DE1291014C2 - Anordnung zum selbsttaetigen Anhalten einer elektrisch angetriebenen Einrichtung in vorausbestimmter Stellung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum selbsttätigen Anhalten einer elektrisch angetriebenen Einrichtung in vorausbestimmter Stellung, insbesondere für Nähmaschinen, mit einer zwischen einem dauernd umlaufenden Antriebsmotor und dem getriebenen Teil eingeschalteten, elektromagnetisch steuerbaren Reibungskupplung und einer elektromagnetisch steuerbaren Reibungsbremse, deren Erregerspulen über steuerbare elektronische Schaltungselemente abhängig von zur Stillsetzung des Antriebs zu betätigenden Schaltmitteln sowie von einem die Stillstandstellung festlegenden Schaltorgan (Synüironisator) in der Weise gesteuert werden, daß nach Betätigung der das Stillsetzen einleitenden Schaltmittei die Bremse unter Entregung der Kupplung erregt wird, daß nach Abbremsung des getriebenen Teils au! ein<> bestimmte Restgeschwindigkeit, die durch Steuerung der elektronischen Schaltungselemente durch eine zusätzliche, drehzahlabhängige Steuerspannung mit Hilfe von Bremse und Kupplung konstant gehalten wird, die Steuerung der Bremse dem Synchronisator unterstellt wird und daß der Synchronisator die Bremse unter Erregung der Kupplung auf volle Wirkung erregt und dadurch den getriebenen Teil in der vorausbestimmten Stellung anhält.

Eine solche Anordnung ist durch die deutsche Auslegeschrift 1043 048 bekannt; dort werden die steuerbaren elektronischen Schaltungselemente der Magnetkupplung und der Magnetbremse durch einen gemeinsamen Steuervei stärker wechselweise geöffnet bzw. gesperrt, je nachdem die Nähmaschine die Soll-Drehzahl unterschritten oder überschritten hat.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 177 732 ist eine Anordnung bekannt, bei der zwischen einem dauernd umlaufenden Antriebsmotor und dem getriebenen Teil der in vorausbestimmter Stellung selbsttätig anzuhaltenden Nähmaschine oder sonstigen Einrichtung eine elektromagnetisch steuerbare Reibungskupplung eingeschaltet und eine elektromagnetisch steuerbare Bremse vorgesehen sind. Die Erregerspulen von Kupplung und Bremse werden über Transistoren in Abhängigkeit von zur Stillsetzung der Einrichtung zu betätigenden Schaltmitteln sowie von einem die Stillstandsstellung festlegenden Schaltorgan, einem sogenannten Synchronisator, in der Weise gesteuert, daß nach Betätigung jener Schaltmittel die Bremse unter Aberregen der Kupplung erregt und nach einer bestimmten Abbremsung die Steuerung der Bremse dem Synchronisator unterstellt wird und der Synchronisator 11 Bremse unter Aberregung der Kupplung auf volle Wirkung erregt und dadurch den getriebenen Teil in der vorausbestimmten Stellung anhält. Diese Vorbremsung wird mittels eines Zeitgliedes bis zum Stillstand des angetriebenen Teils ausgeführt. Anschließend erfolgt ein Wicdcreinkuppeln des getriebenen Teils durch Erregung der Kupplung. Bei diesem Weiterlauf wird durch den Synchronisator im Bereich der vorgesehenen Stillstandstellung die Bremse voll enegt, was zu einem endgültigen Anhalten der Maschine in dieser Stellung

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führt. Die Transistoren wirken hier als bloße Schaltorgane. Bei solcher Anordnung ist die Dauer des Stillscizvorgangs von seiner Einleitung bis /um vollen Stillstand insbesondere iür sclmelluufende Maschinen, die mit geringem Zeitverlust wiederholt ungehalten und wieder in Gang gesetzt werden sollen, zu lang oder zu unbestimmt. Wird der getriebene Teil beim Abschalten des Antriebes zu stark abgebremst und anschließend durch Erregen der Kupplungswicklung die ganze Maschine wieder beschleunigt, so kann die Beschleunigung beim Wiedererregen der Kupplung sehr unterschiedlich sein, bedingt durch die Art des zu verarbeitenden Materials und durch die wechselnde Arbeitsweise der Maschine, beispielsweise bei Nähmaschinen auch durch deren Stichzahl, ,₅ Stichbreite usw., so daß bei verschiedenen Arbeitsvorgängen jeweils verschiedene Beschleunigungswertc auftreten.

Bei einer aus der USA.-Patcntschrift 3 157 261 bekannten Lösung wird nach Einleitung des Stillsetz- _ao Vorgangs mittels einer programmgesteuerten Relaisanordnung die Bremserregung auf einen bestimmten Teilwert herabgesetzt und gleichzeitig die Kuppliings-. rregung von einem sie beeinllussenden Transistor '.bhängig gemacht, dessen Steuerkreis an einen mit _a5 •er Maschine gekuppelten Drehzahlmeßgenerator .ngcschlossen ist. Hier erfolgt eine Regelung der liaschinengeschwindigkcit auf einen erniedrigten /.wischenwert durch drehzahlabhängige Änderung des Kupplungsmoments bei einem konstanten Teilbremsmoment. Eine Variante dieser Anordnung enthält den Transistor nicht im Erregerkreis der Kupplung, sondern im Erregerkreis der Bremse, und die Regelung der Maschinengeschwindigkeit geschieht durch drehzahlabhängige Änderung des Bremsmoments bei auf einen bestimmten Teilwert herabgesetzter Kupplungserregung, also bei einem konstanten Teilkupplungsmoment.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 169 217 ist ein Antrieb für beispielsweise Magnetbänder mit einer elektromagnetisch betätigten Reibungskupplung und einer elektromagnetisch betätigten Reibungsbremse bekannt. Zur Erzielung einer eindeutigen, stetigen Regelung bzw. zur wirksamen Unterdrückung von Regelabweichungen im Gebiet des Anfahrens und Bremsens, also im Gebiet des Stillstandes des Magnetbandträgers, wird in einem den Nullpunkt enthaltenden Bereich sowohl der Kupplungswicklung als auch der Bremswicklung Erregerstrom zugeführt. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß bereits mit relativ kleinen Änderungen des der Bremswicklung bzw. der Kupplungswicklung zugeführten Stromes nennenswerte Änderungen des Brems- bzw. des Kupplungsmomentes herbeigeführt werden. Die Änderung des Stromes für die Kupplungswicklung bzw. die Bremswicklung erfolgt durch lineare Potentiometer, gegebenenfalls in Verbindung mit Elektronenröhren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Anordnung dahingehend zu vcrbessern, daß bei Verkürzung des Stillsetzvorganges eine Erhöhung der Positioniergenauigkeit erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die steuerbaren elektronischen Schaltunnselemente Transistoren sind, denen während des IJetriebes mit Uestgeschwindigkeit die zusätzliche drehzahlabhängige Stcuerspanniing mit gegensinniger Wirkung so zugeführt wird, daß dadurch die Bremse und die Kupplung, gemeinsam und gleichzeitig auf den Lauf des getriebenen Teiles einwirkend, diesem die konstante Restgeschwindigkeit erteilen, wozu eine die drehzahlabhängige Steuerspannung abgebende Spannunusquellc auf die Basis des Bremstransistors geschaltet ist und die Basis des Kupplungstransistors über eine Zenerdiode an den Kollektor des Bremstransistors geschaltet ist.

Die Erfindung zieht die Reibungskupplung und die Reibungsbremse gemeinsam und gleichzeitig zur Regelung der Maschinengeschwindigkeit auf den erforderlichen Zwischenwert heran. Sie erreicht damit, daß einerseits die Regelwirkungen beider Elemente sich zu einer stärkeren Gesamtwirkung addieren und daß andererseits unregelmäßige Reibungsschwankungen des einen oder anderen Elementes, die ja mit denen des zweiten Elementes zeitlich nicht zusammenfallen, durch die Regelwirkung des letzteren miterfaßt werden, so daß sich also die Regelung üer Kupplung und die Regelung der Bremse im Ergebnis ergänzen und dieses von den erwähnten Schwankungen praktisch unabhängig machen. Damit werden die mit der elektronischen Regelung durch Transistoren erölTneten Möglichkeiten genauer Beherrschung des Stillsetzvorganges erst richtig ausnutzbar, da die Regelgeschwindigkeit erhöht und die Regelung gegen Schwingungen stabilisiert wird. Dadurch, daß'die Restgeschwindigkeit konstant gehalten wird, wird eine hohe Positioniergenauigkeit erreicht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprücher. angegeben.

Weitere Einzelheiten und Vorteile werden bei einer erfindungsgeniäß ausgebildeten Schaltung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Zur Betätigung Her Kupplung bzw. der Bremse sind Magnetwicklungen MK und MR vorgesehen. Die Kupplungswicklung MK wird durch den Transistor T₁ und die BremswicklungMß durch den Transistor T₂ gesteuert. Die Anordnung wird aus dem Wechselstromnetz über einen Transformator TR und eine Gleichrichterbrücke Gl mit Gleichspannung gespeist. Die Erregung der Magnetkupplung während des Betriebs wird durch Veränderung des Basisstromes des Transistors T₁ mit Hilfe eines Geschwindigkcitssteuerschalters S_n gesteuert. Dieser Schalter S._t kann in an sich bekannter Weise in ein Fußtrittsteuergerät eingebaut sein und wie ein Fußtrittanlasser bekannter Art bedient werden. Mit einem Endschalter S₂ ist ein weiterer Schalter S₁ verbunden. Der End-Ausschalter S₂ trennt die Basis des Transistors T₁ vom Geschwindigkeitssteuerschalter S₃ und verbindet sie über eine Zenerdiode Z und einen Widerstand /?„ mit dem Emitterkreis des Transistors T.,.

Bei geschlossenem Schalter S₁ empfängt die Basis des Transistors T_n eine Sleuerspannung, die sich zusammensetzt aus einer vom Synchronisator S gelieferten und in einem an sich bekannten Transistorverstärker V verstärkten Impuls, der den Transistor T₃ leitend macht. Andererseits ist ein Generator G mit dem Basisstromkreis des Transistors T₂ w-zbunden. Dieser Generator G ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über den Spannungsteiler /?,_//?,„ mit der Speisespannimgsquelle verbunden. In der Zuleitung zum Generator G ist ein Regclwiderstand R._ia vorgesehen.

Der Synchronisntor S kann in Form eines induktiven Impulsgeber ausgebildet sein, durch dessen Steueruabel eine Scheibe mit einer Steuerausnehmung

läuft. Sobald die Ausnehmung die Steuergabcl passiert, wird ein Impuls vom Synchronisator 5 abgegeben.

Die Funktion der dargestellten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist folgende: Die Schalter S₁ und S₂ sind während des Arbeitsvorgangs geöffnet, d. h., die ganze Bremsseite mit dem Transistor T„, der Magnetwicklung MB und der vorgeschalteten Steuereinrichtung hat keinen Einfluß über die Kupplung auf die Funktion der Antriebseinrichtung. Über Widerstände R₃, R₁, R₈ und eventuell noch mehrere solcher Widerstände wird die Basis des Transistors T₁, also des Kupplungstransistors, an negatives Potential gelegt und kann nun entsprechend der Kontaktbetätigung, d. h. entsprechend den jeweils eingeschalteten Widerständen (Λ'₇, /v₈ ...), wahlweise mehr oder weniger durchgesteuert werden, wodurch sich aucli entsprechend die Magnelerregung der Kupplungswicklung MK und damit die Kupplungskraft ändert. Dies bedeutet, daß mit dieser Einrichtung die Drehzahl der Antriebseinrichtung reguliert werden kann. Wird nun der Arbeitsvorgang beendet, d. h. soll abgeschaltet werden, so wird der Schalter S₃ geöffnet, und die Schalter S₁ und S₂ werden geschlossen. In vorteilhafter Weise geschieht dies durch Loslassen des Fußtrittreglcrs. Damit wird nun die Basis des Kupplungslransistors T₁ von den Widerständen R₃, R₇, R₈, d. h. vom negativen Potential, abgetrennt und über eine Reihenschaltung der Zenerdiode Z und des Widerslandes R₉ an den Kollektor des Bremstransistors T₂ gelegt. Außerdem wird dessen Basis an den Emitter des Transistors T₃ geschaltet und gleichzeitig an den Generator G. R_t ist ein Kollektorwiderstand. Die Maschine ist im Moment des Bremsens noch auf ihrer vollen Drehzahl, d. h., der Generator gibt eine relativ hohe Spannung ab und steuert damit den Transistor T₂, also den Bremstransistor, durch. Die Bremse wird daher voll eingeschaltet. Damit wird die Drehzahl bis auf einen vorher einstellbaren Wert, z. B. 200 U/min, verringert. Ist dieser Wert erreicht, dann wird die Aussteuerung des Bremstransistors verringert. Der Synchronisator S bewirkt nun. daß der Transistor T₃ dann durchgestcuert wird, wenn die gewünschte Stellung des in einer vorbestimmbaren Stellung anzuhaltenden Teils in diesem Moment gerade erreicht ist, so daß damit auch der Transistor T₂, d. h. die Bremse, voll erregt wird, welche dann die Maschine in dieser Stellung festhält. Ist in diesem Moment die gewünschte Endstellung noch nicht erreicht, dann liefert der Synchronisator keinen Impuls, d. h., der Transistor T₃ wird nicht geöffnet, und der Generator G hält nun die Drehzahl auf den vorher eingestellten Wert von z. B. 200 U/min. Dies erfolgt auf folgende Weise: Wenn die Drehzahl über diesen vorgegebenen Wert ansteigen will, dann steuert der Generator durch Abgabe eines entsprechend höheren negativen Potentials bei dieser höheren Drehzahl den Transistor T₂ weiter auf, d. h., die Bremswirkung wird stärker. Gleichzeitig wird über die Kopplung A₉ und Z der Transistor T₁ so gesteuert, daß die Kupplungswirkung verkleinert wird. Sobald die Drehzahl unter den Wert von z. B. 200 U/min fallen will, tritt der umgekehrte Vorgang ein. Dann wird nämlich der Transistor T₂ stärker geschlossen, d. h., die Bremscrrcgung wh"d reduziert, und wiederum über die Kopplung R₉ und Z wird der Transistor T, stärker durchgcslcucrt, so daß die Kupplungserrcgung verstärkt wird. Auf diese Welse wird die vorher eingestellte Drehzahl konstant gehalten. Dieser Stcuervorgang bzw. der Wciterlauf der Maschine mit der konstanten Restdrehzahl erfolgt nun so lange, bis von dem Synchronisator S über den Transistor T₃ ein entsprechender Steuerimpuls für den Transistor T₂ geliefert wird, der diesen Transistor vollständig aufsteuerl und die Magnetbremse voll wirksam werden läßt, so daß die Antriebseinrichtung in dieser Endstcllung bis zum Stillstand gebremst wird. Dabei ist die Ausbil-

j₀ dung so getroffen, daß bei voll erregter Bremswicklung MB die Magnetkupplung vollständig außer Wirksamkeit gesetzt ist. Dadurch wird erreicht, daG kein Überlaufen des Synchronisators mehr eintreten kann.

,₅ Die kontaktfreie Ausnehmung der beispielsweise mit einer Armwelle verbundenen Scheibe des Syrchronisators kann verkleinert werden, so daß eint Abstellgenauigkeit mit einer Toleranz von ±1° e,-reichbar ist. Bei vorbekannten Einrichtungen zum Anhalten eines Antriebs in vorausbestimmter Stellung mußte die Ausnehmung in der Kontaktscheibe des Synchronisators wesentlich größer gehalten werden. Die erfindungsgemäß einstellbare, niedrige, gleichbleibende Resldrchzahl bewirkt, daß auch bei klcinem Kontaklausschnitt in der Impulsscheibe de:· induktiven Gebers ein sicheres Stillsetzen ermöglicht wird. Der Widerstand R₂₀ kann auch als Festwiderstand oder als Trimmerwiderstand vorgesehen sein, der für einen bestimmten Arbeitszweck von vornherein eingestellt wird.

Eine weitere mögliche Ausführungsform besteht darin, daß der Generator G direkt zwischen dem Ausgang des Verstärkers V und der positiven Speisespannung angeschaltet wird. Dadurch kann der Spannungsteiler R₁₇, A₁₆ entfallen. Dieser Spannungsteiler A₁. und R_iS bietet jedoch zusätzlich noch die Möglichkeit, bei Einleiten des Bremsvorgangs die Basis des Transistors T₂ auf ein bestimmtes Potential zu legen, so daß dieser Transistor im geringen Maß durchgesteuert wird und damit für den Bremsmagneten MB automatisch eine Vormagnetisierung erreicht wird. Diese Vormagnetisierung tritt während des nor malen Arbeitsvorgangs, wenn nämlich der Schalter S₁ geöffnet ist, nicht auf. Diese Vormagnetisierung ist

insbesondere deshalb vorteilhaft, weil die an sich sehr empfindliche Schaltung mit einer so geringen Verzögerung arbeitet, daß die Abbremsung gegebenenfalls den Halbwellen eines Wechselstromgenerators folgen würde, was dann zu Geräuschen führen könnte. Es ist daher zweckmäßig, als Generator G einen Glcichspannungsgenerator zu verwenden.

Bei der praktischen Ausführung der erfindungsgemaßen Anordnung wird der Rotor des Generators G auf der Welle der Antriebseinrichtung befestigt, auf

der auch die Kontaktscheibe des Synchronisators S angeordnet ist. Dann kann die Generatorwicklung auf eine die Welle umfassende, feststehende Spule gewikkelt werden, und durch diese mechanische Trennung treten keine Verschleißerscheinungcn auf. Die bei

Beginn des Bremsvorgangs vom Generator G abgegebene relativ hohe Spannung ist für den Transistor T₂ unschädlich. Es wird zunächst die Bremse MB sehr stark erregt, aber andererseits erfolgt selbsttätig eine Spannungsbegrenzung durch den Vorwiderstand

fi₅ A₂₀ und die Basis des Transistors T₂. An der Basis des Transistors Ί „ tritt daher immer nur die erforderliche Spannung zur Durchsteucrung des Transistors in der Größenordnung von 0,5 Volt auf. Der Rest

fällt am Widerstand A₂₀ ab, so daß also unabhängig von der Höhe der Drehzahl, also unabhängig von der Höhe der vom Generator abgegebenen Spannung, keine Gefahr eines Spannungsdurchbruches für den Transistor T₂ besteht.

In vorteilhafter Weise wird die gesamte Steuervorrichtung zusammen mit dem Motor zu einer Baueinheit verbunden.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung können ohne Schwierigkeiten Zusatzeinrichtungen elektronisch gekoppelt werden. Wird die Anordnung beispielsweise bei einer Nähmaschine verwendet, dann kann an die Schaltung ein Fadenabschneider angeschaltet werden, der selbsttätig beim Stillstand dei Maschine in einer vorbestimmten Stellung wirksam wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum selbsttätigen Anhalten einer elektrisch angetriebenen Einrichtung in vorausbestimmter Stellung, insbesondere für Nähmaschinen, mit einer zwischen einem dauernd umlaufenden Antriebsmotor und dem getriebenen Teil eingeschalteten, elektromagnetisch Steuerbaren Reibungskupplung und einer elektromagnetisch steuerbaren Reibungsbremse, deren Erregerspulen über steuerbare elektronische Schaltungselemente abhängig "von zur Stillsetzung des Antriebs zu betätigenden Schaltmitteln sowie von einem die Stillstandstellung festlegenden Schaltorgan (Synchronisator) in der Weise gesteuert werden, daß nach Betätigung der das Stillsetzen einleitenden Schaltmittel die Bremse unter Entregung der Kupplung erregt wird, dal! nach Abbremsung des getriebenen Teils auf eine bestimmte Restgeschwindigkeit, die durch Steuerung der elektronischen Schaltungselemente durch eine zusatzliche, drehzahlabhängigc Steuerspannung mit Hilfe von Bremse und Kupplung konstant gehalten wird, die Steuerung der Bremse dem Synchronisator unterstellt wird und daß der Synchronisator die Bremse unter Entregung der Kupplung auf volle Wirkung erregt und dadurch den getriebenen Teil in der vorausbestimmten Stellung anhält, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren elektronischen Schaltungselemente Transistoren (7"_p T₂) sind, denen während des Betriebes mit Rcslgeschwindigkeit die zusätzliche drehzahlabhängigc Steuerspannung mit gegensinniger Wirkung so zugeführt wird, daß dadurch die Bremse und die Kupplung, gemeinsam und gleichzeitig auf den Lauf des getriebenen Teils einwirkend, diesem die konstante Restgeschwindigkeit erteilen, wozu eine die drehzahlabhängige Steuerspannung abgebende Spannungsquelle (G) auf die Basis des Bremstransistors (T₂) geschaltet ist und die Basis des Kupplungstransistors (T₁) über eine Zenerdiode (Z) an den Kollektor des Bremstransistors geschaltet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Drehzahlmeßgenerator als drchzahlabhängige Steuerspannungsquelle (G) und einen von dem Synchronisator (5) gesteuerten Transistor (T₃) im Basiskreis des Bremstransistors (T₂).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, aaß in Reihe mit der Zenerdiode (Z) ein Widerstand (R₉) liegt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Synchronisalor (S) ein feststehender, induktiver Steuerkopf und eine mit einem '!"eil der Antriebsvorrichtung verbundene Steuerscheibe mit kontaktfreiem Steuersektor dient.

5. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Verstärker (V) für die vom Synchronisator gelieferten Steuerimpulsspannungen.

6. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Generator (G) und der Basis des Bremstransistors (T„) eingeschalteten veränderbaren Widerstand (R₂₀) zur Einstellung der konstanten Restdrehzahl.

7 Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (G) einseitig an einem an der Speisespannung der Steueranordnung liegenden Spannungsteiler (Ä_S7, A₁₈) angeschlossen isL