Steuerschaltung für den Gebläsemotor eines Staubsaugers

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für den Gebläsemotor eines Staubsaugers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Eine solche Steuerschaltung ist durch die internationale Patentanmeldung WO 87/01921 bekannt. Diese Steuerschaltung benötigt für den gewünschten Steuerungsablauf eine Vielzahl technisch aufwendiger Bauteile, wie beispielsweise integrierte Steuerkreise und spezielle Flip-Flop-Glieder.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung der bekannten Art mit einfacheren Bauteilen auszuführen, ohne daß eine Einbuße an Steuergenauigkeit und Steuersicherheit hingenommen werden muß.

[0004] Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale.

[0005] Für eine derart ausgebildete Steuerschaltung werden nur einfache Flip-Flop-Glieder benötigt, die lediglich einen Setz- und Rücksetzeingang aufweisen und zwei entgegengesetzte Signale führende Ausgänge haben. Infolge der direkten Verbindung des Potentiometers mit dem Steueranschluß des Halbleiterschaltelementes wird die zur Leistungserhöhung notwendige Vollaussteuerung durch einfache Überbrückung des Potentiometers erreicht. Die Reaktivierung, d.h. die Einschaltbereitschaft für eine erneute Leistungserhöhung, der Steuerschaltung wird mit Hilfe einer einfachen Sperrdiode erzielt.

[0006] Die Potentialtrennung zwischen dem Spannungskreis der Steuerschaltung und dem des Gebläsemotors gelingt mit Hilfe eines Optokopplers.

[0007] Bei der bekannten Steuerschaltung wird dem Zeitglied die Frequenz der Speisespannung zugeführt, woraus das Zeitglied seine Zählimpulse ableitet. Damit hängt die Zeitdauer bis zum Erscheinen eines Signales an den Ausgängen des Zeitgliedes von der Frequenz der Speisespannung ab. Eine von der Frequenz der Speisespannung unabhängige, stets gleiche Zeitdauer bis zur Abgabe der Impulse wird dadurch erreicht, daß das Zeitglied mit einem die Zählimpulse erzeugenden Frequenzgenerator versehen ist. Außerdem sind mit Hilfe eines solchen Zeitgliedes auch andere als jeweils Zweier-Potenzen entsprechende Zeitabstände für die Abgabe der Signale an den beiden Ausgängen des Zeitgliedes möglich.

[0008] Das selbsttätige Rückstellen der Steuerschaltung auf die am Potentiometer eingestellte Leistungsstufe bzw. Drehzahlstufe bei Inbetriebnahme oder Wiederinbetriebnahme des Staubsaugers nach einer Abschaltung während der Saugarbeiten wird in einfacher Weise dadurch erreicht, daß der Rücksetzeingang des ersten Flip-Flop-Gliedes über einen Impulskondensator mit dem positiven Pol der Versorgungsgleichspannung der Steuerschaltung verbunden ist.

[0009] Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird der Anmeldungsgegenstand nachfolgend näher beschrieben.

[0010] Mit 1 ist eine Steuerschaltung bezeichnet, die auf eine mit dem Gebläsemotor 2 eines Staubsaugers in Reihe liegende Leitungsstufe 3 einwirkt. Ein Hauptschalter 4 dient zum Aus- und Einschalten des Staubsaugers. Zur Erzeugung der für die Steuerschaltung 1 notwendigen Gleichspannung ist ein aus der Reihenschaltung einer Zenerdiode und einer Diode sowie einem an deren gemeinsamen Verbindungspunkt angeschlossenen Reihen-RC-Glied bestehendes Gleichrichterbauteil 5 vorgesehen, dem ein Glättungskondensator 6 nachgeschaltet ist. Mit 7 ist der Pluspol und mit 8 der Minuspol des Gleichspannungskreises bezeichnet. Der Pluspol 7 ist außerdem mit dem einen Pol des den Gebläsemotor 2 speisenden Wechselspannungskreises verbunden.

[0011] An den Gleichspannungskreis sind ein Zeitglied 9 sowie ein erstes und zweites Flip-Flop-Glied 10 und 11 mit ihren Versorgungsanschlüssen angeschlossen. Ferner ist über einen Steuertransistor 12 die Leuchtdiode 13 eines Optokopplers 14 an diesen Gleichspannungskreis angeschlossen.

[0012] Die Leistungsstufe 3 weist einen Triac 15 auf, der mit dem Gebläsemotor 2 in Reihe liegt. Zum Aussteuern des Triacs 15 ist in dessen Steuerkreis 16 ein Potentiometer 17 vorgesehen, mit dem ein Begrenzungswiderstand 18 in Reihe liegt. Dieser Begrenzungswiderstand kann auch in das Potentiometer 17 integriert sein. Parallel zu dem Potentiometer 17 und dem Begrenzungswiderstand 18 liegt die Schaltstrecke 19 des Optokopplers 14.

[0013] Das Zeitglied 9 weist einen integrierten Frequenzgenerator auf, der die notwendigen Zählimpulse erzeugt. Durch entsprechende Beschaltung mit RC-Gliedern 20 kann die vom Frequenzgenerator erzeugte Frequenz variiert werden. Das Zeitglied 9 besitzt ferner einen Starteingang 21 und einen ersten und zweiten Ausgang 22 und 23. An diesen Ausgängen 22 und 23 erscheint nach dem Start des Zeitgliedes 9 zu unterschiedlichen Zeiten jeweils ein Ausgangssignal, wobei am ersten Ausgang 22 das Ausgangssignal früher als an dem zweiten Ausgang 23 erscheint. Das Ausgangssignal des ersten Ausgangs 22 des Zeitgliedes 9 wird über einen ersten Kondensator 24 dem Rücksetzeingang R des ersten Flip-Flop-Gliedes 10 und das Ausgangssignal des zweiten Ausganges 23 über einen zweiten Kondensator 25 dem Rücksetzeingang R des zweiten Flip-Flop-Gliedes 11 zugeführt.

[0014] Die Steuerschaltung enthält ferner einen Steuerkreis 26, der über ein handbetätigbares Schaltglied 27 kurzzeitig an den Pluspol 7 des Gleichspannungskreises anschaltbar ist. An diesen Steuerkreis 26 sind das Zeitglied 9 mit seinem Starteingang 21 und die beiden Flip-Flop-Glieder 10 und 11 mit ihren Setzeingängen S angeschlossen. Der Anschluß des Setzeinganges S des zweiten Flip-Flop-Gliedes 11 an den Steuerkreis 26 ist gestrichelt angedeutet. Da es unter Umständen günstiger ist, diesem Flip-Flop-Glied 11 das Setzsignal gegenüber dem Setzsignal des ersten Flip-Flop-Gliedes 10 verzögert zuzuführen, kann der Setzeingang S des zweiten Flip-Flop-Gliedes 11 über einen zu einem RC-Glied gehörenden Koppelkondensator 28 mit dem nicht invertierenden Ausgang Q des ersten Flip-Flop-Gliedes 10 verbunden werden. An diesen Ausgang ist ferner die Basis des Steuertransistors 12 angeschlossen. Der Steuerkreis 26 des Schaltgliedes 27 ist weiterhin über eine Sperrdiode 29 mit dem invertierenden Ausgang Q verbunden. Die Sperrdiode 29 ist dabei mit ihrer Durchlaßrichtung zu dem invertierenden Ausgang Q gerichtet.

[0015] Die Steuerschaltung 1 arbeitet wie folgt:
Durch Schließen des Hauptschalters 4 wird die Versorgungsspannung U, die beispielsweise eine 220 V Wechselspannung ist, angeschaltet. Dabei wird ein mit seinem einen Anschluß am Pluspol 7 liegender und mit seinem anderen Anschluß über eine Entkoppeldiode 30 mit dem Rücksetzeingang R des ersten Flip-Flop-Gliedes 10 verbundener Impulskondensator 31 geladen und gibt dadurch einen Rücksetzimpuls an das erste Flip-Flop-Glied 10. Dadurch ist sichergestellt, daß bei jedem Einschalten oder Wiedereinschalten des Staubsaugers die Steuerschaltung in ihren Ausgangszustand zurückgeschaltet wird. In diesem Ausgangszustand ist der Steuertransistor 12 gesperrt und damit die Überbrückung des Potentiometers 17 und des Begrenzungswiderstandes 18 durch die Schaltstrecke 19 des Optokopplers 14 unwirksam. Über das Potentiometer 17 und den Begrenzungswiderstand 18 wird somit der Triac 15 entsprechend der jeweiligen Einstellung des Potentiometers 17 ausgesteuert. Der Gebläsemotor 2 kann somit über das Potentiometer 17 bis zu einer durch den Begrenzungswiderstand 18 vorgegebenen, der zulässigen Dauerleistung des Gebläsemotors 2 entsprechenden Drehzahl gesteuert werden.

[0016] Um die Drehzahl und damit die Saugleistung des Gebläsemotors 2 über die maximale Dauerleistung hinaus zu erhöhen, wird das Schaltglied 27 betätigt, so daß das Zeitglied 9 an seinem Starteingang 21 einen Startimpuls und die beiden Flip-Flop-Glieder 10 und 11 an ihren Setzeingängen S jeweils einen Setzimpuls erhalten. Wie bereits erwähnt, kann das zweite Flip-Flop-Glied 11 seinen Setzimpuls auch verzögert über den nicht invertierenden Ausgang Q des ersten Flip-Flop-Gliedes 10 erhalten. Diese Setzimpulse bewirken, daß an dem nicht invertierenden Ausgang Q jedes Flip-Flop-Gliedes 10 und 11 ein H-Signal ansteht. Durch das am Ausgang Q des ersten Flip-Flop-Gliedes 10 anstehende H-Signal wird der Steuertransistor 12 aufgesteuert, so daß die Leuchtdiode 13 Spannung erhält und durch ihr ausgestrahltes Licht die Schaltstrecke 19 in den leitenden Zustand gesteuert wird. Damit sind das Potentiometer 17 und der Begrenzungswiderstand 18 überbrückt, so daß der Triac voll ausgesteuert wird und der Gebläsemotor nunmehr mit höchster Drehzahl läuft. Am ersten Ausgang 22 des beim Betätigen des Schaltgliedes 27 gleichzeitig gestarteten Zeitgliedes 9 erscheint nach einer bestimmten, vorgegebenen Zeit ein Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal wird über den Kondensator 24 als Impuls an den Rücksetzeingang R des ersten Flip-Flop-Gliedes 10 weitergeleitet. Hierdurch wird das erste Flip-Flop-Glied 10 wieder zurückgesetzt, so daß an seinem nicht invertierenden Ausgang Q ein L-Signal erscheint. Dies führt zu einer Sperrung des Steuertransistors 12. Die Leuchtdiode 13 des Optokopplers 14 erlischt und die Schaltstrecke 19 nimmt wieder ihren nichtleitenden Zustand ein. Damit sind das Potentiometer 17 und der Begrenzungswiderstand 18 wieder im Steuerkreis 16 des Triacs 15 wirksam.

[0017] Damit eine erneute Leistungserhöhung an dem Gebläsemotor 2 erst nach einer eine Überhitzung desselben verhinderten Erholungszeit erfolgen kann, ist in der Steuerschaltung eine entsprechende Sperrung vorgesehen.

[0018] Die Sperrung geschieht wie folgt:
Durch das Betätigen des Schaltgliedes 27 hat auch das zweite Flip-Flop-Glied 11 einen Setzimpuls erhalten. Dieser Setzimpuls bewirkt, daß am nicht invertierenden Ausgang Q des zweiten Flip-Flop-Gliedes ein H-Signal und an seinem invertierenden Ausgang Q ein L-Signal ansteht. Das Anstehen eines L-Signales am invertierenden Ausgang Q des zweiten Flip-Flop-Gliedes 11 bedeutet, daß der Steuerkreis 26 über die Sperrdiode 29 kurzgeschlossen ist. Wird während dieser Zeit das Schaltglied 27 betätigt, so werden die dadurch ausgelösten Impulse wegen des Kurzschlusses des Steuerkreises 26 mit dem invertierenden Ausgang Q des zweiten Flip-Flop-Gliedes 11 nicht wirksam.

[0019] Erscheint am zweiten Ausgang 23 des Zeitgliedes 9 nach einer weiteren vorbestimmten Zeit ein Ausgangssignal, so wird dieses über den zweiten Kondensator 25 als Impuls an den Rücksetzeingang R des zweiten Flip-Flop-Gliedes 11 gegeben. Damit wird dieses Flip-Flop-Glied 11 wieder zurückgesetzt, so daß an seinem nicht invertierenden Ausgang Q ein L-Signal und an seinem invertierenden Ausgang Q ein H-Signal erscheint. Durch das H-Signal am invertierenden Ausgang Q wird die Kurzschlußwirkung der Sperrdiode 29 aufgehoben, so daß der Steuerkreis 26 wieder funktionsfähig ist.

[0020] Wird nunmehr wiederum das Schaltglied 27 betätigt, so wird der dadurch ausgelöste Spannungsimpuls an dem Zeitglied 9 und den Setzeingängen der beiden Flip-Flop-Glieder 10 und 11 wirksam. Die Steuerung läuft dann wiederum wie bereits beschrieben ab.

[0021] Wie das Ausführungsbeispiel zeigt, werden für die Steuerschaltung nur wenige und einfache Bauelemente benötigt, so daß damit auch die Störanfälligkeit der Schaltung sinkt. Die Schaltung ist ferner mit den üblichen aus Kondensatoren, Dioden und Widerständen bestehenden Entstörkreisen versehen, die allgemein bekannt sind und daher hier nicht näher beschrieben werden müssen.

Ansprüche

1. Steuerschaltung für den Gebläsemotor (2) eines Staubsaugers, die ein mit dem Gebläsemotor (2) in Reihe liegendes, steuerbares Halbleiterschaltelement (15) aufweist, dessen Aussteuergrad über ein Potentiometer (17) derart einstellbar ist, daß der Gebläsemotor (2) im Normalbetrieb des Staubsaugers nur bis zu einer seiner zulässigen Dauerleistung entsprechende Drehzahl steuerbar ist, welche Steuerschaltung ein von Hand betätigbares Schaltglied (27) enthält, durch das ein Anlaufsignal für ein Zeitglied (9) und ein weiteres die Außerbetriebsetzung des Potentiometers (17) und gleichzeitige Durchsteuerung der Drehzahlsteuerschaltung auf eine maximale Drehzahl bewirkendes Steuersignal ausgelöst ist, bei welcher Steuerschaltung das Zeitglied (9) einen ersten und zweiten Ausgang (22, 23) aufweist, wobei an dem zweiten Ausgang (23) ein Signal in zeitlichem Abstand zu dem Signal des ersten Ausganges (22) erscheint und durch das Signal des ersten Ausganges ein das Potentiometer (17) in- und außerbetriebsetztendes erstes Flip-Flop-Glied (10) und durch das Signal des zweiten Ausganges ein die Reaktivierung des mit dem Schaltglied (27) versehenen Steuerkreises (26) bewirkendes zweites Flip-Flop-Glied (11) gesteuert ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Steuersignal des Schaltgliedes (27) direkt dem Zeitglied (9) und ferner den Setzeingängen (S) der beiden Flip-Flop-Glieder (10 und 11) zugeführt ist, daß der erste Ausgang (22) des Zeitgliedes (9) mit dem Rücksetzeingang (R) des ersten Flip-Flop-Gliedes (10) verbunden ist, durch dessen am nicht invertierenden Ausgang (Q) erscheinendes Ausgangssignal ein das direkt mit dem Steuereingang des Halbleiterschaltelementes (15) verbundene Potentiometer (17) überbrückendes Schaltelement (19) gesteuert ist, daß der zweite Ausgang (23) des Zeitgliedes (9) mit dem Rücksetzeingang (R) des zweiten Flip-Flop-Gliedes (11) verbunden ist, zwischen dessen invertierendem Ausgang (Q) und dem das Steuersignal des Schaltgliedes (27) führenden Steuerkreis (26) eine mit ihrer Durchlaßrichtung zu dem invertierenden Ausgang (Q) gerichtete Sperrdiode (29) angeschlossen ist.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das das Potentiometer (17) überbrückende Schaltglied die Schaltstrecke (19) eines Optokopplers (14) ist.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Steuersignal des Schaltgliedes (27) dem zweiten Flip-Flop-Gliedes (11) zeitverzögert zugeführt ist.

4. Steuerschaltung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Setzeingang (S) des zweiten Flip-Flop-Gliedes (11) über eine Verzögerungsglied mit dem nicht invertierenden Ausgang (Q) des ersten Flip-Flop-Gliedes (10) verbunden ist.

5. Steuerschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Zeitglied (9) mit einem die Zählimpulse erzeugenden Frequenzgenerator versehen ist.

6. Steuerschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einer bei Inbetriebnahme des Staubsaugers erfolgenden selbsttätigen Rückstellung auf die durch die Potentiometereinstellung vorgegebene Drehzahl,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rücksetzeingang (R) des ersten Flip-Flop-Gliedes (10) über einen Impulskondensator (31) mit dem positiven Pol (7) der Versorgungsgleichspannung der Steuerschaltung (1) verbunden ist.

Claims

1. Control circuit for the fan motor (2) of a vacuum cleaner, which has a controllable semiconductor switching element (15) lying in series with the fan motor (2), the degree of control of the semiconductor switching element being adjustable by means of a potentiometer (17) in such a way that the fan motor (2) in normal operation of the vacuum cleaner can only be controlled up to a speed corresponding with its admissible continuous output, which control circuit contains a contact device (27) operable by hand, by means of which a starting signal for a time element (9) and a further control signal are initiated, the control signal effecting the shut-down of the potentiometer (17) and the simultaneous forced tripping of the speed control circuit to a maximum speed, in which control circuit the time element (9) has a first and second output (22, 23), whereby at the second output (23) a signal appears with temporal distance from the signal of the first output (22) and by means of the signal of the first output a first flipflop element (10), putting the potentiometer (17) in and out of operation, is controlled, and by means of the signal of the second output a second flipflop element (11), effecting the reactivation of the control circuit (26) provided with the contact device (27), is controlled,
characterized in that the control signal of the contact device (27) is supplied directly to the time element (9) and, moreover, to the set inputs (S) of the two flipflop elements (10 and 11), in that the first output (22) of the time element (9) is connected to the reset input (R) of the first flipflop element (10), by means of whose output signal, appearing at the non-inverting output (Q), a switching element (19) short-circuiting the potentiometer (17) connected directly to the control input of the semiconductor switching element (15) is controlled, in that the second output (23) of the time element (9) is connected to the reset input (R) of the second flipflop element (11), between whose inverting output (Q) and the control circuit (26) leading the control signal of the contact device (27) a blocking diode (29) directed with its transmission direction to the inverting output (Q) is connected.

2. Control circuit according to claim 1, characterized in that the contact device short-circuiting the potentiometer (17) is the breaker gap (19) of an optocoupler (14).

3. Control circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the control signal of the contact device (27) is supplied to the second flipflop element (11) in a time-delayed manner.

4. Control circuit according to claim 3, characterized in that the set input (S) of the second flipflop element (11) is connected via a delay element to the non-inverting output (Q) of the first flipflop element (10).

5. Control circuit according to one or several of the preceding claims, characterized in that the time element (9) is provided with a frequency generator generating the counting pulses.

6. Control circuit according to one or several of the preceding claims, having an automatic resetting to the speed specified by the potentiometer setting, taking place when the vacuum cleaner is put into operation, characterized in that the reset input (R) of the first flipflop element (10) is connected via a pulse capacitor (31) to the positive terminal (7) of the direct voltage supply of the control circuit (1).

Revendications

1. Circuit de commande pour le moteur (2) du ventilateur d'un aspirateur, qui possède un élément de commutation à semiconducteurs (15) commandable, monté en série avec le moteur (2) du ventilateur et dont le degré d'attaque est réglable par l'intermédiaire d'un potentiomètre (17) de telle sorte que le moteur (2) du ventilateur peut être commandé, pendant le fonctionnement normal de l'aspirateur, uniquement jusqu'à une vitesse de rotation correspondant à sa puissance permanente admissible, lequel circuit de commande comporte un circuit de commutation (27) pouvant être actionné à la main et qui permet de déclencher un signal de démarrage pour une minuterie (9) et un autre signal de commande provoquant l'arrêt du potentiomètre (10) et simultanément le réglage direct du circuit de commande de la vitesse de rotation sur une vitesse de rotation maximale, la minuterie (9) possédant des première et seconde sorties (22,23) dans ce circuit de commande, et dans lequel sur la seconde sortie (23) apparaît un signal décalé dans le temps par rapport au signal de la première sortie (22), et le signal de la première sortie commande un premier circuit à bascule bistable (10) activant et arrêtant le potentiomètre (17), tandis que le signal de la seconde sortie commande une seconde bascule bistable (11) qui amène à réagir le circuit de commande (26) équipé du circuit d'interruption (27),
caractérisé par le fait
que le signal de commande du circuit d'interruption (27) est envoyé directement à la minuterie (9) et en outre aux entrées de positionnement (S) des deux circuits à bascule bistable (10 et 11), que la première sortie (22) de la minuterie (9) est raccordée à l'entrée de remise à l'état initial (R) du premier circuit à bascule bistable (10), dont le signal de sortie, qui apparaît sur la sortie non inverseuse (Q), commande un élément de commutation (19) qui shunte le potentiomètre (17) raccordé directement à l'entrée de commande de l'élément de commutation à semiconducteurs (15), que la seconde sortie (23) de la minuterie (29) est raccordée à l'entrée de remise à l'état initial (R) du second circuit à bascule bistable (11), et qu'entre la sortie inverseuse (Q) de ce circuit et le circuit de commande (26) appliquant le signal de commande du circuit d'interruption (27) est branchée une diode de blocage (29) dont le sens passant est dirigé vers la sortie inverseuse (Q).

2. Circuit de commande suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit de commutation qui shunte le potentiomètre (17) est la section de commutation (19) d'un optocoupleur (14).

3. Circuit de commande suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le signal de commande du circuit d'interruption (27) est envoyé d'une manière retardée dans le temps au second circuit à bascule bistable (11).

4. Circuit de commande suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que l'entrée de positionnement (S) du second circuit à bascule bistable (11) est raccordée par l'intermédiaire d'un circuit de retardement à la sortie non inverseuse (Q) du premier circuit à bascule bistable (10).

5. Circuit de commande suivant une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la minuterie (9) comporte un générateur de fréquence produisant les impulsions de comptage.

6. Circuit de commande suivant une ou plusieurs des revendications précédentes, avec retour automatique, qui s'effectue lors de la mise en service de l'aspirateur, sur la vitesse de rotation déterminée par le réglage du potentiomètre, caractérisé par le fait que l'entrée de remise à l'état initial (R) du premier circuit à bascule bistable (10) est raccordée, par l'intermédiaire d'un condensateur à impulsions (31), au pôle positif (7) de la tension continue d'alimentation du circuit de commande (1).

Zeichnung