CH565884A5 - Electrically powered and controlled foot pedal operated sewing machine - with automatic braking and needle positioning and improved spool winding - Google Patents

Electrically powered and controlled foot pedal operated sewing machine - with automatic braking and needle positioning and improved spool winding

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CH565884A5
CH565884A5 CH794373A CH794373A CH565884A5 CH 565884 A5 CH565884 A5 CH 565884A5 CH 794373 A CH794373 A CH 794373A CH 794373 A CH794373 A CH 794373A CH 565884 A5 CH565884 A5 CH 565884A5
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CH794373A
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Kollmorgen Corp
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D05SEWING; EMBROIDERING; TUFTING
    • D05BSEWING
    • D05B69/00Driving-gear; Control devices
    • D05B69/22Devices for stopping drive when sewing tools have reached a predetermined position

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Sewing Machines And Sewing (AREA)

Description


  
 



   Die Erfindung betrifft eine elektrische Nähmaschine, insbesondere eine solche, bei der die Geschwindigkeit eines elektrischen Motorantriebes bei ausgewählten Geschwindigkeiten gesteuert werden kann, bei der der Antrieb genau positioniert werden kann und der Spulenmechanismus mit dem Antrieb von einer gemeinsamen Energiequelle gesteuert wird.



   Ganz allgemein werden für den Antrieb industriell verwendeter Nähmaschinen in der Regel   Wechselstrom -Asynchron-    motoren benutzt. wobei viele von ihnen Kupplungs- und Bremsmechanismen eingebaut haben, sowie ein kinetische Energie speicherndes Schwungrad, um eine schnellere Beschleunigung und Verzögerung zu erhalten. Während des Kuppelns des Motors mit der Antriebswelle der Nähmaschine durch die Kupplung, liefert die Trägheit des Schwungrades die Energie, um den Mechanismus der Maschine auf Arbeitsgeschwindigkeit zu bringen. bzw. zu erhalten. Zur Steuerung der Verzögerung werden oft Reibungsbremsen verwendet. Andere Antriebsarten können Antriebsriemen und Riementreibscheiben für das Ankuppeln des Motors an die Nähmaschine enthalten.



   Obwohl noch immer Asynchronmotorantriebe üblich und weit verbreitet sind, sind die verschiedenen mechanischen Mittel zur Verbesserung ihrer Anlauf- und Abbremscharakteristiken weder vollständig wirksam noch frei von häufigen mechanischen Störungen. Beispielsweise müssen alle Bestandteile imstande sein, die Stossbelastungen auszuhalten, welche durch das schnelle Greifen der Kupplung entstehen. Weiters führt der aus der Betätigung der Kupplung und Bremse entstehende grosse Lärm zu einer Belästigung des Bedienenden.



   Bei neuen Entwicklungen wurden viele dieser Nachteile vermieden. In diesem Sinne wurden der Asynchronmotor und die zugehörigen Mechanismen zugunsten von Gleichstrommotoren mit geringer Trägheit eines solchen Typs aufgegeben, wie sie in der USA-Patentschrift Nr. 2 920 238 geoffenbart wurden. Diese Motoren haben einen Rotor mit an der Oberfläche liegenden Wicklungen, die üblicherweise als gedruckte Schaltung aufgeführt sind. Der Motor hat somit in sich eine geringe Trägheit, ist aber dennoch imstande ein kräftiges Drehmoment aufzubringen. Somit ist es ein Kennzeichen solcher Motoren, dass sie, selbst unter Last, schnell beschleunigen und verzögern.



   Bei den bis jetzt bekannten Antrieben von Gleichstrommotoren niedriger Trägheit haben jedoch die unnötig komplexen und aufwendigen Steuerkreise neue Komplikationen mit sich gebracht. Obwohl diese Antriebe gut funktionieren, wenn alle Bestandteile befriedigend arbeiten, so hat doch ihre Kompliziertheit nicht nur ihre Investitionskosten erhöht, sondern auch die täglichen Wartungskosten. Ein spezifischer Nachteil dieser Kompliziertheit besteht in der Notwendigkeit im Fehlerfall über geschultes Personal verfügen zu müssen, weshalb die Verwender von Nähmaschinen üblicherweise nicht imstande sind, diese Antriebe kurz nach dem Ausfall wieder in Betrieb zu nehmen.



   Ein anderer Nachteil dieser bekannten Antriebsarten ist, dass sie eine mehrphasige Speisung erfordern. Viele Verwender von Nähmaschinen verlangen, dass sie an ein Drehstromnetz angeschlossen werden können und die jetzt verwendeten Antriebsarten, die einen Gleichstrommotor geringer Trägheit besitzen, genügen dieser Anforderung dadurch, dass sie ihre Leistung aus einem Drehstromtransformator beziehen. Nach Gleichrichtung wird phasenweise ein gesteuerter Gleichrichter betrieben, der als steuerbares Element zwischen Motor und Leistungstransformator dient. Durch Regelung des Anschnittwinkels des gesteuerten Gleichrichters können unterschiedliche Motorgeschwindigkeiten erhalten werden. Solche Motorsteuerungen mit gesteuerten Gleichrichtern haben zwei wesentliche Nachteile.

  Erstens erzeugt das Schalten des gesteuerten Gleichrichters in vom Nulldurchgang des Wechselstromsignals unterschiedlichen Zeiten hohe transiente Spannungsspitzen am Motor. Diese Spitzen können den Motor beschädigen oder nachteilige Wirkungen auf seine Überlastsicherungen haben. Zweitens hat das   Antriebssignal    wegen der unstetigen Wellenform erhebliche Anteile höherer Harmonischer, was zu Wattverlusten führt, ohne dass Nutzarbeit geleistet wird.



   Kreise von Antrieben nach dem Stand der Technik zur Regelung der Nadelpositionierung haben sich als von einer solchen Art erwiesen, die zu unüblicher Kompliziertheit neigt, und zwar dadurch, dass sie viele Binärlogikelemente, wie Flipflops, Tore, monostabile Multivibratoren und Impulsschaltkreise zur Messung der Antriebsgeschwindigkeit enthalten. Derart haben die Einrichtungen für die Nadelpositionierung nur die Kompliziertheit der bereits schon komplizierten Antriebseinrichtungen noch mehr erhöht. Die Kosten der letzteren können zwei- bis dreimal so gross als die Kosten der nachfolgend geoffenbarten Antriebseinrichtung sein, und es ergeben sich schwierigere Wartungsprobleme.



   Die meisten   Geschwindigkeits-Regeleinrichtungen    für Nähmaschinen antriebe funktionieren derart, dass der Motor stufenweise in diskreten Schritten von einer Geschwindigkeit zu einer andern übergeht. Weiters sind die meisten Antriebseinrichtungen mit variabler Geschwindigkeit nicht direkt an bestehende Nähmaschinen anpassbar und haben nicht den grossen, vom Bedienungspersonal der Maschine gewünschten Geschwindigkeits- und Regelbereich, und sogar bei den verbesserten Gleichstromantrieben kann die elektromechanische Bremsung verwendet werden, um ein brauchbares Schritt- und Positionsverhalten zu erreichen. In einigen Nähmaschinen Antriebssteuerkreisen wird ein regelbarer Widerstand zur Erzeugung der variablen Steuerspannung verwendet; es ist bekannt, dass solche Widerstände eine erhebliche Dauerverlustquelle darstellen, auch im Leerlauf und bei kleiner Belastung.



   Ein Hauptobjekt vorliegender Erfindung ist es daher, eine Nähmaschine mit direkter Antriebseinrichtung zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Einrichtungen vermeidet.



   Ein anderes wichtiges Objekt der Erfindung ist es, eine Nähmaschine mit einer Antriebssteuerung zu schaffen, bei der die Geschwindigkeit stufenlos von null bis zur Höchstgeschwindigkeit eingestellt werden kann.



   Ein weiteres Objekt ist die Schaffung einer Nähmaschine mit einer Antriebssteuerungseinrichtung, die zuverlässiger und einfacher ist als die nach dem bisherigen Stand der Technik.



   Ein zusätzliches wichtiges Objekt der Erfindung bildet die Verbesserung der Nadelpositionier-Einrichtung für Nähmaschinen und deren Anpassung an die später beschriebene Antriebssteuereinrichtung sowie den dazugehörigen Spuler.



  wobei diese von einer gemeinsamen Energiequelle gespeist werden.



   Zu diesem Zweck ist der Erfindungsgegenstand gekennzeichnet durch eine von einer Energiequelle gespeiste Steuerungseinrichtung für den Antrieb und eine Nadelpositioniereinrichtung, wobei die Steuerungseinrichtung einen Gleichstrommotor kleiner Trägheit enthält, dessen Rotor direkt die Maschine antreibt, und die Energiequelle eine Gleichstromquelle niedriger Impedanz ist, die mit dem Motor verbunden ist und Steuerungselemente zur Veränderung der Grösse der Amplitude des an den Motor gelieferten Stromes enthält.

 

   Bei Speisung eines Spulermechanismus von der gemeinsamen Energiequelle ergibt sich als zusätzlicher Vorteil die genaue, stossfreie Bewicklung der Spulen.



   Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 die Vorderansicht der beschriebenen Nähmaschine, die mit der beschreibungsgemässen Antriebsmotor-Steuerungseinrichtung ausgerüstet ist,  
Fig. 2 die Seitenansicht eines teilweise aufgeschnittenen Spulers, der zusammen mit der Steuerungseinrichtung verwendet wird; die Schnittführung erfolgt längs der Linie 2-2 in Fig.



  1 und der Spuler ist in der Betriebsstellung dargestellt, in der sich die Spule im nicht-gefüllten Zustand befindet,
Fig. 3 eine Ansicht gleich wie Fig. 2, bei der die Spule praktisch gefüllt ist und der Spuler sich im Eingriff mit einer Antriebskupplung befindet,
Fig. 4 die Seitenansicht des Spulers nach Fig. 2 und zeigt die gefüllte Spule und den von der Antriebskupplung entkuppelten Spuler,
Fig. 5 eine teilweise geschnittene Grundrissansicht des Motorgehäuses, die den Spuleraufwickelmechanismus nach Fig. 2 zeigt,
Fig. 6 die Schaltung des direkt wirkenden Antriebs-Steuerkreises,
Fig. 7 eine graphische Darstellung der Öffnungs- und Schliessfunktionen der verschiedenen Schalter nach Fig. 6 bei verschiedenen Zuständen,
Fig. 8 eine Draufsicht auf die Motorbaugruppe, die eine bevorzugte Wellenpositions-Abtastanordnung zeigt, und
Fig.

   9 in Draufsicht die Motorbaugruppe mit einer magnetischen Drehmoment-Verstelleinrichtung, die zur Positionierung des Motors in einer gewünschten Stellung verwendbar ist.



   Fig. 1 zeigt eine typische Industrieausführung einer Nähmaschine 10, die auf einem Arbeitstisch 12 in der üblichen Weise zur Steuerung durch ein auf Bodenhöhe angeordnetes Schwenkpedal 14 montiert ist, wobei der Bedienende durch Betätigung des Pedals die Geschwindigkeit der Maschine steuert. Die Nähmaschine enthält die übliche sich auf- und niederbewegende Nadel 16, die direkt durch einen Motor 26 über ein im Maschinengehäuse 18 liegendes Getriebe angetrieben wird. In einem Teil der Maschine ist eine Antriebswelle 20   (Fig. 5)    angeordnet; der Antriebsmotor 26, welcher direkt im Maschinengehäuse 18 zur Kupplung einer Motorwelle 24 mit der Antriebswelle 20 montiert ist, treibt die Maschine an.

  Der Motor liegt im Innern eines zylindrischen Gehäuses 27 mit einer Platte 27a am vorderen Ende und wird von einem drehbaren Regel-Spartransformator 28 gespeist, der an der Unterseite des Arbeitstisches 12 montiert ist und durch Leitungen 30 mit einer Zweiweg-Gleichrichterbrücke 32 verbunden ist.



  Diese ist ihrerseits über ein elektrisches Kabel 34 an den Motor 26 angeschlossen.



   Das Pedal 14 ist mit dem Transformator 28 durch ein Gestänge 36 verbunden, welches an seinem oberen Ende mit einer Rollenkurbel oder einem Rollenglied 38 montiert ist, das seinerseits am Transformatorrotor 40 befestigt ist. Der Rotor 40 ist durch eine Rückzugfeder 42 vorgespannt, um das Gestänge 36 unter Spannung zu halten und dadurch die Rückkehr des Transformatorrotors in seine Nullage zu ermöglichen, wenn das Pedal 14 vom Bedienenden losgelassen wird. Wenn andererseits das Pedal gedrückt wird, wird der Rotor derart bewegt, dass der Motor in zunehmendem Masse mit Leistung gespeist wird und zwar entsprechend der Stärke des Niederdrückens des Pedals.



   Wie gleich noch im einzelnen erklärt wird, bewirkt ein Loslassen des Pedals durch den Bedienenden, dass der Motor dynamisch gebremst und zum Stillstand gebracht wird, und dass auch weiters die Nadelpositioniereinrichtung zu arbeiten beginnt. Derart werden nach Fertigstellung einer Stichreihe durch das Loslassen des Pedals 14 zwei automatische Vorgänge angestartet: 1) Das Bremsen des Motors und 2) das Positionieren der Nadel in einer oberen oder unteren Stellung.



  Beide Vorgänge laufen rein durch Steuerung des Motors, ohne die früher notwendigen elektromechanischen Vorrichtungen ab.



   Fig. 2 bis 5 erläutern einen Spuler, der mit Vorteil mit der beschriebenen, kupplungslosen Motoranordnung verwendet werden kann und von ihr angetrieben wird. Derart kann der Motor 26 in herkömmlicher Weise an der Maschine 10 dadurch montiert sein, dass das zylindrische Motorgehäuse 27 am Maschinengehäuse 18 so befestigt ist, dass die Antriebswelle 20 und die Motorwelle 24 koaxial fluchten. Durch Verwendung eines Getriebes zwischen den beiden Wellen ist auch eine gegeneinander versetzte Montage möglich. Während des Eingriffs kommt der Spulermechanismus durch einen Gummiring 44 in Tätigkeit, der am Umfang eines Antriebs-Reibrades 45 sitzt, und zwar durch eine Kupplung, welche die Antriebswelle 20 mit der Motorwelle 24 verbindet.

  Das Antriebsrad 47 der Kupplung rotiert als Teil einer Welle 48, die in einer Bohrung 50 gelagert ist und in einem rechten Winkel zum Ende eines Arms 51 verläuft, welcher in einer festen, auf die Platte 27a befestigten Nabe 52 gelagert ist. Die Bohrung beschreibt einen bogenförmigen Weg längs eines kurvenförmigen Schlitzes 54 in der Platte, wenn sich der Arm 51 dreht.



   Eine Spule 56 ist auf jenem Teil der Welle 48 angeordnet, der aus der Vorderseite der Platte 27a hervorragt und ist mit der Welle fest (durch z.B. eine Anordnung mit Nut und Keil) verbunden, so dass die Spule dreht, wenn das Antriebsrad dreht, und derart, dass ein Tastarm 58 zwischen den Flanschen der Spule zu liegen kommt. Sowohl der Tastarm 58 als auch eine Fahne 60 sind fest mit einer Welle 61 verbunden, die frei in der Nabe des Arms 51 dreht. Diese beiden Elemente sind in Richtung der Antriebswelle durch eine Feder 63 vorgespannt, die zwischen einem Fahnenhalter 60a und einem festen Halter 64 eingehakt ist.



   Während des Aufwickelvorganges wird ein (nicht dargestellter) Faden in die Spule eingeführt und von einer (ebenfalls nicht dargestellten).Vorratsspule abgewickelt. Mit zunehmender Bewicklung bewegt sich der Tastarm von der Spulennabe weg, bis dass er einen Punkt erreicht, an dem die Spule voll ist; zu diesem Zeitpunkt bewirkt der Taster 58, dass sich das Antriebsrad 45 von der Kupplung 47 löst. Um das Antriebsrad mit der Kupplung in Kontakt zu halten, ist eine gespannte Feder 66 zwischen einem festen Halter 67 und einer Auskragung 68 des Arms 51 angeordnet. Die Feder 66 hat eine viel kleinere Federkonstante als die Feder 63 und erzeugt einen relativ leichten Kontaktdruck zwischen dem Antriebsreibrad 45 und der Kontaktkupplung 47.



   Wie am besten aus Fig. 2 zu sehen ist, verläuft die Mittellinie der Feder 63 seitlich vom koaxialen Schwenkungspunkt des Tasters 58 und des Arms 51, so dass in Aufwickelstellung der leeren Spule die Feder 63 so wirkt, dass sie das Antriebsrad 45 gegen die Kupplung 47 hält. Der Grund dafür ist, dass die Fahne 60 in eine Schulter 70 am Arm 51 zum Eingriff kommt und so ein im Uhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment auf den Arm 51 überträgt. Mit zunehmender Bewicklung der Spule bewegt sich jedoch der Tastarm 58 im Gegenuhrzeigersinn, bis er die in Fig. 3 dargestellte Lage erreicht. Danach wird, wenn die Spule voll gefüllt ist, die Fahne 60 in eine solche Stellung bewegt, in der die Mittellinie der Feder 63 auf der anderen Seite des Schwenkpunktes des Arms 51 liegt, wodurch ein im Gegenuhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment auf die Fahne ausgeübt wird. 

  Die Kraft der Feder 63 überwindet die der Feder 66 und zieht die Fahne 60 heran, welche nun als Hebel wirkt, indem sie mit der Schulter derart in Eingriff kommt, dass sie auf den Arm 51 wirkt, wodurch dieser längs des bogenförmigen Weges des Schlitzes 34 bewegt wird und so das Antriebsrad mit der rotierenden Kupplung ausser Eingriff gebracht wird. Die Spule kann dann zur Verwendung herausgenommen werden.



   Unter Bezugnahme auf die Fig. 6, 7 und 8 wird nun die Schaltung der Steuereinrichtung beschrieben. Wie bereits angegeben, stellt der Spartransformator 28 die variable Spannungsquelle dar. Dieser kann in der Praxis als Drehtransfor  mator mit Induktionswindungen 80 ausgebildet sein, die an eine (nicht angegebene) Wechselstromquelle angeschlossen sind und über die ein Kontaktarm 82 schleift. Dieser Arm ist mit dem Rotor 40 (Fig. 1) gekuppelt und seine Stellung wird daher vom Fusspedal 14 gesteuert. Zur Erläuterung sind die Windungen 80 in einer Geraden liegend gezeichnet.

  Es versteht sich, dass, wenn der Bedienende das Pedal drückt, der Kontaktarm 82 sich längs der Windungen 80 in jede beliebige Stellung bewegt, und zwar je nach der vom Bedienenden gewünschten Geschwindigkeit in Abhängigkeit vom Ausmass der Pedalbewegung, wobei der Geschwindigkeitsbereich sich von der Schleich- bis zur Maximalgeschwindigkeit erstreckt.



   Es sollte beachtet werden, dass der Spartransformator eine Spannungsquelle mit niedrigem Innenwiderstand darstellt und, ungleich den Steuerungen mit regelbarem Widerstand, sich nur vernachlässigbare Leistungsverluste bei höheren Strömen ergeben. Zum Unterschied von den zur Weiterschaltung des Motors in diskreten Stufen bis jetzt verwendeten Steuerschaltungen werden keine ohmschen Spannungsteiler benötigt.



   Der veränderliche Wechselstromausgang am Kontaktarm 82 ist mit der Zweiweg-Gleichrichterbrücke 32 verbunden, dessen Zweiweg-Gleichrichtersignal mit veränderlicher Amplitude zwischen den Leitungen 84 und 86 erscheint. Es versteht sich natürlich, dass dieses Signal, falls erwünscht, durch induktive oder kapazitive Elemente gefiltert werden kann, um an den Motor ein sauberes Gleichstromsignal abzugeben. Notwendig ist dies jedoch nicht, da der Strom bereits ohne Filterung in nur einer Richtung fliesst.



   Ein Schalter S1 (Fig. 6), dessen Wurzel 87 über die Leitung 86 mit dem Ausgang des Gleichrichters verbunden ist, ist (so wie durch die zum Pedal führenden strichlierte Linie angegeben) mit mechanischen Elementen mit dem Pedal 14 gekoppelt. Der Schalter befindet sich in der dargestellten Lage (Arbeitsstellung AS) in allen Stellungen des Pedals mit Ausnahme seiner Ruhestellung, in der er die mit RS bezeichnete Stellung einnimmt und die Leitungen 84 und 86 kurzschliesst (siehe untere Kurve der Fig. 7). Gleichzeitig ist natürlich der Kontaktarm 82 in der 0o-Stellung des Spartransformators, so dass an den Gleichrichter keine Spannung angelegt wird.



   Mit dem Schalter in der Stellung AS wird die Ausgangsspannung des Transformators an einen Drehschalter S3 angelegt, dessen Kontaktarm 90 mit dem Pedal derart verbunden ist, dass er sich über bogenförmige Segmente 88 und 92 und dem dazwischenliegenden Spalt bewegt. Immer wenn der Kontaktarm 90 mit dem längeren Segment 88 Kontakt macht, wird die veränderliche Ausgangsspannung des Gleichrichters an eine Motorklemme 98 angelegt, wodurch der Motor in Vorwärtsrichtung angetrieben wird. Wie die obere Kurve in Fig. 7 angibt, ist der Schalter S3 offen (d.h. der Kontaktarm 90 befindet sich im Spalt zwischen den Segmenten), wenn das Pedal in der Ruhestellung ist.



   Obwohl der Schalter S1 in der   Oo-Stellung    des Spartransformators schliesst, bleibt S3 so lange offen, bis dass das Pedal etwas mehr niedergedrückt wird, wodurch bewirkt wird, dass der Schalter in die Motor-Kurzschliesstellung geht, bei der der Kontaktarm 90 mit dem kurzen Segment 92 Kontakt macht.



  Es ist ersichtlich, dass bei einem Laufen des Motors mit dem Schalter S3 in dieser Stellung, der Motor maximal belastet werden würde und so durch Generatorwirkung dynamisch gebremst werden würde. Eine leichte Bewegung des Pedals bringt den Arm 90 auf das längere Segment 88, wo er im Betrieb der Nähmaschine verbleibt. Wenn der Schaltkreis sich in diesem Zustand befindet, wird die Motorgeschwindigkeit direkt durch die Pedallage gesteuert und sie ist stufenlos ver änderbar.



   Als ein für die Steuerung gut geeigneter Motor, bei dem keine Notwendigkeit irgendeiner Geschwindigkeitsregelung zur Kompensierung von Belastungsschwankungen während des Nähens besteht, hat sich der Motor  PMI Modell U12M4  erwiesen. Bevorzugterweise wird das Drehmoment des Motors so ausgewählt, dass sich eine mechanische Zeitkonstante für die Einrichtung ergibt, die kleiner als 150 Millisekunden ist und die, um ein gutes Anlaufverhalten zu erreichen, nicht grösser als 500 Millisekunden sein sollte. Ideal sollte die Zeitkonstante etwa 50 Millisekunden oder weniger betragen. Ein ausreichendes Anlaufmoment wird durch die Betätigung des Schalters S3 gewährleistet, welcher das Anlegen von Spannung an den Motor leicht verzögert, bis dass der Kontaktarm des Spartransformators sich um einen kleinen Weg aus der   00-    Stellung bewegt hat.

  Dann wird an den Motor 26 momentan die Spannung angelegt, so dass sich ein genügendes Losbrechmoment zur Überwindung der statischen Reibung der bewegten Teile ergibt.



   Ein rasches Stoppen der Maschine erfolgt dann, wenn der Bedienende den auf das Pedal durch den Fuss ausgeübten Druck wegnimmt. Dies bewirkt die Rückkehr des Pedals in die Ruhelage und der Kontaktarm 90 des Schalters S3 macht dadurch mit dem Sektor 92 Kontakt, wodurch der Anker des Antriebsmotors 26 über Leitungen 94 und 101 kurzgeschlossen wird. Zufolge seiner günstigen Drehmomentkennlinie bleibt der Motor durch dynamische Bremswirkung fast augenblicklich stehen. Sobald das Pedal in der   0o-Stellung    ist, bewegt sich der Kontaktarm des Schalters S3 in den Spalt zwischen den Segmenten, wodurch alle Verbindungen zum Spartransformator unterbrochen werden und auch der Kurzschluss des Motors aufgehoben wird. Gleichzeitig damit öffnet der Schalter   S1    und ein Schalter S2 schliesst, um die Nadelpositioniereinrichtung zu betätigen.

  In diesem Sinne entspricht das Schliessen von S2 einem Stoppbefehl an den Positionierkreis, damit dieser die Nadel in die gewünschte Position bringt und dann die Maschine stoppt.



   Nach Fig. 6 besteht die Antriebssteuerung auch aus einem Positionierkreis 96, durch den über die Leitung 98 dem Motor Impulse beider elektrischer Polaritäten aufgedrückt werden können. An den Kreis 96 gelangt Spannung über eine Leitung 100 nach Schliessen des Schalters S2, der anfänglich geschlossen ist (bewegliches Kontaktstück in Stellung RS), wenn der Fuss des Bedienenden nicht auf dem Pedal liegt. Derart wird in der Arbeitsstellung des Pedals der Nadelpositionierkreis funktionsbereit gemacht, indem er über die Leitung 100 mit Strom gespeist wird. Wie bereits erklärt wurde, besteht die Funktion des Positionierkreises darin, den Motor am Ende des Nähvorganges so zu steuern, dass die Nadel in eine bestimmte Endstellung kommt. Je nach Wunsch kann diese Stellung die obere Totlage, die untere Totlage oder irgendeine Zwischenstellung sein.

  Wenn der Bedienende das Pedal drückt, öffnet andererseits der Schalter S2 (das bewegliche Kontaktstück kommt in die Stellung AS) und bleibt offen während der Motor läuft, so dass kein Strom in den Positionierkreis gespeist wird.



   Kurz gesagt arbeitet der Positionierkreis dadurch, dass er so lange an den Motor Halbwellenimpulse abgibt, als die Nadel nicht die gewünschte Lage erreicht hat. Die Lage wird durch eine Anzahl von Vorwärtsschaltern F1, F2 und F3 und durch Rückwärtsschalter   B1,    B2 und B3 abgetastet. Die Schalter sind auf einem am Motorgehäuse befestigten, bogenförmigen Ring 99 über der Motorwelle 24 montiert, was am besten aus Fig. 8 ersichtlich ist. Die Motorwelle trägt einen Permanentmagneten 102, der mit dem Motor nahe den winkelmässig versetzten Schaltern F1 bis F3 und   B l    und B3 rotiert. Der Dauermagnet 102 wird durch ein unmagnetisches Bauteil 103 ausgewuchtet.

 

   Gemäss Fig. 8 sind die Vorwärtsschalter F1, F2 und F3 im linken unteren Gehäusequadranten, die Rückwärtsschalter   Bl,    B2 und B3 im rechten unteren Quadranten angeordnet. In der beschriebenen Ausführungsform sind die Vorwärts- und Rückwärtsschalter Magnetzungenschalter, welche durch das   Magnetfeld des Dauermagneten 102 betätigt werden, wenn sich dieser an den Schaltern vorbeibewegt. Natürlich können auch andere Abtastanordnungen verwendet werden, wie etwa lichtempfindliche Dioden oder durch Nocken betätigte Schalter.



   Im Positionierkreis 96 steuern die Positionsabtastschalter die an die Steuerelektroden der Schalteinrichtungen SCR1 und SCR2 angelegten Signale, die den Motor mit der Leitung 100 verbinden. Beim Laufen dreht sich der Dauermagnet 102 mit dem Motor und schliesst und öffnet dabei nacheinander die Schalter F1 bis F3 und   B1 bis    B3. Während des Nähens wird das Pedal gedrückt und somit ist S2 offen. Die Betätigung der Vor- und Rückwärtsschalter hat in diesem Falle auf die Einrichtung keinen   Einfluss,    da über die Leitung 100 keine Spannung an sie gelangt. Wenn jedoch das Pedal in die Ruhestellung zurückkehrt, schliesst der Schalter S2 und die Positionsabtastschalter können ihre Funktion ausüben.



   Der Positionierkreis arbeitet wie folgt:
Es wird vorausgesetzt, dass der Motor so wie oben beschrieben durch Druckentlastung des Pedals durch den Bedienenden dynamisch gebremst und zum Halten gebracht worden ist und dass der Motor in der in Fig. 8 dargestellten Lage gestoppt wurde, in der der Dauermagnet 102 dem Schalter B 1 gegen überliegt. Der Schalter B 1 schliesst den Vorspannungswiderstand 105 kurz, wodurch auch das über eine Diode 106 an die Steuerelektrode von SCR2 angelegte Zündsignal kurzgeschlossen wird. Da die Schalter F1, F2 und F3 offen sind, wird über einen Widerstand 108 und dem SCR1 ein Steuersignal erzeugt, wodurch an den Motor 26 ein Halbwellen-Antriebssignal negativer Polarität gelangt. Der Motor dreht im Uhrzeigersinn, so dass hintereinander die Schalter B2 und B3 schliessen und den SCR1 im leitenden Betriebszustand halten.

  Während dieses Zeitabschnittes wird der Motor durch eine Folge von Halbwellenimpulsen erregt, die voneinander durch eine halbe Periode getrennt sind. Die Grösse des Motorstromes kann durch einen Widerstand 110 eingestellt werden.



   Wenn sich der Dauermagnet in die erwünschte Mittelstellung zwischen den Schaltern B3 und F3 bewegt, schliesst der Schalter F3 den Vorspannungswiderstand 108 kurz, wodurch die Lieferung des Zündstroms über eine Diode 104 an die Steuerelektrode des SCR1 unterbrochen wird. Sind sowohl B3 als auch F3 geschlossen, so gelangen keine Antriebsimpulse an die Motorklemme 98. Wenn sich der Motor über die gewünschte Stellung hinaus derart drehen sollte, dass der Schalter B3 öffnet, wird der SCR2 durch geeignetes Vorspannen seiner Steuerelektrode leitend gemacht. Dadurch werden Halbwellen-Antriebsimpulse positiver Polarität an den Motor angelegt, um ihn in Vorwärtsrichtung (gegen den Uhrzeigersinn) anzutreiben; der Strom durch den SCR2 ist hierbei durch einen Widerstand 112 einstellbar.

  Durch eine richtige Einstellung der Widerstände 110 und 112 wird ein Drehmoment geeigneter Grösse gewährleistet, so dass der Motor ohne Überlaufen in die vorgegebene Stellung dreht.



   In alternativen Bremsanordnungen kann eine getrennte elektromechanische Bremse am Motor montiert sein, um, falls erwünscht, die Bremsung zu unterstützen. Im allgemeinen ist jedoch eine derartige Zusatzbremsung nicht notwendig.



   Natürlich ist eine andere Schaltlogik möglich; so können beispielsweise gleichartige Schalterstellungen die gewünschte Position anzeigen. Ebenso kann der Übergang zwischen F3 und B3 beim Schalten herangezogen werden, um anzuzeigen, dass der Antrieb den Bezugspunkt passiert hat. Aus den Fig. 6 und 8 geht direkt hervor, dass die magnetisch betätigten Schalter Ruhekontakte haben und in Reihe geschaltet sein können, so dass ein rotierendes magnetisches Element das   Öffnen    eines jeden Schalters bewirken würde, wenn dem Motor Impulse zugeleitet werden.



   Fig. 8 erläutert eine Änderung der Selbstpositioniereinrichtung, in der eine   Drehmoment-Erzeugungseinrichtung    mit einem Hilfsmagneten benutzt wird und die keine Positionsabtastschalter benötigt. Wie angegeben, ist ein Dauermagnet 113 auf der Welle 24 zur Drehung zwischen einander gegenüberliegenden Polschuhen 115 und 116 eines Elektromagneten 114 montiert. Der Elektromagnet wird durch einen durch eine Wicklung 118 fliessenden Strom erregt, wodurch in einem Kern 120 ein Magnetfluss erzeugt wird. Bei Erregung arbeitet der Elektromagnet zusammen mit dem Rotormagneten 113 als Drehmomentmotor.



   Die Wicklung 118 wird beispielsweise unter den gleichen Bedingungen erregt, wie sie für das Anlegen der Spannung an den Kreis 96 gelten. Mit der Verdrehungsanordnung nach Fig.



  7 wird jedoch ein Gleichstrom an die Wicklung 118 zur Nadelpositionierung geliefert. Durch das sich ergebende Drehmoment wird der Dauermagnet 113 so lange verdreht, bis er mit den Polschuhen 115 und 116 fluchtet, wodurch die Nadel in die gewünschte Winkellage gebracht wird. Durch geeignetes Schalten können die Pole umgekehrt werden, so dass sich ein Wechsel der Motorlage um 1800 ergibt. Die Drehrichtung der Nadelpositionierung ist somit entweder im Uhr- oder im Gegenuhrzeigersinn wählbar.



   Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass die Maschine eine Skala 122 enthält mit der der Abstand zwischen den Stichen eingestellt werden kann. Die Skala ist in Anzahl Stiche pro Zentimeter geeicht und auf dem Gehäuse befindet sich eine feste Anzeigemarke. Am Maschinengehäuse 18 ist ein üblicher Einstellknopf 123 angeordnet, der gelöst wird, um die Skala 122 in die gewünschte Einstellung zu verdrehen.



   Selbstverständlich funktioniert die beschriebene Einrichtung auch mit anderen Formen der an den Motor gelieferten Impulse, mit anderen Schalterarten und anderen Schaltungen, durch die die Impulse erzeugt werden. Zusätzlich können Bewegungsdetektiereinrichtungen verwendet werden, durch die festgestellt wird, ob der Motor angehalten worden ist, und durch die die Nadelpositioniereinrichtung in Betrieb genommen wird.

 

   Obwohl der Motor mit veränderlicher Geschwindigkeit und der Positionierkreis im Zusammenhang mit einer Nähmaschine erläutert wurden, können sie auch mit Vorteil für andere Anwendungszwecke benutzt werden, bei denen ein grosser Bereich von Antriebsgeschwindigkeiten zusammen mit einer einfachen Steuerung und einer Positioniereinrichtung für ein wirksames Anhalten eines Motors in der gleichen Winkellage erwünscht ist. Eine weitere entsprechende Änderung wäre der Ersatz des Spartransformators durch einen regelbaren Transformator. 

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH
    Elektrische Nähmaschine, gekennzeichnet durch eine von einer Energiequelle gespeiste Steuereinrichtung (26, 32; 8498) für den Antrieb, und eine Nadelpositioniereinrichtung, wobei die Steuerungseinrichtung einen Gleichstrommotor (26) kleiner Trägheit enthält, dessen Rotor direkt die Maschine antreibt, und die Energiequelle eine Gleichstromquelle (28, 32) niedriger Impedanz ist, die mit dem Motor (26) verbunden ist und Steuerungselemente (14, 80, 82) zur Veränderung der Grösse der Amplitude des an den Motor gelieferten Stromes enthält.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Nähmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungselemente an den Motor einen stufenlos einstellbaren Gleichstrom liefern.
    2. Nähmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (28, 32) niedriger Impedanz einen an eine Wechselspannungsquelle anschliessbaren Transformator (28) enthält, dessen Ausgangsspannung in ihrer Grösse durch Steuerung veränderlich ist, und einen an den Transformatorausgang angeschlossenen Gleichrichter (32) zur Erzeugung eines veränderlichen Ausgangsgleichstromes, wodurch dem Motor Energie zugeführt wird.
    3. Nähmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Zeitkonstante der Steuerungseinrichtung unter Einschluss des Motors kleiner als 500 Millisekunden ist.
    4. Nähmaschine nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Zeitkonstante der Steuerungseinrichtung kleiner als 150 Millisekunden ist.
    5. Nähmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung eine Schalteinrichtung (S3, 90, 92) enthält, die auf einen Haltebefehl anspricht und einen niederohmigen Strompfad (98, 94, 90, 92, 101) herstellt, um den Motor während der Verzögerung dynamisch zu bremsen.
    6. Nähmaschine nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator ein Spartransformator in drehbarer Ausführung ist.
    7. Nähmaschine nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter ein Zweiweggleichrichter ist.
    8. Nähmaschine nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (26) auf der Nähmaschine (10) montiert ist und die Wellen (20, 24) beider koaxial miteinander gekuppelt sind.
    9. Nähmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (96) sowohl auf einen Haltebefehl anspricht als auch auf die Lage des Antriebes, bezogen auf eine Referenzlage, um den Motor mit einem Gleichstrom einer solchen Polarität und Grösse zu speisen, die ausreicht, dass er in die Referenzlage gedreht wird.
    10. Nähmaschine nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (96) Schaltkreise (F1, F2, F3, 108, 104, SCR1; Bl, B2, B3, 105, 106, SCR2) enthält, um Gleichstromimpulse entgegengesetzter elektrischer Polarität zu erzeugen, die den Motor (26) selektiv in jeder Drehrichtung antreiben.
    11. Nähmaschine nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkreise steuerbare, in nur einer Richtung leitende Schaltungselemente (SCR 1, SCR2) mit Steuerelektroden enthalten, welche Schaltungselemente Gleichstrom an den Motor liefern, und dass die Positioniereinrichtung Positionierschalter (Fl, F2, F3; Bl, B2, B3) enthält, die in Abhängigkeit von der Stellung des Antriebs der Maschine (10) ein Steuersignal abgeben, das an eine Steuerelektrode angelegt wird, wenn sich der Antrieb nicht in der Referenzlage befindet.
    12. Nähmaschine nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierschalter wechselweise zueinander versetzt und nahe bei einem Element (102, 103) des Antriebes angeordnet sind, welches die Positionierschalter in einer gegebenen Reihenfolge betätigt, und die Schalter gemeinsam betätigbar sind, um eine bestimmte Stellung einzunehmen, wenn sich der Antrieb in der Referenzlage befindet.
    13. Nähmaschine nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbaren Schaltungselemente aus einem Paar gesteuerter Gleichrichter bestehen, die zwischen dem Motor und einer Wechselstromquelle geschaltet sind, wobei die einzelnen Gleichrichter dieses Paares so angeschlossen sind, dass sie an den Motor Strom entgegengesetzter Polarität speisen.
    1^1es Nähmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an den Motorantrieb eine elektrisch betätigbare Zusatzdrehmoment-Erzeugungseinrichtung (113, 115, 116, 118, 120) angekuppelt ist und dass eine Drehmomentsteuereinrichtung, sowohl auf einen Haltebefehl und auf die Lage des Antriebes bezogen, auf die Referenzlage anspricht, um ein Signal an die Drehmomenteinrichtung abzugeben, durch das der Antrieb in die Referenzlage bewegt wird.
    15. Nähmaschine nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomenteinrichtung einen Zusatzrotor (113) enthält, der mit dem Rotor des Motors mechanisch gekuppelt ist, und eine elektromagnetische Vorrichtung (115, 116, 118, 120) zur Erzeugung eines interaktiven magnetischen Feldes für den so gebildeten Zusatzmotor zwecks Erzeugung eines Drehmomentes, wobei die elektromagnetische Vorrichtung mit einer Wicklung (118) versehen ist, die in Abhängigkeit vom Haltebefehl und der Lage des Antriebes erregbar ist.
    16. Nähmaschine nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung einen beweglichen Kontakt (90) enthält, der dazu bestimmt ist, von Bedienenden gesteuert zu werden, und der mit dem Motor elektrisch verbunden ist, dass sie ein erstes Kontaktsegment (88) enthält, das an die Quelle niedriger Impedanz angeschlossen ist und selektiv mit dem beweglichen Kontakt Kontakt macht, um an den Motor Strom zu liefern, wenn sich der bewegliche Kontakt zwischen gegebenen Bewegungsgrenzen befindet, und dass sie ein zweites Kontaktsegment (92) enthält, das mit dem beweglichen Kontakt Kontakt macht, wenn der bewegliche Kontakt sich ausserhalb der gegebenen Bewegungsgrenzen befindet, und dadurch einen Strompfad niedriger Impedanz ausbildet, der einen Nebenschluss für den Motor darstellt.
    17. Nähmaschine nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung vom Bedienenden zur Abgabe eines Haltesignals steuerbar ist, dass der Transformator dazu bestimmt ist vom Bedienenden gesteuert zu werden und dass die Antriebssignale durch den Haltebefehl blockiert werden.
    18. Nähmaschine nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzdrehmoment-Erzeugungseinrichtung ein Drehmoment wählbarer Richtung abgibt.
    19. Nähmaschine nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierschalter (Fl, F2, F3; B1, B2, B3) magnetisch betätigbar sind und winkelmässig um eine Welle (24) des Motors (26) angeordnet sind, dass ein auf der Motorwelle (24) montierter magnetischer Bauteil (102) mit der Welle zur Betätigung der Positionierschalter rotiert und dass ein weiterer Schalter (S2) in Abhängigkeit vom Haltebefehl an die Positioniereinrichtung (96) eine Speisespannung anlegt.
    20. Nähmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Energiequelle (28) einen Spulermechanismus (Fig. 2-Fig. 5) speist, dessen Drehelement (47) mit dem Antrieb der Maschine gekuppelt ist und der aus einem schwenkbar an der Maschine montierten Arm (51) besteht, der sich zum Drehelement hin und von diesem weg bewegen kann, sowie weiters aus einem am freien Ende des Arms montierten Antriebsrad (45), das während des Aufwikkelns einer Spule (56) sich mit dem Drehelement in Eingriff befindet, einem Vorspannungselement (63), das den Arm in Richtung der Motorwelle (24) bewegt, damit das Antriebsrad und das Drehelement miteinander in Eingriff kommen, einer Spindel (48), die antreibbar mit dem Drehelement verbunden ist und dazu bestimmt ist die Spule aufzunehmen, einem Taster (58), der normalerweise so vorgespannt ist,
    dass er aussen am Umfang mit der auf der Spule aufgewickelten, aus Fäden bestehenden Wicklung Kontakt macht, und aus einem gemeinsam mit dem Taster (58) beweglichen Hebelmechanismus (60, 68), der dazu bestimmt ist, mit dem Arm (51) in Eingriff zu kommen, um den Arm in einer solchen Richtung zu bewegen, dass das Antriebsrad (45) mit dem Drehelement ausser Eingriff kommt, wenn der Fühler sich eine bestimmte Wegstrecke zufolge des Füllens der Spule mit Faden bewegt hat.
    21. Nähmaschine nach Unteranspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannungselement (63) auf den Arm ein Drehmoment ausübt, der Hebelmechanismus (60, 68), der dazu bestimmt ist, mit dem Arm in Eingriff zu kommen, auf den Arm das Drehmoment überträgt, dasVorspannungsele-
    ment derart angeordnet ist, dass es ein gegen die Drehrichtung des Hebels gerichtetes Drehmoment erzeugt, wenn der Hebel sich um einen bestimmten Winkel zufolge der Bewegung des Tasters (58) bewegt hat, wodurch er auf den Arm ein Gegendrehmoment ausübt, das so wirkt, dass es das Antriebsrad ausser Eingriff mit dem Drehelement bringt.
    22. Nähmaschine nach Unteranspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel um einen festen Punkt drehbar beweglich ist, dass das Vorspannungselement eine gespannte Feder ist, die zwischen einem ersten Punkt (64) auf der Maschine und einem zweiten Punkt (60a) auf dem Hebel (60) gespannt ist, wobei der feste Punkt, um den sich der Hebel dreht, zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt liegt.
    23. Nähmaschine nach Unteranspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenschluss für das Kurzschliessen des Motors dann gebildet wird, wenn der Regeltransformator einen bestimmten Stromausgangswert abgibt.
CH794373A 1972-06-02 1973-06-01 Electrically powered and controlled foot pedal operated sewing machine - with automatic braking and needle positioning and improved spool winding CH565884A5 (en)

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