CIRCUIT FOR REVERSING THE ROTATION SENSE OF A D.C. MOTOR

Abstract: 1. A circuit arrangement for reversing the direction of rotation of a d.c. motor, in particular a d.c. miniature motor for operating dentistry tools, characterized in that a high frequency alternating voltage (UG ) is superimposed onto the motor voltage from a pulse generator (7), a blocking element (choke 13) isolates the superimposed voltage from the motor supply (voltage source 2) and a switching element (switch 10) connects a capacitor (9) in parallel with the d.c. motor (1) when it is operated, whereby a voltage jump (Figure 2b) is produced in the control line of the pulse generator (7), and a switching stage (5) is provided which converts the voltage jump into a switching pulse to reverse the polarity of the motor terminals via a relay (4).

Description: Schaltungsanordnung zur Drehrichtungsumkehr eines Cleichstrommotors Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Drehrichtungsumkehr eines Gleichstrommotors, insbesondere eines Gleichstromkleinstmotors für den Antrieb zahnärztlicher Werkzeuge. Insbesondere in der Dentaltechnik, wo man zum Antrieb von Bohr- oder Schleifwerkzeugen kleine, in einem Handgriff angeordnete Gleichstrommotoren verwendet, ist es störend, die Drehrichtung des Antriebsmotors extern des Handgriffes am Motorversorgungsteil umschalten zu müssen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Drehrichtungsumkehr eines Gleichstrommotors anzugeben, die eine Drehrichtungsumkehr am Motor selbst ohne Leistungsverlust und ohne zusätzliche Schaltleitungen zwischen Motor und Versorgung ermöglicht. Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, dass der Motorspannung mittels eines Impulsgenerators eine hochfrequente Wechselspannung überlagert ist, dass in den Stromkreis des Motors einerseits ein die überlagerte Spannung gegen die Motorversorgung abblockendes Sperrglied und andererseits ein Schaltelement eingeschaltet ist, welches Schaltelement bei Betätigung dem Motor einen Kondensator parallelschaltet,wodurch in der Steuerleitung des Impulsgenerators ein Spannungssprung erzeugt wird, und dass eine den Spannungssprung in einen Schaltimpuls umsetzende Schaltstufe vorhanden ist, welche über ein Relais die Motorklemmen umpolt. Ein wesentlicher Vorzug der erfindungsgemässen & hal- tungsänordnung ist, dass die ohnehin vorhandene Versorgungsleitung als Informationsträger für die Drehrichtungsumkehr benutzt wird, so dass keine zusätzlichen Steuerleitungen, Anschlussklemmen u.dgl., die die Gehäuseabmessungen bzw. die Querschnitte für die Versorgungsleitung vergrössern würden, erforderlich sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Ein besonderer Vorzug ergibt sich bei Anwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 in der Dentaltechnik für die eingangs erwähnten Handstückmotoren, da bei solchen Motoren die Induktivität sehr niedrig ist. Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung für einen Gleichstromkleinstmotor 1, dem über eine Spannungsquelle 2 Gleichspannung zugeführt wird. Die Umschaltung der Drehrichtung erfolgt über Umschaltkontakte 3 eines Relais 4, das von einer Schaltstufe 5 aus gesteuert wird. Die Zuführung der Versorgungsspannung erfolgt über die Versorgungsleitung 6. Der Gleichspannung aus der Spannungsquelle 2 wird eine Rechteckspannung sehr hoher Frequenz (ca. 1 MHz) überlagert, die von einem Impulsgenerator 7 erzeugt wird. In den Steuerkreis des Impulsgenerators 7 ist ein ohmscher Widerstand 8 von etwa 100 Ohm angeordnet, der zusammen mit einem parallel zum Motor 1 liegenden Kondensator 9 ein RC-Glied bildet. Der Kondensator 9 wird mittels eines Schalters oder Tasters 10 parallel zu den Motorklemmen geschaltet. Parallel zum ohmschen Widerstand 8 liegt ein die hohen Frequenzen unterdrückender Glättungskondensator 11 sowie eine Gleichrichterstufe 12. Mit 13 sind Drosseln bezeichnet, die die Aufgabe haben, die überlagerten Rechteckspannungen gegen die Versorgungsquelle 2 abzublocken. Die weiteren, im Steuerkreis des Impulsgenerators 7 liegenden Kondensatoren 14 und 15 dienen zum Ein- und Auskoppeln des Rechtecksignals auf die Versorgungsleitung 6 und stellen für die gewählte Frequenz einen Kurzschluss dar. Der Impulsgenerator 7 liefert eine periodische Rechteckfrequenz, die der Leitung 6 der Versorgungsspannung überlagert ist. Die Frequenz des überlagerten Rechtecksignals ist so gross gewählt, dass sich die parasitären Motorkapazitäten (gegeben durch die Motorwicklungen) ausnutzen lassen. Im Ersatzschaltbild gemäss Fig.1a ist diese Wicklungskapazität mit 16 und die an sich bei einem Mikromotor sehr kleine Induktivität mit 17 bezeichnet. Die Fig. 2a und 2b zeigen die Differenzierimpulse, wie sie vor und nach der Gleichrichterstufe 12 erhalten werden , wobei die Figs 2a den Spannungsverlauf bei URL und die Fig. 2b den Spannungsverlauf bei UGL wiedergeben. Der gestrichelt eingezeichnete Spannungsverlauf entspricht dabei den Impulsen bei gedrücktem Schalter 10 und der durchgehend eingezeichnete dem geöffneten Schalter 10. Aus der Darstellung gemäss Fig. 2b ist ersichtlich, dass bei geschlossenem -Schal- ter 10 ein sehr hoher Spannungssprung vorhanden ist, der in der Schaltstufe 12 durch einen dort eingeschalteten, in der Darstellung nicht eingezeichneten Transistor ein Ansprechen des Relais 4 bewirkt. Der ohmsche Widerstand 8 bildet mit den Kapazitäten 9 und 16 ein RC-Glied. Je nachdem, ob der Schalter 10 offen oder geschlossen ist, wirkt nur die Wicklungs-. kapazität 16 alleine oder die Kapazität des-Kondensa- tors 9 plus Motorkapazität 16 als kapazitiver Teil des RC-Oliedes. Nachdem die Motorkapazität 16 ohnehin sehr klein ist, macht sich diese aber in der Addition kaum bemerkbar. Bei geöffnetem Schalter 20 wirkt die Motorkapazität 16 in Verbindung mit dem ohmschen Widerstand 8 als Differenzierglied. Der ohmsche Widerstand 8 ist nun ,so-gewBhlt, dass die Zeitkonstante ( = R . Ci6) sehr viel kleiner ist als die Periodendauer (T) des Rechtecksignals, welches vom Impulsgenerator gemäss Fig. 2 erzeugt wird. Bei geschlossenem Schalter 10 liegt die Motorkapazität 16 der Kapazität des Kondensators 9 parallel. Nachdem die Motorkapazität 16 relativ klein ist im Vergleich zur Kapazität des Kondensators 9, ist die MotorkapPzi- tät praktisch vernachlässigbar. Die Kapazität des Kondensators 9 ist nun so gewählt, dass die sich zusammen mit dem Widerstand 8 ergebende Zeitkonstante ('2 = R . c9) \ sehr viel grösser ist als die Periodendauer (T) des Rechtecksignals. Wie aus der Fig. 2b ersichtlich ist, erhält man gegenüber der Spannung bei geöffnetem Schalter 10 einen wesentlich grösseren Gleichspannungsanteil. Diese beiden Informationen werden in der Schaltstufe 5 ausgewertet. Dies kann im einfachsten Falle durch einen Transistor erfolgen, der bei SchlieBen des Schalters 10 und dem sich hieraus ergebenden Spannungssprung gemäss Fig. 2b ein Ansprechen des Relais 4 bewirkt, wodurch schliesslich die Drehrichtung über die Kontakte 3 des Motors umgeschaltet wird. Bei Anwendung der Schaltungsanordnung bei einem Mikromotor für den Antrieb von zahnärztlichen Werkzeugen ist der Schalter 10 und der Kondensator 9, der an sich baulich sehr klein ist, im bzw. am Motorgehäuse angeordnet. Die übrigen Bauteile können separat in einem externen Gehäuse untergebracht sein. Anstelle des Schalters 10 kann auch ein Taster vorgesehen werden. Zur Auswertung der sich dabei ergebenden Schaltimpulse ist in der Schaltstufe 5 dann ein Flip Flop vorzusehen. Mit einer zusätzlichen logischen Verknüpfung der Drehrichtungsumkehr mit der Versorgungsspannung des Motors kann schliesslich auch ein Umschalten der Pole während des Laufes verhindert werden.

Claims: Patentansrüche 1. Schaltungsanordnung zur Drehrichtungsumkehr eines Gleichstrommotors, insbesondere eines Gleichstromkleinstmotors für den Antrieb zahnärztlicher Werkzeuge, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Motorspannung (UM) mittels eines Impulsgenerators (7) eine hochfrequente Wechselspannung (UG) überlagert ist, dass in den Stromkreis des Motors (i) einerseits ein die überlagerte Spannung gegen die Motorversorgung (2) abblockendes Sperrglied (13) und andererseits ein Schaltelement (10) eingeschaltet ist, welches Schaltelement bei Betätigung dem Motor (1) einen Kondensator (9) paralleischaltet, wodurch in der Steuerleitung des Impulsgenerators (7) ein Spannungssprung (Fig. 2b) erzeugt wird, und dass eine den Spannungssprung in einen Schaltimpuls umsetzende Schaltstufe (5) vorhanden ist, welche über ein Relais (4) die Motorklemmen umpolt. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Impulsgenerator (7) Rechteckspannungen relativ hoher Frequenz erzeugt, dass ein RC-Glied mit einem ohmschen (g) und einem kapazitiven Teil (c9, C16) vorhanden ist, dass der kapazitive Teil einerseits die Motorkapazität (C16) und andererseits der durch das Schaltelement (10) einschaltbare Kondensator (9) ist und dass der ohmsche der kapazitive Teil so gewählt sind, dass bei Einschluss der Motorkapazität (16) die Zeitkonstante tw sehr viel kleiner und bei Einschluss der Kapazität (Cg) des Kondensators (9) die Zeitkonstante r sehr viel grösser ist als die Periodendauer (T) der Rechtecksignale. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem ohmschen Widerstand (8) ein Glättungskondensator (11) parallel und diesem eine Gleichrichterstufe (12) nachgeschaltet ist. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie für einen zahnärztlichen Handstückmotor vorgesehen ist, wobei das Schaltelement (10) in Form eines Schalters mit definierter Arbeitsstellung oder in Form eines Tasters und der dem Motor (1) parallel geschaltete Kondensator (9) am Handstückmotor angeordnet sind.

Inventors: KISSEL, HEINZ, PABST, JOSEF
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1979
Main classification: H02J13
IPC codes: H02P7, A61C1, H02J13