Schalteranordnung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine bekannte Schaltungsanordnung dieser Art (DE-A-2 655 574) dient der Anschaltung eines drehzahlveränderbaren, elektromotorischen Antriebs für Haushaltsgeräte, z. B. Teigrührer u. dgl. Es sind zwei Feldwicklungen in Reihe mit einem Thyristor einer Phasenanschnittsteuerung sowie dem Anker des Elektromotors geschaltet, wobei zur Schnellbremsung über eine Vielzahl von Einzelschaltern bei gleichzeitiger Abschaltung vom Netz eine selbsterregte Kurzschlußleitung aus der Reihenschaltung der Ankerwicklung mit den beiden Feldwicklungen gebildet wird, bei Herausschaltung des Reihenthyristors.

Um diese Umschaltungen vornehmen zu können, sind nicht weniger als fünf Einzelschalter vorgesehen, die dabei betätigt werden müssen, mit allen hierbei auftretenden Problemen, die hauptsächlich darauf zurückzuführen sind, daß bei zeitlich auch nur geringfügig versetzten Umschaltvorgängen die Netzanschaltung noch bestehen konnte, während der eine oder andere Schalter für die Schnellbremsung schon angesprochen hat. Dies kann zu unerwünschten Kurzschlüssen und entsprechend starkem Kontaktabbrand führen.

Die bekannte Schaltungsanordnung verfügt ferner zur abgestuften Drehzahlsteuerung über einen Stufenschalter, der eine den Thyristor steuernde Phasenanschnittschaltung mit unterschiedlichen Widerstandsverhältnissen im Eingangskreis beaufschlagt. Zur Kompensation des Temperaturgangs des Thyristors ist ein temperaturabhängiges Element in dessen Ansteuerkreis thermisch direkt mit dem Thyristor gekoppelt, nämlich beispielsweise an dessen Kühlfahne befestigt.

Wie bei der bekannten Schaltungsanordnung die Schnellbremsung abläuft und welche der nicht angegebenen Schalter zu welchen Zeitpunkten umschalten, ist nicht näher beschrieben. Ersichtlich ist jedenfalls, daß der Drehzahlstellerstufenschalter über keine Motorausschaltposition verfügt und daher der antreibende Elektromotor nur durch Betätigung der anderen vorgesehenen fünf Einzelschalter abgeschaltet werden kann; ob hierdurch gleichzeitig stets die Schnellbremsung durch Herbeiführung einer selbsterregten Kurzschlußleitung zwischen der Ankerwicklung und mindestens einer der Feldwicklungen erfolgt, ist ebenfalls nicht dargetan.

Aus der DE-B-1 515 859 ist eine Schnappschalter-Mehrfachanordnung in einer Tragsäule bekannt, bei der zwei Schnappschalter und zwischen ihnen ein gemeinsamer, elastischer Betätigungshebel gebildet sind.

Um ein möglichst gleichzeitiges Umschnappen der Kontaktarme zu gewährleisten, also gerade keine unterschiedlichen Umschaltvorgänge der beiden Schnappschalter zuzulassen, sind elastische, die jeweiligen Kontaktarme schwenkbar lagernde Schalterhebel vorgesehen, die durch den gemeinsamen Betätigungshebel verschwenkt werden können. Auf diese Weise verlagern sich die Übertotpunkte für an den Kontaktarmen angreifende Vorspannungsfedern, so daß die Umschaltung in die jeweils andere Kontaktposition der beiden Schnappschalter erfolgt.

Allgemein werden Schaltungsanordnungen zur Drehzahlsteuerung von elektrischen Maschinen, insbesondere Handarbeitsmaschinen, Elektrohandwerkzeugen, Tischmaschinen u. dgl. in Verbindung mit Phasenanschnittsteuerungen eingesetzt. Diese verfügen über einen Wechselstromschalter, der üblicherweise ein in beiden Richtungen leitend schaltbarer Triac in Reihe mit dem antreibenden Elektromotor ist, so daß dessen Drehzahl in gewünschter Weise gesteuert oder geregelt werden kann. 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 Drehzahlsteuerungen 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, unterschiedliche Drehzahlen vorzugeben und, durch eine entsprechende Vollwellensteuerung, auch mit Lastkompensation, -auch einzuhalten.

Problematisch kann bei solchen Steuerungen und Schaltungen 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 einer ergänzenden äußeren Beschaltung der integriere Baustein an die jeweiligen Motoren und an die geforderten Funktionsbedingungen angepaßt werden kann. Dabei erfolgt die Drehzahlsteuerung über einen als Potentiometer vorgesehenen Drehzahlsteller, wobei bei den zu dem Schaltkreis U 210 B von der Herstellerin herausgegebenen Applikationsblättern 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 Kollektorlamellen auftreten, die bis zum Verschweißen führen können. Die ständigen Kurzschluß-Schnellbremsungen 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 einen solchen 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-A-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 vorgegebene Umschaltposition erreicht hat, wodurch doppelpolig elektrische Kontaktgaben erfolgen. Die gleichzeitige Umschaltung der beiden Schnappschalter erfordert in diesem Fall das Vorhandensein eines gemeinsamen Schiebeglieds, welches 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. Es sind aber die Kontaktarme in jeweilige Übertotpunktpositionen vorspannende Federn vorhanden.

Bekannt ist ferner bei einem Schnappschalter (DE-A-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 bei 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. Auch hier ist eine Übertotpunktfeder vorhanden.

Der Erfindung liegt 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 Ausschalten bzw. der Drehzahlsteuerung 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 dann, 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 ist von Vorteil daß die Bedienungsperson zuerst am Drehzahlsteller die Aus-Position einstellen kann, wodurch bis zu einem eventuellen nachfolgenden Eingriff in das Gerät, also beispielsweise beim Öffnen, eine gewisse Zeit schon vergeht und ein bestimmter Drehzahlabfall schon erreicht ist, so daß aus diesier abgefallenen Drehzahl heraus eine Kurzschluß-Schnellbremsung beim Geräteöffnen 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 die Erzielung 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 die spezielle Art des Aufbaus auch bewußt zeitliche Vorgaben für die jeweilige Umschaltung getroffen werden können, so daß sich ein so gebildeter Sicherheitsschalter bei elektrischen Maschinen u.dgl. einsetzen läßt, bei denen z.B. beim Offnen, erhöhte Sicherheitsansprüche rücksichtigt werden müssen. In diesem Zusammenhang ist eine bevorzugte Einsatzmölichkeit des zweipoligen Umschalters bei solchen elektrischen Geräten gegeben, bei denen beim Abschalten unmittelbar durch Schnellbremsung der Stillstand des antreibenden Elektromotors herbeizuführen ist. Die Erfindung ermöglicht eine vereinfachte elektrische Umschaltung im Motorbereich bei schneller Bremsung mit sehr geringen Bremsströmen, insbesondere durch eine zeitlich vorgegebene und aufeinander abgestimmte Umschaltbewegung des einen Pols, der dem anderen zeitlich vorläuft.

Da die beiden Übertotpunktfedern für jeden Schaltarm des zweipoligen Sicherheitsschalters an einem gemeinsamen Schalthebel angelenkt 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 Sicherheitsschalter 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 nachfolgenden 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 einschließlich eines den Temperaturgang des IC kompensierenden NTC-Widerstands in einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2

eine dem Schaltbild der Fig. 1 ähnliches Ausführungsform mit einer Diode als den Temperaturgang des IC erfassendes und kompensierendes Schaltungselement,

Fig. 3

eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines zweipoligen Sicherheitsschalters;

Fig. 4

eine Seitenansicht des Sicherheitsschalters, 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 Schaltbildern bekannte Möglichkeiten zur Bremsung von Elektromotoren, mit zugeordnetem Bremsstrom verlauf über der Zeit in Form eines Diagramms zum Vergleich, während die

Fig. 6 und 7

Ausführungsbeispiele der Erfindung in Anwendung des erfindungsgemäßen doppelpoligen Sicherheitsschalters 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 doppelpolig umschaltenden Sicherheitsschalters S, bestehend aus den beiden Teilumschaltern 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 Teilumschalter 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 Schnellstoppschaltung für den Motor, bei welcher die Sofortbremsung des Motors durch Umpolung des Motorankers und Kurzschluß der Felder über die Teilumschalter S1 und S2 durchgeführt wird, setzt im übrigen voraus - und hierbei ist der Teilumschalter S1 gleichzeitig als Netzhauptschalter eingesetzt -, daß, wie entsprechend einem Merkmal vorliegender Erfindung realisiert, der Teilumschalter S2 beim Einschalten des Geräts zeitlich zuerst, also vorlaufend zur Umschaltung des Teilumschalters S1 schaltet. Beim Ausschalten bzw. Umschalten auf Bremsung (in die dargestellte Schalterposition) muß dann beim dynamischen Schaltungsablauf der Teilumschalter S1 zuerst also zeitlich vorlaufend umschalten und anschließend der Teilumschalter S2. Hierdurch ist sichergestellt, daß der Anker A des Motors bei Schnellbremsung nicht überbrückt wird und der Strom durch die beiden Feldwicklungen F1, F2 dann den Triac Tc zerstört. Ähnliches würde beim Einschalten geschehen, wenn der Teilumschalter S1 dem Teilumschalter 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 Spannungsanschluß (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 Motorstrom 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 Ausregelung 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 nicht 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 Teilumschalter 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 automatisch 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 davor oder danach kann das Gerät aber auch geöffnet werden, wodurch bei entsprechender Betätigung der beiden Teilumschalter S1, S2 sowohl die (einseitige) Netztrennung als auch die Kurzschluß-Schnellbremsung des Motors realisiert werden. Diese Schnellbremsung kann daher, da die Geräteöffnung vollkommen 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 doppelt umschaltenden Netz-Kurzschlußbrems-Sicherheitsschalters 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 vorn 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 vorläuft.

Entsprechend Fig. 3 ist in vorteilhafter Ausgestaltung das Träger- und Lagermaterial für den dargestellten doppelpoligen Sicherheitsschalters S, also mit anderen Worten sein Gehäuse, eine Trägerplatte 20, die eine Printplatte, Leiterplatte o.dgl. sein kann, 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 Sicherheitsschalters S, der auch als Ein/Ausschalter wirkt dargestellt; dieser besteht aus dem ersten Teilumschalter S1 und dem zweiten Teilumschalter S2, die einander gegenüberliegend so angeordnet sind, daß die beiden Vorspannungs- und gleichzeitig Übertotpunktfedern 15, 16 zur beidseitigen Schaltarmbetätigung am gleichen, gemeinsamen, einer äußeren Schaltbewegung zugänglichen Betätigunselement 9 oder wie dieses im folgenden lediglich noch bezeichnet wird, Schalthebel 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 welche 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 jeweils andere Schaltposition um. Die beiden Vorspannungsfedern 15, 16 sind dabei im Abstand zum Schwenkpunkt der Schaltarme 17, 18 in diese eingehängt und mit ihren anderen Enden in beidseitige Aufnahmeöffnungen 21a, 21b am Schalthebel, genauer an einem im wesentlichen rechtwinklig abzweigenden Fortsatz 9a desselben eingehängt.

Der Schalthebel 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 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 seinem vorzugsweise einstückigen Fortsatz 9a zwischen die beiden Teilumschalter S1, S2, so daß die Vorspannungsfedern 15, 16, wie erwähnt, an diesem Vorsprung eingehängt werden können.

Zur Sicherung der in Fig. 3 dargestellten Schaltposition weist der Schalthebel selbst eine eigene Vorspannungsfeder 12 auf, die sich bei 23 am Halteteil 5 des einen Teilumschalters S2 abstützt, welches gleichzeitig auch den Schaltarm 17 lagert. Gegenüberliegend umfaßt die Feder 12 einen Sicherungszapfen 11 am Schalthebel. 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 dadurch, daß an ihm zwei federnde Rastglieder 13 und 14 angeordnet sind, die mit Nasen 13a, 14a die Leiterplatte auf der anderen Seite hintergreifen; diese Rastglieder werden mit ihren Nasen 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, wodurch sind eine Verriegelung und Abstützung des Schalthebels gegen ein Abheben ergibt.

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 Läuft so ab, daß der Schalthebel, genauer sein Fortsatz 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 Teilumschalter 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 Vorspannungsfedern bei einer Betätigung des Schalthebels im Gegenuhrzeigersinn (in der Zeichenebene von rechts nach links) der Schaltarm 17 zeitlich eher in seine andere Schaltposition umschnappt und dann erst zeitlich verzögert, wie Fig. 4a zeigt, der Schaltarm 18 wegen des größeren zurückzulegenden Kreisbogens die Umschaltbewegung durchführt.

Umgekehrt, also in der Rückwärtsrichtung arbeitet der zweipolig umschaltende Sicherheitsschalter 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 Handhabungssicherheit 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.dgl., 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 Feldwicklungen.

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 Feldwicklungen 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 einen einfachen Ein/Ausschalter benötigt, wobei jedoch elektrisch die Ankerwicklung nicht zwischen den beiden Feldwicklungen 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 zu den Schaltungen der Fig. 6 und 7 zeigen.

Benötigt wird hierzu lediglich ein zweipolig umschaltender Sicherheitsschalter wie weiter vorn angegeben, wobei bei der Schaltung der Fig. 6 - Bremsung mit einer Feldwicklung F1 und lediglich einseitiger Netztrennung - die maximal auftretende Bremsstromspitze auf etwa die Hälfte reduziert ist, verglichen mit dem Bremsstromverlauf 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 Schaltungen 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 Schaltungsbeispielen 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. 5c 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.

Ein bevorzugtes Einsatzgebiet des zweipolig umschaltenden Sicherheitsschalters S ist somit die Verwendung bei Motorbremsschaltungen bzw. Sicherheitsschaltungen allgemein, da auf jeden Fall einpolig vom Netz getrennt wird.

Ferner haben Untersuchungen gezeigt, daß beim Betrieb der Schaltung entsprechend den Fig. 1 und 2 eine Drehzahländerung auftritt, bedingt durch eine mögliche Eigenwärmung der integrierten Schaltung IC oder durch eine Änderung der Umgebungstemperatur. Eine hierauf zurückzuführende Drehzahländerung läßt sich dadurch auschalten, daß eine unmittelbare Temperaturkompensation vorgenommen wird. Hierzu wird ein Schaltungselement mit vorgegebenem Temperature, mit dem die integrierte Schaltung IC einschließenden Gehäuse G in direkte wärmeleitende Verbindung gebracht, beispielsweise durch Befestigen des Schaltungselements direkt auf dem IC-Gehäuse Vorzugsweise in Gehäusemitte,mittels Klebstoff, Vergußmasse o.dgl. Die elektrischen Anschlüssen dieses Schaltungselements werden mit anderen Schaltungselementen und/oder unmittelbar mit den Eingangsanschlüssen der integrierten Schaltung IC verbunden. Da auf diese Weise die IC-Temperatur unmittelbar auf dieses Kompensations-Schaltungselement übertragen wird, ist ferner lediglich noch eine solche Auswahl oder Bestimmung des Temperaturgangs dieses Schaltungselements S_P erforderlich, daß die drehzahländernde Temperaturveränderung des IC kompensiert wird.

Ein erstes Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 1 verwendet als Schaltungselement S_P einen NTC-Widerstand, dessen Anschlüsse einem Widerstand R6' parallel-geschaltet sind, der den Schaltungspunkt P1, an welchen, 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. Eventuell kann dabei der Widerstand R6' auch völlig entfallen. 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.

Besonders zufriedenstellende 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 warmeleitender 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.