DE1613406A1

DE1613406A1 - Motorisch angetriebenes Werkzeug

Info

Publication number: DE1613406A1
Application number: DE19671613406
Authority: DE
Inventors: Wallin Gus Waldemar
Original assignee: Scovill Inc
Current assignee: Scovill Inc
Priority date: 1966-03-28
Filing date: 1967-07-31
Publication date: 1971-04-15
Also published as: NL6710546A; CH487527A; US3525912A; GB1141763A; BE702142A; FR93521E

Description

Scοviii Manufacturing Company in City of Waterbury, State of Connecticut, USA

Motorisch angetriebenes Werkzeug

Die Erfindung bezieht sich auf motorisch angetriebene -Werkzeuge, deren Elektromotoren und den zugehörigen Schaltkreis zum Antrieb solche'r Werkzeuge und ähnlicher Geräte, die wahlweise aus einem Netz herkömmlicher Spännung oder von einer Batterie mit niedrigerer Spannung gespeist werden solleü, wobei die Batterie erforderlichenfalls aus dem Uetz wieder aufladbar sein soll.

Die in dieser Anmeldung angegebenen Verbesserungen beziehen sich vor allem auf motorisch angetriebene Werkzeuge, wie sie in dem zugehörigen Hauptpatent (Patentanmeldung S 107690 VIIId/ 21dl ) unter Schutz gestellt ist.

Die Erfindung ist von Nutzen für die Speisung vieler Arten elektrisch angetriebener Werkzeuge und im besonderen von Geräten geringen Gewichts und Handwerkzeugen, wie z-.Bo- elektrischen Messern, Mixern, Rasierapparaten, Bohrmaschinen, Sägen, Schleifscheinen und ähnlichen elektriaoh angetriebenen Geräten. Im Folgenden soll sich der Ausdruck "Gerät" sowohl auf solche Geräte als auch auf Werkzeuge beziehen.

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In früheren Jahren hat die Batterieentwieklung dazu geführt, das Batteriegewioht und die Ausmaße der Batterie für eine bestimmte Energieabgabe zu reduzieren. Als Ergebnis ist es nun auf vielen Gebieten denkbar, durch rotierende Elektromotoren angetriebene

zu
Geräte aus einer Batterie /Speisen» So wurden viele Gerate für Batteriebetrieb aus eingebaixten Batterien entwickelt, um ihre Mitführbarkeit zu ermöglichen. Der Vorteil eines solchen Gerätes liegt darin, daß der Benutzer in der Lage ist, dasselbe an Orten ohne elektrischen Anschluß zu verwenden oder es flexibler durch das !Fehlen von Kabel verb indungen zu gebrauchen»

Beim augenblicklichen Stand der Batterieentwieklung jedoch sind Gewicht und Größe von Batterien, die erforderlich sind, um die Kapazität für einen längeren, fortlaufenden Betrieb aufzubringen, so groß, daß die erwünschte Mitführbarkeit des Gerätes begrenzt ist» Formalerweise wird deshalb eine solche Batteriekapazität gewählt, daß sie die erforderliche Energie für normalen kurzzeitigen und/oder intermittierenden Gebrauch zn speiehern vermag.

Bei einem Werkzeug beispielsweise, wie einer elektrischen Bohrmasohine, wurde die Batteriekapazität so festgelegt, daß sie die erforderliche elektrische Energie aufnehmen konnte, um die Bohrmaschine über einen Betriebszeitraum und bei einem Arbeitszyklus zu betreiben, welche nach statistischen Ermittlungen die Mehrzahl der Käufer zu befriedigen vermochten. Ebenso beruht

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die Batteriekapazität für andere Geräte auf der speziellen Anwendung, und den erwünschten physikalischen Eigenschaften des Gerätes, wie seinem Gewicht und seiner Größe. .

Bei solchen tragbaren Geräten ist es selbstverständlich,nötig, die" Batterie periodisch aufzuladen.· Da die Aufladezeit verhältnismäßig lang gegenüber der Entladezeit ist, standen die betreffenden Geräte oft gerade dann nicht zur Verfügung, wenn sie benötigt wurden» Weiterhin sollen viele Geräte von Zeit zu Zeit unter einem Einsatzzyklus und Arbeitszeitbedingungen betrieben werden, welche die Batteriekapazität übersteigen, "

Anstatt zu versuchen, eine Batteriekapazität vorzusehen, welche die extremsten Anwendungsbedingungen befriedigt bei einer damit einhergehenden oft prohibitiven Zunahme des Betteriegewichtes und der Batteriegröße, hat es die Technik für zweckmäßiger angesehen, ^e* das Gerät direkt aus einem "Eetz, beispielsweise einem solchen von 110-120- Y (Wechselstrom) zu betreiben. Durch eine solche Maßnahme bleibt der Torteil der Tragbarkeit erhalten, und das Gerät ist stets einsatzbereit unter extremen Bedingungen bezüglich Arbeitszeit- und -leistung _? wobei allerdings die Bewegungsmöglichkeit etxtfas eingeschränkt ist.

Bei bekannten. Geräten zum Betrieb sowohl aus dem Fetz wie durch eine Batterie wurde diese Möglichkeit durch Anwendung eines Elektromotores geschaffen, der für die Batteriespannung (beispielsweise 3-6 V) ausgelegt war. Um das Gerät aus dem Netz

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zu betreiben, wurde die Netzspannung auf die Batteriespannung herabgesetzt und gleichgerichtet dem Motor zugeführt«

■ Gewöhnlich findet ein Transformator dafür Verwendung, die Netzspannung auf die Batteriespannung herabzusetzen. Der Transformator ist zuweilen in dem Gerät untergebracht» Da jedoch ein solcher Transformator oft recht schwer ist, wurde er in den meisten Fällen in einem getrennten Gehäuse angeordnet, das eine Basisstation für das Gerät bildete. Solche Anordnungen erfordern zwei Kabel,

nämlich eines von dem Netzanschluß zu dem Transformatorgehäuse und ein weiteres von letzterem zu dem Gerät.

Andererseits wurden Vorrichtungen entwickelt, bei denen die Netzspannung gleichgerichtet und dem Motor über einen Vocrschal~fcwi*»derstand zugeführt wurde. Da die gebräuchliche Netzspannung bei 110-120 V und die gebräuchliche Batteriespannung beispielsweise bei 3-6 V liegt, ist leicht einzusehen, daß der wesentliche Teil der von dem Gerät aufgenommenen Leistung in dem Vorschaltwider— stand verlorengeht, was sowohl zu einem schlechten Wirkungsgrad als auch zu einer übermäßigen Aufheizung des Gerätes führt·

Bei denjenigen Geräten, bei denen ein Transformator Verwendung findet, sind andere Nachteile in Kauf zu nehmen. Der Transformator selbst ist teuer und schwer· Zu den Kosten des Transformators selbst erhöhen sich das Gewicht und die Kosten, des Gerätes durch die erforderliche strukturelle Ausbildung, um den Transformator

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aufnehmen zu können.

Weiterhin ist es durch die Anwendung des Transformators in dem Speisekreis schwierig, das Motordrehmoment über den gesamten Betriebsdrehzahlbereich des Motors auf der gewünschten Höhe zu'halten. Der Transformatorsohaitkreis verursacht erhebliche Spannungsabfälle bei zunehmender Motorbelastung, was die Drehzahl-Drehraoment-Charakteristik des Motors beeinträchtigt.

Es ist daher das Hauptziel der Erfindung, ein Werkzeug und eine Motorkonstruktion dafür zu schaffen, die einen Betrieb von mindestens zwei bestimmten Elektrischen Stromquellen stark unterschiedlicher Spannung erlaubt, sowie Mittel zum Anschluß solcher unterschiedlicher Stromquellen an den Motor.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten M±ors für das Werkzeug bzw. Gerät und des zugehörigenSchaltkreises für die wahlweise Stromversorgung aus dem Netz oder von der Batterie beträchtlich unterschiedlieher Spannung,

Schließlich ist es ein Ziel der Erfindung, einen verbesserten Schaltkreis für wahlweise aus dem Fetz oder vo.n einer'Batterie zu betreibende Geräte anzugeben, bei denen die Schaltung'vereinfacht, die Herstellungskosten gegenüber denen bisher bekannter solcher Schaltkreise vermindert und der Wirkungsgrad für ihren vorgesehenen Zweok erhöht ist.

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Zu diesem Zweck sieiit die Erfindung bei motorisch, angetriebenen Werkzeugren gemäß dem Hauptpatent (Patentanmelduni" S 107 690 VIIIb/21di) die wahlweise mit verschiedenen Spannungen, wie z.B. einer niedrigen, aus einer in dem Werkzeug angeordneten Batterie stammenden Spannung und einer hohen, aus einer externen Stromquelle stammenden Spannung antreibbar sind, vor, daS der Motor des Werkzeuges einen Stator und einen Hotor besitzt, wobei der Stator mit Feldpolen zur Erzeugung eines magnetischen Feldes

und
versehen ist_;/der Rotor eine zentrale Welle, eine Vielzahl von auf der Welle angeordneten Ankerblechen und im wesentlichen axial verlaufende Schlitze auf seinem Außenumfang besitzt, dai3 zwei Kommutatoren auf der Welle angeordnet sowie zweierlei t/icklun-ren in den Rotorschlitzen untergebracht sind, daß das Gerät weiterhin einen ersten Bürstensatz zur Anlegung der niedrigen Spannung an den ersten Kommutator bei Batteriebetrieb, einen zweiten Bürstensatz zur Anlegung der hohen Spannung an den zweiten Kommutator bei Netzbetriefe und eine Sperreinrichtung zur Verhinderung der gleichzeitigen Anlegung beider Spannungen an die betreffenden Kommutatoren besitzt.

In Zusammenhäng mit diesen-Zielen und Merkmalen der Erfindung ist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Krfind/unfein Motor mit einem Anker und einem Stator voi-gese/ien. iler ^r_tker besitzt eine zentrale Welle und ist innerhalb des btatore mit dieser Welle drehbar gelagert. Eine Vielzahl ausgestanzter Ankerbleche igt auf der Welle angeordnet und bildet eine Vielzahl

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von im wesentlichen axial verlaufenden Schlitzen .zur Aufnahme der Ankerwicklungen. Auf der Welle befinden sich ein erster und ein zweiter Kommutator. Auf das Ankerpackea?t sind zwei Wicklungen aufgebracht, deren erste eine Mederspannungswicklung mit an den Biederspanntmgskommutator angeschlossenen Windungen ist. Die zweite Wicklung ist eine Hochspannungswicklung, die sich über der Hiederspannungswicklung in dem Ankerblechpacket befindet und deren Windungen mit dem Hochspannungskommutator verbunden sind.

Der Stator ist mit Magnetpolen versehen. In den meisten Fällen bestehen die Statormagnetpole aus Permanentmagneten, die ein Permanentmagnetfeld ohne äußere Energiezufuhr erzeugen* In einigen Fällen jedoch erscheint es erwünscht, getrennt erregbare Statorpolwicklungen vorzusehen. Wenn der Stator mit solchen Polwicklungen versehen ist, besitzt jeder Statorpol eine IJiederspannungs- und eine Hochspännungswicklung zur Erzeugung des gewünschten magnetischen Flusses bei jexler der angelegten Spannungen.

Mehrere verschiedene Schaltungen"desMotors und des zugehörigen Schaltkreises sind im folgenden für die Verwendung in Werkzeugen oder Geräten der betrachteten Art beschrieben. Die Schalkreise sind auf verschiedene Betriebseigenschaften zugeschnitten.

»/eitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele hervor.

^; Vr

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B¹igur 1 x«i, eine" Seitei^ciasioxix, teilweine geschnitten und difegraminatisuh, eines? Teiles eines erfindungsgemäßen, motorisch angetriebenen Werkzeuges, beispielsweise eines angetriebenen Messers, welche die in das .Messergerät eingebaute Schaltung.sowie ein Anschlußkabel zeigt, das entweder abnehmbar oder dauernd mit dem Messer verbunden ist.

Figur 2 ist ein Schaltbild des Schaltkreises nach Figur 1,

Figur 3-ist ein Schaltbild einer Abwandlung des Schaltkreises nach den Figuren 1 und 2, wobei sowohl die Foehspannung als auch, die Niederspannungsinotorwioklung beim Betrieb mit etwa 120 Y gespeist und die Batterien aufgeladen werden, während, der Motor mit der hohen Spannung arbeitet.

Figur 4- ist eine Seitenansicht des in Figur 1 gezeigten Motorankers mit der aufgebrachten Niederspannungswicklung.

Figur 5 ist eine Endansicht des Ankers nach Figur 4.

Figur 6 ist eine Seitenansicht des Ankers nach Figur 4 mit aufgebrachten BTiederspannungs- und Hochspannungsv/icklun£-en,

Figur 7 ist eine lündansicht des in Figur 6 dargestellten Inkers.

Figur 8 ist ein Wicklungsschema der NiederSpannungswicklung nach Figur 4.

Figur 9 ist ein Wicklungsschema der HoanspannungswickTimg nach

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mr 10 ist ein Diagramm des Drehmomentes in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit, welches einen Vergleich zwischen der erfindungsgemäßen und einer herkömmlichen Anordnung zeigt. "" " - _

-uv 11 1st ejn Schaltbild eine's Motors und des zugehörigen Schalt kreises zu^ Verwendung in Geräten..

Figur 12 ist ein Schaltbild eines anderen Schaltkreises, bei welchem die Batterien schnei] aufgeladen werden können»

Im Hauptpatent (Patentanmeldung S 1o7-69° <: ■ ) wurde die Erfindung beispielsweise in der Art beschrieben, wie" sie in einem angetriebanen ,-.'erkzeug oder Messer Verwendung findet, das ein einen Handgriff bildendes gehäuse 20 mit einem Griffteil 21 besitzt. Ein Motorgehäuse 22 trägt den Anker 23, /'eldmagnete 24_f den Niederapannungskommti tator 25, den HochsDannungskommutator 26 und einen' Ventilator 27. Eine Batterie 28 mit einer oder mehreren Batterie-

wellen ist in dem Messergehäuse 20 neben dem Motorgehäuse 22 untergebracht. Diese Einzelheiten werden hier zum besseren Verständnis der neuen Verbesserungen wiederholt» %.

-vie auo den Figuren 1 bis 3 hervorgeht, kann ein Anschlußkabel mit,einem Stecker 31 versehen von einem Anschluß 32 löabar oder aber stand!-''· mit dem Messerschaltkreis verbunden sein, um diesem einen l/eohi; el strom von etwa 120 V zuzuführen. Der Schaltkreis

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enthält einen vbllweggleichrichter/ einen Wählschalter 34-, einen Sin-Aus schalt er 35, der sich vorzugsweise in dem Griff teil 21 befindet, einen Nieders^annun-.-skommutator ?5 mit einer liieder^pannun ;pwicklung .36, einen Hochspannungskommutator 26 mit einer Hochsr.arirmn-nwicklung 37 und metallisch ummantelte V/iderstände 38, 39· Diese Widerstände sind so gewählt, daß sie den Ladestrom auf einen.bestimmten Wert begrenzen. Der Wählschalter 34- besitzt 4-'Schaltpositionen, in denen der Kontakt C 1 für den Hochspannun^sbetrieb, G 2 für Batterieladung, G 3 für Batteriebetrieb und C 4- für die Ausschaltung zuständig ist.

Die Miederspannungsankerwicklung 36 besteht beispielsweise aus sieben Windungen 23-er Drahtes und die Hoohspannungswicklung: aus achzig Windungen 35-er Drahtes. Selbstverständlich Können die Windungszahlen und die Drahtouerschnitte variieren. Indessen hat sich das angegebene BeisOiel für einen moto^isohen Antrieb wahlweise mit etwa 5 V Batterien oder einem von einem Fetz stimmenden Wechselstrom von etwa 120 V als geeignet erwiesen.

Die Widerstände 38, 39 sind vorzugsweise sogenannte Allen—irci Widerstände mit Meta!!ummantelung, die uuf dem Motorgehäuse 22, das zur Wärmeabfuhr dient, angeordnet sind» Den All en-Brad ley— Widerständen gleichwertige Widerstünde können für den Laxlekreis Verwendung finden, und die Zahl der Widerstände kann variieren im Abhängigkeit von der leistungsaufnähme der Widerstände und hängt ab von den Temperaturbedingun.'/en und dem Abstand zwischen den Widerständen.

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Bei ijer-in den Figuren 1 Ms 3 gezeigten Ausfiihrungsform der Erfindung ist das lesser in sich geschlossen und erfordert weder ein Batt-eWeladeirerät noch einen an den Kabelanschluß '52 vor gesehener, Schalter. Das Kabel 30 kann abnehmbar oder ständig mit dom Fester verbunden sein»

DeTin Figur 3 dargestellte Schaltkreis weicht von dem in Figur g. gezeigten inscfarn ab, als Verbindungen so verlegt wurden, daß bei Hochspannungsbetrieb sowohl die Hochspannungs- als auch die Hi ed er sparmun*~siiio torwi cklung erregt werd en« Bei der Schal tung nach Figur 3 kann ein einpoliger Ein-Aus-Schalter 35 anstelle eines zweipoligen Schalters 35 nach Figur 2 Verwendung finden. Die Batterien werd eil nur dann geladen, wenn sich der Schalter in der Batterieladestellung G 2 befindet. _:

Die vorausgegangene Beschreibung der Ausführung und Schaltkreise nach den Figuren 1 bis 3 wurde gegenüber dem Hauptpatent nur deshalb wiederholt, um als Beispiel das motorisch angetriebene Werkzeug anzugeben, an dem weitere Verbesserungen vorgenommen wurden, vie nun anschließend im einzelnen beschrieben wird« ■_."■■ .

Der· Aufbau des in Figur 1 dargestellten Motors ireht stm besten aus Figur 4 bis 9 hervor und stellt eine über diejenige des Hauptpatfintes hinausgehende Verbesserung dar· Der Stator ist ein zweipoliger Stator unter Verwendung von !Permanentmagneten 24 zur Er*- evS ma.p-ne ti sehen Feldes und nicht im einzelnen angegeben.

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Der Motor besitzt eine zentrale Welle 10 auf die eine Vielzahl von Lamellen 11 aufgepresst ist, die so geformt sind, daß sie eine Mehrzahl von im wesentlichen axial verlaufenden Schlitzen 12 bilden. Die Schlitze können selbstverständlich, falls erwünscht, schräg gestellt sin. Der Niederspannungskommutator 25 ist ebenfalls -auf der Welle "10' angeordnet. Die daraufhin auf den Anker aufgebrachte Biederspannungswicklung 14 besteht aus verhältnismäßig starkem isolierten Draht.

Ein typisches Wi cklungsdiagramm ist in Figur 8 angegeben, welche oen Anker in Abwicklung, die '-/icklungsanordnung, die Verbindung., mit den Segmenten 13 des FiederSpannungskommutators 25 und die Polteilung zeigt» Die Niederspannungswicklung ist bei dieser Ausführung sf ο rm als fortlaufende Schleifenwicklung ausgeführt, obgleich auch andere 'Vi cklungs ar ten Verwendung finden können.

Anschließend ist der Hochspannungskommutator 26 auf die Ankerwelle aufgesetzt und die Hochspannungswicklung auf den Anker aufgebracht. DieHoohspannungswicklung liegt in denselben Wicklungsschlitzen wie die ITieder.spannungswicfclung und über der letzteren, wie aus den Figuren 6 und 7 hervorgeht.

Die Hochspannungswicklung besteht aus feinerem Draht entsprechend einer größeren Impedanz für die angelegte hohe Spannung. Normalerweise besitzt der Eochspannungskommutator 26 eine größere Anzahl von Kommutatorlamellen, um die Zwischenlarnellenspannuns· in annehmbaren Grenzen zu halten. Die Hochspannungswicklung 15 ist in

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Abwicklung- in Figur 9 dargestellt. -

Sofern der Stator PaEiamentmagnete aufweist, ist das Statorfeld naturgemäß im-wesentlichen unabhängig von der an den Rotor angelegten Spannungα "Aus diesem Grunde ist es für den Betrieb ledig-, lieh erforderlich, einen Schaltkreis zum Anlegen niedriger Spannung, beispielsweise aus einer eingebauten Batterie oder der Netzspannung, an die betreffende Ankerwicklung- zum-Betrieb des Motors mit der gewählten Spannung bzw. Stromart vorzusehen, wie im Zu*-< -saitiKienhang mit 'Figur 1-3 dargestellt und erläutert. Sperrmittel sind dazu vorgesehen, die gleichzeitige Anlegung beider Spannungen -'Ji die betreffenden Wicklungen zu verhindern, wie ebenfalls· aus οen Figuren 1 bis 3 und derzugehörigen Beschreibung hervorgeht.■

:i±B beschrieben, ist der Motor praktisch ein Nebenschlußmotor und weint eine im wesentlichen lineare Drehmoment-Drehzahl-Kurve bei beiden anzulegenden Spannungen a.uf, wie sie dem Uebenschlußcharakter entspricht.

Die angegebene Anordnung hat vielerlei Vorteile gegenüber bekannten Anordnungen, Die G-ewiohts- und Durchittesservergrößerung des Motors we-^en der zusätzlichen Wicklung (im vergleich zu einem Niederr3prir[nun--;omotor) ist sehr gering, insbesondere im Vergleich zu deai Gewicht und den Ausmaßen eines Transformators, wie er bei früheren Anordnungen erforderlich ist.

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Der Wirkungsgrad ist erheblich verbessert, selbst gegenüber solchen bekannten Anordnungen, die einen ITiederspannungsmotor in Verbindung mit einem Transformator verwenden. Ein Vergleich zv.asehen den Drehmoment-Drehzahl-Kurven beiderlei Anordnungen ist aus Figur 10 vorzunehmen.

In Figur 10 ist die Drehrnoment-Drehzahl-Kurve des erfjnciungsgemässen Motors einer Drehmoment-Drehzahl-Kurve eines über einem Transformator von einem Fetz her -betriebenen Motor gegenübergestellt. · Wie aus dieser Figur hervorgeht, besitzt die G-esehwindigkeitsabhängigkeit des transformatorbetriebener Motors von deui Drehmoment einen viel steileren Verlauf aufgrund des Spannungsabfalls durch die TransLormatorimpedanz. Daraus ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Motor viel erstrebenswertere Betriebseigenschaften aufweist. Die Herstellungskosten dieses Motors sind weit gerin er als die Kosten eines ITi ederspannungsmo tors mit zugeordnetem 'Vane— formator zum Betrieb bei Netzspannung.

Aufgrund der Darstellung eines Motors für ein i'Jerät mit einem Bruchteil einer Pferdestarke wurde eine Anordnung mit permanentmagnetischem Statorfeld angegeben, wegen der Vorteile uiner solchen Konstruktion mit verfügbaren Permanentmagneten, ueibscverständlicli Kami jedoch fein erLindungsgeniäi3 aufgebauter Mo bor ebenbogut für die Verwendung besonders erregter Feld:n;v;netpole ausgelegt sein. Um mit unterBchiedlichen Speisespannungen sirbeiten zu können, müssen dann auch zweierlei Feldwicklungen entsprechend den verschiedenen Spannungen vorgesehen sein, um bei jeder der gewählten

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Betriebsspannungen das gleiche "magnetische !Feld zu ere^ugen.

In vielen" Anwendim^sfällen bieten mit Permanentmagneten aufgebaute Statoren die Vorteile einfachen Aufbaues und rationeller fertigung* Jedoch ist es auch bei Motoren mit einem Bruchteil' einer Pferdestärke oft e-rvnirp.nhty einen gewickelten Stator zu verwenden:, aus Mancherlei Gründen, beispielsweise um die Drehzahl des Motors steuern zu können oder bestimmte Betriebsbedingungen, für den beabsichtigten-Verwendungszweck zu schaffen.

Eine einfache, bevorzugte Schaltungsanordnung zur Verwendung mit dem erfin&ungsgemäßen Doppelwicklun^smotor, die bestimmte Betriebsvorteile in eihipen Anwendung· .sf all en besitzt, ist in Figur- 11 angegeben. ;" : ;; ""■-■-"■-

In Figur 11 ist ein elektrischer Schaltkreis dargestellt, der keinen ^:./ähl schalt er für- den Betrieb mit der hohen Spannung (beispiels-'.»eise 120 V), die Batterieladung, den Batteriebetrieb und die Ein-Ausschaltung besitzt. Lediglich zwei Schalter sind erforderlich, deren einer zur Ein—Ausschaltung des Motors und deren anderer für den Batteriebetrieb dient. : : _:-

Die Batterieladi-ins; findet statt, solange der Wechselstromnetzansöhluß besteht, gleichgültig ob der Motor arbeitet oder nicht» Eine Kontrollampe ist für die Anzeige der Batterieladung vorgesehen.

Der Schaltkreis nach Fi.^ür 11 a:eht von einem üblichen äußeren

aus und besitzt einen Kondensator: 4-1, welcher

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die Spannung von etwa 120 V auf etwa 3,6 V bringt, einen Widerstand 40 zur Abführung verbleibender Lanung, eine Anzeigeglimmlampe 47 und einen Widerstand 40^f, der über dem Kondensator 41 liegt, um die Batterieladung sichtbar zu machen. Ebenfalls mit dem Hetz verbunden ist ein Halbwellengleichrichter 33^f1, ein
Ein-Aus-Schalter 35-35» die Hochspannungwicklung 37, der Hochspannung skommutator 26, die Hiederspannungswicklung 36 und der Niederspannungskommutator 25.

Der Schalter 45 ist ein Sperrschalter, der automatisch geöffnet ist, wenn das ETetzkabel in das Gerät eingesteckt ist. Auf diese Weise erfolgt die Wahl der Betriebsart, Batterie- oder Uetzbetrieb, automatisch durch Einstecken des Netzkabels in den betreffenden Anschluß des Gerätes, ,feiterhin weist der Schaltkreis eine oder mehrere Batterien 28 auf sowie einen Döppelweggleichrichter 33· Dieser Gleichrichter ist vorzugsweise ein billiger Selengleichrichter, der mit den beiden Anschlüssen der Batterie 28 verbunden ist.

Bei dieser Ausführungsform besteht die Hiederspannungswicklung vorzugsweise aus sechs Windungen 22er Drahtes und die Hochspannungswicklung 37 vorzugsweise aus achtzig Windungen 35er Drahtes, jedoch sind diese ¥erte selbstverständlich nur beispielhaft. Das angegebene Beispiel wurde als geeignet für den Motorantrieb wahlweise mit
etwa 3,6 Y Batteriespannung oder etwa 120 Y gleichgerichteter Netz-V/e cn s el spannung ermittelt.

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Der Schaltkreis nach figur 11 kann mit Vorteil in vielen Anwendungsfällen Verwendung finden, da die Wahl seiner Betriebsart automatisch durch Einstecken des Netzkabels erfol'/t. Bei Netzb.etrieb findet laufend eine Batterieladung statt, gleichgültig ob der Motor läuft ode^ nicht, was zur A.ufrechterhaltung der vollen Batterieladung beiträgt.

Bei de^vi im vorausgegan .-enen· beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde Sorge für eine Batterieladung mit schwachem Ladestrom getroffen. In einigen Anwendunrsfällen jedoch, beispielsweise für Rasenmäher, bei denen deir rotierende Antrieb gemäß der Erfindung Verwendung findet, ist es erwünscht, eine Schnellademöglichkeit für die Batterien vorzusehen. '

Dir normalerweise bei 'Teräten unter Anwendung der Erfindung verwendeten iiickel-K:-.dmiurn-Zellen hoher Kapazität' können schnell geladen werden, indem ein Starkstromeingang in Verbindung mit einer geeigneten Schutzschaltung zur Bewahrung der Batterie vor Schäden Verwendung findet. Bei Geräten, wie etwa Rasenmähern, ist es aus' p.equemliOBkeit3.'*ründen für den Benutzer oft erwünscht, eine rasche Lfideiftö"1 i chkei t für die Batterien vorzusehen, um lange Ladezeiten übe-r-flÜB-öi-'j zu wachen*

Die Schaffun,-; eines Starkstromeingangs., beispielsweise für einen Strom in der 'Größenordnung von 20-30 Ampere mittels eines Transformators v/ürde einen Transformator erfordern, der sehr schwer und auch recht teuer ist. Weiterhin würde die Notwendigkeit, den

starken Strom gleichzurichten, selbstverständlich die Verwendung ^; " ^:f . 1 0 9 8 16/0300 ;

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großer, leistungsstarker Gleichrichter nötig machen, die ebenso teuer sind.

In Figur 12 ist eine Schaltung angegeben, die für solche Anwendungsfälle geeignet ist und einen Netzanschluß 70 zur Aufnahme eines lietjkabelsteckers 71 besitzt« Der über Leitungen 72 und 73 zugeführte Netzstrom wird in einem Doppelwegfleiehrichter 74-gleichgerichtet und über Leibungen 76, 77, einen Sohaltkontakt und eine Leitung 89 der Ho >"hspannungs wicklung I^ eines erfindun. ¹S-gemäßen Doppelwicklims-smotors zugeführt. Oer Sc^Kiiltkohtal'.t 78 .gehört zu dem durch den Benutzer betätigten Ein-Ausschalter. Wei berhin ist eine Batterie bzw. ein Satz von Batterien 80 vorce^ehen»

Bin zweiter Schaltkontakt 81 ist mit dem Schaltkontakt 78 rnechaniash gekuppelt und verbindet bei Betätigung des Ein-Ausschalters de*i possitiven Anschluß der "Batterie über Leitungen 84 und 85 mit dem Ende der Niederspannungswicklung 83. Das andere Ende der Ni ederspannungswicklung ist über eine Leitung 86 und t.nen Ladunrszeitregler 87 mit dem negativen Anschluß der Batterie vertunden. Über die Reihenschaltung aus Batterie und Ladun^ssei\regler ist ein Nebenschlußregler 88 geschaltet.

Bei Netzbetrieb wird die Hoohspannungswicklung 75 aus dein Wetz gespeist. Die Niederspannungswickluni¹; 83 wird dabei durch das magnetische Feld erregt, wodxfuch eine Cfeneratorwirkung entsteht« Durch diese wird bei hoher Stromstärke eine ";enü*ende Spannung zur Ladung der Batterie hervorgerufen. Bei der dargestellten Schalta tellung ist das Gerät angetrieben«

BADORlGiNAt

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Sollte das -'ierät sol eher Art sein, daß es einen Starkstromeingang für die Aufladung allein erfordert, so-kann es ertüasoltt sein, die angetriebenen Elemente während der Aufladung raeal^niseh abkuppeln BU. können. So können beispielsweise die Hasenmälierfflesser mittels bekannter Kupplungsvorrichtungen abgekuppelt werden, wenn die Batterie aufgeladen werden soll.

Der durch die Eiiederspannunffsw^icklung 83 hervorgerufene Ladestrom muß zur Terhinderuni| einer/Übermäßigen Aufladung und damit Zerstörung der Batterie 80 /gesteuert sein. Der Ladez-eitregler 87 erfüllt diese Punktion* Dieser Regler umfasst beispielsweise eine Go-υ Io met er ζ eile,- welche den- Iiadestrom über der Zeit integriert und einen Serienwiderstand.einschaltet, der das Ladeseitihtegral auf ein vorbestiramteR Ilaximum begrenz't, das durch!die;-Kapazität der Batterie vorgeschrieben is to ; '

Der Ivebensclilußregler 88 begrenzt die angelegte Spannung und besteht beispielsweise-aus einer Zener-Diode, deren Durchschlageffekt ■55ur Begrenzung der Spannung Verwendung findet. -'■'■■/:

Eei dem: in figur 12 dargestellten Schaltkreis wird der Batteriebetrieb, lediglich dadurch herbeigeführt, daß der Eetzkabelstecker 71, der automatisch die gekuppelten Schaltkontäkte 78 und 81 betätigt, ausgesteckt wird. Bei dieser Betriebsart liegt die Batterie 80 an den Enden der Mederspannungswicklung 83, um diese zu erregen. Da die Gegen-EMK des-laufenden Motors den in der liederspannungswicklung 83 Huftretenden Strom begrenzt, wirkt sioh der Ladungszeitresler 87 in diesem mile nicht als aktives Schaltelement aus,

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so daß der von der Batterie gelieferte Strom durch ihn nicht begrenzt wird.

Sollte die Coulometerzelle 87 indessen die Neigung haben anzusprechen,, so kann sie durch einen Nebenschluß überbrückt werden. Megen der Umkehr der Stromrichtung bei Übergang von der Batterieladung zum Batteriebetrieb kann dieser leicht angebracht werden»

Für den Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich,· daß ein weiter Bereich von Schaltungsanordnungen zum Betrieb des Gerätes' denkbar ist, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen.

Es versteht sich, daß der Ausdruck "Werkzeug" in den Ansprüchen Messer, Werkzeuge schlechthin und andere motorisch angetriebene Geräte bezeichnet, die willkürlich sowohl durch Batterien als auch andere elektrische Stromquellen betrieben werden sollen.

Die Erfindung kann verschiedenartig abgewandelt und ausgeführt werden. Besonders sei darauf hingewiesen, daß die angegebenen und beanspruchten Verbesserungen in besonderem Maße auf die Werkzeuge und Schaltkreise nach dem Hauptpatent (Anmeldung S 1O769OVIIIb/2ldl), insbesondere Figur 4 bis 16 desselben, Anwendung finden können.

Die dort angegebenen Merkmale und Lösungen sind voll austauschbar gegen diejenigen der vorliegenden Erfindung und umgekehrt.

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Claims

16Ϊ3408 -21 / - ■.-"■ V-V P a t e η t" a π s ρ r ü ehe

1. Mo-tori sell angetriebenes r/erkzeug, das wahlweise unter verschiedenen EingangsSpannungen, wie beispielsweise einer aus einer in das 'erkzeuir eingebauten Batterie stammenden Hi ed er spannung, und einer aus einer äußeren Stromquelle stammenden höheren Spannung speisbar ist -;eaäB Hauptpatent (Patentanmeldung 10769OVIIIb/214^), dadurch; g e k e η η zeich η e t, daß der Motor (22-27) einen Stator und einen Ho tor besitzt, wobei der Stator mit Peldpoien zixr ^j ^^^:jxn£ e-i.i3 3 iaa£;ne uibuhen Feldes versehen ist, und der IKotor eine Jientrnie ./eile, eine Vielzahl von auf der Welle angeordneten AnKerlarnellen und - im wesentlichen axial verlauf ende Schlitze auf ceine^i ^uiSenumfang besitzt, daß zwei Kommutatoren (Z5j 26) auf der ./eile angeordnet sind, daß zwei Wicklungen (36, 37) in denselben Änkerachlitzen untergebracht sind und daß ein erster Bürstensatz zur AnIei jung der niedrigen: Spannung an den ersten Kommutator (25) bei Batteriebetrieb, ein zweiter Bürstensatz zur Anlegung der hohen ijpynmmg an den zweiten Kommutator (26) beiHetzbetrieb Dowie, Sperrmi ttel vprp;e;>ehen sind, um die ^leiohzeitige Anlegung beider ':>pi.rmun-en nxi die betreffenden Kommutatoren zu verhindern.

2» Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch ge k en η ζ ei c hn R t, dai'3 die ilperrmi fctel so ausgebildet sind, daß sie das litfi-rksamv/epderi des ersten Bürstensatzes bei Betrieb des zweiten Bürstensatzes in.-fbr- Weise errnuglichen, daß die Batterie (28) während des Betriebes unter der hohen-.Spannung mit der dabei durch die Nieder-Hpannungswioklung (36) erzeugten Spannung aufgeladen wird, wenn der Motor durch-di'e hohe Spannung angetrieben ist-, BAD ORKaiNAL

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3. ierkezug nach Anspruch 1 oder 2-, dadurch- g "e k e η η-zeichnet, daß das Netzkabel (30) mit einein Stecker (31) versehen ist, der zur Zuführung der hohen Spannung von einem .-u-ischluß (32) des Gerätes aufgenommen wird, daß eine BatterielaxLeeinrichtung (38, 39, 41, 50, 52, 53)vorgesehen ist, die einen ersten Gleichrichter (33) und einen Kondensator (41) aufweist, über den der erste Gleichrichter mit dem Uetzkabelanschluß (32) verbunden 1st und dessen Impedanz einen Spannungsabfall auf die Lädesoannung herbeiführt, daß die Batterie (28) über den ersten ^r'lei chrichte^, einen zweiten Gleichrichter (33^ft) ^u-^ncl- einen ersten Schulter (3?), die Niederspannungswicklung f36), die HochsOannungsv/icklung (37J, den zweiten Gleichrichter und den ersten Schalter an den Änschlui3 (32) geschaltet ist, daß der erste Schalter (35) und ein Sperrschalter (45) einen Teil der Sperreinrichtung bilden, daß die Niederspannungswicklung, der erste Schalter und der Sperrschplter in Serie miteinander verbunden über die Batterie geschaltet sind, und daß der Sperrschalter ein normalerweise dann geschlossener Schalter ist, wenn der Uetzkabelstecker -in den Ansei, .aß (32) eingeführt ist. *

4. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, g e k e η η ζ e ^:. ■? hn e t durch einen Reglerschaltkreis (87) zur begrenzung des Lp.destrom-Zeit-Tntegrals auf ein vorbestimmtes Maximum.

5. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, g e k e η nze i ο hn e t durch einen Nebenschlußregler (88) in Parallelsch^ltun :ni der Batterie (28) zur Begrenzung -der daran Hngeie-'-ten Spannung.

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6. ierkzeug nach einem der vorhergehenden .Ansprüche, dadurch % e k e η η ζ e i ohne t, daß· die Feldpole des Motorstators durch .Permanentmagnete erregt sind. ' .

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