DE102004018966B4 - Reihenschlussmotor - Google Patents
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Abstract
Reihenschlussmotor, insbesondere für ein Elektrowerkzeug, mit einem ersten elektronischen Schalter (Steuerschalter) (14) zum Ein- und Ausschalten des Motors (10, 10a, 10b), mit einem zweiten elektronischen Schalter (Schutzschalter) (16), der mit dem Steuerschalter (14) in Reihe liegt, mit einer Überwachungsschaltung (20, 20') zur Überwachung der Funktion der Schalter (14, 16), die das Spannungspotential an der Verbindung von Steuerschalter (14) und Schutzschalter (16) auswertet, und mit einer elektronischen Steuerung (18), vorzugsweise einem Mikroprozessor, die mit den beiden Schaltern (14, 16) und der Überwachungsschaltung (20, 20') gekoppelt ist und zumindest einen der Schalter (14, 16) in einen AUS-Zustand steuert, wenn die Überwachungsschaltung (20, 20') eine Fehlfunktion eines Schalters (14, 16) registriert, gekennzeichnet durch ein Mittel (36) zur hochohmigen Überbrückung der Schaltstrecke des Schutzschalters (16), um ohne Anlaufen des Motors (10, 10a, 10b) eine Funktionsprüfung des Steuerschalters (14) zu erlauben.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Reihenschlussmotor mit kontaktlos schaltenden Funktionsunterbrechungselementen in Form von elektronischen Schaltern.
- 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.
- 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 ). - 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.
- 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. - Aus der
DE 693 10 960 T2 ist eine Steuerschaltung für einen elektrischen Motor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. - Hierbei sind zwei in Reihe geschaltete Triacs vorgesehen, über die der Motorstrom gesteuert wird. Wird an dem einen Triac, der als Steuerschalter ausgebildet ist, ein Kurzschluss festgestellt, so steuert der andere der beiden Triacs, bei dem es sich um einen Schutzschalter handelt, in einen Auszustand. Ergibt sich bei dem Schutzschalter ein Kurzschluss, so funktioniert die Schaltung unverändert. Eine Prüfung des Schutzschalters, um im Falle des Ausfalls des Steuerschalters, eine sichere Funktion zu gewährleisten, ist allerdings nicht möglich.
- Aus der
DE 39 24 653 A1 ist ferner eine Überwachungsschaltung für einen Laststromkreis bekannt, mit einem aus einer Gleichstromlast und einem getakteten Halbleiterschalter aufgebauten Laststromkreis, mit einem den Halbleiter ansteuernden Impulsgenerator. Hierbei wird ein erster Eingang einer Binärschaltung an derjenigen Elektrode des Halbleiterschalters angeschlossen, die auch mit der Gleichstromlast verbunden ist, wobei ein zweiter Eingang der Binärschaltung mit dem Impulsgenerator verbunden ist. An einem ersten Ausgang der Binärschaltung findet unmittelbar nach dem Auftreten eines Halbleiterkurzschlusses ein Pegelwechsel statt, während an einem zweiten Ausgang der Binärschaltung nur bei Vorliegen eines Lastkurzschlusses ein Pegelwechsel erfolgt. Der erste und zweite Ausgang der Binärschaltung sind an eine Steuereinheit angeschlossen, wobei ein Relais mit einem in dem Laststromkreis liegenden Öffner-Kontakt derart von der Steuereinheit gesteuert wird, dass bei Vorliegen eines Halbleiterkurzschlusses oder eines Lastkurzschlusses der Laststromkreis durch Betätigen des Öffner-Kontaktes von der Spannungsquelle getrennt wird. - Hierbei wird ein Relais benötigt, um in einem Fehlerfalle eine Abschaltung zu gewährleisten.
- Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Reihenschlussmotor zu schaffen, womit trotz des Verzichts auf mechanische Schaltelemente ein sicheres Ein- und Ausschalten lediglich unter Verwendung von elektronischen Schaltern ermöglicht wird.
- Diese Aufgabe wird durch einen Reihenschlussmotor gemäß Anspruch 1 und durch einen Reihenschlussmotor gemäß Anspruch 8 gelöst.
- Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
- 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.
- Hierbei ist ferner ein Mittel zur hochohmigen Überbrückung der Schaltstrecke des Schutzschalters vorgesehen, um ohne Anlaufen des Motors eine Funktionsprüfung des Steuerschalters zu erlauben.
- 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.
- 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.
- 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.
- Auch auf diese Weise wird die Gefahr eines kurzzeitigen Anlaufens des Motors im Falle einer Fehlfunktion des Steuerschalters bei Prüfung des Schutzschalters vermieden.
- 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.
- Für die Auslegung der Überwachungsschaltung zur Überwachung des Spannungspotentials am Steuerschalter bieten sich verschiedene Möglichkeiten an.
- Während im Stand der Technik, etwa aus der
US 6236177 B1 , eine Schaltung mit einem Transistor, einer Diode und zwei Widerständen bekannt ist, ist erfindungsgemäß eine deutlich einfachere Schaltung bevorzugt. - 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.
- Auf diese Weise kann lediglich unter Verwendung von drei Widerständen und der ohnehin für die Elektronik notwendigen Versorgungsspannung eine zuverlässige Überwachung erreicht werden.
- Gemäß der alternativen Ausführung der Erfindung wird gemäß Anspruch 8 der Schutzschalter zunächst blockiert und kann dann gefahrlos geprüft werden, ohne dass die Sicherung ausgelöst wird.
- Hierzu ist 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.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die elektronischen Schalter als Triacs ausgebildet.
- 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.
- Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
-
1 eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Reihenschlussmotors in vereinfachter Prinzipschaltung; -
2 eine bevorzugte Ausführung einer für den Motor gemäß1 geeigneten Überwachungsschaltung; -
2a eine grafische Darstellung der Eingangsspannung am Widerstand R3 der Überwachungsschaltung gemäß2 nebst der zugeordneten Ausgangsspannung am PIN 1; -
3 eine alternative Ausführung der Überwachungsschaltung für den Motor gemäß1 ; -
4 eine Modifikation der Schaltung gemäß1 ; -
5 eine weitere Modifikation der Schaltung gemäß1 und -
6 eine weitere Ausführung der Erfindung mit einem parallelen Schutzschalter zum Auslösen einer Sicherung. - In
1 ist ein erfindungsgemäßer Elektromotor in Form einer Schaltung eines Reihenschlussmotors dargestellt und insgesamt mit der Ziffer10 bezeichnet. - Der Motor
10 wird aus den beiden Polen24 und26 einer Wechselspannungsquelle mit 230 Volt gespeist. Der Motor10 weist einen Anker12 auf, der mit den Feldwicklungen (nicht dargestellt) in Reihe liegt und an den einen Pol24 der Speisespannung angeschlossen ist. Der andere Pol des Ankers12 ist über zwei in Reihe geschaltete Triacs, nämlich einen Schutzschalter16 und einen Steuerschalter14 , mit dem anderen Pol26 der Speisespannung verbunden. Die Steueranschlüsse28 und30 von Steuerschalter14 und Schutzschalter16 sind an eine elektronische Steuerung18 angeschlossen, die als Mikroprozessor ausgebildet ist. Die elektronische Steuerung18 ist gleichfalls an die beiden Pole24 bzw.26 der Speisespannungsquelle angeschlossen bzw. wird von einer Gleichspannungsquelle zusätzlich mit einer Speisespannung versorgt (sofern die Spannungsversorgung nicht bereits in der elektronischen Steuerung18 integriert ist). Zwischen der Verbindung zwischen Steuerschalter14 und Schutzschalter16 einerseits und dem zweiten Pol26 der Speisespannungsquelle andererseits ist ferner eine Überwachungsschaltung20 angeschlossen, die das Spannungspotential zwischen Steuerschalter14 und Schutzschalter16 einerseits und dem zweiten Pol26 der Speisespannungsquelle andererseits überwacht und deren Ausgang über eine Leitung32 mit einem Eingang22 (Pin 1) der elektronischen Steuerung18 gekoppelt ist. - 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 Steuerschalters14 . - Mit der Überwachungsschaltung
20 kann nun vor dem Einschalten des Elektromotors10 zunächst eine Funktionsprüfung durchgeführt werden, um eine fehlerfreie Funktion sowohl des Steuerschalters14 als auch des Schutzschalters16 sicherzustellen. - In
2 ist eine bevorzugte Ausführung der Überwachungsschaltung20 dargestellt. Hierbei ist eine Hilfsspannung, bei der es sich um die Speisespannung VCC für die elektronische Steuerung18 handeln kann, über einen Spannungsteiler an den einen Hauptanschluss des Steuerschalters14 angeschlossen, der mit dem zweiten Pol26 der Wechselspannungsquelle verbunden ist. Der Spannungsteiler besteht aus den Widerständen R1 und R2. Der Abgriff des Spannungsteilers ist mit dem Eingang22 (Pin 1) der Steuerung18 verbunden. Der Abgriff des Spannungsteilers ist ferner über einen dritten Widerstand R3 mit der Verbindung zwischen Steuerschalter14 und Schutzschalter16 gekoppelt. - Mit einer derartigen Überwachungsschaltung ist eine besonders einfache Überwachung des am Steuerschalter
14 anliegenden Spannungspotentials mit nur drei Bauteilen ermöglicht. - 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 in3 dargestellt und mit der Ziffer20' bezeichnet. Wegen des einfacheren Aufbaus ist jedoch eine Überwachungsschaltung gemäß2 bevorzugt. - Eine abgewandelte Ausführung des erfindungsgemäßen Elektromotors ist in
4 dargestellt und insgesamt mit der Ziffer10a bezeichnet. Hierbei sowie bei den noch zu erläuternden Abwandlungen werden für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet. - Der einzige Unterschied der Schaltung des Elektromotors
10a zu der Ausführung des Elektromotors10 gemäß1 besteht darin, dass zusätzlich noch ein Mittel36 zur hochohmigen Überbrückung des Schutzschalters16 vorgesehen ist. Dieses Mittel36 zur hochohmigen Überbrückung des Schutzschalters16 besteht aus einem Optotriac38 , der über einen Widerstand R4 parallel zu den beiden Hauptanschlüssen des Schutzschalters16 angeschlossen ist. Der Optotriac38 wird über eine LED40 angesteuert. - In
4 ist zusätzlich noch eine der beiden mit dem Anker12 in Reihe liegenden Feldwicklungen mit Ziffer13 angedeutet. - Die Funktionsweise des Reihenschlussmotors
10 bzw.10a ist wie folgt:
Bei der Schaltung gemäß1 bzw.2 wird vor einem ersten Einschalten des Elektromotors10 in einer ersten Prüfung zunächst festgestellt, ob die Ausgangsspannung der Überwachungsschaltung20 , die über die Leitung32 dem Eingang22 (Pin 1) des Mikroprozessors18 zugeführt ist, innerhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt. Dies ist aus2a 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 Steuerschalter14 und Schutzschalter16 angelegt. Im ausgeschalteten Zustand von Steuerschalter14 und Schutzschalter16 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 = 5 V und R1 = R2, so gibt es einen Schwellwertbereich von 2,5 V ∀ 0,5 V, innerhalb dessen die Spannung an PIN 1 liegen muss, wenn Steuerschalter14 und Schutzschalter16 nicht angesteuert sind. - 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.
- Anderenfalls liegt ein Fehler vor. Entweder ist der Schutzschalter
16 defekt, d. h. es liegt ein Kurzschluss vor, oder die Ansteuerschaltung des Schutzschalters16 ist defekt oder aber die Überwachungsschaltung20 ist defekt. In diesem Fall wird der Steuerschalter14 nicht angesteuert und der Mikroprozessor18 geht in einen sicheren Fehlerzustand (AUS-Zustand) über. - Verläuft die erste Prüfung positiv, so wird beim Einschalten gemäß
1 zunächst der Schutzschalter16 über die Leitung30 angesteuert. Pendelt in diesem Fall die am Pin 1 anliegende Spannung, so dass die Schwellwertgrenzen gemäß2a überschritten werden, so ist die Funktion in Ordnung. Anderenfalls ist die Funktion gestört. Es liegt nämlich entweder ein Defekt im Steuerschalter14 vor (Kurzschluss), oder die Ansteuerschaltung des Steuerschalters14 ist defekt, oder aber die Überwachungsschaltung20 ist defekt. - Im Falle eines Defektes wird der Schutzschalter
16 so schnell wie möglich wieder abgeschaltet und der Mikroprozessor18 geht in einen sicheren Fehlerzustand (AUS-Zustand) über. - Wird entweder der Steuerschalter
14 oder der Schutzschalter16 als defekt erkannt (Kurzschluss), so lässt sich der Motor nicht einschalten. Im Falle einer Unterbrechung des Steuerschalters14 oder des Schutzschalters16 kann der Motor gleichfalls nicht anlaufen, so dass dies keine Gefahr darstellt. Mit der beschriebenen Schaltung des Motors10 werden sowohl Fehler in der Überwachungsschaltung erkannt als auch Fehler in den Ansteuerschaltungen erkannt. Da am Eingang22 (Pin 1) des Mikroprozessors18 für die Funktion „In Ordnung” gegensätzliche Eingangssignale bei den Prüfungen verlangt werden, führen sowohl ein Kurzschluss als auch Unterbrechungen einzelner Teile der Überwachungsschaltung20 zu einem sicheren AUS-Zustand. Ein ständiges Ansteuern entweder des Steuerschalters14 oder des Schutzschalters16 führt zum selben Fehler wie ein Kurzschluss des Steuerschalters bzw. Schutzschalters. Gibt der Mikroprozessor18 fehlerhaft kein Steuersignal auf die Leitung28 bzw. die Leitung30 zum Ansteuern von Steuerschalter14 bzw. Schutzschalter16 aus, so führt dies zum selben Ergebnis wie eine Unterbrechung des Steuerschalters14 bzw. des Schutzschalters16 . Ein Anlaufen des Motors ist in diesem Fall nicht möglich. - Bei der Schaltung gemäß
1 ist es erforderlich, dass für den Fall, dass bei der zweiten Prüfung, wenn der Schutzschalter16 angesteuert wird, während der Steuerschalter14 nicht angesteuert wird, eine Fehlfunktion festgestellt wird, der Schutzschalter16 sofort wieder ausgeschaltet wird. Eine verspätete Ausschaltung des Schutzschalters16 im Falle der Feststellung eines Fehlers bei der zweiten Prüfung kann ggf. zu einem Anlaufen des Motors führen, was unter Umständen nachteilig sein könnte. - Um auch diesen Fall auszuschließen, wurde bei dem Motor
10a gemäß4 zusätzlich das Mittel36 zur hochohmigen Überbrückung des Schutzschalters16 eingeführt. - Nach Abschluss der Prüfung 1 (im nicht angesteuerten Zustand des Schutzschalters und des Überwachungsschalters Spannung an Pin 1 innerhalb des Schwellwertbereiches) wird anstelle einer Ansteuerung des Schutzschalters
16 dieser lediglich mit Hilfe der Schaltung36 hochohmig überbrückt. Auf diese Weise kann eine Funktionsprüfung des Steuerschalters16 durchgeführt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass im Falle eines Kurzschlusses des Steuerschalters16 sofort ein Anlaufen des Motors auftritt. - Als Alternative zu der Schaltung
36 zur hochohmigen Überbrückung des Steuerschalters16 ist in5 als weitere Abwandlung ein Mittel zur Drehzahlüberwachung des insgesamt mit Ziffer10b bezeichneten Motors dargestellt. - Hierzu kann in Reihe mit den Feldwicklungen
13 ein Shunt-Widerstand R5 vorgesehen sein. Wird bei der zweiten Prüfung, d. h. beim Einschalten des Schutzschalters16 zur Prüfung des Steuerschalters14 ein Spannungsabfall am Shunt-Widerstand R5 zwischen dem Pol26 der Wechselspannung und der Leitung52 registriert, so wird die Ansteuerung des Schutzschalters16 sofort unterbrochen, um ein Anlaufen des Motors zu verhindern. - Alternativ (oder ggf. zusätzlich) könnte ein Drehzahlsensor
54 vorgesehen sein, der die Drehzahl des Motors überwacht, wie in5 gestrichelt angedeutet. Erhält der Drehzahlsensor54 bei der Prüfung 2, d. h. beim Ansteuern des Schutzschalters16 zur Prüfung des Steuerschalters14 , ein Signal, so wird die Ansteuerung des Schutzschalters16 sofort unterbrochen, um ein Weiterlaufen des Elektromotors zu verhindern. Im Übrigen entspricht die Schaltung des Motors10b der Schaltung des Motors10a . - Eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Elektromotors ist in
6 dargestellt und insgesamt mit10c bezeichnet. - Hierbei ist eine Schmelzsicherung
56 vorgesehen, die über einen Schutzschalter16 im Falle eines Fehlers des Steuerschalters14 ausgelöst werden kann. Hierzu ist der Schutzschalter16 parallel unmittelbar hinter der Sicherung56 an die beiden Pole24 und26 der Speisespannungsquelle angeschlossen. Das über dem Steuerschalter14 abfallende Spannungspotential wird wiederum über eine Schutzschaltung20 , wie vorstehend erläutert, überwacht. Der Ausgang der Überwachungsschaltung20 liegt wiederum am Pin 1 des Mikroprozessors18 . Eine vollständige Funktionsprüfung ist zwar mit der Schaltung gemäß6 nicht möglich, da sofort die Sicherung56 ansprechen würde. Jedoch kann die Ansteuerschaltung des Schutzschalters16 geprüft werden, indem das Zünden des Schutzschalters bzw. Triacs16 verhindert wird. - Hierzu ist das Gate
28 des Triacs16 über zwei in Reihe geschaltete Widerstände R6 und R7 mit einem Ausgang (Pin 3) des Mikroprozessors18 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen R6, R7 ist über eine Leitung62 an einen Messeingang (Pin 4) des Mikroprozessors18 angeschlossen. Zwischen Gate28 des Schutzschalters16 und dem Pol26 der Speisespannung ist ein Transistor60 angeordnet, dessen Basis über einen Ausgang (Pin 2) des Mikroprozessors18 ansteuerbar ist. - Zur Prüfung wird zunächst die Überwachungsschaltung
20 ausgewertet. Die Prüfung erfolgt, wie im Zusammenhang mit2 bzw.2a beschrieben. Falls hierbei ein Fehler festgestellt wird, wird der Schutzschalter16 angesteuert, um die Sicherung56 auszulösen. - Wird bei der vorherigen Prüfung kein Fehler festgestellt, so wird nun die Ansteuerschaltung des Schutzschalters
16 wie folgt geprüft:
Zunächst wird der Transistor60 über Pin 2 des Mikroprozessors18 an seiner Basis64 angesteuert. Dadurch wird ein Zünden des Triacs16 verhindert. Es werden nun über Pin 3 Zündimpulse ausgegeben, wobei der Transistor60 das Zünden verhindert. Am Pin 4 des Mikroprozessors18 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 ½VCC anliegen, während der Zündstrom fließt. In diesem Fall ist die Ansteuerschaltung für den Triac16 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. - Wird kein Fehler festgestellt, so wird die Ansteuerung des Transistors
60 über den Pin 2 wieder aufgehoben, damit der Schutzschalter bzw. Triac16 während des Betriebs arbeiten kann, um im Falle eines Fehlers des Steuerschalters14 eine Auslösung der Sicherung56 zu ermöglichen. Anschließend kann der Steuerschalter14 eingeschaltet werden, um den Motor einzuschalten. Wird der Steuerschalter14 nicht mehr angesteuert, d. h. werden keine Zündimpulse mehr über die Leitung30 ausgegeben, so muss der Spannungsabfall über dem Steuerschalter14 über einen vorgegebenen Schwellwert ansteigen. Ansonsten ist der Steuerschalter14 defekt. Wird ein Defekt des Steuerschalters14 beim Ausschalten erkannt, so wird der Schutzschalter16 über Pin 3 der Steuerschaltung18 angesteuert, um die Sicherung56 auszulösen.
Claims (9)
- Reihenschlussmotor, insbesondere für ein Elektrowerkzeug, mit einem ersten elektronischen Schalter (Steuerschalter) (
14 ) zum Ein- und Ausschalten des Motors (10 ,10a ,10b ), mit einem zweiten elektronischen Schalter (Schutzschalter) (16 ), der mit dem Steuerschalter (14 ) in Reihe liegt, mit einer Überwachungsschaltung (20 ,20' ) zur Überwachung der Funktion der Schalter (14 ,16 ), die das Spannungspotential an der Verbindung von Steuerschalter (14 ) und Schutzschalter (16 ) auswertet, und mit einer elektronischen Steuerung (18 ), vorzugsweise einem Mikroprozessor, die mit den beiden Schaltern (14 ,16 ) und der Überwachungsschaltung (20 ,20' ) gekoppelt ist und zumindest einen der Schalter (14 ,16 ) in einen AUS-Zustand steuert, wenn die Überwachungsschaltung (20 ,20' ) eine Fehlfunktion eines Schalters (14 ,16 ) registriert, gekennzeichnet durch ein Mittel (36 ) zur hochohmigen Überbrückung der Schaltstrecke des Schutzschalters (16 ), um ohne Anlaufen des Motors (10 ,10a ,10b ) eine Funktionsprüfung des Steuerschalters (14 ) zu erlauben. - Reihenschlussmotor nach Anspruch 1, bei dem das Mittel (
36 ) für eine hochohmige Überbrückung einen Optokoppler, vorzugsweise einen Optotriac (38 ), aufweist, der über einen Widerstand (R4) parallel zu den Hauptanschlüssen (42 ,44 ) des Schutzschalters (16 ) angeschlossen ist. - Reihenschlussmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Mittel zur Überwachung einer Drehung des Motors (
10 ,10a ,10b ), das mit der Steuerung (18 ) gekoppelt ist, um im Falle eines Anlaufens Motors (10 ,10a ,10b ) bei Ansteuerung des Schutzschalters (16 ) ohne Ansteuerung des Steuerschalters (14 ) zumindest einen der beiden Schalter (14 ,16 ) in einen AUS-Zustand zu steuern. - Reihenschlussmotor nach Anspruch 3, bei dem das Mittel zur Überwachung der Motordrehung als Drehzahlsensor (
54 ) ausgebildet ist. - Reihenschlussmotor nach Anspruch 3, bei dem das Mittel zur Überwachung der Motordrehung den Motorstrom überwacht.
- Reihenschlussmotor nach Anspruch 5, bei dem das Mittel zur Überwachung der Motordrehung ein Shunt-Widerstand (R5) ist, der mit dem Anker (
12 ) in Reihe liegt und dessen Spannungsabfall überwacht wird. - Reihenschlussmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Überwachungsschaltung (
20 ) einen Spannungsteiler mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen (R1, R2) aufweist, wobei der erste Widerstand (R1) an einen ersten Pol einer Hilfsspannung (Vcc) angeschlossen ist und der zweite Widerstand (R2) an einen der Hauptanschlüsse des Steuerschalters (14 ) und den zweiten Pol der Hilfsspannung angeschlossen ist, die Verbindung zwischen den beiden Widerständen (R1, R2) über einen dritten Widerstand (R3) an den anderen Hauptanschluss des Steuerschalters (14 ) angeschlossen ist und als Ausgang der Überwachungsschaltung einem Eingang (22 ) der Steuerung (18 ) zugeführt ist. - Reihenschlussmotor, insbesondere für ein Elektrowerkzeug, mit einer Sicherung (
56 ), über die der Anker (12 ) über einen ersten elektronischen Schalter (Steuerschalter) (14 ) zum Ein- und Ausschalten des Motors (10c ) an die Versorgungsspannung angeschlossen ist, und mit einem zweiten elektronischen Schalter (Schutzschalter) (16 ), der parallel zum Anker (12 ) und zum Steuerschalter (14 ) angeschlossen ist, um die Sicherung (56 ) im Falle eines Fehlerzustandes auszulösen, und mit einer Überwachungsschaltung (20 ), die den Spannungsabfall am Steuerschalter (14 ) auswertet und deren Ausgangssignal einer elektronischen Steuerung (18 ) zugeführt ist, um den Schutzschalter (16 ) zur Auslösung der Sicherung (56 ) anzusteuern, wenn die Überwachungsschaltung (20 ) eine Fehlfunktion des Steuerschalters (14 ) registriert, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerung (18 ), vorzugsweise in Form eines Mikroprozessors, mit den Schaltern (14 ,16 ) gekoppelt ist, dass Mittel zur Blockierung des Schutzschalters (16 ) und zur Prüfung der Funktion des Schutzschalters (16 ) im blockierten Zustand vorgesehen sind, und dass zwischen dem Steueranschluss (28 ) und einem Hauptanschluss (44 ) des Schutzschalters (16 ) ein Transistor (60 ) mit Emitter und Kollektor angeschlossen ist, der für eine Messung des Steuerstroms des Schutzschalters (16 ) zu dessen Prüfung durchsteuerbar ist, um eine Auslösung der Sicherung (56 ) bei der Prüfung des Schutzschalters (16 ) zu verhindern. - Reihenschlussmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schalter (
14 ,16 ) als Triacs ausgebildet sind.
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