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Die
Erfindung betrifft einen Reihenschlussmotor mit kontaktlos schaltenden
Funktionsunterbrechungselementen in Form von elektronischen Schaltern.
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Elektrowerkzeuge
werden in der Regel von Elektromotoren angetrieben, die als Reihenschlussmotoren
(Universalmotoren) ausgebildet sind und über mechanische Schalter gesteuert
werden. Obwohl die Elektronik auch bei Elektrowerkzeugen mehr und
mehr verbreitet wird, wird eine Steuerung von Elektrowerkzeugen
ausschließlich über Leistungshalbleiter,
die auch zum Ein- und Ausschalten des Elektrowerkzeugs dienen, als
nicht ausreichend sicher angesehen. Der Grund hierfür liegt
darin, dass Halbleiter durchlegieren können (interner Kurzschluss)
und dann nicht mehr steuerbar sind. Bei rein elektronischen Schaltern
mit nur einer einzigen Schaltstrecke kann es damit zu einer dauerhaften Verbindung
zwischen Spannungsversorgung und Motor kommen, d.h. der Motor lässt sich
nicht mehr abschalten bzw. läuft
sofort an.
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Um
nun ohne die Verwendung von mechanischen Schaltern lediglich mit
elektronischen Schaltern eine ausreichend sichere Steuerung von
Elektrowerkzeugen zu realisieren, ist es im Stand der Technik grundsätzlich bekannt,
parallel zu einem Steuerschalter, über den der Motor ein- und
ausgeschaltet wird, einen Schutzschalter anzuordnen, der bei einer Fehlfunktion
des Steuerschalters eine Sicherung auslöst (vgl.
DE 3 119 794 C2 ,
DE 3 432 845 A1 ,
DE 4 021 559 C1 ).
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Derartige
Schaltungen arbeiten allerdings nur dann zuverlässig, wenn ein Fehlverhalten
der Maschine und des elektronischen Schaltelementes erkannt wird
und das Gerät
in einen definierten AUS-Zustand gebracht werden kann und darüber hinaus
auch ein Fehler in der Schutzschaltung erkannt werden kann, um das
Gerät in
einen definierten AUS-Zustand zu bringen.
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Im
Stand der Technik wird auf die Problematik des Auftretens eines
Fehlers in der Schutzschaltung lediglich in der
DE 3 119 794 C2 eingegangen, jedoch
wird hierbei vom Bediener gefordert, ab und zu die Schutzschaltung
mittels eines Tasters zu prüfen.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Reihenschlussmotor
und ein Verfahren zum Steuern eines Reihenschlussmotors zu schaffen,
womit trotz des Verzichts auf mechanische Schaltelemente ein sicheres
Ein- und Ausschalten lediglich unter Verwendung von elektronischen
Schaltern ermöglicht
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Reihenschlussmotor, insbesondere für ein Elektrowerkzeug, gelöst, mit
einem ersten elektronischen Schalter (Steuerschalter) zum Ein- und
Ausschalten des Motors, mit einem zweiten elektronischen Schalter (Schutzschalter),
der mit dem Steuerschalter in Reihe liegt, mit einer Überwachungsschaltung
zur Überwachung
der Funktion der Schalter, die das Spannungspotential an der Verbindung
von Steuerschalter und Schutzschalter auswertet, und mit einer elektronischen
Steuerung, vorzugsweise einem Mikroprozessor, die mit den beiden
Schaltern und der Überwachungsschaltung
gekoppelt ist und zumindest einen der Schalter in einen Sperrzustand
steuert, wenn die Überwachungsschaltung
eine Fehlfunktion eines Schalters registriert.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Erfindungsgemäß wird nämlich dadurch, dass
zwei elektronische Schalter, ein Steuerschalter und ein Schutzschalter,
in Reihe geschaltet sind, ein sicheres Ein- und Ausschalten des
Motors auch dann ermöglicht,
wenn einer der beiden Schalter eine Fehlfunktion zeigen sollte.
Durch eine Überwachungsschaltung
wird hierbei sichergestellt, dass Fehlfunktionen sowohl des Steuerschalters
als auch des Schutzschalters erkannt werden können und der Motor in einen
sicheren AUS-Zustand gesteuert werden kann. Ein manuelles Überwachen
der Schaltung ist somit nicht erforderlich. Vielmehr wird automatisch beim
Einschalten des Motors zunächst
eine Fehlerprüfung
durchgeführt
und ein Einschalten nur dann ermöglicht,
wenn hierbei keine Fehlfunktion festgestellt wurde.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist ein Mittel zur hochohmigen Überbrückung der Schaltstrecke
des Schutzschalters vorgesehen, um ohne Anlaufen des Motors eine
Funktionsprüfung des
Steuerschalters zu erlauben.
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Auf
diese Weise wird es vermieden, dass im Falle der Ansteuerung des
Schutzschalters bei der anfänglichen
Funktionsprüfung
ein kurzzeitiges Anlaufen des Motors erfolgen kann, sofern der Steuerschalter
durchlegiert ist. Durch die hochohmige Überbrückung der Schaltstrecke des
Schutzschalters kann dieser zunächst
gefahrlos geprüft
werden, ohne dass die Gefahr des Anlaufens des Motors im Falle eines
Fehlers des Steuerschalters besteht.
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Das
Mittel zur hochohmigen Überbrückung der
Schaltstrecke des Schutzschalters kann beispielsweise einen Optokoppler
aufweisen, der vorzugsweise einen Optotriac aufweist, und der über einen
Widerstand parallel zu den Hauptanschlüssen des Schutzschalters angeschlossen
ist.
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Eine
andere Möglichkeit,
um ein kurzzeitiges Anlaufen des Motors bei der Prüfung des
Schutzschalters im Falle eines Fehlers des Steuerschalters zu vermeiden,
besteht darin, ein Mittel zur Überwachung
einer Drehung des Motors vorzusehen, das mit der Steuerung gekoppelt
ist, um im Falle eines Anlaufens des Motors bei Ansteuerung des
Schutzschalters ohne Ansteuerung des Steuerschalters zumindest einen
der beiden Schalter in einen Sperrzustand zu steuern.
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Auch
auf diese Weise wird die Gefahr eines kurzzeitigen Anlaufens des
Motors im Falle einer Fehlfunktion des Steuerschalters bei Prüfung des Schutzschalters
vermieden.
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Das
Mittel zur Überwachung
der Motordrehung kann etwa als Drehzahlsensor ausgebildet sein oder
aber den Motorstrom überwachen.
Im letzteren Fall liegt mit dem Anker ein Shunt-Widerstand in Reihe,
dessen Spannungsabfall überwacht
wird.
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Für die Auslegung
der Überwachungsschaltung
zur Überwachung
des Spannungspotentials am Steuerschalter bieten sich verschiedene
Möglichkeiten
an.
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Während im
Stand der Technik, etwa aus der
US 6,236,177 B1 , eine Schaltung mit einem
Transistor, einer Diode und zwei Widerständen bekannt ist, ist erfindungsgemäß eine deutlich
einfachere Schaltung bevorzugt.
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Die Überwachungsschaltung
weist in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung einen Spannungsteiler
mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen auf, wobei der erste Widerstand
an einen ersten Pol einer Hilfsspannung angeschlossen ist und der
zweite Widerstand an einen der Hauptanschlüsse des Steuerschalters und
den zweiten Pol der Hilfsspannung angeschlossen ist, wobei die Verbindung
zwischen den beiden Widerständen über einen
dritten Widerstand an den anderen Hauptanschluss des Steuerschalters angeschlossen
ist und als Ausgang der Überwachungsschaltung
einem Eingang der Steuerung zugeführt ist.
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Auf
diese Weise kann lediglich unter Verwendung von drei Widerständen und
der ohnehin für
die Elektronik notwendigen Versorgungsspannung eine zuverlässige Überwachung
erreicht werden.
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Gemäß einer
alternativen Ausführung
der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Reihenschlussmotor, insbesondere
einen Reihenschlussmotor für
ein Elektrowerkzeug, gelöst,
mit einer Sicherung, über
die der Anker über
einen ersten elektronischen Schalter (Steuerschalter) zum Ein- und Ausschalten
des Motors an die Versorgungsspannung angeschlossen ist, und mit
einem zweiten elektronischen Schalter (Schutzschalter), der parallel zum
Anker und zum Steuerschalter angeschlossen ist, um die Sicherung
im Falle eines Fehlerzustandes auszulösen, mit einer elektronischen
Steuerung, vorzugsweise einem Mikroprozessor, die mit den Schaltern
gekoppelt ist, mit Mitteln zur Blockierung des Schutzschalters und
zur Prüfung
der Funktion des Schutzschalters im blockierten Zustand und mit
einer Überwachungsschaltung,
die den Spannungsabfall am Steuerschalter auswertet und deren Ausgangssignal
der elektronischen Steuerung zugeführt ist, um den Schutzschalter
zur Auslösung
der Sicherung anzusteuern, wenn die Überwachungsschaltung eine Fehlfunktion
des Steuerschalters registriert.
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Auch
auf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung vollkommen gelöst.
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Während es
im Stand der Technik nicht möglich
war, bei einer parallelen Anordnung des Schutzschalters zur Auslösung einer Sicherung
im Fehlerfall die Funktion des Schutzschalters zu prüfen, wird
erfindungsgemäß nunmehr
der Schutzschalter zunächst
blockiert und kann dann gefahrlos geprüft werden, ohne dass die Sicherung
ausgelöst
wird.
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In
bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist hierzu zwischen dem
Steueranschluss und einem Hauptanschluss des Schutzschalters ein
Transistor mit Emitter und Kollektor angeschlossen, der für eine Messung
des Steuerstroms des Schutzschalters zu dessen Prüfung durchsteuerbar
ist, um eine Auslösung
der Sicherung bei der Prüfung
des Schutzschalters zu verhindern.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführung
der Erfindung sind die elektronischen Schalter als Triacs ausgebildet.
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Dies
hat den Vorteil, dass auf diese Weise hohe Lasten auch bei Wechselstrom
weitgehend verlustfrei geschaltet werden können und gleichzeitig der Steuerschalter
auch zur Leistungsregelung und Drehzahlregelung des Motors verwendet
werden kann.
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Hinsichtlich
des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung ferner durch ein Verfahren
zum Steuern eines Reihenschlussmotors, vorzugsweise eines Reihenschlussmotors
für ein
Elektrowerkzeug, gelöst,
mit folgenden Schritten:
- (a) Verbinden des
Motors über
einen ersten elektronischen Schalter (Steuerschalter) zum Ein- und Ausschalten
des Motors und einen zweiten elektronischen Schalter (Schutzschalter)
mit einer Speisespannung,
- (b) Überwachen
des Spannungspotentials am Steuerschalter,
- (c) Sperren der Schalter, falls im ausgeschalteten Zustand beider
Schalter das Spannungspotential am Steuerschalter Werte außerhalb
eines vorgegebenen Schwellwertbereiches annimmt,
- (d) falls im ausgeschalteten Zustand beider Schalter das Spannungspotential
am Steuerschalter innerhalb des Schwellwertes liegt, zum Einschalten des
Motors zunächst
Einschalten des Schutzschalters,
- (e) Einschalten des Steuerschalters, falls das Spannungspotential
am Steuerschalter Werte außerhalb
des Schwellwertbereiches annimmt und
- (f) Sperren beider Schalter, falls das Spannungspotential am
Steuerschalter keine Werte außerhalb
des Schwellwertbereiches gemäß (e) annimmt.
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Erfindungsgemäß wird auf
diese Weise zunächst
vor dem Einschalten des Steuerschalters eine Funktionsprüfung dahingehend
durchgeführt,
ob der Schutzschalter korrekt arbeitet. Falls dies der Fall ist, wird
anschließend
zunächst
der Steuerschalter geprüft,
bevor ein Einschalten des Steuerschalters erfolgen kann, um den
Motor in Betrieb zu setzen.
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Auf
diese Weise können
Fehler sowohl im Schutzschalter als auch im Steuerschalter sicher
erkannt werden. Eine Unterbrechung des Schutzschalters oder des
Steuerschalters stellt keine Gefahr dar, da in diesem Fall der Motor
nicht anlaufen kann. Da am Eingang der elektronischen Steuerung
für das
Erkennen eines korrekten Arbeitens des Steuerschalters und des Schutzschalters gegensätzliche
Eingangssignale bei den Prüfungen
verlangt werden, führen
sowohl ein Kurzschluss als auch Unterbrechungen einzelner Teile
der Überwachungsschaltung zu
einem sicheren AUS-Zustand. Auch Fehler in den Ansteuerschaltungen
werden erkannt. Ein permanentes Ansteuern zeigt nämlich denselben
Fehler wie ein Kurzschluss des Steuerschalters oder des Schutzschalters.
Erfolgt keine Ansteuerung, so führt dies
zu demselben Verhalten wie eine Unterbrechung des Steuerschalters
oder des Schutzschalters. Ein Anlaufen des Motors ist in diesem
Fall nicht möglich.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Schutzschalter
sofort wieder abgeschaltet, sofern das Spannungspotential beim Einschalten
des Schutzschalters bei ausgeschaltetem Steuerschalter nicht ansteigt.
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In
diesem Fall liegt ein Fehler des Steuerschalters vor. Durch ein
sofortiges Abschalten des Schutzschalters soll ein Anlaufen des
Motors vermieden werden.
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Hierzu
kann gemäß einer
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
eine Drehung des Motors überwacht
werden, um den Motor bei ausgeschaltetem Steuerschalter und Einschalten
des Schutzschalters sofort wieder abzuschalten, sofern eine Motordrehung
registriert wird.
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In
alternativer Ausführung
kann hierzu auch zunächst
der Schutzschalter zur Prüfung
des Steuerschalters hochohmig überbrückt werden
und geprüft werden,
ob das Spannungspotential am Steuerschalter bis auf den vorgegebenen
Schwellwert ansteigt.
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Auf
diese Weise kann ein Anlaufen des Motors bei Prüfung des Steuerschalters auch
im Falle eines Defekts sicher vermieden werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird in alternativer Weise ferner durch ein
Verfahren zum Steuern eines Reihenschlussmotors, vorzugsweise eines
Reihenschlussmotors für
ein Elektrowerkzeug, mit folgenden Schritten gelöst:
- (a)
Verbinden des Motors über
eine Sicherung und einen ersten elektronischen Schalter (Steuerschalter)
zum Ein- und Ausschalten des Motors mit einer Speisespannung und
Verbinden eines zweiten elektronischen Schalters (Schutzschalter) über die
Sicherung mit der Speisespannung,
- (b) bevor der Steuerschalter eingeschaltet wird, zunächst Blockieren
des Schutzschalters und Prüfen
der Funktion der Ansteuerung des Schutzschalters durch Ansteuern
des Schutzschalters und Prüfen
des Steuerstroms,
- (c) wenn eine korrekte Funktion der Ansteuerung des Schutzschalters
festgestellt wird, Aufhebung der Blockierung des Schutzschalters
und Einschalten des Steuerschalters zum Einschalten des Motors,
- (d) Ansteuerung des Steuerschalters sperren, falls im Schritt
(b) eine Fehlfunktion festgestellt wird,
- (e) Überwachen
des Spannungsabfalls am Steuerschalter und Ansteuern des Schutzschalters zum
Auslösen
der Sicherung, falls der Spannungsabfall beim Ausschalten des Steuer schalters
nicht über
einen vorgegebenen Schwellwert ansteigt.
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Auf
diese Weise kann unter Verwendung einer parallelen Schaltung des
Schutzschalters eine Fehlfunktion der Ansteuerschaltung des Schutzschalters
vor dem Einschalten des Steuerschalters geprüft werden und eine Abschaltung
erreicht werden, falls der Steuerschalter versagen sollte.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination,
sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind,
ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine
erste Ausführung
eines erfindungsgemäßen Reihenschlussmotors
in vereinfachter Prinzipschaltung;
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2 eine
bevorzugte Ausführung
einer für den
Motor gemäß 1 geeigneten Überwachungsschaltung;
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2a eine
grafische Darstellung der Eingangsspannung am Widerstand R3 der Überwachungsschaltung
gemäß 2 nebst
der zugeordneten Ausgangsspannung am PIN 1;
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3 eine
alternative Ausführung
der Überwachungsschaltung
für den
Motor gemäß 1;
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4 eine
Modifikation der Schaltung gemäß 1;
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5 eine
weitere Modifikation der Schaltung gemäß 1 und
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6 eine
weitere Ausführung
der Erfindung mit einem parallelen Schutzschalter zum Auslösen einer
Sicherung.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßer Elektromotor
in Form einer Schaltung eines Reihenschlussmotors dargestellt und
insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
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Der
Motor 10 wird aus den beiden Polen 24 und 26 einer
Wechselspannungsquelle mit 230 Volt gespeist. Der Motor 10 weist
einen Anker 12 auf, der mit den Feldwicklungen (nicht dargestellt)
in Reihe liegt und an den einen Pol 24 der Speisespannung angeschlossen
ist. Der andere Pol des Ankers 12 ist über zwei in Reihe geschaltete
Triacs, nämlich
einen Schutzschalter 16 und einen Steuerschalter 14,
mit dem anderen Pol 26 der Speisespannung verbunden. Die
Steueranschlüsse 28 und 30 von
Steuerschalter 14 und Schutzschalter 16 sind an
eine elektronische Steuerung 18 angeschlossen, die als
Mikroprozessor ausgebildet ist. Die elektronische Steuerung 18 ist
gleichfalls an die beiden Pole 24 bzw. 26 der
Speisespannungsquelle angeschlossen bzw. wird von einer Gleichspannungsquelle
zusätzlich
mit einer Speisespannung versorgt (sofern die Spannungsversorgung
nicht bereits in der elektronischen Steuerung 18 integriert
ist). Zwischen der Verbindung zwischen Steuerschalter 14 und
Schutzschalter 16 einerseits und dem zweiten Pol 26 der
Speisespannungsquelle andererseits ist ferner eine Überwachungsschaltung 20 angeschlossen,
die das Spannungspotential zwischen Steuer schalter 14 und Schutzschalter 16 einerseits
und dem zweiten Pol 26 der Speisespannungsquelle andererseits überwacht und
deren Ausgang über
eine Leitung 32 mit einem Eingang 22 (Pin 1) der
elektronischen Steuerung 18 gekoppelt ist.
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Die
elektronische Steuerung 18 übernimmt in grundsätzlich bekannter
Weise auch die Funktionen eines Sanftanlaufes beim Einschalten des
Motors und einer Drehzahl- bzw. Leistungssteuerung während des
Betriebs durch eine Phasenanschnittsteuerung des Steuerschalters 14.
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Mit
der Überwachungsschaltung 20 kann nun
vor dem Einschalten des Elektromotors 10 zunächst eine
Funktionsprüfung
durchgeführt
werden, um eine fehlerfreie Funktion sowohl des Steuerschalters 14 als
auch des Schutzschalters 16 sicherzustellen.
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In 2 ist
eine bevorzugte Ausführung
der Überwachungsschaltung 20 dargestellt.
Hierbei ist eine Hilfsspannung, bei der es sich um die Speisespannung
Vcc für
die elektronische Steuerung 18 handeln kann, über einen
Spannungsteiler an den einen Hauptanschluss des Steuerschalters 14 angeschlossen,
der mit dem zweiten Pol 26 der Wechselspannungsquelle verbunden
ist. Der Spannungsteiler besteht aus den Widerständen R1 und
R2. Der Abgriff des Spannungsteilers ist
mit dem Eingang 22 (Pin 1) der Steuerung 18 verbunden.
Der Abgriff des Spannungsteilers ist ferner über einen dritten Widerstand R3 mit der Verbindung zwischen Steuerschalter 14 und
Schutzschalter 16 gekoppelt.
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Mit
einer derartigen Überwachungsschaltung ist
eine besonders einfache Überwachung
des am Steuerschalter 14 anliegenden Spannungspotentials mit
nur drei Bauteilen ermöglicht.
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Grundsätzlich können in
alternativer Ausführung
der Erfindung auch andere Überwachungsschaltungen
verwendet werden, wie etwa aus der
US 6,236,177 B1 bekannt. Eine derartige Schaltung
ist in
3 dargestellt und mit der Ziffer
20' bezeichnet. wegen
des einfacheren Aufbaus ist jedoch eine Überwachungsschaltung gemäß
2 bevorzugt.
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Eine
abgewandelte Ausführung
des erfindungsgemäßen Elektromotors
ist in 4 dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10a bezeichnet.
Hierbei sowie bei den noch zu erläuternden Abwandlungen werden
für entsprechende
Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet.
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Der
einzige Unterschied der Schaltung des Elektromotors 10a zu
der Ausführung
des Elektromotors 10 gemäß 1 besteht
darin, dass zusätzlich noch
ein Mittel 36 zur hochohmigen Überbrückung des Schutzschalters 16 vorgesehen
ist. Dieses Mittel 36 zur hochohmigen Überbrückung des Schutzschalters 16 besteht
aus einem Optotriac 38, der über einen Widerstand R4 parallel zu den beiden Hauptanschlüssen des
Schutzschalters 16 angeschlossen ist. Der Optotriac 38 wird über eine
LED 40 angesteuert.
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In 4 ist
zusätzlich
noch eine der beiden mit dem Anker 12 in Reihe liegenden
Feldwicklungen mit Ziffer 13 angedeutet.
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Die
Funktionsweise des Reihenschlussmotors 10 bzw. 10a ist
wie folgt:
Bei der Schaltung gemäß 1 bzw. 2 wird
vor einem ersten Einschalten des Elektromotors 10 in einer
ersten Prüfung
zunächst
festgestellt, ob die Ausgangsspannung der Überwachungs schaltung 20,
die über
die Leitung 32 dem Eingang 22 (Pin 1) des Mikroprozessors 18 zugeführt ist,
innerhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt. Dies ist aus 2a näher ersichtlich.
Während
an R1 die Speisespannung Vcc liegt
und R2 auf Masse liegt, wird über R3 an PIN 1 die Wechselspannung an der Verbindung
zwischen Steuerschalter 14 und Schutzschalter 16 angelegt.
Im ausgeschalteten Zustand von Steuerschalter 14 und Schutzschalter 16 darf
an R3 keine Wechselspannung liegen, so dass
die Spannung an PIN 1 ausschließlich
von dem Spannungsteiler R1 und R2, sowie Vcc abhängt. Ist
beispielsweise Vcc = 5V und R1=R2, so gibt
es einen Schwellwertbereich von 2,5V±0,5 V, innerhalb dessen die
Spannung an PIN 1 liegen muss, wenn Steuerschalter 14 und
Schutzschalter 16 nicht angesteuert sind.
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Ist
dies der Fall, so ist diese erste Prüfstufe in Ordnung. Durch diese
Prüfung
wird eine Prüfung
der Sperrwirkung sowohl bei der positiven Halbwelle als auch bei
der negativen Halbwelle gewährleistet.
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Anderenfalls
liegt ein Fehler vor. Entweder ist der Schutzschalter 16 defekt,
d.h. es liegt ein Kurzschluss vor, oder die Ansteuerschaltung des
Schutzschalters 16 ist defekt oder aber die Überwachungsschaltung 20 ist
defekt. In diesem Fall wird der Steuerschalter 14 nicht
angesteuert und der Mikroprozessor 18 geht in einen sicheren
Fehlerzustand (AUS-Zustand) über.
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Verläuft die
erste Prüfung
positiv, so wird beim Einschalten gemäß 1 zunächst der
Schutzschalter 16 über
die Leitung 30 angesteuert. Pendelt in diesem Fall die
am Pin 1 anliegende Spannung, so dass die Schwellwertgrenzen gemäß 2a überschritten
werden, so ist die Funktion in Ordnung. Anderenfalls ist die Funktion
gestört.
Es liegt nämlich entweder
ein Defekt im Steuerschalter 14 vor (Kurzschluss), oder
die Ansteuerschaltung des Steuerschalters 14 ist defekt,
oder aber die Überwachungsschaltung 20 ist
defekt.
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Im
Falle eines Defektes wird der Schutzschalter 16 so schnell
wie möglich
wieder abgeschaltet und der Mikroprozessor 18 geht in einen
sicheren Fehlerzustand (AUS-Zustand) über.
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Wird
entweder der Steuerschalter 14 oder der Schutzschalter 16 als
defekt erkannt (Kurzschluss), so lässt sich der Motor nicht einschalten.
Im Falle einer Unterbrechung des Steuerschalters 14 oder
des Schutzschalters 16 kann der Motor gleichfalls nicht
anlaufen, so dass dies keine Gefahr darstellt. Mit der beschriebenen
Schaltung des Motors 10 werden sowohl Fehler in der Überwachungsschaltung
erkannt als auch Fehler in den Ansteuerschaltungen erkannt. Da am
Eingang 22 (Pin 1) des Mikroprozessors 18 für die Funktion „In Ordnung" gegensätzliche
Eingangssignale bei den Prüfungen
verlangt werden, führen
sowohl ein Kurzschluss als auch Unterbrechungen einzelner Teile
der Überwachungsschaltung 20 zu
einem sicheren AUS-Zustand. Ein ständiges Ansteuern entweder des
Steuerschalters 14 oder des Schutzschalters 16 führt zum selben
Fehler wie ein Kurzschluss des Steuerschalters bzw. Schutzschalters.
Gibt der Mikroprozessor 18 fehlerhaft kein Steuersignal
auf die Leitung 28 bzw. die Leitung 30 zum Ansteuern
von Steuerschalter 14 bzw. Schutzschalter 16 aus,
so führt
dies zum selben Ergebnis wie eine Unterbrechung des Steuerschalters 14 bzw.
des Schutzschalters 16. Ein Anlaufen des Motors ist in
diesem Fall nicht möglich.
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Bei
der Schaltung gemäß 1 ist
es erforderlich, dass für
den Fall, dass bei der zweiten Prüfung, wenn der Schutzschalter 16 angesteuert
wird, während
der Steuerschalter 14 nicht angesteuert wird, eine Fehlfunktion
festgestellt wird, der Schutzschalter 16 sofort wieder
ausgeschaltet wird. Eine verspätete
Ausschaltung des Schutzschalters 16 im Falle der Feststellung
eines Fehlers bei der zweiten Prüfung
kann ggf. zu einem Anlaufen des Motors führen, was unter Umständen nachteilig
sein könnte.
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Um
auch diesen Fall auszuschließen,
wurde bei dem Motor 10a gemäß 4 zusätzlich das
Mittel 36 zur hochohmigen Überbrückung des Schutzschalters 16 eingeführt.
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Nach
Abschluss der Prüfung
1 (im nicht angesteuerten Zustand des Schutzschalters und des Überwachungsschalters
Spannung an Pin1 innerhalb des Schwellwertbereiches) wird anstelle
einer Ansteuerung des Schutzschalters 16 dieser lediglich mit
Hilfe der Schaltung 36 hochohmig überbrückt. Auf diese Weise kann eine
Funktionsprüfung
des Steuerschalters 16 durchgeführt werden, ohne dass die Gefahr
besteht, dass im Falle eines Kurzschlusses des Steuerschalters 16 sofort
ein Anlaufen des Motors auftritt.
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Als
Alternative zu der Schaltung 36 zur hochohmigen Überbrückung des
Steuerschalters 16 ist in 5 als weitere
Abwandlung ein Mittel zur Drehzahlüberwachung des insgesamt mit
Ziffer 10b bezeichneten Motors dargestellt.
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Hierzu
kann in Reihe mit den Feldwicklungen 13 ein Shunt-Widerstand R5 vorgesehen sein. Wird bei der zweiten Prüfung, d.h.
beim Einschalten des Schutzschalters 16 zur Prüfung des
Steuerschalters 14 ein Spannungsabfall am Shunt-Widerstand
R5 zwischen dem Pol 26 der Wechselspannung
und der Leitung 52 registriert, so wird die Ansteuerung
des Schutzschalters 16 sofort unterbrochen, um ein Anlaufen
des Motors zu verhindern.
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Alternativ
(oder ggf. zusätzlich)
könnte
ein Drehzahlsensor 54 vorgesehen sein, der die Drehzahl
des Motors überwacht,
wie in 5 gestrichelt angedeutet. Erhält der Drehzahlsensor 54 bei
der Prüfung
2, d.h. beim Ansteuern des Schutzschalters 16 zur Prüfung des
Steuerschalters 14, ein Signal, so wird die Ansteuerung
des Schutzschalters 16 sofort unterbrochen, um ein Weiterlaufen
des Elektromotors zu verhindern. Im Übrigen entspricht die Schaltung
des Motors 10b der Schaltung des Motors 10a.
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Eine
weitere Ausführung
eines erfindungsgemäßen Elektromotors
ist in 6 dargestellt und insgesamt mit 10c bezeichnet.
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Hierbei
ist eine Schmelzsicherung 56 vorgesehen, die über einen
Schutzschalter 16 im Falle eines Fehlers des Steuerschalters 14 ausgelöst werden
kann. Hierzu ist der Schutzschalter 16 parallel unmittelbar
hinter der Sicherung 56 an die beiden Pole 24 und 26 der
Speisespannungsquelle angeschlossen. Das über dem Steuerschalter 14 abfallende
Spannungspotential wird wiederum über eine Schutzschaltung 20,
wie vorstehend erläutert, überwacht.
Der Ausgang der Überwachungsschaltung 20 liegt
wiederum am Pin 1 des Mikroprozessors 18. Eine vollständige Funktionsprüfung ist
zwar mit der Schaltung gemäß 6 nicht
möglich,
da sofort die Sicherung 56 ansprechen würde. Jedoch kann die Ansteuerschaltung
des Schutzschalters 16 geprüft werden, indem das Zünden des
Schutzschalters bzw. Triacs 16 verhindert wird.
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Hierzu
ist das Gate 28 des Triacs 16 über zwei in Reihe geschaltete
Widerstände
R6 und R7 mit einem
Ausgang (Pin 3) des Mikroprozessors 18 verbunden. Der Verbindungspunkt
zwischen den beiden Widerständen
R6, R7 ist über eine
Leitung 62 an einen Messeingang (Pin 4) des Mikroprozessors 18 angeschlossen.
Zwischen Gate 28 des Schutzschalters 16 und dem
Pol 26 der Speisespannung ist ein Transistor 60 angeordnet,
dessen Basis über
einen Ausgang (Pin 2) des Mikroprozessors 18 ansteuerbar
ist.
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Zur
Prüfung
wird zunächst
die Überwachungsschaltung 20 ausgewertet.
Die Prüfung
erfolgt, wie im Zusammenhang mit 2 bzw. 2a beschrieben.
Falls hierbei ein Fehler festgestellt wird, wird der Schutzschalter 16 angesteuert,
um die Sicherung 56 auszulösen.
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Wir
bei der vorherigen Prüfung
kein Fehler festgestellt, so wird nun die Ansteuerschaltung des Schutzschalters 16 wie
folgt geprüft:
Zunächst wird
der Transistor 60 über
Pin 2 des Mikroprozessors 18 an seiner Basis 64 angesteuert.
Dadurch wird ein Zünden
des Triacs 16 verhindert. Es werden nun über Pin 3 Zündimpulse
ausgegeben, wobei der Transistor 60 das Zünden verhindert.
Am Pin 4 des Mikroprozessors 18 kann nun die Spannung zwischen
den Widerständen
R6, R7 erfasst werden.
Die Ausgangsspannung an Pin 3 entspricht etwa der Versorgungsspannung
Vcc. Falls nun am Pin 4 keine Spannung anliegt,
so sind entweder die Widerstände
R6, R7 unterbrochen
oder es wird kein Zündimpuls
ausgegeben, so dass ein Fehler vorliegt. Unter der Annahme, dass
die Widerstände
R6, R7 gleich sind,
muss am Pin 4 etwa die halbe Versorgungsspannung ½ Vcc anliegen, während der Zündstrom fließt. In diesem
Fall ist die Ansteuerschaltung für
den Triac 16 in Ordnung. Liegt während der Ausgabe von Zündimpulsen
am Pin 3 die volle Versorgungsspannung Vcc am
Pin 4 an, so ist der Widerstand R6 unterbrochen,
so dass wiederum ein Fehler vorliegt.
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Wird
kein Fehler festgestellt, so wird die Ansteuerung des Transistors 60 über den
Pin 2 wieder aufgehoben, damit der Schutzschalter bzw. Triac 16 während des
Betriebs arbeiten kann, um im Falle eines Fehlers des Steuerschalters 14 eine
Auslösung der
Sicherung 56 zu ermöglichen.
Anschließend kann
der Steuerschalter 14 eingeschaltet werden, um den Motor
einzuschalten. Wird der Steuerschalter 14 nicht mehr angesteuert,
d.h. werden keine Zündimpulse
mehr über
die Leitung 30 ausgegeben, so muss der Spannungsabfall über dem
Steuerschalter 14 über
einen vorgegebenen Schwellwert ansteigen. Ansonsten ist der Steuerschalter 14 defekt.
Wird ein Defekt des Steuerschalters 14 beim Ausschalten
erkannt, so wird der Schutzschalter 16 über Pin 3 der Steuerschaltung 18 angesteuert,
um die Sicherung 56 auszulösen.