DE3201036A1 - "schaltungsanordnung fuer den links- und rechtslauf von kollektormotoren" - Google Patents

Description

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Case 4142 -3-

Schaltungsanordnung für den Links- und Rechtslauf von Kollektorniotoren

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für den Links- und Rechtslauf von Kollektormotoren unter Umschalten der AnkerStromrichtung, insbesondere für Elektrowerkzeuge.

Auf vielen Einsatzgebieten von Kollektormotoren, insbesondere bei Elektrowerkzeugen, wie Bohrmaschinen und Schraubern, tritt häufig die Forderung auf, den Motor wahlweise in beiden Drehrichtungen betreiben zu können. In bekannter Weise verwendet man dazu Umschalter, die die Richtung des durch den Anker fließenden Stromes mit Bezug auf den Strom durch die Feldspulen bzw. bei einem Gleichstrommotor mit Permanentmagneten mit Bezug auf das Magnetfeld umkehrt. Das Einschalten des Motors erfolgt dann über einen zusätzlichen Schalter in der Stromzuführung, beispielsweise bei einer elektrischen Handbohrmaschine mittels eines Tastschalters im Handgriff. Die Bedienung ist dabei jedoch verhältnismäßig umständlich, weil bei Jeder Drehrichtungsumschaltung zum einen der Umschalter betätigt werden muß und zum anderen dann der Einschalter. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Drehrichtungsumschaltung versehentlich im eingeschalteten Zustand erfolgt, wodurch Beschädigungen des Motors und Schalters auftreten können. Es besteht zwar die Möglichkeit, einer gegenseitigen elektrischen oder mechanischen Verriegelung zwischen den beiden Schaltern, aber dann wird der Aufwand hoch.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine schnelle Drehrichtungsumschaltung bei Kollektormotoren zu ermöglichen, die sich auf einfache Weise betätigen läßt und mit einfachen Schaltern auskommt. Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art und ist dadurch ge-

kennzeichnet, daß zwei je durch Taster betätigte Schalter für den Links- bzw. Rechtslauf mit je einem beweglichen Mittelkontakt und einem Arbeits- und Ruhekontakt vorgesehen sind, daß der Anker zwischen die Mittelkontakte geschaltet ist und daß die Arbeitskontakte und die Ruhekontakte Je miteinander verbunden sind und an der Stromzuführung liegen.

Dann kann der Motor durch einfaches Betätigen der jeweiligen Taste in der einen bzw. anderen Drehrichtung betrieben werden. Ein versehentliches Betätigen beider Tasten unterbricht die Stromzuführung und schließt zusätzlich den Anker kurz, so daß eine Bremswirkung auftritt. Das ist insbesondere auch für den Fall wichtig, daß bei einer elektrischen Bohrmaschine beispielsweise beim Festfressen des Bohrers in Schreckreaktion beide Tasten gedrückt werden. Der Anker ist auch im Ruhezustand beider Schalter kurzgeschlossen. Das bedeutet, daß beim Ausschalten des Motors durch Loslassen des jeweiligen Tasters ebenfalls eine Bremswirkung auftritt. Bei richtiger Auslegung der Schaltung sorgt diese Zwischenabbremsung dafür, daß der Motor nicht bei hoher Drehzahl in der einen Drehrichtung abrupt in die andere Drehrichtung umschaltbar ist. Die Abbremsung des Motornachlaufs beim Abschalten ist aber auch für den Normalfall wichtig, um Verletzungen beim Weglegen beispielsweise einer Handbohrmaschine mit . eingespanntem Werkzeug zu vermeiden.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung eignet sich sowohl für Gleichstrommotoren mit permanenten Feldmagneten, als auch für Allstrommotoren mit Feldwicklungen. Für einen Hauptschlußmotor sieht dabei eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Feldwicklungen des Motors jeweils in die Stromzuführung zu den miteinander verbundenen Arbeitsbzw. Ruhekontakten geschaltet sind.

Die Schalter für die beiden Drehrichtungen können durch

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Einzeltasten betätigbar sein. Es besteht aber In Weiterbildung der Erfindung auch die Möglichkeit, daß die beiden Schalter durch eine gerneineame Wippe einzeln und zusammen betätigbar sind. Eine solche Wippe kann beispielsweise im Handgriff eines Elektrowerkzeugs untergebracht sein, wobei durch Drücken auf das eine bzw. andere Ende der Wippe die beiden Drehrichtungen einschaltbar sind. Wird die Wippe insgesamt gedrückt, beispielsweise bei einer Schreckreaktion, so bremst sich der Motor unter Abschaltung und Kurzschluß seines Ankers ab.

Für eine Drehzahlregelung in Verbindung mit der Drehzahlumschaltung besteht eine besonders zweckmäßige Lösung darin, daß der Endanschlag jedes Tasters durch ein Plättchen aus elektrisch leitendem Kunststoffmaterial gebildet isti dessen Widerstand sich abhängig vom ausgeübten Druck ändert, und daß die Widerstandsänderung zur Drehzahlsteuerung ausgenutzt ist. Ein solches Kunststoffmaterial steht mit unterschiedlichen elektrischen und mechanischen E£genschaften im Handel zur Verfügung. Es handelt sich dabei beispielsweise um feinporigen Schaumstoff, der nachträglich mit einem die Leitfähigkeit erzeugten Stoff getränkt wird, oder um einen Kunststoff, in den leitendes Material, beispielsweise Kohlenstoff eingearbeitet 1st. Auf dem Plättchen aus einem solchen Material v/erden einseitig oder auch auf beiden Seiten Elektroden aufgebracht, . die gegebenenfalls zur Verringerung des Widerstandes auch kammartig ineinandergreifen können. Auf diese Weise entsteht ein durch Druck veränderbarer Widerstand, der in der gleichen Weise wie die sonst meist üblichen Einstellwiderstände mit Kohlebahn und Schleifer zur Drehzahlsteuerung verwendet werden kann. Steuerbausteine in Form speziell zugeschnittener integrierter Schaltungen stehen dem Fachmann zu diesem Zweck zur Verfügung. Eine solche Drehzahlsteuerung mittels eines veränderbaren Widerstandes am Endanschlag eines Tastschalter kann auch unabhängig von der Links-Rechtslaufumschaltung von Bedeutung

sein. Besonders vorteilhaft ist die Unempfindlichkeit des Plättchenc aus leitendem Kunstatoffmaterial gegen äußere Einflüsse und die praktisch weglose Einstellung des Widerstandswertes.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 drei Schaltzustände einer Schaltungsanordnung

nach der Erfindung;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltung nach der Erfindung.

In Fig. 1 sind die drei normalen Schaltzustände eines in seiner Drehrichtung umschaltbaren Kollektormotors mit einem Anker 1 und Feldwicklungen 2 dargestellt, und zwar links die Ruhelage, in der Mitte der Linkslauf als die eine Drehr.ichtung und rechts der Rechtslauf als die andere Drehrichtung. Die Speisespannung liegt an Anschlußklemmen 3' In der Ruhelage haben zwei einpolige Umschalter 4, 5, die durch Tasten betätigbar sind und einen beweglichen Mittelkontakt 6, 6¹ sowie einen Arbeitskontakt 7, 7¹ und einen Ruhekontakt 8, 8' aufweisen, die links in Fig. 1 dargestellte Position. Der Anker 1 ist kurzgeschlossen und es fließt kein Strom.

Wird der Tastschalter 4 entsprechend der mittleren Darstellung in Fig. 1 gedrückt, so läuft der Motor in der einen Drehrichtung an, die hier als Linkslauf angenommen ist. Wird dagegen der Tastschalter 5 entsprechend der rechten Darstellung in Fig. 1 gedrückt, so fließt der Strom mit Bezug auf die Feldwicklungen 2 in umgekehrter Richtung über den Anker 1, so daß der Motor in der anderen Drehrichtung läuft. Wenn ein Benutzer von der einen Drehrichtung in die andere Drehrichtung umschalten will, so muß er zunächst den jeweils betätigten Tastschalter freigeben, der dann in die links in Fig. 1 dargestellte Ruhe-

lage zurückkehrt. Durch den Kurz.schluß den Ankers 1 erfolgt eine Abbremsung. Anschließend kann der andere Tastschalter betätigt werden, und der Motor läuft in der umgekehrten Drehrichtung an. Beim gleichzeitigen Drücken beider Tastschalter ergibt sich keine Fehlfunktion. Vielmehr wird auch hierbei der Anker 1 unter Abbrerasung kurzgeschlossen und der Strom ist unterbrochen. Ein solches gewolltes oder auch ungewolltes Drücken beider Tastschalter führt daher in gewünschter Weise zu einer Abbremsung.

In Fig. 2 ist schematisch ein Schalter zur Verwirklichung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung dargestellt. Die Schaltung selbst ist identisch mit der nach Fig. 1 und es werden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die beiden Umschalter 4, 5 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 9 angeordnet. Es können alle üblichen Schalterkonstvuktionen Verwendung finden, beispielsweise auch sogenannte Mikroschalter mit Schnappkontakten und kurzem Betätigungsweg. Die Betätigung der beiden Schalter 4, 5 erfolgt getrennt über Druckstifte 10, die im Gehäuse 9 geführt sind. Federn 11 drängen die Druckstifte 10 aus dem Gehäuse 9 heraus wobei ein Anschlag durch einen Bund 12 der Druckstifte 10 verwirklicht ist. Die Betätigung der Druckstifte 10 und damit der Jeweils zugeordneten Schalter 4, 5 erfolgt mittels einer gemeinsamen Wippe 13 oder auch - wie links dargestellt - durch Einzeltasten 14, die an die Stelle der Wippe 13 treten.

Auf der Oberseite des Gehäuses 9 sind unterhalb der Wippe 13 bzw. der Taster 14 nur schematisch dargestellte Plättchen 15 aus einem druckabhängig leitenden Kunststoff material angeordnet. Je zwei Anschlußleitungen 16, die mit Elektroden auf dem Plättchen 15 verbunden sind, führen zu einer Drehzahlsteuerschaltung (nicht dargestellt) bekannter Art, die beispielsweise eine integrierte Schaltung enthält und die Drehzahl des Motors 1, 2 abhängig von dem Widerstand des Plättchens 1jf5 über einen steuerbaren Halbleiterschalter, beispielsweise einen Triac einstellt

oder auch regelt. Die Widerstandsänderung des Plättchens 1$ erfolgt durch mehr oder weniger starken Druck auf die Betätigungswippe 13 bzw. die Taster 14, so daß nach Betätigen des jeweiligen Umschalters 4, 5 ein mehr oder weniger starker Druck gegen das Plättchen 10, das den Endanschlag des Schalters darstellt, eine Drehzahleinstellung oder -regelung in der jeweiligen Drehrichtung ermöglicht.

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   PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UNiJ WIESBADEN

   Palenlconsult RödeckeslraCo 43 800!) U.jn-Jien όθ Telefon (089) Η3360ϊ/8ί>ί6')4 ToIi;'. 05-2123K'· r^legror..ino Polon:· onsull Palenlconsull Sonnenborger SiraOo 4.5 6.Y,ü Wiuibnrien Ti loion (06121) 56?743/:>'.i998 lelex (M-Ifi .237 Tolcgraiiimo Poientconsult

   Black & Decker Inc. Case 4142

   Newark, Del. 19711, USA

   Patentansprüche

   m7\Schaltungsanordnung für den Links- und Rechtslauf von Kollektormotoren unter Umschalten der Ankerstromrichtung, insbesondere für Elektrowerkzeuge,
   dadurch gekennzeichnet, daß zwei je durch Taster (13, 14) betätigte Schalter (4, 5) für den Links- bzw. Rechtslauf mit je eine-n beweglichen Mittelkontakt (6, 6^f) und einem Arbeits- und Ruhekontakt (7, 7¹; 8, 8') vorgesehen sind,

   ^c% daß der Anker (1) zwischen die Mittelkontakte (6, 6¹) geschaltet ist,

   und daß die Arbeitskontakte (7, 7') land die Ruhekontakte (8, 8¹) je miteinander verbunden sind und an der Stromzuführung (3) liegen.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 für einen Hauptschlußmotor,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Feldwicklungen (2) des Motors jeweils in die Stromzuführung zu den miteinander verbundenen Arbeits- bzw. Ruhekontakten (7, 7'; 8, 8') geschaltet sind.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter 4, 5 durch Einzeltasten (14) betätigbar sind.

   München; R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Oipl.-Phys. Dr. r«r. nat. · t. Hoffmann Dipl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Blumhach Dipl.-Ing. · P. Beigen Prof. Dr. jur. Dipl.-Ing., Pdt.-A«., Pat.-Anw. bis 1979 · G. Zwimer Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (4, 5) durch eine gemeinsame Wippe (13) einzeln und zusammen betätigbar sind.
5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Endanschlag jedes Tasters (13» 14) durch ein Plättchen (15) aus elektrisch leitendem Kunststoffmaterial gebildet ist, dessen Widerstand sich abhängig vom ausgeübten Druck ändert,
   und daß die Widerstandsänderung zur Drehzahlsteuerung ausgenutzt ist.