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

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

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Abstract

An electric handtool, e.g. an angle grinder, with a universal motor (1) is switched by a triac (3) subject to phase angle control via controller (3). The correct functioning of the triac (3) is established by a potential or current sensing register (6) and reference module (7) which resets a counter (8) at each zero or the A.C. supply voltage under normal conditions. A triac malfunction, e.g. a short circuit, results in the loss of reset pulses and , after a short count-down an auxiliary triac (11) is triggered causing a fuse (12) to blow and isolate the supply to the motor (1). USE/ADVANTAGE - Protects motor against run-away or failure to stop under conditions of triac short circuit. is more reliable than alternative tachometer or thyristor control systems.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Werkzeug mit Motorantrieb und einem Triac, der den Motor steuert.The invention relates to an electrical tool Motor drive and a triac that controls the motor.

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.With certain electrical tools such. B. Angle make sure that the tools in work in a certain speed range and this Speed range is not exceeded, as z. B. at an angle grinder if the speed is too high there are parts of the grinding wheel coming loose, are thrown away and the user or bystanders endanger. Since angle grinders between the friction grinding wheel and the workpiece to be machined subject must be subjected to heavy mechanical loads they can be operated with a high electrical output be. Operating an engine with high electrical However, there is performance if the triac fails of a short circuit the risk that the engine to turn numbers ramping up that are well above the allowable rotation number range. This danger is especially with Universal motors that can also be used as series motors be drawn.

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.From US 43 90 823 is a control circuit for rotation number control of a DC motor known also limits the maximum speed. The DC motor is located together with a thyristor on an AC power source. To limit the rotation  Number is in this known circuit in the An Kerwickung of the motor during the blocking phase of the Thyristor induced voltage (EMF) used because this voltage is proportional to the speed. Reached this voltage has a certain value, the thyri stor no longer ignited, so that the Speed decreases again. This known control circuit however does not detect a short circuit on the thyristor, whereby an uncontrolled start-up of the engine does not ver is prevented.

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.Furthermore, EP 1 65 864 A1 is a protective scarf tion for a universal motor known from a Triac is controlled. Will a short circuit of the triac is detected, an auxiliary triac, the engine and the Triac shorts, controlled so that one Fuse, which is in line with the motor speaks. A short circuit is about the detection of the Speed is detected by means of a tachometer generator, the an essential for this known protective circuit Represents disadvantage.

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.The invention has for its object a solution specify how an electric tool with Mo door drive a too high speed or a runaway of the motor due to triac short circuit can be prevented can and the above Disadvantages of the known circuits avoids. This task is done with an electrical Tool with motor drive according to the invention by the Features of claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Ansprüche 2 bis 10 gegeben. Advantageous embodiments of the invention are characterized by given claims 2 to 10.  

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungs­ beispiel erläutert.The invention is based on an embodiment example explained.

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.The speed control of a universal motor 1 is carried out by varying the control angle for the triac 2 with the aid of a phase control 3 (α control). In such a control is at the beginning of each half-wave of the driving mains voltage of the triac used as a circuit breaker up to the desired control angle α in the locked state. This in turn means that mains voltage potential is present at the second electrode H 2 (4) of the triac 2 . Only when the triac 2 is actuated by the α controller 3 is the potential at the second electrode H 2 (4) of the triac reduced to the saturation value of the triac 2 , which is generally 1.5 V. According to the invention, the functionality of the triac 2 driving the motor 1 is checked, and if the triac 2 is not functional, the load circuit of the triac 2 is interrupted. In this case, the motor 1 can no longer continue, and it is ensured that no damage can be caused by an excessively high speed of the motor.

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.The functionality of the triac 2 is checked according to the invention in the following manner. In a functional triac, the second electrode H 2 (4) of the triac 2 has at least 1 potential per network half-wave which is greater than a certain potential. Such a potential value on the second electrode H 2 (4) of the triac 2 is, for example, 10 V. A non-functional triac 2 , which is alloyed as a result of thermal overload, on the other hand has practically no voltage drop between the first electrode H 1 (5) and its second electrode H 2 (4) (and therefore no potential at the second electrode H 2 ), since there is a short circuit between these two electrodes in the alloyed state. The monitoring of the functionality of the triac 2 is carried out according to the invention by means of a current detection circuit 7 , which is connected via a sensor resistor 6 to the second electrode H 2 (4) of the triac. Via the sensor resistor 6 , current flows into the current detection circuit 7 as soon as - with the triac intact - mains voltage begins to build up at the beginning of each half-wave on the second electrode H 2 of the triac 2 . If a certain current value is exceeded (eg 50 μA), the current detection circuit 7 triggers a reset signal for the downstream counter 8 . By the reset signal, the counter 8 (with the triac intact) is immediately reset to zero during each half-wave, so that a clock signal which the counter 8 receives at every zero crossing of the mains voltage via a synchronizing circuit 9 does not fully count the counter 8 can. The counter 8 is constructed, for example, as a 2 5 binary counter.

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.On the other hand, as a result of a defective triac 2, no current flows through the sensor resistor 6 , the counter 8 also no longer receives a reset signal from the current detection circuit 7 . This means that the counter 8 is counted up from the synchronizing circuit 9 by 1 clock every 10 milliseconds. As soon as the counter 8 has reached its final state ( 32 ), an auxiliary triac 11 is controlled via the amplifier stage 10 . By controlling the auxiliary triacs 11 has the result that the load circuit is interrupted by the motor 1 . An un interrupting the load circuit of the main triac 2 is such. B. realized in that the auxiliary triac 11 is connected directly to a fuse element 12 which is in series with the engine 1 . When activated by the auxiliary triac 11 , the current through the fuse 12 exceeds the permissible maximum value, the fuse 12 melts and the main circuit is thereby reliably interrupted. Another solution is, for example, that the auxiliary triac 11 controls a relay which breaks the load circuit permanently and thereby brings the motor 1 to a standstill.

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 Us. 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.The current detection circuit 7 functions according to FIG. 2 as follows. In the current detection circuit 7 , the current detected via the sensor resistor 6 is compared with an internally generated reference current. If the sensor current exceeds the reference current, a reset pulse for the downstream counter 8 is triggered. The current detection circuit 7 is composed of FIG. 2, for example, of two transistors 13 and 14 and the reference current source 15. As long as the current through the sensor resistor 6 is less than the reference current of the reference current source 15 , the output signal at point 16 of the current detection circuit 7 is equal to the negative supply voltage U s . As soon as the current that flows through the sensor resistor 6 is greater than the reference current of the current source 15 , the potential 16 rises and thereby triggers a reset pulse for the downstream counter 8 .

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.1. Electric tool with motor drive and a triac ( 2 ) that controls the motor ( 1 ), characterized in that a current detection circuit ( 7 ) is provided, which is present when a potential is applied to the second electrode ( 4 ) of the triac ( 2 ) he holds a current which triggers a reset pulse for a downstream counter ( 8 ) during each half-wave of the mains voltage, that the counter ( 8 ) receives a clock pulse from a synchronizing circuit ( 9 ) during each zero crossing of the mains voltage and that the counter triggers a signal in the fully counted state, which interrupts the load circuit of the triac ( 2 ). 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.2. Electrical tool according to claim 1, characterized in that between the second electrode ( 4 ) of the triac ( 2 ) and the current detection circuit ( 7 ), a sensor resistor ( 6 ) is connected. 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.3. Electrical tool according to claim 1 or 2, characterized in that the counter ( 8 ) in the fully-counted state controls an auxiliary triac ( 11 ) which, when actuated, a fuse element lying in the load circuit fuse ( 12 ) to melt and thereby the load circuit interrupts. 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.4. Electrical tool according to claim 1 or 2, characterized in that the counter ( 8 ) controls a relay in the fully counted state, which interrupts the load circuit. 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.5. Electrical tool according to one of claims 1 to 4, characterized in that the current circuit in the current detection circuit ( 7 ) flowing current is compared with a reference current and that the current detection circuit ( 7 ) to the counter ( 8 ) has a reset pulse emits when the current flowing into the current detection circuit ( 7 ) is greater than the reference current. 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 (iref) aufweist.6. Electrical tool according to one of claims 1 to 5, characterized in that the current detection circuit ( 7 ) has two transistors ( 13 , 14 ) and a re reference current source (i ref ). 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 (iref) diese beiden Kollektoren ansteuert.7. Electrical tool according to claim 6, characterized in that the collector of the one transistor ( 13 ) is connected to the collector of the other transistor stors ( 14 ) and that the reference current source le (i ref ) controls these two collectors. 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.8. Electrical tool according to claim 6 or 7, characterized in that in the Stromerfas solution circuit ( 7 ) flowing current of the base of one transistor ( 14 ) and the emitter of the other Transi stors ( 13 ) is supplied. 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. 9. Electrical tool according to one of claims 6 to 8, characterized in that the one transistor ( 14 ) has two collectors and that one of these col lectors are connected to the base of the two collectors, the transistor ( 14 ). 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.10. Electrical tool according to one of claims 6 to 9, characterized in that the current in the current detection circuit ( 7 ) flowing current of the base of the transistor ( 14 ) is supplied to the two collectors.
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