DE19548976C1 - Bremsschaltung für Reihenschlußmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schaltungsanordnungen zum netzunabhängigen Bremsen eines Reihenschlußmotors mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 2.

Schaltungsanordnungen und Einrichtungen zum Bremsen eines Reihenschlußmotors ohne Wendepole bei konstanter Bürsten­ stellung sind in unterschiedlichen Auslegungen und Tech­ niken bekannt.

Die Offenlegungsschriften DE 42 40 972 A1, DE 36 36 555 A1 und DE 38 02 419 A1 dokumentieren beispielsweise solche Schaltungsanordnungen.

Um eine sanfte Abbremsung bei einer ausreichenden Kommutierung zu erzielen, wird im allgemeinen bei derartigen Systemen der Bremsstrom geregelt. Diese Regelung besteht üblicherweise aus einem im Takt gesteuerten Transistor, der der Feldwicklung parallel geschaltet ist.

Besonders von Nachteil bei einer derartigen Regelung ist es, daß die Motorabbremsung nicht betriebssicher ist. Versagt zum Beispiel die Ansteuereinrichtung des Transistors und wird hierdurch der Transistor während des Bremsvorgangs nicht aufgesteuert, so ist der Reihenschlußmotor unmittelbar kurzgeschlossen, wodurch ein hohes Abbremsmoment er­ zeugt wird, mit den Folgen einer schlagartigen Abbremsung des Motors. Diese schlagartige Abbremsung des Motors kann bei handgeführten Elektrowerkzeugen (Winkelschleifer, Hand­ kreissäge) zu schweren Unfällen führen. Oder der Transistor wird dauerleitend, wodurch keine Abbremsung erfolgt. Auch ein derartiger Zustand kann zu Unfällen führen.

Für eine sanfte Schnellabbremsung wird auch vorgeschlagen, der Feldwicklung eine Diodenanordnung während des Brems­ vorgangs parallel zu schalten.

Diese Diodenanordnung bewirkt einen Spannungsrückstand, der über die Feldwicklung fließt und einen kontinuierlichen Bremsvorgang gewährleistet.

Eine solche Diodenanordnung ist im Prinzip betriebssicher.

Die Nachteile bestehen darin, daß entweder, für eine aus­ reichende Kommutierung während des Bremsvorgangs, Wende­ pole vorhanden sein müssen, oder eine Bürstenverstellung vorgenommen werden muß.

Aus der EP 0 408 986 A2 ist eine Schaltvorrichtung für elektrische Umschaltung von Elektrowerkzeugen bekannt. Dabei wird als Umschaltung das Ein/Ausschalten oder die Drehrichtungsumkehr des in dem Gehäuse des Elektrowerk­ zeuges eingebauten Reihenschlußmotors bezeichnet. Für diesen Vorgang ist an dem zylindrischen Gehäuse ein ver­ drehbarer Stellring vorgesehen, der in Höhe des B-Lager­ schildes des Reihenschlußmotors so positioniert ist, daß der Stellring mit nach innen gerichteten Vorsprüngen eine verdrehbare Platte oder einen Schaltring am Reihenschluß­ motor ergreifen und mit diesem gemeinsam eine Drehbewegung durchführen kann. Mit dieser Drehbewegung werden gleich­ zeitig die an der Platte oder dem Schaltring angeordneten Bürsten verdreht. Ein Hinweis, daß diese Schaltvorrichtung auch zum Bremsen des Reihenschlußmotors verwendet werden kann, ist der Druckschrift nicht zu entnehmen.

Aus der DE 37 31 079 A1 ist ein Elektrohandwerkzeug mit einem Universalmotor mit Rechts- und Linkslauf bekannt. Die Bürsten des Motors sind in einem verstellbaren Träger­ ring angeordnet, der außerdem noch mit den Bürsten ver­ bundene Kontaktfedern trägt. Am Lagerschild und am Ständer ist jeweils ein feststehender Kontakt angeordnet, der durch Verdrehen des Trägerringes mit dessen Kontaktfedern in Ver­ bindung gebracht werden kann. Dabei ist mit dem ersten Kontakt ein Netzanschluß verbunden, während mit dem zweiten Kontakt ein Anschluß der Feldwicklung ver­ bunden ist. Je nachdem, in welche Richtung der Träger­ ring verdreht wird, wird die Stromflußrichtung durch die Bürsten bei deren gleichzeitiger Verschiebung am Umfang des Kollektors vertauscht. Weitere Schaltmittel, insbesondere zum Abbremsen des Motors, sind dieser Druck­ schrift nicht entnehmbar.

Die grundsätzliche Bremsschaltung zur Widerstandsbremsung eines Reihenschlußmotors ist aus der US 4 144 482 bekannt. Allerdings erfolgt die Umschaltung in den Bremsbetrieb ausschließlich über Kontakte des Umschalters, eine Bürsten­ verstellung oder Kontaktbetätigung über eine Bürstenver­ stelleinrichtung ist dort nicht vorgesehen.

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 195 40 740 C1 mit älterem Zeitrang ist eine Bremsschaltung bekannt, bei der zur Umschaltung vom Motorbetrieb in den Bremsbetrieb die Bürstenhalteeinrichtung verstellt wird, wobei gleich­ zeitig mittels an der Bürstenhaltevorrichtung und dem Motorgehäuse vorgesehenen Kontakten die notwendigen Schaltverbindungen hergestellt werden. Ein Schaltstell­ ring oder separate Umschaltglieder und Betätigungsglieder an der Bürstenhalteeinrichtung sind hier aber nicht vor­ gesehen.

Eine vergleichbare Bremsschaltung ist auch aus der DE 35 11 893 A1 bekannt, wobei dort vorgesehen ist, zum Umschalten vom Motor- in den Bremsbetrieb und umgekehrt die beiden Umschaltglieder des doppelpoligen Um­ schalters zeitversetzt zu betätigen. Eine Bürstenver­ stellung ist auch dort nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, konstruktiv einfache und betriebssichere Bremsschaltungen unter Verwendung verstellbarer Bürsten für Reihenschlußmotoren zu schaffen, womit die Motoren in verhältnismäßig kurzer Zeit mittels einer Kurzschlußbremsung (Generatorbetrieb) abbremsbar sind, um solche Bremsschaltungen bei mit gefährlichen Werkzeugen bestückten Motoren und im besonderen bei handgeführten Elektrowerkzeugen ver­ wenden zu können.

Diese Aufgbabe wird durch die Merkmale der nebengeord­ neten Patentansprüche 1 und 2 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.

Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Bremsschaltungen mittels einer Bürstenverstellung liegen darin, daß hiermit bei einer elektrodynamischen Bremsung eines Reihen­ schlußmotors nach dem Prinzip der Selbsterregung während des Umschaltens von Motorbetrieb in den Bremsbetrieb die Bremsung selbsttätig eingeleitet wird, wobei der Feldwicklung für den kontinuierlichen Bremsvorgang eine Diodenan­ ordnung parallel geschaltet ist, die eine verhältnismäßig sichere Bremsung gewährleistet und durch die Bürstenver­ stellung eine entsprechend gute Kommutierung erzielt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 und 2 Schaltungsanordnungen zum Bremsen eines Reihenschlußmotors in Ver­ bindung mit einer Bürstenverstellung,

Fig. 3 einen Teilschnitt im Bereich des Kollektors eines Reihenschlußmotors mit der Anordnung eines Schaltstellrings,

Fig. 4 eine Ansicht des Schaltstellrings quer zum Kollektor,

Fig. 5 und 5a Ansichten des Schaltstellrings in Verbindung mit Umschalter,

Fig. 6, 6a und 6b Ansichten des Schaltstellrings mit integrierten zugeordneten Kontakten.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum netzunabhängigen elektrischen Bremsen eines Reihenschlußmotors mittels Um­ schalter in Verbindung mit einer Bürstenverstellung und eines Strompfads.

Für eine solche Schaltungsanordnung findet in bekannter Weise ein zweipoliger Umschalter Anwendung, wobei beim Stand der Technik eine Bürstenverstellung nicht vor­ gesehen ist. Zur Erreichung einer ausreichenden Kommutierung während des Bremsvorgangs wird der Bremsstrom üblicherweise geregelt. Die Nachteile einer solchen Regelung wurde eingangs beschrieben.

Eine insgesamt wesentlich verbesserte Kommutierung wird durch verstellbare Bürsten erreicht. Bei verstell­ baren Bürsten befinden sich die Bürsten in bekannter Weise an einer Bürstenhalteeinrichtung, die über entsprechende Bedienungseinrichtungen betätigt wird.

Fig. 3 und 4 zeigt eine Einrichtung, bei der die Bürstenhalteeinrichtung als ein Schaltstellring 1 ausgebildet ist. Der Schaltstellring 1 greift über das Motorengehäuse 2 des Stromwendermotors, und der Schaltstellring 1 besitzt entsprechende Vorrichtungen 3, an denen die Bürsten 4, 4′ angeordnet sind, wobei der Schaltstellring 1 noch weitere Vorrichtungen 5, 5′ (Fig. 4, 5 und 5a) zur Betätigung der Umschaltglieder S1 und S2 (Fig. 1) aufweist. Die Umschalt­ glieder S1 und S2 sind jeweils für sich separat in einem Schaltgehäuse angeordnet, und sie bilden jeweils einen ein­ poligen Umschalter 6 (Fig. 5a), wobei die Bürsten 4, 4′ jeweils durch ein flexibles Kabel verbunden sind. Beim Ein­ schalten des Reihenschlußmotors wird der Schaltstellring 1 mit den daran angeordneten Bürsten 4, 4′ in der Richtung zur ablaufenden Kante der Feldpole bewegt, wobei die Um­ schalter 6 derart zu dem Schaltstellring 1 angeordnet sind, daß zuerst das Umschaltglied S2 über die Vorrichtung 5 am Schaltstellring 1 betätigt wird, und wenn der Schaltstell­ ring 1 mit den Bürsten 4, 4′ etwa die Endstellung erreicht hat, wird entsprechend das Umschaltglied S1 betätigt, wodurch der Motorbetrieb des Reihenschlußmotors eingeleitet wird. Dem Schaltstellring 1 ist in bekannter Weise eine Arretiervorrichtung zugeordnet, die automatisch bei der Motorbetriebsstellung einrastet, wobei durch eine manuelle Betätigung der Arretierung der Schaltstellring 1 durch Federkraft in die Ausschaltstellung des Motors zurückge­ führt wird; hierbei wird dann zuerst das Umschaltglied S1 betätigt und der Motor vom Netz getrennt, und beim Er­ reichen der Endstellung wird das Umschaltglied S2 be­ tätigt, wodurch der Bremsbetrieb des Reihenschlußmotors eingeleitet wird.

Das voneinander unabhängige und zeitversetzte Schalten der Umschaltglieder S1 und S2 ist deshalb von Vorteil, da einerseits die Bürsten 4, 4′ beim Einschalten des Motors sowohl im Motorbetrieb als auch im Bremsbetrieb jeweils die vorteilhafte Bürstenstellung aufweisen, und andererseits ist das zeitversetzte Schalten der Umschalt­ glieder S1, S2 erforderlich, um ein Kurzschließen des Netzes über die Diodenanordnung des Strompfades 14 durch die Lichtbögen, die beim Schalten an den Umschaltgliedern S1, S2 vorhanden sind, zu verhindern.

Die Wegstrecke des Schaltstellrings 1 liegt vorteilhaft bei 30°. Anker und Feldwicklung 13 können schaltungsmäßig auch vertauscht angeordnet werden.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der der Schalt­ stellring mit separaten Umschaltgliedern S1, S2 in Ver­ bindung steht. Die Umschaltglieder S1 und S2 können auch unmittelbar am Schaltstellring und am Motorengehäuse ange­ ordnet sein. Fig. 2 zeigt eine derartige Schaltungsanordnung. Die Bürsten 4, 4′ sind jeweils direkt mit den Kontakten 7 und 7a verbunden, die federnd an den Vorrichtungen 5a (Fig. 6) des Schaltstellrings 1 angeordnet sind. Dem Kontakt 7 sind die Kontakte 8 und 9, und dem Kontakt 7a sind die Kontakte 10 und 11 zugeordnet. Die Kontakte 8, 9, 10 und 11 sind entweder unmittelbar am Motorengehäuse 2 oder an einer Vorrichtung, die am Motorengehäuse installiert ist, feststehend angeordnet. Zu dem Kontakt 8 führt ein erster Netzanschluß und zum Kontakt 9 eine Kurzschluß­ brücke 12, wobei zum Kontakt 10 ein erster Anschluß der Feldwicklung 13 und ein erster Anschluß des Strompfads 14 sowie die Kurzschlußbrücke 12 führt. Der Kontakt 11 ist durch eine Brücke 15, zu der ein zweiter Anschluß des Strom­ pfads 14 führt, mit einem weiteren Kontakt 16 verbunden. Der Kontakt 16 und zwei weitere Kontakte 17 und 18 sind auch am Motorengehäuse 2 oder an einer Vorrichtung, die am Motoren­ gehäuse 2 installiert ist, feststehend angeordnet. Zu dem Kontakt 18 führt ein zweiter Netzanschluß und zum Kontakt 17 ein zweiter Anschluß der Feldwicklung 13. Den Kontakten 16, 17 und 18 ist ein an einer Vorrichtung des Schaltstellrings 1 federnd angeordneter Kontakt 19 zugeordnet, wobei der Kontakt 19 derart ausgebildet ist, daß er jeweils die Kontakte 16 und 17 oder 17 und 18 überbrücken kann.

Um den Bremsvorgang sanft einzuleiten, wird der Anker zuerst über den Strompfad 14 kurzgeschlossen, indem der Kontakt 7 mit dem Kontakt 9 und der Kontakt 7a mit dem Kontakt 11 in Verbindung gebracht wird, und danach wird der Kontakt 19 mit den Kontakten 17 und 16 in Verbindung gebracht.

Bei der Fig. 6 sind die Kontakte 8, 9, 10, 11, 16, 17 und 18 zum Beispiel fest am Motorengehäuse 2 integriert, und die Kontakte 7, 7a und 19 des Schaltstellrings 1 werden den Kontakten am Motorengehäuse 2 zugeordnet, wobei der Schalt­ stellring 1 durch die Abdeckkappe 20 des Motors in seiner Lagerung gehalten wird.

Fig. 6a zeigt eine Anordnung der Kontakte, bei der die Kontakte 8, 9, 10, 11, 16, 17 und 18 an einer Vorrichtung 21 angeordnet sind. Die Vorrichtung 21 mit den Kontakten wird nach der Montage des Schaltstellrings 1 am Motoren­ gehäuse 2 den Kontakten 7, 7a und 19 des Schaltstell­ rings 1 zugeordnet, indem die Vorrichtung 21 an dem Motorengehäuse 1 installiert wird. Der Schaltstellring 1 kann hierbei mit entsprechenden Einrichtungen 22 am Schalt­ stellring 1 durch die Vorrichtung 21 in seiner Lagerung gesichert werden.

Fig. 6b zeigt eine Anordnung der Kontakte, bei der die Kontakte um 90° gedreht, im Vergleich zu der Kontakt­ anordnung der Fig. 6, angeordnet sind.

Die Kontakte 8, 9, 10, 11, 16, 17 und 18 sind vorzugs­ weise mit einer Steckverbindungseinrichtung 23 ver­ sehen, wobei die Kontakte 11 und 16 sowie die Kontakte 9 und 10 intern miteinander verbunden sein können.

Die Vorrichtung 21 kann vorteilhaft als Steckmodul ausgebildet sein, indem die Vorrichtung 21 direkt durch Steckverbindungen mit der Feldwicklung 13 in Verbindung gebracht wird.

Bei der Schaltungsanordnung der Fig. 2 ist eine doppelte Netztrennung vorhanden. Der Schaltvorgang bei diesem System erfolgt mit einer ent­ sprechenden Zeitverzögerung, daher besteht nicht die Gefahr, daß das Netz sich über die Kurzschluß­ brücke 12 und den Strompfad 14 und die Brücke 15 kurzschließt.

Claims (5)

1. Bremsschaltung zum netzunabhängigen Bremsen eines in einem Motorengeräusch (2) eingebauten Reihenschlußmotors mit einer Feldwicklung (13) und einem Anker, wobei dem Anker zwei Bürsten (4, 4′) über eine verstellbare Bürstenhalteeinrichtung mit daran angeordneten Ein­ richtungen zur Betätigung von zwei Umschaltglieder (S1, S2) für die Bremsschaltung zugeordnet sind,
wobei die Bürstenhalteeinrichtung als Schaltstellring (1) ausgebildet ist, der über das Motorengehäuse (2) des Reihenschlußmotors greift und Vorrichtungen (3) zur Halterung der Bürsten (4, 4′) sowie zwei weitere Vorrichtungen (5, 5′) zur Betätigung der zwei jeweils separat in ein am Schaltgehäuse angeordneten, als ein­ poliger Umschalter (6) mit einem Arbeitskontakt (a, c), einem Ruhekontakt (b, d) und einem Anschluß (x, y) aus­ gebildete Umschaltglieder (S1, S2) aufweist,
wobei die Feldwicklung (13) mit den Anschlüssen (x, y) der Umschaltglieder (S1, S2) verbunden ist, der Arbeitskontakt (a) des ersten Umschaltgliedes (S1) mit einem ersten Netzanschluß, der Ruhekontakt (b) des ersten Umschaltgliedes (S1) mit der ersten Bürste (4) des Ankers und dem Arbeitskontakt (c) des zweiten Umschaltgliedes (S2) sowie der Ruhekontakt (d) des zweiten Umschalt­ gliedes (S2) mit der zweiten Bürste (4) des Ankers und einem zweiten Netzanschluß verbunden ist,
wobei die Umschalter (6) mit ihrem Schaltgehäuse derart am Motorengehäuse (2) zu dem Schaltstellring (1) angeordnet sind, daß beim Einschalten des Reihenschluß­ motors durch Drehen des Schaltstellringes (1) in eine erste Richtung zuerst das zweite Umschaltglied (S2) durch die erste Vorrichtung (5) am Schaltstellring (1) betätigt wird und beim weiteren Drehen des Schaltstell­ ringes (1) bis zu einer Endstellung durch die zweite Vorrichtung (5′) am Schaltstellring (1) das erste Schaltglied (S1) betätigt wird, wodurch der Motor­ betrieb bewirkt wird, und beim Ausschalten des Reihen­ schlußmotors durch Drehen des Schaltstellringes (1) in eine zweite Richtung die Betätigung der zwei Schalt­ glieder (S1 und S2) in umgekehrter Reihenfolge er­ folgt, wodurch der Bremsbetrieb bewirkt wird.

2. Bremsschaltung zum netzunabhängigen Bremsen eines in einem Motorgehäuse (2) eingebauten Reihenschlußmotors mit einer Feldwicklung (13) und mit einem Anker, wobei dem Anker zwei Bürsten (4, 4′) über eine verstellbare Bürstenhalteeinrichtung mit daran angeordneten Kontakten (7, 7a, 19) zum Schalten der Motorbetriebs­ phase und der Motorabbremsphase zugeordnet sind,
wobei die Bürstenhalteeinrichtung als Schaltstellring (1) ausgebildet ist, über das Motorengehäuse (2) des Reihenabschlußmotors greift und Vorrichtungen (3) zur Halterung der Bürsten (4, 4′) sowie Vorrichtungen (5a), an denen jeweils ein erster Kontakt (7) und ein zweiter Kontakt (7a), die jeweils mit einer der Bürsten (4, 4′) verbunden sind, und ein dritter Kontakt (19) angeordnet sind, aufweist, und dem ersten Kontakt (7) ein feststehender vierter und ein fünfter Kontakt (8 und 9) und dem zweiten Kontakt (7a) ein feststehender sechster und ein siebter Kontakt (10 und 11) und dem dritten Kontakt (19) ein feststehender achter, ein neunter und ein zehnter Kontakt (16, 17 und 18) zugeordnet ist, indem die zugeordneten Kontakte (8, 9; 10, 11; 16, 17, 18) unmittelbar am Motorenge­ häuse (2) oder an einer Vorrichtung, die am Motorenge­ häuse (2) installiert ist, feststehend angeordnet sind,
wobei der vierte Kontakt (8) mit einem ersten Netzanschluß und der fünfte und der sechste Kontakt (9 und 10) mit einem ersten Anschluß der Feldwicklung (13) und mit einem ersten Anschluß eines Strompfades (14) verbunden ist, der siebte Kontakt (11) durch eine Brücke (15) mit dem achten Kontakt (16) und mit dem zweiten Anschluß des Strompfades (14) verbunden ist, der zweite Anschluß der Feldwicklung (13) mit dem neunten Kontakt (17) und ein zweiter Netzanschluß mit dem zehnten Kontakt (18) verbunden ist, und wobei bei Motorbetrieb der erste Kontakt (7) mit dem vierten Kontakt (8) und der zweite Kontakt (7a) mit dem sechsten Kontakt (10) und der dritte Kontakt (19) mit dem neunten und dem zehnten Kontakt (17 und 18) in Verbindung steht und zur Um­ schaltung in den Bremsbetrieb durch die Zurückführung des Schaltstellringes (1) diese Verbindungen getrennt werden und daraufhin der erste Kontakt (7) mit dem fünften Kontakt (9) und der zweite Kontakt (7a) mit dem siebten Kontakt (11) und der dritte Kontakt (19) mit dem achten und dem neunten Kontakt (16, 17) in Verbindung gebracht wird.

3. Bremsschaltung nach Anspruch 2, wobei die fest­ stehenden Kontakte (8, 9; 10, 11; 16, 17, 18) an einer Vorrichtung (21) angeordnet sind, die nach der Montage des Schaltstellrings (1) am Motorenge­ häuse (2) installiert und dem Schaltstellring (1) angeordnet wird und der Schaltstellring (1) Ein­ richtungen (22) aufweist, mit denen in Zusammen­ wirken mit der Vorrichtung (21) der Schaltstell­ ring (1) in seiner Lagerung gesichert wird.

4. Bremsschaltung nach Anspruch 3, wobei die fest­ stehenden Kontakte (8, 9; 10, 11; 16, 17, 18) vor­ zugsweise mit einer Steckverbindungseinrichtung (23) versehen sind und der siebte und der neunte Kontakt (11 und 16) sowie der fünfte und der sechste Kontakt (9 und 10) intern miteinander verbunden sind, und wobei die Vorrichtung (21) vorteilhaft als Steckmodul ausgebildet ist, das direkt durch Steckverbindungen mit den Anschlüssen der Feldwicklung (13) in Ver­ bindung gebracht wird.

5. Bremsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Anker und die Feldwicklung (13) schaltungsmäßig vertauscht angeordnet sind.