DE3621141A1

DE3621141A1 - Anlaufsperre fuer elektrische geraete nach ausfall der netzspannung

Info

Publication number: DE3621141A1
Application number: DE19863621141
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl Ing Spaeth
Original assignee: Metabowerke GmbH and Co
Current assignee: Metabowerke GmbH and Co
Priority date: 1986-06-24
Filing date: 1986-06-24
Publication date: 1988-01-07
Also published as: DE3621141C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlaufsperre für elektrische Geräte nach Ausfall der Netzspannung, mit einem Netzschal ter, der die Netzspannung an eine Reihenschaltung des An triebsmotors des Geräts mit einem steuerbaren Halbleiter schalter legt, bei der der Halbleiterschalter von einer Steuerschaltung angesteuert wird und die Freigabe der Steuer schaltung über einen Eingang erfolgt, an dem das Ausgangs signal eines Überwachungsschaltkreises anliegt, der ein bistabiles Element aufweist.

Bei einer bekannten Anlaufsperre nach der DE-OS 30 36 133 ist als bistabiles Element ein Relais vorgesehen, das bei anliegender Netzspannung eine Selbsthaltung eines Kontakts bewirkt, der die Stromzufuhr bei Ausfall der Netzschaltung und geschlossenem Netzschalter unterbricht. Bei einer bekann ten Anlaufsperre nach der DE-OS 31 46 495 wird das Potential vor und hinter dem Netzschalter in einem Vergleicher ver glichen, der bei Schließen des Netzschalters nur dann eine Ansteuerung des Antriebsmotors bewirkt, wenn die Netzspan nung schon eine gewisse Zeit vorhanden war.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schalter der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine zuverlässige Anlaufsperre auch bei nur kurzzeitiger Stromunterbrechung gewährleistet ist und daß die Schaltung besonders einfach aufgebaut werden kann unter Einbeziehung bereits vorhandener Schalter oder Schalt-Potentiometer. Derartige weitere Schaltelemente, z.B. ein zeitlich verzögerter Schalter oder ein zur Drehzahl-Vorwahl dienendes Schalter-Potentiometer, sind an vielen Geräten, insbesondere handgeführten Elektro werkzeugen, vorhanden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das bistabile Element durch einen Schmitt-Trigger gebildet wird, dessen Ausgangssignal in bekannter Weise einen ersten Wert annimmt, wenn das Eingangssignal einen Einschaltschwellwert überschreitet und einen zweiten Wert annimmt, wenn das Ein gangssignal einen Ausschaltschwellwert der kleiner ist als der Einschaltschwellwert, unterschreitet und dessen Ausgangs signal zur Freigabe der Steuerschaltung an deren Eingang gelangt, daß ferner die Eingangsspannung des Schmitt-Triggers bei Schließen des Netzschalters und anliegender Netzspannung zwischen Einschaltschwellwert und Ausschaltschwellwert liegt, und daß ferner der Netzschalter mit einem Schalter-Potentio meter gekoppelt ist, das sich bei geöffnetem Netzschalter in einer ersten Endstellung befindet, und dessen Betätigung in Richtung auf die zweite Endstellung den Netzschalter schließt und das mit dem Schmitt-Trigger derart gekoppelt ist, daß seine Betätigung bei anliegender Netzspannung be wirkt, daß die Eingangsspannung des Schmitt-Triggers den Einschaltschwellwert überschreitet.

Eine alternative Lösung sieht vor, daß das bistabile Element durch einen Schmitt-Trigger gebildet wird, dessen Ausgangs signal in bekannter Weise einen ersten Wert annimmt, wenn das Eingangssignal einen Einschaltschwellwert überschreitet, und einen zweiten Wert annimmt, wenn das Eingangssignal einen Ausschaltschwellwert der kleiner ist als der Einschalt schwellwert, unterschreitet, und dessen Ausgangssignal zur Freigabe der Steuerschaltung an deren Eingang gelangt, daß ferner die Eingangsspannung des Schmitt-Triggers bei Schlie ßen des Netzschalters und anliegender Netzspannung zwischen Einschaltschwellwert und Ausschaltschwellwert liegt, und daß mit dem Netzschalter ein weiterer Schaltkontakt gekoppelt ist, der bei Betätigen des Netzschalters verzögert einsetzt und eine Impulsschaltung anstößt, die mit dem Schmitt-Trigger über eine Kapazität gekoppelt ist und bewirkt, daß der Trigger in einen die Freigabe der Steuerschaltung bewirkenden Zustand überführt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Wesentlich ist, daß die Betätigung des elektrischen Gerätes selbst nicht nur durch Überwachung des Zustandes des Netz schalters, sondern durch einen weiteren Vorgang, also eine weitere Zustandsveränderung, in Gang gesetzt wird. Diese besteht entweder in der Betätigung eines Schalter-Potentio meters oder im Schließen eines mit dem Netzschalter gekop pelten weiteren Schaltkontakts. Beiden Vorgängen ist gemein sam, daß sie bei geschlossenen Schaltern in arretierter Stellung des Netzschalters bei Netzausfall und Wiederanliegen des Netzes nicht gegeben sind und somit die Anlaufsperre bewirken.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihre vorteilhaften Weiterbildungen werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel;

Fig. 1a eine Prinzip-Kennlinie eines Schmitt-Triggers;

Fig. 2 eine Modifikation des Ausführungsbei spiels nach Fig. 1;

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel.

Die Schaltung nach Fig. 1 liegt mit den Klemmen 10 und 11 an der Netzspannung, z.B. 220 V. Die Netzspannung liegt bei ge schlossenen Kontakten des Netzschalters S ₁, S ₁ an der Reihenschaltung des Antriebsmotors M mit einem Triac Tr. Das Triac Tr wird von einer Steuerschaltung 12 über dessen Aus gang 6 angesteuert. Über die Eingänge 1 und 5 liegt die Netzspannung an der Steuerschaltung an und bildet die Ver sorgungsspannung. Die Steuerschaltung 12 wird über einen Eingang 3 bei Vorhandensein eines bestimmten Signals u _A freigegeben. Das Freigabesignal ist das Signal am Ausgang einer Überwachungsschaltung 20, die ihre Versorgungsspannung über die Klemmen 2, 4 von der Steuerschaltung 12 erhält, die z.B.-9V ist. Ist die Spannung u _A am Ausgang des Über wachungsschaltkreises 20 hoch, von Minus her also nahe an Potential Null (Klemme 2), so wird T ₃ leitend. Damit wird die Steuerschaltung 12 gesperrt; es werden keine Triggerimpulse von der Steuerschaltung 12 an das Triac Tr abgegeben. Der Antriebsmotor M kann nicht anlaufen. Wird u _A klein, d. h., nähert es sich in Minus-Richtung dem Wert -9 V, dann sperrt T₃. Damit wird die Steuerschaltung 12 freigegeben und der Triac Tr getriggert. Der Antriebsmotor M kann anlaufen.

Die Überwachungsschaltung 20 wird durch einen sog. Schmitt- Trigger gebildet, dessen bekannte grundsätzliche Wirkungsweise in Fig. 1a dargestellt ist. Überschreitet die Eingangsspannung u _E den Einschaltschwellwert U _Eein, dann nimmt u _A den Wert U _A0 an. Eine Rückkehr der Ausgangsspannung auf Null erfolgt bei Unterschreiten eines Ausschaltschwellwertes U _Eaus, wobei U _Eaus kleiner als U _Eein ist.

Der Schmitt-Trigger (hier in invertierender Ausführung) ist aufgebaut aus den Transistoren T₁ und T₂. Der Emitter der beiden Transistoren liegt über R₄ in der Versorgungsleitung mit Nullpotential (Anschluß 2 der Steuerschaltung 12). Die Kollektoren sind über R₃ und R₅ mit -9 V verbunden (Anschluß 4 von der Steuerschaltung 12). Die Spannung an der Basis des Transistors T₁ wird über R₁, R₂, R₅ eingestellt. Die Spannung an der Basis des Transistors T₂ wird über R₆ und R₇ eingestellt. P ist ein Schalter-Potentiometer mit einem Abgriff, der zwischen der Position a (niederohmig) und b (hochohmig) variiert werden kann, wobei das Schalter- Potentiometer P mit dem Schalter S₁, S₂ derart gekoppelt ist, daß sich in der Stellung, in der S₁, S₂ offen ist, das Schalter-Potentiometer P in der Position a befindet, während es durch einfache Druckbetätigung an dem Gerät bei geschlossenem Schalter S₁, S₂ von a nach b bewegt werden kann. Bei offenem Schalter S₁, S₂ befindet sich das Schalter-Potentiometer P in a. Wird es von a nach b bewegt, so ist S₁, S₂ immer geschlossen. Wird der Schalter arretiert, so befindet sich P in Stellung b.

Der Schmitt-Trigger T₁, T₂ ist nun so eingestellt, daß bei vorhandener Versorgungsspannung an Anschluß 2 und Anschluß 4 und bei Stellung b des Schalter-Potentiometers P (das bedeutet Schalter arretiert) T₁ leitend ist. Das ist der voreingestellte bevorzugte Schaltzustand des Schmitt-Triggers. Damit entsteht an R₃ ein Spannungsabfall U _A. Der Transistor T₃ wird leitend. Die Steuerschaltung 12 wird gesperrt. Es gelangen keine Triggerimpulse an den Triac Tr. Der Antriebsmotor M läuft nicht an.

Bei geschlossenem Schalter S₁, S₂ kann nun der Antriebsmotor M in Gang gesetzt werden, indem das Schalter-Potentiometer P von a nach b bewegt wird. Befindet sich der Abgriff des Schalter- Potentiometers zwischen a und b oder auf a, so wird der Spannungsleiter R₆, R₇ so beeinflußt, daß die Eingangsspannung des Schmitt-Triggers u _E größer wird als U _Eein. Damit wird T₂ leitend; T₁ sperrt. Damit sinkt der Spannungsabfall an R₃ ab. T₃ sperrt. Damit wird die Steuerschaltung 12 freigegeben. Das Triac Tr kann getriggert werden. Der Antriebsmotor M läuft an.

Dieser Vorgang ist durch die Folge gekennzeichnet:

- Netzspannung liegt an
- Schalter S wird geschlossen
- Schalter-Potentiometer wird von a nach b bewegt.

Auslösender Vorgang für das Einschalten des Motors ist also (bei anliegender Netzspannung und eingeschaltetem Schalter S) die Bewegung des Schalter-Potentiometers P von a nach b. Ein plötzlicher Netzspannungsunterbruch führt zu einem Zu sammenbruch der Spannungsversorgung an den Anschlüssen 2 und 4. Die Spannung an R ₇ wird jedoch noch eine gewisse Zeitlang aufrechterhalten, da sich der Kondensator C ₂ über den Widerstand R ₇ mit der Zeitkonstante R ₇, C ₂ entlädt. Das RC-Glied R 6/C ₁ ist dabei über die Diode D abgekoppelt. Somit wird die Basis-Emitter- Spannung von T ₂ kleiner und T ₂ sperrt, T ₁ und T ₃ werden leitend. Sperrsignal liegt an Steuerschaltung 12 an und Antriebsmtor M schaltet sicher ab.

Die Anlaufsperre soll sicherstellen, daß der Antriebsmotor nicht anläuft, wenn bei eingeschaltetem Motor die Netzspannung wegfällt und dann wieder ansteigt. Das heißt, daß S ₁, S ₂ geschlossen ist und sich das Schalter-Potentiometer P in Stellung b befindet (Schalter arretiert). Steigt das Netz an, so steigt auch die Versorgungsspannung an den Anschlüssen 2 und 4 wieder an. Im Augenblick des Wiederanstiegs des Netzes wird infolge der Dynamik dieses Vorgangs das Potential an der Basis des Transistors T ₂ durch den Spannungsteiler C ₁ und C ₂ bestimmt. Dieses Potential ist so bestimmt, daß T ₂ sperrt, T ₁ leitet, somit an R ₃ ein Spannungsabfall auftritt. Damit leitet T ₃ (Sperrsignal) und der Antriebsmotor M kann nicht über Steuer schaltung 12 getriggert werden.

Ein besonderer Vorteil der Schaltung nach Fig. 1 unter Ver wendung eines Schalter-Potentiometers P liegt darin, daß ein Potentiometer miteingesetzt werden kann, das in einem hand geführten Elektrowerkzeug (z.B. Bohrmaschinen) sowieso für die Drehzahlvorwahl bereits vorhanden ist. Praktisch wird dabei P mitverwendet, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht. Das zur Drehzahlvorwahl dienende Potentiometer P ist über einen Impedenzwandler I an die Basis des Transistors T ₂ geführt. Ansonsten ist die Schaltung gleich wie nach Fig. 1.

Ein zweites Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3. Die Über wachungsschaltung 20 ist dabei gleich aufgebaut wie in Fig. 1 und Fig. 2. Der Unterschied gegenüber der Schaltung nach Fig. 1 besteht darin, daß mit dem Netzschalter S ₁, S ₂ ein weiterer Schaltkontakt S ₃ verbunden ist, der jedoch, wie grafisch angedeutet, bei Betätigung erst mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung schließt.

Wird bei anliegender Netzspannung der Netzschalter S ₁, S ₂ geschlossen, so schließen zuerst S ₁ und S ₂. Die Spannungs versorgung der Überwachungsschaltung 20 wird aufgebaut. In Folge der Voreinstellung des durch T ₁ und T ₂ gebildeten Schmitt-Triggers wird zunächst T ₁ leitend. Ebenso wird dann T ₃ leitend und sperrt über die Steuerschaltung 12 das Trig gern des Triacs Tr. Jetzt erst schließt mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung S ₃. Damit wird die Impulsschaltung angestoßen, die in bekannter Weise aus R ₁₀, C ₅, D ₃ aufgebaut und mit der Überwachungsschaltung 20 über die Kapazität C ₄ gekoppelt ist. Ein Impuls an C ₄ macht T ₂ leitend. T ₁ sperrt. T ₃ sperrt. Die Steuerschaltung 12 ist freigegeben. Das Triac Tr wird getriggert. Der Antriebsmotor M läuft an. Dies kann jedoch frühestens erfolgen, wenn C ₃ über R ₉ aufgeladen ist und auch der Transistor T ₄ sperrt. Solange T ₄ leitend ist, kann der Impuls der Impulsschaltung an der Basis des Transi stors T ₂ nicht wirksam werden. Daher funktioniert der soeben beschriebene Vorgang nur dann, wenn tatsächlich S ₁ und S ₂ und kurz danach S ₃ betätigt werden. Dies ist der normale Einschaltvorgang bei anliegendem Netz.

Findet eine Unterbrechung der Netzspannung statt und steigt sie danach wieder an, so kann der Impuls, den die Impuls schaltung R ₁₀, C ₅, D ₃ über C ₄ an die Überwachungsschaltung 20 abgibt, nicht wirksam werden, da in dem Zeitpunkt der Transistor T ₄ noch leitend ist. Es findet also keine Um schaltung statt. Es verbleibt dabei, daß T ₁ leitet, T ₃ leitet und damit die Steuerschaltung 12 gesperrt ist.

Bei einem kurzzeitigen Spannungsunterbruch funktioniert die Schaltung nach Fig. 1.

Ein Anlauf des Antriebsmotors erfolgt also nur, wenn nacheinander folgende Abläufe stattfinden:

- bei anliegender Netzspannung werden S ₁ und S ₂ geschaltet, und
- mit gewisser zeitlicher Verzögerung wird S ₃ geschaltet.

Nach Unterbrechung der Stromversorgung ist das nicht gegeben. Vielmehr liegt sofort an S ₁, S ₂ und S ₃ gleichzeitig Spannung an. Der Motor bleibt gesperrt.

Besonders vorteilhaft ist diese Ausführungsform dann, wenn ein Schalter S ₃ beim Gerät schon zur Verfügung steht, also für die Anlaufsperre mit ausgenützt werden kann.

Claims

1. Anlaufsperre für elektrische Geräte nach Ausfall der Netzspannung, mit einem Netzschalter (S ₁, S ₂), der die Netzspannung an eine Reihenschaltung des Antriebsmotors (M) des Geräts mit einem steuerbaren Halbleiterschalter (Tr) legt, bei der der Halbleiterschalter von einer Steuerschaltung (12) angesteuert wird und die Freigabe der Steuerschaltung über einen Eingang (3) erfolgt, an dem das Ausgangssignal (u _A) eines Überwachungsschalt kreises (20) anliegt, der ein bistabiles Element (T ₁, T ₂) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das bistabile Element durch einen Schmitt-Trigger (T₁, T₂, R₁, R₂, R₃, R₄, R₅) gebildet wird, dessen Ausgangssignal (u _A) in bekannter Weise einen ersten Wert annimmt, wenn das Eingangssignal (u₂) einen Einschaltschwellwert (U _Eein) überschreitet und einen zweiten Wert annimmt, wenn das Eingangssignal (u₂) einen Ausschaltschwellwert (U _Eaus), der kleiner ist als der Einschaltschwellwert, unterschreitet und dessen Ausgangssignal zur Freigabe der Steuerschaltung (12) an deren Eingang (3) gelangt, daß ferner die Eingangsspannung (u₂) des Schmitt-Triggers bei Schließen des Netzschalters (S₁, S₂) und anliegender Netzspannung zwischen Einschaltschwellwert (U _Eein) und Ausschaltschwellwert (U _Eaus) liegt, und das ferner der Netzschalter (S₁, S₂) mit einem Schalter-Potentiometer (P) gekoppelt ist, das sich bei geöffnetem Netzschalter in einer ersten Endstellung (a) befindet, und dessen Betätigung in Richtung auf die zweite Endstellung (b) den Netzschalter S₁, S₂) schließt und das mit dem Schmitt- Trigger derart gekoppelt ist, daß seine Betätigung bei anliegender Netzspannung bewirkt, daß die Eingangsspannung des Schmitt-Triggers den Einschaltschwellwert überschreitet.

2. Anlaufsperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmitt-Trigger in bekannter Weise durch zwei miteinander gekoppelte und an einer Versorgungsspannung (2, 4) anliegende Transistoren (T ₁, T ₂) gebildet wird und daß die Spannung an der Basis des Transistors (T ₂), der im bevorzugten Zustand des Schmitt-Triggers gesperrt ist, bei anliegender Netzspannung durch einen durch Widerstände (R ₆, R ₇) gebildeten Spannungsteiler und bei Wiederanstieg der Netzspannung nach Spannungsunterbre chung durch einen durch Kapazitäten (C ₁, C ₂) gebildeten Spannungsteiler bestimmt wird und die durch den kapazi tiven Spannungsteiler erreichte Spannungsteilung eine Sperrung des genannten Transistors (T ₂) bewirkt.

3. Anlaufsperre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß mit dem Abgriff des Schalter-Potentio meters (P) die Basis desjenigen Transistors (T ₂) des Schmitt-Triggers gekoppelt ist, der sich bei gesperrter Steuerschaltung (12) in gesperrtem Zustand befindet.

4. Anlaufsperre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Widerständen (R ₆, R ₇) des Wider stands-Spannungsteilers eine Diode (D) geschaltet ist derart, daß bei Wegfall der Versorgungsspannung (2, 4) die dem einen Widerstand (R ₇) parallelliegende Kapazität (C ₂) sich über diesen ohne Beeinflussung durch die andere Kapazität (C 1) entlädt und den Transistor (T ₂) in gesperrten Zustand bringt, der die Sperrung der Steuer schaltung (12) bewirkt.

5. Anlaufsperre für elektrische Geräte nach Ausfall der Netzspannung, mit einem Netzschalter (S ₁, S ₂), der die Netzspannung an eine Reihenschaltung des Antriebsmotors (M) des Geräts mit einem steuerbaren Halbleiterschalter (Tr) legt, bei der der Halbleiterschalter von einer Steuerschaltung (12) angesteuert wird und die Freigabe der Steuerschaltung über einen Eingang (3) (12) erfolgt, an dem das Ausgangssignal (u _A) eines Überwachungsschalt kreises (20) anliegt, der ein bistabiles Element (T ₁, T ₂) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das bistabile Element durch einen Schmitt-Trigger (T ₁, T ₂, R ₁, R ₂, R ₃, R ₄, R ₅) gebildet wird, dessen Ausgangssignal (u _A) in bekannter Weise einen ersten Wert annimmt, wenn das Ein gangssignal (u ₂) einen Einschaltschwellwert (U _Eein) überschreitet, und einen zweiten Wert annimmt, wenn das Eingangssignal einen Ausschaltschwellwert (U _Eaus), der kleiner ist als der Einschaltschwellwert, unterschreitet, und dessen Ausgangssignal (u _A) zur Freigabe der Steuer schaltung (12) an deren Eingang (3) gelangt, daß ferner die Eingangsspannung (u ₂) des Schmitt-Triggers bei Schließen des Netzschalters (S ₁, S ₂) und anliegender Netzspannung zwischen Einschaltschwellwert (U _Eein) und Ausschaltschwellwert (U _Eaus) liegt, und daß mit dem Netzschalter (S ₁, S ₂) ein weiterer Schaltkontakt (S ₃) gekoppelt ist, der bei Betätigen des Netzschalters (S ₁, S ₂) verzögert einsetzt und eine Impulsschaltung (R ₁₀, C ₅, D ₃) anstößt, die mit dem Schmitt-Trigger über eine Kapazität (C ₄) gekoppelt ist und bewirkt, daß der Trig ger in einen die Freigabe der Steuerschaltung (12) be wirkenden Zustand überführt wird.

6. Anlaufsperre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Dauer der Verzögerung des Einsatzes des weiteren Schaltkontakts (S ₃) im Vergleich zum Einsatz des Netzschalters (S ₁, S ₂) die Impulsschaltung (R ₁₀, C ₅ D ₃) durch einen weiteren Transistor (T ₄) kurzgeschlossen wird und daß dieser Zustand nach Ablauf einer durch die Zeitkonstante eines RC-Gliedes (R ₉, C ₃) bestimmten Zeit nach Anliegen der Versorgungsspannung (2, 3) beendet ist, derart, daß nur die Betätigung des Netzschalters (S ₁, S ₂) und des Schaltkontaktes (S ₃) bei anliegender Netzspannung eine Freigabe der Steuerschaltung (12) bewirkt.

7. Anlaufsperre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmitt-Trigger in bekannter Weise durch zwei miteinander gekoppelte und an einer Versorgungsspannung (2, 3) anliegende Transistoren (T ₁, T ₂) gebildet wird und daß die Spannung an der Basis des Transistors (T ₂), der im bevorzugten Zustand des Schmitt-Triggers gesperrt ist, bei anliegender Netzspannung durch einen durch Widerstände (R ₆, R ₇) gebildeten Spannungsteiler und bei Wiederanstieg der Netzspannung nach Spannungsunterbre chung durch einen durch Kapazitäten (C ₁, C ₂) gebildeten Spannungsteiler bestimmt wird und die durch den kapazi tiven Spannungsteiler erreichte Spannungsteilung eine Sperrung des genannten Transistors (T ₂) bewirkt.

8. Anlaufsperre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Widerständen (R ₆, R ₇) des Wider stands-Spannungsteilers eine Diode (D) geschaltet ist derart, daß bei Wegfall der Versorgungsspannung (2, 4) die dem einen Widerstand (R ₇) parallelliegende Kapazität (C ₂) sich über diesen ohne Beeinflussung durch die andere Kapazität (C 1) entlädt und den Transistor (T ₂) in gesperrten Zustand bringt, der die Sperrung der Steuer schaltung (12) bewirkt.