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Schaltungsanordnung zur Drehzahleinstellung von elektri-
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schen Hand werkzeugen Bei vielen elektrischen Hand werkzeug en ist
eine Einstellung der Motordrehzahl und damit der Arbeitsgeschwindigkeit erforderlich
oder jedenfalls erwünscht. Das gilt beispielsweise und im betsonderen Maß für elektrische
Handbohrmaschinen, bei denen für ein sauberes und schnelles Arbeiten die Drehzahl
an den Bobrerdurchmesser und das zu bohrende Material angepaßt werden muß. Entsprechendes
gilt beispielsweise auc^ £ür Stichsägen, bei denen eine Einstellung derjahl und
geg senenfalls des Pendelwinkels an das zu schneidende Material und seine Stärke
nötig ist.
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Die Einstellung der Drehzahl erfolgt in bekannter Weise mittels eines
Stellgliedes, beispiels-weise in Form eines Potentiometers, das einer Regelspannung
den gewünschten Istwert vorgibt. Abhängig von einem Istwertsignal, das beispielsweise
von einem Tachogenerator geliefert wird, führt die Regelschaltung dem Motor so viel
Leistung zu, daß sich die dem Sollwert entsprcchende Drehzahl einstellt.
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Die Regelschaltung ist im allgemeinen als integrierte Schaltung ausgeführt,
die einen im Hauptstromkreis des Motors liegenden Triac zur Leistungsrçegelung im
Phasenanschnitt ansteuert.
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Zur Ermittlung der jeweils gewünschten Drehzahl werden Tabellen benutzt,
die für alle Jeweils vorkomrnenden Kombinationen von beispielsweise dem Bohrerdurchmesser
und dem zu bohrenden Material die jeweils günstigste Drehzahl enthalten. Eine Kurzfassung
dieser Tabellen ist üblicherweise auf einer Bohrmaschine in Form eines Aufklebers
angebracht. Eine solche Lösung hat jedoch den Nachteil, daß immer nur einige Kombinationswerte
angegeben werden können
und in vielen Fällen die Drehzahlwerte für
praktisch vor-.kommende Kombinationen von Bohrerdurchmesser und Material fehlen.
Außerdem muß der Benutzer zunächst in der Tabelle nachsehen und dann die ermittelte
Drehzahl einstellen. Zur Vereinfacllwig diescs Vorgangs ist es auch bereits bekannt,
bei einer Bohrmaschiie mit Steuerung durch einen -Mikroprozessor die Werte für den
Bohrerdurchmesser und das zu bohrende Material mit Hilfe von Tasten einzugeben Anhand
dieser Werte stellt der Mikroprozessor dann durch Ansprechen einer in seinem Speicher
abgelegten Tabelle die jeweils einzustellende Drehzahl fest und gibt sie über ein
Stellglied an die Regelschaltung für den Motor. Bedingt durch den Einsatz des Mikroprozessors
ist eine solche Lösung jedoch sehr aufwendig und daher in der Praxis meist nicht
zu verwirklichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zur Drehzahleinstellung von Handwerkzeugen, insbesondere Handbohrmaschinen, verfügbar
zu machen, die ohne Verwendung eines Mikroprozessors mit einer einfack-en Schaltung
die Einstellung der richtigen Drehzahl unter Vorgabe der jeweiligen Arbeitskriterien,
insbesondere des Bohrerdurchmessers und des zu bohrenden Material's, ermögliche
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.
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Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand-der Unteransprüche.
So kann vorgesehen sein, daß dem Digital-Analogwand-ler in an sich bekannter Weise
ein einstellbarer Spannungsteiler nachgeschaltet ist, der mit dem Hauptschalter
des Handwerkzeugs, insbesondere einer Bohrmaschine, gekoppelt ist, so daß die Drehzahl
beim Betätigen des Schalters langsam auf die Solldrehzahl hochgefahren werden kann.
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Hir ein elektrisches Hand werkzeug mit einem Getriebe, das zwei oder
mehr mechanisch schaltbare Gangstufen besitzt, wird vorgeschlagen, daß ein mit der
Gangschaltung gewleoppezlter Schalter an einen Adresseneingang des Restwertspeichers
anyeschlossen ist und daß der Festwert speicher an einem weiteren Ausgang, abhängig
von der Stellung der Adresseneingangsschalter, ein Signal liefert, das
die
richtige Gangwahl anzeigt. Beispielsweise kann eine Leuchtdiode mit der Bedeutung
"Gangwechsel" vorgesehen sein. Eine. andere Anzeigemöglichkeit fiir die jeweils
zu wählende Gangstufe kann dadurch geschaffen werden, daß der Festwertspeicher,
abhängig von der Stellung der Adresseneingangsschalter, an einem weiteren Ausgang
cin Sollsignal liefert, das die zu schaltende Gangstufe anzeigt, daß ein mit der
Gangschaltung gekoppelter Schalter ein Istsignal für die eingeschaltete Gangstufe
liefert und daß eine Verknüpfungsschaltung vorgesehen ist, die abhängig von dem
Soll- und dem Istsignal eine Anzeige dafür liefert, daß ein Gangwechs'el erforderlich
und welcher Gang zu wählen ist. Die Anzeige erfolgt zweckmäßig mittels Leuchtdioden,
die je einer Gangstufe zugeordnet sind. Die Verknüpfungsschaltung ist dabei ausgelegt,
daß bei richtiger Gangwahl die der jeweiligen Gangstufe zugeordnete Leuchtdiode
stetig leuchtet und bei falscher Gangwahl blinkt. Dadurch wird der Benutzer wirksam
auf die falsche Gangwahl hingewiesen.
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Bei bestimmten Arbeiten mit einer Bohrmaschine besteht der Wunsch,
diejeweils höchste Motordrehzahl zur Verfügung zu haben. Dazu sieht eine Weiterbildung
der Erfindung vor, daß einer der Schalter eine Schaltstellung besitzt, die unabhängig,von
der Stellung des bzw. der anderen Schalter eine Adresse im Festwertspeicher auswählt,
die am Ausgang des Festwertspeichers den maximaler Motordrehzahl zugeordneten. Digitalwert
liefert.
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Darüber hinaus kann es wünschenswert sein, neben der maximalen Drehzahl
auch bestimmte andere Drehzahlen direkt einstellen zu können. Hierzu sieht eine
Weiterbildung der Erfindung vor, daß einer der Schalter eine Schaltstellung hat,
die unabhängig von der Stellung eines weiteren Schalters Adressen. im Festwertspeicher
anwählt, die am Ausgang des Festwertspeichers Digitalwerte liefern, welche vorgegebenen
Motordrehzahlen zugeordnet sind.
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Nachfolgend wird' die Erfindung nahand der Zeichnungen beschrieben
Es z-eigen: Fig. 1 schematisch ein Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung einer
elektrischen Bohrmaschi ne; Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung
nach der Erfindung; Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbbispiel- für eine Schaltungsanordnung
nach der Erfindung; Fig. 4 und 5 -zwei Schalter mit je acht Schaltstellungen zur
Verwendung in den Schaltungsanordnungen nach Fig. 2 und 3.
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Die Schaltungsanordnungen gemäß Fig. 2 und 3 sind zur Drehzahleinstellung
einer elektrischen Handbohrmaschlne bekannter Art vorgesehen, die eine Drehzahlregelschaltung
enthält. Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer solchen Schaltungsanordnung.
Die eigentliche Regelschal--&ung 30 ist eine bekannte Schaltungsanordnung in
Form 'einer integrierten Schaltung, beispielsweise vom Typ U211B. In Fig. 1 ist
nur die Beschaltung derjenigen Anschlüsse der integrierten Schaltung dargeste-llt,
die im vorliegenden Zusammenhang wichtig und für die Erläuterung von Interesse sind.
Die Beschaltung der anderen Anschlüsse erfolgt in der üblichen, dem Fachmann bekannten
Art.
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Am Anschluß'der Regelsciialtung 30 wird der Istwert der Drehzahl mittels
eines Tachogenerators 31 über einen Widerstand 32 und einen parallel geschalteten
Kondensator 33 zugeführt. Der Tachogenerator ist, wie die gestrichelte Verbindungslinie
34 andeutet, auf der Welle des Motors 35 angeordnet, Der Hauptstromkreis für den
Motor 35 führt vom Netzanschluß über einen Triac 36, der vom Anschluß 4 der Regolschaltung
30 über einen Widerstand 37 angesteuert wird. Die Betriebsspannung für die Regelschaltung
30 wird mittels einer Diode 38 mit' Begrenzungswiderstand 39 aus der Netzspannung
abgeleitet und dem An-
schluß 3 zugeführt. Das gemeinsame Bezugspotential
(Masse) liegt am Anschluß 2 der Regelschaltung 30 und ein Kondensator 40 zwischen'
den Anschlüssen 2 und 3 glättet die Betriebsspannung. Die Leistungsregelung für
den Motor 35 und damit die Drehzahlregelung erfolgt durch eine Phasenanschnittssteuerung
des Triac 36 und die hierzu erforderliche Information hinsichtlich der Netzspannungsphasenlage
wird der Regelschaltung 30 am Anschluß 17 über einen Widerstand 41 zugeführt. Am
Anschluß 11 der Regelschaltung 30 muß eine Gleichspannung zugeführt werden, die
den Sollwert für die Drehzahl angibt. Üblicher Weise'kann diese -Gleichspannung
durch zwei Potentiometer (nicht dargestellt) beeinflußt werden. Ein Potentiometer,
das beispielsweise auf der Oberseite der Bohrmaschine angeordnet ist, dient dabei
als Stellglied für den Sollwert der gewünschten Drehzahl, während das andere Potentiometer
mit einem pistolenartig angeordneten Betätigungsschalter (nicht dargestellt) gekoppelt
ist, so daß auf diese Weise nach Art eines Gashebelsdie Drehzahl auf den Sollwert
erhöht werden kann. Eine Bohrmaschine mit der vorstehend beschriebenen Schaltung
ist in vielerlei Varianten bekannt. Die beiden Schaltungsanordnungen gemäß Fig.
2 und 3 sollen - wie nachstehend noch im einzelnen beschrieben wird - anstelle des
Einstellgliedes für den Sollwert der Drehzahl die entsprechende Gleichspannung an
den Anschluß 11 der Regelschaltung 30 liefern.
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In Fig.2 ist schematisch ein Festwertspeicher (PROM) 1 mit einer Speicherkapazität
von 256 x 8 Bit dargestellt.
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Solche Festwertspeicher sind handelsüblich. An die Adresseneingänge
Al bis A7 sind zwei Schalter 2, 3 angeschlossen, deren Ausgangsleitungen die jeweilige
Schalterstellung in binärcodierter Form angeben. Solche Schalter sind bekannt. Der
Schalter 2 besitzt 16 Schaltstellungen, so daß - wie schematisch gezeigt - vier
Ausgangsleitungen zur binären Darstellung der Scha]tstellungen zu den Andresseneingängen
A4 bis A7 des Festwertspeichers 1 führen. Die
16'Schaltstellungen
des Schalters 2 entsprechen dabei 16 verschiedenen Bohrerdurchmessern beispielsweise
in mm-Abstufung. Der Schalter 3 weist 8 Schaltstellungen für unterschiedliche Materialien
auf, und es führen drei Ausgangsleftungen zur binären Darstellung dieser 8 Stellungen
zu den Adresseneingängen Al bis A3 des Festwertspeichers 1.
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Der Festwertspeicher 1 ist so programmiert, daß an' der jeweiligen
Adresse, die einer bestimmten Bohrerdurchmesser-Materialkombination entspricht,
die zugehörige Drehzahl als binärcodierte Information abgelegt ist Diese Information
erscheint an den Datenausgängen DO bis D5 und wird mittels eines Digital-Analogwandlers
in eine Gleichspannung Us umgesetzt. Ein Potentiometer 5, das mit dem Betätigungsschalter
der Bohrmaschine in bekannter Weise gekoppelt ist, führt einen Teil dieser Spannung
zum Anschluß 11 der Regelschaltung 30 (Fig. 1).
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An den Adresseneingang A0 des Festwertspeichers 1 ist ein weiterer,
einpoliger Schalter 6 angeschlossen, der mit der Gangschaltung des Getriebes für
die Bohrmaschine gekoppelt ist, beispielsweise so, daß er bei eingeschaltetem ersten
Gang offen und bei eingeschaltetem zweiten Gang geschlossen ist. Außerdem liegt
am Adresseneingang AO über einen Widerstand 7 die positive Betriebsspannung. Der
Ausgang D7 des Festwertspeichers 1 steuert über einen Vorwiderstand 8 einen Transistor
9 an, in dessen Kollektorkreis eine -Leuchtdiode 10 mit Vorwiderstand 11 geschaltet
ist. Die Programmierung des Festwertspeichers 1 ist nun so gewählt, daß für eine
bestimmte Bohrerdurchmesser-Materialkombination, also eine bestimmte Einstellung
der Schalter 2 und 3, sowie die jeweils richtige Gangabstufung, also Stellung des
Schalters 6,' am Ausgang D7 das Signal 0 geliefert wird und demgemäß die Diode 10
nicht leuchtet. Ist jedoch der falsche Gang gewählt, erscheint - abhängig von der
Stellung des Schalters 6 - am Ausgang D7 eine Spannung, die die Diode 10 über den
Transistor 9 aufleuchten läßt. Damit wird dem Benutzer angezeigt,
daß
ein Gangwechsel erorderlich ist.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 entspricht hinsichtlich des Festwertspeichers
1, der Schalter 2, 3 und des Analogwandlers 4 mit nachgeschaltetem' Potentionieter
5 dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, so daß die gleichen Bezugszeichen verwendet
werden. Es sind jedoch zusätzlich für die Speicherkapazität des Festwertspeichers
1 sowie die Schaltstellungen der Schalter 2, 3 und deren Ausgangsleitungen Klammerwerte
angegeben, die auf eine vereinfachte Ausführung hinweisen. So besteht die Möglichkeit,
einen Festwertspeicher mit 64 x 8 Bit Speicherkapazität zu verwenden, wenn die beiden
Schalter für den Bohrerdurchmesser'und das zu bohrende Material nur jeweils 8 Schaltstellungen
und 3 Ausgangsleitungen besitzen.
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Die Anzeige für die jeweils zu wählende mechanische Gangstufe ist
abweichend verwirklicht. Die beiden Ausgänge D6 und D7 des Festwertspeichers 1 liefern
abhängig von der Stellung der Schalter 2 und 3 eine Information hinsichtlich der
zu wählenden Gangstufe. Die Ist-Stellung des Getriebes, d.h. der jeweils eingelegte
Gang, wird durch einen mit dem Getriebe gekoppelten Schalter 12 angegeben, wobei
beispielsweise in der gezeigten Schaltstellung der zweite Gang eingelegt ist. Eine
Verknüpfungsschaltung mit vier NAND-Gattern 13 bis 16, die beispielsweise durch
eine TTL-Schaltung vom Zyp 7438 verwirklicht sein können, speisen zusammen mit einem
Blinkgeber 17 zwei Leuchtdioden 18, 19, die in Reihe mit Vorwiderständen 20, 21
zwischen die Ausgänge der NAND-Gatter 13, 14 und die positive Betriebsspannung geschaltet
sind. Der Blinkgeber 17 ist ein Multivibrator mit einer Periode von beispielsweise
0,3 s. Die Verknüpfungsschaltung wird vervollständigt durch zwei Widerstände 22,
23, die die zugeordneten Eingänge der NAND-Gatter 15, 16 an die positive Betriebsspannung
legen, wnn der Schalter 12 den jeweiligen Eingang nicht mit dem Bezugspotential
verbindet.
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Die nachfolgenden Tabellen 1 und 2 geben die Funktion der Verknüpfungsschaltung
an.
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TABELLE 1 A B D7 D6 Diode Diode 18 19 1 X 1 0 Ein Aus 0 X 1 0 AUs
Aus BL X 1 0 BL' Aus X 1 0 1 Aus Ein X O 0 1 Aus Aus X BL 0 1 Aus BL TABELLE 2 C
D A 1 BL BL O BL 1 Die Ausgangssignale A und B. der NAND-Glieder 15 und 16 sind
entsprechend Tabelle 2 entweder ein 1-Signal (hohe Spannung = H) oder ein Blinksignal
BL vom Blinkgeber 17, abhängig davon, ob am Eingang C des NAND-Gatters 15 (und entsprechend
für das NAND-Gatter 16) ein Signal 1 (über den Widerstand 22) oder ein Signal O
(über den Schalter 12) ansteht. Gemäß Tabelle 1 werden die Signale A, B mit den
Ausgangssignalen der Ausgänge D6 und D7 des Festwertspeichers so verknüpft, daß
bei falsch gewähltem Gang die zum jeweils richtigen Gang gehörende Leuchtdiode 18
bzw 19 mittels des vom Blinkgebe-r 17 gelieferten Signals BL blinktM bei richtiger
Gangwahl dagegen stetig leuchtet (Ein). Das Zeichen X in Tabelle 1 bedeutet, daß
der ie¢c!iligen i gen Si Signalzustand beliebig sein kann.
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In Fig.4 und 5 sind als Ausführungsbeispiel für die Schalter 3 bzw.
2 schematisch zwei Schiebeschalter mit je 8 Schaltstellungen 0 bis'7 bzw. 1 bis
8 dargestellt.
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Der Schiebeschalter 3 gemäß Fig. 4, der sich in der durch den Knebel
42 angedeuteten Weise in der Stellung 6 befindet, wählt in den Stellungen 2 bis
7 das jeweils zu bohrende Material aus. In der Stellung 0 hat der Motor die maximale
Drehzahl und in der Stellung 1 können mittels des Schalters 2 gemäß Fig. 5 die rechts
in Klammern stehenden Drehzahlwerte zwischen, 100 Upm und 3000 Upm. gewählt werden.'Wenn
sich der Schalter 3 in einer der Stellungen 2 bis 7 befindet, wählt der Schalter
2 nach Einstellung auf den jeweiligen Bohrerdurchmesser zwischen lmm und 15mm in
den'Stellungen 1 bis 8 die jeweils richtige Drehzahl für die Paarung aus dem eingestellten
Material und dem eingestellten Bohrerdurchmesser aus. Anstelle von Schiebeschaltern
können in gleicher Weise auch Drehschalter unterschiedlicher Ausführung Verwendung
finden.