DE4227719C2 - Schaltungsanordnung zum Bremsen eines Stromwendermotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schaltungsanordnungen zum Brem­ sen eines Stromwendermotors, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des nebengeordneten Anspruchs 7.

Schaltungsanordnungen zum Abbremsen eines Stromwendermotors sind in unterschiedlicher Auslegung bekannt.

In der DE 24 39 068 A1 wird eine Schaltungsanordnung zum Bremsen eines Universalmotors aufgezeigt, die insbesondere über einen Druckknopfschalter 19 (Tastschalter) betrieben wird. Nachtei­ lig ist hierbei, daß der Bremsvorgang von Hand beeinflußbar ist.

Die Schriften DE 36 36 555 A1, DE 38 02 419 A1, DE 40 25 713 C2 zeigen unterschiedliche Lösungen zum Bremsen eines Universalmotors.

Ein erheblicher Nachteil der vorgenannten, bekannten Schaltungsanordnungen ist der, daß bei einer schnellen Betätigung der Schaltglieder des Umschalters das Netz im Umschalter kurzgeschlossen wird. Die Netzkurzschließung erfolgt durch die Lichtbogenbildung von den einen Kontaktpunkten über die Schaltglieder zu den anderen Kontaktpunkten, und insbesondere bei Umschaltern mit Übertot­ punktcharakteristik.

Umschalter mit Übertotpunktcharakteristik sind aber bei Elek­ trowerkzeugen erwünscht, da der Schaltvorgang nicht beeinfluß­ bar sein soll.

Die für den Anspruch 1 gattungsbildende DE 35 46 719 C2 zeigt eine Bremsschaltung mit einem doppelpoligen Umschalter zur Kurzschlußbremsung eines Universalmotors. Der Umschalter be­ steht aus einem netznahem Schalter S1 und netzfernem Schalter S2, die zeitlich nacheinander schalten. So eilt beim Umschal­ ten vom Motor- in den Bremsbetrieb der Schalter S1 dem Schal­ ter S2 voraus. Umgekehrt eilt beim Umschalten vom Brems- in den Motorbetrieb der Schalter S2 dem Schalter S1 voraus. Als nachteilig hat sich bei dieser Bremsschaltung herausgestellt, daß nach wie vor Netzkurzschlüsse und Lichtbögen hoher Lei­ stung auftreten, die zur Zerstörung der Kontakte führen kön­ nen.

Die für den nebengeordneten Anspruch 7 gattungsbildende DE- AS-12 40 982 schließlich zeigt eine Bremsschaltung für einen Gleichstrom-Reihenschlußmotor. Mittels eines aus vier Schalt­ gliedern bestehenden Umschalters kann die Stromrichtung in den Wicklungen des Motors für eine Gegenstrom-Bremsung umgekehrt werden. Bei dieser Bremsschaltung handelt es sich somit nicht um eine vom Netz unabhängige Kurzschlußbremsung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine konstruktiv sichere Schal­ tungsanordnung des Umschalters mit Übertotpunktcharakteristik für eine Kurzschlußbremsung mit einem Stromwendermotor zu schaf­ fen, womit eine Zerstörung der Kontakte des Umschalters durch Netzkurzschlüsse oder Lichtbögen verhindert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und des nebengeordneten Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäßen Lösungen haben die Vorteile, daß durch die Schaltungsanordnung der Schaltglieder des Umschalters selbst bei extremen Anforderungen das Netz nicht im Umschalter kurzgeschlossen wird, und wobei gleichzeitig auch noch die Kommutierung in der Abbremsphase verbessert wird.

Aufgrund der annähernd synchronen Wegbewegung der Schaltglie­ der von den Kontaktpunkten teilt sich der Strom beim Umschal­ ten auf zwei Schaltglieder auf. Damit ergibt sich gegenüber der DE 35 46 719 C2, wo der Lichtbogen aufgrund des zeitversetz­ ten Umschaltens an einem einzigen Schaltkontakt mit voller Stromstärke entsteht, der Vorteil, daß die Ener­ gie des Lichtbogens geringer ist, dieser schneller erlischt und auch die Kontaktbelastung geringer ist. Letztendlich wird dadurch eine Vergrößerung der Lebensdauer des Umschalters er­ zielt.

Außerdem kommen bei den Schaltungsanordnungen Umschalter mit Übertotpunktcharakteristik zur Anwendung, welche besonders für abzubremsende leistungsstarke Elektrowerkzeuge Verwendung fin­ den. Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zum Bremsen eines Stromwendermotors mit der Anordnung eines zweigliedrigen Umschalters,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung nach der Fig. 1 mit der Anordnung eines viergliedrigen Umschalters.

Fig. 1 und 2 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Bremsen eines Stromwendermotors mit einer Strompfadregulierung, bei der der Bremsstrom über einen im Strompfad 1 ange­ ordneten Baustein 2 reguliert wird. In Fig. 2 stellt der Baustein 2 eine Gleichrichterbrückenschaltung 3 dar. Der Baustein 2 soll bezwecken, daß ein Spannungsrückstand von 1 bis 3 Volt am Strompfad 1 vorhanden ist, der für die Felderregung in der Bremsphase benötigt wird. Der Baustein 2 kann zum Beispiel eine antiparallel geschal­ tete Diodenanordnung beinhalten.

Zum Ein- und Umschalten in die Betriebsphase und zurück in die Bremsphase sind mindestens vier Kontaktpunkte am Umschalter erforderlich.

In Fig. 1 ist ein Umschalter 4 mit zwei Schaltgliedern S1, S2 und vier Kontaktpunkten angeordnet.

Um zu verhindern, daß sich das Netz nicht im Umschalter, durch ein schnelles Hinbewegen der Schaltglieder S1, S2 von dem einen Kontaktpunkt zu dem anderen Kontaktpunkt, kurzschließt, ist es erforderlich, daß der Zeitwert der Wegstrecke der Schaltglieder größer ist, als der Zeit­ wert der Lichtbogen an den Kontaktpunkten und der Schalt­ glieder. Ist der Zeitwert für die Wegstrecke der Schalt­ glieder kleiner als der der Lichtbogen, so wird das Netz im Umschalter über die Kurzschlußbrücke 5, oder über den Anker 6, als auch über die Feldwicklung 7 kurzgeschlossen, je nachdem, an welchem Kontaktpunkt der Lichtbogen die stärkste Intensität aufweist.

Ein Umschalter, mit der Bestimmung für Kurzschlußbrem­ sungen, ist deshalb besonders kurzschlußanfällig, weil an jedem der den Schaltgliedern S1, S2 zugeordneten Kontaktpunkten I, II im Motorbetrieb die Netzspannung anliegt.

Wird nun das Netz durch Betätigen der Schaltglieder getrennt, so ist der Strom bestrebt nachzueilen, was sich durch die Induktivität des Motors als sehr hohe Abschaltspannung auswirkt. Im Moment der Netztrennung entsteht somit eine hohe Felderregung, wodurch eine hohe Gegeninduktion am Anker erfolgt.

Diese Ströme prallen am Kontaktpunkt II des Schalt­ glieds S1 aufeinander, mit den Folgen der Verschmel­ zung des Schaltglieds mit dem Kontaktpunkt, wenn die Schaltglieder sich schneller vom Kontaktpunkt I zum Kontaktpunkt II bewegen, als der Zeitwert der Licht­ bogen.

Die nacheilende Abschaltspannung kann weit über 1000 Volt betragen.

Außerdem wird das Netz durch die Lichtbogen vom Kontakt­ punkt I über die Schaltglieder zum Kontaktpunkt II ge­ zogen, und dieser Vorgang führt zum Netzkurzschluß. Der Lichtbogen an den Kontaktpunkten der Schaltglieder setzt sich auch über die Bürsten am Kollektor des Ankers 6 fort, was eine der Ursachen des starken Feuerns der Bürsten bei einer Kurzschlußbremsung ist.

Um zu verhindern, daß das Netz nicht über den Umschalter kurzgeschlossen wird, und soll das zusätzliche Feuern der Bürsten verhindert werden, so ist es erforderlich, den Zeitwert der Wegstrecke der Schaltglieder von dem einen Kontaktpunkt zu dem anderen Kontaktpunkt höher festzulegen, als den Zeitwert der Lichtbogen. Eine der­ artige Maßnahme wird zum Beispiel durch einen Umschalter, der als Taster ausgelegt ist, erreicht, da die Schalt­ glieder bei einem Taster in Abhängigkeit mit dem Bedie­ nungselement des Schalters stehen, und somit ist der Zeitwert der Wegstrecke der Schaltglieder im allgemeinen größer, als der Zeitwert der Lichtbogen.

Betriebssicher ist ein Umschalter als Taster aber nicht, denn wenn man das Bedienungselement zurückschnellen läßt, wird das Netz unweigerlich im Umschalter kurzgeschlossen, außerdem kann der Anwender über das Bedienungselement ent­ scheiden, ob eine Bremsung eingeleitet wird oder nicht; diese Möglichkeit ist aus Betriebssicherheitsgründen bei Elektrowerkzeugen nicht akzeptabel.

Da Stromwendermotoren für Elektrowerkzeuge üblicherweise mit Wechselstrom betrieben werden und eine Kurzschluß­ bremsung durch Gleichstrom erfolgt, ist es vorteilhaft, daß die Schaltglieder zu und von den Kontaktpunkten I langsam und zu und von den Kontaktpunkten II schnell bewegt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schaltglieder in der Mittelstellung 8 des Schaltvorgangs kurzzeitig verharren, bzw. sich annähernd verharrend bewegen. Durch eine derartige Maßnahme wird erreicht, daß der Licht­ bogen an den Kontaktpunkten völlig erloschen ist, sowie die Netzerregung im Motor, bevor die Kurzschlußbremsung eingeleitet wird. Die Schaltglieder S1, S2 bewegen sich vorteilhaft synchron von dem einen Kontaktpunkt zu dem anderen Kontaktpunkt, hierbei können die Schaltglieder eine derartige Mechanik aufweisen, womit sie bis zur Mittelstellung 8 vom Kontaktpunkt I langsam und von der Mittelstellung zum Kontaktpunkt II schnell bewegt werden, und in der Mittelstellung 8 kurzfristig verharren, bzw. sich annähernd verharrend bewegen. Durch eine solche Mechanik der Schaltglieder wird einerseits erreicht, daß sich das Netz nicht im Umschalter kurzschließt, und andererseits wird das Bürstenfeuer bei einer Kurzschluß­ bremsung erheblich reduziert.

Der Baustein 2 zur Bremsstromregulierung kann vorteilhaft am Umschalter integriert sein.

Zur Anlaufstrombegrenzung kann das Schaltglied S2 zusätz­ lich als Schaltverzögerungsglied ausgelegt sein, wobei dann der Anlaufstrom über ein Strombegrenzungsbaustein 9 fließt. Oder es ist für die Anlaufstrombegrenzung ein entsprechendes weiteres Schaltglied am Umschalter ange­ ordnet.

Die Schaltglieder können auch in ihrer Funktion vorteil­ haft so ausgelegt sein, daß das Schaltglied S1 in der Mittelstellung 8 solange verharrt, bis das Schaltglied S2 voll durchgeschaltet ist.

Der Umschalter kann auch derart aufgebaut sein, daß jeweils einem Schaltglied lediglich nur ein Kontaktpunkt zugeordnet ist.

Fig. 2 zeigt eine derartige Anordnung und die Schaltung ist folgendermaßen:

Am Kontaktpunkt a des Schaltglieds P1 ist einseitig das Netz angeschlossen. Das Schaltglied P1 ist durch eine Brücke 10 mit dem Schaltglied P3, und der Kontaktpunkt c des Schaltglieds P3 ist durch eine Brücke 11 mit dem Kontaktpunkt b des Schaltglieds P2, und das Schaltglied P2 ist durch eine Brücke 12 mit dem Schaltglied P4 ver­ bunden.

Die Feldwicklung 7 ist an die Brücke 10 und 12 und der Anker einseitig an die Brücke 11 angeschlossen. Der andere Netzanschluß führt zur anderen Seite des Ankers, und über eine Kurzschlußbrücke 13 zum Kontaktpunkt d des Schalt­ glieds P4.

Die Schaltglieder werden synchron über ein Bedienungsele­ ment betätigt. In der Einschaltstellung (Motorbetrieb) sind die Schaltglieder P1 und P2 geschlossen und die Schaltglieder P3 und P4 geöffnet. In der Ausschalt­ stellung (Bremsbetrieb) sind die Schaltglieder P3 und P4 geschlossen und die Schaltglieder P1 und P2 ge­ öffnet. Mit einer derartigen Anordnung ist jeweils ein geöffnetes und ein geschlossenes Schaltglied durch eine Brücke miteinander verbunden, und diese Schaltglieder stellen zusammen ein Umschaltglied dar.

Zur Anlaufstrombegrenzung kann das Schaltglied P2 als Schaltverzögerungsglied ausgelegt sein, wobei der Anlauf­ strom über einen Strombegrenzungsbaustein fließt, der zwischen der Brücke 11 und der Brücke 12 angeordnet ist. Vorteilhaft kann es sein, daß das Netz durch das Schalt­ glied P1 getrennt wird, bevor die Schaltglieder P2, P3, P4 betätigt werden.

Durch die Brückenverbindungen der Schaltglieder sind bei einem zweipoligen Umschalter, der mit vier Schaltgliedern versehen ist, nur fünf Klemmenanschlüsse erforderlich.

Durch die Maßnahme, daß bei dem Umschalter den Schalt­ gliedern lediglich nur ein Kontaktpunkt zugeordnet ist, wird hierdurch ein Kurzschließen des Netzes im Umschalter verhindert.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zum Bremsen eines mit Wechselstrom betriebenen Stromwendermotors mit einem zwischen Motor- und Bremsbetrieb umschaltenden Umschalter mit Übertot­ punktcharakteristik, der zwei Schaltglieder (S1, S2) auf­ weist, welche zwischen Kontaktpunkten (I, II) der Be­ triebs- u. Bremsschaltstellung bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schaltglieder annähernd syn­ chron von den Kontaktpunkten wegbewegen, wobei die Bewe­ gung der Schaltglieder (S1, S2) verzögert derart erfolgt, daß die Zeitdauer zur Überbrückung der Wegstrecke der Schaltglieder (S1, S2) zwischen den Kontaktpunkten größer ist, als die Zeitdauer bis zum Erlöschen des Lichtbogens.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schaltglieder (S1, S2) von der Betriebs­ schaltstellung zur Bremsschaltstellung in einer Mittelstel­ lung (8) des Schaltvorgangs kurzzeitig verharren.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Schaltglied (S1) in einer Mittelstel­ lung (8) solange verharrt, bis das Schaltglied (S2) voll durchgeschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anlaufstrombegrenzung beim Umschalten vom Brems- in den Motorbetrieb das Schaltglied (S2) zusätzlich eine Schaltverzögerung auf­ weist, so daß der Anlaufstrom über einen Strombegrenzungsbaustein (9) fließt.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mechanik für den Bewe­ gungsablauf der Schaltglieder unabhängig vom Bedienungs­ element ausgelegt ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Baustein (2) zur Brems­ stromregulierung am Umschalter (4) integriert ist.

7. Schaltungsanordnung zum Bremsen eines mit Wechselstrom betriebenen, einen Anker (6) und eine Feldwicklung (7) auf­ weisenden Stromwendermotors mit einem zwischen Motor- und Bremsbetrieb umschaltenden Umschalter mit Übertot­ punktcharakteristik, wobei der Umschalter aus vier Schaltgliedern (P1 bis P4) mit jeweils lediglich einem Kontaktpunkt (a bis d) besteht und wobei im Motorbetrieb das Schaltglied P1 über die Feldwicklung (7), das Schaltglied P2 und den Anker (6) mit dem Netz elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bremsbetrieb die Schalt­ glieder P1 und P2 offen sind, während der Anker (6) ein­ schließlich der Feldwicklung (7) im Kurzschlußbetrieb über die Schaltglieder P3 und P4 verbunden sind, wobei die Schalt­ glieder (P1 bis P4) annähernd synchron über ein Bedie­ nungselement betätigt werden.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß beim Umschalten vom Brems- in den Motorbetrieb das Schaltglied (P2) eine Schaltverzögerung aufweist, so daß der Anlaufstrom über einen Strombegrenzungsbaustein fließt, der zwischen einer Brücke (11) und einer Brücke (12) angeordnet ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Netz durch das Schaltglied (P1) getrennt wird, bevor die Schaltglieder (P2, P3, P4) betä­ tigt werden.