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.
The invention relates to an electric sewing machine, particularly one in which the speed of an electric motor drive can be controlled at selected speeds, at which the drive can be precisely positioned and the spool mechanism with the drive is controlled by a common energy source.
In general, AC asynchronous motors are generally used to drive industrial sewing machines. many of them have built in clutch and braking mechanisms, as well as a kinetic energy storage flywheel, to provide faster acceleration and deceleration. During the coupling of the motor to the drive shaft of the sewing machine through the clutch, the inertia of the flywheel provides the energy to bring the mechanism of the machine up to operating speed. or to receive. Friction brakes are often used to control deceleration. Other types of drive may include drive belts and pulleys for coupling the motor to the sewing machine.
Although induction motor drives are still common and widespread, the various mechanical means of improving their start-up and deceleration characteristics are neither fully effective nor free from frequent mechanical disturbances. For example, all components must be able to withstand the shock loads that arise when the clutch grips quickly. In addition, the large amount of noise resulting from the actuation of the clutch and brake causes annoyance for the operator.
Many of these disadvantages have been avoided in new developments. With this in mind, the induction motor and associated mechanisms have been abandoned in favor of low inertia DC motors of the type disclosed in U.S. Patent No. 2,920,238. These motors have a rotor with surface windings that are usually printed on the printed circuit board. The motor thus has a low level of inertia, but is still able to generate a powerful torque. It is a hallmark of such engines that they accelerate and decelerate quickly, even under load.
In the case of the drives for DC motors with low inertia known up to now, however, the unnecessarily complex and expensive control circuits have brought new complications with them. Although these drives work well when all of the components are working satisfactorily, their complexity has not only increased their investment costs, but also increased daily maintenance costs. A specific disadvantage of this complexity is the need to have trained staff in the event of a fault, which is why the users of sewing machines are usually unable to put these drives back into operation shortly after the failure.
Another disadvantage of these known types of drive is that they require a multi-phase supply. Many users of sewing machines require that they can be connected to a three-phase network and the types of drive now used, which have a low-inertia direct current motor, meet this requirement in that they draw their power from a three-phase transformer. After rectification, a controlled rectifier is operated in phases, which serves as a controllable element between the motor and the power transformer. By regulating the lead angle of the controlled rectifier, different motor speeds can be obtained. Such motor controls with controlled rectifiers have two major disadvantages.
First, the switching of the controlled rectifier at times different from the zero crossing of the AC signal generates high transient voltage peaks on the motor. These spikes can damage the motor or have an adverse effect on its overload protection devices. Second, because of the discontinuous waveform, the drive signal has significant proportions of higher harmonics, which leads to watt losses without any useful work being done.
Prior art drive circuits for controlling needle positioning have been found to be of a type which is prone to being uncommonly complex in that they contain many binary logic elements such as flip-flops, gates, monostable multivibrators and pulse circuits for measuring drive speed . In this way, the devices for needle positioning have only increased the complexity of the already complicated drive devices. The costs of the latter can be two to three times as great as the costs of the drive device disclosed below, and more difficult maintenance problems arise.
Most sewing machine speed regulators operate in such a way that the motor gradually changes from one speed to another in discrete steps. Furthermore, most variable-speed drive devices cannot be directly adapted to existing sewing machines and do not have the large speed and control range desired by the machine operator, and even with the improved DC drives, electromechanical braking can be used to achieve useful step and position behavior to reach. In some sewing machine drive control circuits, a variable resistor is used to generate the variable control voltage; It is known that such resistances represent a considerable source of permanent loss, even when idling and with low loads.
A main object of the present invention is therefore to provide a sewing machine with a direct drive device which avoids the disadvantages of the known devices.
Another important object of the invention is to provide a sewing machine with a drive control in which the speed can be continuously adjusted from zero to the maximum speed.
Another object is to provide a sewing machine with a drive control device which is more reliable and simpler than that of the prior art.
An additional important object of the invention is the improvement of the needle positioning device for sewing machines and their adaptation to the drive control device described later and the associated winder.
these are fed by a common energy source.
For this purpose, the subject matter of the invention is characterized by an energy source fed control device for the drive and a needle positioning device, the control device containing a DC motor of small inertia, the rotor of which drives the machine directly, and the energy source is a DC source of low impedance connected to the motor is connected and contains control elements for changing the size of the amplitude of the current supplied to the motor.
When a winder mechanism is fed from the common energy source, there is an additional advantage in the precise, shock-free winding of the coils.
The invention is described below with reference to exemplary embodiments and the drawing. Show in it:
1 shows the front view of the sewing machine described, which is equipped with the drive motor control device according to the description,
Fig. 2 is a side view of a partially cutaway winder which is used together with the control device; the incision is made along the line 2-2 in Fig.
1 and the bobbin winder is shown in the operating position in which the bobbin is not filled,
FIG. 3 is a view similar to FIG. 2, in which the bobbin is practically full and the bobbin is in engagement with a drive clutch,
4 shows the side view of the winder according to FIG. 2 and shows the filled bobbin and the bobbin uncoupled from the drive coupling,
Figure 5 is a partially sectioned plan view of the motor housing showing the winder take-up mechanism of Figure 2;
6 shows the circuit of the direct-acting drive control circuit,
FIG. 7 shows a graphic representation of the opening and closing functions of the various switches according to FIG. 6 in different states,
Figure 8 is a top plan view of the motor assembly showing a preferred shaft position sensing arrangement and
Fig.
9 shows a plan view of the motor assembly with a magnetic torque adjustment device which can be used to position the motor in a desired position.
Fig. 1 shows a typical industrial version of a sewing machine 10 which is mounted on a work table 12 in the usual manner for control by a pivoting pedal 14 arranged at floor level, the operator controlling the speed of the machine by actuating the pedal. The sewing machine contains the usual up and down moving needle 16, which is driven directly by a motor 26 via a gear located in the machine housing 18. In one part of the machine a drive shaft 20 (Fig. 5) is arranged; the drive motor 26, which is mounted directly in the machine housing 18 for coupling a motor shaft 24 to the drive shaft 20, drives the machine.
The motor is located inside a cylindrical housing 27 with a plate 27a at the front end and is fed by a rotatable regulating autotransformer 28 which is mounted on the underside of the work table 12 and is connected by lines 30 to a two-way rectifier bridge 32.
This in turn is connected to the motor 26 via an electrical cable 34.
The pedal 14 is connected to the transformer 28 by a linkage 36 which is mounted at its upper end to a roller crank or roller member 38 which in turn is attached to the transformer rotor 40. The rotor 40 is biased by a return spring 42 in order to keep the linkage 36 under tension and thereby enable the return of the transformer rotor to its neutral position when the pedal 14 is released by the operator. On the other hand, when the pedal is depressed, the rotor is moved in such a way that the motor is increasingly supplied with power according to the degree of depression of the pedal.
As will be explained in detail shortly, if the operator releases the pedal, the motor is braked dynamically and brought to a standstill, and the needle positioning device also begins to work. In this way, after a row of stitches has been completed, releasing the pedal 14 starts two automatic processes: 1) braking the motor and 2) positioning the needle in an upper or lower position.
Both processes are carried out purely by controlling the motor, without the electromechanical devices previously required.
FIGS. 2 through 5 illustrate a winder which can be used to advantage with and is driven by the clutchless motor arrangement described. In this way, the motor 26 can be mounted on the machine 10 in a conventional manner in that the cylindrical motor housing 27 is fastened to the machine housing 18 such that the drive shaft 20 and the motor shaft 24 are coaxially aligned. By using a gearbox between the two shafts, an offset assembly is possible. During the engagement, the winder mechanism comes into operation through a rubber ring 44, which sits on the circumference of a drive friction wheel 45, specifically through a coupling which connects the drive shaft 20 to the motor shaft 24.
The drive wheel 47 of the coupling rotates as part of a shaft 48 which is supported in a bore 50 and extends at right angles to the end of an arm 51 which is supported in a fixed hub 52 fastened to the plate 27a. The bore describes an arcuate path along a curved slot 54 in the plate as the arm 51 rotates.
A spool 56 is arranged on that part of the shaft 48 which protrudes from the front of the plate 27a and is fixedly connected to the shaft (e.g. by a spline and groove arrangement) so that the spool rotates when the drive wheel rotates and such that a feeler arm 58 comes to rest between the flanges of the spool. Both the probe arm 58 and a flag 60 are firmly connected to a shaft 61 which rotates freely in the hub of the arm 51. These two elements are pretensioned in the direction of the drive shaft by a spring 63 which is hooked between a flag holder 60a and a fixed holder 64.
During the winding process, a thread (not shown) is inserted into the bobbin and unwound from a supply bobbin (also not shown). As the winding increases, the probe arm moves away from the spool hub until it reaches a point at which the spool is full; At this point in time, the button 58 causes the drive wheel 45 to be released from the clutch 47. In order to keep the drive wheel in contact with the clutch, a tensioned spring 66 is arranged between a fixed holder 67 and a projection 68 of the arm 51. The spring 66 has a much smaller spring constant than the spring 63 and generates a relatively light contact pressure between the drive friction wheel 45 and the contact coupling 47.
As can best be seen from Fig. 2, the center line of the spring 63 runs laterally from the coaxial pivot point of the button 58 and the arm 51, so that in the winding position of the empty spool, the spring 63 acts so that it pushes the drive wheel 45 against the clutch 47 holds. The reason for this is that the flag 60 engages a shoulder 70 on the arm 51 and thus transmits a clockwise torque to the arm 51. With increasing winding of the bobbin, however, the feeler arm 58 moves counterclockwise until it reaches the position shown in FIG. Thereafter, when the spool is full, the flag 60 is moved to a position in which the center line of the spring 63 is on the other side of the pivot point of the arm 51, whereby a counterclockwise torque is exerted on the flag.
The force of the spring 63 overcomes that of the spring 66 and pulls the flag 60 towards it, which now acts as a lever, engaging the shoulder in such a way that it acts on the arm 51, causing it to move along the arcuate path of the slot 34 is moved and so the drive wheel is disengaged from the rotating clutch. The spool can then be removed for use.
Referring to Figs. 6, 7 and 8, the circuit of the controller will now be described. As already indicated, the autotransformer 28 represents the variable voltage source. In practice, this can be designed as a rotary transformer with induction windings 80 which are connected to an alternating current source (not specified) and via which a contact arm 82 slides. This arm is coupled to the rotor 40 (FIG. 1) and its position is therefore controlled by the foot pedal 14. For the purpose of explanation, the turns 80 are drawn lying in a straight line.
It goes without saying that when the operator presses the pedal, the contact arm 82 moves along the windings 80 into any position, depending on the speed desired by the operator depending on the extent of the pedal movement, the speed range being different from the crawl - extends to maximum speed.
It should be noted that the autotransformer is a voltage source with a low internal resistance and, unlike the controls with adjustable resistance, there are only negligible power losses at higher currents. In contrast to the control circuits used up to now to switch the motor on in discrete steps, no ohmic voltage dividers are required.
The variable AC output on contact arm 82 is connected to full wave rectifier bridge 32, the full wave rectifier signal of which appears between lines 84 and 86 with a variable amplitude. It will of course be understood that this signal can, if desired, be filtered by inductive or capacitive elements to provide a clean DC signal to the motor. However, this is not necessary as the current flows in only one direction without filtering.
A switch S1 (FIG. 6), the root 87 of which is connected to the output of the rectifier via the line 86, is coupled to the pedal 14 by mechanical elements (as indicated by the dashed line leading to the pedal). The switch is in the position shown (working position AS) in all positions of the pedal with the exception of its rest position, in which it assumes the position marked RS and shorts the lines 84 and 86 (see lower curve in FIG. 7). At the same time, of course, the contact arm 82 is in the 0o position of the autotransformer, so that no voltage is applied to the rectifier.
With the switch in the AS position, the output voltage of the transformer is applied to a rotary switch S3, the contact arm 90 of which is connected to the pedal in such a way that it moves over arcuate segments 88 and 92 and the gap in between. Whenever the contact arm 90 makes contact with the longer segment 88, the variable output voltage of the rectifier is applied to a motor terminal 98, thereby driving the motor in the forward direction. As the upper curve in Fig. 7 indicates, switch S3 is open (i.e., contact arm 90 is in the gap between the segments) when the pedal is in the rest position.
Although the switch S1 closes in the Oo position of the autotransformer, S3 remains open until the pedal is depressed a little more, which causes the switch to go into the motor short-circuit position, in which the contact arm 90 with the short Segment 92 makes contact.
It can be seen that if the engine was running with switch S3 in this position, the engine would be loaded to the maximum and would thus be dynamically braked by the generator effect. A slight movement of the pedal brings the arm 90 onto the longer segment 88, where it remains in operation of the sewing machine. When the circuit is in this state, the motor speed is controlled directly by the pedal position and it is infinitely variable.
The PMI model U12M4 motor has proven to be a well-suited motor for control where there is no need for any speed control to compensate for load variations during sewing. The torque of the motor is preferably selected so that there is a mechanical time constant for the device which is less than 150 milliseconds and which, in order to achieve good starting behavior, should not be greater than 500 milliseconds. Ideally, the time constant should be around 50 milliseconds or less. A sufficient starting torque is ensured by actuating switch S3, which slightly delays the application of voltage to the motor until the contact arm of the autotransformer has moved a small distance from the 00 position.
The voltage is then momentarily applied to the motor 26, so that there is a sufficient breakaway torque to overcome the static friction of the moving parts.
The machine is stopped quickly when the operator releases the pressure exerted on the pedal by the foot. This causes the pedal to return to the rest position and the contact arm 90 of the switch S3 thereby makes contact with the sector 92, as a result of which the armature of the drive motor 26 is short-circuited via lines 94 and 101. As a result of its favorable torque characteristic, the motor stops almost instantly due to the dynamic braking effect. As soon as the pedal is in the 0o position, the contact arm of switch S3 moves into the gap between the segments, which interrupts all connections to the autotransformer and also removes the short-circuit of the motor. Simultaneously with this, the switch S1 opens and a switch S2 closes in order to operate the needle positioning device.
In this sense, closing S2 corresponds to a stop command to the positioning circle so that it brings the needle into the desired position and then stops the machine.
According to FIG. 6, the drive control also consists of a positioning circuit 96 through which pulses of both electrical polarities can be impressed on the motor via line 98. Voltage is applied to circuit 96 via a line 100 after switch S2 has been closed, which is initially closed (movable contact piece in position RS) when the operator's foot is not on the pedal. In this way, in the working position of the pedal, the needle positioning circuit is made ready for operation by being supplied with current via the line 100. As already explained, the function of the positioning circuit is to control the motor at the end of the sewing process in such a way that the needle comes to a certain end position. This position can be the top dead center, the bottom dead center or any intermediate position as desired.
On the other hand, when the operator presses the pedal, the switch S2 opens (the movable contact piece comes to the AS position) and remains open while the motor is running, so that no current is fed into the positioning circuit.
In short, the positioning circuit works by delivering half-wave pulses to the motor as long as the needle has not reached the desired position. The position is scanned by a number of forward switches F1, F2 and F3 and by reverse switches B1, B2 and B3. The switches are mounted on an arcuate ring 99 attached to the motor housing over the motor shaft 24, which is best seen in FIG. The motor shaft carries a permanent magnet 102, which rotates with the motor near the angularly offset switches F1 to F3 and B l and B3. The permanent magnet 102 is balanced by a non-magnetic component 103.
According to FIG. 8, the forward switches F1, F2 and F3 are arranged in the lower left quadrant of the housing, the reverse switches B1, B2 and B3 in the lower right quadrant. In the described embodiment, the forward and reverse switches are magnet-setting switches which are actuated by the magnetic field of the permanent magnet 102 as it moves past the switches. Of course, other sensing arrangements such as photosensitive diodes or cam operated switches could be used.
In the positioning circuit 96, the position sensing switches control the signals applied to the control electrodes of the switching devices SCR1 and SCR2, which connect the motor to the line 100. When running, the permanent magnet 102 rotates with the motor and closes and opens the switches F1 to F3 and B1 to B3 one after the other. While sewing the pedal is pressed and thus S2 is open. In this case, the actuation of the forward and reverse switches has no influence on the device, since no voltage is applied to it via the line 100. However, when the pedal returns to the rest position, switch S2 closes and the position sensing switches can perform their function.
The positioning circle works as follows:
It is assumed that the motor has been dynamically braked and brought to a stop by the operator relieving pressure on the pedal as described above, and that the motor has been stopped in the position shown in FIG. 8, in which the permanent magnet 102 controls the switch B 1 opposite. The switch B 1 short-circuits the bias resistor 105, as a result of which the ignition signal applied to the control electrode of SCR2 via a diode 106 is also short-circuited. Since the switches F1, F2 and F3 are open, a control signal is generated via a resistor 108 and the SCR1, whereby a half-wave drive signal of negative polarity is applied to the motor 26. The motor turns clockwise, so that switches B2 and B3 close one after the other and keep the SCR1 in the conductive operating state.
During this period of time, the motor is energized by a series of half-wave pulses which are separated from one another by half a period. The magnitude of the motor current can be adjusted by a resistor 110.
When the permanent magnet moves into the desired center position between switches B3 and F3, switch F3 short-circuits the bias resistor 108, whereby the supply of the ignition current via a diode 104 to the control electrode of the SCR1 is interrupted. If both B3 and F3 are closed, no drive pulses reach the motor terminal 98. If the motor should turn beyond the desired position in such a way that the switch B3 opens, the SCR2 is made conductive by suitably biasing its control electrode. This applies positive polarity half-wave drive pulses to the motor to drive it in the forward direction (counterclockwise); the current through the SCR2 can be adjusted by a resistor 112.
Correct setting of the resistors 110 and 112 ensures a torque of a suitable magnitude so that the motor rotates into the predetermined position without overrunning.
In alternative braking arrangements, a separate electromechanical brake can be mounted on the motor to assist braking if desired. In general, however, such additional braking is not necessary.
Of course, other switching logic is possible; for example, similar switch positions can indicate the desired position. The transition between F3 and B3 can also be used when switching to indicate that the drive has passed the reference point. It can be seen directly from FIGS. 6 and 8 that the magnetically actuated switches have normally closed contacts and can be connected in series so that a rotating magnetic element would cause each switch to open when pulses are supplied to the motor.
Fig. 8 illustrates a modification of the self-positioning device in which a torque generating device with an auxiliary magnet is used and which does not require position sensing switches. As indicated, a permanent magnet 113 is mounted on the shaft 24 for rotation between opposing pole pieces 115 and 116 of an electromagnet 114. The electromagnet is excited by a current flowing through a winding 118, whereby a magnetic flux is generated in a core 120. When energized, the electromagnet works together with the rotor magnet 113 as a torque motor.
For example, the winding 118 is energized under the same conditions as apply to the application of voltage to the circuit 96. With the twisting arrangement according to Fig.
7, however, a direct current is supplied to winding 118 for needle positioning. The permanent magnet 113 is rotated by the resulting torque until it is aligned with the pole pieces 115 and 116, whereby the needle is brought into the desired angular position. The poles can be reversed by suitable switching so that the motor position changes by 1800. The direction of rotation of the needle positioning can thus be selected either clockwise or counterclockwise.
From Fig. 1 it can be seen that the machine includes a scale 122 with which the distance between the stitches can be adjusted. The scale is calibrated in number of stitches per centimeter and there is a fixed indicator mark on the housing. A conventional adjusting knob 123 is arranged on the machine housing 18 and is loosened in order to turn the scale 122 into the desired setting.
Of course, the device described also works with other forms of the impulses supplied to the motor, with other types of switches and other circuits by which the impulses are generated. In addition, motion detection devices can be used by which it is determined whether the motor has been stopped and by which the needle positioning device is put into operation.
Although the variable speed motor and positioning circuit have been discussed in the context of a sewing machine, they can also be used to advantage for other applications requiring a wide range of drive speeds along with simple controls and positioning means for efficient stopping of a motor in the same angular position is desired. Another corresponding change would be to replace the autotransformer with a controllable transformer.