Schalteranordnung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schalteranordnung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei der Drehzahlsteuerung für elektrische Maschinen, insbesondere Handarbeitsmaschinen, Elektrohandwerkzeuge, Tischmaschinen u.dgl. bzw. bei Schaltungsanordnungen für die Ein-und Ausschaltung solcher Geräte ist es bekannt, sogenannte Phasenanschnittsteuerungen vorzusehen, die einen Wechselstromschalter, üblicherweise einen in beiden Richtungen leitenden Triac ih Reihe mit dem Elektromotor aufweisen, dessen Drehzahl oder Verhalten gesteuert, geregelt oder beeinflußt werden soll. Solche Triac-Ansteuerungen sind in vielfacher Form bekannt und häufig schon in vorgefertigten Bausteinen für jeweils gewünschte Anwendungszwecke verfügbar, wobei diese Bausteine integrierte Schaltungen enthalten, also IC's sind, die mit einer zusätzlichen äußeren Beschaltung dann die jeweils vorgesehene Aufgabe übernehmen.

Es ist auch bekannt, zusätzlich in Reihe mit dem die jeweiligen Werkzeuge oder Systeme des Geräts antreibenden Elektromotor Ein-und Ausschaltmittel anzuordnen sowie einen Lastwiderstand, wodurch der durch den Triac und notwendigerweise auch durch den Elektromotor fließende Strom erfaßt und zu Regelzwecken, beispielsweise zu einer Konstantdrehzahlregelung, die auch kontinuierlich oder stufig einstellbar ist, ausgenutzt werden kann.

Die Ansteuerung solcher Schalteranordnungen oder Drehzahlsteuerungen von außen kann so ausgebildet sein, daß lediglich ein Betätigungselement von. der benutzenden Person zu verschieben ist, wobei zunächst ein Schalter geschaltet und anschließend beispielsweise durch Weiterschieben des Betätigungselements ein Schleifer auf einem Potentiometer verschoben werden kann, derart, daß dem IC für die Drehzahlsteuerung unterschiedliche Widerstandswerte im Ansteuerkreis des Triacs zur Verfügung gestellt werden, wodurch dieser in der Lage ist, dann unterschiedliche Drehzahlen vorzugeben und durch eine entsprechende Vollwellensteuerung, auch mit Lastkompensation, dann einzuhalten.

Problematisch kann bei solchen Steuerungen und Schaltungen aber der Umstand sein, daß der integrierte Baustein, also der IC sich selbst erwärmt und dann trotz konstanter äußerer Beschaltung die geregelte Größe mehr oder weniger stark wegläuft. In diesem Zusammenhang wird, stellvertretend für eine Vielzahl von Bausteinen verwiesen auf den integrierten Schaltkreis U 210 B der Firma Telefunken, der als Drehzahlsteller mit Laststromkompensation eingesetzt werden kann, wobei durch entsprechende Wahl und Kombination von einer ergänzenden äußeren Beschaltung dienenden Bauteile-Werten dieser integrierte Baustein an die jeweiligen Motore und an die geforderten Funktionsbedingungen angepaßt werden kann. Dabei erfolgt die Dreh zahlsteuerung über einen als Potentiometer vorgesehenen Drehzahisteller, wobei bei den zu dem Schaltkreis U 210 B von der Herstellerin herausgegebenen Applikationsblättem zwar kein äußerer Netzschalter vorgesehen ist, jedoch beliebig angeordnet werden könnte.

Sehr häufig ergibt sich in diesem Zusammenhang der Wunsch, jedenfalls bestimmte, von Elektromotoren angetriebene Geräte so auszulegen, daß eine automatische Schnellstoppschaltung-(Bremsung des Motors durch Kurzschließen der Feld-und Ankerwicklungen) dann erfolgt, wenn das Gerät geöffnet wird und der Benutzer sonst mit den sich schnell drehenden Teilen in eine ihn gefährdende Verbindung kommen könnte. Daher sind bestimmte Typen von Geräten, beispielsweise Küchenmaschinen, von Anfang an so ausgelegt, daß das Gerät überhaupt nur dann geöffnet werden kann, wenn man es ausschaltet, wobei entweder durch diese Ausschaltung die Öffnung mechanisch oder auf sonst geeignete Art freigegeben, gleichzeitig aber die Schnellbremsung durch Kurzschließen eingeleitet wird, mit anderen Worten, das Gerät kann gar nicht anders ausgeschaltet und dann geöffnet werden als über das Ingangsetzen der Schnellstoppschaltung (Bremsschaltung). Diese ausschließliche Möglichkeit ist aber nachteilig, weil nicht auszuschließen ist, daß durch diese ständigen Schnellbremsungen, bei denen erhebliche Kurzschlußströme fließen können, je nach Phasenlage und Drehzahlen, Beschädigungen an den Schaltern (Einbrennen) und/oder an den Ankerkohlen und/oder den Kolfektorlamellen auftreten, die bis zum Verschweißen führen können. Die ständigen Kurzschluß-Schneilbremsungen bei solchen Geräten wirken sich daher besonders nachteilig auf deren Lebensdauer aus. Es sind in diesem Zusammenhang auch Geräte bekannt, die überhaupt nicht anders eingeschaltet oder ausgeschaltet werden können als durch den kombinierten Netz-Sicherheitsschalter, der dann in zum Teil komplizierter Ausbildung beim Schließen des Geräts, Aufsetzen des Deckels bei einer Küchenmaschine u.dgl. den Elektromotor an das Netz anschaltet, und beim Abheben des Deckels vom Netz abschaltet und gleichzeitig die Kurzschluß-Schnellbremsung einleitet, gegebenenfalls über mechanische .Verbindungsteile.

Zweipolig schaltende Umschalter oder Ein-Ausschalter sind allgemein bekannt (DE-OS 32 20 189), beispielsweise in Form einer Potentiometer-Schalterkombination, wobei bei einem unmittelbar auf einer Trägerplatte angeordneten linearen Potentiometer beidseitig zu dessen Abgriffsbahnen Schnappschalter mit ihren jeweiligen Schalthebeln so angeordnet sind, daß bei Verschieben eines den Schleifer des Potentiometers lagernden Schiebers von diesem spiegelsymmetrisch Rückflächen der Schalthebel dann betätigbar sind, wenn der Schieber eine vorgegebenen Umschaltposition erreicht hat, wodurch doppelpolig elektrische Kontaktgaben erfolgen. Die gleichzeitige Umschaltung der beiden Schnappschalter erfordert in deisem Fall das Vorhandensein eines gemeinsamen Schiebeglieds, weiches für das Potentiometer gleitverschieblich auf der Trägerplatte angeordnet ist; dabei sind bestimmte Vorzugs-Umschaltvorgänge der beiden gemeinsam doppelpolig schaltenden Schnappschalter nicht in dieser Veröffentlichung erwähnt.

Bekannt ist ferner bei einem Schnappschalter - (DE-PS 28 02 133), die Kontaktstücke lagernden Träger sowie einen Schaltarmträger unmittelbar auf eine erste Fläche einer Leiterplatte oder Printplatte aufzusetzen und dadurch zu befestigen, daß diesen Träger-oder Halteteilen einstückig ausgehende, sich bis zur gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte erstreckende und dort verlötete Verlängerungen vorgesehen sind, wobei eines der Halteteile gleichzeitig auch das Lager für den Schaltarm und sein Betätigungselement bildet. Diese Schnappschalter ist nur zu einer einpoligen Ein-oder Umschaltung geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Schalteranordnung so zu verbessern, daß sich ein möglichst geringer Verschleiß an Schaltern und insbesondere im Kohle/Kollektorbereich des Elektromotors beim Ein-und Ausschlaten bzw. der Drehzahlste'_Lerung ergibt, wobei gleichzeitig eine Schalterausbildung mit zweipoliger Umschaltung anzugeben ist, die in diesem Zusammenhang eingesetzt werden kann:

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schalteranordnung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil, daß eine voreingestellte konstante Drehzahl besonders feinfühlig eingehalten werden kann, wobei auch auf eine Lastkompensation zurückzuführende Einflüsse durch entsprechende Bemessung des mit dem IC-Baustein unmittelbar verbundenen, daher mit diesem in direkter wärmeübertragender Beziehung stehenden Schaltungselementes und seines Temperaturgangs ausgeglichen werden können.

Von besonderem Vorteil ist dabei die Möglichkeit, daß die Bedienungsperson mit dem Drehzahlsteller und bei dessen Betätigung eine als natürlichen Endwert empfundene Aus-Position für den Motor anwählen kann, wodurch die Phasenanschnittsteuerung über den integrierten Baustein - (IC) so reagiert, daß der Motor stromlos geschaltet wird. Der antreibende Elektromotor kann dann auslaufen, wird also nicht in diesem Sinne durch eine Kurzschlußbremsung brutal heruntergebremst, unter besonders starker Belastung der hieran beteiligten Bauelemente, Schalter, Übergänge u.dgl. Andererseits ist aber sichergestellt, daß immer dan, wenn effektiv eine Gefährdung der Bedienungsperson auftritt, bei einer Küchenmaschine also das Gehäuse geöffnet wird und die Bedienungsperson mit der Hand an noch schnellrotierende Teile o.dgl. gelangen kann, die Schnellbremsung sofort einsetzt, also der gleiche Sicherheitsstandard eingehalten wird, wie bei solchen Geräten, die ausschließlich über die Kurzschluß-Schnellbremsung in die Aus-Position gebracht werden können. Durch die Erfindung ist daher sichergestellt, daß dort, wo eine Kurzschluß-Schnellbremsung erforderlich ist, auch so verfahren wird, andererseits aber die verschleißfreie Abschaltung und das Auslaufen des Elektromotors dann erlaubt ist, wenn dies problemlos möglich ist. Dabei kann schon von Vorteil sein, daß die Bedienungsperson zuerst an ihrem Drehzahlsteller die Aus-Position einstellt, wodurch bis zum nachfolgenden Zugriff in das Gerät, also beispielsweise zu dessen Öffnen, was eine Kurzschluß-Schnellbremsung auslösen würde, eine gewisse Zeit schon vergeht und ein bestimmter Drehzahlabfall schon erreicht ist, so daß aus dieser abgefallenen Drehzahl heraus eine Kurzschluß-Schnellbremsung dann nicht mehr so verschleißintensive Folgen auf die beteiligten Bauelemente hat, eben weil der auftretende Kurzschlußstrom, auch in der Impulsspitze, geringer ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schalteranordnung möglich.

Besonders vorteilhaft ist bei der Erfindung einer die Erzeilung einer innigen wärmetechnischen Beziehung zum die Drehzahlsteuerung bewirkenden IC dadurch, daß man einen NTC-Widerstand oder vorzugsweise eine Diode direkt auf das Gehäuse des IC aufklebt und deren Anschlüsse mit einer entsprechenden äußeren Beschaltung bzw. mit Eingängen des IC verbindet, wobei ferner im Bereich des Netzschalters gleichzeitig Mittel vorgesehen sind, die als Umschalter so ausgebildet sind, daß in der anderen Schaltposition die Kurzschluß-Schnellbremsung realisiert werden kann. Dies ist jederzeit möglich, auch dann, wenn im Bereich des- - Drehzahlstellers nicht vorher auf die Aus-Position gegangen ist.

Dabei läßt der verwendete Sicherheitsbremsschalter bei einfachem Aufbau eine beliebige Betätigungseinwirkung auf den Schalthebel (in vertikaler und horizontaler Richtung zur Leiterplatte, auf der er befestigt ist) zu und ermöglicht eine sichere zweipolige Umschaltung, mit dem besonderen Vorteil, daß durch spezielle Art des Aufbaus der erfindungsgemäßen Umschalters auch bewußt zeitliche Vorgaben für die jeweilige Umschaltung getroffen werden können, so daß sich der erfindungsgemäße Schalter mit Vorzug als ein solcher Sicherheitsschalter bei elektrischen Maschinen u.dgl. einsetzen läßt, bei denen eine Sicherheitseinrichtung berücksichtigt werden muß, um das Gerät dann mit einem separaten Hauptschalter einschalten zu' können. In diesem Zusammenhang ist es eine bevorzugte Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen zweipoligen Umnschalters, bei solchen elektrischen Geräten gegeben, bei denen nach Entfernen der Sicherheitseinrichtung unmittelbar der Stillstand des antreibenden Elektromotors herbeizuführen ist; wobei eine vereinfachte elektrische Umschaltung in Motorbereich eine schnelle Bremsung mit sehr geringen Bremsströmen sicherstellt, jedoch die zeitlich vorgegebene und aufeinander abgestimmte Umschaltbewegung des einen Pols, dem anderen zeitlich vorlaufend, zur Bedingung hat.

Da die beiden Übertotpunktfedem für jeden Schaltarm des zweipoligen Umschalters an einem gemeinsamen Schalthebel angefenkt sind, ist sichergestellt, daß die Schaltbewegungen aufeinander abgestimmt erfolgen können, wobei die Art der jeweiligen Anlenkung (Anlenkpunkte gegeneinander versetzt) und/oder die Wege, die jeder Anlenkpunkt der jeweiligen Vorspannungs-oder Übertotpunktfeder bei Betätigung des Schalthebels zurücklegt, ausschlaggebend für die zeitliche Schaltabfolge sind.

Besonders vorteilhaft ist daher die durch die Erfindung ermöglichte Bremsung von Elektromotoren durch lediglich einen zweipolig wirkenden Umschalter mit definiertem zeitlichen Schaltungsablauf, wodurch sich die grundsätzlich für sich gesehen bekannte Bremsung von Universalmotoren, nämlich im wesentlichen Bremsung durch Umpolung des Motorankers mit Kurzschluß über die Feldwicklungen, in entscheidendem Maße vereinfacht und vor allen Dingen auch zu einer entscheidend geringeren Belastung der Kontakte des Umschalters, der Kohlen sowie der Lamellen des Motorankers führt.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfofgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

• Fig. 1 das Schaltbild eines Drehzahlstellers mit Lastkompensation unter Verwendung eines IC-Bausteins mit separatem Drehzahlsteller und Netzschalter mit Möglichkeit zur Kurzschluß-Schnellbremsung sowie den Temperaturgang des IC kompensierenden NTC-Widerstands in einer ersten Schaltung und
• Fig. 2 ein dem Schaltbild der Fig. 1 ähnliches Schaltbild mit einer unterschiedlichen Ausführungsform im Bereich des den Temperaturgang des IC erfassenden und kompensierenden Schaltungselements,
• Fig. 3 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen zweipoligen Um-oder Ausschalters und
• Fig. 4 eine Seitenansicht des Umschalters, wobei die
• Fig. 4a als Kurzdiagramm die zueinander zeitlich versetzten Ein-und Ausschaltzeiten bei - (notwendigerweise) gleichzeitiger Betätigung des nur einen Schalthebels angibt;
• Fig. 5a, 5b, 5c zeigen in Form von elektrischen Schaltbildem bekannte Möglichkeiten zur Bremsung von Elektromotoren, zum Teil mit zugeordneten Bremsstromveriäufen über der Zeit in Form von Diagrammen, während die
• Fig. 6 und 7 Ausführungsbeispiele der Erfindung in Anwendung des erfindungsgemäßen doppelpoligen Umschalters zur Elektromotor-Bremsung mit speziellem Schaltungsaufbau und ebenfalls zugeordneten Bremsstromverlauf-Diagrammen über der Zeit angeben.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der in den Fig. 1 und 2 als zentrales Schaltungselement in Form eines Bausteins mit integrierter Schaltung (IC) gezeigte Drehzahlsteller mit Lastkompensation ist unter der Bezeichnung U 210 B beispielsweise von Telefunkten erhältlich und steuert mit seinem Ausgang 4^* den Triac Tc an, der im Stromkreis des Elektromotors M liegt, der in der Zeichnung symbolisch angedeutet ist durch eine obere Feldwicklung F1, den Anker A und eine untere Feldwicklung F2.

Die Eingangsbeschaltung zur Netzversorgung U_N vervollständigt sich durch einen doppelpoligen Umschalter S, bestehend aus den beiden Einzelumschaltern S1 und S2, die bei 9 gemeinsam über ein Stellglied, einen Nocken, einen Schalthebel, ein Betätigungselement o.dgl. betätigt werden, wobei das im folgenden lediglich noch als Betätigungselement bezeichnete Teil im anwendungsorientierten Fall einer Küchenmaschine etwa ein bei Abnahme des Deckels der Küchenmaschine betätigter Nocken oder eine Druckstange sein kann. Wird der Deckel der Küchenmaschine aufgesetzt, dann bewegt sich das Betätigungselement in Richtung des Pfeils B, so daß die beiden Umschalter S1 und S2 in die andere, in der Darstellung der Fig. 1 nicht gezeichnete Position umschalten; wird der Deckel abgenommen, dann bewegen sich die beiden Schalter in einer vorgegebenen zeitlichen Abfolge -im übrigen in beiden Schaltrichtungen, worauf weiter unten noch eingegangen wird -, in die entgegengesetzte Richtung. Daher zeigt die in Fig. 1 dargestellte Schalterposition von S1, S2 die Kurzschluß-Schnellschaltung, bei welcher lediglich die eine Feldwicklung F1 bei einseitiger Trennung vom Netz in Reihe mit der Ankerwicklung A über die Leitungen L1 und L2 kurzgeschlossen ist. Diese Schnellstopp-schaltung für den Motor, bei welcher die Sofortbremsung des Motors durch Umpolung des Motorankers und Kurzschluß der Felder über die Schalter S1 und S2 durchgeführt wird, setzt im übrigen voraus -und hierbei ist der Schalter S1 gleichzeitig als Netzhauptschalter eingesetzt -, daß, wie entsprechend einem Merkmal vorliegender Erfindung realisiert, der Schalter S2 beim Einschalten des Geräts zeitlich zuerst, also vorlaufend zur Umschaltung des Schalters S1 schaltet. Beim Ausschalten bzw. Umschalten auf Bremsung (in die dargestellte Schalterposition) muß dann beim dynamischen Schaltungsablauf der Schalter S1 zuerst, also zeitlich vorlaufend umschalten und anschließend der Schalter S2. Diese Bedingung läßt sich nachprüfen, wenn man sich beispielsweise vorstellt, daß beim Ausschalten bzw. Umschalten auf Bremsung der Schalter S1 nicht zeitlich vorlaufend zum Schalter S2 umschaltet, also wenn man gedanklich annimmt, daß der Schalter S1 sich abweichend zu der in Fig. 1 dargestellten Position noch in der Ein-Stellung befinden würde; in diesem Fall wäre nämlich der Anker A des Motors überbrückt und der Strom durch die beiden Feldwicklungen F1, F2 würde den Triac Tc zerstören. Ähnliches würde beim Einschalten geschehen, wenn der Schalter S1 dem Schalter S2 zeitlich vorlaufend (was nicht geschehen darf) den Netzanschluß herstellt.

Auf der Drehzahlstellerseite verfügt die Schaltung der Fig. 1 anstelle eines Potentiometers über einen Stufenschalter Ss als Drehzahlsteller, der aus einer Aus-Position in jeweils höhere Drehzahlen vorgebende Schaltpositionen x, y, z umschaltbar ist; die in der Fig. 1 noch dargestellte Momentposition läßt sich dann beispielsweise durch eine getrennte Tastung durch Schalteraxialbewegung zeitweise einstellen, nicht durch eine Schalterdrehbewegung. Der Stufenschalter Ss ist daher aus der Aus-Position in die drei verschiedenen Drehzahlpositionen verstellbar und verbindet die Anschlüsse 8^*, 12^* und 13^* der integrierten Schaltung IC mit dem anderen Spannungsanscluß (untere Stromschiene US). Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte integrierte Schaltung ist in der Lage, auch auf veränderte Belastungszustände des Motors zu reagieren, wozu der Motorstrm am Shuntwiderstand R8 über R5 ermittelt und dem Anschluß 11" der integrierten Schaltung IC zugeführt wird; eine Integration erfolgt über C3. Steigt der Motorstrom infolge größerer Belastung an, so erhöht sich die Spannung am Kondensator C3 und damit auch an dem die eigentliche Drehzahlsteuerspannung empfangenden Anschluß 8^* (pin 8^*). Hierdurch erhöht sich der am Triac eingesteuerte Stromflußwinkel ebenfalls, wodurch ein übermäßiger oder überhaupt ein Drehzahlabfall vermieden werden kann. Der Grad der Äusregelung der Belastungsänderung bestimmt sich durch die Werte der Widerstände R5 und insbesondere R7; diese Widerstände sind daher dem Motor bzw. den gewünschten Regeleigenschaften anzupassen. Nicht bezeichnete Schaltungselemente brauchen bei der Schaltungsbeschreibung nicht berücksichtigt zu werden, da sie zum Gegenstand der Erfindung nich beitragen und die äußere Beschaltung durch integrierte Schaltungen für sich gesehen auch bekannt ist.

Die übliche Betätigung eines mit einer solchen Steuerschaltung entsprechend den Fig. 1 und 2 versehenen Geräts erfolgt daher so, daß nach fertigem Aufbau des Geräts, beispielsweise aufgesetztem Deckel einer Küchenmaschine die Positionen der Schalter S1, S2 umgeschaltet sind und das Gerät am Netz liegt; die Einschaltung erfolgt dann separat durch Betätigung des Stufenschalters Ss als Drehzahlsteller, indem der Schalter aus der Aus-Position in eine der gewünschten Drehzahlpositionen x, y, z verdreht wird. Soll die Arbeit mit einem solchen Gerät eingestellt werden, dann wird der Benutzer als vorgängige Betätigung automa tisch die Drehzahl über die Schaltstellungen des Stufenschalters Ss zurücknehmen, bis die Aus-Position wieder erreicht ist; die Stromzufuhr zum Motor M also über den Triac Tc unterbrochen wird. Der Motor läuft aus; zu jeder beliebigen Zeit kann dann das Gerät geöffnet werden, wodurch dann über das Betätigungselement und entsprechender Betätigung der beiden Schalter S1, S2 gleichzeitig die (einseitige) Netztrennung als auch die Kurzschluß-Schnellbremsung des Motors realisiert wird. Diese Schnellbremsung kann daher, da die Geräteöffnung volkommen willkürlich erfolgt, soweit überhaupt erforderlich, entweder bei schon stehendem Motor erfolgen, wodurch überhaupt keine Kurzschluß-Schnellbremsung eingeleitet wird, oder zu jedem beliebigen früheren Zeitpunkt mit dann ebenfalls immer stark herabgesetzten Kurzschlußströmen und insofern im wesentlichen auch verschleißmindernd oder verschleißfrei. Voraussetzung für die Ausbildung des Netz-Kurzschlußbrems-Doppel-Umschalters S ist die Fähigkeit der beiden gemeinsam über das Betätigungselement zu betätigenden Teilumschalter S1 und S2, daß diese entsprechend dem Diagramm in Fig. 4a im dynamischen Ablauf umschalten, wie weiter vom schon erläutert. Schalter mit solchen Umschaltmöglichkeiten können mechanisch so ausgelegt werden, daß dann, wenn das Betätigungselement für die Umschaltung ein einheitliches gemeinsames Bauelement ist, der eine Schalter, hier S1 dem anderen in seinen Schaltbewegungen beim Einschalten nach und beim Ausschalten zeitlich _Yorläuft.

Entsprechend Fig. 3 ist in vorteilhafter Ausgestaltung das Träger-und Lagermaterial für den dargestellten doppelpoligen Umschalter S, also mit anderen Worten sein Gehäuse, eine Trägerplatte 20, die eine Printplatte, Leiterplatte o.dgl., die üblicherweise eine Bauelementenseite 20a und die Leiterbahnenseite 20b umfaßt (vergl. Fig. 4). Auf der Bestückungs-oder Bauelementenseite sind die Schaltungselemente und Baukomponenten des doppelpoligen Umschalters oder Ein/Ausschalters S dargestellt; dieser besteht aus dem ersten Umschalter S1 und dem zweiten Umschalter S2, die einander gegenüberliegend so angeordnet sind, daß die beiden Vorspannungs-und gleichzeitig Übertotpunktfedem 15, 16 zur beidseitigen Schaltarmbetätigung am gleichen, gemeinsamen, einer äußeren Schaltbewegung zugänglichen Betätigungselement oder, wie dieses im folgenden lediglich noch bezeichnet wird, Schalthebel 9 angeordnet sind. Es sind aus einem geeigneten Material, vorzugsweise metallische, jeweils abgewinkelte Träger-oder Halteteile 1, 2, 3, 4 für die Kontaktstücke 1a, 2a, 3a und 4a vorgesehen, an weiche sich die Gegenkontaktstücke 19 am jeweiligen zwischen den beiden Kontaktstücken 1a, 2a; 3a, 4a bzw. Halteteilen 1, 2, 3, 4 beweglichen Schaltarm 17, 18 zur durch eine Übertotpunktposition gesicherten Anlage anlegen.

Der jeweilige Schaltarm 17, 18 sitzt, mit seinem unteren Ende gegabelt, weil zwischen den beiden Gabelzinken die jeweilige Übertotpunktfeder 15, 16 durchläuft, an einem eigenen, kontaktgebenden Halteteil 5, 6 in einer Art Schneidenposition, ist daher leicht und frei beweglich und kippt daher, wenn sich der Schalthebel im wesentlichen längs der Richtung des Doppelpfeils A bewegt, jeweils von der zugeordneten Vorspannungsfeder 15, 16 gezogen, in die entsprechenden Schaltpositionen um. Die beiden Vorspannungsfedem 15, 16 sind dabei jeweils zum Schwenkpunkt der Schaltarme 17, 18 entfernt an diesen eingehängt und mit ihren anderen Enden in beidseitige Aufnahmeöffnungen 21 a, 2b am Schalthebel 9, genauer an einer im wesentlichen rechtwinklig abzweigenden Fortsetzung 9a desselben eingehängt.

Der Schalthebel 9 hat bei 22 einen Drehpunkt mit der Leiterplatte 20, und zwar verfügt er über einen Drehzapfen 10 (Fig. 4), der durch eine entsprechende Schwenköffnung in der Leiterplatte gesteckt ist, so daß sich der Schalthebel 9 um den Drehpunkt 22 verschwenken kann; er ist selbst vom Drehpunkt 22 ausgehend in etwa bogenförmig in der Zeichenebene der Fig. 3 nach oben verlaufend ausgebildet und ragt mit seiner vorzugsweise einstückigen Fortsetzung 9a zwischen die beiden Umschalter S1, S2, so daß die Vorspannungsfedem 15, 16, wie erwähnt, an diesem Vorsprung eingehängt werden können.

Zur Sicherung der in Fig. 3 dargestellten Schaltposition weist der Schalthebel 9 selbst eine eigene Vorspannungsfeder 12 auf, die sich bei 13 am Halteteil 5 des einen Umschalters S2 abstützt, welches gleichzeitig auch den Schaltarm 17 tagert, und gegenüberliegend einen Sicherungszapfen 11. am Schalthebel 9 bis zu einer vorgegebenen Höhe umfaßt. Die Schalthebelbewegung kann dann im Grunde durch- beliebige einwirkende Mittel erfolgen, beispielsweise durch eine lineare Druckwirkung entsprechend dem Pfeil B oder durch die Drehbewegung eines exzentrischen Teils C, welches auf der Rückfläche des Schalthebels bei 24 angreift und diesen zu einer Schwenkbewegung in der Zeichenebene nach links veranlaßt.

Gesichert ist der Schalthebel 9 dadurch, daß an ihm zwei federnde Rastglieder 13 und 14 mit der Leiterplatte auf der anderen Seite hintergreifenden Nasen 13a, 14a angeordnet, vorzugsweise mit angespritzt sind; diese Rastglieder werden mit ihren Rastnasen durch vorgesehene länglich-bogenförmige Durchbrüche 25, 26 in der Leiterplatte hindurchgedrückt, woraufhin sie sich dann aufgrund ihrer mindestens teilweise federnden Eigenschaften auf der Leiterseite 20b wieder aufweiten und durch die Rastnasen 13a, 14a eine Verriegelung und Abstützung des Schalthebels gegen ein Abheben erfolgt.

Die beiden Vorspannungs-Zugfedern 15, 16 sind in ihrer Federkraft dabei so bemessen, daß in den jeweiligen Übertotpunktpositionen des Schaltarms die erforderliche Auflagekraft an den Kontaktierungspunkten gewährleistet ist.

Die Schalterfunktion ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel noch mit einer Besonderheit versehen, die darin besteht, daß der Schalthebel 9, genauer sein Vorsprung 9a um den Drehpunkt 22 einen Kreisbogen beschreibt, und da die beiden Einhängepunkte der Federn 15 und 16 vom Drehpunkt 22 unterschiedlich entfernt sind, legen sie auch bei gleichem Drehwinkel des Schalthebels unterschiedliche Wege zurück; diese Besonderheit nutzt die vorliegende Erfindung zu der vorteilhaften Ausgestaltung aus, die zeitlichen Ein/Ausschaltpunkte der beiden Umschalter S1, S2 unterschiedlich zu legen, und zwar vorzugsweise so, wie im Diagrammverlauf der Fig. 4a sehr schematisiert dargestellt.

Die Grundfunktion ist daher so, daß aufgrund der unterschiedlichen Kreisbogenkonfiguration der Schaltbewegungen für die beiden Vorspannungsfedem bei einer Betätigung des Schalthebels im Gegenuhrzeigersinn (in der Zeichenebene von rechts nach links) der Schalthebel 17 zeitlich eher in die beispielsweise als Eln-Position definierte andere Schaltposition umschnappt und dann erst zeitlich verzögert, wie Fig. 4a zeigt, die Schaltzunge 18 wegen des größeren zurückzulgenden Kreisbogens die Umschaltbewegung durchführt.

Umgekehrt, also in der Rückwärtsrichtung arbeitet der zweipolige Umschalter S beim Öffnen, also wenn der Schalthebel 9 sich von links nach rechts bewegt. In diesem Fall geht der Schalthebel 18 als erster in die andere Position, "öffnet" also nach einer vorgegebenen Definition und anschließend öffnet dann der Schaltarm 17 ebenfalls.

Ein solches Schaltverhalten läßt sich daher bevorzugt auf eine Einrichtung zur Bremsung beliebiger elektrischer Universalmotoren anwenden, bei denen aus Gründen der Handhabungsicherheit für den Benutzer der Wunsch oder die Notwendigkeit besteht, daß das Gerät nach dem Abschalten nach möglichst kurzer Zeit zum Stillstand kommt. Das kann der Fall sein bei Elektrowerkzeugen, Elektrohandwerkzeugen, Küchenmaschinen u.d.gl., Kreissägen, Rasenmäher, Heckenscheren usw. Eine ähnliche Schnellabschaltefunktion oder Bremsung ist auch bei sehr vielen Maschinen dann vorgesehen, wenn man bestimmte Teile entfernt, das Gerät öffnet, einen Deckel abhebt o.dgl.; auch in diesem Fall wird sofort Bremsung eingeleitet, wozu man sich bestimmter Schaltungen oder Mittel zur Motorbremsung bedienen kann, die mechanischer oder auch elektrischer Art sein können. Elektrische Motorbremsen sind beispielsweise Bremsmotoren, Wirbelstrombremsen, Gleichstrombremsen, oder auch die Bremsung durch Umpolung des Motorankers mit Kurzschluß über die Felder u.dgl.

Betrachtet man in diesem Zusammenhang die bekannten Darstellungen der Fig. 5a, 5b und 5c, dann erkennt man, daß es bei der Darstellung der Fig. 5a eines Vierfach-Umschalters bedarf, um den Motor einerseits voll vom Netz zu trennen und andererseits, wie gezeigt, in der abgeschalteten Stellung über den Anker des Motors die Wicklungen W1 und W2 kurzzuschließen; um den Motor einseitig vom Netz zu trennen und eine Bremsung mit beiden Feldern (Wicklungen W1 und W2) durchzuführen, bedarf es bei der bekannten Darstellung der Fig. 5b eines Dreifach-Umschalters, während man bei der Darstellung der Fig. 5c vollständige Trennung vom Netz vorausgesetzt, immer noch einen Zweifach-Umschalter oder zweipoligen Umschalter und einem einfachen Ein/Ausschalter benötigt, wobei jedoch elektrisch die Ankerwicklung nicht zwischen den beiden Feldern liegen darf; bei Verzicht auf vollständige Netztrennung ermöglicht die Darstellung der Fig. 5c in dieser elektrischen Schaltung die Verwendung von nur zwei Umschaltern oder eines doppelpoligen Umschalters.

Der gemeinsame Nachteil dieser bisher beschriebenen Schaltungen liegt aber darin, daß, wie der Bremsstromverlauf über der Zeit im Diagramm der Fig. 5c zeigt, infolge der dann auftretenden Generatorwirkung des Motors im Moment des Ausschaltens beim Kurzschließen zur Eigenbremsung extrem hohe Ströme auftreten, die nicht nur die Kontakte des benötigten Doppelumschalters, sondern auch die Kohlen und die Lamellen des Motorankers durch starken Verschleiß schädigen oder sogar verschweißen können.

Die Erfindung ermöglicht jetzt eine wesentliche Verringerung dieser Kurzschlußströme mit nur unwesentlicher Verlängerung der Bremszeiten, wie die Diagramme zeigen; und zwar entsprechend den Schaltungen der Fig. 6 und 7.

Benötigt wird hierzu lediglich ein zweipoliger Umschalter oder Ausschalter wie weiter vorn angegeben, wobei bei der Beschaltung der Fig. 6 - Bremsung mit einem Feld (Wicklung W1) und lediglich einseitiger Netztrennung -die maximal auftretende Bremsstromspitze auf etwa die Hälfte reduziert ist, verglichen mit dem Bremsstromvertauf der Fig. 5c beispielsweise, und, wie Messungen nachgewiesen haben, die Bremszeit um nur ca. 50 % größer ist, was bei Bremszeiten im Bereich von 0,2 bis 0,3 Sekunden im praktischen Fall belanglos ist. Man erkennt aber an den in den Diagrammen zu den Fig. 5c und 6 bzw. 7 gezeigten Bremsstromverläufen, daß die Strom/Zeitfläche in etwa gleich ist -dabei wurden die Messungen mit den in den Fig. 5a, 5b, 5c sowie 6 und 7 angegebenen Beschaltungen an einem 500 Watt-Motor durchgeführt, mit Stillstand nach 0,2 Sekunden beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5c und nach 0,3 bzw. 0,4 Sekunden bei den Beschaltungsbeispielen der Fig. 6 und 7.

Die Schaltung der Fig. 7 unterscheidet sich von der der Fig. 6 lediglich noch durch die Einfügung eines zusätzlichen Widerstandes R im Kurzschlußkreis, wobei je nach Größe dieses Widerstandes der Strom nochmals erheblich reduziert werden kann ( in numerischen Werten von 6 A Spitzenstrom bei Fig. 3c auf 3,6 A bei Fig. 6 und auf 2,6 A beim Ausführungsbeispiel der Fig. 7). Dennoch sind auch bei Einfügung des Widerstandes R, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise R = 24 Ohm betragen kann, bis zum Stillstand des Motors immer noch Zeiten bis ca. 0,5 Sekunden erreichbar.

Eine Voraussetzung für die sichere Funktion der in den Fig. 5c, 6 und 7 angegebenen Schaltungen ist jedoch, daß beim Einschalten des Motors - (sämtliche Schalterstellungen der Fig. 5a, 5b, 5c, 6 und 7 sind in der Bremsposition dargestellt) der Schalter S2 dem Schalter S1 vorauseilend ist, während beim Ausschalten bzw. beim Umschalten auf Bremsung umgekehrt der Schalter S1 dem Schalter S2 vorauseilt, und zwar so, wie in Fig. 4a angegeben, da sonst, wie nachprüfbar ist, beide Motorfelder ohne Anker direkt am Netz liegen könnten, wodurch es wieder zu hohen Stromimpulsen kommen kann, die sich kontakt-und motorschädigend auswirken können und gegebenenfalls einen zur Phasenanschnittsteuerung verwendeten, mit dem Motor in Reihe liegenden Triac mit Sicherheit zerstören würden.

Ein bevorzugtes Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen zweipoligen Um-oder Ausschalters ist daher die Verwendung bei Motorbremsschaltungen bzw. Sicherheitsschaltungen allgemein, da der erfindungsgemäße Schalter auf jeden Fall einpolig vom Netz trennen kann.

Ferner haben Untersuchungen gezeigt, daß beim Betrieb der Schaltung entsprechend den Fig. 1 und 2 eine Drehzahländerung deshalb auftritt, nämlich der integerierten Schaltung IC, bedingt durch eine mögliche Eigenerwärmung oder durch eine Änderung der Umgebungstemperatur, ändert. Eine hieraus resultierende Drehzahländerung wird entsprechend einem weiteren Merkmal vorliegender Erfindung dadurch ausgeschaltet, daß eine unmittelbare Temperaturkompensation vorgenommen wird, und zwar in der Weise, daß mit dem die integrierte Schaltung IC einschließenden Gehäuse G in direkter wärmeleitender Verbindung ein Schaltelement mit einem Temperaturgang gebracht wird, beispielsweise durch Befestigen des Schaltelements direkt auf dem IC vorzugsweise in Gehäusemitte mittels Klebstoff, Vergußmasse o.dgl. und Ausnutzung des sich an elektrischen Anschlüssen dieses Schaltungselements ergebenden Temperaturgangs durch Verbinden mit äußeren Schaltungslementen und/oder unmittelbar mit Eingangsanschlüssen der integrierten Schaltung IC. Da auf diese Weise die IC-Temperatur unmittelbar auf das Kompensations-Schaltungselement übertragen wird, ist ferner lediglich noch eine solche Auswahl oder Bestimmung des Temperaturgangs dieses Schaltungselements S _T erforderlich, daß die drehzahländemde Temperaturveränderung des IC kompensiert wird.

Ein erstes Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 1 verwendet als Schaltungselement S_T einen NTC-Widerstand, dessen Anschlüsse parallel zu einem Widerstand R6' geschaltet sind, der den Schaltungspunkt P1, an weichen, gegebenenfalls über Widerstände R, R' die Drehzahlsteller-Stufenkontakte angeschaltet sind, mit dem anderen Anschluß des schon erwähnten Kondensators C3 bzw. dem IC-Anschluß pin 13 verbindet. Bei dieser Beschaltung durch einen NTC-Widerstand in wärmeleitender Verbindung mit dem IC-Gehäuse ergab sich bei entsprechend optimierter Auslegung nach dem Anschalten bei Raumtemperatur ein nur sehr geringer Drehzahlanstieg mit schneller nachfolgender Stabilisation und leichtem Drehzahlabfall bei extremer Übertemperatur; bedingt durch den Kurvengang des NTC's; dabei ergab sich ein geringerer Drehzahländerungseinfluß bei der soeben beschriebenen Schaltung, verglichen mit der noch vorhandenen Möglichkeit, den Widerstand mit der noch vorhandenen Möglichkeit, den Widerstand R6' völlig entfallen zu lassen und daher den NTC-Widerstand in Reihe mit dem Widerstand R6 zu - schalten. Bei der weiter vom erwähnten Parallelschaltung zu dem Widerstand R6' entfällt vorzugsweise der Widerstand R6 völlig:

Besonders zufriedenste31ende Ausführungsformen einer Temperaturkompensation ergeben sich, wenn man anstelle des NTC-Widerstandes, wie in Fig. 2 gezeigt, sämtliche anderen Schaltungselemente der Fig. 2 entsprechen der Darstellung der Fig. 1 und brauchen daher nicht weiter erwähnt zu werden, eine Diode D verwendet, deren Durchlaßfähigkeit sich zur Temperatur linear ändert, wodurch es bei der dargestellten Beschaltung gelingt, eine Änderung der Drehzahl zu Beginn des Temperaturanstieges sowie bei extremer Übertemperatur vollständig zu beseitigen. Die ebenfalls in inniger wärmeleitender Beziehung zum Gehäuse des IC angeordnete Diode D liegt bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 in Reihe mit einem Widerstand R7 und am anderen Anschluß des Kondensators C3 (pin 12 des IC).

Ferner ist es möglich, durch entsprechende Wahl von einer oder auch mehreren dann in Reihe geschalteten Dioden bestimmte gewünschte Drehzahlverläufe über der Temperatur zu wählen. Beispielsweise können zwei oder drei in Reihe geschaltete Dioden so ausgelegt werden, daß die Drehzahl bei stetigem Temperaturanstieg leicht steigend bleibt, sich nur unwesentlich ändert oder gegebenenfalls auch etwas langsamer wird. Im Falle einer Küchenmaschine könnte die erstere Möglichkeit (leichter Drehzahlanstieg) deshalb wünschenswert sein, weil nicht auszuschließen ist, daß die von der Schaltung geleistete Laststromkompensation keine vollständige Ausregelung bildet und daher bei steigender Belastung die Drehzahl mehr oder weniger abfällt; steigende Belastung bedeutet aber auch steigende Temperaturen im Bereich der Schaltung, so daß es vorteilhaft ist, wenn infolge der steigenden Temperatur die Drehzahl von Seiten der Temperaturkompensation ebenfalls einen ansteigenden Charakter bekommt, so daß sich hier eine gegenseitige Kompensation oder Einbeziehung der Lastkompensationseigenschaften ergibt.

Da schließlich die verwendete integrierte Schaltung IC eine gewisse Masse und daher auch eine entsprechende Temperaturträgheit darstellt, ist es möglich, mit einem weiteren, in der Zeichnung nicht gezeigten Temperaturfühler, einer Diode oder einem NTC-Widerstand auch die Umgebungstemperatur noch zu erfassen und in die Kompensation mit einzubeziehen.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.