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Elektromotorisch angetriebenes Handwerkzeug mit einer elektronischen Drehzahlsteuereinrichtung Die Erfindung betrifft ein elektromotorisch angetriebenes Handwerkzeug mit einer elektronischen Drehzahlsteuereinrichtung, einem Gehäuse mit dem Elektromotor, dessen Anker und Feldwicklung in Reihe geschaltet sind.
Es kann sich hierbei um ein Universal-Handbohr- gerät handeln.
Das erfindungsgemässe Handwerkzeug ist gekennzeichnet durch die im Gehäuse untergebrachte elektronische Drehzahlsteuereinrichtung mit einem steuerbaren Siliziumhalbleiter-Stromkreis, welche in Reihe mit dem Motor geschaltet und für den Anschluss an eine Wechselstromquelle vorgesehen ist, durch einen zur Steuerung der Motordrehzahl bestimmten veränderbaren Widerstand und durch eine am Gehäuse angeordnete Taste, die mechanisch mit dem beweglichen Anschluss des Widerstandes gekoppelt ist, wobei die an den Motor angelegte Spannung und der durch diesen fliessende Strom und damit die Motordrehzahl von der mittels der Taste beeinflussbaren Steuereinrichtung abhängig sind.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 zeigt das elektrische Schema der Drehzahl- Steuereinrichtung, Fig. 2 zeigt eine Seitenaufriss-Darstellung eines von Hand zu bedienendes und durch eine Kraftquelle angetriebenes Bohrwerkzeug.
Gemäss der Fig. 1 sind zwei Stromleitungen 10 und 11 vorgesehen. Sie sind an eine 60Hz Wechselstromquelle angeschlossen. Die angelegte Spannung beträgt 117 Volt. Zwischen den Leitungen 10, 11 ist eine Krafter- zeugungseinrichtung 12 vorgesehen. Die Krafterzeugungs- einrichtung ist ein Universalmotor. Der Motor 12 hat eine Feldwicklung 13 und eine Ankerwicklung 14. Diese Wicklungen sind in üblicher Weise in Reihe miteinander verbunden.
Zur Steuerung des Stromflusses durch den Motor 12 und der an ihn angelegten Spannung ist ein gesteuerter Siliziumgleichrichter 15 mit dem Motor in Reihe geschaltet. Der gesteuerte Siliziumgleichrichter 15 weist eine Anode 16, eine Kathode 17 und eine Steuerelektrode 18 auf. Es sei bemerkt, dass der gesteuerte Sili- ziumgleichrichter 15 die Aufgabe hat den Wechselstrom während einer Halbperiode durchzulassen und den Fluss des Wechselstromes während der anderen Halbperiode zu sperren. Der gesteuerte Siliziumgleichrichter unterbindet die Stromführung, wenn die an die Leiter 10 und 11 angelegte Spannung die gleiche Polarität wie die Sperrspannung des Gleichrichters aufweist.
Für die Steuerung der Durchschnittspannung am Motor wird die Impulsbreite der durchgelassenen Stromimpulse ver- ändert.
Soll während beider Halbperioden, der zwischen den Leitungen 10 und 11 angelegten Wechselspannung, dem Motor 12 Strom zugeführt werden, so kann ein im Nebenschluss mit dem gesteuerten Siliziumgleichrichter 15 verbundener Schalter 19 geschlossen werden. Wenn dieser Schalter geschlossen ist, wird der Motor 12 unmittelbar von den Leitungen 10 und 11 ohne Zwischenschaltung des gesteuerten Siliziumgleichrichters gespeist.
Um zu erreichen, dass der gesteuerte Siliziumgleich- richter 15 während der einen Halbperiode des Wechselstromes leitend wird, ist die Steuerelektrode 18 über die Steuerdiode 20 mit der gemeinsamen Verbindung 21 zwischen einem Kondensator 22 und einem veränderlichen Widerstand 23 verbunden, wobei der Kondensator 22 mit der Kathode 17 des gesteuerten Siliziumgleich- richters 15 und der veränderliche Widerstand 23 mit der Anode 16 des gesteuerten Siliziumgleichrichters 15 verbunden ist.
Es kann ein Begrenzungs-Widerstand 24 zwischen der gemeinsamen Verbindung 21 und dem ver- änderlichen Widerstand 23 eingesetzt werden, um sicher zu sein, dass die Spannung zwischen der gemeinsamen Verbindung 21 und der Anode 16, einen bestimmten minimalen Wert nicht unterschreitet.
Der veränderliche Widerstand 23 hat einen einstellbaren Kontakt 25.
Er ist verschiebbar, um den Widerstand, der in Reihe mit dem Kondensator 22 geschaltet ist, ändern zu können. Die Spannung über den Kondensator 22 wird zur Steuerung des Siliziumgleichrichters 15 verwendet. Wird der einstellbare Kontakt 25 in der Richtung des Pfeiles 26 verschoben, so wird die Spannung über dem Kondensator 22 erhöht. Die Folge davon ist, dass der gesteuerte Siliziumgleichrichter 15 während der ganzen einen Halbperiode des Wechselstromes leitend gemacht wird, so dass
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dem Motor 12 entsprechend mehr Strom zugeführt und eine grössere Spannung an ihn angelegt wird. Wird der einstellbare Kontakt 25 in der entgegengesetzten Richtung verschoben, so gibt das eine entsprechende Verringerung der Spannung am und des Stromes durch den Motor 12.
Der veränderliche Widerstand 23 ändert den Stromfluss durch den Kondensator 22 und beeinflusst somit die Grösse der Spannung über dem Kondensator 22. Erreicht diese Spannung einen bestimmten Wert, wird über die Diode 20 der Steuerelektrode 18 des gesteuerten Siliziumgleichrichters ein Stromimpuls zugeführt, wodurch dieser Gleichrichter Stromführend wird. Der Stromimpuls ist unter anderem von der Eigenschaft der Diode abhängig.
Da nur ein ziemlich kleiner Strom durch den ver- änderlichen Widerstand 23 fliesst und weil ferner der Spannungsabfall an dem gesteuerten Siliziumgleichrichter 15 verhältnismässig klein ist, ist die in diesen Teilen erzeugte Wärme entsprechend gering. Infolgedessen können die Steuereinrichtungen, welche mit dem gesteuerten Siliziumgleichrichter 15 verbunden sind, und der gesteuerte Siliziumgleichrichter selbst im Gehäuse des Handwerkzeuges angeordnet werden. Es kann sich hierbei um einen hohlen Handgriff handeln, der durch die gestrichelte Linie 27 in der Fig. 1 angedeutet ist.
Auch ein anderer gebräuchlicher Teil des durch eine Kraftquelle angetriebenen Werkzeuges mit der Antriebsein- richtung in Form eines Universalmotors kann in an sich üblicher Weise in dem Handgriff angeordnet werden. Wegen der verhältnismässig niedrigen Wärmeerzeugung der Steuerschaltungen ist die entstehende Wärmemenge verhältnismässig klein und für die Bedienungsperson, welche den Handgriff anzufassen hat nicht unangenehm. Ist die Erwärmung zu gross, können die Schaltungen im kühlenden Luftstrom des Motorgehäuses angeordnet werden.
Es ist zweckmässig, dass der veränderliche Widerstand 23 durch die Bedienungsperson geändert werden kann. Hierfür wird eine Taste 28 benutzt. Sie ist in einer Öffnung des Handgriffes 27 in bekannter Art verschiebbar gelagert. Eine Feder 29 dient dazu, die Taste 28 in der Ruhestellung gegen einen nicht dargestellten Anschlag zu drücken.
Eine mechanische Verbindung, die durch die gestrichelte Linie 30 angedeutet ist, dient dazu, die Taste 28 mit dem einstellbaren Kontakt 25 mechanisch zu koppeln. Hierbei ist die Anordnung so gewählt, dass, wenn die Taste 28 gegen die Feder 29 gedrückt wird, der bewegliche Kontakt 25 in der Richtung des Pfeiles 26 bewegt wird, um den wirksamen Widerstand, der in Reihe mit dem Kondensator 22 geschaltet ist zu verringern, damit die an den Motor 12 angelegte Spannung und der durch denselben fliessende Strom wie weiter oben beschrieben, zunehmen.
Eine mechanische Verbindung, welche durch die gestrichelte Linie 31 angedeutet ist, dient dazu, die Taste 28 und den Schalter 19 miteinander zu koppeln. Der Schalter 19 ist so angeordnet, dass er durch die Taste 28, kurz bevor diese .ihre andere Endstellung erreicht, geschlossen wird. Indem sich der dem gesteuerten Siliziumgleich- richter 15 parallel geschaltete Schalter 19 schliesst, wird der Motor 12 unmittelbar an die Leitungen 10, 11 angeschaltet und somit die maximale Leistung abgegeben.
Die Fig. 2 zeigt ein von Hand steuerbares, durch eine Kraftquelle angetriebenes Bohrgerät 32. In diesem Bohrgerät ist die oben beschriebene Steuereinrichtung angeordnet. Das Bohrgerät 32 weist ein gebräuchliches Spannfutter 33 auf. Letzteres ist mit einer Welle 34 verbunden. Diese ist in dem Gehäuse des Handwerk- zeuges durch eine geeignete Einrichtung gelagert. Auf der Welle 34 ist am anderen Wellenende ein Zahnrad 35 befestigt. Die Zähne dieses Zahnrades stehen im Eingriff mit einer Verzahnung an dem einen Ende einer Welle 36, welche einen Teil des Motors 12 bildet. Die Welle 36 ist in den Lagern 37 gelagert und auf ihr ist ein Ventilator 38 angebracht um in an sich bekannter Weise den Motor 12 zu kühlen. Die Welle 36 bildet einen Teil eines Rotors 39.
Auf dem Rotor 39 befinden sich Ankerwicklungen 14. Der Rotor 39 weist einen gewöhnlichen Kommutator 40 auf. Mit 41 sind Bürstenhalter- Einrichtungen bezeichnet.
Ein Träger 42 ist mit Hilfe eines Befestigungsmittels 43 mit dem Stator 44, welcher die Feldwicklungen 13 trägt, verbunden. Der Träger 4.2 dient zum Halten des gesteuerten Siliziumgleichrichters 15, der Diode 20, des fest eingebauten Widerstandes 24 und des Kondensa- tors 22.
Die Taste 28 ist in einer Öffnung 45 des Handgriffes 27 des Bohrgerätes 32 derart gelagert, dass die Taste zwischen einer Ruhelage und einer Arbeitslage hin und her bewegt werden kann. Bei dem Handgriff 27 handelt es sich um einen pistolenartigen Griff. In der Ruhelage befindet sich die Taste 28 teilweise ausserhalb des Handgriffes und in der Arbeitslage ist sie mehr oder weniger in den Handgriff hineingedrückt. In der Fig. 2 ist die Taste 28 in seiner Ruhelage dargestellt. Das eine Ende des veränderlichen Widerstandes 23 ragt in die Aussparung 28a des Tasters hinein. Der veränderliche Widerstand 23 kann aus Kohle oder ähnlichen Stoffen bestehen und schienenförmig ausgebildet .sein.
Die Aussparung 28a dient auch zur Unterbringung der Feder 29. Die Aussparung 28a hat an ihrem inneren Ende ein kleines Sackloch 30, das zur Aufnahme des Endes eines verschiebbaren Stückes 25, welches einen Teil des veränderlichen Widerstandes bildet, dient. Das andere Ende des veränderlichen Widerstandes 23 ist an einem Träger 45 befestigt. Dieser Träger 46 ist im Handgriff 27 des Hand- werkzeuges durch ein hiefür geeignetes Mittel gelagert.
Die Taste 28 weist einen herabhängenden Finger 31 auf. Dieser Finger 31 kann, wenn die Taste ganz nach innen gedrückt wird, in Eingriff mit einem Knopf 19a auf den Schalter 19 gebracht werden. Betätigt der Fin- ger 31 den Knopf 19a schliesst der Schalter 19, wodurch der gesteuerte Siliziumgleichrichter 15 überbrückt und der Motor 12 unmittelbar über die Stromleitungen 10 und 11 gespeist wird. Ein zusätzlicher Schalter 48 kann in eine der beiden Stromleitungen 10 oder 11 eingebaut werden. Er weist einen herabhängenden Knopf 49 auf und dieser kann mit der Taste 28, so bald diese nach innen bewegt wird, in Eingriff gebracht werden.
Der Schalter 48 dient als Sicherheit dafür, dass tatsächlich der Stromkreis geöffnet wird, wenn sich die Taste vollkommen in ihrer Ruhelage befindet.
Wie aus der Fig. 2 leicht zu ersehen ist, kann die Drehzahlsteuerung Weicht in dem Gehäuse eines Handwerk- zeuges untergebracht werden, ohne dass es erforderlich ist, die Gesamtgrösse des Handwerkzeuges zu vergrös- sern. Der veränderliche Widerstand 23, welcher mit der Taste mechanisch gekoppelt ist, um durch ihn betätigt zu werden, kann leicht in dem Handgriff des Werk- zeuges angeordnet werden und verursacht keine wesentliche Erwärmung des Werkzeughandgriffes. Der ver- änderliche Widerstand 23 wird nicht sehr warm, weil nur ein ziemlich kleiner Strom durch denselben hindurch fliesst.
Der veränderliche Widerstand befindet sich im
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Steuerstromkreis der steuerbaren Siliziumdiode und nicht im Hauptstromkreis.
Abgesehen davon, dass es ermöglicht wird, die Ge- samtgrösse des durch eine Kraftquelle angetriebenen Werkzeuges verhältnismässig klein zu halten, weist die Drehzahl-Steuereinrichtung noch einen anderen, sehr wichtigen Vorteil auf.
Dieser Vorteil besteht darin, dass der veränderliche Widerstand 23 mit dem Taster 28 mechanisch gekoppelt ist. Somit kann das Handwerkzeug leicht gehandhabt werden. Ebenso kann durch dieselbe Hand die Drehzahl des Werkzeugmotors gesteuert werden. Dies ist sehr wichtig, da dadurch das Handwerkzeug in ziemlich engen oder schwierigen Lagen gehandhabt werden und die Bedienungsperson das Handwerkzeug nur mit einer Hand für die Durchführung des Vorvorganges benutzen kann. Die unter dem Einfluss der Taste stehende erfindungs- gemässe Drehzahl-Steuereinrichtung ermöglicht auch die Betätigung des Werkzeug-Spannung 33 bei sehr niedrigen Umdrehungen/Min., z.
B. bei 60 - 1000 Umdre- hungen/Min., ohne dass der Werkzeugmotor oder Teile der elektronischen Steuerung erhitzt werden. Diese sehr geringe Drehzahl wird erreicht, indem die Taste nur ein klein wenig in den Handgriff nach innen gedrückt wird. Eine weitere Einwärtsbewegung der Taste ruft natürlich eine höhere Drehzahl des Motors 12 hervor. Infolge der kleinen Umdrehungszahl eines eingespannten Bohrers, ist es möglich, an einer bestimmten Stelle mit dem Bohren eines Loches zu beginnen, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Bohrspitze abspringt, wenn mit dem Bohren des Loches begonnen wird.
Im Ausführungsbeispiel wurde nur eine Handbohrmaschine mit der Drehzahlsteuerung beschrieben. Eine solche Drehzahlsteuerung kann jedoch bei vielen elektrisch angetriebenen Handwerkzeugen verwendet werden.