DE3501947C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehzahlsteuerschaltung für den Antriebsmotor eines Elektrowerkzeuges, insbesondere eines Winkelschleifers, bei der der Motor in Reihe mit einem steuerbaren Ventil und einem Stromaufnehmer zwischen zwei Versorgungsleitungen liegt, mit einem Drehzahlführungswert- Potentiometer, desen Ausgangsspannung das Ventil steuert, und mit einem Komparator, dessen Eingänge mit dem Stromauf­ nehmer bzw. einem Grenzwertgeber beschaltet sind, wobei der Komparator zusätzlich auf das Ventil sperrend einwirkt, wenn das Signal des Stromaufnehmers den Grenzwert erreicht, wobei die Einwirkung durch eine ein RC-Glied enthaltende Schaltung zeitlich verzögert wieder aufgehoben wird.

Bei einer derartigen aus der DE-OS 32 24 366 bekannten Schaltung wird die die Drehzahl verringernde Einwirkung in einem Sprung aufgehoben, so daß danach die Drehzahl plötz­ lich wieder zunimmt. Durch die DE-Zeitschrift de/der elek­ tromeister + deutsches elektrohandwerk, 19/81, Seite 1354 bis 1356 und 1420 ist außerdem eine Anlaufstrombegrenzung (Soft-Start) eines Motors bekannt, wobei die Schaltung zusätzlich ein externes Stellglied für die Einstellung der Drehzahl aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der eingangs beschriebenen Schaltung eine Schaltung mit äußerst geringem zusätzlichen Aufwand zu schaffen, die nach einer Überlastung die Drehzahl langsam ansteigen läßt, wobei auch beim erstmaligen Einschalten des Netzes die Drehzahl langsam ansteigt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das RC-Glied mit seinem Mittelanschluß an einen Punkt in der Strecke vom Drehzahlführungs-wert-Potentiometer zum Ventil und mit seinen beiden Außenanschlüssen an die beiden Versorgungslei­ tungen angelegt ist und daß der Ausgang des Komparators so an den Kondensator des RC-Glieds angeschlossen ist, daß der Kondensator des RC-Glieds über den Ausgang des Komparators entladbar ist, sobald der Grenzwert erreicht ist und in weiterer Folge die Einwirkung anstiegsverzögert aufgehoben wird, so daß die Drehzahl anstiegsverzögert zunimmt wie auch beim erstmaligen Einschalten.

Es wird hierdurch eine Schaltung geschaffen, bei der das RC-Glied, das bei der eingangs beschriebenen Schaltung zur zeitlichen Verzögerung der Wiedereinschaltung (die selbst sprungartig erfolgt) dient, zusätzlich für den langsamen Drehzahlanstieg nach einer Absenkung der Drehzahl infolge Überlastung und außerdem für die in ihrer Funktion an sich bekannte "Soft-Start"-Einrichtung verwendet wird. Es liegt hier eine Mehrfachausnutzung von Bauelementen vor.

Infolge der anstiegsverzögerten Wiedereinschaltung ergibt sich ein periodisches Pendeln der Drehzahl um einen vorgeb­ baren Punkt, wobei kurzzeitig auch ein Grenzwert überschrit­ ten werden kann, gleichzeitig aber im zeitlichen Mittel die zulässigen Grenzdaten der verwendeten Bauteile bzw. Maschi­ nenelemente nicht überschritten werden.

Durch geeignete Dimensionierung kann das Pendeln zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert derart eingestellt werden, daß der Drehzahlabfall schneller und der Wiederan­ stieg langsamer erfolgt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sich das Erreichen des Grenzwertes markant durch das periodische Pendeln der Drehzahl bemerkbar macht.

Schließlich liegt ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, daß bei einem Elektrowerkzeug handelsübliche integrierte Schaltkreise verwendet werden können, deren sogenannte "Soft-Start"-Einrichtung leicht so modifiziert werden kann, da sich die erfindungsgemäße Wirkung einstellt. Es kann hierzu beispielsweise ein integrierter Schaltkreis verwendet werden, wie er unter der Typenbezeichnung TDA 1185 von der Firma Motorola im Handel ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines allgemei­ nen Aspektes der Erfindung;

Fig. 2 ein Drehzahl-Drehmoment-Diagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung bei einem elektromotorischen Antrieb;

Fig. 3 einen vereinfachten Stromlaufplan zur Erläuterung einer Ausführungsform für ein Elektrowerkzeug.

In Fig. 1 bezeichnen 10 und 11 die Klemmen einer Stromversorgung. Mit 12 ist ein Elektromotor, mit 13 ein steuerbares Ventil und mit 14 ein Stromaufnehmer, beispielsweise ein Meßwiderstand, angedeu­ tet.

Ein Sollwertgeber 15 wirkt auf einen Regler 16 und dieser auf das Ventil 13 ein. Vom Stromaufnehmer 14 führt eine Verbindung zu einem Eingang eines Komparators 18, dessen anderer Eingang ein Grenzwerteingang 17 ist. Der Ausgang des Komparators 18 führt über einen Abschwächer 19, auf dessen besondere Eigenheiten weiter unten noch eingegangen wird, zu einem weiteren Eingang des Reglers 16.

Die Wirkungsweise der Einrichtung gemäß Fig. 1 ist wie folgt:

In Abhängigkeit von dem vom Sollwertgeber 15 auf den Reg­ ler 16 gegebenen Sollwert stellt dieser das Ventil 13 so ein, daß dem Motor 12 eine bestimmt Energie zugeführt wird, so daß der vorgegebene Sollwert erreicht wird. Gleich­ zeitig wird über den Stromaufnehmer 14 und den Komparator 18 überwacht, ob der am Grenzwerteingang 17 anliegende Grenz­ wert erreicht oder gar überschritten wird. Ist dies der Fall, wird der Abschwächer 19 betätigt, der derart auf den Regler 16 einwirkt, daß die Energiezufuhr zum Verbraucher 12 vermindert oder abgeschaltet wird.

Aufgrund der besonderen Eigenheit des Abschwächers 19 wird jedoch der Einfluß des Reglers 16 nicht lediglich zu einer Abschwächung oder Abschaltung der Energiezufuhr herangezo­ gen, es wird vielmehr der Regler 16 derart beeinflußt, daß die Abschwächung anstiegsverzögert wieder aufgehoben wird. Dies bedeutet, daß zwar bei Erreichen des vorgegebenen Grenzwerts zunächst die Energiezufuhr vermindert, dann jedoch, wenngleich mit einer vorgegebenen Anstiegsverzöge­ rung, wieder erhöht wird, so daß sich ein Pendelbetrieb einstellt, weil die Energiezufuhr jeweils bei Erreichen des Grenzwerts wieder vermindert, anschließend jedoch anstiegs­ verzögert wieder erhöht wird.

Wenn der vorgegebene Grenzwert nicht mehr erreicht wird, weil entweder der Sollwert am Sollwertgeber 15 vermindert wurde oder ein anderer Einfluß auf das System sich verändert hat, stellt sich wieder ein kontinuierlicher Betrieb ein.

Diese allgemeine Erläuterung soll nun anhand einer Drehzahlsteuerschaltung näher veranschaulicht werden:

Hierzu ist in Fig. 2 ein Drehzahl-Drehmomentdiagramm eines Elektromotors dargestellt, man erkennt eine übliche Kur­ ve 30, wonach die Drehzahl mit zunehmendem Drehmoment ent­ lang einer Hyperbel abnimmt.

Infolge einer üblichen und allgemein bekannten Regelung ergeben sich die bekannten Abschnitte 31 und 32 der Kennli­ nie bis zu einem Punkt 33. Nimmt nun das Drehmoment weiter zu und die Drehzahl entsprechend ab, wird schließlich im Punkt 34 der Überlastpunkt erreicht. Dies kann beispielswei­ se bei einem Winkelschleifer dann der Fall sein, wenn die mechanische Belastung auf die Scheibe so groß wird, daß ein vorgegebener Grenzwert des Ankerstroms überschritten wird.

In diesem Fall wird bei einer Schaltung gemäß Fig. 1 über den als Meßwiderstand ausgebildeten Stromaufnehmer 14 und den Komparator 18 das Erreichen eines Strom-Grenzwertes erkannt und über den Abschwächer 19 der Regler 16 so beeinflußt, daß ein als Stellglied vorgesehenes steuerbares Ventil 13 in Sperrich­ tung beaufschlagt wird. In Fig. 2 äußert sich dies durch den Kurvenzug zwischen den Punkten 34, 35 und 33, der eine schraffiert eingezeichnete Fläche 36 umschreibt. Im Punkt 35 ist die Anstiegsverzögerung des Abschwächers 19 abgelaufen und das Ventil 13 wird zuneh­ mend wieder geöffnet.

Demzufolge stellt sich ein Pendeln des Stromes und der Drehzahl zwischen den Punkten 33, 34 und 35 ein, was auch vom Benutzer, zum Beispiel eines Winkelschleifers, sofort erkannt wird.

Erst wenn das Drehmoment entsprechend vermindert wurde, stellt sich wieder ein geregelter Betrieb auf den Abschnit­ ten 31 und 32 in Fig. 2 ein.

Ein praktisches Ausführungsbeispiel einer Schaltung, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist in Fig. 3 dargestellt.

Man erkennt einen elektrischen Motor 30, der in Reihe mit einem Triac 41 (steuerbares Ventil) und einem Meßwiderstand 42 (Stromaufnehmer) zwischen zwei Versorgungsleitungen, nämlich einer Plusleitung 43 und einer Minusleitung 44 angeordnet ist. Zwischen diesen Versorgungs­ leitungen 43 und 44 liegt auch ein nachfolgend als Potentio­ meter 45 bezeichnetes Drehzahlführungswert-Potentiometer, das als Drehzahl-Sollwertgeber dient. Der Abgriff des Poten­ tiometers 45 führt zur Basis eines ersten Transistors 46, dessen Emitter mit der Basis eines zweiten Transistors 47 verbunden ist. Vom Emitter des zweiten Transistors 47 führt ein Spannungsteiler 48, 49 zur Plusleitung 43. Der Abgriff des Spannungsteilers 48, 49 ist mit einem Eingang eines ersten Komparators 50 verbunden, dessen weiterer Eingang 51 mit einem sägezahnförmigen Signal 52 beaufschlagt ist.

Ferner ist ein zweiter Kompartor 60 vorgesehen, dessen einer Eingang am Verbindungspunkt von Triac 41 und Meßwider­ stand 42 liegt und dessen anderer Eingang vom Mittelabgriff eines Spannungsteilers 61, 62 gespeist wird, der zwischen den Versorgungsleitungen 43, 44 liegt. Der Ausgang des zweiten Komparators 60 führt über antiparallel geschaltete Dioden 64, 65 zur Basis des zweiten Transistors 47, die weiterhin über einen Widerstand 66 mit der Plusleitung 43 verbunden ist. Die gegenüberliegende Elektrode der antipa­ rallel geschalteten Dioden 64, 65 und damit auch der Ausgang des zweiten Komparators 60 sind über einen Kondensator 63 mit der Minusleitung 44 verbunden.

Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 3 ist wie folgt:

Abgesehen von den Elementen 60 bis 66 handelt es sich um eine übliche Schaltung zum Regeln der Drehzahl des Mo­ tors 40, weil über das Potentiometer 45 und die Transisto­ ren 46, 47 an den einen Eingang des ersten Komparators 50 eine feste Bezugsspannung gelegt wird, die ständig mit dem sägezahnförmigen Signal 52 verglichen wird. Je nach Größe dieser Bezugsspannung schaltet der Komparator 50 bei einer früheren oder späteren Phasenlage des sägezahnförmigen Sig­ nals 52 für ein kürzeres oder längeres Phasenintervall durch und zündet den Triac 41.

Die Elemente 63 bis 66 sind an sich ebenfalls bekannt und werden als "Soft-Start"-Einrichtung bezeichnet. Sie dienen dazu, sicherzustellen, daß nach Einschalten des Netzes der Motor 40 nicht sofort mit einer endlichen Phase angesteuert wird, sondern vielmehr langsam hochläuft. Hierzu ist die Reihenschaltung des Kondensators 63 mit der Diode 64 und dem Widerstand 66 vorgesehen, weil bei abgeschaltetem Netz der Kondensator 63 zunächst entladen ist und damit den Emitter des ersten Transistors 46 auf niedrigem Potential festklemmt. Erst nach Ablauf eines durch die Zeitkonstante der Elemente 63/66 festgelegten Anstiegsintervalls arbeitet die Schaltung "normal" und die Spannung des Potentiometers 45 wird in der oben beschriebenen Weise dem ersten Kompara­ tor 54 zugeleitet.

Im Falle eines Abschaltens des Netzes sorgt die Diode 65 für eine schlagartige Entladung des Kondensators 63, so daß nach erneutem Einschalten des Netzes in jedem Fall der Motor 40 wieder langsam hochläuft.

Die Erfindung macht sich nun diese Elemente 63 bis 66 da­ durch zunutze, daß die "Soft-Start"-Einrichtung auch zur Regelung im Falle des Erreichens eines Grenzwertes benutzt wird.

Wird nämlich am Meßwiderstand 42 erkannt, daß der Ankerstrom den durch den Spannungsteiler 61, 62 vorgegebenen Grenzwert erreicht hat, schaltet der zweite Komparator 60 durch und entlädt den Kondensator 63. Hierdurch wird die Drehzahl des Motors 40 schlagartig zurückgenommen, steigt dann jedoch, verzögert um die Zeitkonstante der Elemente 63/66 wieder langsam an. Dies ergibt das periodische Pendeln um die in Fig. 2 mit 36 bezeichnete Fläche.

Claims (1)

1. Drehzahlsteuerschaltung für den Antriebsmotor eines Elektro­ werkzeuges, insbesndere eines Winkelschleifers, bei der der Motor (40) in Reihe mit einem steuerbaren Ventil (41) und einem Stromaufnehmer zwischen zwei Versorgungsleitungen (43, 44) liegt, mit einem Drehzahlführungswert-Potentiometer (45), dessen Ausgangsspannung das Ventil (41) steuert, und mit einem Komparator (60), dessen Eingänge mit dem Stromaufnehmer bzw. einem Grenzwertgeber beschaltet sind, wobei der Komparator (60) zusätzlich auf das Ventil sperrend einwirkt, wenn das Signal des Stromaufnehmers den Grenzwert erreicht, wobei die Einwirkung durch eine ein RC-Glied enthaltende Schaltung zeitlich verzögert wieder aufgehoben wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das RC-Glied (63, 66) mit seinem Mittel­ anschluß an einen Punkt in der Strecke vom Drehzahlführungs­ wert-Potentiometer (45) zum Ventil (41) und mit seinen beiden Außenanschlüssen an die beiden Versorgungsleitungen angelegt ist und daß der Ausgang des Komparators (60) so an den Kon­ densator (63) des RC-Gliedes angeschlossen ist, daß der Kondensator (63) des RC-Gliedes über den Ausgang des Kompara­ tors (60) entladbar ist, sobald der Grenzwert erreicht ist und in weiterer Folge die Einwirkung anstiegsverzögert aufgehoben wird, so daß die Drehzahl anstiegsverzögert zunimmt, wie auch bei erstmaligen Einschalten.