DE3144350A1 - Drive for a hand-held screwdriver or hand-held drill driven by an electric motor - Google Patents
Drive for a hand-held screwdriver or hand-held drill driven by an electric motorInfo
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Abstract
Description
Antrieb für einen elektromotorisch ange- Drive for an electric motor
triebenen Handschrauber oder Handbohrer Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für einen elektromotorisch angetriebenen Handschrauber oder Handbohrer mit elektronischer Drehzahleinstellung. driven handheld screwdriver or hand drill The invention relates to a drive for a handheld screwdriver or hand drill driven by an electric motor with electronic speed setting.
Elektromotorische Antriebe für Handschrauber oder Handbohrer sind bekannt. Ihre Drehzahl kann durch Druck auf einen an einer Feder abgestützten Knopf eines Schalters stufenlos verändert werden. Um von Rechts- auf Linkslauf umzuschalten, muß ein vom Schalter für die Drehzahleinstellung getrennt angeordneter Schalter vorgesehen werden.Electromotive drives for handheld screwdrivers or hand drills are known. Your speed can be adjusted by pressing a button supported by a spring of a switch can be changed continuously. To switch from clockwise to counterclockwise rotation, a switch must be separate from the speed setting switch are provided.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für einen elektromotorisch angetriebenen Handschrauber oder Handbohrer zu schaffen, der im Aufbau und in der Bedienung einfach ist und möglichst energiesparend arbeitet.The invention is based on the object of a drive for a Electrically driven handheld screwdrivers or hand drills, which in the It is easy to set up and operate and is as energy-efficient as possible.
Der Antrieb soll deshalb auch für Batteriebetrieb geeignet sein.The drive should therefore also be suitable for battery operation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Oszillator für Rechteckimpulse vorgesehen ist, der einen elektronischen Schalter für den Motorstrom steuert, wobei die Impulslängen der Rechteckimpulse von einem Regler eingestellt werden, der als Meßgröße ein dem Motorstrom entsprechendes Signal erhält.This object is achieved according to the invention in that an oscillator for square-wave pulses is provided, which has an electronic switch for the motor current controls, the pulse lengths of the square-wave pulses being set by a controller which receives a signal corresponding to the motor current as a measured variable.
Der erfindungsgemäße Antrieb arbeitet sehr leistungsarm, weil dem Motor über die Impulslängensteuerung die erforderliche Leistung zugeführt wird. Nimmt der Motor bei einer abverlangten Leistung viel Strom auf, wird die Impulslänge durch den Regler entsprechend lang eingestellt.The drive according to the invention works very poorly because of the The required power is supplied to the motor via the pulse length control. If the motor consumes a lot of current with a demanded power, the pulse length increases set accordingly long by the controller.
Bei Leerlauf dagegen erfolgt automatisch eine Verkürzung der Impuls länge und damit eine verminderte Zufuhr an Leistung zum Motor.When idling, however, the pulse is automatically shortened length and thus a reduced supply of power to the engine.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung liegt das vom -Motorstrom abhängige Signal als Spannungssignal am Gate eines Feldeffekt-Transistors, dessen Drain ein veränderbarer Widerstand für die Drehzahleinstellung vorgeschaltet ist. Mit dieser Ausgestaltung läßt sich auf sehr einfache Weise praktisch verlustfrei die Drehzahleinstellung vornehmen.According to one embodiment of the invention, that depends on the motor current Signal as a voltage signal at the gate of a field effect transistor whose drain is a variable resistance for the speed setting is connected upstream. With this Embodiment, the speed setting can be adjusted in a very simple manner with practically no loss make.
Um ein gewünschtes Drehmoment einzustellen, kann ein Komparator für die Überwachung der Stromaufnahme des Motors vorgesehen sein, der bei Überschreiten eines eingestellten Wertes, nämlich des gewünschten Drehmomentes, die Stromzufuhr zum Motor unterbricht.In order to set a desired torque, a comparator for the monitoring of the current consumption of the motor can be provided, which when exceeded a set value, namely the desired torque, the power supply to the engine interrupts.
Bei Handschraubern besteht häufig der Wunsch, den Handschrauber in beiden Drehrichtungen betreiben zu können.In the case of handheld screwdrivers, there is often a desire to use the handheld screwdriver in to be able to operate in both directions of rotation.
FUr-diese Betriebsweise ist nach einer bedienungsfreundlichen Ausgestaltung der Erfindung der als Schiebe-Potentiometer ausgebildete, veränderliche Widerstand in einem um eine Achse in zwei Stellungen kippbaren Gehäuse angeordnet, das mit den Anschlußklemmen des Motors verbundene Kontakte trägt, die in der einen Kippstellung über weitere feste Kontakte den Motor mit der Stromquelle für Rechtslauf und in der anderen Stellung über dritte Festkontakte den Motor mit der Stromquelle für Linkslauf verbinden.For this mode of operation is after a user-friendly design of the invention, the variable resistor designed as a sliding potentiometer arranged in a housing that can be tilted about an axis in two positions, with the the connecting terminals of the motor carries contacts connected to the one tilted position The motor with the power source for clockwise rotation and in via further fixed contacts the other position via third fixed contacts the motor with the power source for Connect counterclockwise rotation.
Es versteht sich, daß zu dieser Lösung die umgekehrte Zuordnung der Kontakte (Festkontakte für die Anschlußklemmen des Motors und bewegliche Kontakte für die Stromquelle) glatt äquivalent sind. Bei einem solchen Schalter ist es also möglich, durch Betätigen des mit dem Schieber des Potentiometers verbundenen Knopfes, nicht nur das Potentiometer zum Zwecke der Drehzahländerung einzustellen, sondern auch durch Kippen des Gehäuses die gewünschte Drehrichtung einzustellen.It goes without saying that the reverse assignment of the Contacts (fixed contacts for the connection terminals of the motor and moving contacts for the power source) are smoothly equivalent. So it is with such a switch possible by pressing the button connected to the slide of the potentiometer, not only to adjust the potentiometer for the purpose of changing the speed, but the desired direction of rotation can also be set by tilting the housing.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild des elektrischen Antriebes eines Handschraubers oder Handbohrers, Fig. 2 den Regler mit Oszillator für die Drehzahleinstellung, Fig. 3 den Komparator für die Drehmomenteinstellung, Fig. 4 den Leistungsteil, Fig. 5 den Schalter für die Einstellung der Drehzahl und die Drehrichtungsumkehr in Seitenansicht, Fig. 6 den Schalter gemäß Fig. 5 in perspektivischer Darstellung mit geöffnetem Gehäuse und Fig. 7 den Schalter gemäß Fig. 5 in perspektivischer Darstellung bei verschlossenem Gehäuse.In the following the invention is based on an exemplary embodiment Illustrative drawing explained in more detail. In detail, Fig. 1 shows a block diagram the electric drive of a hand screwdriver or hand drill, Fig. 2 the controller with oscillator for speed setting, 3 shows the comparator for the torque setting, Fig. 4 the power section, Fig. 5 the switch for the setting of the speed and the reversal of the direction of rotation in side view, Fig. 6 shows the switch according to FIG. 5 in a perspective view with the housing open and FIG. 7 shows the switch according to FIG. 5 in a perspective illustration when it is closed Casing.
Entsprechend dem in Fig. 4 dargestellten Leistungsteil wird die Stromzufuhr zum Antriebsmotor M von der Spannungsquelle UB mittels eines Leistungstransistors T203 gesteuert. Dem Leistungstransistor T203 ist eine Verstärkerschaltung mit den Transistoren T201, T202 und den Widerständen R1 bis R5 vorgeordnet, die von einem noch zu beschreibenden Oszillator Rechteckimpulse konstanter Frequenz, aber verschiedener Länge, über eine Entkoppungsdiode D1 erhält.The power supply is corresponding to the power unit shown in FIG to the drive motor M from the voltage source UB by means of a power transistor T203 controlled. The power transistor T203 is an amplifier circuit with the Transistors T201, T202 and the resistors R1 to R5 arranged upstream from one still to be described oscillator square-wave pulses of constant frequency, but different Length, obtained via a decoupling diode D1.
Der durch den Motor M fließende Strom wird an einem Widerstand V als Spannung abgegriffen, die dem Regler und dem Teil für die Drehmomenteinstellung als Meßgröße -zugeführt wird. Um den Transistor T203 zu schützen, liegen parallel zu den Anschlußklemmen des Motors ein Kondensator C und eine Freilaufdiode D2.The current flowing through the motor M is applied to a resistor V as Voltage tapped to the controller and the part for the torque setting is supplied as a measured variable. In order to protect the transistor T203, they are connected in parallel to the terminals of the motor a capacitor C and a freewheeling diode D2.
Die am Widerstand RV abgegriffene, der Stromaufnahme des Motors M entsprechende Spannung liegt zwischen Gate und Source des Feldeffekt-Transistors T102 des Reglers, an dessen Drain in Reihe ein Trimmwiderstand R6 und ein einstellbares Potentiometer Pl liegen. Über das einstellbare Potentiometer P1 kann die Drehzahl des Motors M eingestellt werden. Die Spannung am Drain liegt über einen Widerstand R7 am Gate eines weiteren Feldeffekt-Transistors T101, an dessen Drain ein weiterer Trimmwiderstand R7 liegt. Das Source des Feldeffekt-Transistors T101 ist gleichstrommäßig vom Masseanschluß 0 durch einen Kondensator C2 entkoppelt. Dadurch gelangt der Strom vom Source Rn den Eingang 12 eines Dual-Timer-IC (Oszialltor), dessen eine Hälfte als astabiler Multivibrator arbeitet und eine noch nicht ideale Reckechtspannung 3kHz liefert und dessen andere Hälfte als monostabiler Multivibrator arbeitet und die Rechteckspannung idealisiert und die Impulslänge einstellt. Mittels frequenzbestimmender Bauelemente Rg, R10, R11, C3, C4 ist der Oszillator auf eine konstante Frequenz eingestellt.The current consumption of the motor M tapped at the resistor RV corresponding voltage is between the gate and source of the field effect transistor T102 of the controller, on whose drain a trimming resistor R6 and an adjustable resistor in series Potentiometer Pl lie. The speed can be adjusted via the adjustable potentiometer P1 of the motor M can be adjusted. The voltage at the drain is across a resistor R7 at the gate of a further field effect transistor T101, at its drain another Trimming resistor R7 is. The source of the field effect transistor T101 is direct current decoupled from the ground connection 0 by a capacitor C2. This is how the electricity arrives from the source Rn the input 12 of a dual timer IC (oscillation gate), one half of which works as an astable multivibrator and a not yet ideal stretching real tension 3kHz supplies and the other half of which works as a monostable multivibrator and idealizes the square wave voltage and adjusts the pulse length. By means of frequency-determining Components Rg, R10, R11, C3, C4 is the oscillator at a constant frequency set.
Der Oszillator liefert an den Leistungsteil Rechteckimpulse, deren Länge abhängt von der Spannung am Widerstand RV im Vergleich zum Spannungsabfall an dem Trimmwiderstand R6 und dem Potentiometer Pl.The oscillator supplies square-wave pulses to the power section, whose Length depends on the voltage across the resistor RV compared to the voltage drop at the trimming resistor R6 and the potentiometer Pl.
Der vom Strom des Motors M abhängige Spannungsabfall am Widerstand RV-gelangt über Vorschaltwiderstände R12, R13 auch an den Eingang eines als Komparator geschalteten Operationsverstärkers °P301. An einem Potentiometer P301, das mit einem Widerstand R14 in Reihe liegt, kann ein gewünschtes Drehmoment eingestellt werden. Der Abgriff des Potentiometers ist am zweiten Eingang des Operationsverstärkers °P301 angeschlossen. Der Operationsverstärker °P301 steuert einen Transistor T301, der wiederum auf ein Relais A einwirkt, dessen Schaltkontakt a im Stromkreis der Spannungsquelle für den Oszillator liegt. Stellt der Komparator fest, daß die Stromaufnahme des Motors M größer als die am Potentiometer P301 ein gestellte Stromaufnahme ist, wird der Kontakt a geöffnet und damit die Speisespannung für den Oszillator unterbrochen. Der Oszillator gibt dann keine weiteren Rechteckimpulse mehr ab, so daß der Motor M auch keinen weiteren Strom mehr erhält.The voltage drop across the resistor as a function of the current of the motor M. RV-also reaches the input of a comparator via series resistors R12, R13 switched operational amplifier ° P301. On a potentiometer P301, which is connected to a Resistance R14 is in series, a desired torque can be set. The tap of the potentiometer is at the second input of the operational amplifier ° P301 connected. The operational amplifier ° P301 controls a transistor T301, which in turn acts on a relay A, whose switching contact a in the circuit of Voltage source for the oscillator is. Provides the Comparator determines that the current consumption of the motor M is greater than that of the potentiometer P301 is the current consumption, the contact a is opened and thus the supply voltage interrupted for the oscillator. The oscillator then does not emit any further square-wave pulses more from, so that the motor M no longer receives any more current.
Der in Fig. 5 bis 7 dargestellte Schalter besteht aus einem Dr"-.kknopf 1, der in einem Gehäuse 2 gegen die Kraft einer Feder 3 verschiebbar ist. Ein vom Druckknopf 1 getragener Schleifer 5 wirkt mit einem im Gehäuse 2 fest angeordneten Widerstand 4 zusammen. Dieses Potentiometer 4 entspricht dem Potentiometer P1 im Regler. Das Gehäuse 2 ist insgesamt um eine Achse 7 kippbar. Es trägt zwei Paar bewegliche Kontakte 9a, b, die mit zwei Paar Festkontakten 6a,b 8a, b derart zusammenwirken, daß in der einen Kippstellung der Motor für Rechtslauf und in der anderen Kippstellung der Motor für Linkslauf an der Stromquelle UB angeschlossen ist.The switch shown in Figures 5 to 7 consists of a push button 1, which can be displaced in a housing 2 against the force of a spring 3. A dated The grinder 5 carried by the push button 1 acts with a grinder which is fixedly arranged in the housing 2 Resistance 4 together. This potentiometer 4 corresponds to the potentiometer P1 im Regulator. The housing 2 can be tilted about an axis 7 as a whole. It carries two pairs movable contacts 9a, b, which cooperate with two pairs of fixed contacts 6a, b 8a, b in such a way that in one tilt position the motor for clockwise rotation and in the other tilt position the motor for counter-clockwise rotation is connected to the power source UB.
Die elektrische Verschaltung der Kontakte ist aus Fig. 4 ersichtlich. Mit einem solchen Schalter ist es demnach möglich, nicht nur durch Einknopfbetätigung -die Drehzahl einzustellen, sondern auch gleichzeitig die Drehrichtung zu bestimmen.The electrical connection of the contacts can be seen in FIG. With such a switch it is therefore possible, not just by one-button actuation - to set the speed, but also to determine the direction of rotation at the same time.
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