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    • 专利摘要:
    Es wird eine Schaltung für einen Reihenschlussmotor angegeben, bei der mittels zweier elektronischer Schalter ohne die Verwendung eines mechanisch trennenden Schalters eine sichere Schaltfunktion erreicht wird. Hierzu sind zwei elektronische Schalter (Triacs) (14, 16) vorzugsweise in Reihe geschaltet, wobei der Spannungsabfall an dem Triac (14) ständig über eine Überwachungsschaltung (20) überwacht wird. Vor dem Einschalten kann eine Fehlerüberprüfung durchgeführt werden. Alternativ kann auch über einen parallel angeordneten Schutzschalter (Triac) (16) eine Schmelzsicherung ausgelöst werden (Fig. 4).
    公开号:DE102004018966A1
    申请号:DE200410018966
    申请日:2004-04-13
    公开日:2005-12-01
    发明作者:Martin Beichter；Christof Kress
    申请人:C&E Fein GmbH and Co；
    IPC主号:H02H3-02
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Reihenschlussmotor mit kontaktlos schaltendenFunktionsunterbrechungselementen in Form von elektronischen Schaltern.
    [0002] Elektrowerkzeugewerden in der Regel von Elektromotoren angetrieben, die als Reihenschlussmotoren(Universalmotoren) ausgebildet sind und über mechanische Schalter gesteuertwerden. Obwohl die Elektronik auch bei Elektrowerkzeugen mehr undmehr verbreitet wird, wird eine Steuerung von Elektrowerkzeugenausschließlich über Leistungshalbleiter,die auch zum Ein- und Ausschalten des Elektrowerkzeugs dienen, alsnicht ausreichend sicher angesehen. Der Grund hierfür liegtdarin, dass Halbleiter durchlegieren können (interner Kurzschluss)und dann nicht mehr steuerbar sind. Bei rein elektronischen Schalternmit nur einer einzigen Schaltstrecke kann es damit zu einer dauerhaften Verbindungzwischen Spannungsversorgung und Motor kommen, d.h. der Motor lässt sichnicht mehr abschalten bzw. läuftsofort an.
    [0003] Umnun ohne die Verwendung von mechanischen Schaltern lediglich mitelektronischen Schaltern eine ausreichend sichere Steuerung vonElektrowerkzeugen zu realisieren, ist es im Stand der Technik grundsätzlich bekannt,parallel zu einem Steuerschalter, über den der Motor ein- undausgeschaltet wird, einen Schutzschalter anzuordnen, der bei einer Fehlfunktiondes Steuerschalters eine Sicherung auslöst (vgl. DE 3 119 794 C2 , DE 3 432 845 A1 , DE 4 021 559 C1 ).
    [0004] DerartigeSchaltungen arbeiten allerdings nur dann zuverlässig, wenn ein Fehlverhaltender Maschine und des elektronischen Schaltelementes erkannt wirdund das Gerätin einen definierten AUS-Zustand gebracht werden kann und darüber hinausauch ein Fehler in der Schutzschaltung erkannt werden kann, um dasGerät ineinen definierten AUS-Zustand zu bringen.
    [0005] ImStand der Technik wird auf die Problematik des Auftretens einesFehlers in der Schutzschaltung lediglich in der DE 3 119 794 C2 eingegangen, jedochwird hierbei vom Bediener gefordert, ab und zu die Schutzschaltungmittels eines Tasters zu prüfen.
    [0006] DerErfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Reihenschlussmotorund ein Verfahren zum Steuern eines Reihenschlussmotors zu schaffen,womit trotz des Verzichts auf mechanische Schaltelemente ein sicheresEin- und Ausschalten lediglich unter Verwendung von elektronischenSchaltern ermöglichtwird.
    [0007] DieseAufgabe wird durch einen Reihenschlussmotor, insbesondere für ein Elektrowerkzeug, gelöst, miteinem ersten elektronischen Schalter (Steuerschalter) zum Ein- undAusschalten des Motors, mit einem zweiten elektronischen Schalter (Schutzschalter),der mit dem Steuerschalter in Reihe liegt, mit einer Überwachungsschaltungzur Überwachungder Funktion der Schalter, die das Spannungspotential an der Verbindungvon Steuerschalter und Schutzschalter auswertet, und mit einer elektronischenSteuerung, vorzugsweise einem Mikroprozessor, die mit den beidenSchaltern und der Überwachungsschaltunggekoppelt ist und zumindest einen der Schalter in einen Sperrzustandsteuert, wenn die Überwachungsschaltungeine Fehlfunktion eines Schalters registriert.
    [0008] DieAufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
    [0009] Erfindungsgemäß wird nämlich dadurch, dasszwei elektronische Schalter, ein Steuerschalter und ein Schutzschalter,in Reihe geschaltet sind, ein sicheres Ein- und Ausschalten desMotors auch dann ermöglicht,wenn einer der beiden Schalter eine Fehlfunktion zeigen sollte.Durch eine Überwachungsschaltungwird hierbei sichergestellt, dass Fehlfunktionen sowohl des Steuerschaltersals auch des Schutzschalters erkannt werden können und der Motor in einensicheren AUS-Zustand gesteuert werden kann. Ein manuelles Überwachender Schaltung ist somit nicht erforderlich. Vielmehr wird automatisch beimEinschalten des Motors zunächsteine Fehlerprüfungdurchgeführtund ein Einschalten nur dann ermöglicht,wenn hierbei keine Fehlfunktion festgestellt wurde.
    [0010] Invorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist ein Mittel zur hochohmigen Überbrückung der Schaltstreckedes Schutzschalters vorgesehen, um ohne Anlaufen des Motors eineFunktionsprüfung desSteuerschalters zu erlauben.
    [0011] Aufdiese Weise wird es vermieden, dass im Falle der Ansteuerung desSchutzschalters bei der anfänglichenFunktionsprüfungein kurzzeitiges Anlaufen des Motors erfolgen kann, sofern der Steuerschalterdurchlegiert ist. Durch die hochohmige Überbrückung der Schaltstrecke desSchutzschalters kann dieser zunächstgefahrlos geprüftwerden, ohne dass die Gefahr des Anlaufens des Motors im Falle einesFehlers des Steuerschalters besteht.
    [0012] DasMittel zur hochohmigen Überbrückung derSchaltstrecke des Schutzschalters kann beispielsweise einen Optokoppleraufweisen, der vorzugsweise einen Optotriac aufweist, und der über einenWiderstand parallel zu den Hauptanschlüssen des Schutzschalters angeschlossenist.
    [0013] Eineandere Möglichkeit,um ein kurzzeitiges Anlaufen des Motors bei der Prüfung desSchutzschalters im Falle eines Fehlers des Steuerschalters zu vermeiden,besteht darin, ein Mittel zur Überwachungeiner Drehung des Motors vorzusehen, das mit der Steuerung gekoppeltist, um im Falle eines Anlaufens des Motors bei Ansteuerung desSchutzschalters ohne Ansteuerung des Steuerschalters zumindest einender beiden Schalter in einen Sperrzustand zu steuern.
    [0014] Auchauf diese Weise wird die Gefahr eines kurzzeitigen Anlaufens desMotors im Falle einer Fehlfunktion des Steuerschalters bei Prüfung des Schutzschaltersvermieden.
    [0015] DasMittel zur Überwachungder Motordrehung kann etwa als Drehzahlsensor ausgebildet sein oderaber den Motorstrom überwachen.Im letzteren Fall liegt mit dem Anker ein Shunt-Widerstand in Reihe,dessen Spannungsabfall überwachtwird.
    [0016] Für die Auslegungder Überwachungsschaltungzur Überwachungdes Spannungspotentials am Steuerschalter bieten sich verschiedeneMöglichkeitenan.
    [0017] Während imStand der Technik, etwa aus der US 6,236,177 B1 , eine Schaltung mit einemTransistor, einer Diode und zwei Widerständen bekannt ist, ist erfindungsgemäß eine deutlicheinfachere Schaltung bevorzugt.
    [0018] Die Überwachungsschaltungweist in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung einen Spannungsteilermit zwei in Reihe geschalteten Widerständen auf, wobei der erste Widerstandan einen ersten Pol einer Hilfsspannung angeschlossen ist und derzweite Widerstand an einen der Hauptanschlüsse des Steuerschalters undden zweiten Pol der Hilfsspannung angeschlossen ist, wobei die Verbindungzwischen den beiden Widerständen über einendritten Widerstand an den anderen Hauptanschluss des Steuerschalters angeschlossenist und als Ausgang der Überwachungsschaltungeinem Eingang der Steuerung zugeführt ist.
    [0019] Aufdiese Weise kann lediglich unter Verwendung von drei Widerständen undder ohnehin fürdie Elektronik notwendigen Versorgungsspannung eine zuverlässige Überwachungerreicht werden.
    [0020] Gemäß eineralternativen Ausführungder Erfindung wird die Aufgabe durch einen Reihenschlussmotor, insbesondereeinen Reihenschlussmotor fürein Elektrowerkzeug, gelöst,mit einer Sicherung, überdie der Anker übereinen ersten elektronischen Schalter (Steuerschalter) zum Ein- und Ausschaltendes Motors an die Versorgungsspannung angeschlossen ist, und miteinem zweiten elektronischen Schalter (Schutzschalter), der parallel zumAnker und zum Steuerschalter angeschlossen ist, um die Sicherungim Falle eines Fehlerzustandes auszulösen, mit einer elektronischenSteuerung, vorzugsweise einem Mikroprozessor, die mit den Schalterngekoppelt ist, mit Mitteln zur Blockierung des Schutzschalters undzur Prüfungder Funktion des Schutzschalters im blockierten Zustand und miteiner Überwachungsschaltung,die den Spannungsabfall am Steuerschalter auswertet und deren Ausgangssignalder elektronischen Steuerung zugeführt ist, um den Schutzschalterzur Auslösungder Sicherung anzusteuern, wenn die Überwachungsschaltung eine Fehlfunktiondes Steuerschalters registriert.
    [0021] Auchauf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung vollkommen gelöst.
    [0022] Während esim Stand der Technik nicht möglichwar, bei einer parallelen Anordnung des Schutzschalters zur Auslösung einer Sicherungim Fehlerfall die Funktion des Schutzschalters zu prüfen, wirderfindungsgemäß nunmehrder Schutzschalter zunächstblockiert und kann dann gefahrlos geprüft werden, ohne dass die Sicherungausgelöstwird.
    [0023] Inbevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist hierzu zwischen demSteueranschluss und einem Hauptanschluss des Schutzschalters einTransistor mit Emitter und Kollektor angeschlossen, der für eine Messungdes Steuerstroms des Schutzschalters zu dessen Prüfung durchsteuerbarist, um eine Auslösungder Sicherung bei der Prüfungdes Schutzschalters zu verhindern.
    [0024] Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungder Erfindung sind die elektronischen Schalter als Triacs ausgebildet.
    [0025] Dieshat den Vorteil, dass auf diese Weise hohe Lasten auch bei Wechselstromweitgehend verlustfrei geschaltet werden können und gleichzeitig der Steuerschalterauch zur Leistungsregelung und Drehzahlregelung des Motors verwendetwerden kann.
    [0026] Hinsichtlichdes Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung ferner durch ein Verfahrenzum Steuern eines Reihenschlussmotors, vorzugsweise eines Reihenschlussmotorsfür einElektrowerkzeug, gelöst,mit folgenden Schritten: (a) Verbinden desMotors übereinen ersten elektronischen Schalter (Steuerschalter) zum Ein- und Ausschaltendes Motors und einen zweiten elektronischen Schalter (Schutzschalter)mit einer Speisespannung, (b) Überwachendes Spannungspotentials am Steuerschalter, (c) Sperren der Schalter, falls im ausgeschalteten Zustand beiderSchalter das Spannungspotential am Steuerschalter Werte außerhalbeines vorgegebenen Schwellwertbereiches annimmt, (d) falls im ausgeschalteten Zustand beider Schalter das Spannungspotentialam Steuerschalter innerhalb des Schwellwertes liegt, zum Einschalten desMotors zunächstEinschalten des Schutzschalters, (e) Einschalten des Steuerschalters, falls das Spannungspotentialam Steuerschalter Werte außerhalbdes Schwellwertbereiches annimmt und (f) Sperren beider Schalter, falls das Spannungspotential amSteuerschalter keine Werte außerhalbdes Schwellwertbereiches gemäß (e) annimmt.
    [0027] Erfindungsgemäß wird aufdiese Weise zunächstvor dem Einschalten des Steuerschalters eine Funktionsprüfung dahingehenddurchgeführt,ob der Schutzschalter korrekt arbeitet. Falls dies der Fall ist, wirdanschließendzunächstder Steuerschalter geprüft,bevor ein Einschalten des Steuerschalters erfolgen kann, um denMotor in Betrieb zu setzen.
    [0028] Aufdiese Weise könnenFehler sowohl im Schutzschalter als auch im Steuerschalter sichererkannt werden. Eine Unterbrechung des Schutzschalters oder desSteuerschalters stellt keine Gefahr dar, da in diesem Fall der Motornicht anlaufen kann. Da am Eingang der elektronischen Steuerungfür dasErkennen eines korrekten Arbeitens des Steuerschalters und des Schutzschalters gegensätzlicheEingangssignale bei den Prüfungenverlangt werden, führensowohl ein Kurzschluss als auch Unterbrechungen einzelner Teileder Überwachungsschaltung zueinem sicheren AUS-Zustand. Auch Fehler in den Ansteuerschaltungenwerden erkannt. Ein permanentes Ansteuern zeigt nämlich denselbenFehler wie ein Kurzschluss des Steuerschalters oder des Schutzschalters.Erfolgt keine Ansteuerung, so führt dieszu demselben Verhalten wie eine Unterbrechung des Steuerschaltersoder des Schutzschalters. Ein Anlaufen des Motors ist in diesemFall nicht möglich.
    [0029] Gemäß einervorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Schutzschaltersofort wieder abgeschaltet, sofern das Spannungspotential beim Einschaltendes Schutzschalters bei ausgeschaltetem Steuerschalter nicht ansteigt.
    [0030] Indiesem Fall liegt ein Fehler des Steuerschalters vor. Durch einsofortiges Abschalten des Schutzschalters soll ein Anlaufen desMotors vermieden werden.
    [0031] Hierzukann gemäß einerWeiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrenseine Drehung des Motors überwachtwerden, um den Motor bei ausgeschaltetem Steuerschalter und Einschaltendes Schutzschalters sofort wieder abzuschalten, sofern eine Motordrehungregistriert wird.
    [0032] Inalternativer Ausführungkann hierzu auch zunächstder Schutzschalter zur Prüfungdes Steuerschalters hochohmig überbrückt werdenund geprüft werden,ob das Spannungspotential am Steuerschalter bis auf den vorgegebenenSchwellwert ansteigt.
    [0033] Aufdiese Weise kann ein Anlaufen des Motors bei Prüfung des Steuerschalters auchim Falle eines Defekts sicher vermieden werden.
    [0034] DieAufgabe der Erfindung wird in alternativer Weise ferner durch einVerfahren zum Steuern eines Reihenschlussmotors, vorzugsweise einesReihenschlussmotors fürein Elektrowerkzeug, mit folgenden Schritten gelöst: (a)Verbinden des Motors übereine Sicherung und einen ersten elektronischen Schalter (Steuerschalter)zum Ein- und Ausschalten des Motors mit einer Speisespannung undVerbinden eines zweiten elektronischen Schalters (Schutzschalter) über dieSicherung mit der Speisespannung, (b) bevor der Steuerschalter eingeschaltet wird, zunächst Blockierendes Schutzschalters und Prüfender Funktion der Ansteuerung des Schutzschalters durch Ansteuerndes Schutzschalters und Prüfendes Steuerstroms, (c) wenn eine korrekte Funktion der Ansteuerung des Schutzschaltersfestgestellt wird, Aufhebung der Blockierung des Schutzschaltersund Einschalten des Steuerschalters zum Einschalten des Motors, (d) Ansteuerung des Steuerschalters sperren, falls im Schritt(b) eine Fehlfunktion festgestellt wird, (e) Überwachendes Spannungsabfalls am Steuerschalter und Ansteuern des Schutzschalters zumAuslösender Sicherung, falls der Spannungsabfall beim Ausschalten des Steuer schaltersnicht übereinen vorgegebenen Schwellwert ansteigt.
    [0035] Aufdiese Weise kann unter Verwendung einer parallelen Schaltung desSchutzschalters eine Fehlfunktion der Ansteuerschaltung des Schutzschaltersvor dem Einschalten des Steuerschalters geprüft werden und eine Abschaltungerreicht werden, falls der Steuerschalter versagen sollte.
    [0036] Esversteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehendnoch zu erläuternden Merkmaleder Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination,sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind,ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
    [0037] WeitereVorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgendenBeschreibung bevorzugter Ausführungsbeispieleunter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
    [0038] 1 eineerste Ausführungeines erfindungsgemäßen Reihenschlussmotorsin vereinfachter Prinzipschaltung;
    [0039] 2 einebevorzugte Ausführungeiner für denMotor gemäß 1 geeigneten Überwachungsschaltung;
    [0040] 2a einegrafische Darstellung der Eingangsspannung am Widerstand R3 der Überwachungsschaltunggemäß 2 nebstder zugeordneten Ausgangsspannung am PIN 1;
    [0041] 3 einealternative Ausführungder Überwachungsschaltungfür denMotor gemäß 1;
    [0042] 4 eineModifikation der Schaltung gemäß 1;
    [0043] 5 eineweitere Modifikation der Schaltung gemäß 1 und
    [0044] 6 eineweitere Ausführungder Erfindung mit einem parallelen Schutzschalter zum Auslösen einerSicherung.
    [0045] In 1 istein erfindungsgemäßer Elektromotorin Form einer Schaltung eines Reihenschlussmotors dargestellt undinsgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
    [0046] DerMotor 10 wird aus den beiden Polen 24 und 26 einerWechselspannungsquelle mit 230 Volt gespeist. Der Motor 10 weisteinen Anker 12 auf, der mit den Feldwicklungen (nicht dargestellt)in Reihe liegt und an den einen Pol 24 der Speisespannung angeschlossenist. Der andere Pol des Ankers 12 ist über zwei in Reihe geschalteteTriacs, nämlicheinen Schutzschalter 16 und einen Steuerschalter 14,mit dem anderen Pol 26 der Speisespannung verbunden. DieSteueranschlüsse 28 und 30 vonSteuerschalter 14 und Schutzschalter 16 sind aneine elektronische Steuerung 18 angeschlossen, die alsMikroprozessor ausgebildet ist. Die elektronische Steuerung 18 istgleichfalls an die beiden Pole 24 bzw. 26 derSpeisespannungsquelle angeschlossen bzw. wird von einer Gleichspannungsquellezusätzlichmit einer Speisespannung versorgt (sofern die Spannungsversorgungnicht bereits in der elektronischen Steuerung 18 integriertist). Zwischen der Verbindung zwischen Steuerschalter 14 undSchutzschalter 16 einerseits und dem zweiten Pol 26 derSpeisespannungsquelle andererseits ist ferner eine Überwachungsschaltung 20 angeschlossen,die das Spannungspotential zwischen Steuer schalter 14 und Schutzschalter 16 einerseitsund dem zweiten Pol 26 der Speisespannungsquelle andererseits überwacht undderen Ausgang übereine Leitung 32 mit einem Eingang 22 (Pin 1) derelektronischen Steuerung 18 gekoppelt ist.
    [0047] Dieelektronische Steuerung 18 übernimmt in grundsätzlich bekannterWeise auch die Funktionen eines Sanftanlaufes beim Einschalten desMotors und einer Drehzahl- bzw. Leistungssteuerung während desBetriebs durch eine Phasenanschnittsteuerung des Steuerschalters 14.
    [0048] Mitder Überwachungsschaltung 20 kann nunvor dem Einschalten des Elektromotors 10 zunächst eineFunktionsprüfungdurchgeführtwerden, um eine fehlerfreie Funktion sowohl des Steuerschalters 14 alsauch des Schutzschalters 16 sicherzustellen.
    [0049] In 2 isteine bevorzugte Ausführungder Überwachungsschaltung 20 dargestellt.Hierbei ist eine Hilfsspannung, bei der es sich um die SpeisespannungVcc fürdie elektronische Steuerung 18 handeln kann, über einenSpannungsteiler an den einen Hauptanschluss des Steuerschalters 14 angeschlossen,der mit dem zweiten Pol 26 der Wechselspannungsquelle verbundenist. Der Spannungsteiler besteht aus den Widerständen R1 undR2. Der Abgriff des Spannungsteilers istmit dem Eingang 22 (Pin 1) der Steuerung 18 verbunden.Der Abgriff des Spannungsteilers ist ferner über einen dritten Widerstand R3 mit der Verbindung zwischen Steuerschalter 14 undSchutzschalter 16 gekoppelt.
    [0050] Miteiner derartigen Überwachungsschaltung isteine besonders einfache Überwachungdes am Steuerschalter 14 anliegenden Spannungspotentials mitnur drei Bauteilen ermöglicht.
    [0051] Grundsätzlich können inalternativer Ausführungder Erfindung auch andere Überwachungsschaltungenverwendet werden, wie etwa aus der US 6,236,177 B1 bekannt. Eine derartige Schaltungist in 3 dargestellt und mit der Ziffer 20' bezeichnet. wegendes einfacheren Aufbaus ist jedoch eine Überwachungsschaltung gemäß 2 bevorzugt.
    [0052] Eineabgewandelte Ausführungdes erfindungsgemäßen Elektromotorsist in 4 dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10a bezeichnet.Hierbei sowie bei den noch zu erläuternden Abwandlungen werdenfür entsprechendeTeile entsprechende Bezugsziffern verwendet.
    [0053] Dereinzige Unterschied der Schaltung des Elektromotors 10a zuder Ausführungdes Elektromotors 10 gemäß 1 bestehtdarin, dass zusätzlich nochein Mittel 36 zur hochohmigen Überbrückung des Schutzschalters 16 vorgesehenist. Dieses Mittel 36 zur hochohmigen Überbrückung des Schutzschalters 16 bestehtaus einem Optotriac 38, der über einen Widerstand R4 parallel zu den beiden Hauptanschlüssen desSchutzschalters 16 angeschlossen ist. Der Optotriac 38 wird über eineLED 40 angesteuert.
    [0054] In 4 istzusätzlichnoch eine der beiden mit dem Anker 12 in Reihe liegendenFeldwicklungen mit Ziffer 13 angedeutet.
    [0055] DieFunktionsweise des Reihenschlussmotors 10 bzw. 10a istwie folgt: Bei der Schaltung gemäß 1 bzw. 2 wirdvor einem ersten Einschalten des Elektromotors 10 in einerersten Prüfungzunächstfestgestellt, ob die Ausgangsspannung der Überwachungs schaltung 20,die überdie Leitung 32 dem Eingang 22 (Pin 1) des Mikroprozessors 18 zugeführt ist,innerhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt. Dies ist aus 2a näher ersichtlich.Währendan R1 die Speisespannung Vcc liegtund R2 auf Masse liegt, wird über R3 an PIN 1 die Wechselspannung an der Verbindungzwischen Steuerschalter 14 und Schutzschalter 16 angelegt.Im ausgeschalteten Zustand von Steuerschalter 14 und Schutzschalter 16 darfan R3 keine Wechselspannung liegen, so dassdie Spannung an PIN 1 ausschließlichvon dem Spannungsteiler R1 und R2, sowie Vcc abhängt. Istbeispielsweise Vcc = 5V und R1=R2, so gibtes einen Schwellwertbereich von 2,5V±0,5 V, innerhalb dessen dieSpannung an PIN 1 liegen muss, wenn Steuerschalter 14 undSchutzschalter 16 nicht angesteuert sind.
    [0056] Istdies der Fall, so ist diese erste Prüfstufe in Ordnung. Durch diesePrüfungwird eine Prüfungder Sperrwirkung sowohl bei der positiven Halbwelle als auch beider negativen Halbwelle gewährleistet.
    [0057] Anderenfallsliegt ein Fehler vor. Entweder ist der Schutzschalter 16 defekt,d.h. es liegt ein Kurzschluss vor, oder die Ansteuerschaltung desSchutzschalters 16 ist defekt oder aber die Überwachungsschaltung 20 istdefekt. In diesem Fall wird der Steuerschalter 14 nichtangesteuert und der Mikroprozessor 18 geht in einen sicherenFehlerzustand (AUS-Zustand) über.
    [0058] Verläuft dieerste Prüfungpositiv, so wird beim Einschalten gemäß 1 zunächst derSchutzschalter 16 überdie Leitung 30 angesteuert. Pendelt in diesem Fall dieam Pin 1 anliegende Spannung, so dass die Schwellwertgrenzen gemäß 2a überschrittenwerden, so ist die Funktion in Ordnung. Anderenfalls ist die Funktiongestört.Es liegt nämlich entwederein Defekt im Steuerschalter 14 vor (Kurzschluss), oderdie Ansteuerschaltung des Steuerschalters 14 ist defekt,oder aber die Überwachungsschaltung 20 istdefekt.
    [0059] ImFalle eines Defektes wird der Schutzschalter 16 so schnellwie möglichwieder abgeschaltet und der Mikroprozessor 18 geht in einensicheren Fehlerzustand (AUS-Zustand) über.
    [0060] Wirdentweder der Steuerschalter 14 oder der Schutzschalter 16 alsdefekt erkannt (Kurzschluss), so lässt sich der Motor nicht einschalten.Im Falle einer Unterbrechung des Steuerschalters 14 oderdes Schutzschalters 16 kann der Motor gleichfalls nichtanlaufen, so dass dies keine Gefahr darstellt. Mit der beschriebenenSchaltung des Motors 10 werden sowohl Fehler in der Überwachungsschaltungerkannt als auch Fehler in den Ansteuerschaltungen erkannt. Da amEingang 22 (Pin 1) des Mikroprozessors 18 für die Funktion „In Ordnung" gegensätzlicheEingangssignale bei den Prüfungenverlangt werden, führensowohl ein Kurzschluss als auch Unterbrechungen einzelner Teileder Überwachungsschaltung 20 zueinem sicheren AUS-Zustand. Ein ständiges Ansteuern entweder desSteuerschalters 14 oder des Schutzschalters 16 führt zum selbenFehler wie ein Kurzschluss des Steuerschalters bzw. Schutzschalters.Gibt der Mikroprozessor 18 fehlerhaft kein Steuersignalauf die Leitung 28 bzw. die Leitung 30 zum Ansteuernvon Steuerschalter 14 bzw. Schutzschalter 16 aus,so führtdies zum selben Ergebnis wie eine Unterbrechung des Steuerschalters 14 bzw.des Schutzschalters 16. Ein Anlaufen des Motors ist indiesem Fall nicht möglich.
    [0061] Beider Schaltung gemäß 1 istes erforderlich, dass fürden Fall, dass bei der zweiten Prüfung, wenn der Schutzschalter 16 angesteuertwird, währendder Steuerschalter 14 nicht angesteuert wird, eine Fehlfunktionfestgestellt wird, der Schutzschalter 16 sofort wiederausgeschaltet wird. Eine verspäteteAusschaltung des Schutzschalters 16 im Falle der Feststellungeines Fehlers bei der zweiten Prüfungkann ggf. zu einem Anlaufen des Motors führen, was unter Umständen nachteiligsein könnte.
    [0062] Umauch diesen Fall auszuschließen,wurde bei dem Motor 10a gemäß 4 zusätzlich dasMittel 36 zur hochohmigen Überbrückung des Schutzschalters 16 eingeführt.
    [0063] NachAbschluss der Prüfung1 (im nicht angesteuerten Zustand des Schutzschalters und des ÜberwachungsschaltersSpannung an Pin1 innerhalb des Schwellwertbereiches) wird anstelleeiner Ansteuerung des Schutzschalters 16 dieser lediglich mitHilfe der Schaltung 36 hochohmig überbrückt. Auf diese Weise kann eineFunktionsprüfungdes Steuerschalters 16 durchgeführt werden, ohne dass die Gefahrbesteht, dass im Falle eines Kurzschlusses des Steuerschalters 16 sofortein Anlaufen des Motors auftritt.
    [0064] AlsAlternative zu der Schaltung 36 zur hochohmigen Überbrückung desSteuerschalters 16 ist in 5 als weitereAbwandlung ein Mittel zur Drehzahlüberwachung des insgesamt mitZiffer 10b bezeichneten Motors dargestellt.
    [0065] Hierzukann in Reihe mit den Feldwicklungen 13 ein Shunt-Widerstand R5 vorgesehen sein. Wird bei der zweiten Prüfung, d.h.beim Einschalten des Schutzschalters 16 zur Prüfung desSteuerschalters 14 ein Spannungsabfall am Shunt-WiderstandR5 zwischen dem Pol 26 der Wechselspannungund der Leitung 52 registriert, so wird die Ansteuerungdes Schutzschalters 16 sofort unterbrochen, um ein Anlaufendes Motors zu verhindern.
    [0066] Alternativ(oder ggf. zusätzlich)könnteein Drehzahlsensor 54 vorgesehen sein, der die Drehzahldes Motors überwacht,wie in 5 gestrichelt angedeutet. Erhält der Drehzahlsensor 54 beider Prüfung2, d.h. beim Ansteuern des Schutzschalters 16 zur Prüfung desSteuerschalters 14, ein Signal, so wird die Ansteuerungdes Schutzschalters 16 sofort unterbrochen, um ein Weiterlaufendes Elektromotors zu verhindern. Im Übrigen entspricht die Schaltungdes Motors 10b der Schaltung des Motors 10a.
    [0067] Eineweitere Ausführungeines erfindungsgemäßen Elektromotorsist in 6 dargestellt und insgesamt mit 10c bezeichnet.
    [0068] Hierbeiist eine Schmelzsicherung 56 vorgesehen, die über einenSchutzschalter 16 im Falle eines Fehlers des Steuerschalters 14 ausgelöst werdenkann. Hierzu ist der Schutzschalter 16 parallel unmittelbarhinter der Sicherung 56 an die beiden Pole 24 und 26 derSpeisespannungsquelle angeschlossen. Das über dem Steuerschalter 14 abfallendeSpannungspotential wird wiederum über eine Schutzschaltung 20,wie vorstehend erläutert, überwacht.Der Ausgang der Überwachungsschaltung 20 liegtwiederum am Pin 1 des Mikroprozessors 18. Eine vollständige Funktionsprüfung istzwar mit der Schaltung gemäß 6 nichtmöglich,da sofort die Sicherung 56 ansprechen würde. Jedoch kann die Ansteuerschaltungdes Schutzschalters 16 geprüft werden, indem das Zünden desSchutzschalters bzw. Triacs 16 verhindert wird.
    [0069] Hierzuist das Gate 28 des Triacs 16 über zwei in Reihe geschalteteWiderständeR6 und R7 mit einemAusgang (Pin 3) des Mikroprozessors 18 verbunden. Der Verbindungspunktzwischen den beiden WiderständenR6, R7 ist über eineLeitung 62 an einen Messeingang (Pin 4) des Mikroprozessors 18 angeschlossen.Zwischen Gate 28 des Schutzschalters 16 und demPol 26 der Speisespannung ist ein Transistor 60 angeordnet,dessen Basis übereinen Ausgang (Pin 2) des Mikroprozessors 18 ansteuerbarist.
    [0070] ZurPrüfungwird zunächstdie Überwachungsschaltung 20 ausgewertet.Die Prüfungerfolgt, wie im Zusammenhang mit 2 bzw. 2a beschrieben.Falls hierbei ein Fehler festgestellt wird, wird der Schutzschalter 16 angesteuert,um die Sicherung 56 auszulösen.
    [0071] Wirbei der vorherigen Prüfungkein Fehler festgestellt, so wird nun die Ansteuerschaltung des Schutzschalters 16 wiefolgt geprüft: Zunächst wirdder Transistor 60 überPin 2 des Mikroprozessors 18 an seiner Basis 64 angesteuert.Dadurch wird ein Zündendes Triacs 16 verhindert. Es werden nun über Pin 3 Zündimpulseausgegeben, wobei der Transistor 60 das Zünden verhindert.Am Pin 4 des Mikroprozessors 18 kann nun die Spannung zwischenden WiderständenR6, R7 erfasst werden.Die Ausgangsspannung an Pin 3 entspricht etwa der VersorgungsspannungVcc. Falls nun am Pin 4 keine Spannung anliegt,so sind entweder die WiderständeR6, R7 unterbrochenoder es wird kein Zündimpulsausgegeben, so dass ein Fehler vorliegt. Unter der Annahme, dassdie WiderständeR6, R7 gleich sind,muss am Pin 4 etwa die halbe Versorgungsspannung ½ Vcc anliegen, während der Zündstrom fließt. In diesemFall ist die Ansteuerschaltung fürden Triac 16 in Ordnung. Liegt während der Ausgabe von Zündimpulsenam Pin 3 die volle Versorgungsspannung Vcc amPin 4 an, so ist der Widerstand R6 unterbrochen,so dass wiederum ein Fehler vorliegt.
    [0072] Wirdkein Fehler festgestellt, so wird die Ansteuerung des Transistors 60 über denPin 2 wieder aufgehoben, damit der Schutzschalter bzw. Triac 16 während desBetriebs arbeiten kann, um im Falle eines Fehlers des Steuerschalters 14 eineAuslösung derSicherung 56 zu ermöglichen.Anschließend kannder Steuerschalter 14 eingeschaltet werden, um den Motoreinzuschalten. Wird der Steuerschalter 14 nicht mehr angesteuert,d.h. werden keine Zündimpulsemehr überdie Leitung 30 ausgegeben, so muss der Spannungsabfall über demSteuerschalter 14 übereinen vorgegebenen Schwellwert ansteigen. Ansonsten ist der Steuerschalter 14 defekt.Wird ein Defekt des Steuerschalters 14 beim Ausschaltenerkannt, so wird der Schutzschalter 16 über Pin 3 der Steuerschaltung 18 angesteuert,um die Sicherung 56 auszulösen.
    权利要求:
    Claims (16)
    [1] Reihenschlussmotor, insbesondere für ein Elektrowerkzeug,mit einem ersten elektronischen Schalter (Steuerschalter) (14)zum Ein- und Ausschalten des Motors (10, 10a, 10b),mit einem zweiten elektronischen Schalter (Schutzschalter) (16), dermit dem Steuerschalter (14) in Reihe liegt, mit einer Überwachungsschaltung(20, 20')zur Überwachungder Funktion der Schalter (14, 16), die das Spannungspotentialan der Verbindung von Steuerschalter (14) und Schutzschalter(16) auswertet, und mit einer elektronischen Steuerung(18), vorzugsweise einem Mikroprozessor, die mit den beidenSchaltern (14, 16) und der Überwachungsschaltung (20, 20') gekoppeltist und zumindest einen der Schalter (14, 16)in einen AUS-Zustand steuert, wenn die Überwachungsschaltung (20, 20') eine Fehlfunktion einesSchalters (14, 16) registriert.
    [2] Reihenschlussmotor nach Anspruch 1, mit einem Mittel(36) zur hochohmigen Überbrückung der Schaltstreckedes Schutzschalters (16), um ohne Anlaufen des Motors (10, 10a, 10b)eine Funktionsprüfungdes Steuerschalters (14) zu erlauben.
    [3] Reihenschlussmotor nach Anspruch 2, bei dem das Mittel(36) füreine hochohmige Überbrückung einenOptokoppler, vorzugsweise einen Optotriac (38), aufweist,der übereinen Widerstand (R4) parallel zu den Hauptanschlüssen (42, 44)des Schutzschalters (16) angeschlossen ist.
    [4] Reihenschlussmotor nach einem der vorhergehendenAnsprüche,mit einem Mittel zur Überwachungeiner Drehung des Motors (10, 10a, 10b),das mit der Steuerung (18) gekoppelt ist, um im Falle einesAnlaufens Motors (10, 10a, 10b) bei Ansteuerungdes Schutzschalters (16) ohne Ansteuerung des Steuerschalters(14) zumindest einen der beiden Schalter (14, 16)in einen AUS-Zustand zu steuern.
    [5] Reihenschlussmotor nach Anspruch 4, bei dem das Mittelzur Überwachungder Motordrehung als Drehzahlsensor (54) ausgebildet ist.
    [6] Reihenschlussmotor nach Anspruch 4, bei dem das Mittelzur Überwachungder Motordrehung den Motorstrom überwacht.
    [7] Reihenschlussmotor nach Anspruch 6, bei dem das Mittelzur Überwachungder Motordrehung ein Shunt-Widerstand (R5)ist, der mit dem Anker (12) in Reihe liegt und dessen Spannungsabfall überwachtwird.
    [8] Reihenschlussmotor nach einem der vorhergehendenAnsprüche,bei dem die Überwachungsschaltung(20) einen Spannungsteiler mit zwei in Reihe geschaltetenWiderständen(R1, R2) aufweist,wobei der erste Widerstand (R1) an einenersten Pol einer Hilfsspannung (Vcc) angeschlossenist und der zweite Widerstand (R2) an einender Hauptanschlüssedes Steuerschalters (14) und den zweiten Pol der Hilfsspannungangeschlossen ist, die Verbindung zwischen den beiden Widerständen (R1, R2) über einendritten Widerstand (R3) an den anderen Hauptanschlussdes Steuerschalters (14) angeschlossen ist und als Ausgangder Überwachungs schaltungeinem Eingang (22) der Steuerung (18) zugeführt ist.
    [9] Reihenschlussmotor, insbesondere für ein Elektrowerkzeug,mit einer Sicherung (56), über die der Anker (12) über einenersten elektronischen Schalter (Steuerschalter) (14) zumEin- und Ausschalten des Motors (10c) an die Versorgungsspannungangeschlossen ist, und mit einem zweiten elektronischen Schalter(Schutzschalter) (16), der parallel zum Anker (12)und zum Steuerschalter (14) angeschlossen ist, um die Sicherung(56) im Falle eines Fehlerzustandes auszulösen, miteiner elektronischen Steuerung (18), vorzugsweise einemMikroprozessor, die mit den Schaltern (14, 16)gekoppelt ist, mit Mitteln (16) zur Blockierung des Schutzschalters(16) und zur Prüfungder Funktion des Schutzschalters (16) im blockierten Zustand,und mit einer Überwachungsschaltung(20), die den Spannungsabfall am Steuerschalter (14)auswertet und deren Ausgangssignal der elektronischen Steuerung(18) zugeführtist, um den Schutzschalter (16) zur Auslösung derSicherung (56) anzusteuern, wenn die Überwachungsschaltung (16)eine Fehlfunktion des Steuerschalters (14) registriert.
    [10] Reihenschlussmotor nach Anspruch 9, bei dem zwischendem Steueranschluss (28) und einem Hauptanschluss (44)des Schutzschalters (16) ein Transistor (60) mitEmitter und Kollektor angeschlossen ist, der für eine Messung des Steuerstromsdes Schutzschalters (16) zu dessen Prüfung durchsteuerbar ist, umeine Auslösungder Sicherung (56) bei der Prüfung des Schutzschalters (16)zu verhindern.
    [11] Reihenschlussmotor nach einem der vorhergehendenAnsprüche,bei dem die Schalter (14, 16) als Triacs ausgebildetsind.
    [12] Verfahren zum Steuern eines Reihenschlussmotors,vorzugsweise fürein Elektrowerkzeug, mit folgenden Schritten: (a) Verbindendes Motors (12) übereinen ersten elektronischen Schalter (Steuerschalter) (14)zum Ein- und Ausschalten des Motors und einen zweiten elektronischenSchalter (Schutzschalter) (16) mit einer Speisespannung, (b) Überwachendes Spannungspotentials am Steuerschalter (14), (c)Sperren der Schalter (14, 16), falls im ausgeschaltetenZustand beider Schalter (14, 16) das Spannungspotentialam Steuerschalter (14) Werte außerhalb eines vorgegebenenSchwellwertbereiches annimmt, (d) falls im ausgeschaltetenZustand beider Schalter (14, 16) das Spannungspotentialam Steuerschalter (14) innerhalb des Schwellwertbereichesliegt, zum Einschalten des Motors zunächst Einschalten des Schutzschalters(16), (e) Einschalten des Steuerschalters (14),falls das Spannungspotential am Steuerschalter (14) Werte außerhalbdes Schwellwertbereiches annimmt und (f) Sperren beider Schalter(14, 16), falls das Spannungspotential am Steuerschalter(14) keine Werte außerhalbdes Schwellwertbereiches annimmt.
    [13] Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schutzschalter(16) sofort wieder abgeschaltet wird, sofern das Span nungspotentialbeim Einschalten des Schutzschalters (16) bei ausgeschaltetemSteuerschalter (14) nicht ansteigt.
    [14] Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem eineDrehung des Motors überwachtwird, um den Motor bei ausgeschaltetem Steuerschalter (14) undEinschalten des Schutzschalters (16) sofort wieder abzuschalten,sofern eine Motordrehung registriert wird.
    [15] Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem derSchutzschalter (16) zur Prüfung des Steuerschalters (14)zunächsthochohmig überbrückt wirdund geprüftwird, ob das Spannungspotential am Steuerschalter (14)bis auf den vorgegebenen Schwellwert ansteigt.
    [16] Verfahren zum Steuern eines Reihenschlussmotors,vorzugsweise fürein Elektrowerkzeug, mit folgenden Schritten: (a) Verbindendes Ankers (12) übereine Sicherung (56) und einen ersten elektronischen Schalter(Steuerschalter) (14) zum Ein- und Ausschalten des Motorsmit einer Speisespannung und Verbinden eines zweiten elektronischenSchalters (Schutzschalter) (16) über die Sicherung (56)mit der Speisespannung, (b) bevor der Steuerschalter (14)eingeschaltet wird, zunächstBlockieren des Schutzschalters (16) und Prüfen derFunktion des Schutzschalters (16) durch Ansteuern des Schutzschalters(16) und Prüfendes Steuerstroms, (c) wenn eine korrekte Funktion des Schutzschalters (16)festgestellt wird, Aufhebung der Blockierung des Schutzschalters(16) und Einschalten des Steuerschalters (14)zum Einschalten des Motors, (d) Steuern der Schalter (14, 16)in einen AUS-Zustand, falls im Schritt (b) eine Fehlfunktion festgestellt wird, (e) Überwachendes Spannungsabfalls am Steuerschalter (14) und Ansteuerndes Schutzschalters (16) zum Auslösen der Sicherung (56),falls der Spannungsabfall beim Ausschalten des Steuerschalters (14)nicht übereinen vorgegebenen Schwellwert ansteigt.
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