DE3526598A1 - Kombinationsschalter zur drehzahlsteuerung eines gleichstrom- oder universalmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kombinationsschalter zur Drehzahlsteuerung eines Gleichstrom- oder Universalmotors gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein häufig in Elektrowerkzeugen, die mit Gleichstrom- oder Universalmotoren betrieben werden, eingesetzter Schalter besteht aus einer Kombination eines kontaktbehafteten Netzschalters zum Ein- und Ausschalten (Netztrennen) und einer üblicherweise mit einem Triac bestückten Steuerschaltung zur kontinuierlichen Verstellung der Spannung über eine Phasenanschnittsteuerung. Ein solcher Kombinationsschalter wird im folgenden auch als "Elektronikschalter" bezeichnet. Die Fig. 1 der beigefügten Zeichnung zeigt die prinzipielle Schaltungsanordnung eines über einen bekannten Elektronikschalter gesteuerten Gleichstrom- oder Universalmotors im folgenden auch als "Motor" bezeichnet.

Parallel zu den Schalterklemmen eines beide Netzphasen schaltenden Netzschalters 1 liegt die Reihenschaltung eines Motors 2 und einer Drehzahlsteueranordnung, die einen Triac und eine den Triac 4 im Schliesszustand kurzschliessenden, also parallel zum Triac 4 liegenden Ueberbrückungskontakt 3 aufweist, der im folgenden auch als "Notschalter" bezeichnet ist. Die mit der Steuerelektrode 5 des Triac 4 verbundene Ansteuerschaltung 11 umfasst beispielsweise die Reihenschaltung einer Triggerdiode 6 mit einem Vorwiderstand 10, deren der Ansteuerelektrode 5 abgekehrter Anschluss 12 einerseits mit einem Ladekondensator 8 und andererseits mit einem Einstellpotentiometer 7 verbunden ist, über das sich die Ladezeitkonstante des Ladekondensators 8 und damit die Schaltphase des Triacs 4 einstellen lassen. Die Reihenschaltung aus Einstellpotentiometer 7 und Ladekondensator 8 liegt parallel zum Triac 4.

Diese übliche Drehzahlsteueranordnung hat im Bereich grosser Aussteuerung, d. h. bei fast voll eingeschaltetem Triac 4, wenn beispielsweise eine das Potentiometer verstellende Drückertaste ganz eingedrückt ist, die Eigenschaft zur Folge, dass immer eine Spannung von wenigstens 10 Volt (bezogen auf einen Elektronikschalter für 220 Volt) als Restspannung am Triac stehenbleibt. Bei einem Elektronikschalter, der mit 220 V_eff gespeist ist, stehen ohne besonderen Aufwand am Motor nicht mehr als 210 V_eff an Versorgungsspannung zur Verfügung. Dabei muss berücksichtigt werden, dass zur Erzielung dieses Ergebnisses bereits Kompromisse bei der Dimensionierung der Ansteuerschaltung getroffen werden müssen, die andere Eigenschaften, wie z. B. das Verhalten bei ganz kleinen Aussteuerungen (d. h. am Anfang des Drückerweges der Drucktaste) ungünstig beeinflussen oder eine hohe Strombelastung der in der Regel empfindlichen Widerstandschleifbahn am Einstellpotentiometer 7 zur Folge haben. Aus diesem Grund wird ein Triac-Elektronikschalter dieser Art fast immer mit dem Ueberbrückungskontakt 3 ausgerüstet, der am Ende des Drückerweges, d. h. im fast voll eingeschalteten Zustand die gesamte Drehzahlsteueranordnung überbrückt. Damit wird im voll eingeschalteten Zustand die volle Netzspannung am Motor verfügbar und der Triac wird in diesem Zustand thermisch entlastet. Der Ueberbrückungskontakt 3 wirkt ersichtlicherweise auch als Notschalter, der mindestens ein Arbeiten wie mit einem Ein-/Aus-Schalter ermöglicht, wenn die Drehzahlsteueranordnung (die Elektronik) ihre Funktionsfähigkeit einmal verlieren sollte.

Der Ueberbrückungskontakt 3 weist aber auch gravierende Nachteile auf, da er bei seinem Oeffnen (beim Abschalten der Maschine) einer erheblichen Kontaktbelastung unterliegt, weil u. U. der volle Nennstrom zu schalten ist. Der Ueberbrückungskontakt 3 ist damit "lebensdauerbestimmend" für den gesamten Kombinationsschalter. Beim Abschalten der Maschine namentlich unter Last entsteht aber bei zuvor geschlossenem Ueberbrückungskontakt 3 auch ein mehr oder weniger grosser Lichtbogen und als seine Folge eine hohe Schaltspannung liegt voll über der Laststrecke des Triac und kann je nach Kontaktgestaltung Spitzenwerte bis zu 2000 V erreichen, die eine Zerstörung des Triacs 4 zur Folge haben können.

Zur Beseitigung oder wenigstens Verminderung dieser den Triac 4 gefährdenden Schaltspannungsspitzen könnte entsprechend der aus der DE-AS 15 88 524 bekannten Drehzahlsteueranordnung (dortige Fig. 3) daran gedacht werden, ein Tiefpassfilter vorzusehen, dessen kapazitives Glied parallel zum Ueberbrückungskontakt 3 zu schalten wäre. Ein solcher Tiefpassfilter könnte zwar unter Umständen einen wirksamen Schutz der Laststrecke des Triacs gegen Spannungsdurchbruch gewährleisten. Jedoch stellt ein solcher Tiefpassfilter einen zusätzlichen, in der Regel nicht akzeptablen Mehraufwand dar, insbesondere dann, wenn bei Motoren höherer Leistung grosse Ströme zu schalten sind und daher der Kondensator für einen wirksamen Schutz eine ziemlich grosse Kapazität haben müsste.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kombinationsschalter der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, dass die erläuterten Vorteile des Ueberbrückungskontakts weitgehend beibehalten werden, und ein sicherer Schutz für den Triac gewährleistet werden kann, dies jedoch ohne zusätzlichen Schaltungs- und Kostenaufwand. Im Gegenteil, die anzustrebende Lösung sollte selbstverständlich nach Möglichkeit kostengünstiger sein als beispielsweise die oben anhand der Fig. 1 beschriebene Schaltung zur Drehzahlsteuerung.

Ein Kombinationsschalter zur Drehzahlsteuerung mit dem Merkmal des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen angegebenen Merkmale charakterisiert.

Eine vorteilhafte Ergänzung und Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Der Erfindungsgedanke geht dahin, mit dem Ueberbrückungskontakt des Schutzschalters nicht mehr die gesamte Schaltung zur Phasenanschnittsteuerung, sondern nur noch den Teil der Ansteuerschaltung zu überbrücken, der für eine unzureichende Vollaussteuerung verantwortlich ist. Vorzugsweise wirkt der Schutzschalter jetzt über einen Schutzwiderstand unmittelbar auf den Steueranschluss des Triacs.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend näher durch eine Zeichnung veranschaulicht, wobei

Fig. 1 eine bereits erläuterte Drehzahlsteueranordnung herkömmlicher Art zeigt, während

Fig. 2 eine entsprechende Drehzahlsteuerschaltung mit erfindungsgemässen Merkmalen veranschaulicht.

Die in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 vorhandenen und in ihrer Funktionsweise und Anordnung bereits erläuterten Teile und Bauelemente werden nicht erneut beschrieben, soweit sie bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 in gleicher Funktion vorhanden sind.

Der wesentliche Unterschied der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 zum Schaltbild der Fig. 1 besteht darin, dass der untere Anschlusspunkt des Ueberbrückungskontakts des Schutzschalters 3 über einen Schutzwiderstand 9 unmittelbar an den Steueranschluss 5 des Triacs 4 angeschlossen ist.

Eine derartige Abwandlung des Schutzschalters hat folgende Vorteile:

• - Ueber den Ueberbrückungskontakt des Schutzschalters 3 fliest (fast) keine Leistung. Daher entsteht kein "Kontaktabbrand". Der Schutzschalter 3 kann wesentlich kleiner dimensioniert werden und lässt gleichwohl eine erheblich längere Standzeit erwarten.
• - Am Kombinationsschalter steht im durchgeschalteten Zustand im wesentlichen keine Restspannung.
• - Der Ueberbrückungskontakt des Schutzschalters 3 übernimmt auch in der neuen Wirkungsweise einen wesentlichen Teil der Funktion als "Notkontakt"; er wirkt bei allen Ausfällen der Ansteuerschaltung wie Defekten am Einstellpotentiometer 7, der Triggerdiode 6, des Ladekondensators 8 sowie bei eventueller Unterbrechung interner Verbindungen.
• - Die erfindungsgemässe Lösung ist im Vergleich zur bekannten technisch weniger aufwendig und kostenmässig eher günstiger. Ein Tiefpassfilter mit Funkenlöschkondensator oder dergleichen wird nicht benötigt.

Diesen Vorteilen steht zwar gegenüber, dass der Triac 4 geschlossenem Schutzschalter 3 nicht mehr thermisch entlastet ist und dass bei einer Unterbrechung im Steuerkreis des Triacs 4 der der Kombinationsschalter nicht mehr funktionsfähig ist. Eine unzulässige Erwärmung des Triacs 4 ist jedoch vergleichsweise einfach durch eine entsprechende konstruktive Gestaltung des Einbaus beherrschbar. Eine Unterbrechung im Triac 4 dagegen ist eine sehr seltene Ausfallart; wesentlich häufiger ist das "Durchlegieren". Im letztgenannten Fall wird der Triac 4 zwar unsteuerbar, er bleibt jedoch voll leitfähig.

Claims (2)

1. Kombinationsschalter zur Drehzahlsteuerung eines Gleichstrom- oder Universalmotors mit einem elektronischen Vollwellenstellglied insbesondere einem Triac (4) zur Phasenanschnittsteuerung einerseits und einem bei Vollast zu schliessenden Schutzschalter (3) andererseits, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzschalter (3) im Schliesszustand die Ansteuerelektronik (6 bis 8) des Triacs (4) überbrückt.

2. Kombinationsschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in Reihe zum Schutzschalter (3) liegenden Schutzwiderstand (9).