DE3607672A1 - Electric motor drive for a hand-held screwdriver which can be switched over between right-hand and left-hand drive - Google Patents
Electric motor drive for a hand-held screwdriver which can be switched over between right-hand and left-hand driveInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromotorischen Antrieb für einen auf Rechts- und Linkslauf umschaltbaren Handschrauber mit elektronischer Drehzahleinstellung und Drehmomentüberwachung, bestehend aus einem Impulsgenerator, der einen im Motorstromkreis liegenden elektronischen Schalter mit Rechteckimpulsen ansteuert, deren Länge von einem Drehzahlsteller einstellbar sind, und aus einem Komparator für die Überwachung der Stromaufnahme des Motors, der bei Überschreiten eines eingestellten Wertes die Stromzufuhr zum Motor unterbricht.The invention relates to an electromotive Drive for a switchable to clockwise and anti-clockwise rotation Handheld screwdriver with electronic speed setting and Torque monitoring, consisting of a pulse generator, the one electronic in the motor circuit Controls switches with rectangular pulses, the length of a speed controller are adjustable, and from one Comparator for monitoring the current consumption of the Motor, when a set value is exceeded the power supply to the motor is cut off.
Ein solcher Antrieb ist bekannt (DE-31 44 350 A 1). Bei diesem Antrieb erfolgt bei Überschreiten des eingestellten Wertes der Stromaufnahme die Unterbrechung der Stromzufuhr einfach dadurch, daß der die Rechteckimpulse liefernde Generator abgeschaltet wird. Diese Abschaltung erfolgt drehrichtungsunabhängig.Such a drive is known (DE-31 44 350 A 1). At this drive takes place when the set one is exceeded Value of the power consumption the interruption of the power supply simply by the fact that the one supplying the rectangular pulses Generator is switched off. This shutdown takes place Independent of the direction of rotation.
Bei diesem bekannten Antrieb dient die Überwachung der Stromaufnahme aber nicht nur dazu, bei Überschreiten eines eingestellten Wertes, die Zufuhr des Stromes zum Motor abzuschalten, sondern auch dazu, die Drehzahl zu regeln. Dafür wird dem Rechteckgenerator ein von der Stromaufnahme des Motors abhängiges Signal zugeleitet. Mit dieser Regelung arbeitet der Motor sehr leistungsarm, denn über die Impulslängensteuerung wird ihm die erforderliche Leistung zugeführt. Nimmt der Motor bei einer abverlangten Leistung Fehlstrom auf, wird die Impulslänge durch den Regler entsprechend eingestellt. Bei Leerlauf dagegen erfolgt automatisch eine Verkürzung der Impulslänge und damit eine verminderte Stromzufuhr zum Motor.In this known drive, the monitoring of Power consumption not only to exceed one set value, the supply of current to the motor switch off, but also to regulate the speed. For this, the rectangular generator is one of the current consumption of the engine dependent signal. With this scheme the engine works very poorly, because of the Pulse length control will give him the required performance fed. The engine takes on demand power Fault current, the pulse length is changed by the controller set accordingly. On the other hand, when idling occurs automatically a shortening of the pulse length and thus one reduced power to the motor.
Während man bei Schraubern die Einstellbarkeit des Drehmomentes für Rechtslauf (bei rechtsgängigen Schrauben) wünscht, um beim Anziehen der Schrauben ein maximal zulässiges Moment nicht zu überschreiten, wünscht man für Linkslauf eine solche Drehmomentbegrenzung nicht, denn beim Losschrauben braucht man häufig das maximal mögliche Moment.While the adjustability of the Torque for clockwise rotation (for right-handed screws) wishes to get a maximum when tightening the screws one does not wish to exceed the permissible moment for Such a torque limitation does not run counterclockwise, because with Unscrewing often requires the maximum possible Moment.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromotorischen Antrieb für Handschrauber mit Rechts- und Linksdrehung zu schaffen, bei dem für die eine Drehrichtung (Rechtslauf) eine Drehmomenteinstellung wirksam, für die andere Drehrichtung (Linkslauf) die Drehmomenteinstellung unwirksam sein soll.The invention has for its object a electric motor drive for handheld screwdrivers with right and to create a left turn, for one Direction of rotation (clockwise rotation) a torque setting effective, for the other direction of rotation (counterclockwise rotation) Torque setting should be ineffective.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausgang des Komparators mit einem auf die Zufuhr der Rechteckimpulse zu dem Motor einwirkenden Steuerglied über eine Schalteranordnung mit von der Motordrehrichtung abhängiger Schaltstellung derart verbunden ist, daß das Steuerglied die Ansteuerung des elektronischen Schalters mit Rechteckimpulsen bei Rechtslauf und unter dem eingestellten Wert liegender Stromaufnahme freigibt, bei Rechtslauf und über dem eingestellten Wert liegender Stromaufnahme blockiert und bei Linkslauf unabhängig von der Stromaufnahme freigibt.This object is achieved in that the Output of the comparator with one on the supply of the Rectangular pulses to the motor acting control member a switch arrangement with from the direction of motor rotation dependent switching position is connected such that the Control element controlling the electronic switch with rectangular pulses in clockwise rotation and under the set value of current consumption released, at Clockwise rotation and above the set value Power consumption blocked and independent of the power consumption releases.
Mit dem Steuerglied und der Schalteranordnung wird erreicht, daß bei Rechtslauf die bisherigen Funktionen des elektromotorisch angetriebenen Schraubers, nämlich die Abschaltung bei Überschreiten des Drehmomentes, als auch die Drehzahlregelung über die Impulslängensteuerung erhalten bleiben, während zusätzlich bei Linkslauf die Drehmomentbegrenzung unwirksam gemacht wird, die Impulslängensteuerung aber weiterhin wirksam bleibt.With the control element and the switch arrangement achieved that the previous functions of the electric motor driven screwdriver, namely the Shutdown when the torque is exceeded, as well the speed control via the pulse length control are retained, while in addition the counterclockwise Torque limitation is rendered ineffective Pulse length control remains effective.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Schalteranordnung aus zwei Schaltern, von denen der eine Schalter im Signalflußweg zwischen Komparator und Steuerglied liegt und durch ein vom Polumschalter des Motors abgeleitetes Signal nur bei Motorstillstand und Rechtslauf geschlossen ist, und der andere Schalter an einer vom Komparator unabhängigen Signalquelle angeschlossen und durch ein vom Polumschalter des Motors abgeleitetes Signal nur bei Linkslauf geschlossen ist. Diese Ausgestaltung kann im einzelnen dadurch verwirklicht sein, daß der eine Schalter der Schalteranordnung mit dem Ausgangssignal eines Flip-Flops und der andere Schalter mit einem dazu inversen Signal des Flip-Flops ansteuerbar sind, daß an den beiden Eingängen des Flip-Flops über Vorschaltwiderstände ein von derselben Signalquelle abgeleitetes Signal anliegt, wobei diesem Signal an einem Eingang des Flip-Flops über eine Entkopplungsdiode das vom Polumschalter abgeleitete drehrichtungsabhängige Signal überlagerbar ist.According to one embodiment of the invention Switch arrangement of two switches, one of which Switch in the signal flow path between the comparator and Control element lies and by one of the pole changeover of the Motor derived signal only when the engine is stopped and Clockwise rotation is closed and the other switch on a signal source independent of the comparator connected and by one of the pole changing switches of the motor derived signal is closed only when running counterclockwise. This configuration can be implemented in detail be that the one switch of the switch assembly with the Output signal of a flip-flop and the other switch controllable with an inverse signal of the flip-flop are that over at the two inputs of the flip-flop Ballast resistors one from the same signal source derived signal is present, this signal at a Input of the flip-flop via a decoupling diode from the Pole switch derived direction-dependent signal is superimposed.
Als Steuerglied dient vorzugsweise ein am Eingang der Leistungsstufe des Motors liegender Schalter, mit dem die Rechteckimpulse vom Eingang der Leistungsstufe ableitbar sind. A control element is preferably used at the input of the Power level of the motor lying switch with which the Rectangular pulses can be derived from the input of the power stage are.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to a drawing explained.
Im einzelnen zeigtIn detail shows
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines elektromotorischen Antriebes eines Handschraubers, Fig. 1 is a block diagram of an electromotive drive of a manual wrench,
Fig. 2 ein Schaltbild für die drehrichtungsabhängige Ansteuerung eines Steuergliedes am Eingang des Leistungsteiles des Motors. Fig. 2 is a circuit diagram for the rotation direction-dependent control of a control element at the input of the power section of the motor.
Der elektromotorische Antrieb eines auf Rechts- und Linkslauf umschaltbaren Handschraubers ist in seinen wesentlichen Teilen aus der DE-31 44 350 A 1 bekannt. Ein für Rechts- und Linkslauf polumschaltbarer Motor M wird von einem Leistungsteil L ausgebildeten elektronischen Schalter mit Rechteckimpulsen versorgt. Der Leistungsteil L erhält von einem Oszillator O Rechteckimpulse konstanter Frequenz aber einstellbarer Länge. Die Länge der Impulse läßt sich über einen automatischen Regler R mittels eines Drehzahlstellers ST, der mit einem Polumschalter PS kombiniert sein kann, einstellen. Dabei berücksichtigt der Regler R die Stromaufnahme des Motors M. Die Stromaufnahme des Motors M wird auch in einem Komparator V berücksichtigt, an dem sich für ein bestimmtes Drehmoment ein Sollwert einstellen läßt. Überschreitet der dem Motor M zugeführte Strom diesen Sollwert, dann gibt eine Drehmomenteinstellung DM an den Oszillator O ein Stopsignal, so daß der Leistungsteil L keine weiteren Rechteckimpulse mehr erhält, wodurch der Motor M stillgesetzt wird.The essential parts of the electric motor drive of a hand screwdriver which can be switched to clockwise and counterclockwise rotation are known from DE-31 44 350 A1. A motor M , which can be switched for clockwise and counterclockwise rotation, is supplied with rectangular pulses by a power switch L , which is an electronic switch. The power unit L receives rectangular pulses of constant frequency but adjustable length from an oscillator O. The length of the pulses can be adjusted via an automatic controller R by means of a speed controller ST , which can be combined with a pole switch PS . The controller R takes into account the current consumption of the motor M. The current consumption of the motor M is also taken into account in a comparator V , on which a setpoint value can be set for a specific torque. If the current supplied to the motor M exceeds this target value, a torque setting DM gives the oscillator O a stop signal, so that the power section L no longer receives any further square-wave pulses, as a result of which the motor M is stopped.
Die soweit im Prinzip beschriebene Schaltung ist in der vorgenannten DE-31 44 350 A 1 explizit beschrieben. Von diesem Prinzip wird im wesentlichen auch bei der Erfindung Gebrauch gemacht. The circuit described so far in principle is in the the aforementioned DE-31 44 350 A 1 explicitly described. From This principle is also essentially in the invention Made use of.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird ein der Stromaufnahme des Motors M entsprechendes Signal, das an einem im Stromkreis des Motors M liegenden Widerstand R E abgegriffen wird, über eine Siebschaltung R₁, C₁, R₂, C₂ dem nicht invertierenden Eingang eines Komparators (V) zugeführt. Am invertierenden Eingang des Komparators (V) liegt eine an einem Potentiometer P einstellbare Gleichspannung. Durch die Wahl des Pegels dieser Gleichspannung läßt sich bestimmen, bei welchem Stromaufnahmewert des Motors M der Komparator V seinen Schaltzustand ändern soll. Bei ausgeschaltetem Motor M und bei unterhalb eines am Potentiometer P eingestellten Wert liegt der Ausgang A des Komparators V auf "low". Der Ausgang B eines nachgeschalteten Inverters I₁ ist demnach auf "high". Ein ebenfalls invertierend arbeitendes Flip-Flop FF₁ dient als Impulsformer und dazu, bei fehlendem Eingangssignal vom Inverter I₁ seinen Ausgang C auf "low" zu setzen. Durch einen nachfolgenden Inverter I₂ wird dieses Signal invertiert, so daß der Ausgang D auf "high" liegt. Dieses Signal wird über einen bei Rechtslauf aus noch zu erläuternden Gründen geschlossenen Schalter S₁ weitergeleitet und durch einen dritten Inverter I₃ nochmals invertiert, so daß dessen Ausgang E auf "low" liegt. Mit diesem Signal wird die Basis eines Schalters, z. B. eines Transistors, angesteuert, der am Eingang des Leistungsteiles liegt und bei diesem Eingangssignal geöffnet ist und eventuell vom Oszillator O kommende Rechteckimpulse zum Leistungsteil L durchläßt.In the embodiment of FIG. 2 is a one, the current consumption of the motor M corresponding signal, which is tapped at a lying in the current circuit of the motor M resistance R E, via a filter circuit R ₁, C ₁, R ₂, C ₂ the noninverting input Comparator (V) supplied. At the inverting input of the comparator (V) there is a DC voltage that can be set on a potentiometer P. By selecting the level of this DC voltage, it can be determined at which current consumption value of the motor M the comparator V is to change its switching state. When the motor M is switched off and when the value set on the potentiometer P is below, the output A of the comparator V is at "low". The output B of a downstream inverter I ₁ is therefore "high". An also inverting flip-flop FF 1 serves as a pulse shaper and to set its output C to "low" in the absence of an input signal from the inverter I 1 . This signal is inverted by a subsequent inverter I ₂, so that the output D is at "high". This signal is forwarded via a switch S ₁ closed during clockwise rotation for reasons to be explained and inverted again by a third inverter I ₃, so that its output E is at "low". With this signal the base of a switch, e.g. B. a transistor, which is located at the input of the power section and is open at this input signal and may pass from the oscillator O rectangular pulses to the power section L.
Dieser Schaltzustand des Transistors T bleibt solange erhalten, als der Spannungsabfall am Widerstand R E im Motorstromkreis kleiner als der am Potentiometer P eingestellte Spannungspegel ist. Sobald aber der Motorstrom größer wird und der Spannungsabfall an R E den Spannungspegel an P überschreitet, schaltet der Komparator V um, so daß sein Ausgang A auf "high" liegt. Die nachfolgenden Stufen invertieren entsprechend, so daß der Ausgang E des letzten Inverters I₃ auf "high" liegt. Für den am Eingang der Leistungsstufe L liegenden Transistor T bedeutet das, daß er durchschaltet und die vom Oszillator O gelieferten Rechteckimpulse vom Leistungsteil L ableitet. Der Motor M wird dann nicht länger mit Strom versorgt.This switching state of the transistor T is maintained as long as the voltage drop across the resistor R E in the motor circuit is less than the voltage level set on the potentiometer P. However, as soon as the motor current increases and the voltage drop at R E exceeds the voltage level at P , the comparator V switches so that its output A is "high". The subsequent stages invert accordingly, so that the output E of the last inverter I ₃ is "high". For the transistor T located at the input of the power stage L , this means that it switches on and derives the rectangular pulses supplied by the oscillator O from the power section L. The motor M is then no longer supplied with power.
Diese Funktion liegt nur bei geschlossenem Schalter S₁ vor, was nur dann der Fall ist, wenn dem Motor M kein Strom zugeführt wird oder dem Motor M Strom bei Rechtslauf zugeführt wird. Bei diesen beiden Betriebszuständen erhält der Schalter S₁ nämlich über einen Vorschaltwiderstand R₃ von einem Flip-Flop FF₂ über einen Inverter I₄ ein positives Steuersignal. Das Flip-Flop FF₂ ist zum Zwecke eines stabilen Schaltzustandes mit seinen beiden Eingängen über je einen Widerstand R₄, R₅ an der positiven Stromversorgungsleitung U B angeschlossen. Bei fehlender Stromzufuhr zum Motor M liegt an den Eingängen ein positives Signal, das durch das Flip-Flop FF₂ invertiert wird. Der Ausgang G liegt also auf "low". Durch den Inverter I₄ wird das Signal invertiert, so daß der Ausgang H auf "high" liegt. Der Schalter S₁ erhält demnach über die Steuerleitung ein zum Schließen positives Signal. Dieses positive Steuersignal wird durch einen weiteren Inverter I₅ invertiert, so daß sein Ausgang M auf "low" liegt. Ein zweiter, den Eingang des Inverters I₃ mit der positiven Versorgungsleitung verbindender Schalter S₂ bleibt also offen.This function is only available when the switch S ₁ is closed, which is only the case when the motor M is not supplied with current or the motor M is supplied with current when it rotates clockwise. In these two operating states, the switch S ₁ namely receives a positive control signal via a series resistor R ₃ from a flip-flop FF ₂ via an inverter I ₄. The flip-flop FF ₂ is connected for the purpose of a stable switching state with its two inputs via a resistor R ₄, R ₅ to the positive power supply line U B. In the absence of power to the motor M there is a positive signal at the inputs, which is inverted by the flip-flop FF ₂. The output G is therefore "low". The signal is inverted by the inverter I ₄, so that the output H is at "high". The switch S ₁ accordingly receives a positive signal to close via the control line. This positive control signal is inverted by a further inverter I ₅, so that its output M is at "low". A second, the input of the inverter I ₃ with the positive supply line connecting switch S ₂ remains open.
Diese Verhältnisse ändern sich auch dann nicht, wenn der Motor M über den Polumschalter PS mit Strom für Rechtslauf versorgt wird, denn durch eine Diode D E wird dieses Signal abgeblockt. Sobald jedoch mit dem Polumschalter PS der Motor M auf Linkslauf umgeschaltet wird, liegt der Punkt F auf "low". Für das Flip-Flop FF₂ bedeutet das, daß es umschaltet. Sein Ausgang G liegt dann auf "high", während der Ausgang H des Inverters I₄ auf "low" liegt. Der Schalter S₁ wird geöffnet, während der Schalter S₂ wegen des über den Inverter I₅ invertierten, am Ausgang M jetzt auf freiliegenden Signals geschlossen wird. Das am Eingang des Inverters I₃ liegende positive Signal wird invertiert, so daß dem am Eingang des Leistungsteiles L liegenden Transistor T ein negatives Steuersignal zugeführt wird. Der Transistors T sperrt wieder und läßt die Rechteckimpulse des Oszillators O zum Leistungsteil L gelangen. Da der Schalter S₁ offen ist, wird ein von den Schaltungsteilen für die Drehmomentbegrenzung DM geliefertes Signal vom Transistor T ferngehalten.These conditions do not change even if the motor M is supplied with current for clockwise rotation via the pole-changing switch PS , because this signal is blocked by a diode D E. However, as soon as the motor M is switched to counterclockwise rotation with the pole-changing switch PS , the point F is at "low". For the flip-flop FF ₂ that means that it switches. Its output G is then "high", while the output H of the inverter I ₄ is "low". The switch S ₁ is opened, while the switch S ₂ is closed due to the inverted via the inverter I ₅, at the output M now on exposed signal. The positive signal lying at the input of the inverter I ₃ is inverted, so that the transistor T lying at the input of the power section L is fed a negative control signal. The transistor T blocks again and allows the rectangular pulses of the oscillator O to reach the power section L. Since the switch S ₁ is open, a signal supplied by the circuit parts for the torque limitation DM is kept away from the transistor T.
Claims (4)
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| DE19863607672 DE3607672A1 (en) | 1986-03-08 | 1986-03-08 | Electric motor drive for a hand-held screwdriver which can be switched over between right-hand and left-hand drive |
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|---|---|
| DE (1) | DE3607672A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP1800802A4 (en) * | 2004-08-30 | 2014-08-20 | Nitto Kohki Co | ELECTRIC DRIVE MOTOR AND ITS CONTROLLER |
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| DE3144350A1 (en) * | 1981-11-07 | 1983-05-26 | Felo-Werkzeugfabrik Holland-Letz GmbH, 3577 Neustadt | Drive for a hand-held screwdriver or hand-held drill driven by an electric motor |
| DE3222065A1 (en) * | 1982-06-11 | 1983-12-15 | Black & Decker, Inc. (eine Gesellschaft n.d.Ges.d. Staates Delaware), 19711 Newark, Del. | Electric hand tool with rotation direction reversal and torque limiting |
-
1986
- 1986-03-08 DE DE19863607672 patent/DE3607672A1/en not_active Ceased
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