Vorrichtung für das Schalten eines Elektromotors,insbesondere zum Abbremsen eines Elektrowerkzeuges

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für das Schalten eines Elektromotors, insbesondere für das Abbremsen eines Elektrowerkzeuges, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie bereits aus der EP-A- 0 197 436 bekannt.

Bezweckt wird mit der Erfindung die Schaffung eines sogenannten Bremsschalters für elektromotorisch betriebene Werkzeuge, wobei der Einsatz einer passenden Kontaktanordnung, insbesondere für Schalter mit Gehäuseabmessungen nach Europanorm berücksichtigt werden soll.

Für das elektrische Abbremsen eines Elektromotors benötigt man zwei Wechselschalter. Die Wechselschalter dienen dazu, das Stromnetz bzw. die Stromversorgung an- und abzuschalten, eine Feld- oder Ankerwicklung des Elektromotors umzupolen und einen elektrischen Bremskreis zu- oder abzuschalten. Bei dem Ausschalten, insbesondere bei einem schnellen Ausschalten, kommt es in nachteiliger Weise bisher dazu, daß zwischen den beiden für die Herstellung der Stromversorgung vorgesehenen stationären Kontakten in unerwünschter Weise ein Lichtbogen entsteht, der aus den Kontaktabreißfunken und dem Umschalten der Induktivitäten resultiert. Dieser Lichtbogen schließt die Feldwicklung des Motors kurz, und der Strom, der nun nur noch durch die Ankerwicklung begrenzt wird, steigt so stark an, daß eine Vorsicherung anspricht. Kritisch und deshalb verbesserungsbedürftig ist weiterhin, daß beim Wiedereinschalten während des Bremsvorgangs zwischen den Kontakten für die Stromversorgung wiederum ein Lichtbogen mit den zuvor genannten Folgen entsteht.

Für die Vornahme der elektrischen Abbremsung gibt es bisher Schalter, die entweder zwei Kontaktbrücken mit Doppelunterbrechung oder zwei Kippkontakte aufweisen. Bei diesen ist funktionsbedingt der Kontaktabstand zu gering, so daß es zu Überschlägen und zusätzlich zu Kontaktverschweißungen kommt. Die Bildung von Überschlägen wird zudem durch ein zu schnelles Umschalten gefördert.

Mit der Erfindung soll eine Vorrichtung für das Schalten einer elektrischen Abbremsung eines Elektromotors, insbesondere für Elektrowerkzeuge, mit stabilen Schaltstellungen geschaffen werden, bei der durch konstruktive Maßnahmen die Gefahr des Entstehens von Überschlägen, Lichtbögen sowie einer Kontaktverschweißung deutlich verringert ist.

Erfindungsgemäß wird dies durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale erreicht. Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind den nachgeordneten Patentansprüchen zu entnehmen.

Bei der Vorrichtung sind die EIN- und AUS-Kontakte im Hinblick auf eine "lichtbogensichere Entfernung" soweit voneinander beabstandet, daß das Entstehen von Lichtbögen und deren negative Auswirkungen beim Schalten vermindert ist. Außerdem wird eine vergrößerte Umschaltzeit aufgrund des vergrößerten Kontaktabschnittes erreicht. Dabei trägt zur Vermeidung einer Kontaktverschweißung bei, daß wenigstens ein beweglicher Kontakt beim Umschalten nach einer Kontaktreibungsbewegungsphase von dem entsprechenden stationären Kontakt, an dem er zuvor anlag, gegen die Wirkung einer Andruckfeder mittels der Führungseinrichtung abhebbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung ist das Betätigungsorgan an beide beweglichen Kontakte angelenkt. Gemäß einer ersten Alternative ist dabei das Betätigungsorgan mit jedem beweglichen Kontakt über eine Feder verbunden, wobei die Anordnung vorzugsweise so getroffen ist, daß das Betätigungsorgan an einem Kipphebel angelenkt ist, der mit jedem beweglichen Kontakt über eine Zugfeder verbunden ist. Dabei gewährleisten die Federn in günstiger Weise einerseits einen guten Kontaktdruck und schalten andererseits die beweglichen Kontakte, wenn das Betätigungsorgan wirksam wird.

Alternativ ist für jeden beweglichen Kontakt eine Andruckfeder vorgesehen.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist jede Führungseinrichtung in konstruktiv einfacher Weise eine Gleitführung für den beweglichen Kontakt auf, welche bevorzugt jeweils von einer Anlaufschräge zur Erzeugung einer gewissen Moment schaltfunktion begrenzt sein kann. Die vorgesehene Gleitführung, welche vorzugsweise als Gleitrippe ausgebildet ist, sorgt vorteilhaft einerseits dafür, daß der bewegliche Kontakt auf den jeweiligen stationären Kontakt einwandfrei aufsetzen kann und noch eine bestimmte Strecke zur Kontaktreibung zur Verfügung steht. Andererseits kann in günstiger Weise durch die Anlaufschräge beim Umschalten ein Druckpunkt erzeugt werden, der es weitgehend ermöglicht, die kritische Phase der Kontaktöffnung oder -schließung schnell zu überschreiten.

Der bewegliche Kontakt ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung an einem Schwenkhebel, bevorzugt seitlich an diesen, vorgesehen, der mit Spiel gelagert ist, wobei diese Lagerung vorzugsweise drehverschiebbar gestaltet und vorzugsweise dadurch gebildet ist, daß der Schwenkhebel in ein Langloch mit seitlichem Spiel drehbar gelagert ist. Hierdurch läßt sich die Schaltkinematik außerordentlich einfach und mit wenigen Teilen sicher und zuverlässig ausbilden.

Der Schwenkhebel besitzt nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein Kunststoffteil mit einer Gleitrippe für die Gleitführung, wobei wenigstens eine Führungseinrichtung vorzugsweise an einer Seite eines Gehäuses für den Wechselschalter gebildet ist.

Alternativ ist bei der Ausgestaltung mit einem Kipphebel vorgesehen, daß an dem Kipphebel wenigstens eine Gleitführung für den beweglichen Kontakt gebildet ist.

Eine räumliche und funktionell günstige Konzeption ergibt sich insbesondere dann, wenn die beiden Wechselschalter in einem einzigen Gehäuse in separaten Kammern symmetrisch angeordnet sind, wenn das Befestigungsorgan aus einem Schaltschieber besteht, der die beweglichen Kontakte verschwenkt, wenn sich die Andruckfeder bzw. die Zugfeder jedes beweglichen Kontaktes an dem Schalthebel bzw. dem Kipphebel abstützt, und wenn der Schaltschieber in dem Gehäuse im Bereich einer Wand gelagert ist, die die beiden Gehäusekammern mit den Wechselschaltern trennt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind dem anschließenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1

eine teilschematisierte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Stellung, in der die elektrische Stromversorgung für einen Elektromotor ausgeschaltet ist;

Fig. 2

eine Darstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer Mittelstellung des beweglichen Kontaktes;

Fig. 3

einen Schnitt entlang der Schnittlinie III-III in Fig. 2;

Fig. 4

eine teilschematisierte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Stellung, in der die elektrische Stromversorgung für einen Elektromotor ausgeschaltet ist;

Fig. 5

eine Darstellung der Vorrichtung von Fig. 4 in einer mittleren Stellung des Kipphebels;

Fig. 6

eine Darstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 4 in einer Stellung, in der die elektrische Stromversorgung für einen Elektromotor eingeschaltet ist; und

Fig. 7

einen Schnitt entlang der Schnittlinie VII-VII in Fig. 6, wobei der bewegliche Kontakt und der Kipphebel in ihrer Mittelstellung dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt in einer Prinzipdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Gehäuse 10, bei dem, wie aus Fig. 3 ersichtlich, die vordere deckelartige Gehäusewand 11 weggelassen ist, um in eine vordere Gehäusekammer 12 zu sehen. Das Gehäuse 10 besteht, wie auch in diesem Zusammenhang mit Fig. 3 ersichtlich, aus zwei geschlossenen Gehäusekammern 12 und 13.

Die Gehäusekammern 12 und 13 besitzen gemäß Fig. 1 eine rechte gemeinsame Seitenwand 14, eine linke gemeinsame Seitenwand 15, eine gemeinsame untere Wand 16 sowie eine gemeinsame obere Wand 17. Die Wände 14 bis 17 sind einstückig mit einer Trennwand 18 gebildet und bestehen aus einem isolierenden Kunststoff.

In der vorderen Gehäusekammer 12 ist ein Wechselschalter 19 untergebracht, in der hinteren Gehäusekammer 13 befindet sich ein Wechselschalter 20 zum Abschalten der Stromversorgung für den Elektromotor. Die Wechselschalter 19 und 20 dienen zum An- und Abschalten der Stromversorgung, zum Umpolen einer Feld- oder Ankerwicklung des Elektromotors und zum Zu- oder Abschalten eines elektrischen Bremskreises und sind symmetrisch bezüglich der Trennwand 18 aufgebaut. Sie werden gemeinsam durch einen Schaltschieber 21 betätigt, der die obere Wand 17 durchsetzt und in der Trennwand 18 geführt ist. Der Schalthebel 21 besitzt im Bereich seines unteren Endes eine zu beiden Seiten rechtwinklig vorstehende Anordnung aus Zapfen 22 und 23, die jeweils von einer Andruckfeder 24 bzw. 25 umgeben sind, welche sich von dem Schaltschieber 21 abstützt, wobei die Andruckfeder 24 einen Schwenkhebel 26 des Wechselschalters 20 und die Andruckfeder 25 einen Schwenkhebel 27 des Wechselschalters 19 beaufschlagt.

Zu dem Wechselschalter 19 gehören, wie am besten in Zusammenhang mit Fig. 2 ersichtlich, ein stationärer AUS-Kontakt 28, der über einen Leiter 29 durch die Seitenwand 14 zu der Außenseite des Gehäuses 10 geführt ist. Im Bereich der Bodenwand 16 befindet sich ein stationärer EIN-Kontakt 30, der mit einem elektrischen Leiter 31 verbunden ist, welcher ebenfalls durch die Seitenwand 14 aus dem Gehäuse 10 herausgeführt ist. An dem freien Ende des Schwenkhebels 27 befindet sich ein seitlicher Kontakt 32, der durch Bewegen des Schwenkhebels 27 entweder mit dem AUS-Kontakt 28 oder mit dem EIN-Kontakt 30 zur Anlage gebracht werden kann. Der Schwenkhebel 27 ist über ein spielbehaftetes Drehgelenk 42 in einem Langloch 33 eines Anschlußblechs 34 derart gelagert, daß der bewegbare Kontakt 32 auch senkrecht zur Schwenkebene des Schwenkhebels 27 für eine Kontaktabhebe- und eine Kontaktaufwärtsbewegung bewegbar ist. Demgemäß ist auch der Lagerzapfen 23 mit Spiel in einer größeren Bohrung 35 des Schwenkhebels 27 angeordnet. Der Anschluß 34 ist über eine elektrische Leitung durch die Wand 15 zur Außenseite des Gehäuses 10 geführt.

An dem Schwenkhebel 27 ist in einem Bereich zwischen der Bohrung 35 und dem endseitigen Kontakt 32 ein Kunststoffteil 37 befestigt, an dem senkrecht eine zur Vorderwand 11 weisende Gleitrippe 38 angeformt ist, welche in der in Fig. 2 gezeigten Stellung auf einer bogenförmigen Gleitrippe 40 unter Wirkung der Andruckfeder 25 ruht. Die Gleitrippe 40 ist bogenförmig ausgebildet. In den Fig. 1 und 2 sind nur gestrichelt zu der Gleitrippe 40 gehörende Anlaufschrägen 39 und 41 gezeigt, auf denen die in Gleitrippe 38 von dem Niveau der Gleitrippe 40 beim Verschwenken des Schwenkhebels 27 zur Anlage des bewegbaren Kontaktes 32 mit dem stationären Kontakt 28 bzw. 30 geführt wird. Die Schrägen 39 bzw. 41 können rampenähnlich unter 45° oder als Übergangskurvenprofil ausgebildet sein.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung für das Schalten einer elektrischen Abbremsung eines Elektromotors erfolgt in einfacher Weise aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung, indem der Schaltschieber 21 in der in Fig. 1 gezeigten Pfeilrichtung in das Gehäuse 10 eingeschoben wird. Dabei erfolgt zunächst über einen bestimmten Schwenkbereich noch eine seitlich verschiebende Kontaktreibung zwischen den Kontakten 32 und 28, bis die Gleitrippe 38 die Anlaufschräge 39 erreicht. Bei einer Schaltbewegung wird der bewegbare Kontakt 32 schnell auf die Gleitrippe 40 angehoben und damit eine sichere Kontakttrennung erreicht. Bei dem weiteren Verschwenken des Schwenkhebels 27 erreicht die Gleitrippe 38 die Anlaufschräge 41, und der bewegbare Kontakt 32 gelangt in gleitende Anlage an dem stationären Kontakt 30, bis die Endposition erreicht ist, die in Fig. 1 gestrichelt ist.

Der Wechselschalter 20 ist zwar symmetrisch zu dem Wechselschalter 19 aufgebaut, besitzt jedoch aus funktionellen Gründen eine entgegensetzte Kontaktbelegung insoweit, als dort die stationären Kontakte funktionsgemäß vertauscht sind.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können somit vorteilhaft große Kontaktöffnungen, reibende Kontakte, ein einfach herstellbarer Aufbau mit einfachen Teilen sowie eine leichte Montage realisiert werden.

In den Fig. 4 bis 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Gehäuse 10' und einem modifizierten Schaltschieber 21' mit integriertem Knopf und Druckfeder. Soweit dieses zweite Ausführungsbeispiel identische oder ähnliche Teile aufweist, wurden zur Vereinfachung dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, jedoch mit Apostroph, verwendet. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend nur Unterschiede des zweiten Ausführungsbeispiels gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert, wobei entsprechende Modifizierungen von Bauteilen ein Bezugszeichen mit Apostroph tragen.

Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daß die Wechselschalter 19' und 20' stets eine stabile EIN- oder AUS-Stellung einnehmen, während bei den Wechselschaltern 19 und 20 des ersten Ausführungsbeispiels auch Zwischenstellungen des beweglichen Kontaktes 32 nebst des zugehörigen Schwenkhebels 27 möglich sind.

Der Schaltschieber 21', der zur Erzielung einer Rückstellfunktion an seinem oberen Ende einen Betätigungsknopf 50 besitzt, welcher sich über eine Druckfeder 51 an dem Gehäuse 10' abstützt, ist, wie im Zusammenhang mit Fig. 7 zu entnehmen ist, im Bereich der Trennwand 18' des Gehäuses 10' geführt. Er besitzt eine nutförmige Ausnehmung 52 für die schwenkbare Lagerung eines Zapfens 53, der seitlich an einem Kipphebel 54 angeformt oder befestigt ist. Der Kipphebel 54 ist bei 55 (siehe auch Fig. 7) schwenkbar an der Trennwand 18' über einen seitlichen Zapfen 56 gelagert und zwischen der in Fig. 4 und der Fig. 6 gezeigten Stellung verschwenkbar, wobei seine Lage gemäß Fig. 4 der AUS-Stellung und seine Lage gemäß Fig. 6 der EIN-Stellung der Wechselschalter 19' und 20' zugeordnet ist.

Der Kipphebel 54 besitzt ein vorderes Ende 57, das seitlich an einem Abschnitt der Trennwand 18' geführt anliegt. Die Trennwand 18' ist im Schwenkbereich des Kipphebels 54 offen. Im Bereich des vorderen Endes 57 des Kipphebels 54 sind an beiden Seiten Einhängezapfen 58 und 59 für eine Zugfeder 60 bzw. 61 angeformt, die sich von dort schräg unter einem Winkel von etwa 15° in Richtung auf die beweglichen Kontakte 32' nach außen erstrecken. Die Zugfedern 60 und 61 sind mit ihrem anderen Ende an einem Kunststoffteil 62 bzw. 63 eingehängt, die jeweils an dem Schwenkhebel 27' für den beweglichen Kontakt 32' befestigt sind. Durch die Federn 60 und 61 wird einerseits aufgrund ihrer Wirkungslinie und ihrer Vorspannung ein gewünschter sicherer Kontaktdruck in den Schaltstellungen erreicht. Andererseits dienen sie dazu, die beweglichen Kontakte 32' zu schalten. Dies erfolgt in der Weise, daß beim Eindrükken des Schaltschiebers 21' der bewegliche Kontakt 32' zunächst solange in seiner jeweiligen Schaltstellung bleibt, bis die Zugfedern 60, 61 aufgrund der Verschwenkung des Kipphebels 54 weiter gedehnt und in ihrer Wirkungsrichtung über die zum Schwenkgelenk 42' gerichtete Schaltstellung (Totlage) hinaus verschwenkt sind. Hierdurch wird ein genügend großes Drehmoment erzeugt, welches die Kontaktreibung überwindet und dazu führt, daß der bewegliche Kontakt 32' sofort in die zweite stabile Stellung springt. Für den Fall, daß durch Verschweißen oder Verkleben der Kontakte, die vorgesehene Federkraft nicht ausreicht, sind an dem Schaltschieber 21' zwei einander gegenüberliegende Kontaktaufreißrippen 66 vorgesehen, die jeweils an der AUS- bzw. EIN-Schaltstellung von dem Schwenkhebel 27' des beweglichen Kontaktes 22' beabstandet sind und erst, wie in Fig. 5 gezeigt, im Bereich der Mittelstellung des Kipphebels 54 an die Schwenkhebel 27' zum Aufreißen der Kontakte angreifen.

Das als Federhalte- und Bewegungsführungsteil ausgebildete Kunststoffteil 62 besitzt einen angeformten Zapfen 67, der während des Umschaltvorgangs über eine Gleitrippe 40' geführt wird, der am Kipphebel 54 gebildet ist. Die Gleitrippe 40' besitzt ebenso wie die Gleitrippe 40 des ersten Ausführungsbeispiels Anlaufschrägen 41' und 39'. Zu ihrer Wirkungsweise wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.

Das als Federhalte- und Bewegungsführungsteil ausgebildete Kunststoffteil 63 besitzt einen nach innen weisenden Zapfen 68, der bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 auf einem Wandabschnitt 69 gleitend geführt ist. Der Wandabschnitt 69 dient gleichzeitig zur Führung des Schaltschiebers 21'. Alternativ kann auch hier an der Wand 69 eine Gleitrippe 40' für den Zapfen 68 vorgesehen sein, um für beide Schwenkhebel 27' nebst den beweglichen Kontakten 32' einen zur Trennwand 18 spiegelsymmetrischen Bewegungsablauf beim Umschalten vorzusehen.