DE4021559C1 - Hand-held electrical power tool with triac controlling motor - has current detecting circuit releasing reset pulse for counter during each half wave of mains voltage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Werkzeug mit Motorantrieb und einem Triac, der den Motor steuert.

Bei bestimmten elektrischen Werkzeugen wie z. B. Winkel­ schleifern ist darauf zu achten, daß die Werkzeuge in einem bestimmten Drehzahlbereich arbeiten und dieser Drehzahlbereich nicht überschritten wird, da z. B. bei einem Winkelschleifer bei zu hoher Drehzahl die Gefahr besteht, daß die Teile der Schleifscheibe sich lösen, weggeschleudert werden und den Benutzer oder Umstehende gefährden. Da Winkelschleifer infolge der Reibung zwi­ schen der Schleifscheibe und dem zu bearbeitenden Ge­ genstand mechanisch meist stark belastet werden, müssen sie mit einer hohen elektrischen Leistung betreibbar sein. Das Betreiben eines Motors mit hoher elektrischer Leistung birgt jedoch bei Ausfall des Triacs infolge eines Kurzschlusses die Gefahr, daß der Motor zu Dreh­ zahlen hochläuft, die weit über dem zulässigen Dreh­ zahlbereich liegen. Diese Gefahr besteht vor allem bei Universalmotoren, die auch als Reihenschlußmotoren be­ zeichnet werden.

Aus der US 43 90 823 ist eine Steuerschaltung zur Dreh­ zahlsteuerung eines Gleichstrommotores bekannt, die auch eine Begrenzung der maximalen Drehzahl durchführt. Der Gleichstrommotor liegt zusammen mit einem Thyristor an einer Wechselstromquelle. Zur Begrenzung der Dreh­ zahl wird bei dieser bekannten Schaltung die in der An­ kerwicklung des Motors während der sperrenden Phase des Thyristors induzierte Spannung (EMK) herangezogen, da diese Spannung proportional zur Drehzahl ist. Erreicht diese Spannung einen bestimmten Wert, wird der Thyri­ stor nicht mehr gezündet, so daß infolgedessen die Drehzahl wieder abnimmt. Diese bekannte Steuerschaltung erfaßt jedoch keinen Kurzschluß am Thyristor, wodurch ein unkontrolliertes Hochlaufen des Motors nicht ver­ hindert wird.

Weiterhin ist aus der gattungsbildenden EP 1 65 864 A1 eine Schutzschal­ tung für einen Universalmotor bekannt, der von einem Triac gesteuert wird. Wird ein Kurzschluß des Triacs detektiert, wird ein Hilfstriac, der den Motor und den Triac kurzschließt, durchgesteuert, so daß eine Schmelzsicherung, die in Reihe zum Motor liegt, an­ spricht. Ein Kurzschluß wird über die Erfassung der Drehzahl mittels eines Tachogenerators detektiert, der für diese bekannte Schutzschaltung einen wesentlichen Nachteil darstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, wie bei einem elektrischen Werkzeug mit Mo­ torantrieb eine zu hohe Drehzahl bzw. ein Durchgehen des Motors infolge Triac-Kurzschluß verhindert werden kann und die o. g. Nachteile der bekannten Schaltungen vermeidet. Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen Werkzeug mit Motorantrieb erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Ansprüche 2 bis 10 gegeben.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungs­ beispiel erläutert.

Die Drehzahlregelung eines Universalmotors 1 erfolgt durch Variation des Ansteuerwinkels für den Triac 2 mit Hilfe einer Phasenanschnittsteuerung 3 (α-Steuerung). Bei einer solchen Ansteuerung befindet sich zu Beginn einer jeden Halbwelle der treibenden Netzspannung der als Leistungsschalter eingesetzte Triac bis zum ge­ wünschten Steuerwinkel α im gesperrten Zustand. Das wiederum bedeutet, daß an der zweiten Elektrode H2 (4) des Triacs 2 Netzspannungspotential anliegt. Erst mit Ansteuerung des Triacs 2 durch die α-Steuerung 3 wird das Potential an der zweiten Elektrode H2 (4) des Triacs auf den Sättigungswert des Triacs 2 reduziert, der im allgemeinen 1,5 V beträgt. Nach der Erfindung wird die Funktionsfähigkeit des den Motor 1 ansteuern­ den Triacs 2 überprüft und bei Nichtfunktionsfähigkeit des Triacs 2 wird der Laststromkreis des Triacs 2 unterbrochen. In diesem Fall kann der Motor 1 nicht mehr weiterlaufen, und es ist gewährleistet, daß kein Schaden durch eine zu hohe Drehzahl des Motors entste­ hen kann.

Die Funktionsfähigkeit des Triacs 2 wird nach der Er­ findung auf folgende Weise überprüft. Bei einem funkti­ onsfähigen Triac liegt an der zweiten Elektrode H2 (4) des Triacs 2 pro Netzhalbwelle mindestens 1 mal ein Po­ tential, welches größer als ein bestimmter Potential­ wert ist. Ein solcher Potentialwert an der zweiten Elektrode H2 (4) des Triacs 2 beträgt beispielsweise 10 V. Ein nichtfunktionsfähiger Triac 2, der infolge einer thermischen Überlastung durchlegiert ist, weist dagegen praktisch keinen Spannungsabfall mehr zwischen der er­ sten Elektrode H1 (5) und seiner zweiten Elektrode H2 (4) (und damit kein Potential an der zweiten Elektrode H2) auf, da zwischen diesen beiden Elektroden im durch­ legierten Zustand ein Kurzschluß besteht. Die Überwa­ chung der Funktionsfähigkeit des Triacs 2 erfolgt nach der Erfindung mittels einer Stromerfassungsschaltung 7, die über einen Sensorwiderstand 6 mit der zweiten Elek­ trode H2 (4) des Triacs verbunden ist. Über den Sensor­ widerstand 6 fließt Strom in die Stromerfassungsschal­ tung 7, sobald sich - bei intaktem Triac - Netzspannung zu Beginn jeder Halbwelle an der zweiten Elektrode H2 des Triacs 2 aufzubauen beginnt. Bei Überschreiten ei­ nes bestimmten Stromwertes (z. B. 50 µA) löst die Strom­ erfassungsschaltung 7 ein Reset-Signal für den nachge­ schalteten Zähler 8 aus. Durch das Reset-Signal wird der Zähler 8 (bei intaktem Triac) während jeder Halb­ welle sofort wieder auf Null zurückgesetzt, so daß ein Taktsignal, welches der Zähler 8 bei jedem Nulldurch­ gang der Netzspannung über eine Synchronisierschaltung 9 erhält, den Zähler 8 nicht vollzählen kann. Der Zäh­ ler 8 ist beispielsweise als 2⁵-Binärzähler aufgebaut.

Fließt dagegen infolge eines schadhaften Triacs 2 kein Strom mehr über den Sensorwiderstand 6, erhält der Zäh­ ler 8 auch kein Reset-Signal mehr von der Stromerfas­ sungsschaltung 7. Das bedeutet, daß der Zähler 8 alle 10 Millisekunden aus der Synchronisierschaltung 9 um 1 Takt hochgezählt wird. Sobald der Zähler 8 seinen End­ zustand (32) erreicht hat, wird über die Verstärker­ stufe 10 ein Hilfstriac 11 durchgesteuert. Ein Durch­ steuern des Hilfstriacs 11 hat zur Folge, daß der Last­ stromkreis durch den Motor 1 unterbrochen wird. Ein Un­ terbrechen des Laststromkreises des Haupttriacs 2 wird z. B. dadurch realisiert, daß der Hilfstriac 11 direkt auf ein Schmelzsicherungselement 12 geschaltet wird, welches in Reihe zum Motor 1 liegt. Bei Aufsteuerung durch den Hilfstriac 11 überschreitet der Strom durch die Sicherung 12 den zulässigen Höchstwert, die Siche­ rung 12 schmilzt und der Hauptstromkreis wird dadurch sicher unterbrochen. Ein anderer Lösungsweg besteht beispielsweise darin, daß der Hilfstriac 11 ein Relais steuert, welches den Laststromkreis dauerhaft unter­ bricht und dadurch den Motor 1 zum Stillstand bringt.

Die Stromerfassungsschaltung 7 funktioniert gemäß der Fig. 2 wie folgt. In der Stromerfassungsschaltung 7 wird der über den Sensorwiderstand 6 detektierte Strom mit einem intern erzeugten Referenzstrom verglichen. Übersteigt der Sensorstrom den Referenzstrom, wird ein Reset-Impuls für den nachgeschalteten Zähler 8 ausge­ löst. Die Stromerfassungsschaltung 7 besteht nach der Fig. 2 beispielsweise aus zwei Transistoren 13 und 14 sowie der Referenzstromquelle 15. Solange der Strom über den Sensorwiderstand 6 kleiner ist als der Refe­ renzstrom der Referenzstromquelle 15, ist das Ausgangs­ signal am Punkt 16 der Stromerfassungsschaltung 7 gleich der negativen Speisespannung U_s. Sobald der Strom, der durch den Sensorwiderstand 6 fließt, be­ tragsmäßig größer als der Referenzstrom der Stromquelle 15 wird, steigt das Potential 16 an und löst dadurch einen Reset-Impuls für den nachgeschalteten Zähler 8 aus.

Claims (10)

1. Elektrisches Werkzeug mit Motorantrieb und einem Triac (2), der den Motor (1) steuert, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Stromerfassungsschaltung (7) vorge­ sehen ist, die bei Anliegen eines Potentials an der zweiten Elektrode (4) des Triacs (2) einen Strom er­ hält, der während jeder Halbwelle der Netzspannung ei­ nen Reset-Impuls für einen nachgeschalteten Zähler (8) auslöst, daß der Zähler (8) von einer Synchronisier­ schaltung (9) während jedem Nulldurchgang der Netzspan­ nung einen Taktimpuls erhält und daß der Zähler im vollgezählten Zustand ein Signal auslöst, welches den Laststromkreis des Triacs (2) unterbricht.

2. Elektrisches Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen die zweite Elektrode (4) des Triacs (2) und die Stromerfassungsschaltung (7) ein Sensorwiderstand (6) geschaltet ist.

3. Elektrisches Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zähler (8) im vollgezähl­ ten Zustand einen Hilfstriac (11) ansteuert, der bei Ansteuerung ein im Laststromkreis liegendes Schmelz­ sicherungselement (12) zum Schmelzen bringt und dadurch den Laststromkreis unterbricht.

4. Elektrisches Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zähler (8) im vollgezähl­ ten Zustand ein Relais ansteuert, welches den Last­ stromkreis unterbricht.

5. Elektrisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Stromerfas­ sungsschaltung (7) fließende Strom mit einem Referenz­ strom verglichen wird und daß die Stromerfassungsschal­ tung (7) an den Zähler (8) einen Reset-Impuls abgibt, wenn der in die Stromerfassungsschaltung (7) fließende Strom größer als der Referenzstrom ist.

6. Elektrisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungs­ schaltung (7) zwei Transistoren (13, 14) sowie eine Re­ ferenzstromquelle (i_ref) aufweist.

7. Elektrisches Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des einen Transistors (13) mit dem Kollektor des anderen Transi­ stors (14) verbunden ist und daß die Referenzstromquel­ le (i_ref) diese beiden Kollektoren ansteuert.

8. Elektrisches Werkzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Stromerfas­ sungsschaltung (7) fließende Strom der Basis des einen Transistors (14) und dem Emitter des anderen Transi­ stors (13) zugeführt wird.

9. Elektrisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Transistor (14) zwei Kollektoren aufweist und daß der eine dieser Kol­ lektoren mit der Basis des zwei Kollektoren aufweisen­ den Transistors (14) verbunden ist.

10. Elektrisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Stromer­ fassungsschaltung (7) fließende Strom der Basis des Transistors (14) mit den beiden Kollektoren zugeführt wird.