DE3222066C2 - - Google Patents
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- H02P25/10—Commutator motors, e.g. repulsion motors
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Handwerkzeug,
insbesondere eine Handbohrmaschine oder einen Schrauber, mit
einer Schaltung zur Drehzahleinstellung und mit einer
Drehmomentbegrenzungsschaltung.
Bei Handbohrmaschinen, die mit einer eingespannten
Schrauberklinge zum Ein- und Ausdrehen von Schrauben benutzt
werden, findet sich neben einer Möglichkeit zur elektrischen
Einstellung der Drehzahl häufig auch eine Möglichkeit, das
maximale Drehmoment begrenzen zu können. Dann können Schrauben
mit dem jeweils gewünschten Drehmoment angezogen werden.
Entsprechendes gilt für das Schneiden von Gewinden und andere
Arbeiten.
Aus der DE 31 03 286 A1 ist ein elektrisches Handwerkzeug zum
Schrauben, Bohren und eventuell Schlagbohren bekannt, bei
welchem eine Schaltung zur Regelung der Drehzahl und eine
Schaltung zur Begrenzung des Drehmoments vorgesehen sind. Bei
einem Überschreiten des eingestellten Maximaldrehmomentes wird
der Motor durch die Schaltung zur Begrenzung des Drehmomentes
abgestellt. Es besteht bei diesem Handwerkzeug, insbesondere
bei seiner Verwendung als Schrauber die Möglichkeit, daß trotz
eingeschalteter Drehmomentbegrenzung der Motor mit hoher
Drehzahl läuft. Dies ist teilweise nicht nur unerwünscht,
sondern kann bei unaufmerksamem Umgang zu einer Gefährdung
führen. In der DE-OS 19 63 199 wird eine Schaltungsanordnung
zur Drehmomentbegrenzung einer Werkzeugmaschine mit
elektronischer Drehzahlregelung des Motors beschrieben. Die
Drehmomentbegrenzung erfolgt ebenfalls unabhängig von der
eingestellten Drehzahl des Motors und ist darüber hinaus nicht
zu- oder abschaltbar. In der DE-OS 28 17 814 wird zwar
eine elektrische Bohrmaschine mit einer Drehzahlsteuerung oder
-regelung beschrieben, eine Begrenzung oder Beeinflussung des
maximalen Drehmomentes ist aber nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
trotz vielseitiger Möglichkeiten die Bedienung solcher
Handwerkzeuge möglichst einfach zu gestalten und Fehlbedienungen
und Gefährdungen möglichst ausschließen.
Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen Handwerkzeug
der eingangs genannten Art durch
die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1
gelöst.
Bei einem Schrauber oder einer als Schrauber
verwendeten Handbohrmaschine soll nämlich mit einer
verhältnismäßig niedrigen Drehzahl gearbeitet werden, um
das Eindrehen von Schrauben und in ähnlicher Weise das
Schneiden von Gewinden fachgerecht ausführen zu können.
Aus Unachtsamkeit oder Unkenntnis wird aber häufig versäumt,
bei solchen Arbeiten eine verringerte Drehzahl
einzuschalten. Erfindungsgemäß wird dagegen automatisch
bei Einschaltung der Drehmomentbegrenzung auch eine niedrige
Drehzahl eingestellt.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
So kann bei einem Handwerkzeug mit einem in
Phasenanschnittsteuerung betriebenen Universalmotor mit
einer Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung, die
ein an einer Gleichspannung liegendes Potentiometer zur
Sollwerteinstellung der Drehzahl verwendet, vorgesehen
sein, daß beim Einschalten der Drehmomentbegrenzung die
dem Potentiometer zugeführte Spannung verringert wird.
Diese Spannungsverringerung hat die gleiche Wirkung wie
eine Einstellung des Potentiometers auf eine niedrigere
Spannung und damit Drehzahl. Die Spannungsverringerung
kann dabei beispielsweise so gewählt sein, daß sich eine
Verringerung der Drehzahl auf die Hälfte ergibt.
Zweckmäßig kann die Schaltung zur Drehmomentbegrenzung
eine erste Kippstufe enthalten, der eine dem Drehmoment
proportionale Spannung zugeführt ist und die bei Erreichen
eines vorgegebenen Schwellenwertes aus einem ersten in
einen zweiten stabilen Zustand kippt, wobei der Ausgang
der Kippstufe nur im ersten stabilen Zustand eine Gleichspannung
an das Potentiometer liefert. Wenn dann der vorgegebene
Schwellenwert erreicht wird und demgemäß das
maximale Drehmoment, so schaltet die Kippstufe in den
zweiten stabilen Zustand und das Potentiometer zur Sollwerteinstellung
der Drehzahl wird spannungslos. Das hat
die Abschaltung des Motors durch die Steuer- oder Regelschaltung
zur Folge.
Die dem Drehmoment proportionale Spannung kann beispielsweise
durch eine direkte elektrische Messung unter Verwendung
von Drucksensoren erfolgen. Eine Weiterbildung
der Erfindung sieht jedoch vor, daß die dem Drehmoment
proportionale Spannung aus dem Spannungsabfall an einem
Shunt-Widerstand im Motorstromkreis durch Gleichrichten
mittels eines einen Operationsverstärker enthaltenden
Gleichrichters abgeleitet ist. Da ein solcher Gleichrichter
in bekannter Weise auch schon bei sehr kleinen
Spannungen arbeitet, braucht der Shunt-Widerstand nur
einen sehr kleinen Wert zu haben. Eine weitere Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Kippstufe einen ersten Operationsverstärker enthält,
an dessen invertierendem Eingang die dem Drehmoment
proportionale Spannung und an dessen nicht invertierendem
Eingang eine einstellbare, den Drehmoment-Sollwert
darstellende Bezugsspannung liegt. Zwischen dem Ausgang
und dem nicht invertierenden Eingang ist eine Diode so
geschaltet, daß sie beim Übergang der ersten Kippstufe
in den zweiten stabilen Zustand leitet und dann die Kippstufe
in diesem Zustand festhält. Es genügt demgemäß ein
kurzzeitiges Übersteigen des eingestellten Maximaldrehmoments,
um den Motor dauernd auszuschalten.
In Weiterbildung der Erfindung wird empfohlen, daß eine
zweite Kippstufe vorgesehen ist, der die einstellbare,
den Drehmoment-Sollwert darstellende Bezugsspannung zugeführt
ist und die bei Einstellen einer Drehomentbegrenzung
aus einem ersten in einen zweiten stabilen Zustand
kippt, und daß die Ausgangsspannung der zweiten Kippstufe
im ersten stabilen Zustand die erste Kippstufe im ersten
stabilen Zustand festhält und im zweiten stabilen
Zustand eine Verringerung der dem Potentiometer zugeführten
Spannung bewirkt. Damit läßt sich zum einen die
Einstellung einer Drehmomentbegrenzung ohne zusätzlichen
Schalter erreichen, weil die zweite Kippstufe leicht so
eingestellt werden kann, daß sie schon bei einer kleinen,
den Drehmoment-Sollwert darstellenden Bezugsspannung in
den zweiten stabilen Zustand kippt und dann das Ansprechen
der ersten Kippstufe ermöglicht. Zum anderen wird gleichzeitig
beim Schalten der zweiten Kippstufe in den zweiten
stabilen Zustand die Drehzahlreduzierung durch Verringerung
der dem Potentiometer zugeführten Spannung bewirkt.
Für die praktische Verwirklichung sieht eine Weiterbildung
der Erfindung vor, daß die zweite Kippstufe einen
zweiten Operationsverstärker enthält, an dessen invertierendem
Eingang die den Drehmoment-Sollwert darstellende
Spannung und an dessen nicht invertierendem Eingang
eine feste Spannung liegt, die kleiner als die Bezugsspannung
bei dem kleinsten einstellbaren Drehmoment-Sollwert
ist. Ferner wird der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers
über eine im ersten stabilen Zustand
leitende Diode mit dem nicht invertierenden Eigang des
ersten Operationsverstärkers verbunden, und der Ausgang
des ersten Operationsverstärkers ist über einen Widerstand
und der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers
über eine in dessen zweiten stabilen Zustand leitende
Diode und einen Reihenwiderstand mit dem Einspeisepunkt
des Potentiometers verbunden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichnung beschrieben, die das Schaltbild
für eine elektrische Handbohrmaschine zeigt.
In der dargestellten Schaltung ist der Motor der Bohrmaschine
ein Universalmotor 1, 2, also ein Kollektormotor
mit einem Anker 1 und Feldwicklungen 2. Die Stromrichtung
im Anker 1 läßt sich mit Hilfe eines zweipoligen
Umschalters 3 umkehren. Die Speisung des Universalmotors 1, 2
erfolgt vom Netzanschluß über einen im Handgriff angeordneten
Tastschalter 5. Außerdem liegen ein Triac 6
und ein Shunt-Widerstand 7 im Hauptstromkreis. Zur Leitungs-
und damit Drehzahleinstellung ist eine nicht im
einzelnen dargestellte Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung 8 vorgesehen, die
in Form eines integrierten Schaltkreises handelsüblich
ist. Die Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung 8 erzeugt aus der über die Leitung
9 zugeführten Netzspannung eine interne Betriebsgleichspannung
+Vcc, die über die Leitung 10 herausgeführt
ist. Die Phasenlage über dem Triac 6 über die Leitung
zugeführten Zündimpulse und damit die an den Universalmotor
1, 2 angelegte Effektivspannung wird durch eine Gleichspannung
bestimmt, die der Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung 8 über eine
Leitung 12 zugeführt wird.
Die Messung des vom Universalmotor 1, 2 gelieferten Drehmoments
erfolgt durch Messung des zugeführten Effektivstroms, der
über den Shunt-Widerstand 7 fließt. Die dort abfallende
Spannung wird über Leitungen 13, 14 einer Drehmomentbegrenzungsschaltung
15 in einem gestrichelten Kästchen
zugeführt. Innerhalb der Begrenzungsschaltung 15 gelangt
der Spannungsabfall am Shunt-Widerstand 7 über zwei Widerstände
16, 17 an den invertierenden bzw. nicht invertierenden
Eingang eines Operationsverstärkers 18, der zusammen
mit Dioden 19, 20 sowie einem Widerstand 21 und
einem Kondensator 22 in bekannter Weise einen schon bei
sehr kleinen Spannungen arbeitenden Gleichrichter 18 bis 22 bildet.
Die am Ausgang 23 des Gleichrichters 18 bis 22 erzeugte positive
Spannung, die durch den Kondensator 22 geglättet
ist, wird über einen Widerstand 24 dem invertierenden
Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 25 zugeführt,
der zusammen mit einer Diode 26 zwischen seinem
Ausgang 27 und seinem nicht invertierenden Eingang eine
erste Kippstufe 25, 26 bildet. Am nicht invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers 25 liegt außerdem eine einstellbare
positive Spannung, die an einem Potentiometer 28
mit Vorwiderständen 29, 30 abgegriffen und aus der Betriebsgleichspannung
+Vcc abgeleitet wird.
Mit dem Potentiometer 28 wird das maximale Drehmoment
eingestellt, bei dem die Begrenzung stattfinden soll.
Die Einstellung bewirkt das Anlegen einer bestimmten
positiven Bezugsspannung an den nicht invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers 25. Solange die vom
Gleichrichter 18 bis 22 am Ausgang 23 gelieferte Spannung
kleiner als diese Bezugsspannung ist, befindet sich
der Ausgang 27 des Operationsverstärkers 25 auf einer hohen
positiven Spannung, die etwa gleich der Spannung +Vcc
ist. Die Diode 26 sperrt dann und die positive Ausgangsspannung
des Operationsverstärkers 25 wird über einen
Vorwiderstand 32 einem Potentiometer 33 zugeführt, das
auf der anderen Seite über einen weiteren Vorwiderstand
34 an der gemeinsamen Bezugsleitung 14 liegt. Mittels
des Potentiometers 33 kann dann der Steuerschaltung in
der üblichen Weise eine einstellbare Gleichspannung über
die Leitung 12 zugeführt werden, die eine Leistungs- und
Drehzahlregelung des Universalmotors 1, 2 bewirkt.
Übersteigt die vom Gleichrichter 18 bis 22 an seinem Ausgang 23
gelieferte Spannung die Bezugsspannung am nicht invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers 25, so erscheint
an dessen Ausgang 27 eine sehr niedrige Spannung,
die praktisch gleich der Spannung auf der Bezugsleitung
14 ist. Die Diode 26 leitet, so daß der Operationsverstärker
25 in diesem Zustand festgehalten wird.
Da das Potentiometer 33 jetzt nicht mehr an einer positiven
Spannung liegt, schaltet die Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung 8
den Triac 6 und damit den Universalmotor 1, 2 aus. Auf diese Weise
wird bei einem bestimmten, am Potentiometer 28 eingestellten
Drehmoment das Ausschalten erreicht.
Zur Einschaltung der Drehmomentbegrenzung und gleichzeitig
Reduzierung der Drehzahl bei eingeschalteter Drehmomentbegrenzung
ist eine Schaltungsanordnung 40 in einem
gestrichelten Kästchen vorgesehen. Die Schaltungsanordnung
40 weist eine zweite Kippstufe 41, 45 mit einem Operationsverstärker
41 auf. Der nicht invertierende Eingang des
Operationsverstärkers 41 ist mittels eines Spannungsteilers
mit den Widerständen 42, 43 auf einer kleinen positiven
Spannung gegenüber der Bezugsleitung 14 gehalten.
Dem invertierenden Eingang wird über einen Widerstand 44
die am Potentiometer 28 abgegriffene Spannung zugeführt.
Ein Gegenkopplungswiderstand 45 stellt die Verstärkung
des Operationsverstärkers 41 ein.
Der Spannungsteiler mit den Widerständen 42, 43 ist so
ausgelegt, daß die Spannung am nicht invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers 41 etwas größer als die
Spannung am invertierenden Eingang ist, solange sich der
Schleifer des Potentiometers 28 an dem in der Zeichnung
unteren Anschlag befindet. In dieser Stellung des Potentiometers
28 ist die Drehmomentbegrenzung ausgeschaltet,
weil der Ausgang 46 des Operationsverstärkers 41 etwa auf
der Spannung +Vcc ist und über eine dann leitende Diode
47 verhindert, daß die Kippstufe mit dem Operationsverstärker
25 über den Gleichrichter mit dem Operationsverstärker
18 beeinflußt werden kann. Der Ausgang 27 des
Operationsverstärkers 25 bleibt demgemäß auf hoher positiver
Spannung, und auch ein hoher Motorstrom bewirkt
keine Ausschaltung.
Sobald dagegen der Schleifer des Potentiometers 28 aus
seiner Ruhelage herausbewegt wird, übersteigt die Spannung
am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
41 die Spannung am nicht invertierenden Eingang. Dann
geht der Ausgang 46 des Operationsverstärkers 41 auf niedrige
Spannung, die etwa gleich dem Potential der gemeinsamen
Bezugsleitung 14 ist. Dann sperrt zum einen die Diode
47 und die erste Kippstufe 25, 26 mit dem Operationsverstärker 25
kann auf die Ausgangsspannung des Gleichrichters 18 bis 22 mit dem
Operationsverstärker 18 ansprechen. Zum anderen wird dem
Potentiometer 33 mit seinem Vorwiderstand 34 über eine
Diode 48 ein Widerstand 49 parallel geschaltet. Wegen des
gemeinsamen Vorwiderstandes 32 sinkt dann die Speisespannung
für das Potentiometer 33 ab, was einer Verschiebung
des Zündzeitpunktes für den Triac 6 in Richtung auf kleinere
Leistung bzw. kleinere Drehzahl entspricht. Die Bauteilwerte
können dabei zweckmäßig so gewählt sein, daß
sich jeweils eine Reduzierung auf die halbe Drehzahl ergibt.
Claims (7)
1. Elektrisches Handwerkzeug, insbesondere Handbohrmaschine
oder Schrauber, mit einer Schaltung zur
Drehzahleinstellung und mit einer
Drehmomentbegrenzungsschaltung,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehmomentbegrenzungsschaltung (15) ein- und
ausschaltbar ist, und daß bei eingeschalteter
Drehmomentbegrenzungsschaltung (15) automatisch eine von
Null verschiedene verringerte Drehzahl eingestellt wird.
2. Elektrisches Handwerkzeug nach Anspruch 1, mit einem in
Phasenanschnittsteuerung betriebenen Universalmotor (1, 2)
und mit einer Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung
(8), bei der ein an einer Gleichspannung liegendes
Potentiometer (33) zur Sollwerteinstellung der Drehzahl
verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Einschaltung der Drehomentbegrenzungsschaltung
(15) die dem Potentiometer (33) zugeführte Spannung
verringert wird.
3. Elektrisches Handwerkzeug nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehmomentbegrenzungsschaltung (15) eine erste
Kippstufe (25, 26) enthält, der eine dem Drehmoment
proportinale Spannung zugeführt ist und die bei Erreichen
eines vorgegebenen Schwellenwertes aus einem ersten in
einen zweiten stabilen Zustand kippt, und daß der Ausgang
(27) der ersten Kippstufe (25, 26) nur im ersten stabilen Zustand
eine Gleichspannung an das Potentiometer (33) liefert.
4. Elektrisches Handwerkzeug nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die der ersten Kippstufe (25, 26) zugeführte, dem
Drehmoment proportionale Spannung aus dem Spannungsabfall
an einem Shunt-Widerstand (7) im Motorstromkreis durch
Gleichrichten mittels eines einen Operationsverstärker
(18) enthaltenen Gleichrichters (18-22) abgeleitet ist.
5. Elektrisches Handwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Kippstufe (25, 26) einen ersten Operationsverstärker
(25) enthält, an dessen invertierendem Eingang, die dem
Drehmoment proportionale Spannung und dessen nicht
invertierenden Eingang eine einstellbare, den
Drehmoment-Sollwert darstellende Bezugsspannung liegt, und
daß eine Diode (26) zwischen dem Ausgang (27) und dem
nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
(25) mit einer solchen Polung geschaltet ist, daß sie beim
Übergang der ersten Kippstufe (25, 26) den zweiten stabilen Zustand
leitet und die erste Kippstufe (25, 26) in diesem Zustand festhält.
6. Elektrisches Handwerkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine zweite Kippstufe (41, 45) vorgesehen ist, der die
einstellbare, den Drehmoment-Sollwert darstellende
Bezugsspannung zugeführt ist und die bei Einstellen einer
Drehmomentbegrenzung aus einem ersten in einen zweiten
stabilen Zustand kippt, und daß die Ausgangsspannung der
zweiten Kippstufe (41, 45) im ersten stabilen Zustand die
erste Kippstufe (25, 26) im ersten stabilen Zustand festhält
und im zweiten stabilen Zustand eine Verringerung der dem
Potentiometer (33) zugeführten Spannung bewirkt.
7. Elektrisches Handwerkzeug nach Anspruch 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Kippstufe (41, 45) einen
Operationsverstärker (41) enthält, an dessen
invertierendem Eingang die den Drehmoment-Sollwert
darstellende Spannung und an dessen nicht invertierendem
Eingang eine feste Spannung liegt, die kleiner als die
Bezugsspannung bei dem kleinsten einstellbaren Drehmoment-Sollwert
ist, daß der Ausgang (46) des
Operationsverstärkers (41) der zweiten Kippstufe (41, 45) über eine im ersten stabilen
Zustand leitende Diode (47) mit dem nicht invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers (25) der ersten Kippstufe (25, 26) verbunden
ist, und daß der Ausgang (27) des
Operationsverstärkers (25) der ersten Kippstufe (25, 26) über einen Widerstand (32) und
der Ausgang des Operationsverstärkers (41) der zweiten Kippstufe (41, 45) über
eine in dessen zweiten stabilen Zustand leitende Diode
(48) und einen Reihenwiderstand (49) mit dem
Einspeisepunkt des Potentiometers (33) verbunden sind.
Priority Applications (2)
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DE19823222066 DE3222066A1 (de) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | Elektrisches handwerkzeug mit einer schaltung zur drehzahleinstellung und drehmomentbegrenzung |
FR8309599A FR2528639B1 (fr) | 1982-06-11 | 1983-06-09 | Outil electrique portatif comportant un circuit de reglage de vitesse de rotation et de limitation de couple |
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Publications (2)
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- 1983-06-09 FR FR8309599A patent/FR2528639B1/fr not_active Expired
Also Published As
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