämlich entsprechend Fig. 3 über diesem liegt, sind auf dem
Keramiksubstrat 22a mit den dortigen Anschlüssen in entsprechender Weise elektrisch verbundene (hierauf
wird weiter unten noch eingegangen) Kontaktbahnwinkel 32 befestigt, üblicherweise verlötet, wie dies Fig.
am besten zeigt. Diese Kontaktbahnwinkel stoßen dann rechtwinklig zu ihrer Auflagefläche auf dem Keramiksubstrat
22a durch die innerhalb des Vergußrahmens 32 befindliche Vergußmasse aus dem Hybridbaustein 22
nach außen und dienen mit ihrer vorspringenden Fläche unmittelbar als Kontaktstück für die einzelnen
Schalter des Schalterbereichs 24.
Um die wesentlichen, beim Aufbau des Elektronikschalters für Akkugeräte vergesehene Einzelschalter
besser zu unterscheiden und in die Gesamtkonzeption einzuordnen, ist es sinnvoll, anhand der Darstellung
der Fig. 16 zunächst kurz auf den elektrischen Aufbau
einzugehen.
Demnach ist das Herz des Hybridbausteins 22(in Fig. gestrichelt umrandet) gebildet von einem IC, der auch
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den Halbleiter-Leistungsschalter HS enthält, üblicherweise einen MOS-FET. Der innere Aufbau des
IC ist bzw. kann jedenfalls von üblicher Struktur beispielsweise für eine Drehzahlregelung eines
Gleichstrommotors M sein und wird weiter unten soweit erforderlich noch erläutert.
Die Versorgungsgleichspannung U_ vom Akku gelangt über die schon erwähnten Kontaktzungen 11a, 11b
(gleiche Bezeichnung wie in den Fig. 1 und 2) zum Elektronikschalter, wobei der mit dem negativen Pol
des Versorgungsakkus verbundene Kontaktanschluß 11b zur negativen Masseschiene L2 der Schaltung durchverbunden
ist; die positive Anschlußleitung ist mit L1 bezeichnet.
Es ist ein erster Ein/Aus-Schalter S1 vorgesehen,
der den positiven Eingangskontaktanschluß an der Kontaktzunge 11a mit dem Hybridbaustein 22 bzw. mit
der von diesem gebildeten Schaltung verbindet; über einen den Eingangsanschluß E1 und den Ausgangsanschluß
A1 des Hybridbausteins überbrückenden Volllastschalter S2 wird der Pluspol unter Umgehung der
Steuerungsschaltung direkt mit dem einen Motoranschluß (entsprechend Ausgangsanschluß A1 der Steuerschaltung)
verbunden.
Es ist dann noch ein weiterer Schalter S4 vorgesehen, der die Motoranschlußklemmen entsprechend
Ausgangsanschluß A1 der Steuerschaltung sowie Masseanschluß M kurzschließt; dieser Schalter wird entsprechend
seiner Wirkung als Bremsschalter bezeichnet.
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Ein vierter Schalter S3 dient schließlich der Rechts-Links-Umschaltung
der Motordrehrichtung und verfügt über entsprechende Doppelkontakte.
Von den erwähnten Schaltern wird der Eingangsschalter S1, der Vollastschalter S2 und der Bremsschalter
S4 durch die Betätigung des Drückers geschaltet, während der Rechts-Links-Schalter S3 separat durch
den Schwenkschalter 16 oberhalb des Handdrückergriffs 14 betätigt wird.
Dementsprechend befinden sich auch Eingangsschalter S1 und Vollastschalter S2 in dieser Reihenfolge
unterhalb der Drückerführung 25 angeordnet, wenn man zur Darstellung der Fig. 3 und 4 zurückkehrt,
wobei die Fig. 3 die Position der Drückerführung bei losgelassenem Drückerhandgriff in der Aus-Schaltstellung
zeigt.
Die Drückerachse 15, die die Gehäuseeintrittsöffnung
32 beispielsweise noch als Rundachse durchsetzen kann, verändert sich innerhalb des Gehäuses in Form,
Außenabmessungen und Struktur erheblich, um die verschiedenen Aufgaben erfüllen zu können.
Wie die Darstellung in den Fig. 3 und 8 zeigt, geht die Drückerachse 15 in ein grob rechteckförmiges,
mit Abschrägungen und Einschnitten versehenes inneres Drückerteil 33 über. Unterhalb des Drückerteils
33 in der Darstellung der Fig. 3 befinden sich, eingesetzt und gehalten von inneren zum Gehäuse 21 einstückigen
Wandformern 35 die Strukturen für den Eingangsschalter S1 und den Vollastschalter S2, nebeneinander
angeordnet und jeweils bestehend aus einem
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Schalterstößel 35a, 35b, der, jeweils nach oben in der Darstellung der Fig. 3 und 4 vorgespannt von
einer kräftigen Vorspannungsfeder 36a, 36b, eine metallische
Kontaktbrücke 37a, 37b lagert.
Die Schalterstößel 35a, 35b verfugen jeweils über obere Gleitflächen 38, die mit einer unteren, eine
Schrägfläche umfassende Nockenlaufbahn 39 am inneren Drückerteil in Wirkverbindung stehen. In der
Darstellung der Fig. 3 ist das innere Drückerteil von einer eigenen, starken Vorspannungsfeder 40
in die Aus-Schaltstellung an die rechte Anschlagposition gedrückt, in welcher die beiden Schalterstößel
35a, 35b gegen ihren eigenen Federdruck nach unten verschoben sind; in dieser Position befinden
sich die oberen Gleitflächen 38 der beiden Schalterstößel in der strichpunktierten Position 38' bzw.
38". Die freie Verschiebewegstrecke für das innere Drückerteil 33 ist in Fig. 3 durch den Abstand B
gekennzeichnet; wird jetzt durch Druckausübung auf den Drückerhandgriff 14 über die Drückerachse 15
das innere Drückerteil 33 in der Zeichenebene der Fig. 3 allmählich nach links verschoben, dann läuft
zunächst der Schalterstößel 35a, mit seiner oberen Gleitfläche 38 dem schrägen Verlauf der Nockenbahn
39 folgend, nach oben und nimmt hierbei unter der Wirkung seiner eigenen Federvorspannung die Kontaktbrücke
37a mit. Hierdurch gelangt der erste Eingangsschalter S1 in seine leitende Schließposition
- die Schaltung des Hybridbausteins 22 wird mit Spannung versorgt und gleichzeitig wird, worauf
weiter unten noch eingegangen wird, ein Schiebepotentiometer bei weiterem Eindrücken des Drückers
betätigt, so daß von dem IC am Ausgang A1 Ausgangs-
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strom für den Motor M je nach Drückerposition zur Verfügung gestellt wird (Fig. 16).
Wird der Drückerschalter vollständig durchgedrückt, also in die linksseitige Anschlußposition der Fig.
verschoben, dann schließt schließlich auch der zweite Vollastschalter S2 und überbrückt die elektrische
Schaltung der Fig. 16 mit IC, wodurch dem Motor M die volle Versorgungsspannung des Akkus zugeführt
wird (kein lückender Betrieb).
Die auf den Drücker wirkende starke Vcrspannungsfeder
4 0 ist über einen größeren Teil ihrer Länge auch in der voll ausgefahrenen Position wie in Fig. 3
dargestellt in einer entsprechend geformten Ausnehmung 41 im inneren Drückerteil 33 verkantungsfrei
geführt und wird auf der entgegengesetzten Seite von einer napfartig vorstehenden
Fassung 42 gehalten.
Um den Stromlaufplan und insofern auch die Verteilung der einzelnen Komponenten innerhalb des Schaltergehäuses
besser verstehen zu können, wird nunmehr zunächst in Verbindung mit den Darstellungen der
Fig. 15a, 15b und 15c die Kcntaktbahnwinkel-Verteilung
auf dem Keramiksubstrat 22a des Hybridbausteins 22 erläutert.
Fig. 3 zeigt, daß die (Plus-Spannung vom Akku führende) Eingangssteckzunge 11a (einstückig) in eine
erste innere Kontaktbahn 44 übergeht, die mit einer horizontalen Abbiegung 44a über beiden Kontaktbrükken
37a, 37b der Schalter S1, S2 liegt und auf diese Weise direkt das jeweilige Eingangskontaktstück für
diese Schalter bildet.
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Weiter vorn wurde schon erwähnt, daß die Ausgangskontaktstücke für diese Schalter direkt von Kontaktwinkeln
gebildet sind, die vom Substrat 22a des Hybridbausteins ausgehen und betrachtet man die
Darstellung der Fig. 15a, dann erkennt man, daß auf der Platte des Keramiksubstrats 22a (neben anderen
Komponenten, auf die nicht eingegangen zu werden braucht oder die weiter unten noch erläutert
werden) ein ersterrKontaktwinkel 32 angeordnet ist, der mit einer senkrecht abstehenden Fläche
32a unmittelbar das innere Gegenkontaktstück für den Eingangsschalter S1 bildet. Über diesen Kontaktwinkel
32 gelangt also die positive Versorgungsspannung zur Schaltung des Hybridbausteins 22
und wird über eine untere Kontaktflächenverbindung zu dem (soweit gewünscht auch jeweils kundenspezifisch
ausgelegten) IC geleitet. An diesem ergibt sich die jeweils gewünschte Stromsteuerung (wird
noch erläutert); der Ausgang des IC ist über einen (vorzugsweise wegen der hohen Strömen doppelte)
Dickdrahtbondung 45 auf einen zweiten Kontaktwinkel 46 geführt, dessen ebenfalls senkrecht abstehender
Schenkel 46a sowohl den Ausgangsanschluß A1 der Steuerschaltung als auch, wie aus Fig. 16
erkennbar, den inneren Kontaktstück-Anschluß für den zweiten Vollastschalter S2 bildet.
Der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, daß sich auf dem Keramiksubstrat 22a
noch die Freilaufdiode D1 befindet, die entsprechend der Schaltung der Fig. 16 den Ausgangsanschluß
des Kontaktwinkels 46, mit dem sie über das Substrat verbunden ist, mit einem weiteren
Masseanschluß-Kontaktwinkel 47 verbindet, und zwar
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ebenfalls über eine entsprechende Dickdrahtbondung 48. Auch der weitere Kontaktwinkel 47 für den
Masseanschluß verfügt über einen hochgebogenen Schenkel 47a, wobei der Schenkel 47a und der (Doppel)
Schenkel 46a des Kontaktstückes 46 als Ausgana A1 jeweils Lötstellenanschlüsse für weitere Innenkontaktbahnen
des Elektronikschalters bilden, auf die gleich eingegangen wird.
Der Aufbau auf dem Keramiksubstrat vervollständigt sich durch auf diesem aufgedruckte Potentiometerbahnen
48a, 48b sowie durch zwei (verzinnte) Anschlußflächen 49 für die weiter vorn schon erwähnten
LED's, zur fakultativen Verbindung mit den nach außen geführten Anschlüssen 13a, 13b der Fig. 1.
Die weitere Stromführung innerhalb des Gehäuses des Elektronikschalters erfolgt so, daß ausgehend
von der äußeren Eingangs-Steckzunge (für den negativen Pol des Versorgungsakkus), die ihrerseits in
eine innere, vergleichsweise kompliziert gestaltete und verlaufende Kontaktbahn 50 übergeht, zunächst
eine elektrische Verbindung 51 hergestellt ist zwischen einem ersten, von der Kontaktbahn 50
wegstehenden Flügel 50a und dem Minusanschluß-Kontaktwinkel 47 des Hybridbausteins 22.
Die Kontaktbahn 50 verläuft dann, wie insbesondere auch die Darstellung der Fig. 6 genauer zeigt, längs
der inneren Gehäusewandung des Elektronikschalters nach oben und bildet dann einen horizontal abgebogenen
Schenkel 50b, wie dies am besten der Darstellung der Fig. 11, 12 und 13 entnommen werden kann.
Im oberen Gehäusebereich erfüllt dieser Kontakt-
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bahnverlauf noch zwei weitere Aufgaben, und zwar bildet ein vom horizontalen Schenkel 50b hochgeklappter,
flach abgebogener Lappen 50c den einen (Minus)Anschlußpol für die Rechts-Links-Umschaltung
im Kopf des Elektronikschaltergehäuses, während ein wieder nach unten abgebogener kurzer Schenkel 5Od
der inneren Kontaktbahn 50 ein erstes Kontaktstück für den Bremsschalter S4 bildet, auf den noch eingegangen
wird (vergl. Fig. 8).
Im allgemeinsten Fall einer vom IC getaktet dem Motor zur Verfügung gestelltenSteuerspannung (im gesteuerten
Betrieb und bei geöffnetem Vollastschalter S2) wird diese von dem Ausgangs -Kontaktwinkel 46a zu einer weiteren
inneren Kontaktbahn 52 als weiterer Stromleiter innerhalb des Elektronikschaltergehäuses geführt.
Diese zweite Kontaktbahn 52 ist kürzer als die soeben besprochene Kontaktbahn 50, deshalb, weil sie
nicht nach außen geführt zu werden braucht; sie beginnt, wie Fig. 6 zeigt, als weitere elektrische Verbindung 53, beispielsweise
Handlötverbindung, wie auch bei 5T"und wird im folgenden nur noch so
bezeichnet, mit einem Querlappen 52a,der an den Kontaktbahn-Schenkel
46a angelötet ist, verläuft dann angrenzend und parallel zur Kontaktbahn 50 (in
Fig. 3 unterhalb dieser) ebenfalls nach oben und bildet dann im wesentlichen die gleichen, jedoch
komplementären Formen und Funktionen aus, wie mit Bezug auf die Kontaktbahn 50 schon erläutert und
wie in Fig. 14 auch dargestellt, d.h. ein oberer Horizontalschenkel 52b geht in einen zweiten nach
oben geklappten breitflächigen Lappen 52c über und endet in ein nach unten gebogenes Teilstück 52d
als zweites Kontaktstück für den Bremsschalter S4 (Fig. 8).
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Der Bremsschalter S4 ist selbst mit seinem brückenförmigen
Schaltstück 53 am inneren Drückerteil 33 gelagert, wo das Schaltstück 53 (Fig. 8) von einer
Uberdeckung 54 des Drückerteils 33 beweglich gehalten,
von einer eigenen kleinen Vorspannungsfeder bis zu einem inneren Anschlag am Drückerteil 33 in
der Zeichenebene der Fig. 8 nach rechts gedrückt ist.
Man erkennt, daß sich der Kurzschlußschalter S4 dann öffnet, wenn sich die Drückerführung 25 auch nur
geringfügig nach innen bewegt, also noch bevor der Eingangsschalter S1 seine Kontakte schließen kann.
Andererseits wird durch die geringe Eigenbeweglichkeit mit eigener Vorspannungsfeder 55 am Kurzschlußschalter
S4 sichergestellt, daß die elektrische Kontaktgabe zwischen dem brückenförmigen Schaltstück
53 und seinen beiden Gegenkontaktstücken 5Od, 52d (herrührend von den inneren Kontaktbahnen 50 und 52)
unter allen Umständen in der Aus-Position des Drückers sichergestellt ist, da das Schaltstück
53 gegen eigene Federvorspannung in der rechten Anschlagposition des inneren Drückerteils 33 noch
geringfügig zurückweicht und einwandfrei kontaktiert; wird dann der Drücker beim Anlassen des Geräts wieder
eingedrückt, dann gelangt das brückenartige Schaltstück 53 an eine seiner inneren Form entsprechende
Anschlagwandung 56 (gestrichelt in Fig. 8), die Kontakte lösen sich und als nächstes schließt
der Eingangsschalter S1.
Aus der Darstellung der Fig. 8 kann man noch die abgewinkelte Form des Potentiometerschleifers 28
erkennen, der längs der Potentiometerbahnen 48a, 48b
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auf dem Keramiksubstrat 22a gleitet und diese beiden Bahnen miteinander verbindet, so daß sich die
in Fig. 16 bei P1 angedeutete Potentiometerfunktion für die angenommene Drehzahlsteuerung des akkuversorgten
Geräts ergibt.
Fig. 7 zeigt noch einmal deutlicher die Lage der beiden inneren Kontaktbahnen 50 und 52 mit ihren
jeweiligen seitlichen VorSprüngen, den beiden Verbindungsbereichen
(Handlötstellen 51, 52 und 53) sowie dem Hybridbaustein 22, bestehend aus dem
Keramiksubstrat 22a mit den beiden Kontaktstücke . für die Schalter S1 und S2 bildenden Kontaktschenkeln
32a, 46a und dem Vergußrahmen 23. Man erkennt, daß die Platte des Keramiksubstrats 22a seitlich
auf den inneren Öffnungsrändern 30a des Bodenausschnittes 30 des Gehäuses aufliegt und lediglich
der Kühlkörper 29 aus dem Gehäuse zur weiteren Kontaktierung und Wärmeableitung herausragt. Das Gehäuse
ist von einem Deckel 21a abgeschlossen und die Einzelteile des Elektronikschalters sind so
ausgebildet und sortiert, daß die Montage von der vom Deckel befreiten Seite des dann schachteiförmigen
Gehäuses ausgehend so erfolgen kann, daß diese Teile aufeinanderfolgend in das Gehäuse eingestapelt
oder eingelegt werden, so daß schließlich auch eine automatische Montage, falls gewünscht, möglich ist.
Der Gesamtaufbau des Elektronikschalters vervollständigt sich noch durch die Ausbildung des Rechts-Links-Umschalters
so, wie dies am besten der Fig. entnommen werden kann. Im oberen Teil des Gehäuses
21 ist ein inneres Teilgehäuse 57 für den Rechts-Links-Schalter S3 eingelegt, welches Kontaktbahnen
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und Kontaktwinkel zur Rechts-Links-Umschaltung aufnimmt
bzw. auf diesem auch aufliegt, wie die Fig. 10 zeigt. Das innere Teilgehäuse 57 sichert die Relativposition
der aus der Draufsicht der Fig. 9 am besten zu erkennenden Schalterstrukturen für die
Rechts-Links-Umschaltung, wobei die Kontaktlappen 50c und 52c die Stromversorgung bilden und nach
oben bringen - der Kontaktlappen 50c für den Masseanschluß und 52c bezüglich der gesteuerten duckenden)
Gleichstromversorgung als positiven Spannungsanschluß bzw. volle Versorgungsspannung bei geschlossenem
Schalter S2.
Die beiden Kontaktlappen 50c und 52c liegen sich einander gegenüber und weisen eine schwach halbmondförmige
Form auf; es sind ferner zwei bewegliche Kontaktwippen 58a und 58b vorgesehen, die in ständigem
elektrischen Kontakt mit inneren Lagerklemmen-Winkeln 59a, 59b stehen, die ihrerseits nach
außen in die zu den Motoranschlüssen führenden Steckzungen 12a, 12b bevorzugt einstückig übergehen.
Auch hier dient die Aufnahme durch ein inneres Teilgehäuse 57 der entsprechenden Fixierung und Positionierung
dieser Schaltelemente, wobei die Kontaktwippen 58a, 58b eine etwa halbkugelförmig gekrümmte Form aufweisen
und jeweils mittig von gabelförmigen Endbereichen 60 der inneren Lagerklemmen aufgenommen
sind. Man erkennt, daß je nach Winkelposition der entsprechend dem Doppelpfeil C verdrehbaren Schaltwippe
20 die Kontaktwippen 58a, 58b jeweils gegenläufig die Kontaktlappen 52c und 50c berühren, so
daß an den Ausgangs-Steckzungen 12a, 12b je nach Position der Schaltwippe 20 eine in ihrer Polarität
wechselnde Ausgangsspannung anliegt.
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Die Schaltwippe 20 enthält in ihrem Inneren gelagert auf beiden Seiten jeweils mittels kleiner Federn 61
vorgespannte Druckstücke 62, so daß die Kontaktgabe zwischen den Kontaktwippen und den Kontaktlappen
50c, 52c einwandfrei ist.
Die Umschaltung der Schaltwippe 20 in ihre jeweils andere Winkelposition mit Hilfe des Schalthebels 16
für den Rechts-Links-Schalter kann so erfolgen, wie in Fig. 5 oben gezeigt; ein Schwenksteg 16a des
Schalthebels 16 erfaßt mittels des erwähnten Langlochs 18 einen aus seiner oberen Gehäuseöffnung 63
hervorragenden Schwenkzapfen 19, der seinerseits in geeigneter Weise mit der verschwenkbaren Schaltwippe
20 verbunden ist. Die Integration gerade auch des Rechts-Links-Umschaltbereichs innerhalb des geschlossenen
Gehäuses für den Elektronxkschalter ist besonders vorteilhaft, weil auf diese Weise in einer
ungewöhnlich kompakten, nach außen abgedichteten Bauform sämtliche Arbeitskomponenten ohne äußeren
Verdrahtungsaufwand integriert sind und vor allen Dingen durch die Konzeption abgedichtet die Gehäusewandungen
durchdringender Steckzungen auch im rauhen Betrieb nicht befürchtet zu werden braucht, daß
Fremdkörper oder Staub in das Innere des Schalters eindringen. Daher vervollständigt sich der Aufbau
im Bereich der Drückerführung noch durch eine zusätzliche Dichtung 64 (Fig. 3), die von einer Dichtrillenaufnahme
65 im Bereich der Durchführung der Drückerachse 15 in das Gehäuseinnere angeordnet ist
und diese Achse einwandfrei abdichtend umgibt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß durch die sinnvolle Konstruktion der inneren me-
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tallischen kräftigen bandförmigen Kontaktbahnen eine mögliche Verformungsarbeit, die die sehr kräftige
Drückerfeder beispielsweise auf die Gehäusewandungen ausüben könnte, sozusagen aufgefangen wird, und zwar
auf folgende Weise.
Wie am besten die Fig. 6 zeigt, laufen die inneren Kontaktbahnen 50 und 52, die schmale Gehäuse-Querseite innen
praktisch ausfüllend von unten nach oben, wobei dann bei beiden Kontaktbahnen 50 und 52 in der mit X gekennzeichneten
Höhe der horizontale Schenkel 50b, 52b abgeht, der sich guer über die gesamte Breite des Gehäuses
erstreckt, bis dieser Schenkel einstückig in die wieder nach unten abgebogenen kurzen Kontaktschenkel
50d, 52d übergeht. Der Hauptquerschenkel 50b, 52b verläuft daher parallel zur Vorspannungsfeder 40 für
den Drücker, und da bei losgelassenem Drückergriff 14 der innere Drückerteil 33 mit dem von ihm gelagerten
Bremsschalter S4 über dessen Kontaktbrücke 53 voll entlastet an den kurzen Kontaktschenkeln 5Od, 52d
anliegt, erkennt man, daß sich die Drückerfeder 40 (indirekt) auf beiden Seiten auf die metallischen Kontaktbahnen
abstützt, denn die napfartige Fassung 42 liegt als Kunststofformteil mindestens über der nach oben laufenden
Kontaktbahn 50. Die Drückerfeder 40 wird daher in ihrem kräftigen Expansionsdrang nach beiden Querseiten
von mindestens einer der Kontaktbahnen sozusagen zusammengehalten und in ihren Auswirkungen sicher
von dem Gehäuse ferngehalten.
Es sei noch erwähnt, daß die einzelnen Baugruppen und Komponenten innerhalb der rechteckförmigen Schachtelform
des Gehäuses 21 sortiert und gehalten sind durch Gehäuseeinsätze, die weiter vorn schon kurz erwähnt
worden sind und aus stegartigen Unterbrechungen, Zwi-
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schenwänden und Trennwänden bestehen. So erstreckt der Gehäuseteilwand-Einsatz 35 für die Schalter Sl
und S2 sich mit einer vorzugsweise einstückig angeformten inneren Teilquerwand 35' in der Zeichenebene
der Fig. 3 zunächst nach links und dann als senkrecht verlaufender Schenkel 35" nach oben, wodurch bei
gleichzeitiger Bedeckung mindestens der Kontaktbahn 50 auch die napfförmige Fassung 42 für die Drückerfeder
40 gebildet wird.
Unterhalb des Bereichs der Rechts-Links-Umschaltung sind also in die Gehäuseschachtelform zunächst eingelegt
der IC-Baustein 22 mit nach außen ragendem Kühlkörper; auf dessen Vergußrahmen 23 ist die innere
vielwandige Gehäusestruktur 35, 35', 35" aufgelegt, die ihrerseits wiederum die Stößel 35a, 35b einschließlich
Schaltmechanismus und Vorspannungsfedern 36a, 36b der beiden Schalter Sl, S2 lagert. Oberhalb
der Schalter Sl, S2 kommt das innere Drückerteil 33 zu liegen, dessen obere Kanten gleichzeitig Gleitflächen
33a, 33b, 33c bilden, mit welchen das Drükkerteil 33 längs der unteren Flächen der quer geführten
Kontaktbahnen 50, 52, also deren Querschenkel 50b, 52b gleitet und diese auch als Gleitführung
benutzt.
Darüber befindet sich dann das Einsatzteilgehäuse 57 für die Rechts-Links-Umschaltung; betrachtet man
hier die Darstellung der Fig. 9, dann erkennt man auch, daß dieses Teilgehäuse mit Vorsprüngen 57a,
57b entsprechende Öffnungen 66 des Gehäuses 21 bzw. des Deckels 21a eng anliegend (wegen der Staubdichtigkeit)
durchsetzt und so auch die oberen Motoranschluß-Steckzungen nach außen führt.
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Zu dem Hybridbaustein 22 kann noch folgendes festgestellt werden. Es wird ein Keramiksubstrat aus Aluminiumoxid
vorgegebener Dicke verwendet, bei dem Leiterbahnen in Siebdruckverfahren aufgebracht, getrocknet
und eingebrannt werden. Widerstände und Potentiometer können ebenfalls im Siebdruckverfahren aufgebracht
oder als SMD-Bauelemente, wie Kondensatoren auch,
realisiert werden. Der Kontaktwinkel 32 dient zur Spannungsversorgung (+U_-Anschluß) des Hybrids und
gleichzeitig als Festkontakt für den Eingangsschalter Sl. Der Kontaktwinkel 46 dient als Ausgangsanschluß
der Schaltung und gleichzeitig als weiterer Festkontakt für den Vollastschalter S2 als Bypass-Schalter
für den IC. Dabei ist der hochstehende Schenkel 46a dieses Kontaktwinkels 46 nach Art eines Doppelschenkels
ausgebildet, um gleichzeitig eine Handlötstelle zur Verbindung mit der kürzeren Kontaktbahn 52 zu schaffen.
Die zweite Handlötstelle wird dann durch den hochstehenden Schenkel 47a des Kontaktwinkels 47
für den Masseanschluß des Hybrids gebildet.
Eine Verbindung zu weiter vorn schon kurz erwähnten Leuchtdioden beispielsweise zur Anzeige von Übertemperatur
und Unterspannung kann mit Blattfedern hergestellt werden, die auf den Anschlußflächen 49 für
die LED's federnd aufliegen.
Die beiden Potentiometerbahnen 48a, 48b werden von dem gabelförmigen Schleifer 28 verbunden und werden
mit wachsendem Zustellweg bis zum Widerstand Null überbrückt. Insofern ist kein Schleiferabgriff vorgesehen,
und das Potentiometer ist als veränderlicher Widerstand realisiert.
In Verbindung mit der Schaltungsdarstellung der
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Fig. 16 und den vorhergehend besprochenen Aufbaubildern läßt sich zur Funktion feststellen, daß durch
Schließen des Eingangsschalters Sl bei anfänglichem Eindrücken des Drückergriffs 14 die Elektronik in
Betrieb gesetzt wird, da der Minusanschluß des Akkus von Anfang an über die Kontaktbahn 50 mit Außenanschluß
entsprechend Stecker zunge 11b -· .durchverbunden ist.
Die Steuerung des Hybridbausteins arbeitet nach dem Verfahren der Puls-Weiten-Modulation; die Erhöhung
bzw. Erniedrigung des über den Rechts-Links-Schalter dem Motor zugeführten Stroms erfolgt durch Verbreiterung
bzw. Verschmälerung von Stromimpulsen ansonsten konstanter Höhe und Frequenz. Durch den Kondensator
Cl entsprechend Fig. 16 wird die Taktfrequenz der Strompulse bestimmt; sie kann bei einem gewählten
Ausführungsbeispiel, welches die Erfindung natürlich nicht einschränkt, 22 kHz betragen.
Die Pulsweite wird mit dem Potentiometer Pl geregelt, wobei die Höhe des Widerstandes und damit die am
Eingang PWM anliegende Spannung als Schwelle für eine am Eingang SÄGE (Sägezahngenerator) auftretende
Spannung dient.
Der Aufbau der sich um den Steuerbaustein IC gruppierenden restlichen Schaltungselemente vervollständigt
sich durch eine Freilaufdiode Dl, die dem Schutz der Elektronik bei Abschalten des Akkus durch den
Eingangsschalter Sl dient; der Kondensator C3 glättet durch eventuelle hohe Stromimpulse an den Leitungsinduktivitäten entstehende Spannungsimpulse und schützt
den IC gegen Überspannung, während die LEDl anspricht, wenn die Versorgungsspannung des Akkus unter einen
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bestimmten Wert gesunken ist, der durch die beiden Widerstände R3 und R4 bestimmt wird, und die
LED2 eine Überlastung der Elektronik signalisiert (zu heiß). Die Widerstände Rl und R2 dienen einer
Begrenzung des durch die Leuchtdioden LEDl und LED2 fließenden Diodenstroms.
Weiter vorn wurde schon erwähnt, daß die Steuerschaltung eine Stromregulierung durch Temperaturbegrenzung
einführt; erreicht der Schaltungsbaustein IC eine bestimmte Temperatur, die beispielsweise
zwischen 140 bis 170 0C liegen kann, dann leuchtet die LEDl auf, und gleichzeitig steuert eine Temperaturregelung
die Pulsweite zurück, und zwar um so stärker, je höher die Chip-Temperatur wird. Diese
Temperaturregelung schützt die gesamte Elektronik vor Übertemperatür; infolge der sehr wirksamen Kühlung
spricht diese aber, wie Versuche ergeben haben, im Normalbetrieb praktisch nicht an. Sie kann ohnehin
durch Übergang in den Vollastbetrieb willkürlich ausgeschaltet werden, was dem IC gleichzeitig Gelegenheit
gibt, entsprechend abzukühlen.
Abschließend wird darauf hingewiesen, daß die Ansprüche und insbesondere der Hauptanspruch Formulierungsversuche
der Erfindung ohne umfassende Kenntnis des Stands der Technik und daher ohne einschränkende
Präjudiz sind. Daher bleibt es vorbehalten, alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung
dargestellten Merkmale sowohl einzeln für sich als auch in beliebiger Kombination miteinander als erfindungswesentlich
anzusehen und in den Ansprüchen niederzulegen sowie den Hauptanspruch in seinem Merkmalsgehalt
zu reduzieren.
Claims (1)
- DIPL-ING. PETER OTTE PATENTANWALT c-7250LeonbergVertreter beim Europäischen Patentamt / European Patent Attorney Tiroler Straße2404/ot/wi
20.11.1990BSG-Schalttechnik GmbH & Co. KG, Meisterstraße 19, Balinqen 1Schutzansprüche1. Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung des Betriebs von durch Akkus oder Batterien versorgter Geräte (Akkuschalter), insbesondere zur Stromsteuerung von Elektro(hand)geräten wie Akkuschrauber, Akkubohrer u. dgl., mit einem Gehäuse, einem äußeren, verschiebbaren Drückergriff am Gehäuse und einer elektrischen, durch die Drückergriffverschiebung in ihrer Funktion vorzugsweise infolge Potentiometerverstellung gesteuerten Schaltung mit mindestens einem Leistungshalbleiter, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer die elektrische Schaltung tragenden Schaltungsplatte zur Zu- und Abführung von elektrischer Energie oder von Steuersignalen mindestens ein Kontaktwinkel (32, 46, 47) großflächig befestigt und mit seinem anderen Schenkel (32a, 46a, 47a) gleichzeitig einen Festkontakt für mindestens einen in demselben Gehäuse (21) angeordneten Schalter (Sl, S2) bildet.2404/ot/wi20.11.1990 - 2 -2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der als Keramiksubstrat (22a) ausgebildeten Schaltungsplatte eine den den Stromfluß zum Gerätemotor steuernden Leistungshalbleiter (MOS-FET1-HS) enthaltende integrierte Schaltung (IC) angeordnet ist, daß die Rückseite des Keramiksubstrats (22a) großflächig von einem Kühlkörper (29) kontaktiert ist, der durch eine Gehäusedurchbrechung frei nach außen ragt und daß sämtliche weiteren Schaltungskomponenten einschließlich des Keramiksubstrats (22a) mit der elektrischen Schaltung innerhalb des in sich abgeschlossenen Gehäuses (21) angeordnet sind.3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (21) schachteiförmig zweiteilig ausgebildet ist und in einem oberen, sich über die gesamte Gehäusedicke erstreckenden schmaleren Abteil einen Rechts/Links-Umschalter mit eigener innerer Gehäusewandstruktur (57) aufnimmt, daß sich nach unten an den Rechts/Links-Umschalterbereich (26) und angrenzend an die im Querschnitt großflächige Gehäusebodenfläche (21a) zunächst ein plattenförmiger Hybridbaustein (22) anschließt, über welchen sich angrenzend zum Bereich der Rechts/Links-Umschaltung der innere, gegen Federdruck bewegliche Drückerbereich (25) erstreckt, unterhalb welchem und über dem Hybridbaustein (22) ein Schalterbereich (24) angeordnet ist, der durch die Verschiebung des inneren Drückerteils (33) betätigbar ist.2404/ot/wi20.11.1990 - 3 -4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalterbereich (24) von einer internen Teilgehäuse-Wandstruktur (35) gebildete Stößelführungen umfaßt für zwei Schalter (Eingangsschalter Sl; Vollastschalter S2), die im Verlauf der Drückereinwärtsbewegung aufeinanderfolgend geschaltet sind und daß die Schalterstößel (35a, 35b) in ihren Lagerungen durch jeweils eigene Vorspannungsfedern (36a, 36b) mit Nockengleitflächen (38) gegen eine untere Nockengleitbahn (39) mit Schrägkante am inneren Drückerteil (33) gepreßt sind.5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalternocken (35a, 35b) metallische Kontaktbrücken (37a, 37b) lagern, die stationäre Festkontakte verbinden.6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der unterhalb von innerem Drückerteil (33) und Schalterbereich (24) angeordnete Hybridbaustein (22) eine Schaltungsplatte (Keramiksubstrat 22a) aufweist, auf welcher sämtliche elektrische Schaltungselemente einschließlich des Leistungshalbleiters angeordnet sind.7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungshalbleiter (MOS-FET; HS) Teil einer auf dem Keramiksubstrat angeordneten integrierten Schaltung (IC) ist und daß zur Kühlung mindestens des IC mit seinem Leistungshalbleiter die Rückseite des Keramiksubstrats (22a) großflä-2404/ot/wi20.11.1990 - 4 -chig mit dam Kühlkörper (29) verklebt ist, der durch einen Ausschnitt (30) der Bodenplatte (21a) nach außen ragt.8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Keramiksubstrat (22a) des Hybridbausteins (22) zur Zuführung und Abführung elektrischer Energie einschließlich vom Leistungshalbleiter (HS) gelieferten Hochstromimpulsen für die Gerätemotoransteuerung und gegebenenfalls für Steuersignale mehrere großflächig kontaktierende Kontaktwinkel (32, 46, 47) mit einem ersten Schenkel befestigt sind, deren zweiter Schenkel (32a, 46a) senkrecht von der Trägerplatte des Keramiksubstrats (22a) absteht und unmittelbar mindestens teilweise Festkontakte für die Schalter (Sl, S2) bildet und von den Kontaktbrücken (37a,37b) kontaktiert wird.9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Keramiksubstrat (22a) des Hybridbausteins (22) ein Potentiometerbahnen im Bereich des inneren Drückerteils (33) frei lassender Vergußrahmen (23) aufgesetzt ist, wobei die freien Kontaktschenkel (32a, 46a, 47a) die Vergußmasse nach außen durchstoßen bzw. durch Schlitzöffnungen im Vergußrahmen (23) geführt sind.10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aus dem Gehäuse nach außen durch Schlitze ragende, mit den Akkuanschlüssen zu verbindende Steckzungen (11a, lib) im Ge-2404/ot/wi20.11.1990 - 5 -häuseinneren einstückig als aus metallischem Bandmaterial gebildete Kontaktbahnen (44, 50) weitergeführt sind, wobei die mit dem negativen Pol verbundene Kontaktbahn (50) längs der hinteren Gehäuseschmalfläche auf der zum Drückergriff (14) abgewandten Seite innen verläuft und bis nach oben in den Bereich der Rechts/Links-Umschaltung (26) geführt ist und ein abgewinkelter Schenkel (44a) der mit dem positiven Pol verbundenen Kontaktbahn (44) unmittelbar für beide Schalter (Sl, S2) Festkontakte bildet.11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere innere, parallel zur ersten Kontaktbahn (50) für den Minusanschluß verlaufende Kontaktbahn (52) für den vom Hybridbaustein (22) gesteuerten Strom bzw. bei dessen Überbrückung für den Plusanschluß vorgesehen ist, daß beide Kontaktbahnen aus gestanzten und entsprechend abgebogenen einstückigen Blechteilen bestehen, längs der hinteren schmalen Querseite parallel zueinander angeordnet nach oben zum Rechts/Links-Umschalter laufen und sich mit einem abgewinkelten Querschenkel (50b, 52b) über die gesamte Breite des Schaltergehäuses zwischen dem Bereich der Drückerführung (25) und dem Bereich der Rechts/Links-Umschaltung (26) bis zum Durchdringungsbereich der Drückerachse (15) in das Gehäuseinnere erstrecken.12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel liegenden Kontaktbahnen nach oben in den Teilgehäuseeinsatz (57) des2404/ot/wi20.11.1990 - 6 -Rechts/Links-Umschalters geführte, abgebogene Teillappen (50c, 52c) bilden und an ihrem Endbereich mit nach unten abgebogenen kurzen Endschenkeln (5Od, 52d) Festkontakte für einen vom inneren Drückerteil (33) gelagerten und geschalteten Bremsschalter (S4) bilden.13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die am Durchdringungspunkt in das Gehäuse von einer Dichtung (34) umgebene Drückerachse (15) im Gehäuseinneren in die angenähert rechteckförmige Form des inneren Drückerteils (33) übergeht, welches nach unten zu den Nockenflächen (38) der Stößel (35a, 35b) die Nockenlaufbahn (39) mit Teilanschrägung bildet, in seinem mittleren Teil in einer Bohrung (41) die kräftige Vorspannungsfeder (40) aufnimmt, die sich an der von dem inneren Kontaktbahnverlauf abgedeckten schmalen Rückfläche des Gehäuses abstützt, und nach oben angrenzend zu den quer geführten Kontaktbahnschenkeln (50b, 52b) in einer Aufnahme (54) eine unter dem Druck ihrer eigenen Vorspannungsfeder (55) stehende Kontaktbrücke (53) des Kurzschlußschalters (S4) lagert, deren Kontaktenden in der freigegebenen Position (äußerer Endanschlag) des inneren Drückerteils (33) die beiden von den inneren Kontaktbahnen (50, 52) gebildeten abgebogenen Schenkel (5Od, 52d) als Festkontakte miteinander verbindet.14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste innere, über eine2404/ot/wi20.11.1990 - 7 -äußere Steckzunge (lib) mit einem der Anschlüsse (Minuspol) des Akkus verbundene Kontaktbahn (50) mit einem angrenzenden Kontaktschenkel (47a) eines weiteren Kontaktwinkels (47) auf dem Keramiksubstrat (22a) verbunden ist (Handlötstelle 51) und nach oben weiterführend den Minuspolanschluß in den Bereich der Rechts/Links-Umschaltung (26) und zum Bremsschalter (S4) bringt und daß eine zweite Verbindung (Handlötstelle 53) zwischen einem weiteren Kontaktschenkel (46a) und der zweiten, an dieser Stelle beginnenden inneren Kontaktbahn (52) gebildet ist, die parallel zur ersten nach oben führt in entsprechend komplementärer Ausbildung, wobei der weitere, von dem Keramiksubstrat (22a) ausgehende Kontaktschenkel (46a) mit einer Verbreiterung gleichzeitig den zweiten Festkontakt für den By-Pass- bzw. Vollastschalter (S2) bildet, durch welchen die Elektronik im Vollastbetrieb überbrückt wird.15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Drückerteil in einer seitlichen Führung einen gabelförmigen Schleifer (28) aufnimmt, dessen Schenkel unter Vorspannung unmittelbar auf auf dem Keramiksubstrat aufgebrachte Widerstandsbahnen gleiten.16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß der im oberen Teil des Schaltergehäuses (21) angeordnete Rechts/Links-Umschaltbereich (26) einen inneren Wandstruktureinsatz (57) umfaßt, der mittels Ausnehmungen, Vorsprüngen,=■ &iacgr; e. -'■>2404/ot/wi20.11.1990 - 8 -Nasen u. dgl. zunächst die beidseitigen Kontaktlappen (50c, 52c) der inneren Kontaktbahnen (50, 52) lagert sowie angrenzend zu diesen von einer Schaltwippe (20) in jeweils gegenläufigen Kontaktpositionen zu diesen gedrückte Kontaktwippen, die schwenkbar in weiteren abgewinkelten und mit Steckzungen (12a, 12b) zur Verbindung mit dem Motor nach außen geführte Kontaktbahnen (59a, 59b) aufgenommen sind.17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Gehäusestruktureinsatz (57) für die Rechts/Links-Umschaltung dort, wo von ihm ausgehende Steckzungen (12a, 12b) das Schaltergehäuse durchsetzen, mit eigenen Vorsprüngen (57a, 57b) in fensterartigen Ausnehmungen (66) des Gehäuses sitzt.18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß bei freigegebenem Drückergriff (14) der Druck der starken Vorspannungsfeder (40) auf das innere Drückerteil (33) beidseitig aufgefangen und von den Gehäusewandungen dadurch ferngehalten wird, daß mindestens eine der inneren Kontaktbahnen (50, 52) sowohl den hinteren Anlenkpunkt der Feder hintergreift als auch mit den vorderen Festkontakten für den Kurzschlußschalter (S4) bei gegen eigenen Federdruck zurückweichender Kontaktbrücke (53) an dann frei werdenden Anlagevorsprüngen des inneren Drückerteils (33) anliegt.19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-18, dadurch2404/ot/wi20.11.1990 - 9 -gekennzeichnet, daß am Gehäuse lediglich vier nach außen ragende Steckzungenanschlüsse (11a, 11b; 12a, 12b) vorgesehen sind zur zweipoligen Verbindung mit dem Akku sowie mit dem antreibenden Motor.20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß der oberhalb des Drückergriffs (14) angeordnete Schalthebel (16) für die Rechts/ Links-Umschaltung bei gedrücktem Drückergriff gegen Verschwenkung gesichert ist und über eine Langloch/Zapfengleitverbindung an der Schaltwippe (20) des Rechts/Links-Umschalters angreift.21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-20, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (21) des Elektronikschalters aus einem schachteiförmigen, die Tiefe des Gehäuses vorgegebenen Grundteil besteht, in welches die einzelnen Schaltungskomponenten aufeinanderfolgend eingesetzt sind, und einem das Grundteil auf der einen Seite abdeckenden Deckel (21b).
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9016529U DE9016529U1 (de) | 1990-12-05 | 1990-12-05 | Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung von durch Akkus versorgter Geräte |
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DE9016529U DE9016529U1 (de) | 1990-12-05 | 1990-12-05 | Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung von durch Akkus versorgter Geräte |
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DE9016529U1 true DE9016529U1 (de) | 1991-02-21 |
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ID=6860014
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DE9016529U Expired - Lifetime DE9016529U1 (de) | 1990-12-05 | 1990-12-05 | Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung von durch Akkus versorgter Geräte |
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DE (1) | DE9016529U1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4114854A1 (de) * | 1991-05-07 | 1992-11-12 | Marquardt Gmbh | Schalter, insbesondere akku-schalter fuer handbetaetigte elektrowerkzeuge |
DE19708941B4 (de) * | 1996-03-15 | 2007-11-29 | Marquardt Gmbh | Elektrischer Schalter |
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1990
- 1990-12-05 DE DE9016529U patent/DE9016529U1/de not_active Expired - Lifetime
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DE4114854A1 (de) * | 1991-05-07 | 1992-11-12 | Marquardt Gmbh | Schalter, insbesondere akku-schalter fuer handbetaetigte elektrowerkzeuge |
DE19708941B4 (de) * | 1996-03-15 | 2007-11-29 | Marquardt Gmbh | Elektrischer Schalter |
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