DE19745307C2 - Reihenschlußmotor mit Kommutator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Reihenschlußmotor mit Kommutator, insbesondere für ein gebremstes Elektrowerkzeug mit Universal­ motor, mit zumindest einer Ankerwicklung und zumindest einer Feldwicklung, und mit einer Schalteinrichtung zur Umschaltung des Motors zwischen Motorbetrieb und Bremsbetrieb, wobei die Ankerwicklung mit einem Kommutator verbunden ist, an dem zumin­ dest eine erste und eine zweite Bürste vorgesehen sind, wobei im Motorbetrieb die zumindest eine Feldwicklung mit der Anker­ wicklung über die erste und die zweite Bürste und den Kommuta­ tor mit einer Spannungsquelle in Reihe geschaltet ist, und wobei im Bremsbetrieb die zumindest eine Feldwicklung von der Spannungsquelle getrennt ist und über die Ankerwicklung zu einem geschlossenen Stromkreis verbunden ist.

Ein derartiger Reihenschlußmotor ist aus der DE 36 36 555 A1 bekannt.

Bei dem bekannten Motor handelt es sich um einen Reihenschluß­ motor, der einen Anker und wenigstens eine Feldwicklung auf­ weist, wobei ein Schalter vorgesehen ist, über den der Anker und die zumindest eine Feldwicklung in einer ersten Polung zu­ einander an eine äußere Stromversorgung anschaltbar sind und durch den der Anker und die Feldwicklung in einer anderen Po­ lung zueinander in den Bremsbetrieb umschaltbar sind, indem zu­ mindest ein Teil der Feldwicklung zu dem Anker parallel liegt. Zur Beeinflussung der Felderregung im Bremsbetrieb ist eine Elektronik vorgesehen, die lediglich im Bremsbetrieb vom Anker parallel geschaltet ist. Hierzu enthält die Elektronik einen Kondensator zur Einleitung der Selbsterregung im Bremsbetrieb, der im Motorbetrieb von der äußeren Stromversorgung aufgeladen wird und nach der Umschaltung in den Bremsbetrieb einen Feld­ strom erzeugt, der von einer Zenerdiode begrenzt wird und eine Charakteristik aufweist, durch die die Felderregung zumindest in einem die Anfangsnenndrehzahl im Bremsbetrieb enthaltenden Drehzahlbereich des Ankers zumindest quasi-konstant gehalten ist. Die Elektronik wird hierbei also dazu verwendet, einer­ seits die Selbsterregung im Bremsbetrieb einzuleiten, und um andererseits eine bestimmte Bremscharakteristik zu erzeugen. Dabei soll gleichzeitig durch die Elektronik ein übermäßiges Bürstenfeuer vermieden werden.

Bei dem bekannten Reihenschlußmotor wie auch bei anderen Rei­ henschlußmotoren, die mit Unterstützung von Elektronikbauteilen gebremst werden können, besteht grundsätzlich immer die Gefahr, daß die Elektronik ausfällt. Im Falle eines Versagens der Elek­ tronik ist somit keine zuverlässige Bremsung mehr gewähr­ leistet, so daß insbesondere bei starker thermischer Belastung eines von einem solchen Reihenschlußmotor angetriebenen Elek­ trowerkzeuges immer ein gewisses Risiko für das Versagen der Bremseinrichtung besteht. Gerade bei hoch belasteten Elektro­ werkzeugen, wie etwa bei Winkelschleifern, wird jedoch eine äu­ ßerst hohe Zuverlässigkeit auch der betreffenden Brems­ einrichtung gefordert, um die Unfallsicherheit zu verbessern.

Verzichtet man jedoch auf die Elektronik und schließt einfach den Anker über die zumindest eine Feldwicklung und gegebenen­ falls einen Bremswiderstand kurz, so läßt sich zwar bei geeig­ neter Auslegung der Bremse eine zuverlässige und schnelle Brem­ sung erreichen, jedoch tritt hierbei ein starkes Bürstenfeuer auf, was einerseits zu einer schnellen Abnutzung der Bürsten führt und andererseits zu erheblichen Problemen bei der Ent­ störung.

Gemäß der DE 195 40 740 C1 ist eine Bremsschaltung für Reihen­ schlußmotoren bekannt, die eine verstellbare Bürstenhalterung in Verbindung mit Schaltmitteln zur Umschaltung zwischen Motor- und Bremsbetrieb aufweist, wobei die Bremsung nach dem elektro­ dynamischen Prinzip der Selbsterregung während des Umschaltens vom Motor- in den Bremsbetrieb erfolgt. Dabei soll durch die verstellbare Bürstenhalterung das Problem des Bürstenfeuers re­ duziert werden.

Jedoch hat sich gezeigt, daß auch bei diesem Motor trotz der verstellbaren Bürstenhalterung nach wie vor Kommutierungs­ probleme und damit ein verstärktes Bürstenfeuer auftreten.

Gemäß der DE 43 07 357 A1 wird versucht, das Problem des Bür­ stenfeuers dadurch zu umgehen, daß die Wendepolwicklungen rela­ tiv zu der neutralen Zone des Ankers in Drehrichtung des Ankers verschoben angeordnet werden.

Gleichwohl tritt auch hierbei im Verlauf von zahlreichen Brem­ sungen ein Bürstenfeuer auf, das sich nachteilig auf die Le­ bensdauer der Bürsten auswirkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Reihen­ schlußmotor gemäß der eingangs genannten Art derart zu verbes­ sern, daß das Problem des Bürstenfeuers möglichst gering gehal­ ten wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Reihenschlußmotor gemäß der ein­ gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine dritte und eine vierte Bürste vorgesehen sind, die im Brems­ betrieb am Kommutator schleifen und im Motorbetrieb vom Kommu­ tator abgehoben sind, wobei die erste und die zweite Bürste im Bremsbetrieb vom Kommutator abgehoben sind.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen ge­ löst.

Erfindungsgemäß wird das Kommutatorfeuer bei der Parallel­ schaltung der Feldwicklung zur Ankerwicklung im Bremsbetrieb durch spezielle Bürsten vermieden, die lediglich im Brems­ betrieb am Kommutator schleifen und im Motorbetrieb vom Kommu­ tator abgehoben sind. Gleichzeitig werden die erste und die zweite Bürste im Bremsbetrieb vom Kommutator abgehoben.

Diese dritte und vierte Bürste können speziell für den Brems­ betrieb ausgelegt sein, so daß sich mit einfachen Mitteln eine übermäßige Abnützung der Bürsten verhindern läßt, wobei gleich­ zeitig Entstörprobleme vermieden werden.

Dadurch wird gewährleistet, daß die Bürsten für den Motor­ betrieb und die Bürsten für den Bremsbetrieb immer nur in ihrer Vorzugsrichtung am Kommutator anliegen. Dadurch wird schon nach kurzer Einlaufzeit sichergestellt, daß die Bürsten immer in op­ timaler Weise am Kommutator anliegen, wodurch der Bürstenver­ schleiß reduziert wird.

Insgesamt läßt sich so eine übermäßige Abnutzung der Bürsten verhindern, und Entstörprobleme lassen sich deutlich redu­ zieren.

Darüber hinaus wird auf diese Weise eine von der Funktion einer Bremselektronik unabhängige eigenerregte Bremsung ermöglicht, so daß das Ausfallrisiko einer Elektronik vermieden wird.

Es ist zwar grundsätzlich bekannt, zur Umschaltung zwischen Rechts- und Linkslauf eines Elektrowerkzeuges eine dritte Bür­ ste vorzusehen (vgl. DE 39 04 765 A1), jedoch ist die Erfindung hierdurch nicht nahegelegt, da die bekannte Anordnung einem gänzlich anderen Zweck dient, nämlich, auf möglichst einfache, kostengünstige Weise einen Antrieb für eine Zweigang-Hand­ werkzeugmaschine mit zwei unterschiedlichen Drehzahlen zu er­ möglichen.

Auch durch die DE 195 13 863 A1 ist die Erfindung nicht nahege­ legt, da die hierin offenbarte dritte Bürste wiederum einem gänzlich anderen Zweck dient, nämlich, auf möglichst einfache, kostengünstige Weise einen Elektromotor für den Betrieb von Scheibenwischanlagen zu schaffen, womit ein Betrieb des Motors in zwei Geschwindigkeitsstufen ermöglicht ist und die Geschwin­ digkeit der zweiten Geschwindigkeitsstufe veränderbar ist.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung sind die erste und die zweite Bürste, sowie die dritte und die vierte Bürste je­ weils um einen Winkel von etwa 180° zueinander versetzt ange­ ordnet.

Dabei können zusätzlich die erste gegenüber der dritten Bürste und die zweite gegenüber der vierten Bürste um einen Winkel zwischen etwa 20° und 90° versetzt angeordnet sein.

Durch diese Maßnahmen kann die Anordnung der Bürsten optimiert werden, um das Bürstenfeuer zu minimieren und um eine günstige mechanische Umschaltmöglichkeit zu erlauben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Reihenschluß­ motors;

Fig. 2 eine vergrößerte Prinzipdarstellung des Kommutators mit den vier Bürsten gemäß Fig. 1 von vorn und

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Kommutator mit Bürsten von oben in vereinfachter Darstellung.

Ein erfindungsgemäßer Reihenschlußmotor ist in Fig. 1 darge­ stellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.

Der Motor 10 umfaßt einen nur schematisch mit der Ziffer 12 an­ gedeuteten Anker, der eine Ankerwicklung aufweist und mit einem Kommutator 18 gemäß der Fig. 2 und 3 elektrisch verbunden ist. Am Kommutator 18 sind insgesamt vier Bürsten 20, 22, 24, 26 angeordnet, von denen, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, jeweils zwei einander gegenüberliegende Bürsten 20, 22 bzw. 24, 26 von der Oberfläche 28 des Kommutators 18 abgehoben sind.

Der Motor 10 umfaßt ferner zwei Feldwicklungen 14, 16, die mit der Ankerwicklung in Reihe schaltbar sind.

Zur Umschaltung des Motors 10 zwischen Motorbetrieb und Brems­ betrieb dient ein Schalter S mit den Schaltelementen S₁, S₂ und S₃.

Im in Fig. 1 dargestellten Motorbetrieb liegen die erste Feld­ wicklung 14, die Ankerwicklung, die über die erste Bürste 20 und die gegenüberliegende zweite Bürste 22 versorgt wird, mit der zweiten Feldwicklung 16 in Reihe und sind an die Spannungsquelle 34 angekoppelt.

Dagegen ist die erste Feldwicklung 14 im Bremsbetrieb von der Spannungsquelle 34 abgekoppelt und liegt mit der Ankerwicklung, die über die dritte Bürste 24 und die gegenüberliegende vierte Bürste 26 angekoppelt ist, mit der zweiten Feldwicklung 16 in Reihe, wobei sich über die Verbindung zwischen den Polen 2 und 3 des ersten Schaltelementes S₁ ein geschlossener Bremsstrom­ kreis ergibt.

Der Schalter S umfaßt drei Schaltelemente S₁, S₂, S₃, die als Umschalter ausgebildet sind und miteinander gekoppelt sind, wie durch eine gestrichelte Linie 37 angedeutet ist. Über das erste Schaltelement S₁ wird das Abtrennen von der Spannungsquelle 34 und Schließen des Bremsstromkreises durch Umschalten des Schaltelementes S₁ zwischen den Schaltkontakten 1 und 2 erreicht. Die erste Feldwicklung 14, die mit dem Schaltelement S₁ am Anschluß 3 verbunden ist, ist am anderen Ende mit dem Anschluß 4 des Schaltelementes S₂ angeschlossen, das zwischen den Schaltkontakten 5 und 6 umschaltbar ist. Die erste Bürste 20 ist mit dem Anschluß 5 gekoppelt, während die dritte Bürste 24 mit dem Anschluß 6 gekoppelt ist.

Die zweite Feldwicklung 16 ist an einen Anschluß 9 des dritten Schaltelementes S₃ angeschlossen und am anderen Ende mit dem Anschluß 2 des Schaltelementes S₁ verbunden, der mit dem ande­ ren Pol der Spannungsquelle 34 gekoppelt ist. Das Schaltelement S₃ ist zwischen den Schaltkontakten 7 und 8 umschaltbar, wobei im in Fig. 1 dargestellten Motorbetrieb die Kontakte 8 und 9 des Schaltelementes S₃ verbunden sind, während im Bremsbetrieb die Kontakte 7 und 9 verbunden sind. Die zweite Bürste 22 ist mit dem Anschluß 8 des Schaltelementes S₃ verbunden, während die vierte Bürste 26 mit dem Anschluß 7 des Schaltelementes S₃ verbunden ist.

Wie aus Fig. 2 näher zu ersehen ist, stehen im Motorbetrieb 30 die erste Bürste 20 und die zweite Bürste 22 in Schleifkontakt mit der Oberfläche 28 des Kommutators 18. Im Motorbetrieb 30 sind die dritte Bürste 24 und die vierte Bürste 26 von der Oberfläche 28 des Kommutators 18 abgehoben.

Erfolgt nun die Umschaltung in den Bremsbetrieb 32 gemäß Fig. 3, so werden durch eine mit dem Schalter S in geeigneter Weise gekoppelte Mechanik die erste Bürste 20 und die zweite Bürste 22 von der Oberfläche 28 des Kommutators 18 abgehoben und die dritte und die vierte Bürste 24, 26 an die Oberfläche 28 des Kommutators angelegt, so daß sich diese in Schleif­ kontakt befinden.

Auf diese Weise läßt sich ein übermäßiges Kommutatorfeuer sowohl im Motorbetrieb 30 als auch im Bremsbetrieb 32 vermei­ den, da die Bürsten 20, 22 für den Motorbetrieb 30 und die Bür­ sten 24, 26 für den Bremsbetrieb 32 in optimaler Weise ausge­ legt werden können.

Dabei kann zusätzlich noch der Winkel α zwischen der ersten und der dritten Bürste 20, 24 und zwischen der zweiten und der vierten Bürste 22, 26 variiert werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Im in Fig. 2 dargestellten Fall liegt der Winkel α in der Größenordnung von etwa 60°.

Claims (3)

1. Reihenschlußmotor mit Kommutator, insbesondere für ein ge­ bremstes Elektrowerkzeug mit Universalmotor, mit zumindest einer Ankerwicklung (12) und zumindest einer Feldwicklung (14, 16), und mit einer Schalteinrichtung (S) zur Umschal­ tung des Motors (10) zwischen Motorbetrieb (30) und Brems­ betrieb (32), wobei die Ankerwicklung (12) mit einem Kom­ mutator (18) verbunden ist, an dem zumindest eine erste (20) und eine zweite (22) Bürste vorgesehen sind, wobei im Motorbetrieb (30) die zumindest eine Feldwicklung (14, 16) mit der Ankerwicklung (12) über die erste (20) und zweite (22) Bürste und den Kommutator (18) mit einer Spannungs­ quelle (34) in Reihe geschaltet ist, und wobei im Bremsbe­ trieb (32) die zumindest eine Feldwicklung (14, 16) von der Spannungsquelle (34) getrennt ist und über die Anker­ wicklung (12) zu einem geschlossenen Bremsstromkreis ver­ bunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte (24) und eine vierte (26) Bürste vorgesehen sind, die im Brems­ betrieb (32) am Kommutator (18) schleifen und im Motor­ betrieb (30) vom Kommutator (18) abgehoben sind, wobei die erste (20) und die zweite (27) Bürste im Bremsbetrieb (32) vom Kommutator (18) abgehoben sind.

2. Reihenschlußmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (20) und die zweite (22) Bürste, sowie die dritte (24) und die vierte (26) Bürste jeweils um einen Winkel von etwa 180° zueinander versetzt sind.

3. Reihenschlußmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste (20) gegenüber der dritten (24) Bürste und die zweite (22) gegenüber der vierten (26) Bür­ ste um einen Winkel (α) zwischen etwa 20° und 90° ver­ setzt sind.