DE4232402A1 - Bremsschaltung für einen Elektromotor - Google Patents
Bremsschaltung für einen ElektromotorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Bremsschaltung für einen Elektromotor
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen zum Einsatz in
der Bremsschaltung geeigneten elektrischen Schalter nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 16.
Elektromotoren besitzen aufgrund ihrer kinetischen Energie nach dem
Abschalten der Netzspannung eine längere Auslaufzeit. Insbesondere
beim Einsatz in Elektrohandwerkzeugen, wie Winkelschleifer,
Kettensägen, Elektrohobel, u. dgl. ist es wegen der möglichen
Verletzungsgefahr für den Bediener erwünscht, beim Abschalten des
Elektromotors für ein schnelles Abbremsen desselben und damit des
Elektrohandwerkzeugs zu sorgen. Üblicherweise erfolgt das Abbremsen
des Elektromotors mittels einer Bremsschaltung, in der beim
Abschalten, d. h. beim Umschalten vom Motor- in den Bremsbetrieb, der
Anker und die Feldwicklung in einen Bremsstromkreis geschaltet
werden. In der Bremsschaltung wird dann die kinetische Energie in
Wärme umgewandelt und an die Umgebungsluft abgegeben.
Aus DE-PS 35 46 719 ist eine derartige Bremsschaltung für einen
elektrischen Universalmotor bekannt, bei der ein Bremsstromkreis
gebildet wird, indem der Anker des Elektromotors im ausgeschalteten
Zustand über das Feld kurzgeschlossen ist. Dazu ist ein aus zwei
Umschaltern S1, S2 bestehender Bremsschalter vorgesehen, deren
Anschlüsse für die Schaltkontakte mit den beiden Anschlüssen der
Feldwicklung verbunden sind. Die Anschlüsse für die Ruhekontakte der
beiden Umschalter S1, S2 sind so mit einem Netzpol und den beiden
Seiten der Ankerwicklung verschaltet, daß in ausgeschaltetem Zustand
des Elektromotors die Polarität der Ankerwicklung in Bezug auf die
Feldwicklung entgegengesetzt zu derjenigen im eingeschalteten Zustand
des Elektromotors ist.
Zur Vermeidung einer Zerstörung der Kontakte des Bremsschalters
aufgrund von hohen Strömen im Bremsstromkreis beim Abschalten des
Elektromotors oder aufgrund von Netzkurzschlüssen wird vorgeschlagen,
daß die Schaltvorgänge im Bremsschalter zeitversetzt stattfinden.
Beim Umschalten vom Motor- in den Bremsbetrieb wird zunächst der
netznahe Umschalter S1 und dann der netzferne Umschalter S2 betätigt.
Beim Umschalten vom Brems- in den Motorbetrieb wird zuerst der
netzferne Umschalter S2 und dann der netznahe Umschalter S1 betätigt.
Weiter sind elektronische Schaltungen bekannt, die im Bremsstromkreis
der Bremsschaltung angeordnet sind und die der Regelung der Bremsung
des Elektromotors dienen. Solche Bremselektroniken werden
beispielsweise in der DE-OS 35 39 841, DE-OS 36 36 555 und der
DE-OS 40 22 637 beschrieben. Zum Bremsschalter, der wiederum aus zwei
Umschaltern besteht, und insbesondere zur Reihenfolge der
Schaltvorgänge der beiden Umschalter werden in diesen
Offenlegungsschriften jedoch keine näheren Aussagen gemacht.
Es hat sich gezeigt, daß bei einer Bremsschaltung mit einem
Bremsschalter der angegebenen Art, beim Umschalten vom Motor- in den
Bremsbetrieb Fehlbremsungen auftreten können, insbesondere bei der
Verwendung einer Bremselektronik. In einem derartigen Fall läuft dann
der Elektromotor ungebremst aus. Es ist unmittelbar ersichtlich, daß
schon aus Sicherheitsgründen eine solche Schaltung mit einem
Bremsschalter, bei der keine vollständige Gewähr für ein fehlerfreies
Bremsverhalten gegeben ist, als Bremsschaltung ungeeignet ist.
Weiter hat es sich herausgestellt, daß der in der DE-PS 35 46 719
beschriebene Bremsschalter bereits nach kurzer Betriebsdauer zu
Ausfällen aufgrund von Kontaktabbrand neigt. Besonders beim Einsatz
an Elektromotoren mit höherer Leistung, beispielsweise über 1200 W,
treten Verschweißungen der Kontakte innerhalb kürzester Zeit auf und
der Bremsschalter wird unbrauchbar. Auch wenn häufig vom Bremsbetrieb
unmittelbar in den Motorbetrieb zurückgeschaltet wird, ohne daß ein
Stillstand des Motors abgewartet wird, tritt dieses Problem in
erheblichem Umfang auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine betriebssichere
Bremsschaltung sowie einen zum Einsatz in dieser Bremsschaltung
geeigneten Bremsschalter zu schaffen, wobei eine vorzeitige
Zerstörung des Bremsschalters auch bei Elektromotoren mit höherer
Leistung nicht befürchtet werden muß. Die Bremsschaltung sowie der
Bremsschalter sollen insbesondere auch zur Verwendung mit einer
Bremselektronik geeignet sein.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Bremsschaltung durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 sowie bei einem zum Einsatz
in der Bremsschaltung bestimmten elektrischen Schalter durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 16 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß eine Bremsschaltung angegeben wird, die sehr ausfallsicher ist.
Eine Gefährdung des Benutzers aufgrund von Fehlbremsungen kann
ausgeschlossen werden. Die erfindungsgemäße Bremsschaltung ist
universell verwendbar und läßt sich auch bei Elektromotoren höherer
Leistung einsetzen. Vorzeitige Ausfälle aufgrund von Verschweißungen
oder Kontaktabbrand treten beim Bremsschalter nicht auf. Gleichzeitig
wird eine Überbelastung des Elektromotors im Bremsbetrieb vermieden
und eine weitgehende Schonung desselben erreicht, was letztendlich
zur Erhöhung der Lebensdauer des Elektromotors führt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Bremsschaltung mit Bremselektronik
für einen Elektromotor mit Schalterstellung für den
Motorbetrieb,
Fig. 2 das Schaltbild einer Bremsschaltung gemäß Fig. 1 mit
Schalterstellung für den Bremsbetrieb,
Fig. 3 den Stromfluß im Bremsstromkreis während des Bremsbetriebs
bei gesperrter Bremselektronik,
Fig. 4 den Stromfluß im Bremsstromkreis während des Bremsbetriebs
bei leitender Bremselektronik,
Fig. 5 einen Schnitt durch einen elektrischen Schalter zum Einsatz
in der Bremsschaltung,
Fig. 6 einen Schnitt gemäß der Linie 6-6 aus Fig. 5,
Fig. 7 bis 9 einen Detailausschnitt des elektrischen Schalters gemäß
Fig. 5, wobei die Verzögerungseinrichtung in verschiedenen
Stellungen während des Umschaltens vom Motor- in den
Bremsbetrieb zu sehen ist,
Fig. 10 einen Detailausschnitt der Verzögerungseinrichtung gemäß
Fig. 8 in vergrößerter Darstellung während des Umschaltens
vom Motor- in den Bremsbetrieb,
Fig. 11 einen Detailausschnitt der Verzögerungseinrichtung in
vergrößerter Darstellung wie in Fig. 10 während des
Umschaltens vom Brems- in den Motorbetrieb und
Fig. 12 einen Schnitt entlang der Linie 12-12 aus Fig. 6.
In Fig. 1 ist die Schaltung eines elektrischen Universalmotors, wie
er für Elektrohandwerkzeuge, beispielsweise Bohrmaschinen,
Winkelschleifer, Elektrohobel, elektrische Heckenscheren, u. dgl.
eingesetzt wird, in der Stellung des Motorbetriebs gezeigt.
Der Elektromotor besitzt eine Feldwicklung 1, an deren Anschlüsse
zwei Umschalter S1 und S2 angeschaltet sind. Der Umschalter S1
schaltet zwischen zwei Kontakten a1, b1 um, wobei der Kontakt a1 die
erste Verbindung zum Motorkreis darstellt. Bei dieser Verbindung
handelt es sich um den einen Anschluß 2 der Versorgungsspannung, die
von der Wechselspannung des Netzes gebildet wird. Der andere Kontakt b1
stellt den ersten Anschluß des Bremsstromkreises dar. Der
Umschalter S2 schaltet zwischen zwei Kontakten a2, b2 um, wobei a2
wiederum die zweite Verbindung zum Motorkreis und b2 den zweiten
Anschluß des Bremsstromkreises darstellt. In vorliegendem
Ausführungsbeispiel handelt es sich somit beim Umschalter S1 um den
netznahen Umschalter und beim Umschalter S2 um den netzfernen
Umschalter. In Verbindung mit dem Kontakt a2 steht im Motorkreis der
Widerstand 4, der mittels eines weiteren Schalters S3 überbrückt
werden kann. In Reihe ist dann weiter die Ankerwicklung 5 und an
dieser der andere Anschluß 3 der Versorgungsspannung geschaltet.
Selbstverständlich ist es auch möglich eine weitere Feldwicklung
zwischen Ankerwicklung 5 und Anschluß 3 oder zwischen der ersten
Feldwicklung 1 und dem Schalter S2 zu schalten.
Bei der folgenden Beschreibung der Funktion der Schaltung im
Motorbetrieb wird die vom Anschluß 2 ausgehende positive Halbwelle der
Versorgungsspannung betrachtet. Für die negative Halbwelle verläuft
die Stromrichtung entgegengesetzt, so daß sich nähere Ausführungen
dazu erübrigen.
In der Anlaufphase des Motorbetriebs fließt der Strom vom Anschluß 2
über den Kontakt a1 des Umschalters S1, die Feldwicklung 1 und den
Kontakt a2 des Umschalters S2 zum Widerstand 4, da der Schalter S3
noch geöffnet ist. Von dort fließt der Strom weiter zur Ankerwicklung
5 und dann schließlich zum Anschluß 3 der Versorgungsspannung. Der
Widerstand 4 dient damit in der Anlaufphase als Vorwiderstand zur
Begrenzung des Anlaufstroms. Nach Beendigung der Anlaufphase wird der
Schalter S3 geschlossen und der Widerstand 4 somit überbrückt, so daß
der Strom vom Umschalter S2 und dem Kontakt a2 direkt in die
Ankerwicklung 5 ohne Begrenzung durch den Widerstand 4 fließt.
Parallel zur Ankerwicklung 5 ist ein Kondensator 6 über eine Diode 7
angeschaltet. Dieser Kondensator 6 dient als Startkondensator zur
Einleitung des Bremsbetriebes, wie nachfolgend noch näher erläutert
wird. Die Diode 7 ist mit ihrer Kathode an den Kondensator 6
angeschaltet, so daß dieser sich mit der in der Fig. 1
eingezeichneten Polarität im Motorbetrieb auflädt. Eine Entladung des
Kondensators 6 während der negativen Halbwelle der
Versorgungsspannung wird wiederum durch die Diode 7 verhindert.
Werden die beiden Umschalter S1 und S2 an ihre Kontakte b1 und b2
geschaltet, so befinden sich die Feldwicklung 1 und die Ankerwicklung
5 im Bremsstromkreis. In dieser Stellung des Bremsbetriebes der
Umschalter S1 und S2 wirkt der Elektromotor als Generator. Dabei
durchfließt der Strom im Bremsbetrieb die Feldwicklung 1 und die
Ankerwicklung 5 in entgegengesetzter Richtung, während im
Motorbetrieb die Feldwicklung 1 und die Ankerwicklung 5 in
gleichsinniger Richtung durchflossen werden. Weiter ist im
Bremsbetrieb auch der Schalter S3 geöffnet, so daß sich der
Widerstand 4 ebenfalls im Bremsstromkreis befindet. Gegebenenfalls
kann noch eine Bremselektronik 8 im Bremsstromkreis angeordnet sein,
wie weiter in Fig. 2 zu sehen ist.
Unmittelbar nach Umschalten in den Bremsbetrieb entlädt sich der
Kondensator 6, wobei ein Strom über die Verbindung am Kontakt b1 des
Umschalters S1 durch die Feldwicklung 1, den Umschalter S2 zum
Kontakt b2 fließt. Von dort fließt der Strom über die Bremselektronik
8 zurück zum Kondensator. Dadurch wird erreicht, daß die Feldwicklung
1 unabhängig von der jeweiligen Phase der Versorgungsspannung zu
Beginn der Bremsung mit einer bestimmten Polarität erregt wird und
zwar auch dann, wenn der Restmagnetismus in der Feldwicklung 1 für
eine Erregung nicht mehr ausreicht oder eine falsche Polarität
aufweist. Der aufgrund der Generatorwirkung des Elektromotors
erzeugte Bremsgleichstrom weist dann ebenfalls die richtige Polarität
auf und führt dann zur weiteren Selbsterregung der Feldwicklung 1 in
der besagten Polarität in Bezug auf die Ankerwicklung 5. Eine
Entladung des Kondensators 6 vom Kontakt b2 über den Widerstand 4 und
der Ankerwicklung 5, was aufgrund der dann falschen Richtung in der
Ankerwicklung 5 zu einer Fehlbremsung führen kann, wird durch eine
zwischen dem negativen Pol des Kondensators 6 und dem dem Widerstand
4 abgewandten Anschluß der Ankerwicklung 5 geschaltete Diode 9
verhindert. Die Diode 9 ist zu diesem Zweck mit ihrer Anode am
Kondensator 6 angeschaltet.
Nach Einsetzen der Selbsterregung fließt aufgrund der in der
Ankerwicklung 5 induzierten Spannung des als Generator wirkenden
Elektromotors ein Strom von der Ankerwicklung 5 über die Diode 7 zum
Kontakt b1 und von dort über den Umschalter S1 in die Feldwicklung 1.
Von der Feldwicklung 1 fließt der Strom dann über den Umschalter S2
zum Kontakt b2, von dort durch die leitend geschaltete
Bremselektronik 8 und dann zurück zur Ankerwicklung 5. Dieser erste
Zweig des Bremsstromkreises im Bremsbetrieb ist mit Stromflußrichtung
in Fig. 4 näher gezeigt. Wie man dort sieht, haben die Feldwicklung 1
und die Ankerwicklung 5 die richtige Polarität, d. h. der Strom fließt
wie im Generatorbetrieb erforderlich in der Feldwicklung 1
entgegengesetzt zur Ankerwicklung 5.
Aufgrund der Generatorwirkung steigt der Strom in der Feldwicklung 1
immer weiter an. Hat er eine bestimmte obere Grenze erreicht, so wird
die Bremselektronik 8 in den nichtleitenden Zustand versetzt und
somit gesperrt. Damit muß der Strom am Kontakt b2 in den anderen
zweiten Zweig des Bremsstromkreises fließen, der in Fig. 3 näher
dargestellt ist. Wie dort zu sehen ist, fließt der Strom dann über
die Diode 10 durch den Widerstand 4. Von dort fließt er über die
Diode 7 weiter zum Kontakt b1 und über den Umschalter S1 zurück in
die Feldwicklung 1.
Die Dioden 7, 9 und 10 sorgen somit auch dafür, daß der Strom im
jeweiligen Zweig des Bremsstromkreises die für den Generatorbetrieb
notwendige Polarität besitzt. Der zweite Zweig des Bremsstromkreises,
den der Strom bei gesperrter Bremselektronik 8 durchläuft, wird auch
Freilaufzweig genannt. Bei den Dioden 7 und 10, die im Freilaufzweig
angeordnet sind, handelt es sich somit um sogenannte Freilaufdioden.
Da der Strom im Freilaufzweig über den Widerstand 4 fließt, wird dort
Leistung in Wärme umgesetzt und der Strom nimmt ab. Der Widerstand 4
wirkt damit im Bremsbetrieb bei gesperrter Elektronik 8 als
Bremswiderstand. Unterschreitet der Strom eine gewisse Grenze oder
ist alternativ ein festgelegtes Zeitfenster abgelaufen, so wird die
Bremselektronik 8 erneut in den leitenden Zustand versetzt, so daß
der Strom wiederum in den ersten Zweig des Bremsstromkreises fließt.
Aufgrund der Selbsterregung steigt dann der Strom im Bremsstromkreis
wieder so lange an, bis die Bremselektronik 8 erneut sperrt.
Die Bremselektronik 8 wird somit zwischen dem leitenden und
nichtleitenden Zustand geschaltet, d. h. sie arbeitet getaktet und
zwar so lange, bis die kinetische Energie des Elektromotors aufgrund
der Ohm′schen Verluste im Bremsstromkreis aufgebraucht ist. Dadurch
wird einerseits ein sehr schnelles Abbremsen des Elektromotors
erreicht, andererseits ein zu abruptes Abbremsen des Elektromotors,
wie es ohne Bremselektronik auftreten würde, jedoch vermieden.
Schaltungsanordnungen für solche getakteten Bremselektroniken sind
bekannt, beispielsweise aus der DE-OS 36 36 555 oder der
DE-OS 40 22 637 und brauchen an dieser Stelle daher nicht näher
erläutert zu werden. Anstelle einer getaktet arbeitenden
Bremselektronik kann auch eine kontinuierlich arbeitende
Bremselektronik eingesetzt werden, die dafür sorgt, daß der im
Bremsstromkreis fließende Strom nahezu konstant gehalten wird. Auch
eine solche Bremselektronik ist beispielsweise aus der
DE-OS 35 39 841 bekannt.
Im Motorbetrieb fließen im Motorkreis hohe Ströme, insbesondere wenn
Elektromotoren höherer Leistung, beispielsweise ab 1200 W, verwendet
werden, so daß beim Umschalten vom Motor- in den Bremsbetrieb an den
Schaltkontakten der beiden Umschalter S1, S2 Lichtbögen auftreten
können (man vergleiche dazu auch Fig. 1 oder 2). Diese Lichtbögen
können einen Kurzschluß zum Netz bewirken. Besonders schädlich ist,
wenn solch ein Lichtbogen lediglich an einem Schaltkontakt der
Umschalter S1, S2 auftritt, da dann die gesamte Energie nur über
diesen Kontakt fließt, wobei dann Kontaktabbrände dort aufgrund der
Überlastung auftreten können. Letztendlich führt dies zu einer
Zerstörung der Kontakte an den Umschaltern S1 oder S2 und damit zum
frühen Ausfall der Umschalter S1 und S2. Weiter besteht die Gefahr,
daß bei einem Netzkurzschluß sich der Kondensator 6 über den Kontakt
b1 und den dort anstehenden Lichtbogen ins Netz am Anschluß 2
entlädt. Damit steht dann jedoch keine Energie zur Einleitung der
Selbsterregung in der Feldwicklung 1 zur Verfügung und es kann zu
Fehlbremsungen kommen, bei denen der Elektromotor ungebremst ausläuft.
Zur Vermeidung von solchermaßen schädlichen Auswirkungen werden die
Schaltkontakte der beiden Umschalter S1, S2 in einer bestimmten
erfindungsgemäßen Weise geschaltet. Zunächst öffnen beim Umschalten
vom Motor- in den Bremsbetrieb die beiden Umschalter S1, S2 den
Motorkreis im wesentlichen synchron, indem deren Schaltkontakte im
wesentlichen gleichzeitig von ihren Kontakten a1, a2 wegbewegt
werden. Anschließend bewegt sich der Schaltkontakt des netznahen
Umschalters S1 gegenüber dem Schaltkontakt des netzfernen Umschalters
S2 verzögert, d. h. die beiden Umschalter S1, S2 werden mit einem
Zeitversatz geschaltet. Dadurch wird der Bremsstromkreis am netznahen
Umschalter S1 später eingeschaltet.
Aufgrund der im Motorbetrieb fließenden hohen Ströme durch den
Motorkreis kann eine partielle Verschweißung der Schaltkontakte mit
den Kontakten a1, a2 an den Umschaltern S1, S2 auftreten. In einem
solchen Fall könnte es dann vorkommen, daß der Schaltkontakt am
Umschalter S1 bzw. S2 überhaupt nicht öffnen würde und aufgrund der
Verschweißung mit dem Kontakt a1 bzw. a2 weiterhin in elektrischer
Verbindung bleiben würde. Dann wäre der Bremsbetrieb nicht mehr
einzuleiten. Durch das synchrone Öffnen der beiden Schaltkontakte
beim Umschalten vom Motor- in den Bremsbetrieb wird nun erreicht, daß
volle Abreißkraft für die Schaltkontakte zur Verfügung steht und eine
Trennung der Schaltkontakte auf jeden Fall erfolgt, was bei einer
sofortigen Verzögerung des Schaltkontaktes am Umschalter S1 nicht
immer der Fall wäre.
Vorzugsweise findet das synchrone Öffnen der Schaltkontakte der
Umschalter S1 und S2 auf einer Strecke von mindestens 5/10 mm
unverzögert statt, bevor die Verzögerung des Schaltkontakts am
Umschalter S1 erfolgt. Damit wird mit Sicherheit erreicht, daß
tatsächlich eine Trennung der Schaltkontakte von den Kontakten a1, a2
und ein Öffnen der Umschalter S1, S2 erfolgt.
Falls Lichtbögen auftreten, wird weiter durch das synchrone Öffnen
der beiden Schaltkontakte an den Umschaltern S1, S2 erreicht, daß
jeweils zwei Lichtbögen gleichzeitig erzeugt werden, nämlich je einer
am Umschalter S1 und S2. Dadurch wird der über die Lichtbögen
geleitete Strom auf zwei Schaltstrecken verteilt und eine Überlastung
eines einzelnen Kontaktes mit der schädlichen Folge eines
Kontaktabbrandes mit Sicherheit vermieden. Würde man die beiden
Schaltkontakte an den Umschaltern S1, S2 nicht synchron öffnen, so
würde lediglich am zuerst geschalteten Kontakt ein Lichtbogen
entstehen, wobei die volle Leistung dann über diese Schaltstrecke
fließen würde. Die beiden Kontakte müßten dann jeweils für die
doppelte Schaltleistung dimensioniert werden, was sowohl zu Platz-
als auch Kostenproblemen führen würde.
Bei einer Wechselspannung als Versorgungsspannung erlöscht der an den
Schaltkontakten anstehende Lichtbogen nach einer gewissen Zeit von
selbst, nämlich dann wenn die Phase der Netzspannung einen
Nulldurchgang durchläuft. Weiter ist es ebenfalls möglich, am
Umschalter S1 bzw. S2 zusätzliche Mittel, wie an sich bekannte
Funkenlöschkammern u. dgl., anzuordnen, mit deren Hilfe der
Lichtbogen gelöscht wird. Durch die nach dem synchronen Öffnen
folgende Verzögerung des Schaltkontaktes des Umschalters S1 wird
daher erreicht, daß der Lichtbogen zwischen dem Schaltkontakt und dem
Kontakt a1 des Umschalters S1 gelöscht ist, bevor der Schaltkontakt
den Kontakt b1 erreicht. Damit wird eine elektrische Verbindung der
beiden Kontakte a1 und b1 durch den Lichtbogen verhindert, was
andernfalls zum Netzkurzschluß mit der Möglichkeit der Entladung des
Kondensators 6 in das Netz führen könnte. Eine dadurch bedingte
Fehlbremsung wird folglich vermieden.
Insbesondere tritt bei einer üblichen 50 Hz-Wechselspannung als
Versorgungsspannung spätestens nach 10 msec ein Nulldurchgang mit
einer daraus resultierenden Löschung des Lichtbogens auf. In weiterer
Ausbildung der Erfindung kann daher eine Verzögerungszeit des
Schaltkontaktes des Umschalters S1 von mindestens 10 msec bis zur
Anlage am Kontakt b1 gewählt werden.
Der während des Bremsbetriebes im Bremsstromkreis auftretende
Bremsstrom kann ebenfalls sehr hoch werden. Je nach Motorleistung
können dabei Gleichströme von 24 A und mehr auftreten, die erst im
Verlaufe des Bremsbetriebes bis auf Null reduziert werden. Schaltet
der Benutzer vom Motor- in den Bremsbetrieb und dann wieder in den
Motorbetrieb zurück, so ist der hohe Bremsstrom häufig noch nicht
gedämpft und es kann ein Lichtbogen zwischen den Kontakten a1, b1
oder a2, b2 an den Umschaltern S1 oder S2 entstehen. Solch ein
Lichtbogen kann wiederum zu starkem Kontaktabbrand und damit zur
baldigen Zerstörung der Umschalter führen. Besonders nachteilig ist
dies, wenn direkt nach dem Umschalten vom Motor- in den Bremsbetrieb
wieder zurückgeschaltet wird, da dann in der Regel noch keine
wesentliche Reduzierung des Bremsstromes durch den Bremswiderstand
erfolgt ist.
Zur Vermeidung dieser schädlichen Auswirkungen öffnen beim Umschalten
vom Brems- in den Motorbetrieb die Schaltkontakte beider Umschalter
S1, S2 im wesentlichen synchron, so daß sie im wesentlichen
gleichzeitig von den Kontakten b1, b2 wegbewegt werden. Die beiden
Schaltkontakte bewegen sich anschließend unverzögert und schalten
danach im wesentlichen gleichzeitig den Motorkreis ein, d. h. sie
kommen im wesentlichen gleichzeitig zur Anlage an die Kontakte a1 und
a2.
Durch das synchrone Öffnen wird wiederum, wie bereits erläutert,
falls Lichtbögen entstehen je ein Lichtbogen sowohl am Umschalter S1
als auch S2 erzeugt. Damit wird der Bremsstrom auf zwei
Schaltstrecken verteilt, so daß keiner der beiden Umschalter S1, S2
übermäßig belastet wird. Eine Zerstörung durch Kontaktabbrand wird
folglich vermieden. Es kommt nun jedoch noch hinzu, daß es sich beim
Bremsstrom um einen Gleichstrom handelt, so daß keine Selbstlöschung
des Lichtbogens aufgrund eines Phasen-Nulldurchgangs erfolgen könnte.
Die Löschung der Lichtbögen erfolgt in diesem Fall dann, wenn der
Schaltkontakt eine bestimmte Strecke von dem Kontakt b1 bzw. b2
entfernt ist. Daher werden beide Schaltkontakte nach dem Öffnen
unverzögert bewegt, um eine möglichst große Distanz in kurzer Zeit zu
überwinden und die Lichtbögen innerhalb kürzester Zeit zu löschen.
Folglich wird auch in dem Extremfall, daß der Benutzer sofort nach
dem Umschalten vom Motor- in den Bremsbetrieb wieder zurück in den
Motorbetrieb schaltet, eine Zerstörung der Umschalter S1, S2 wirksam
verhindert.
Die einzelnen Schaltkontakte der Umschalter S1 und S2 besitzen
erfindungsgemäß ganz bestimmte Schaltreihenfolgen. Es ist deshalb
vorteilhaft, lediglich ein gemeinsames Betätigungsorgan für beide
Umschalter S1 und S2 vorzusehen, das vom Benutzer zum Umschalten vom
Motor- in den Bremsbetrieb und umgekehrt betätigt wird. Das
Betätigungsorgan wirkt dann auf eine Mechanik ein, die die beiden
Umschalter S1 und S2 koppelt und deren Schaltkontakte entsprechend
der beschriebenen Schaltreihenfolgen bewegt.
Der Widerstand 4 dient im Bremsbetrieb als Bremswiderstand. Beim
Umschalten vom Brems- in den Motorbetrieb bleibt der im Bremsbetrieb
bereits geöffnete Schalter S3 eine gewisse Zeit weiter offen. Dadurch
wird der Widerstand 4 in der Anlaufphase, wie bereits beschrieben,
als Vorwiderstand benutzt. Nach Beendigung dieser Anlaufphase wird
der Schalter S3 geschlossen, so daß der Schalter S3 also mit einer
durch die Dauer der Anlaufphase bestimmten Zeitverzögerung in Bezug
auf die beiden Umschalter S1 und S2 geschlossen wird. Umgekehrt wird
beim Umschalten vom Motor- in den Bremsbetrieb der Schalter S3 im
wesentlichen gleichzeitig mit den beiden Umschaltern S1 und S2
geöffnet, so daß der Widerstand 4 sofort als Bremswiderstand zur
Verfügung steht. Aufgrund dieser Korrelation des Schalters S3 mit den
beiden Umschaltern S1 und S2 kann es vorteilhaft sein, den Schalter
S3 ebenfalls über eine diese Schaltreihenfolge realisierende Mechanik
mit den Umschaltern S1 und S2 zu koppeln und mittels des gemeinsamen
Betätigungsorgans zu betätigen.
Aus Kostengründen kann auf eine Bremselektronik verzichtet werden,
insbesondere wenn es sich um Elektromotoren kleinerer Leistung
handelt. Für geringere Ansprüche reicht es dann aus, einen
ungeregelten Widerstand, der die Strombegrenzungsfunktion übernimmt,
im Bremsstromkreis anzuordnen. Die erfindungsgemäße Bremsschaltung
eignet sich auch hierfür.
Ein zum Einsatz in eine erfindungsgemäße Bremsschaltung geeigneter
elektrischer Schalter 20 ist in den Fig. 5 und 6 näher zu sehen.
Dieser Schalter 20 besitzt ein Gehäuse 21, in dessen Inneren zwei als
Umschalter ausgebildeten Kontaktsysteme 31, 32 mit den entsprechenden
Steckkontakten 40 für die elektrischen Zuleitungen angeordnet sind.
In vorliegendem Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung der
Steckkontakte 40 mit den Zuleitungen zum Elektromotor in der Weise,
daß das Kontaktsystem 31 dem Umschalter S1 der Bremsschaltung und das
Kontaktsystem 32 dem Umschalter S2 zugeordnet ist (man vergleiche
auch Fig. 1). Die beiden Kontaktsysteme 31, 32 bestehen jeweils aus
einem ersten Ruhekontakt 33, 35 und einem zweiten Ruhekontakt 34, 36
sowie einem zugehörigen Schaltkontakt 37, 38. Die Schaltkontakte 37,
38 sind über die zugehörigen Steckkontakte 40 mit jeweils einem
Anschluß an die Feldwicklung 1 in der Bremsschaltung gemäß Fig. 1
verbunden. Weiter ist die elektrische Verschaltung im Schalter 20 so
ausgeführt, daß der Ruhekontakt 33 dem Kontakt a1 des Umschalters S1
und der Ruhekontakt 34 dem Kontakt b1 entspricht. Beim Umschalter S2
wird der Kontakt a2 durch den Ruhekontakt 35 und der Kontakt b2 durch
den Ruhekontakt 36 gebildet. Somit stellen die Schaltkontakte 37, 38
zusammen mit den Ruhekontakten 33, 35 die Verbindung zum Motorkreis
und zusammen mit den Ruhekontakten 34, 36 die Verbindung zum
Bremsstromkreis dar.
Zum Umschalten der beiden Schaltkontakte 37 bzw. 38 zwischen den
beiden Ruhekontakten 33, 34 bzw. 35, 36 befindet sich am Gehäuse 21
ein Betätigungsorgan 22, das mittels eines Zapfens 23 gegen die Kraft
einer Rückstellfeder 24 drehbar gelagert ist. Ein am Betätigungsorgan
22 angelenkter Stößel 25 reicht durch eine mittels eines elastischen
Balges 26 abgedichtete Öffnung 27 ins Innere des Gehäuses 21. Der
Stößel 25 besitzt im Innern des Gehäuses 21 eine Aussparung 28, in
die ein erster Hebelarm einer im Innern des Gehäuses 21 drehbar
gelagerten Wippe 29 eingreift. Am zweiten Hebelarm der Wippe 29 ist
als Federelement für jeden Schaltkontakt 37, 38 eine unter
Vorspannung stehende Blattfeder 30 mit einem Ende eingespannt, deren
anderes Ende am Schaltkontakt 37, 38 in der Nähe der Kontaktfläche 61
befestigt ist. An der der Kontaktfläche 61 gegenüberliegenden Seite
ist der Schaltkontakt 37, 38 in einem im Innern des Gehäuses 21
befindlichen Schneidenlager 39 gelagert.
Im unbetätigten Zustand des Betätigungsorgans 22 liegt die
Kontaktfläche 61 des Schaltkontakts 37, 38 an den Ruhekontakten 34,
36 an, womit die Verbindungen zum Bremsstromkreis hergestellt und die
Verbindung des Elektromotors mit der Versorgungsspannung abgeschaltet
ist. Wird das Betätigungsorgan 22 vom Benutzer betätigt, so wird die
Wippe 29 über den Stößel 25 verschwenkt. Dabei werden die Blattfedern
30 der beiden Schaltkontakte 37, 38 verformt. Aufgrund der
symmetrischen Anordnung beider Blattfedern 30 an einer gemeinsamen
Wippe 29 erfolgt bei einer bestimmten Verformung ein im wesentlichen
synchrones Abheben der Kontaktflächen 61 beider Schaltkontakte 37, 38
von den Ruhekontakten 34, 36, wobei das Abheben durch die Federkraft
schlagartig erfolgt. Umgekehrt erfolgt das Abheben der weiteren
Kontaktflächen 64 der Schaltkontakte 37, 38 von den Ruhekontakten 33,
35 ebenfalls im wesentlichen synchron und schlagartig, wenn das
Betätigungsorgan 22 losgelassen wird und wiederum in seinen
unbetätigten Zustand zurückkehrt.
Erfindungsgemäß ist nun das dem Umschalter S1 zugeordnete
Kontaktsystem 31 mit einer Verzögerungseinrichtung 41 versehen, mit
deren Hilfe die Bewegung des Schaltkontakts 37 nach dem Abheben der
Kontaktfläche 64 vom ersten Ruhekontakt 33 beim Umschalten vom Motor-
in den Bremsbetrieb verzögert wird, so daß die Kontaktfläche 61 am
Schaltkontakt 37 später zur Anlage am zweiten Ruhekontakt 34 kommt
als die Anlage der entsprechenden Kontaktfläche 61 des Schaltkontakts
38 des weiteren Kontaktsystems 32 am zweiten Ruhekontakt 36. Diese
Verzögerungseinrichtung 41 wird bei der umgekehrten Schaltrichtung,
nämlich beim Umschalten vom Brems- in den Motorbetrieb, nicht oder
allenfalls unwesentlich wirksam, so daß der Schaltkontakt 37 beim
Umschalten vom zweiten Ruhekontakt 34 auf den ersten Ruhekontakt 33
keine wesentliche Verzögerung erfährt. Der Schaltkontakt 38 des
anderen Kontaktsystems 32, das dem Umschalter S2 zugeordnet ist,
bewegt sich in beiden Umschaltrichtungen, d. h. sowohl vom ersten
Ruhekontakt 35 zum zweiten Ruhekontakt 36 als auch umgekehrt
unverzögert und zwar aufgrund der Federkraft der Blattfeder 30 mit
einer Schnappwirkung.
Die nähere Ausbildung der Verzögerungseinrichtung 41 ist ebenfalls
aus Fig. 5 und 6 zu ersehen. Sie besteht aus einem mit dem
Schaltkontakt 37 in Verbindung stehenden Mittel, das ein
formschlüssiges Eingreifen in ein bewegungshemmendes Element beim
Umschalten vom ersten Ruhekontakt 33 auf den zweiten Ruhekontakt 34
gestattet.
Bei diesem Mittel handelt es sich um einen Schalthebel 45, der mit
einer Seite am Schaltkontakt 37 angelenkt ist. An seiner anderen
Seite besitzt der Schalthebel 45 ein Rastelement 44. Das
bewegungshemmende Element besteht vorliegend aus einer drehbar im
Gehäuse 21 gelagerten zylindrischen Trommel 42, in der, wie
insbesondere in Fig. 6 zu sehen ist, eine weitere innere Trommel 60
angeordnet ist. Die Trommel 42 kann sich gegenüber der inneren
Trommel 60 bewegen. Im Innern der Trommel 42 befindet sich zwischen
der Trommel 42 und der inneren Trommel 60 eine viskose Flüssigkeit,
beispielsweise ein Silikonöl mit passend gewählter Viskosität.
Dadurch wird die Drehbewegung der Trommel 42 mittels der viskosen
Flüssigkeit gedämpft. Auf der Mantelfläche dieser Trommel 42 ist an
der dem Kontaktsystem 31 zugewandten Seite eine Verzahnung 43 (siehe
Fig. 5) angeordnet, in die das am Schalthebel 45 befindliche
Rastelement 44 eingreifen kann. Dieses Eingreifen des Rastelementes
44 in die Verzahnung 43 wird von einer im Gehäuse 21 angeordneten
Kulisse 46, an der der Schalthebel 45 beim Umschalten des
Schaltkontakts 37 zwischen den beiden Ruhekontakten 33, 34
entlanggeführt wird, bewirkt. Dazu beaufschlagt ein in Fig. 7 näher
zu sehendes Federelement 47 am Schalthebel 45 diesen mit einer auf
die Führung der Kulisse 46 gerichteten Kraft.
Die Wirkungsweise der Verzögerungseinrichtung 41 beim Umschalten vom
ersten Ruhekontakt 33 auf den zweiten Ruhekontakt 34 ist näher in den
Fig. 7 bis 9 zu sehen.
In Fig. 7 ist die Kontaktfläche 64 des Schaltkontakts 37 noch in
Anlage am ersten Ruhekontakt 33 und damit der Motorbetrieb des
Elektromotors eingeschaltet. Der Schalthebel 45 liegt an der unteren
zurückgezogenen Fläche 50 der Kulisse 46 an, so daß das Rastelement
44 nicht in Eingriff mit der Verzahnung 43 steht. Wird nun das
Betätigungsorgan 22 (siehe Fig. 5) vom Benutzer losgelassen, um den
Elektromotor auszuschalten und damit vom Motor- in den Bremsbetrieb
umzuschalten, so hebt der Schaltkontakt 37 vom Ruhekontakt 33
aufgrund der Federkraft der Blattfeder 30 unverzögert ab, wobei der
Motorkreis geöffnet wird. Dabei wird gleichzeitig der an den
Schaltkontakt 37 angelenkte Schalthebel 45 mitbewegt. Bei dieser
Bewegung wird der Schalthebel 45 aufgrund der Kraft des
Federelementes 47 entlang der Kulisse 46 geführt und kommt von der
unteren zurückgezogenen Fläche 50 zur mittleren vorgezogenen Fläche
49. Dort kommt auch das Rastelement 44 in Eingriff mit der Verzahnung
43 an der Trommel 42, wie in Fig. 8 zu sehen ist. Aufgrund der
Dämpfung der Trommel 42 wird die weitere Bewegung des Schalthebels 45
gehemmt und damit auch Umschaltbewegung des Schaltkontakts 37
verzögert, solange der Schalthebel 45 an der mittleren vorgezogenen
Fläche 49 der Kulisse 46 entlanggleitet. Beim Übergang von der
mittleren vorgezogenen Fläche 49 auf die obere zurückgezogene Fläche
48 der Kulisse 46 gelangt das Rastelement 44 wieder außer Eingriff
von der Verzahnung 43, wie in Fig. 9 zu sehen ist. In dieser Stellung
kommt die Kontaktfläche 61 am Schaltkontakt 37 in Anlage an den
zweiten Ruhekontakt 34, womit der Bremsstromkreis und damit der
Bremsbetrieb des Elektromotors eingeschaltet ist.
Die Kulisse 46 wird durch entsprechende Dimensionierung der unteren
zurückgezogenen Fläche 50 vorzugsweise so ausgebildet, daß die
Kontaktfläche 64 des Schaltkontakts 37 unverzögert eine Strecke von
ca. 5/10 mm vom ersten Ruhekontakt 33 abhebt. Weiter werden die
Trommel 42 und die mittlere vorgezogene Fläche 49 so dimensioniert,
daß die Kontaktfläche 61 des Schaltkontakts 37 mit einer
Verzögerungszeit von mindestens 10 msec am Ruhekontakt 34 zur Anlage
kommt. Die gewünschte Verzögerungszeit kann auch weiter noch durch
entsprechende Wahl der Viskosität der in der Trommel 42 enthaltenen
Flüssigkeit eingestellt werden.
Beim Umschalten des Schaltkontaktes 37 vom zweiten Ruhekontakt 34 auf
den ersten Ruhekontakt 33, d. h. beim Einschalten des Elektromotors
bzw. beim Umschalten vom Brems- in den Motorbetrieb, erfolgt kein
oder höchstens ein unwesentliches Eingreifen des Rastelementes 44 in
die Verzahnung 43 der Trommel 42, so daß keine wesentliche
Verzögerung des Schaltkontakts 37 auftritt. Das wird erreicht, indem
die Verzahnung 43 an der Trommel 42 derart ausgebildet wird, daß
durch das Zusammenwirken von Verzahnung 43 und Rastelement 44 eine in
Richtung aus der Verzahnung 43 weisende Kraftkomponente auf das
Rastelement 44 bei der Bewegung des Schaltkontakts 37 mit angelenktem
Schalthebel 45 hin zum ersten Ruhekontakt 33 einwirkt. Dazu besitzen
die Zähne 62 der Verzahnung 43 zwei unterschiedlich gestaltete
Flanken, nämlich eine schräge Flanke 51 und eine steile Flanke 52,
wie in Fig. 10 oder 11 besonders deutlich zu sehen ist.
Bei der Bewegung des Schalthebels 45 entlang der oberen
zurückgezogenen Fläche 48 der Kulisse 46 wird das Rastelement 44
aufgrund der Kraft des Federelementes 47 bei Erreichen der mittleren
vorgezogenen Fläche 49 der Kulisse 46 zunächst wieder in die
Verzahnung 43 bewegt und dabei die Trommel 42 in eine Drehbewegung im
Gegenuhrzeigersinn versetzt. Da die Umschaltbewegung vom zweiten
Ruhekontakt 34 auf den ersten Ruhekontakt 33 verläuft, wirkt nunmehr
die schräge Flanke 51 mit dem Rastelement 44 zusammen, wie in Fig. 11
gezeigt ist, wobei aufgrund des Winkels zwischen dem Rastelement 44
und der schrägen Flanke 51 eine aus der Verzahnung 43 herausweisende
Kraftkomponente entsteht. Aufgrund dieser Kraftkomponente entfernt
sich der Schalthebel 45 gegen die Kraft des Federelementes 47 von der
mittleren vorgezogenen Fläche 49 der Kulisse 46 und das Rastelement
44 gelangt außer Eingriff von der Verzahnung 43. Der Schalthebel 45
bewegt sich dadurch im wesentlichen unverzögert mitsamt dem
Schaltkontakt 37 auf den ersten Ruhekontakt 33 zu, wobei ein erneutes
Eingreifen des Rastelementes 44 in die Verzahnung 43 aufgrund der
Drehbewegung der Trommel 42 während dieser Bewegung nicht mehr
eintritt.
Dieser Effekt kann noch verstärkt werden, indem die Vorspannung der
Blattfeder 30 so gewählt wird, daß beim Umschalten vom zweiten
Ruhekontakt 34 auf den ersten Ruhekontakt 33 eine größere Federkraft
als in der umgekehrten Bewegungsrichtung wirksam ist. Dadurch wird
ein Eingriff des Rastelementes 44 in die Verzahnung 43 beim
Umschalten vom Brems- in den Motorbetrieb aufgrund der größeren
Bewegungsgeschwindigkeit des Schaltkontakts 37 mit angelenktem
Schalthebel 45 zusätzlich verhindert. Als besonders geeignet hat sich
eine Federkraft erwiesen, die in der Umschaltrichtung vom Brems- in
den Motorbetrieb ca. 5mal größer als in der umgekehrten Richtung ist.
Umgekehrt ist beim Umschalten vom Motor- in den Bremsbetrieb ein
Eingreifen des Rastelementes 44 in die Verzahnung 43 und damit die
bereits beschriebene Verzögerung jedoch gewährleistet. Wie aus Fig.
10 zu ersehen ist, wird die Trommel 42 durch den Schalthebel 45 in
Uhrzeigerrichtung bewegt, wobei die steile Flanke 52 im wesentlichen
parallel am Rastelement 44 anliegt. Eine aus der Verzahnung 43
herausweisende Kraftkomponente tritt somit nicht auf, vielmehr wirkt
die von dem Rastelement 44 auf die Verzahnung 43 ausgeübte Kraft im
wesentlich parallel zur Bewegungsrichtung des Schalthebels 45, so daß
das Federelement 47 begünstigend auf den Eingriff des Rastelementes
44 in die Verzahnung 43 wirkt. Allerdings wirkt dieser vom
Rastelement 44 auf die Verzahnung 43 ausgeübten Kraft in
Bewegungsrichtung des Schalthebels 45 eine durch die Bewegungshemmung
der Trommel 42 erzeugte Kraft entgegen, so daß die Bewegung des
Schalthebels 45 verzögert wird.
Wie anhand der Fig. 1 bereits erläutert, kann in der Bremsschaltung
noch ein weiterer Schalter S3 zur Überbrückung eines als Vor- und
Bremswiderstandes wirkenden Widerstandes 4 angeordnet sein. Es kann
nun vorteilhaft sein, diesen Schalter S3 ebenfalls in den
elektrischen Schalter 20 zu integrieren.
Der als Schließer ausgebildete Schalter S3 ist als weiteres
Kontaktsystem 53 im Gehäuse 21 des elektrischen Schalters 20
angeordnet, wie insbesondere der Fig. 6 entnommen werden kann. Das
Kontaktsystem 53 besitzt lediglich einen Ruhekontakt 54 und einen
Schaltkontakt 55. Im Bremsbetrieb ist der Schaltkontakt 55 vom
Ruhekontakt 54 abgehoben und das Kontaktsystem 53 somit geöffnet.
Wird über das Betätigungsorgan 22 vom Brems- in den Motorbetrieb
umgeschaltet und der Elektromotor damit eingeschaltet, so wird
mittels einer Verzögerungseinrichtung die Bewegung des
Schaltkontaktes 55 gehemmt. Während die beiden den Motorkreis
einschaltenden Schaltkontakte 37 bzw. 38 unverzögert vom zweiten
Ruhekontakt 34 bzw. 36 auf den ersten Ruhekontakt 33 bzw. 35
schalten, kommt der Schaltkontakt 55 erst nach einer geeignet
gewählten Verzögerungszeit, innerhalb der die Anlaufphase für den
Elektromotor beendet ist, in Anlage an den Ruhekontakt 54, womit der
Widerstand 4 überbrückt wird (siehe Fig. 1). Umgekehrt wird beim
Umschalten vom Motor- in den Bremsbetrieb der Schaltkontakt 55
unverzögert vom Ruhekontakt 54 abgehoben und somit das Kontaktsystem
53 unverzögert geöffnet.
Als Verzögerungseinrichtung für das weitere Kontaktsystem 53 kann auf
vorteilhafte Weise das bereits für das Kontaktsystem 31 vorhandene
bewegungshemmende Element mitverwendet werden. Dazu besitzt die
Trommel 42 im Bereich des Kontaktsystems 53 ebenfalls eine Verzahnung
56, in die am Schaltkontakt 55 angeordnete Mittel bei Bewegung des
Schaltkontakts 55 in Richtung auf den Ruhekontakt 54 formschlüssig
eingreifen, wie weiter anhand der Fig. 11 gezeigt ist. Diese Mittel
bestehen aus einem am Schaltkontakt 55 angelenkten Hebel 57, der
wiederum gelenkig mit einem Rastzähne 59 besitzenden Rasthebel 58
verbunden ist. Der Rasthebel 58 ist weiter gelenkig an einem drehbar
an der Achse der Trommel 42 gelagerten Verbindungshebel 63
angeordnet. Beim Umschalten vom Brems- in den Motorbetrieb werden die
Rastzähne 59 des Rasthebels 58 über den Hebel 57 aufgrund der
Bewegung des Schaltkontakts 55 in Eingriff mit der Verzahnung 56
gebracht, womit die Bewegung des Schaltkontakts 55 nach dem bereits
beschriebenen Prinzip verzögert wird. Beim Umschalten vom Motor- in
den Bremsbetrieb wird der Rasthebel 58 über den Hebel 57 schlagartig
von der Trommel 42 abgehoben, so daß die Rastzähne 59 am Rasthebel 58
sofort außer Eingriff von der Verzahnung 56 kommen, wobei folglich
auch keine Verzögerung beim Öffnen des Kontaktsystems 53 auftritt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine aus einer mittels einer
Flüssigkeit gedämpften Trommel 42 und einem Schalthebel 45 bestehende
Verzögerungseinrichtung 41 beschrieben. Es liegt im Rahmen der
Erfindung, auch auf anderen Wirkprinzipien beruhende
Verzögerungseinrichtungen an einem für die Bremsschaltung geeigneten
elektrischen Schalter zu verwenden. Beispielsweise kann die
Verzögerungseinrichtung auch mittels einer Kolben-Zylinder-Anordnung
arbeiten, wobei eine Dämpfung pneumatisch mittels eines Gasdrucks
erzielt wird.
Bezugszeichen-Liste
1 Feldwicklung
2, 3 Anschluß (der Versorgungsspannung)
4 Widerstand
5 Ankerwicklung
6 Kondensator
7 Diode (an Kondensator)
8 Bremselektronik
9 Diode
10 Diode
20 elektrischer Schalter
21 Gehäuse
22 Betätigungsorgan
23 Zapfen
24 Rückstellfeder
25 Stößel
26 elastischer Balg
27 Öffnung (für Stößel)
28 Aussparung
29 Wippe
30 Blattfeder
31, 32 Kontaktsystem
33, 35 erster Ruhekontakt
34, 36 zweiter Ruhekontakt
37, 38 Schaltkontakt
39 Schneidenlager
40 Steckkontakt
41 Verzögerungseinrichtung
42 Trommel
43 Verzahnung
44 Rastelement
45 Schalthebel
46 Kulisse
47 Federelement
48 obere zurückgezogene Fläche
49 mittlere vorgezogene Fläche
50 untere zurückgezogene Fläche
51 schräge Flanke
52 steile Flanke
53 weiteres Kontaktsystem (Schließer)
54 Ruhekontakt
55 Schaltkontakt
56 Verzahnung (für weiteres Kontaktsystem)
57 Hebel
58 Rasthebel
59 Rastzahn
60 innere Trommel
61 Kontaktfläche (am Schaltkontakt)
62 Zahn (der Verzahnung)
63 Verbindungshebel
64 weitere Kontaktfläche (am Schaltkontakt)
2, 3 Anschluß (der Versorgungsspannung)
4 Widerstand
5 Ankerwicklung
6 Kondensator
7 Diode (an Kondensator)
8 Bremselektronik
9 Diode
10 Diode
20 elektrischer Schalter
21 Gehäuse
22 Betätigungsorgan
23 Zapfen
24 Rückstellfeder
25 Stößel
26 elastischer Balg
27 Öffnung (für Stößel)
28 Aussparung
29 Wippe
30 Blattfeder
31, 32 Kontaktsystem
33, 35 erster Ruhekontakt
34, 36 zweiter Ruhekontakt
37, 38 Schaltkontakt
39 Schneidenlager
40 Steckkontakt
41 Verzögerungseinrichtung
42 Trommel
43 Verzahnung
44 Rastelement
45 Schalthebel
46 Kulisse
47 Federelement
48 obere zurückgezogene Fläche
49 mittlere vorgezogene Fläche
50 untere zurückgezogene Fläche
51 schräge Flanke
52 steile Flanke
53 weiteres Kontaktsystem (Schließer)
54 Ruhekontakt
55 Schaltkontakt
56 Verzahnung (für weiteres Kontaktsystem)
57 Hebel
58 Rasthebel
59 Rastzahn
60 innere Trommel
61 Kontaktfläche (am Schaltkontakt)
62 Zahn (der Verzahnung)
63 Verbindungshebel
64 weitere Kontaktfläche (am Schaltkontakt)
Claims (34)
1. Bremsschaltung für einen Elektromotor, insbesondere zum
Antrieb von Elektrohandwerkzeugen, wie Bohrmaschinen,
Winkelschleifer, Heckenscheren u. dgl., mit einem aus wenigstens zwei
Umschaltern S1, S2 bestehenden Bremsschalter, wobei im Motorbetrieb
wenigstens eine Feldwicklung des Elektromotors über die beiden
Umschalter S1, S2 in Reihe mit der Ankerwicklung an der
Versorgungsspannung liegt, so daß ein Motorkreis gebildet ist, im
Bremsbetrieb die Feldwicklung mit der Ankerwicklung über die beiden
Umschalter S1, S2, einen geschlossenen Bremsstromkreis bildet, indem
ein Umschalter S1 mittels eines Schaltkontakts mit dem netznahen
Anschluß der Feldwicklung verbunden ist und zwischen einem an den
Netzpol geschalteten Kontakt a1 und einem mit einem ersten Anschluß
an den Bremsstromkreis verbundenen Kontakt b1 schaltet sowie der
zweite Umschalter S2 mittels eines Schaltkontakts mit dem netzfernen
Anschluß der Feldwicklung verbunden ist und zwischen einem mit dem
Anschluß zur Ankerwicklung verbundenen Kontakt a2 und einem mit einem
zweiten Anschluß an den Bremsstromkreis verbundenen Kontakt b2
schaltet und wobei beim Umschalten vom Motor- in den Bremsbetrieb ein
Zeitversatz der Schaltvorgänge der beiden Umschalter S1, S2 vorliegt,
dadurch gekennzeichnet, daß beim Umschalten vom Motor- in den
Bremsbetrieb der Schaltkontakt des netznahen Umschalters S1 gegenüber
dem Schaltkontakt des netzfernen Umschalters S2 sich verzögert bewegt
und den Bremsstromkreis am netznahen Umschalter S1 später einschaltet
und beim Umschalten vom Brems- in den Motorbetrieb beide Umschalter
S1, S2 im wesentlichen synchron öffnen, deren Schaltkontakte sich
unverzögert bewegen und im wesentlichen gleichzeitig den Motorkreis
einschalten.
2. Bremsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
beim Umschalten vom Motor- in den Bremsbetrieb die beiden Umschalter
S1, S2 den Motorkreis im wesentlichen synchron öffnen, wobei der
Schaltkontakt des Umschalters S1 vorzugsweise sich mindestens 5/10 mm
unverzögert öffnet und sich erst danach verzögert bewegt.
3. Bremsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schaltkontakt des Umschalters S2 beim
Umschalten vom Motor- in den Bremsbetrieb sich unverzögert bewegt.
4. Bremsschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß es sich bei der Versorgungsspannung für den
Elektromotor um eine Wechselspannung handelt und der Schaltkontakt
des Umschalters S1 beim Umschalten vom Motor- in den Bremsbetrieb
sich so verzögert bewegt, daß ein am Umschalter S1 entstehender
Lichtbogen aufgrund des Nulldurchgangs der Phase der
Versorgungsspannung gelöscht ist, bevor der Schaltkontakt den Kontakt
b1 erreicht.
5. Bremsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schaltkontakt des Umschalters S1 beim Umschalten vom Motor- in
den Bremsbetrieb mindestens 10 msec bis zur Anlage am Kontakt b1
verzögert ist.
6. Bremsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß ein gemeinsames Betätigungsorgan für die beiden
Umschalter S1 und S2 auf eine Mechanik einwirkt, die die beiden
Umschalter S1, S2 miteinander koppelt und deren Schaltkontakte in der
Schaltreihenfolge bewegt.
7. Bremsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Widerstand (4) im Motorkreis zwischen dem
netzfernen Umschalter S2 und der Ankerwicklung (5) geschaltet ist,
wobei dieser Widerstand (4) über zwei als Freilaufdioden wirkende
Dioden (10, 7) an den Bremsstromkreis angeschaltet ist, so daß der
Widerstand (4) als Vorwiderstand beim Motorbetrieb und als
Bremswiderstand beim Bremsbetrieb dient.
8. Bremsschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Diode (10) mit ihrer Anode am Kontakt b2 des netzfernen
Umschalters S2 und die weitere Diode (7) mit ihrer Anode am
Widerstand (4) angeschaltet sind.
9. Bremsschaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß parallel zum Widerstand (4) ein weiterer Schalter
S3 angeordnet ist, der im geschlossenen Zustand den Widerstand (4)
überbrückt.
10. Bremsschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
beim Umschalten vom Motor- in den Bremsbetrieb der Schaltkontakt des
Schalters S3 unverzögert und im wesentlichen gleichzeitig mit den
Umschaltern S1, S2 öffnet und beim Umschalten vom Brems- in den
Motorbetrieb der Schaltkontakt des Schalters S3 verzögert gegenüber
den Umschaltern S1, S2 schließt.
11. Bremsschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der weitere Schalter S3 über eine die Schaltreihenfolge realisierende
Mechanik mit den beiden Umschaltern S1 und S2 gekoppelt ist und auf
die Mechanik ein gemeinsames Betätigungsorgan für die Umschalter S1,
S2 und den Schalter S3 einwirkt.
12. Bremsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Bremselektronik (8) im Bremsstromkreis zur
Steuerung oder Regelung des Bremsstromes angeordnet ist.
13. Bremsschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
eine weitere Diode (9) im Bremsstromkreis zwischen der
Bremselektronik (8) und der Ankerwicklung (5) angeordnet ist, wobei
deren Anode an der Bremselektronik (8) angeschlossen ist.
14. Bremsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß ein als Startkondensator für den Bremsbetrieb
dienender Kondensator (6) parallel zur Ankerwicklung (5) geschaltet
ist.
15. Bremsschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kondensator (6) zwischen der Anode der Diode (9) und der Kathode
der Diode (7) geschaltet ist.
16. Elektrischer Schalter für eine Bremsschaltung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens zwei als Umschalter
ausgebildeten Kontaktsystemen S1, S2, wobei die beiden Kontaktsysteme
S1, S2 jeweils aus einem ersten Ruhekontakt a1, a2 und einem zweiten
Ruhekontakt b1, b2 sowie einem Schaltkontakt bestehen und die
Schaltkontakte von einer Wippe, die wiederum von einem Stößel
betätigbar ist, mittels eines Federelementes zwischen den beiden
Ruhekontakten a1, b1 bzw. a2, b2 umschaltbar sind, wobei die Kontakte
b1, b2 der nichtbetätigten Stellung des Kontaktsystems S1, S2
zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (30)
derart an der Wippe (29) und an den Schaltkontakten (37, 38)
angeordnet sind, daß wenigstens beim Umschalten von den Ruhekontakten
b1, b2 (34, 36) auf die Ruhekontakte a1, a2 (33, 35) ein im
wesentlichen synchrones Abheben der Kontaktflächen (61,64) der
Schaltkontakte (37, 38) von den Ruhekontakten a1, b1, a2, b2,
(33, 34, 35, 36) erfolgt, daß das Kontaktsystem S1 (31) mit einer
Verzögerungseinrichtung (41) in Verbindung steht, mit deren Hilfe die
Bewegung des zugehörigen Schaltkontakts (37) beim Umschalten vom
ersten Ruhekontakt a1 (33) auf den zweiten Ruhekontakt b1 (34) nach
erfolgtem Abheben der Kontaktfläche (64) vom ersten Ruhekontakt a1
(33) verzögert wird, wobei die Kontaktfläche (61) an diesem
Schaltkontakt (37) später zur Anlage am zweiten Ruhekontakt b1 (34)
kommt als der Schaltkontakt (38) des anderen Kontaktsystems S2 (32)
und die Verzögerungseinrichtung (41) beim Umschalten vom zweiten
Ruhekontakt b1 (34) auf den ersten Ruhekontakt a1 (33) keine
wesentliche Verzögerung am zugeordneten Schaltkontakt (37) bewirkt.
17. Elektrischer Schalter nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung (41) aus einem mit
dem Schaltkontakt (37) in Verbindung stehenden Mittel und einem
bewegungshemmenden Element besteht, wobei das Mittel ein
formschlüssiges Eingreifen in das bewegungshemmende Element beim
Umschalten vom ersten Ruhekontakt (33) auf zweiten Ruhekontakt (34)
gestattet.
18. Elektrischer Schalter nach Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, daß das mit dem Schaltkontakt (37) in Verbindung
stehende Mittel als Schalthebel (45) ausgebildet ist, der mit einer
Seite am Schaltkontakt (37) angelenkt ist und an seiner anderen Seite
ein Rastelement (44) besitzt.
19. Elektrischer Schalter nach Anspruch 17 oder 18, dadurch
gekennzeichnet, daß das bewegungshemmende Element aus einer drehbar
gelagerten Trommel (42) besteht, in der eine weitere innere Trommel
(60) angeordnet ist, wobei sich zwischen der Trommel (42) und der
inneren Trommel (60) eine viskose Flüssigkeit befindet.
20. Elektrischer Schalter nach Anspruch 19, dadurch
gekennzeichnet, daß es sich bei der viskosen Flüssigkeit um Silikonöl
handelt.
21. Elektrischer Schalter nach Anspruch 19 oder 20, dadurch
gekennzeichnet, daß auf der Mantelfläche der Trommel (42) an der dem
Kontaktsystem (31) zugewandten Seite eine Verzahnung (43) angeordnet
ist, in die das Rastelement (44) am Schalthebel (45) eingreifen kann.
22. Elektrischer Schalter nach Anspruch 21, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Kulisse (46) im Gehäuse (21) des Schalters
(20) angeordnet ist, an der der Schalthebel (45) beim Umschalten vom
ersten Ruhekontakt (33) auf den zweiten Ruhekontakt (34)
entlanggeführt wird, so daß das Rastelement (44) in die Verzahnung
(43) an der Trommel (42) eingreift.
23. Elektrischer Schalter nach Anspruch 22, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kulisse (46) eine untere zurückgezogene
Fläche (50), eine mittlere vorgezogene Fläche (49) und eine obere
zurückgezogene Fläche (48) besitzt, wobei das Rastelement (44) bei
Anlage des Schalthebels (45) an der unteren zurückgezogenen Fläche (50)
und der oberen zurückgezogenen Fläche (48) außer Eingriff und bei
Anlage des Schalthebels (45) an der mittleren vorgezogenen Fläche
(49) in Eingriff mit der Verzahnung (43) steht.
24. Elektrischer Schalter nach Anspruch 22 oder 23, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Federelement (47) am Schalthebel (45) zur
Beaufschlagung des Rastelementes (44) mit einer auf die Führung der
Kulisse (46) gerichteten Kraft angeordnet ist.
25. Elektrischer Schalter nach Anspruch 24, dadurch
gekennzeichnet, daß die untere zurückgezogene Fläche (50) so
dimensioniert ist, daß die Kontaktfläche (64) des Schaltkontakts (37)
vom ersten Ruhekontakt (33) unverzögert eine Strecke von ungefähr
5/10 mm abhebt.
26. Elektrischer Schalter nach Anspruch 24 oder 25, dadurch
gekennzeichnet, daß die mittlere vorgezogene Fläche (49) und die
Trommel (42) so dimensioniert sind sowie die Viskosität der
Flüssigkeit in der Trommel (42) so gewählt wird, daß der
Schaltkontakt (37) mit einer Verzögerungszeit von mindestens 10 msec
vom ersten Ruhekontakt (33) auf den zweiten Ruhekontakt (34)
umschaltet.
27. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 21 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (43) an der Trommel (42)
und das Rastelement (44) derart zusammenwirken, daß beim Umschalten
des Schaltkontakts (37) vom zweiten Ruhekontakt (34) auf den ersten
Ruhekontakt (33) eine Kraftkomponente auftritt, die das Rastelement
(44) aus dem Eingriff in die Verzahnung (43) heraus lenkt.
28. Elektrischer Schalter nach Anspruch 27, dadurch
gekennzeichnet, daß das Zusammenwirken zwischen der Verzahnung (43)
und dem Rastelement (44) erzielt wird, indem der Zahn (62) der
Verzahnung (43) jeweils eine schräge Flanke (51) und eine steile
Flanke (52) besitzt, wobei beim Umschalten des Schaltkontakts (37)
vom zweiten Ruhekontakt (34) auf den ersten Ruhekontakt (33) das
Rastelement (44) mit der schrägen Flanke (51) und umgekehrt beim
Umschalten vom ersten Ruhekontakt (33) auf den zweiten Ruhekontakt
(34) mit der steilen Flanke (52) zusammenwirkt.
29. Elektrischer Schalter nach Anspruch 27 oder 28, dadurch
gekennzeichnet, daß die Blattfeder (30) am Schaltkontakt (37) eine
derartige Vorspannung besitzt, daß beim Umschalten vom zweiten
Ruhekontakt (34) auf den ersten Ruhekontakt (33) eine größere
Federkraft als in der umgekehrten Bewegungsrichtung wirksam ist.
30. Elektrischer Schalter nach Anspruch 29, dadurch
gekennzeichnet, daß die Federkraft der Blattfeder (30) beim
Umschalten vom zweiten Ruhekontakt (34) auf den ersten Ruhekontakt
(33) wenigstens 5mal größer als in der umgekehrten Bewegungsrichtung
ist.
31. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 16 bis 30,
dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres als Schließer ausgebildetes
Kontaktsystem (53) mit einem Ruhekontakt (54) und einem Schaltkontakt
(55) im Gehäuse (21) des Schalters (20) angeordnet ist, wobei die
Bewegung des Schaltkontakts (55) mit Hilfe einer
Verzögerungseinrichtung gegenüber den beiden anderen Kontaktsystemen
(31, 32) bei deren Umschalten vom zweiten Ruhekontakt (34, 36) auf den
ersten Ruhekontakt (33, 35) verzögert ist.
32. Elektrischer Schalter nach Anspruch 31, dadurch
gekennzeichnet, daß als Verzögerungseinrichtung für das weitere
Kontaktsystem (53) dieselbe Verzögerungseinrichtung (41) wie für das
Kontaktsystem (31) verwendet wird.
33. Elektrischer Schalter nach Anspruch 32, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trommel (42) im Bereich des weiteren
Kontaktsystems (53) eine Verzahnung (56) besitzt, in die am
Schaltkontakt (55) angeordnete Mittel formschlüssig bei Bewegung des
Schaltkontaktes (55) in Richtung auf den Ruhekontakt (54) eingreifen.
34. Elektrischer Schalter nach Anspruch 33, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem am Schaltkontakt (55) des
weiteren Kontaktsystems (53) angelenkten Hebel (57) bestehen, mit dem
wiederum ein Rastzähne (59) besitzender Rasthebel (58) gelenkig
verbunden ist und an diesem Rasthebel (58) gelenkig ein drehbar an
der Achse der Trommel (42) gelagerter Verbindungshebel (63)
angeordnet ist, wobei die Rastzähne (59) über den Hebel (57) bei
Bewegung des Schaltkontakts (55) in Richtung auf den Ruhekontakt (54)
in Eingriff mit der Verzahnung (56) an der Trommel (42) gebracht
werden.
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