DE29717431U1 - Schaltungsanordnung zum Schutz eines Elektrokleinstmotors eines zahnärztlichen Bohrantriebes vor Überlastung - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Schutz eines Elektrokleinstmotors eines zahnärztlichen Bohrantriebes vor Überlastung

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Description

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Beschreibung
Schaltungsanordnung zum Schutz eines Elektrokleinstmotors eines zahnärztlichen Bohrantriebes vor Überlastung 5
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines Elektrokleinstmotors für einen zahnärztlichen Bohrod.dgl. Antrieb vor Überlastung.
Elektrokleinstmbtoren, wie sie im Dentalbereich zum Antrieb von Bohr-, Schleif- od.dgl. Werkzeugen eingesetzt werden, sind bereits aufgrund vorgegebener, relativ kleiner Einbauvolumina stark unterdimensioniert, d.h. anhaltend stärkere Motorbelastungen können vom Motor, insbesondere von der Motorwicklung oder vom mechanisch oder elektronisch ausgebildeten Kollektor nur kurzzeitig verkraftet werden. Maximal zulässige Motorströme können häufig trotz Kühlung des Motors mit Kühlluft nur für ca. 10-30 see ohne Schaden verkraftet werden. Bei weiterer Belastung kommt es zur Überhitzung des Motors und zum Ausfall des Antriebs.
Ein weiterer Grund, weshalb solche Antriebsmotoren relativ anfällig gegen stärkere Belastung sind, liegen in den vorgeschriebenen Maßnahmen zur Einhaltung des EMV-Gesetzes, aus denen häufig ein höherer Bürstenwiderstand folgt. Die dadurch entstehende höhere Verlustleistung trägt zur stärkeren Belastung bei.
Das Problem besteht also bei solchen Elektrokleinstmotoren darin, die Stromgrenze so festzulegen, daß der Motor ther-
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misch nicht zerstört wird, gleichzeitig aber ausreichend Drehmoment vorhanden ist. Wenngleich der Spitzenstrom, der für die Überhitzung verantwortlich ist, nur für eine sehr kurze Zeit fließt und häufig danach der Motor im durchschnittlichen Betrieb wieder abkühlen kann, wird die Stromgrenze, die den Motorstrom begrenzt, in der herkömmlichen Schaltungstechnik nur auf einen festen Wert eingestellt. Für einen Benutzer, der von seiner Arbeitsweise her dem Motor sehr viel Drehmoment für eine längere Zeit abverlangt, kann dies häufig zu einem vorzeitigen Ausfall des Motors führen. Maßnahmen, die den Motor bei Überlastung einfach abschalten, sind im Dentalbereich nicht zu akzeptieren, da man weder dem Zahnarzt noch einem Patienten einen Behandlungsablauf mit dabei auftretenden Unterbrechungen zumuten kann. Man denke beispielsweise nur an eine Kieferknochenbearbeitung, bei der ein Stehenbleiben des Fräsers nicht akzeptiert werden kann.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte und vereinfachte Lösung anzugeben, die insbesondere keine Abschaltung auch bei länger währender Überlastung des Motors zur Folge hat.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß ein sicherer Motorschutz nur dann erreicht werden kann, wenn die durch Belastung entstandene Motortemperatur bekannt ist. Aus dem Anstieg der Motortemperatur kann man einen Rückschluß auf die zu erwartende Ausfallzeit schließen und vorher Maßnahmen treffen. Erfindungsgemäß ist eine elektronische Regelschaltung vorhanden, der Informationen über den aktuellen Motor-
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strom zugeführt werden. In der Regelschaltung wird die Motortemperatur simuliert, indem in einem Bewerter Kenngrößen, die die Motorbelastung repräsentieren, gespeichert sind. Der Bewerter hat die Funktion eines variablen Speichers, z.B. eines Vor-/Rückwärtszählers, der in Abhängigkeit von der aktuellen Motorleistung auf- und abgezählt wird und dessen Wert über einen Regler die Motorendstufe beeinflußt. Der Bewerter kann als Analogwertspeicher z.B. in Form eines Kondensators oder als Speicherzelle eines Controllersystems ausgeführt sein.
Nachdem der Motorstrom relativ leicht zu messen ist und hierzu keine Sensoren im Antrieb notwendig sind, dient zweckmäßigerweise der Motorstrom als Eingangswert für den Bewerter. Der Bewerter wird in Abhängigkeit vom Belastungswert, also vom Anstieg oder Abfall des Motorstromes, erhöht. Dabei spielt die Zeit eine entscheidende Rolle. Der Bewerter enthält dann den über die Zeit aufintegrierten Belastungswert. Gleichzeitig wird der Bewerter um einen Entlastungswert vermindert, der eine Abkühlung des Antriebs widerspiegelt.
0 Im eingeschwungenen Zustand des Systems läßt sich aus dem Bewerterstand auf die Motortemperatur schließen und hieraus wiederum ein Entlastungswert ermitteln. Der Entlastungswert ist eine Größe, die das zeitabhängige Vermindern des Bewerters beschreibt. Je größer die Temperaturdifferenz, um so rascher vollzieht sich die Abkühlungszeit. Der Entlastungswert ist also um so größer, je höher die aktuelle Motortemperatur ist.
Setzt man für die Motortemperatur einen normierten Wert ein, 0 der bei Umgebungstemperatur gleich Null ist, sind am Anfang
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alle Werte gleich Null. Dadurch kann man mit einem Echtzeitverhalten rechnen, bei dem keine nennenswerten Totzeiten auftreten. Bei dieser Schaltungsanordnung kann somit auf aufwendige Regler oder Regelalgorithmen verzichtet werden. Durch die Normierung der Motortemperatur auf Umgebungstemperatur entsteht auch kein Fehler, da in die Betrachtung nur die Temperaturdifferenz eingeht. Als Anfangswert ist lediglich eine maximal zulässige Umgebungstemperatur, z.B. 40° zu definieren.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, vor einer Überlast so gegenzusteuern, daß eine Überlastung des Motors erst gar nicht auftritt. Dies kann durch rechtzeitiges Ändern der Strombegrenzung in Abhängigkeit des Bewerters erzielt werden, indem man beispielsweise einen Stromregler einsetzt, der im Falle der Strombegrenzung die Regelung der Endstufe des Motors übernimmt. Der Sollwert für den Stromregler wird dabei aus dem Bewerter abgeleitet. Bei dieser Variante würde man im Gebrauch lediglich einen Leistungsabfall durch das ge-0 ringere mögliche Drehmoment bei überhitztem Antrieb spüren. Dieser Leistungsabfall verschwindet aber wieder, wenn sich der Motor bei geringerer Belastung wieder abgekühlt hat. Hierbei ist es nicht erforderlich, den Motor vollständig anzuhalten; der Bewerter registriert auch die Abkühlungsphasen, die aus zeitweise geringeren Belastungen resultieren. Außerdem ist der Motor immer in der Lage, eine bestimmte Mindestleistung ständig abzugeben.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Aus der Darstellung geht hervor, daß
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der Motorstrom des mit M bezeichneten Antriebsmotors über ein Strommeßglied 1 erfaßt wird. Diese Informationen über den aktuellen Motorstrom gehen in eine Regelschaltung 2, welche einen Bewerter 3, einen Regler 4, einen Operationsverstärker 5 und einen Widerstand 7 aufweist. In dem Bewerter 3 sind Kenngrößen, die die Motorbelastung repräsentieren, gespeichert. Die Stärke der Belastung des Motors wird vom Operationsverstärker 5, der eine nichtlineare Kennlinie aufweist, erfaßt. Erreicht der Bewerter 3 eine Höhe, die einer festgelegten Maximalbelastung des Motors entspricht, wird über den Regler 4 die Motorendstufe 6 beeinflußt, und zwar vorteilhafterweise so, daß der maximal zulässige Motorstrom und somit das maximal zulässige Drehmoment so lange reduziert wird, bis eine ausreichende Abkühlung des Motors vorliegt. Beim Überschreiten des maximal zulässigen Drehmoments wird der Motorstrom konstant gehalten, d.h. der Motor gibt ein konstantes Drehmoment ab und die Drehzahl wird sich je nach Last verändern, aber nie über die eingestellte Drehzahl steigen, da in diesem Fall der Drehzahlregler wieder aktiv wird.
Die Abkühlung wird bei Einsatz eines Vor-/Rückwärtszählers durch Abzählen des Bewerters oder, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, bei Einsatz eines Kondensators, durch Entladen des Kondensators 3 über den Entladewiderstand 7 erreicht.

Claims (3)

GR 97 G 3756 ·"· ·&iacgr; Schutzansprüche
1. Schaltungsanordnung zum Schutz eines Elektrokleinstmotors eines zahnärztlichen Bohr- od. dgl. Antriebes vor Überlastung, umfassend eine elektronische Regelschaltung (2) , der aus dem Motorstromkreis Informationen über den aktuellen Motorstrom zugeführt werden und die über einen Regler (4) die Endstufe (6) des Elektrokleinstmotors ansteuert und einen Bewerter (3) in dem die Motortemperatur simuliert wird indem in ihm Kenngrößen die die Motorbelastung repräsentieren gespeichert sind, wobei die Anordnung so ausgelegt ist, daß der Bewerter bei Erreichen einer durch die Maximalbelastung festgelegten Bewertungsstufe das maximal zulässige Motordrehmoment so lange zurücknimmt, bis aufgrund einer Abkühlung des Motors eine niedrigere Bewertungsstufe gewählt werden kann.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der der Regler (4) so ausgeführt ist, daß er im Normalfall auf konstante Drehzahl und im Falle der Strombegrenzung auf konstanten Motorstrom regelt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der als Bewerter (3) ein Kondensator vorgesehen ist und die Abkühlung des Motors durch einen Entladewiderstand (7) repräsentiert wird.
DE29717431U 1997-09-30 1997-09-30 Schaltungsanordnung zum Schutz eines Elektrokleinstmotors eines zahnärztlichen Bohrantriebes vor Überlastung Expired - Lifetime DE29717431U1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1115188A3 (de) * 2000-01-05 2005-08-31 ABBPATENT GmbH Verfahren zum Betreiben einer Betätigungsvorrichtung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1115188A3 (de) * 2000-01-05 2005-08-31 ABBPATENT GmbH Verfahren zum Betreiben einer Betätigungsvorrichtung

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