DE3222065A1

DE3222065A1 - Elektrisches handwerkzeug mit drehrichtungsumschaltung und drehmomentbegrenzung

Info

Publication number: DE3222065A1
Application number: DE19823222065
Authority: DE
Inventors: Klaus 6270 Idstein Bott-Gruber; Siegfried 6225 Johannisberg Huber; Manfred 6200 Wiesbaden Merkator
Original assignee: Black and Decker Inc
Current assignee: Black and Decker Inc
Priority date: 1982-06-11
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1983-12-15
Also published as: FR2528638B1; DE3222065C2; FR2528638A1

Description

·..- -..-.:*. Case 4 232

Elektrisches Handwerkzeug mit Drehrichtungsuinschaltting und Drehinornentbegrenzung

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Handwerkzeug, insbesondere eine Handbohrmaschine oder einen Schrauber, mit elektrischer Umschaltung der Drehrichtung des Motors.

Die Möglichkeit einer Drehrichtungsumschaltung ist in bekannter Weise insbesondere dann erwünscht, wenn mittels einer Handbohrmaschine mit eingesetzter Schrauberklinge Schrauben nicht nur ein- sondern auch ausgedreht werden sollen. Entsprechendes gilt für das Schneiden von Gewinden und andere Arbeiten. Für das Eindrehen und Anziehen von Schrauben sowie auch aus Sicherheitsgründen wird häufig eine Begrenzung des maximalen Drehmomentes gefordert, wobei zusätzlich eine Einstellung des Maximalwertes möglich sein soll. Die Begrenzung des Drehmomentes führt jedoch zu Schwierigkeiten, wenn Schrauben * nicht nur eingedreht, sondern auch ausgedreht werden

- sollen, weil eine festsitzende Schraube dann nicht ausgedreht werden kann. Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, auf sinnvolle Weise eine elektrische Umschaltung der Drehrichtung mit einer Begrenzung des Drehmomentes zu kombinieren. Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung aus von einem elektrischen Handwerkzeug der eingangs genannten Art und ist gekennzeichnet durch eine Schaltung zur Begrenzung des Drehmomentes, die nur in einer Drehrichtung, vorzugsweise im Recntslauf wirksam ist. Dann Jörnen einerseits Schrauben bei begrenztem Drehmoment eingedreht werden, lassen sich aber auch bei sehr festem Sitz nach Umschaltung der Drehrichtung ausdrehen, weil keine Begrenzung des Drehmomentes vorhanden ist, deren Ansprechen den Motor abschaltet. Da ganz überwiegend Schrauben oder auch Gewindebohrer oder ähnliche Werzeuge mit Rechtsgewinde Verwendung finden, ist vorzugsweise die Begrenzung des Drehmomentes nur im Rechts]auf wirksam. Bei Schrauben mit Linksgewinde gilt entsprechend,

daß die Begrenzung des Drehmomentes nur im Linkslauf wirksam sein soll. Die automatische Abschaltung der Drehmomentbegrenzung bei einer Drehrichtung ersetzt dabei die gegebenfalls vorhandene Möglichkeit, die Drehmomentbegrenzung nach Umschaltung der Drehrichtung von Hand abzuschalten, was nicht nur umständlich ist sondern auch übersehen werden kann.

Zur praktischen Verwirklichung der Schaltung bestehen mehrere Möglichkeiten. So kann in besonders einfacher Weise vorgesenen sein, daß der Schalter für die Drehrichtungsumkehr des Motors einen zusätzlichen Kontakt aufweist, der die'Schaltung zur Begrenzung des Drehmomentes ein- bzw. ausschaltet.

Für ein Handwerkzeug mit einem in Phasenanschnittsteuerung betriebenen Universalmotor mit einer Drehzahlsteuer-• oder Drehzahlregelschaltung, bei der ein an einer Gleichspannung liegendes Potentiometer zur Sollwerteinstellung der Drehzahl.verwendet wird, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Schaltung zur Drehmomentbegrenzung eine Kippstufe enthält, der eine dem Drehmoment proportionale Spannung zugeführt ist und die bei Erreichen eines einstellbaren Schwellenwertes aus einem ersten in einen zweiten stabilen Zustand kippt, daß der Ausgang der Kippschaltung nur im ersten stabilen Zustand eine Gleichspannung liefert und daß der zusätzliche Kontakt des Schalters zur Drehrichtungsumkehr des Motors das Potentiometer in der einen Drehrichtung an den Ausgang der Kippstufe und in der anderen Drehrichtung an eine feste Spannung legt. Wenn demgemäß das abgegebene Drehmoment den durch den einstellbaren Schwellenwert bestimmten Maximalwert übersteigt, gelangt die Kippschal-¹ tung in den zweiten stabilen Zustand, so daß das Potentiometer koine Gleichspannung erhält. Das entspricht der Drehzahleiristellung Null, so daß die Drehzahl steuer- oder DrehzahLregelschaltung den Motor abschaltet. Das gilt aber nur in der einen Drehrichtung, denn in der anderen Drehrichtung liegt das Potentiometer an einer

-5-

festen Spannung und die Drehzahlbegrenzung ist unwirksam.

Zur Gewinnung der dem Drenmoment proportionalen Spannung für die Kippstufe kann zweckmäßig vorgesehen sein, daß diese Spannung aus dem Spannungsabfall an einem Shunt-Widerstand im Motorstromkreis durchGleichrichten mittels eines einen Operationsverstärker enthaltenden Gleichrichters abgeleitet ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Kippstufe einen Operationsverstärker enthält, an dessen invertierendem Eingang die dem Drehmoment proportionale Spannung und an dessen nicht invertierendem Eingang eine einstellbare, den Drehmomentsollwert darstellende Bezugsspannung liegt und daß eine Diode zwischen dem Ausgang und dem nicht invertierenden Eingang des Operations· Verstärkers mit einer solchen Polung geschaltet ist, daß sie beim Übergang der Kippstufe in den zweiten stabilen Zustand leitet und die Kippstufe in diesem Zustand festhält. Nach dem Ansprechen der Drehmomentbegrenzung bleibt demgemäß der Motor ausgeschaltet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Schaltbildes für ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

Die dargestellte Schaltung ist für eine elektrische Handbohrmaschine mit einem Universalmotor, also einem KoIlektormotor bestimmt, der einen Anker 1 und Feldwicklungen 2 besitzt. Die Stromrichtung im Anker 1 läßt sich mit Hilfe eines zweipoligen Umschalters 3 umkehren. Die Speisung des Motors 1, 2 erfolgt vom Netzanschluß 4 über einen im Handgriff angeordneten Tastschalter 5. Außerdem liegen ein Triac 6 und ein Snunt-Widerstand 7 im Ilauplstroiii kreis. Zur Leistungs- und damit Drehzahleinstellung ist eine nicht im einzelnen dargestellte Steuerschaltung vorgesehen, die in Form eines integrierten Schaltkreises handelsüblich ist. Die Steuerschaltung 8 erzeugt aus

der über die Leitung 9 zugeführten Netzspannung eine interne Betriebsgleichspannung + Vcc, die über die Leitung 10 herausgeführt ist. Die Phasenlage der dem Triac 6 über die Leitung 11 zugeführten Zündimpulse und damit • 5 die an den Motor 1, 2 angelegte Effektivspannung wird durch eine Gleichspannung bestimmt, die der Steuerschaltung 8 über eine Leitung 12 zugeführt wird.

Die Messung des vom Motor 1, 2 gelieferten Drehmoments erfolgt unter Messung des zugeführten Effektivstroms, der durch den Shunt-Widerstand 7 fließt. Die dort abfallende Spannung wird über Leitungen 13, 14 einer Drehmoment-Begrenzungsschaltung 15 in einem gestrichelten Kästchen zugeführt. Innerhalb der Begrenzungsschaltung 15 gelangt der Spannungsabfall am Shunt-Widerstand 7 über zwei Widerstände 16, 17 an den invertierenden bzw. nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 18, der zusammen mit Dioden 19, 20 sowie einem Widerstand 21 und einem Kondensator 22 in bekannter Weise einen auch schon bei sehr kleinen Spannungen arbeitenden Gleichrichter bildet. Die am Ausgang 23 des Gleichrichters erzeugte, positive Spannung, die durch den Kondensator geglättet ist, wird über einen Widerstand 24 dem invertierenden Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 25 zugeführt, der zusammen mit einer Diode 26 zwischen seinem Ausgang 27 und seinem nicht invertierenden Eingang eine Kippstufe bildet. Am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 25 liegt außerdem eine einstellbare positive Spannung, die an einem Potentiometer 28 mit Vorwiderständen 29, 30 abgegr-iffen und aus der · Betriebsgleichspannung +Vcc abgeleitet wird.

Mit dem Potentiometer 28 wird das maximale Drehmoment eingestellt, bei dem die Begrenzung stattfinden soll. Die Einstellung bewirkt das Anlegen einer bestimmten, positiven Bezugsspannung an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 25. Solange die vom Gleichrichter 18 bis 22 am Ausgang 23 gelieferte Span-

nung kleiner als diese Bezugsspannung ist, befindet sich der Ausgang 27 des Operationsverstärkers ZS auf eiricM· hohen positiven Spannung, die etwa gleicn der Spannung Vcc ist. Die Diode 26 sperrt dann. Befindet sich ein

•5 weiterer Umschaltkontakt 31, der mechanisch mit dem Drehrichtungsumschalter 3 gekoppelt ist, in der dargestellten Lage, so wird die positive Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 25 über einen Vorwiderstand 32 einem Potentiometer 33 zugeführt, das auf der anderen Seite über einen weiteren Vorwiderstand 34 an der gemeinsamen Bezugsleitung 14 liegt. Mittels des Potentiometers 33 kann dann der Steuerschaltung/in der üblichen Weise eine einstellbare Gleichspannung über die Leitung 12 zugeführt werden, die eine Leistungs- und Drehzahlregelung des Motors 1, 2 bewirkt.

Übersteigt die vom Gleichrichter an seinem Ausgang 23 gelieferte Spannung die Bezugsspannung am nicht inver- ' tierenden Eingang des Operationsverstärkers 25, so erscheint an dessen Ausgang 27 eine sehr niedrige Spannung, die praktisch gleich der Spannung auf der Bezugsleitung 14 ist. Die Diode 26 leitet, so daß der Operationsverstärker 25 in diesem Zustand festgehalten wird. Da das Potentiometer 33 jetzt nicht mehr an einer positiven Spainung liegt, schaltet die Steuerschaltung 8 den Triac 6 und damit den Motor 1, 2 aus. Auf diese Weise wird bei einem bestimmten, am Potentiometer 28 eingestellten Drehmoment das Ausschalten erreicht.

Es sei angenommen, daß in der dargestellten Lage der Schaltkontakte 3, 31 der Motor 1, 2 im Rechtslauf betrieben wird, also eine Schraube (nicht gezeigt) mit Rechtsgewinde eindrehen kann. Dies geschieht, dann mit dem jeweils gewünschten, am Potentiometer 28 eingestr11 ten Drehmoment. Beim Umschalten.in den Linkslauf wird der Vorwiderstand 32 des Potentiometers 33 über den Umschalter 31 an die feste Betriebsgleichspannung +Vcc angelegt. Damit ist die Drehmoment-Begrenzungssschaltung

\f ί, C C- W V

15 unwirksam und es können auch festsitzende Schrauben ohne Begrenzung des Drehmoments herausgeschraubt werden.

Durch Umkehrung der Anschlüsse am Umschalter 31 kann» falls gewünscht, erreicht werden, daß eine Drehmomentbegrenzung nur im Linkslauf auftritt. Zum gleichen Zweck könnte ein weiterer Umschalter eingesetzt werden und über einen zusätzlichen Schalter außerdem auch dafür gesorgt werden, daß in Sonderfällen die Drehmomentbegrenzung auch in beiden Drehrichtungen wirksam ist.

Claims

BLUMBACH:,. WESER»*· ΒΈΊ^βΕΝ · KRAMER ZWIRNER - HOFFMANN

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN LfND WIESBADEN

Patentconsul! RadedtestraCa 43 80Ü0 München 60 Telefon (089) 883605/68361)4 Tolex 01)212313 lolcyiiinirna fMii-iiiLo Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telcifr.immo Palenlcon«·..!'¹

Black & Decker Inc. Case425Z

Newark, Del. 19711, USA

Patentansprüche

Elektrisches Handwerkzeug, insbesondere Handbohrmaschine oder Schrauber mit elektrischer Umschaltung der Drehrichtung des Motors (1, 2),
gekennzeichnet durch: eine Schaltung (15) zur Begrenzung des Drehmoments, dienur in einer Drehrichtung, vorzugsweise im Rechtslauf wirksam ist.
2. Handwerkzeug nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (3) für die Drehrichtungsumkehr des Motors (1, 2) einen zusätzlichen Kontakt (31) aufweist, der die Schaltung (15) zur Begrenzung des Drehmoments ein- bzw. ausschaltet.
3. Handwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2 mit einem in Phasenanschnittsteuerung betriebenen Universalmotor (1, 2) und einer Drehzahlsteuer- oder Drehzahlregelschaltung CSJ₃ bei der ein an einer Gleichspannung (Vcc) liegendes Potentiometer (33) zur Sollwerteinstellung der Drehzahl verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (15) zur Drehmomentbegrenzung eine Kippstufe (25, 26) enthält, der nine dem Drehmoment proportionale «Spannung zugeführt ist.

München: R. Kramnr Dipl.-Ing. · W. Wasnr Dipl.-Phys. Dr. ror. nat. ■ F.. Hoffmann Dipl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bargen Prof. Dr.jiir. Dipl.-Ing., Pdt.-Ass., Pat.-Anw, bis 1079 ■ G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W. ln<i.

und die bei Erreichen eines einstellbaren (28) Schwellenwertes aus einem ersten in einen zweiten stabilen Zustand kippt, daß der Ausgang (27) der Kippstufe nur im ersten stabilen Zustand eine Gleichspannung liefert b und daß der zusätzliche Kontakt (31) des Schalters (3) zur Drehrichtungsumkehr des Motors (1, 2) das Potentiometer (.53) in der einen Drehrichtung an den Ausgang (27) der Kippstufe (25, 26) und in der anderen Drehrichtung an eine feste Spannung (+Vcc) legt.
4. Handwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kippstufe (25, 26) zugeführte, dem Drehmoment proportionale Spannung aus dem Spannungsabfall an einem Shunt-Widerstand (7) im Mo-. torstromkreis durch Gleichrichten mittels eines einen Operationsverstärker (18) enthaltenden Gleichrichters (.18 bis 22) abgeleitet ist.
5. Handwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufe (25, 26) einen Operationsverstärker (25) enthält, an dessen invertierendem Eingang die dem Drehmoment proportionale Sparrung und an dessen nicht invertierenden Eingang eine einstellbare, den Drehmoment-Sollwert darstellende Bezugsspannung liegt, und daß eine Diode (26) zwischen dem Ausgang (27) und dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers

(25) mit. einer solchen Polung geschaltet ist, daß sie beim Übergang der Kippstufe in den zweiten stabilen Zustand leitet und die Kippstufe in diesem Zustand festhält.