CH508462A - Elektrowerkzeug mit eingebautem elektrischem Antriebsmotor - Google Patents

Description

  
 



  Elektrowerkzeug mit eingebautem elektrischem Antriebsmotor
Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektrowerkzeug mit eingebautem elektrischem Antriebsmotor und mit einem Laufverhalten, bei dem die Lastdrehzahl nur wenig unterhalb der Leerlaufdrehzahl liegt. Elektrowerkzeuge dieser Art haben erstens den grossen Vorteil gegenüber den üblichen Elektrowerkzeugen, dass das eingespannte Werkzeug nahezu mit seiner zulässigen Höchstdrehzahl benutzt werden kann. Daher arbeiten diese Elektrowerkzeuge sehr wirtschaftlich, was z. B. bei elektrisch angetriebenen Handschleifmaschinen besonders deutlich wird. Ausserdem zeichnen sich diese Elektrowerkzeuge durch eine wesentlich verringerte Unfallgefahr aus, da ihre Leerlaufdrehzahl geringer ist als die der üblichen Elektrowerkzeuge mit Hauptschlussmotor ohne Drehzahlbegrenzung.



   Bekannte Elektrowerkzeuge mit hoher Lastdrehzahl sind mit Gleichrichter und permanenterregtem Motor ausgerüstet. Sie unterscheiden sich von den üblichen Elektrowerkzeugen zwar durch die oben erwähnten Vorteile, weisen aber auch wesentliche Nachteile auf.



  Das bei Überlastung sich wesentlich verstärkende Ankerquerfeld bildet zusammen mit dem durch die Permanentmagnete erregten konstanten Hauptfeld ein resultierendes Feld, das sich je nach dem Belastungsfall um einen mehr oder weniger grossen Winkel gegen über der geometrisch neutralen Zone verdreht und sowohl die Kommutierung wie auch das Drehmoment nachteilig beeinflusst. Dasselbe gilt für das Anlaufverhalten der bekannten permanenterregten Elektrowerkzeuge.

  Bei den üblichen mit Wechselstrom gespeisten und von einem Hauptschlussmotor angetriebenen Elektrowerkzeugen ändern sich dagegen Hauptfeld und Ankerquerfeld bei Belastung im gleichen Masse; daher bleiben das resultierende Feld und damit auch die neutrale Zone in ihrer Winkellage anverändert; infolgedessen weisen diese üblichen Elektrowerkzeuge ein elastisches Verhalten bei weitgehender   Überlastsicherheit    und eine bei allen Belastungszuständen gute Kommutierung auf.



   Aufgabe der Erfindung ist es, ein Elektrowerkzeug bereitzustellen, das die im ersten Absatz aufgeführten, durch eine hohe Lastdrehzahl gegebenen Vorteile besitzt, ohne mit den bei den bekannten Elektrowerkzeugen dieser Art vorhandenen Nachteilen belastet zu sein.



   Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass dem Antriebsmotor als einem mit Wechselstrom gespeisten Hauptschlussmotor eine drehzahl   regelnde      Einrichtung    zugeordnet ist. Der   Ihlierfür    verwendete Antriebsmotor wird zweckmässig z. B. so ausgelegt, dass er bei einer höher als üblich angenommenen Lastdrehzahl, die jedoch niedriger ist als die sich ohne drehzahlregelnde Einrichtung einstellende Leerlaufdrehzahl, das volle Lastdrehmoment abgibt.



   Die Erfindung wird, teilweise anhand der Zeichnung, im folgenden an Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.



   In der Zeichnung ist dargestellt:
In Fig. 1 ein Elektrowerkzeug der beschriebenen Art, dessen Drehzahl durch einen Fliehkraftschalter geregelt ist, in Fig. 2 ein Elektrowerkzeug, dessen Drehzahl durch einen von der Läuferwelle angetriebenen Stromerzeuger und ein elektronisches Schaltglied geregelt ist, das mit Phasenanschnittsteuerung arbeitet und unter anderem einen oder mehrere Thyristoren enthalten kann, in Fig. 3 ein Elektrowerkzeug, dessen Drehzahl durch einen spannungsabhängigen Widerstand, der in Reihe zum Läufer geschaltet ist, geregelt ist, in Fig. 4 ein Elektrowerkzeug, dessen Drehzahl durch einen   spannungsabhängigen      Widerstand,    der   par    allen zum Läufer geschaltet ist,   tgeregeNt    ist, in Fig.

   5 der Verlauf der Drehzahl in Abhängigkeit von der abgegebenen Leistung bei Elektrowerkzeugen, die nach Fig. 3 und 4 geschaltet sind.



   Wie bereits einleitend ausgeführt und begründet, ist das Hauptkennzeichen eines Elektrowerkzeugs gemäss der Erfindung das Vorhandensein einer drehzahlregelnden Einrichtung, die dem als Antriebsmotor dienenden Hauptschlussmotor zugeordnet ist. Diese drehzahlre  gelnde Einrichtung verhindert, dass bei Entlastung die Läuferdrehzahl wesentlich über die zweckmässigerweise höher als sonst üblich ausgelegte Lastdrehzahl hinaus zunimmt.



   Zu diesem Zweck kann die Drehzahl   durch    eine mechanisch von der Drehzahl beeinflusste Stellgrösse über einen Fliehkraftschalter 11 geregelt werden, wobei zur Funkenlöschung am   Kontaktpaar    12 ein spannungs   abhängiger    Widerstand 13,   dessen    Widerstandswert bei steigender Spannung abnimmt, und Kondensatoren 14 angeordnet sein können. Bei dieser Anordnung wird der Strom in rascher Folge unterbrochen und wieder geschlossen, sobald das Elektrowerkzeug entlastet wird, wodurch die Drehzahl bei Entlastung auf den gewünschten Höchstwert begrenzt bleibt.



   Auch der   Strömungswiderstand    eines vom   Motor    angetriebenen, z. B. auf der Läuferwelle sitzend   umiufen-    den Windflügels kann, insbesondere   bei    kleineren Elektrowerkzeugen, zur Regelung der Drehzahl benutzt werden wobei der Teil der zugeführten elektrischen Energie, der die Drehzahl unangemessen erhöhen würde, in Luftwärme umgewandelt wird. Ein solcher Windflügel kann mit fester Luftwiderstandsfläche ausgeführt sein, er kann aber auch eine Luftwiderstandsfläche besitzen, die sich mit zunehmender Drehzahl vergrössert. Um einen besonderen Windflügel und damit Aufwand und Raumbedarf zu sparen, kann man auch den Lüfter des Antriebsmotors zusätzlich als Windflügel in der beschriebenen Art ausbilden.



   Ausser   FlieRaft      und      Strömungswiderstand    können auch elektrische Stellgrössen verwendet werden, die in einen geeigneten Drehzahlregler eingegeben werden. So kann ein vom Läufer des Antriebsmotors angetriebener Stromerzeuger, z. B. ein sogenannter Tachogenerator 15, ein elektronisches Schaltglied 16 steuern, das die am Motor liegende Spannung beeinflusst.



   Die Spannung als elektrische Stellgrösse kann zur Drehzahlregelung verwendet werden, indem ein spannungsabhängiger   Widerstand      17, dessen      Widerstandswert    bei zunehmender Spannung abnimmt, mit dem Läufer 18 des Antriebsmotors in Reihe geschaltet wird. Bei dieser Anordnung führt eine Belastung des Antriebsmotors zu erhöhter Stromaufnahme des Motors und erhöhter Spannung an dem Widerstand, wodurch dessen Widerstandswert abnimmt und dem Motor mehr Strom zur Verfügung gestellt wird; bei Entlastung des Motors nimmt dessen Stromaufnahme ab, die Spannung am Widerstand sinkt, sein Widerstandswert nimmt zu, und die Stromzufuhr zum Motor wird zusätzlich gedrosselt, so dass dessen Drehzahl sich auf einen nahe der Lastdrehzahl liegenden Leerlaufhöchstwert einstellt.



  Auch die Parallelschaltung eines spannungsabhängigen Widerstandes 17 zum Motorläufer 18 ist möglich, wobei dann die drehzahlabhängige Spannung am Läufer auf den diesen überbrückenden Widerstand in dem Sinne wirkt, dass bei Entlastung und demzufolge   abneh    mender Stromaufnahme die steigende Läuferspannung eine Abnahme des Widerstandswertes des   überbrücken-    den Widerstandes und diese eine gegenüber dem Läuferstrom erhöhte Stromaufnahme der Feldwicklung und damit eine Drehzahlabsenkung nach sich zieht.



   Es ist auch möglich, mechanische und elektrische Steuereinrichtungen in Verbindung miteinander anzuwenden. Ein   Fliehkraftschaiter    kann eine elektrisch wir   kunde      Steuereirrichtung,    z. B. den   Steuerstrom    eines Thyristors, schalten, der seinerseits den   Arbeitsstrom    des Antriebsmotors steuert.



   Die Sicherheit eines Elektrowerkzeugs der beschriebenen Art wird erhöht, wenn zusätzlich zu der drehzahlregelnden Einrichtung 19 eine Sicherung vorgesehen wird, die die Drehzahl begrenzt. Diese die Drehzahl begrenzende Einrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie bei Überschreiten der zugelassenen Höchstdrehzahl das   Elelktrowerlkzeulg    vom Netz trennt. Sie kann auch, ohne den Strom zu unterbrechen, auf andere Weise verhindern, dass die Drehzahl zu hoch wird.



  Beispielsweise ist ein Schalter, der durch den Kühlluftstrom des Antriebsmotors betätigt ist und den Motor bei Überschreiten eines vorbestimmten Staudruckwertes abschaltet, als Sicherung möglich. Als Sicherung kann auch ein Fliehkraftschalter angeordnet sein, der bei Überschreiten der zugelassenen Höchstdrehzahl den Antriebsmotor vom Netz trennt. Hierzu kann an einem   Fliahfkraftschalter,      der    schon zur   Regelung der    Drehzahl vorgesehen ist, ein zweites Kontaktpaar angeordnet sein, das als Abschaltsicherung arbeitet.



   Auch die Anordnung eines Windflügels als zusätzliche, die Drehzahl begrenzende Sicherung ist denkbar, dessen Luftwiderstandsfläche sich bei Überschreiten des zulässigen Drehzahlbereichs schnell vergrössert und der durch das damit einsetzende plötzliche Abbremsen des Elektrowerkzeugs den damit Arbeitenden darauf aufmerksam macht, dass die Drehzahlregelung nicht mehr einwandfrei arbeitet. Auch der Lüfter des Antriebsmotors kann zusätzlich zu seiner Wirkungsweise als Liifter in dieser Weise ausgebildet sein.



   Weiter ist es möglich, ein Relais anzuordnen, in das eine elektrische Stellgrösse eingegeben wird, und das infolgedessen eine drehzahlbegrenzende Schaltung ausführt. Bei einer solchen rein elektrischen Sicherung kann das Relais z.B. durch die sich mit der Drehzahl ändernde Spannungsverteilung zwischen Feld und Läufer gesteuert werden. Auch ein vom Antriebsmotor des Elektrowerkzeugs angetriebener Stromerzeuger kann auf das Relais wirken.



   Es hat sich weiter als zweckmässig erwiesen, wenn die je Kommutatorlamelle zu übertragende elektrische Leistung durch Erhöhung der Nutenzahl des Läufers kleiner als sonst üblich gehalten wird. Als besonders günstig wurden Nutenzahlen ermittelt, die einem Ver   hältnis    von   Läuferdurchmesser    in mm gemessen, zu Nutenzahl entsprechen, das höchstens bis 2,9, vorzugsweise unter 2,5 beträgt. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Elektrowerkzeug mit eingebautem elektrischem Antriebsmotor, mit einem Laufverhalten, bei dem die Lastdrehzahl nur wenig unterhalb der Leerlaufdrehzahl liegt und der Antriebsmotor ein mit Wechselstrom gespeister Hauptschlussmotor ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antriebsmotor eine drehzahlregelnde Einrichtung zugeordnet ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Elektrowerkzeug nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Drehzahlregelung ein Fliehkraft- schalter (11) vorgesehen ist.

   2. Elektrowerkzeug nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Funkenlöschung am Kontaktpaar (12) des Fliehkraftschalters ein spannungs abhängiger Widerstand (13) und mindestens ein Kondensator angeordnet sind.

   3. Elektrowerkzeug nach Patentanspruch, gekenn- zeichnet durch einen Windflügel, dessen Luftwider standsfläche sich mit zunehmender Drehzahl vergrö ssern kann.

   4. Elektrowerkzeug nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter des Antriebsmotors ausser in seiner Form als Lüfter zusätzlich als Windflügel ausgebildet ist, der mit zunehmender Drehzahl seine Luu:widers'tanIdslläche vergrössern kann.

   5. Elektrowerkzeug nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehzahlregler vorgesehen ist, in den wenigstens eine elektrische Stellgrösse eingegeben werden kann.

   6. Elektrowerkzeug nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlregler einen vom Läufer des Antriebsmotors angetriebenen Stromerzeuger (15) und ein elektronisches Schaltglied (16) enthält.

   7. Elektrowerkzeug nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlregler aus einem spannungsabhängigen Widerstand (17) besteht, dessen Widerstandswert bei zunehmender Spannung abnimmt und der mit dem Läufer (18) des Antriebsmotors in Reihe geschaltet ist.

   8. Elektrowerkzeug nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlregler aus einem spannungsabhängigen Widerstand (17) besteht, dessen Widerstandswert bei zunehmender Spannung abnimmt und der parallel zum Läufer (18) des Antriebsmotors geschaltet ist.

   9. Elektrowerkzeug nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Drehzahlregelung ein Fliehkraftschalter vorgesehen ist, der eine elektrisch wirkende Steuereinrichtung schaltet.

   10. Elektrowerkzeug nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Fliehkraftschalter ein Thyristor angeordnet ist, dessen Steuerstrom von dem Fliehkraftschalter geschaltet wird und welcher Thyristor seinerseits den Arbeitsstrom des Antriebsmotors steuert.

   11. Elektrowerkzeug nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der drehzahlregelnden Einrichtung (19) eine die Drehzahl begrenzende Einrichtung angeordnet ist.

   12. Elektrowerkzeug nach Unteranspruch 11, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Einrichtung in Form eines Schalters, der durch den Staudruck des Kühlluftstromes betätigt ist und den Antriebsmotor abschalten kann.

   13. Elektrowerkzeug nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Einrichtung aus einem Fliehkraftschalter besteht, der bei unzulässig hoher Drehzahl den Antriebsmotor vom Netz trennt.

   14. Elektrowerkzeug nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Einrichtung aus einem zweiten Kontaktpaar eines zur Drehzahlregelung vorgesehenen Fliehkraftschalters besteht.

   15. Elektrowerkzeug nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch eine zusätzliche, die Drehzahl begrenzende Einrichtung in Form eines Windflügels, dessen Luftwidrstandsfläche sich bei Überschreiten der ver- gesehenen Höchstdrehzahl vergrössert.

   16. Eiektrowerkzeug nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter des Antriebsmotors ausserdem als Windflügel ausgebildet ist, der als zusätzliche, die Drehzahl begrenzende Einrichtung bei Überschreiten der vorgesehenen Höchstdrehzahl seine Luftwiderstandsfläche vergrössert.

   17. Elektrowerkzeug nach Unteranspruch 11, gekennzeichnet durch ein Relais, in das eine elektrische Stellgrösse eingegeben wird und das eine drehzahlbegrenzende Schaltung ausführt.

   18. Elektrowerkzeug nach Unteranspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Relais durch die sich mit der Drehzahl ändernde Spannungsverteilung zwischen Feld und Läufer gesteuert wird.

   19. Elektrowerkzeug nach Unteranspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Antriebsmotor angetriebener Stromerzeuger auf das Relais wirkt.

   20. Elektrowerkzeug nach dem Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Durchmesser in mm gemessen, zu Nutzahl des Läufers höchstens bis 2,9, vorzugsweise unter 2,5 beträgt.