DE4333733A1 - Schaltungsanordnung zum Abbremsen eines Stromwendermotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Abbremsen eines Stromwendermotors, insbesondere eines Univer­ salmotors, in einem Elektrowerkzeug, welche Schaltermittel zum Umschalten von Motor- auf Generatorbetrieb sowie Mittel zur Begrenzung des generatorisch erzeugten Bremsmomentes und eine Spannungsquelle aufweist.

Bei Maschinen mit beweglichen Massen, die durch einen Strom­ wendermotor oder sogenannten Universalmotor elektrisch ange­ trieben sind, ist es in vielen Fällen wünschenswert oder, beispielsweise bei bestimmten handgeführten Elektrowerkzeugen, aus Sicherheitsgründen erforderlich, eine Auslaufbremse vorzu­ sehen, die bewirkt, daß die beweglichen Massen innerhalb eines gewünschten Zeitraumes nach Ausschalten des Antriebsmotors zum Stillstand kommen. Vielfach wird zu diesem Zwecke so vorgegan­ gen, daß der Antriebsmotor selbst als elektrische Bremse genutzt wird, indem er durch eine geeignete Schaltungsanord­ nung vom Motorbetrieb auf Generator- oder Bremsbetrieb umge­ schaltet wird. Die DE 36 36 555 A1 zeigt eine zu diesem Zweck vorgesehene Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art.

Eine wesentliche, an derartige Schaltungsanordnungen zu stel­ lenden Anforderung besteht darin, daß gewährleistet sein soll, daß der Abbremsvorgang zwar zügig, jedoch ohne ein unerwünscht hohes Drehmoment abläuft und daß dabei die Kollektorbelastung in annehmbaren Grenzen bleibt, so daß kein übermäßiges Bür­ stenfeuer auftritt. Die bekannte Schaltungsanordnung der erwähnten Art weist im Hinblick auf die letztgenannte Forderung zusätzlich zu der Spannungsquelle, die lediglich zu Beginn des Abbremsvorganges die anfängliche Felderregung unterstützt und so zum Aufbau der Bremswirkung beiträgt, elektronische Schaltungsmittel auf, die während des Generator- oder Bremsbetriebes als Begrenzerschaltung wirken, die den Erregerstrom der Feldwicklungen und damit die Bremswirkung in bestimmtem Maße begrenzt. Es handelt sich hierbei um Schaltun­ gen mit Zenerdioden oder elektronischen Schaltern. Wegen der bei den üblicherweise in Frage kommenden Leistungen erforder­ lichen Baugrößen sind derartige Schaltungen aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungs­ anordnung der in Betracht stehenden Art zu schaffen, die es ermöglicht, Kollektormotoren unterschiedlicher Leistung anpaß­ bar abzubremsen und sich im Vergleich zu bekannten Schaltungs­ anordnungen durch einen äußerst einfachen Schaltungsaufbau auszeichnet.

Bei einer eine Spannungsquelle aufweisenden Schaltungsanord­ nung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungs­ gemäß dadurch gelöst, daß die Spannungsquelle die Mittel zur Begrenzung des generatorisch erzeugten Bremsmomentes bildet.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich durch die Span­ nungsquelle auf einfachste Weise und mit kleinstmöglichem Schaltungsaufwand ein Strom einspeisen, der im Generatorbe­ trieb im Sinne einer Reduzierung des Bremsmomentes, beispiels­ weise durch eine Feldschwächung, wirksam wird. Wie sich in der Praxis gezeigt hat, wird eine gute Bremswirkung mit annähernd normalem Bürstenfeuer erzielt, wenn mit Hilfe der Spannungs­ quelle ein Strom in der Weise eingespeist wird, daß im Genera­ torbetrieb ein zu kommutierender Erregerstrom erreicht wird, der in der Größenordnung etwa eines Drittels des Nennstromes im Motorbetrieb liegt. Da der Erregerstrom mit abnehmender Rotordrehzahl verhältnismäßig größer wird, ergibt sich ein ausgeglichenes Bremsmoment bis zu sehr kleinen Drehzahlen. Durch entsprechende Wahl der Spannung der Spannungsquelle läßt sich das Bremsmoment an die jeweiligen Bedürfnisse und Anfor­ derungen anpassen.

Die Spannungsquelle kann eine Gleichspannungsquelle sein, beispielsweise in Form eines Transformators mit sekundärseitig angeschlossenem Gleichrichter, wobei die Primärseite über die Schaltermittel mit der Netzseite verbindbar ist.

Die Einspeisung des die Bremswirkung bestimmenden Stromes kann so erfolgen, daß die Spannungsquelle durch die Schaltermittel mit zumindest einem Teil der Feldwicklung des Motors zur Steuerung des magnetischen Erregerflusses verbindbar ist. Bei einem Motor mit geteilter Feldwicklung kann die Anordnung so getroffen sein, daß beim Generatorbetrieb der Strompfad durch den Rotor über einen Feldwicklungsteil kurzgeschlossen ist und der zweite Wicklungsteil von dem mittels der Spannungsquelle eingespeisten Strom in der Weise durchflossen ist, daß sich eine elektromagnetische Kopplung im Sinne einer Gegenkopplung zwischen Generatorstrom und Erregerstrom in der Weise ergibt, daß der Erregerstrom im Generatorbetrieb den gewünschten Wert hat, bei der die geeignete Bremswirkung erreicht wird.

Die Anordnung kann auch so getroffen sein, daß der Strompfad durch den Rotor im Generatorbetrieb mittels der Schaltermittel unmittelbar an den Kollektorbürsten kurzschließbar ist. In solchen Fällen kann die Einspeisung des Stromes in einem Teil der Feldwicklung oder der gesamten Feldwicklung erfolgen.

Bei anderen Ausführungsbeispielen ist die Spannungsquelle mittels der Schaltermittel im Generatorbetrieb dem Strompfad durch den Rotor nebengeschaltet. Die Beeinflussung der Brems­ wirkung ergibt sich in diesem Falle durch Steuerung der Kol­ lektorspannung beim Generatorbetrieb.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine stark schematisch vereinfacht gezeich­ nete Blockdarstellung eines Ausführungsbei­ spiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanord­ nung und

Fig. 2 und 3 entsprechende Blockdarstellungen eines zwei­ ten bzw. eines dritten Ausführungsbeispiels der Schaltungsanordnung.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung für einen Stromwender­ motor mit einem Rotor 1 , Kollektorbürsten 3 und einer geteil­ ten Feldwicklung mit Wicklungsteilen 5 und 7. Die Schaltungs­ anordnung des gezeigten Ausführungsbeispiels, die insbesondere für handgeführte Elektrowerkzeuge und Zimmereimaschinen vorge­ sehen ist, ist mittels eines Handschalters 9 betätigbar, der gemeinsam bewegliche Schaltkontaktstücke S₁ und S₂ besitzt, von denen das Kontaktstück S₁ unmittelbar mit der einen von zwei Netzanschlußklemmen 11 verbunden ist. Fig. 1 zeigt die Anordnung im Zustand, bei dem der Handschalter 9 losgelassen und das mit der einen Netzanschlußklemme 11 verbundene Kon­ taktstück S₁ in seiner Öffnungsstellung ist, die dem Genera­ tor- oder Bremsbetrieb der Anordnung entspricht. Hierbei befindet sich das zweite Kontaktstück S₂ des Handschalters 9 in seiner Schließstellung, in der es den Rotorstromkreis über den einen Wicklungsteil 5 der Feldwicklung sowie die Kollek­ torbürsten 3 kurzschließt. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Genera­ tor- oder Bremsbetrieb wird in den übrigen Wicklungsteil 7 der Feldwicklung, der beim Bremsbetrieb wegen des geschlossenen Schaltkontaktstücks S₂ nicht von dem im Rotorstromkreis flie­ ßenden Strom durchflossen ist, ein Erregerstrom mittels einer Spannungsquelle 13 eingespeist.

Die Spannungsquelle 13 enthält beim Ausführungsbeispiel einen Transformator, der primärseitig mit dem Netz verbindbar ist, wobei die Verbindung mit der einen Netzanschlußklemme 11 über einen im Bremsbetrieb geschlossenen Relaiskontakt K₂ eines Relais 14 erfolgt, das einen weiteren Relaiskontakt K₁ be­ sitzt, der beim Bremsbetrieb ebenfalls in geschlossener Schaltstellung ist und der zum Einspeisen eines Erregerstroms in den Wicklungsteil 7 die Sekundärseite des Transformators der Spannungsquelle 13 mit einem ihr zugeschalteten Gleich­ richter in Nebenschaltung mit dem Wicklungsteil 7 verbindet, siehe Fig. 1. Die Spule des Relais 14 ist einerseits mit der einen Netzanschlußklemme 11 unmittelbar verbunden und anderer­ seits über das Kontaktstück S₁ des Handschalters 9 mit der anderen Netzanschlußklemme 11 verbindbar. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Bremsbetrieb, bei dem der Handschalter 9 losgelassen und das Schaltkontaktstück S₁ geöffnet ist, ist das Relais 14 abgefallen, wobei beide Relaiskontakte K₁ und K₂ geschlossen sind.

Die Primärseite des Transformators der Spannungsquelle 13, die einerseits über den Relaiskontakt K₂ mit dem Netz unmittelbar verbindbar ist, ist an ihrem anderen Wicklungsende nicht unmittelbar mit dem Netz verbunden, sondern über eine Motor­ stillstandskontrolle 17, die am Wicklungsteil 5 der Feldwick­ lung ein die Drehbewegung des Rotors 1 kennzeichnendes Signal abgreift und in Abhängigkeit von diesem Drehsignal die Primär­ seite der Spannungsquelle 13 zum Netz durchschaltet oder bei Stillstand des Rotors 1 die Primärseite des Transformators der Spannungsquelle 13 vom Netz trennt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist beim Einschalten des Motorbetriebs der Anlaufvorgang des Motors mittels einer mit 19 bezeichneten Sanftanlaufelektronik üblicher Art ge­ steuert, die in den Motorstromkreis geschaltet ist. Zum Ein­ leiten des Motorbetriebs wird der Handschalter 9 gedrückt, wodurch zunächst das Kontaktstück S₂ öffnet, so daß der Rotor­ strompfad nicht länger über den Wicklungsteil 5 kurzgeschlos­ sen ist, und sodann das Kontaktstück S₁ schließt (integrierter Netztrenner). Durch Schließen des Kontaktstücks S₁ zieht das Relais 14 an und öffnet die Relaiskontakte K₁ und K₂. Der Motor wird nun über die Sanftanlaufelektronik 19, die einer­ seits unmittelbar mit einer Netzanschlußklemme 11 und über das geschlossene Kontaktstück S₁ mit der anderen Netzanschluß­ klemme 11 verbunden ist, über die Verbindung der Sanftanlauf­ elektronik 19 mit dem Feldwicklungsteil 7 hochgefahren, wobei der Anfahrvorgang in üblicher Weise entsprechend einer Phasen­ anschnittsrampe erfolgt. Sobald die Drehbewegung des Rotors 1 einsetzt, schaltet die Motorstillstandskontrolle 17 das eine Ende der Primärwicklung des Transformators der Spannungsquelle 13 zum Netz durch. Das andere Ende der Primärwicklung ist jedoch wegen des geöffneten Relaiskontakts K₂ vom Netz ge­ trennt.

Zum Einleiten des Brems- oder Generatorbetriebs wird der Handschalter 9 losgelassen, wodurch das Kontaktstück S₁ öffnet und das Kontaktstück S₂ schließt. Durch Öffnen des Kontakt­ stücks S₁ fällt das Relais 14 ab und schließt die Relaiskon­ takte K₁ und K₂. Durch das Kontaktstück S₂ ist der Wicklungs­ teil 5 der Feldwicklung parallel zum Rotor 1 geschaltet, so daß dieser im Generatorbetrieb arbeitet. Da die Relaiskontakte K₁ und K₂ geschlossen sind und bei sich drehendem Rotor die Motorstillstandskontrolle 17 den Transformator der Spannungs­ quelle 13 primärseitig zum Netz durchschaltet, wird in den Wicklungsteil 7 der Feldwicklung mittels der Spannungsquelle 13 ein Erregerstrom eingespeist. Dessen Stärke ist so gewählt, daß sich bei der magnetischen Kopplung mit dem anderen Wick­ lungsteil 5 ein gewünschtes Bremsmoment am Rotor 1 im Genera­ torbetrieb ergibt.

Beim Stillstand des Rotors 1 trennt die Motorstillstandskon­ trolle 17 den Transformator der Spannungsquelle 13 vom Netz.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der wesentliche Unterschied gegenüber dem Beispiel von Fig. 1 lediglich darin besteht, daß das Kontaktstück S₂ des Handschalters 9 beim Generatorbetrieb den Rotorstrompfad nicht über den Wicklungs­ teil 5 kurzschließt, sondern den Rotor unmittelbar an den Bürsten 3 kurzschließt. Im Brems- oder Generatorbetrieb ist daher das von dem Wicklungsteil 7 aufgrund des mittels der Spannungsquelle 13 eingespeisten Erregerstroms erzeugte Feld für die Bremswirkung bestimmend. Bei entsprechend gewähltem, durch die Spannungsquelle 13 in den Wicklungsteil 7 einge­ speistem Erregerstrom ergibt sich die gleiche Funktion wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig 1.

Ein in Fig. 3 gezeigtes, weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem, ebenso wie in Fig. 2, für entsprechende Schaltungsbestandteile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet sind, unter­ scheidet sich von den beiden vorherigen Ausführungsbeispielen dadurch, daß im Generator- oder Bremsbetrieb mittels der Spannungsquelle 13 der die Bremswirkung beeinflussende Strom nicht in die Feldwicklung eingespeist wird, sondern über den Relaiskontakt K₂ in Nebenschaltung zum Rotor 1 unmittelbar an dessen Bürsten 3 eingespeist wird. Die Polarität der mittels der Spannungsquelle 13 angelegten Gleichspannung ist so ge­ wählt, daß der von ihr bewirkte Strom dem durch den Rotor fließenden Erregerstrom entgegenwirkt. Im übrigen ist bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 die Betätigung der Schaltungsbestandteile mittels der Kontaktstücke S₁ und S₂ des Handschalters 9 im wesentlichen analog zu den vorhergehenden Beispielen, das heißt, bei der in Fig. 3 gezeigten Schalter­ stellung mit losgelassenem Handschalter 9 sind die Kontakt­ stücke S₁ und S₂ geöffnet, das Relais 14 ist abgefallen und dessen Relaiskontakte K₁ und K₂ sind demgemäß geschlossen, wobei sich über den geschlossenen Kontakt K₁ der Generatorbe­ trieb ergibt, indem ein geschlossener Generatorkreis über den Wicklungsteil 7, den Rotor 1 und den Wicklungsteil 5 gebildet wird. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Generatorbetrieb ist dabei die Spannung der Spannungsquelle 13 über den geschlossenen Relaiskontakt K₂ an den Bürsten 3 des Rotors 1 angelegt.

Es versteht sich, daß anstelle des erwähnten Aufbaus der Spannungsquelle 13 mit Transformator und sekundärseitig zuge­ ordnetem Gleichrichter eine andersartige geeignete Spannungs­ quelle Anwendung finden könnte. Die Sanftanlaufelektronik 19 kann in beliebiger bekannter Art ausgebildet sein oder in bestimmten Fällen in Wegfall kommen. Bei einer elektrischen Maschine, bei der eine elektronische Drehzahlregelung vorhan­ den ist, kann ein durch diese bereits vorhandenes Tachosignal die vorliegend als Motorstillstandskontrolle 17 bezeichnete Schaltungskomponente ersetzen.

Claims (10)

1. Schaltungsanordnung zum Abbremsen eines Stromwendermotors, insbesondere eines Universalmotors, in einem Elektrowerk­ zeug, welche Schaltermittel (9, 14) zum Umschalten von Motor- auf Generatorbetrieb, sowie Mittel zur Begrenzung des generatorisch erzeugten Bremsmomentes und eine Span­ nungsquelle (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (13) die Mittel zur Begrenzung des genera­ torisch erzeugten Bremsmomentes bildet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spannungsquelle (13) im Generatorbetrieb an die im Motorbetrieb den Stromwendermotor speisende Ener­ giequelle angeschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spannungsquelle (13) eine während des Generatorbetriebs konstante Ausgangsspannung hat.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (13) eine Gleichspannungsquelle ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (13) einen Transformator mit sekundärseitig angeschlossenem Gleichrichter aufweist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Generatorbetrieb zumindest ein Teil der Feldwicklung (5, 7) des Stromwendermotors durch die Schaltermittel (9, 14) an die Spannungsquelle (13) angeschlossen ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Generatorbetrieb die Aus­ gangsspannung der Spannungsquelle (13) mittels der Schal­ termittel (9, 14) mit einer dem generatorisch erzeugten Rotorstrom entgegenwirkenden Polung an die Bürsten (3) des Stromwendermotors angelegt ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bürsten (3) des Stromwendermotors im Generatorbetrieb mittels der Schaltermittel (9, 14) zumin­ dest über einen Teil (5) der Feldwicklung (5, 7) miteinan­ der elektrisch leitend verbunden sind.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bürsten (3) des Stromwendermotors im Genera­ torbetrieb mittels der Schaltermittel (9, 14) kurzge­ schlossen sind.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontrolleinrichtung (17) vorhanden ist, die ein eine Drehbewegung des Rotors (1) kennzeichnendes Signal erzeugt, und daß die Spannungsquel­ le (13) in Abhängigkeit von diesem Signal ein- und ab­ schaltbar ist.