DE4100611A1 - Regeleinrichtung zur regelung der motordrehzahl und der schneidefadennachfuehrung eines rasentrimmers - Google Patents
Regeleinrichtung zur regelung der motordrehzahl und der schneidefadennachfuehrung eines rasentrimmersInfo
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- A01D34/00—Mowers; Mowing apparatus of harvesters
- A01D34/01—Mowers; Mowing apparatus of harvesters characterised by features relating to the type of cutting apparatus
- A01D34/412—Mowers; Mowing apparatus of harvesters characterised by features relating to the type of cutting apparatus having rotating cutters
- A01D34/416—Flexible line cutters
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Description
Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur Regelung der
Motordrehzahl und der Schneidefadennachführung eines Rasen
trimmers, bei dem ein elektrischer Antriebsmotor, ein rotieren
des Schneidewerkzeug antreibt, welches durch seine Rotation
einen an seiner Peripherie austretenden Schneidefaden strafft
und rotieren läßt, wobei die Länge des Schneidefadens, bedingt
durch Abnutzung seines freien Endes nachgeführt wird.
Bei solchen bekannten Rasentrimmern ist es bislang üblich ge
wesen die Motordrehzahl einerseits und die Länge des Schneide
fadens andererseits von Hand einzustellen.
Zum Antrieb eines solchen Rasentrimmers werden bevorzugt netz
gespeiste Asynchronmotoren eingesetzt, bei denen sich die Motor
drehzahl über den Motorstrom einstellen läßt.
Um die Lärmbelastung für die Umwelt möglichst gering zu halten
ist es wünschenswert, die maximale Drehzahl nach oben bei
z. B. 6000 Umdrehungen pro Minute zu begrenzen.
Damit bei der begrenzten Drehzahl die Leistung des Antriebs
motors nicht unerwünscht absinkt, ist es erwünscht, die Motor
leistung bei dieser Solldrehzahl zu regeln.
Ferner ist es wünschenswert, die Länge des Schneidefadens, der
sich durch Abnutzung verkürzt, automatisch konstant zu halten
oder auf eine Länge zu regeln, die in einer definierten Ab
hängigkeit von der Motordrehzahl steht.
Da eine kombinierte Regeleinrichtung für die Schneidfadenlänge
und die Motordrehzahl in einem Rasentrimmer eingebaut werden
soll, ist es wünschenswert, daß diese Regeleinrichtung platz
sparend und kostengünstig ausgeführt werden kann.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung eine Regeleinrichtung zur
Regelung der Motordrehzahl und der Schneidfadennachführung
eines Rasentrimmers so zu ermöglichen, daß eine platzsparende,
kostengünstige und auf die Einsatzbedingungen eines Rasentrim
mers angepaßte Schaltung ermöglicht wird.
Insbesondere soll auch ein mehrstufiger Motorbetrieb, d. h.
mit mehreren geregelten Drehzahlstufen möglich sein.
Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß gekennzeichnet
durch
eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines der Istmotor stromstärke entsprechenden Signals;
einen ersten Regelkreis, der abhängig von dem erfaßten Signal, wenn dieses eine erste vorgegebene Bedingung erfüllt, die Motor drehzahl bei einem gewünschten Sollwert konstant hält, und
einen zweiten Regelkreis, der ebenfalls abhängig von dem er faßten Signal, wenn dieses die erste vorgegebene Bedingung nicht erfüllt, eine Fadenspule zur Nachführung des Schneide fadens veranlaßt.
eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines der Istmotor stromstärke entsprechenden Signals;
einen ersten Regelkreis, der abhängig von dem erfaßten Signal, wenn dieses eine erste vorgegebene Bedingung erfüllt, die Motor drehzahl bei einem gewünschten Sollwert konstant hält, und
einen zweiten Regelkreis, der ebenfalls abhängig von dem er faßten Signal, wenn dieses die erste vorgegebene Bedingung nicht erfüllt, eine Fadenspule zur Nachführung des Schneide fadens veranlaßt.
Dieser Lösung liegt folgendes Prinzip zugrunde:
Der Antriebsmotor nimmt bei einer gewünschten Drehzahl, rich
tiger Schneidefadenlänge und gegebener Belastung einen defi
nierten Strom auf, beispielsweise im Leerlauf die Leerlauf
stromstärke. Wird der Motor durch Schneidearbeit belastet, so
steigt der Strom an.
Drehmoment, Motorstrom und Drehzahl stehen bei üblichen netz
gespeisten Antriebsmotoren in definierter Abhängigkeit. Der
bei Motorbelastung bewirkte Stromanstieg wird zur Regelung der
Drehzahl genutzt.
Umgekehrt fällt der Motorstrom bei Abnutzung der Schneidefaden
länge bei definierter Belastung des Antriebmotors ab. Dieser
Abfall wird zur Auslösung der Nachführautomatik für die Schnei
defadennachführung genutzt. Dieses Prinzip hat den Vorteil,
daß an einem einzigen Meßfühler, der z. B. ein Shunt-Widerstand
sein kann, der Istwert für beide Regelkreise abgreifbar ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vorbestimmte Drehzahl
stufen vor.
In diesem Fall ändert sich natürlich der Schwellwert der für
die Regelung auf die jeweilige Drehzahl maßgeblichen Motor
stromstärke in einer von den jeweiligen Motorparametern ab
hängenden Weise.
Bevorzugt ist der erste Regelkreis parallel zum zweiten Regel
kreis ausgeführt.
Die Schneidefadenlänge kann entweder unabhängig von der Drehzahl
auf einen konstanten Sollwert nachgeführt werden oder abhängig
von der Drehzahl des Antriebmotors.
In einer vorteilhaften Ausbildungsform der Erfindung speichert
ein zu einem Mikroprozessor gehörender Festwertspeicher Kenn
felder, welche die Abhängigkeit der Motordrehzahl und des Motor
stroms vom Drehmoment an der Motorwelle angeben. In dem Falle,
wo die Schneidefadenlänge von der Motordrehzahl abhängig ge
regelt werden soll, speichert der genannte Festwertspeicher
auch eine Charakteristik dieser Abhängigkeit. Die erfindungs
gemäße Regeleinrichtung ist bevorzugt als eine digitale Regel
einrichtung ausgeführt, welche die dem Motorstromistwert ent
sprechende Größe als digitales Signal I erhält.
Eine solche, auf Kennfeldern basierende Regelung führt die
Regelung der Drehzahl des Motors sowie der Schneidefadennach
führung auf der Grundlage des erfaßten Motorstroms nur in vor
gegebenen Zeitabschnitten oder Zeitpunkten durch, während zu
allen übrigen Zeiten die Regelung auf der Basis der gespeicher
ten Kennfelder erfolgt.
Die zuletzt genannte Ausführungsart stellt eine besonders flexi
ble Regeleinrichtung dar, da die im Festwertspeicher gespeicher
ten Kennfelder abhängig von den Betriebsgrößen des Rasentrimmers
sind und sich an verschiedene Rasentrimmertypen anpassen lassen,
indem einfach der Festwertspeicher mit den darin enthaltenen
Kennfeldern ausgetauscht wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 Strom-Drehzahl-Kennlinien eines Asynchronmotors ab
hängig vom Motordrehmoment M;
Fig. 2 die erfindungsgemäße Regeleinrichtung in einer ersten
Ausführungsart;
Fig. 3 die erfindungsgemäße Regeleinrichtung in einer zweiten
Ausführungsart;
Fig. 4 beispielhaft die Abhängigkeit der Schneidefadenlänge
von der Motordrehzahl;
Fig. 5 die erfindungsgemäße Regeleinrichtung in einer dritten
Ausführungsart;
Bevor nun anhand der Fig. 2 bis 5 verschiedene Ausführungs
arten der Erfindung beschrieben werden, wird das Erfindung
zugrunde liegende Prinzip anhand der Fig. 1 erläutert.
Fig. 1 zeigt Drehzahl-Drehmoment und Motorstrom-Drehmoment
kennlinien eines üblichen als Antriebsmotor verwendeten Asyn
chronmotors. Es sind beispielhaft die n-, Im-, M-Kennlinien
eines Asynchronmotors bei Ständerspannungssteuerung dargestellt.
Bei definierter Belastung, beispielsweise, wenn der Rasentrimmer
im Leerlaufzustand ist, liegt ein bestimmtes Lastdrehmoment M0
vor. Bei diesem Leerlauflastmoment M0 und bei gegebener Dreh
zahl n0 fließt ein bestimmter Motorstrom Im0. Bei Belastung
des Motors steigt der Motorstrom Im entlang der Stromkurve A
auf einen Wert Im1 an. Gleichzeitig sinkt die Drehzahl n auf
einen Wert n1 längs der Kurve L ab.
Die Stromvergrößerung auf Im1 wird für den Einsatz der Dreh
zahlregelung beispielsweise durch eine Erhöhung der Ständer
spannung verwendet. Danach ergibt sich ein neuer Arbeitspunkt
beim Schnittpunkt der Kurven B und L′, bei der der Antriebsmotor
das Drehmoment M1 aufbringen kann. Wenn sich nun die Schneide
fadenlänge durch Abnutzung wiederum im Leerlaufzustand, also
bei den Parametern M0, I0 und N0 verkürzt, fällt der Motorstrom
ab, da sich das Drehmoment verringert. Wenn eine solche Ver
ringerung des Motorstroms bei einem bestimmten Arbeitspunkt,
beispielsweise im Leerlaufzustand erfaßt wird, wird die Nach
führautomatik für den Schneidefaden ausgelöst.
Dieses Prinzip kann vorteilhafterweise noch dahingehend abge
wandelt werden, daß eine stufenweise Einstellung von Drehzahlen,
d. h. definierten Arbeitspunkten im n-, Im und M-Feld vorgesehen
wird. Für jeden dieser Arbeitspunkte liegt dann ein definierter
Schnittpunkt der n- und Im-Kennlinien vor.
Nun wird anhand der Fig. 2 eine erste Ausführungsart der Er
findung erläutert. Zwischen Netzspeiseklemmen E1 und E2 liegt
der Motorstromkreis, der einen Antriebsmotor M, einen Strom
steller 11 und einen Meßwiderstand 12 umfaßt. Der Motor M ist
beispielsweise ein herkömmlicher, für Kleinmaschinenantriebe
verwendeter Asynchronmotor. Der Stromsteller 11 enthält bei
spielsweise einen Steuertriac. Am Meßwiderstand 12 wird der
Istwert Im ist des Motorstroms abgegriffen, in einem Verstärker
13 verstärkt und jeweils einem Regler 14 und 15, letzterem
über einen Vergleicher 20 zugeführt. Ferner erhalten die Regler
14 und 15 jeweils Sollwertsignale S1 und S2, die Solldrehzahl
und die Sollschneidefadenlänge betreffend. Der Regler 14 er
mittelt eine Soll-Istwertdifferenz zwischen dem Istwertsignal
I und dem Drehzahlsollwert S1 und erzeugt ein der Regelabwei
chung entsprechendes Signal, welches einem Impulsgenerator 16
eingegeben wird, der Steuerimpulse zum Ansteuern des Strom
stellers 11 erzeugt.
Das Istwertsignal I wird in dem Vergleicher 20 mit einem dem
vorgegebenen Stromschwellenwert I0 entsprechenden Referenzwert
verglichen, und beim Unterschreiten dieses Referenzwerts dem
zweiten Regler 15 zugeführt; dieser erzeugt zwischen diesem
zugeführten Wert und dem Sollwert S2 eine Regelabweichung, die
einem Stellglied 17 zur Ansteuerung einer Schneidefadennachführ
automatik 19 eingegeben wird.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsart der erfindungs
gemäßen Regeleinrichtung ist jeweils ein Drehzahlsollwert S1
und getrennt davon ein Sollwert S2 für die Schneidefadenlänge
vorgebbar.
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel ermöglicht die
Vorgabe von mehreren, insbesondere zwei Drehzahlsollwerten S1′
und S2′. Diese werden einem mit 30 bezeichneten Mehrfach-Ver
gleicher eingespeist, welcher zwei Ausgangssignale liefert,
welche jeweils den Reglern 24 und 25 zugeführt werden.
Die Fig. 4 zeigt eine definierte Abhängigkeit der Schneide
fadenlänge F von der Drehzahl n. Hier ist die Schneidefadenlänge
F in einem bestimmten Längenbereich umgekehrt proportional zur
Motordrehzahl n zwischen den Drehzahlwerten n′ und n′′.
Eine solche funktionale Abhängigkeit der Schneidefadenlänge F
von der Motordrehzahl n läßt sich durch die Vergleichscharak
teristik des Mehrfachvergleichers 30 gemäß Fig. 3 berücksich
tigen.
Die Komponenten des Motorstromkreises zwischen den Netzspeise
klemmen E1 und E2 sowie die sonstigen Komponenten des Drehzahl
regelkreises sowie des Schneidefadennachführregelkreises sind
dieselben wie in Fig. 2 und mit denselben Bezugsziffern be
zeichnet. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden diese
Komponenten und ihre Funktion nicht noch einmal erläutert.
Fig. 5 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsart der
erfindungsgemäßen Regeleinrichtung. Das dem gemessenen Motor
strom Istwert Im ist entsprechende Signal wird durch einen Ana
log/Digital-Wandler 41 in ein entsprechendes Digitalsignal I′
umgesetzt. Das digitale Istwert Signal I′ wird einem Mikro
prozessor 40 über eine Schnittstelle INT 1 eingegeben. Über
dieselbe Schnittstelle erhält der Mikroprozessor 40 verschiedene
digitale Sollwert Signale S′1, S′2, S′3 durch einen Sollwert
steller 42.
Der Mikroprozessor weist einen Festwertspeicher ROM auf, in
dem Kennfelder gespeichert sind, die Motorkennlinien gemäß
Fig. 1, die Regelkennwerte sowie gegebenenfalls die funktionale
Abhängigkeit der Schneidefadenlänge F von der Motordrehzahl n
angeben.
Die Erfassung des Istwerts Im ist des Motorstroms Im erfolgt in
z. B. regelmäßigen Zeitintervallen. Der vom Mikroprozessor
aufgenommene, diesem Strom Istwert Im ist entsprechende digitale
Wert I′ wird in der CPU des Mikroprozessors mit jeweiligen
Referenzwerten entsprechend I0 und I1 sowie mit vorangegangenen
Meßwerten verglichen und eine schnelle Interpolation des wei
teren Verlaufs der Iststromstärke des Motorstroms berechnet.
Mit diesen jeweils interpolierten Stromwerten werden die ge
speicherten Kennfelder angesteuert um eine Kennfeldregelung
auf der Basis dieser gespeicherten Kennfelder durchzuführen.
Der Mikroprozessor 40 gibt entsprechende Stellsignale zur Ein
stellung der Drehzahl und der Schneidefadenlänge über ein Aus
gabe-Interface INT 2 aus.
Die in Fig. 5 gezeigte und zuletzt beschriebene Ausführungsart
hat den besonderen Vorteil, daß sie eine weitgehend flexible
Regeleinrichtung ermöglicht, bei der durch Auswechseln des
Festwertspeichers ROM die zugrundeliegenden Kennfelder und die
Regelcharakteristika austauschbar und an jeweilige Betriebs
parameter anpaßbar sind.
Obwohl bei allen beschriebenen Ausführungsarten der Erfindung
beispielhaft eine Ständerspannungssteuerung eines netzgespeisten
Asynchronmotors zugrundegelegt wurde, ist die vorliegende Er
findung nicht darauf beschränkt.
Je nach verwendetem Antriebsmotor läßt sich die Regelung der
Motordrehzahl auch über eine Frequenzsteuerung mittels eines
Thyristorstromrichters durchführen. Diese Steuerungsart arbeitet
vorteilhafterweise im U/f = const-Bereich und ermöglicht eine
besonders verlustarme Steuerung.
In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn der Stromsteller 11
über eine Pulsdauermodulationseinrichtung angesteuert wird.
Claims (11)
1. Regeleinrichtung zur Regelung der Motordrehzahl und der
Schneidefadennachführung eines Rasentrimmers, bei dem ein
elektrischer Antriebsmotor (M) ein rotierendes Schneide
werkzeug antreibt, welches durch seine Rotation einen an
seiner Peripherie austretenden Schneidefaden (F) strafft
und rotieren läßt, wobei die Länge des Schneidefadens
(F), bedingt durch Abnutzung seines freien Endes nachge
führt wird,
gekennzeichnet durch
- - eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines dem Ist- Motorstrom (Im ist) entsprechenden Signals,
- - einen ersten Regelkreis, der abhängig von dem erfaßten Signal (I, I′), wenn dieses eine erste vorgegebene Be dingung erfüllt, die Motordrehzahl (n) bei einem gewünsch ten Sollwert (n0, n1) konstant hält, und
- - einen zweiten Regelkreis (13, 15, 17), der ebenfalls ab hängig von dem erfaßten Signal (I, I′), wenn dieses die erste vorgegebene Bedingung nicht erfüllt, eine Fadenspule (19) zur Nachführung des Schneidefadens veranlaßt.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste vorgegebene Bedingung dem Überschreiten eines
ersten Stromschwellenwerts (I0) des Motorstroms entspricht.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wenn der
Motorstrom in einem ersten Wertebereich liegt.
4. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Regelkreis parallel zum zweiten Regelkreis aus
geführt ist.
5. Regeleinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Regelkreis die Schneidefadenlänge auf einen
konstanten Sollwert regelt.
6. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Regelkreis die Schneidefadenlänge auf einen
Wert regelt, der in einer definierten Abhängigkeit von
der Motorsollstrichdrehzahl steht.
7. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Regelkreis die Schneidefadennachführung immer
dann initiiert, wenn das erfaßte Signal (I, I′) eine zweite
vorgegebene Bedingung erfüllt.
8. Regeleinrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite vorgegebene Bedingung der Leerlaufstromstärke
des Motors entspricht.
9. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Motor (M) ein Asynchronmotor ist, und
ein Thyristorstromsteller (11) zur Drehzahleinstellung
vorgesehen ist, dem vom ersten Regelkreis über einen Im
pulsgenerator (16) Stellimpulse zugeführt werden.
10. Regeleinrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Thyristorstromsteller (11) mit Stellimpulsen von einer
Pulsdauermodulationseinrichtung versorgt wird.
11. Regeleinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine digitale Regeleinrichtung mit
einem Mikroprozessor (40), dem das erfaßte Signal (I′) über einen Analog/Digitalwandler (49) zugeführt wird, wobei
der Mikroprozessor (40) einen Festwertspeicher (44) auf weist, der Kennfelder speichert, die die funktionalen Abhängigkeiten von Motorstrom (IM), Motordrehzahl (n), Schneidefadenlänge (F) und Motorlast betreffen, wobei die digitale Regelung von Motordrehzahl (n) und Schneidefaden länge (F) auf der Basis des erfaßten Signals (I′) nur in vorgegebenen Zeitintervallen und in allen anderen Zeiten auf der Basis der gespeicherten Kennfelder durchgeführt wird.
eine digitale Regeleinrichtung mit
einem Mikroprozessor (40), dem das erfaßte Signal (I′) über einen Analog/Digitalwandler (49) zugeführt wird, wobei
der Mikroprozessor (40) einen Festwertspeicher (44) auf weist, der Kennfelder speichert, die die funktionalen Abhängigkeiten von Motorstrom (IM), Motordrehzahl (n), Schneidefadenlänge (F) und Motorlast betreffen, wobei die digitale Regelung von Motordrehzahl (n) und Schneidefaden länge (F) auf der Basis des erfaßten Signals (I′) nur in vorgegebenen Zeitintervallen und in allen anderen Zeiten auf der Basis der gespeicherten Kennfelder durchgeführt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914100611 DE4100611A1 (de) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | Regeleinrichtung zur regelung der motordrehzahl und der schneidefadennachfuehrung eines rasentrimmers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914100611 DE4100611A1 (de) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | Regeleinrichtung zur regelung der motordrehzahl und der schneidefadennachfuehrung eines rasentrimmers |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4100611A1 true DE4100611A1 (de) | 1992-07-16 |
Family
ID=6422823
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914100611 Withdrawn DE4100611A1 (de) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | Regeleinrichtung zur regelung der motordrehzahl und der schneidefadennachfuehrung eines rasentrimmers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4100611A1 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4227487A1 (de) * | 1992-08-20 | 1994-02-24 | Gardena Kress & Kastner Gmbh | Trenngerät, insbesondere Fadenschneider |
EP0876750A1 (de) * | 1997-05-07 | 1998-11-11 | Wolf-Garten GmbH & Co. KG | Fadenschneider |
EP0941650A2 (de) | 1998-03-09 | 1999-09-15 | GARDENA Kress + Kastner GmbH | Elektromotorisch angetriebenes handgeführtes Arbeitsgerät und Verfahren zu seiner Steuerung |
WO2010086096A3 (de) * | 2009-01-27 | 2011-02-17 | Gardena Manufacturing Gmbh | Rasenschneidgerät |
EP3143860B1 (de) | 2014-05-16 | 2020-03-18 | Positec Power Tools (Suzhou) Co., Ltd | Grasmähmaschine und abspulverfahren für grasmähmaschine |
-
1991
- 1991-01-11 DE DE19914100611 patent/DE4100611A1/de not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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EP3143860B1 (de) | 2014-05-16 | 2020-03-18 | Positec Power Tools (Suzhou) Co., Ltd | Grasmähmaschine und abspulverfahren für grasmähmaschine |
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