DE2724293A1 - Schaltungsanordnung fuer eine elektronische drehmomentbegrenzung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, in den Stromkreis von Elektromotoren einen Überstromauslöser anzuordnen, der beim Erreichen eines bestimmten Stromes und eines diesem Strom entsprechenden Drehmomentes anspricht und den Motor ausschaltet. Eine solche Anordnung dient in erster Linie zum Schutz des Motors vor Überlastung. Ein kontrolliertes Unterbrechen der Stromzufuhr ist bei den in der Regel mit Bimetallstreifen arbeitenden Überstromauslösern nicht möglich.

In der DE-OS 15 88 032 ist eine Schaltung beschrieben, die den Motor bei einer definierten Stromstärke abschaltet. Damit ist zwar ein kontrolliertes Abschalten des Motors gewährleistet, ein Einschalten erfolgt jedoch aufgrund des verwendeten monostabilen Multivibrators automatisch, wobei in gewissen Grenzen eine Einschaltverzögerung einstellbar ist. Diese Anordnung kann bei immer wiederkehrenden gleichen Arbeitsvorgängen, wie sie z.B. beim systematischen Eindrehen von gleichen Schrauben im Rahmen einer Fließbandmontage vorkommen, vorteilhaft sein. Eine individuelle Arbeitsweise ist mit dieser Schaltung jedoch nicht möglich, da das automatische Wiedereinschalten des Motors den Arbeitsablauf vollkommen bestimmt. Falls der Arbeitsrhythmus nicht eingehalten wird, ist außerdem eine gewisse Unfallgefahr nicht auszuschließen.

Desweiteren ist in der DE-AS 23 26 027 eine Schaltungsanordnung dargestellt, die die Stromzufuhr eines Schraubers beim Überschreiten eines bestimmten Lastmomentes selbsttätig dann unterbricht, wenn dieses Lastmoment über eine bestimmte Zeitdauer hinaus wirksam ist. Mit dieser Anordnung ist zwar ein kontrolliertes Einschalten des Motors möglich, das Abschalten erfolgt jedoch erst dann, wenn das Lastmoment überschritten ist. Damit soll ein ausreichendes Festziehen der Schrauben erreicht werden. Dadurch, daß die Abschaltung von der Ladezeit des Kondensators C[tief]2 abhängig ist, kann von einem kontrollierten Abschalten des Motors nicht mehr gesprochen werden. Geht man davon aus, daß dieser Kondensator vor dem ersten Schraubvorgang zunächst völlig entladen ist, so dauert die Aufladung wesentlich länger als nach beendetem 1. Schraubvorgang, wenn der Kondensator nur teilweise entladen ist, so daß die genannte "bestimmte Zeitdauer" und somit auch das

"bestimmte Lastmoment" in Wirklichkeit unbestimmt und damit unkontrolliert sind. Weiterhin eignet sich die Methode, erst nach Überschreiten eines Lastmomentes abzuschalten, nicht für exakte Verschraubungen, bei denen ein bestimmtes Anzugsdrehmoment nicht überschritten werden darf.

Die beiden vorgenannten Schaltungen weisen somit den Nachteil auf, daß sie entweder nur kontrolliertes Einschalten oder nur kontrolliertes Ausschalten, jedoch nicht kombiniert kontrolliertes Ein- und Ausschalten gestatten. Außerdem ist bei beiden Ausführungen der Betrieb nur mit Gleichspannung, die bei einer Ausführung zusätzlich noch niedergespannt wird, möglich, was vor allem bei der letztgenannten Ausführung zu einer gewissen Unhandlichkeit der Geräteanordnung führt aufgrund des zusätzlichen Leistungstransformators, der sowohl für die Speisung des Motors, als auch dessen Elektronik benötigt wird. Weiterhin kann ein mit einer heruntertransformierten, gleichgerichteten Spannung betriebener Motor nur mit höherem Aufwand ein größeres Drehmoment erreichen wie es z.B. auf Baustellen zum Anziehen von Dübeln mit einem ganz bestimmten, gleichbleibenden Drehmoment benötigt wird.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die im Gegensatz zum vorgenannten Stand der Technik ein kontrolliertes Unterbrechen der Stromzufuhr bei Universal- und Asynchronmotoren gestattet.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß durch eine Schaltung gelöst, wie sie im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschrieben ist.

Die Schaltungsanordnung kann vorteilhafterweise sowohl in einem Elektrowerkzeug, als auch in einem sogenannten Netzsteckergehäuse untergebracht werden, wobei der Motor und die Elektronik mit Ein- oder Mehrphasenwechselstrom, letzterer für 50 Hz und erhöhter Netzfrequenz, betrieben und gesteuert werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgend aufgeführten Zeichnungen dargestellt und werden anschließend näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 eine Schaltungsanordnung für Einphasenwechselspannung zur Steuerung eines Elektrowerkzeuges mit umschaltbarer Drehrichtung des Motors

Figur 2 eine Variante für Dreiphasenwechselspannung für Frequenzen zwischen 50 und 400 Hz.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist der Motor M[tief]1 des Elektrowerkzeuges, das einen eingebauten Drehrichtungsumschalter US[tief]1 aufweist, über die elektronische Schaltung 10 und einen im Handgriff des Elektrowerkzeuges untergebrachten Netzschalter S[tief]1 an ein Wechselstromnetz L[tief]1, N angeschlossen. Die elektronische Schaltung 10 setzt sich zusammen aus einem Versorgungsspannungsteil 20, einem Verzögerungsglied 30, einem Verstärkerteil 40, den Lastwiderständen R[tief]L, den hintereinandergeschalteten Dioden D[tief]3 und ZD[tief]1 sowie einer Abschalteinrichtung 50. Wird nun der Schalter S[tief]1 geschlossen, so fließt über die Lastwiderstände R[tief]L und den Öffner eines Relais Re[tief]1 ein Strom, der in den Lastwiderständen R[tief]L zu einem Spannungsabfall führt. Gleichzeitig wird über einen Kleintransformator Tf[tief]1 in einer Delonschaltung, bestehend aus den Kondensatoren C[tief]1 und C[tief]2 und den Dioden D[tief]1 und D[tief]2 die Versorgungsspannung erzeugt, die jedoch für die positive Spannungsseite über einen Transistor Tr[tief]1 und eine Zenerdiode ZD[tief]2 einem Operationsverstärker OP[tief]1 verzögert weitergegeben wird. Durch diese Verzögerung wird der aufgrund des Anlaufstromes sich zunächst ergebende überhöhte Spannungsabfall in der Verstärkerschaltung OP[tief]1 nicht so verstärkt, daß es bereits zu einem Abschalten des Motors M[tief]1 kommt. Nach dem Abklingen des Anlaufstromes wird der in den Lastwiderständen R[tief]L erzeugte sinusförmige Spannungsabfall in der Verstärkungsschaltung OP[tief]1 entsprechend der im Rückkopplungszweig, bestehend aus einem Trimmpotentiometer P[tief]2, den Widerständen R[tief]1 und R[tief]2 sowie einem die Verstärkung beeinflußbaren Potentiometer P[tief]1, verstärkt und in der Diode D[tief]3 gleichgerichtet. Übersteigt die gleichgerichtete Spannung die Durchbruchspannung der Zenerdiode ZD[tief]1, so schaltet ein Thyristor Th[tief]1 durch und erregt das Relais Re[tief]1, wodurch der Motor M[tief]1 über den Öffnerkontakt dieses Relais abgeschaltet wird. Das Relais Re[tief]1 fällt nach Abschalten der Versorgungsspannung der Elektronikschaltung 10 über den Schalter S[tief]1 ab.

Die Funktion der in Figur 2 dargestellten Schaltungsanordnung entspricht derjenigen von Figur 1, jedoch ist hier ein weiterer Öffnerkontakt im Relais Re[tief]2 notwendig, um das sichere Abschalten des Motors M[tief]2 zu gewährleisten.

Selbstverständlich ist diese Erfindung nicht auf die dargestellten Schaltungen beschränkt. Die Delonschaltung könnte beispielsweise durch einen Kleintransformator mit sekundärseitig doppelter Spannungsabnahme und Brückengleichrichter ersetzt werden. Die Verstärkerschaltung OP[tief]1, die hier durch einen Operationsverstärker dargestellt ist, ließe sich auch anderweitig aufbauen. Weiterhin wäre die Relaisschaltung Re[tief]1 auch mittels elektronischen Bauelementen wie Triacs und Optokopplern vorstellbar.

Von besonderem Vorteil bei der verwendeten Schaltungsanordnung in oder an einem Elektrowerkzeug ist die Tatsache, daß nach dem selbsttätigen Abschalten durch die Elektronikschaltung 10 lediglich durch Lösen und erneutem Drücken des Netzschalters S[tief]1, S[tief]2 ein neuer kontrollierter Arbeitszyklus eingeleitet werden kann. Auch kann der Arbeitsvorgang jederzeit beliebig unterbrochen werden, ohne daß der Bedienende mit unvorhergesehenen automatischen Ein- und Ausschaltungen rechnen muß. Es ist somit eine individuelle Arbeitsweise möglich, wie sie beispielsweise beim Ein- und Ausdrehen von Schrauben unterschiedlichster Abmessungen und Anzugs- bzw. Lösedrehmomente erforderlich ist.

Soll beispielsweise ein Lösen von Schraubverbindungen vorgenommen werden, so wird aufgrund der eingebauten Zeitverzögerung mit Sicherheit das maximale Lösedrehmoment sowohl in Vorwärts-, als auch in Rückwärtsrichtung, ohne Ansprechen der Drehmomentbegrenzung erreicht.

Je nach Einstellung des Potentiometers P[tief]1, dessen Einstellknopf aus dem Gehäuse des Elektrowerkzeuges herausragt und mit einer dem Anwendungsfall entsprechenden Skala umgeben ist, können die unterschiedlichsten Drehmomente erreicht werden. Besonders geeignet ist diese Anordnung zur Herstellung von drehmomentkonstanten

Schraubverbindungen mit Dübeltypen, wie sie z.B. im Fassadenbau Verwendung finden.

Der Anwendungsbereich der Schaltungen ist jedoch nicht nur auf drehmomentabhängige Schraubvorgänge beschränkt. Mit diesen Schaltungen ließe sich auch z.B. eine schnellansprechende elektronische Überlastkupplung an Elektrowerkzeugen verwirklichen, wobei das Potentiometer P[tief]1 dann eine feste Einstellung besitzen könnte.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung für eine elektronische Drehmomentbegrenzung von Universal- und Asynchronmotoren zum selbsttätigen, kontrollierten Unterbrechen der Stromzufuhr beim Erreichen eines vorwählbaren Lastmomentes, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung besteht aus den Lastwiderständen (R[tief]L), an denen eine der Belastung des Motors (M[tief]1, M[tief]2) proportionale Spannung abgegriffen wird; einer sich aus den Bauelementen (OP[tief]1, P[tief]1, P[tief]2, R[tief]1, R[tief]2) zusammensetzenden Verstärkungsschaltung zur Verstärkung der Proportionalspannung, wobei jedoch die dem Anlaufstrom proportionale Spannung über die Bauelemente (Tr[tief]1, P[tief]3, C[tief]3) unterdrückt wird; einer Diode (D[tief]3), in der die am Verstärkerausgang abgenommene Wechselspannung gleichgerichtet wird; einer Zenerdiode (ZD[tief]1), die bei Überschreitung ihrer Durchbruchspannung den Thyristor (Th[tief]1) ansteuert und einem Abschaltelement (Re[tief]1, Re[tief]2), das die Stromzufuhr zum Motor (M[tief]1, M[tief]2) unterbricht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in oder an einem Elektrowerkzeug für Ein- oder Mehrphasenwechselstrombetrieb ein- bzw. angebaut ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Netzsteckergehäuse untergebracht ist.