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Antrieb mit Kupplung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
Antrieb mit Kupplung, bestehend aus einer Kupplungseinrichtung mit einem Kupplungsrad,
einer auf eine Geschwingîgkeit eines Abnehmers ansprechenden Steuereinrichtung zur
Steuerung einer Kupplungsbetätigungskraft, um das Kupplungsrad in einer teilweise
eingekuppelten Stellung, in der der Abnehmer Uber ein Durchrutschen des Kupplungsrades
mit einer geringen GEschwindigkeit angetrieben ist, zu steuern, ferner bestehend
aus einer Bremseinrichtung zur Abbremsung des Kupplungsrades.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Verbesserung bei
Antrieben mit Kupplung, in denen der Kupplungsmotor mit einer festen Halteeinrichtung
ausgestattet ist, die automatisch eine teilweise eingekuppelte Schaltatellung herstellt,
in der das Durchrutschen der Kupplung zur Erzeugung einer langsamen Arbeitsgeschwindigkeit
verwendet wird.
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Bei Kupplungsmotoren, die eine derartige Pestpunkthalteeinrichtung,
beispielsweise für das Abstoppen einer angeschlossenen Nähnadel in einer vorbestimmten
festen Stellung besitzen, ist es allgemein üblich, die Kraft, mit der die Kupplung
betätigt wird, um sie in ihrer teilweise eingekuppelten Stellung zu halten, und
den angeschlossenen Abnehmer in einer verringerten Geschwindigkeit anzutreiben,
zu steuern, weil während dieser langsamen Arbeitsgeschwindigkeit des Abnehmers die
Einrichtung zum Abstoppen der Nadel in ihrer vorbestimmten festen Stellung in Tätigkeit
tritt, um die Nadel in dieser Stellung anzuhalten. Die teilweise eingekuppelte Arbeitsstellung
ergibt, dass der Abnehmer in einer langsamen, den Durchschnitt einer vorgegebenen
festen Geschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit angetrieben werden kann, der
Abnehmer jedoch seine augenblickliche Geschwindigkeit dauernd wechselt. Damit wird
jedoch eine langsame Arbeitsgeschwindigkeit sehr unstabil. Es ist deshalb wünschenswert,
Einrichtungen vorzusehen, die eine niedrige stabile Arbeitsgeschwindigkeit herzustellen
vermögen.
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Ziel der vorliegende Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen,
die den angeschlossenen Abnehmer auch bei langsamer Arbeitsgeschwindigkeit eine
stabile
Arbeitsweise verleiht und insbesondere die Schaffung eines
neuen und verbesserten Antriebes mit Kupplung zum Antrieb eines angeschlossenen
Abnehmers in einer stabilen langsamen Geschwindigkeit mit einem elektrischen Kreis
zu gawährleisten, der einfach im Aufbau und billig in der Herstellung ist.
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Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass eine Kupplungsbetätigungseinrichtung
zur Erzeugung einer zusätzlichen Kupplungsbetätigungskraft vorgesehen ist, durch
die das Kupplungsrad in seiner neutralen Stellung gehalten ist, in welcher weder
eine Kupplungsnoch eine Bremswirkung auf das Kupplungsrad übertragen ist, wobei
die zusätzliche Kupplungsbetätigungskraft zur Betätigung des Kupplungsrades mit
der erstgenannten Kupplungsbetätigungskraft zusammenarbeitet.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Antriebes mit Kupplung,
bestehend aus einem Elektromotor mit Motorwelle, einem mit der Motorwelle fest verbundenen
Schwungrad, einer Abtriebswelle zum Antrieb eines Abnehmers, einem mit der Abtriebswelle
fest verbundenen und in Normalstellung des Schwungrad gegenüberstehenden Kupplungsrad,
Bremseinrichtungen zum Abbremsen des Kupplungsrades, elektromagnetischen Einrichtungen,
die im erregten Zustand das Kupplungsrad mit dem Schwungrad in Eingriff bringen,
einer Fühleinrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Abnehmers, Steuereinrichtungen,
die auf den Ausgang der Geschwindigkeitsfühleinrichtung ansprechend eine Betätigungskraft
für die elektromagnetischen Einrichtungen steuern, dadurch zu erreichen, dass in
einen parallelen Kreis zu den Steuereinrichtungen zusätzliche Betätigungseinrichtungen
angeordnet sind, die die elektromagnetischen Einrichtungen
stetig
mit einer vorbestimsten Betätigungskraft versorgen.
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Vorzugsweise ist dabei die Betätigungseinrichtung als variabler Widerstand
ausgebildet.
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Die vorbestimmte Betätigungskraft für die Elektromagneten soll dabei
vorzugsweise eine derartige Grösse aufweisen, dass die Elektromagneten derart erregt
werden, dass das Kupplungsrad in seiner neutralen Stellung, in der es weder mit
dem Schwungrad noch mit der Bremseinrichtung in Eingriff steht, gehalten ist.
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Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in den Zeichnungen näher beschrieben und erläutert
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines Kupplungsmotors, bei welchem die Erfindung
mit den in Ansicht dargestellten Teilen anwendbar ist, Fig. 2 zeigt schematisch
ein Diagramm eines Steuerkreises, der von einem der Anmelder zur Steuerung des in
der Fig. 1 dargestellten Kupplungsmotors bereits einmal früher in einer ähnlichen
Form vorgeschlagen worden ist, Fig. 3 zeigt schenatisch ein Diagramm eines Steuerkreises,
in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der Erfindung, und Fig. 4a und 4b zeigen
Oszillogramme, wie sie mit den in Fig. 2 und 3 dargestellten Steuerkreisen
erhalten
erden.
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In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Antriebseinrichtung mit
Kupplung in Form eines Elektromotors mit einer elektromagnetischen Kupplung dargestellt.
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Die dargestellte Einheit besteht aus einem Elektromotor 10 der konventionnellen
Bauweise mit einem Schwungrad 12, das direkt auf der Motorwelle befestigt ist. Das
Schwungrad 12 ist auf seiner der angeschlossenen Motor entgegengesetzten Stirnfläche
mit einer Gleitfläche in Form eines Ringes ausgestattet. Der Motor 10 selbst int
auf bekannte Art und Weise innerhalb eines Gehäuses 14 untergebracht, wobei das
Schwungrad 12 in dem vom 10-tor 10 entfernten, offenen endbereich des Gehäuses 14
angeordnet ist. Das offene Ende dieses Gehäuses 14 ist auf geeignete Weise mit dem
offenen Ende eines Bügels 16 verbunden, der eine Kupplung trägt, wie sie im folgenden
noch beschrieben werden wird.
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Die Kupplung besteht aus einem Kupplungsrad 18, das in nächster Nähe
der Motorwelle mit einem Ende einer Abtriebswelle 20 fest verbunden ist. Weiter
weist die Kupplung eine verschiebbare Lagerung 22 in Form eines hohlen Zylinders
auf, die gleitend in einer zentral an der anderen Stirnfläche des Bügels 16 gebildeten
Lagehülse zur axialen Verschiebung entlang der Lagerhälse geführt ist. Die einen
in den Zeichnungen nicht dargestellten Abnehmer antreibende Abtriebswelle 20 ist
über ein Paar von Kugellagern 24 mit der verschiebbaren Lagerung 22 verbunden.
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Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist eine Vielzahl von Glichstrom-Elktromagnten
26 (lediglich einer ist
dargestellt) ausserhalb der oben beschriebenen
Lagerhülse, sich über im wesentlichen gleiche Winkelbereiche der anderen Stirnfläche
des Bügels 16 erstreckend befestigt. Werden die Elektromagneten 26 erregt, so werden
elektromagnetische Kräfte erzeugt, die eine fest auf der verschiebbaren Lagerung
22 zwischen dem Kupplungsrad 18 und den Elektromagneten 26 angeordnete Betätigungascheibe
28 bewegen und damit die Abtriebswelle 20, wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, nach
links verschieben, um das Kupplungsrad 18, zur Übertragung einer auf einen in den
Zeichnungen nicht dargestellten Abnehmer zu übertragenden Kraft in Eingriff mit
dem Schwungrad 12 zu bringen.
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An dem Bügel 16 sind ausserdem eine Vielzahl von Bremsschuhen 30
befestigt, von denen jeder eine normalerweise mit dem Kupplungsrad 18 zur Übertragung
der Gleitbewegung in Eingriff stehende Arbeitsfläche besitzt. In Fig. 1 ist ausserdem
eine Bremsfeder 32 dargestellt, wie sie innerhalb des Bügels 16 an der Aussenseite
der verschiebbaren Lagerung 22 angeordnet und fest mit der anderen Stirnfläche des
Bügels 16 verbunden ist.
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Tatsächlich ist eine Vielzahl von Bremsfedern 32 in im wesentlichen
gleichen Winkelabatänden angeordnet, die versuchen, die Betätigungsscheibe 28 in
die in Fig. 1 dargestellte rechte Stellung zu verschieben.
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Aus der dargestellten Anordnung ist leicht zu entnehmen, dass ein
Erregen der Elektromngneten 26 die Kupplung zum Antrieb eines angeschlossenen Abnehmers
in ihre Arbeitsstellung bringt, während die Nichterregung der Magneten 26 den Bremsfedern
erlaubt, die Kupplung in ihre Ruhestellung zu bringen und damit plötzlich die
Energieabgabe
an den Abnemmer zu stoppen, Eine gegenüber der in der Figur dargestellten Anordnung
im wesentlichen ähnliche Anordnung ist im einzelnen, beispielsweise in der bereits
genannten US-Anmeldung Mr. 845 264 beschrieben. In dieser Anmeldung ist ein mit
den Elektromagneten 26 in wesentlichen identischer Elektromagnet mit der Bezugszeichen
409 versehen und im Detail beschrieben.
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Un die oben beschriebene Kupplung in eine nur teilweise eingekuppelte
Arbeitsstellung zu bringen, in der der angeschlossene Abnehmer mit langsamerer Geschwindigkeit
angetrieben wird, sind elektrische Steuereinrichtungen, wie sie in Fig. 2 dargestellt
sind, verwendet worden. Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, dass eine Einphasenwechselstromquelle
100 mit ihrer einen Seite mit einem normalerweise offenen Schalter 1o2 vertunden
ist, der seinerseits mit einer der Wechselstromeingangsanschlussklemmen eines Einphasen-Vollweggleichrich
ters 104 in Verbindung steht. Die andere Seite der Stromquelle loo ist dabei mit
der anderen Eingangs-Anschlussklemme des Vollweggleichrichters 1o4 über einen Dreianschluss-Doppelthyristor
1o6 verbunden, Der Gleichrichter 104 ist mit einem Paar von Gleichstrom-Ausgangs-Anschlussklenmen
ausgestattet, die über eine Leitung 108 mit den Spulen der oben in Zusammenhang
mit Fig. 2 beschriebenen Elektromagneten in Verbindung stehen. Die Spulen sind mit
derselben Bezugszahl 26 wie die Elektromagneten bezeichnet. Der in dem Block für
den Gleichrichter angedeutete Pfeil sagt aus, dass ein gleichgerichteter Strom in
einer bestimmten Richtung von dem Gleichrichter in zugeordnete Schaltelemente fliesst.
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Der Doppelthyristor 106 umfasst eine Steuerelektrode, die mit einem
Auslöseelement 110, einer mit einem Steuerkondensator 112 verbundenen Dreischichten-Doppeldiode
verbunden ist. Der Kondensator 112 wiederum ist an seiner Verbindungsstelle mit
dem Auslöseelement 110 mit einer Induktanz 114 verbunden, die wiederum an die Verbindungsstelle
des Doppelthyristors 1o6 mit dem Vollweggleichrichter 104 angeschlossen ist. Die
andere Seite des Kondensators 112 dagegen ist mit der Stromquelle loo verbunden.
Sobald der Kondensator 112 eine Spannung führt, die über einen vorbestimmten Wert
hinausgeht, erzeugt er ein Zündsignal zur Zündung des Thyristors 1o6 über das Auslösellement
110.
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Darüber hinaus ist der Kondensator 112 mit einem Paar Wechselstromanschlussklemmen
eines Einphasen-Vollweggleichrichters 116 verbunden, der ein Paar von Gleichstrom-Ausgangs-Anschlussklemmen
besitzt, die mit einem Transistor 118 des NPN-Typs über dessen Kollektor und Emitterelektrode
verbunden sind. Der Transistor 118 besitzt eine Basis-Elektrode, die mit einer Gleichstrom-Ausgangs-Anschlussklemme
eines Einphasen-Vollweggleichrichters 120 verbunden ist. Der Gleichrichter 120 besitzt
eine andere Ausgangs-Anschlussklemme, die mit der Emitter-Elektrode des Transistors
118 verbunden ist und ein Paar von Wechselstrom-Eingangs-Anschlussklemmen, die über
einen Steuergenerator 122, beispielsweise einem Tachometergenerator miteinander
verbunden sind. Der Steuergenerator 122 spricht auf die Drehzahl bzw. Geschwindigkeit
des angeschlossenen Abnehmers (nicht dargestellt) an, der mit geringer Drehzahl
angetrieben wird und erzeugt ein Signal, das diese DrehzAhl anzeigt.
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Die Einrichtung arbeitet nun folgendermassen:
Wird
der Schalter 1o2 in seine geschlossene Stellung gebracht, so wird der Kondensator
112 schlagartig auf eine Spannung aufgeladen, die ausreicht, das den Thyristor 1o6
zündende Auslöseelement 110 zu zünden. Dies geschieht deshalb, weil der Steuergenerator
122, bevor der angeschlossene Abnehmer seine vorgegebene Drehzahl erreicht hat,
eine geringe Ausgangsspannung erzeugt, während der Transistor 118 zwischen den Kollektor-
und Emitterelektroden einen hohen Widerstand hat. Unter diesen Umständen fliesst
der normalerweise durch die Induktanz fliessende Strom zum grossen Teil in den Kondensator
und ein kleinerer Teil davon in den Transistor 118, den Gleichrichter 120 etc. aufweisenden
Stromkreis. Die Zündung des Thyristors 1o6 bewirkt die Erregung der Elektromagneten
26, wodurch das Kupplungsrad 18 gegen die Kraft der Bremsfedern 32 auf das Schwungrad
12 gepresst wird, bis sich Schwungrad und Kupplungsrad miteinander in Eingriff befinden
und den angeschlossenen Abnehmer antreiben.
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Nähert sich nun die Abnehmerdrehzahl einer vorgegebenen Drehzahl,
so erhöht sieh die Ausgangsspannung des Steuergenerators 112, wodurch der Widerstand
zwischen den Kollektor- und Emitterelekroden des Transistors 118 verringert wird.
Aus diesem Grund erhöht sich der durch den mit dem Transistor 118 ausgestattete
Stromkreis fllessende Strom progressiv, was von einer Ladungsverringerung des Kondensators
112 begleitet ist.
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Dies bedeutet, dass der Thyristor 106 hinter seinem Zündwinkel zurückbleibt,
wodurch eine Verringerung des durch die Windungen der Elektromagneten 26 fliessenden
Stromes bewirkt wird.
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Nach Uberschreiten einer vorgegebenen Abnehmerdrehzahl
nimmt
der Strom für die Elektromagneten 26 um einen sehr kleinen Betrag ab. Somit wird
die von den Elektromagneten 26 aufgebrachte gesamte elektromagnetische Kraft kleiner,
bis sie von der durch die Bremsfedern 32 aufgebrachten Kraft übertroffen wird Zu
diesem Zeitpunkt hebt dann das Kupplungsrad 18 von dem Schw@ngrad 12 ab und kommt
an len Bremsachuhen 30 zur Anlage, wodurch eine plötzliche Verringerung der Abnehmerdrehzahl
erreicht wird.
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Danach erreicht der Thyristor wieder seinen Zündwinkel und erhöht
somit die von den Elektromagneten aufgebrachte Kraft, was zu einer höheren Drehzahl
führt. Der oben beschriebene Vorgang wiederholt sich laufend, um eine festgelegte
geringe Drehzahl eines Abnehmers aufrecht zu halten.
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Detailiertere Angaben der in Fig. 2 dargestellten Anordnung können
der obengenannten US-Patentanmeldung 828 844 entnommen werden.
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In Fig. 4a sind Oszillogramme dargestellt, wie man sie mit einem
Steuerkreis erhält, wie er in Fig.
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2 dargestellt ist. Die in Fig. An gezeigten Kurven stellen einmal
einen durch Jeden der Elektromagneten 26 fliessenden Strom I (obere Kurve) und eine
entsprechende Drehzahl L des angeschlossenen Abnehmers (untere Kurve) in einer teilweise
eingekuppelten Arbeitsstellung dar. Der unteren Kurve ist zu entnehmen, dass die
Drehznhl des Abnehmers auf einem vorbestimmten festen Wert einer geringeren Grösse
aufrechterhalten worden ist.
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Überschreitet jedoch die Drehzahl des Abnehmers den vorbestimmten
festen Wert, 30 wird der Strom (siehe die
obere Kurve der Fig.
4a) für die Elektromagneten sofort verringert und somit auch die von den Elektromagneten
erzeugte Kraft. Gerade in dieser Zeit werden die Brernsfedern 32 wirksam und üben
eine Bremsfunktion aus, die zu einer plötzlichen Verringerung der Drehzahl des Abnehmers
führt. Das Ergebnis ist, dass die Drehzahl des Abnehmers um einen bestimmten Betrag
schwingt, wenngleich sie auch im Mittel auf der vorbestimmten festen Grösse gehalten
wird. Dies hat den Nachteil, dass die Drehzahl stark schwankt. Um diesen Nachteil
zu vermeiden, könnte es lediglich notwendig sein, die Bremskraft zu schwächen. Mit
dieser Massnah me ist es jedoch nicht möglich, den Abnehmer innerhalb eines kurzen
Zeitraumes mit hoher Genauigkeit auf seine vorbestimmte feste Drehzahl abzubremsen.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, die Nachteile von denjenigen
Vorrichtungen zu beseitigen, die wechselweise arbeitende Kupplungen und Bremsen
besitzen, um aufgrund einer schleifenden Arbeitsweise der Kupplung einen Abnehmer
mit geringer Geschwindigkeit anzutreiben oder in Rotation zu versetzen.
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In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
wobei Elemente, die auch in Fig. 2 dargestellt sind, mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind. Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der in
Fir, 2 dnrgestellten lediglich durch einen variablen Widerstand 200, der mit dem
Doppelthyristor 106 über eine Leitung 202 verbunden ist.
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Diese massna me stellt, wie ein Kreis zur Erzeugung eines konstanten
Stromes, sicher, dass ein stetiger Stromfluss durch die Elektromagneten 26, genau
genommen durch deren Windungen 26 fliesst, solange der Scnalter
1o2
in seiner geschlossenen Stellung liegt. Dieser konstante Strom fliesst ungeachtet
des von der Drehzahl des angeschlossenen Abnehmers abhängigen und über den Thyristor
1o6 gesteuerten Stromes durch die Elektromagneten und wird durch den variablen Widerstand
derart eingestellt, dass die Elektromagneten 26 eine Kraft erzeugen, die ausreicht,
das Kupplungsrad 18 in seiner neutralen Stellung zu halten, in welcher es weder
mit dem Schwungrad 12 noch mit den Bremsschuhen 30 in Eingriff steht, so dass weder
eine Kupplungs- noch eine Bremsfunktion durchgeführt wird.
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In Fig. Ab sind Oszillogramme dargestellt, wie sie mit einem in Fig.
3 dargestellten Steuerkreis erhalten werden. Die oberen und unteren Kurven der Fig.
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4b haben die selbe Bedeutung wie die entsprechenden Kurven in Fig.
4a. In einer Steuerkreis, wie er in Figur 2 dargestellt ist, wird der durch jeden
Elektromagneten fliessende Strom in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des angeschlossenen
Abnehmers gesteuert, um die teilweise gekuppelte Arbeitsstellung zu erreichen, während
der Abnehmer im Mittel auf einer vorbestimmten festen Drehzahl geringer Grösse gehalten
wird. Uberschreitet die Drehzahl die vorgegebene feste Grösse, so verändert der
Thyristor 106 seinen Zündwinkel, um den durch die Elektromagneten fliessenden Strom
zu steuern. In der in Fig. 3 dargestellten Anordnung dagegen fährt der konstante
Strom fort, über den variablen Widerstand 200, die Leitung 202 und den Vollweggleichrichter
104 die Elektromagneten 26 zu apeisen, wodurch die Ausübung einer Bremswirkung auf
das Kupplungsrad 18 verhindert wird, mit dem Ergebnis, dass der Strom für die Elektromagneten
26 vor einer plöt@@ichen Abnahme,
wie dies in der oberen Kurve
-I in Fig. 4b dargestellt ist, als Folge einer Abnahme der Abnehmerdrehzahl, bewahrt
wird. Diese Massnahme stollt sicher, dass der Abnehmer weiterhin in seiner vorgegebenen
festen Drehzahl angetrieben wird, wobei nur geringe Schwankungen sehr flacher Art
, wie dies in der unteren Kurve N in Fig. 4b dargestellt ist, auftreten.
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Unter diesen Umständen arbeitet eine Festpunkt-Halteeinrichtung (nicht
dargestellt), um zu veranlassen, dass der Abnehmer seine vorbestimmte feste Drehzahl
erreicht und die Elektromagneten 26 vollständig stromlos gemacht werden, beispielsweise
auf eine Weise, wie sie in der US-Patentanmeldung 828 844 beschrieben ist. Dies
hat Jodoch zur Folge, dass das Kupplungsrad 18 einer Bremswirkung unterworfen wird,
mit dem Ergebnis, dass der Abnehmer innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes mit hoher
Genauigkeit auf seine vorbestimmte feste Drehzahl abgestoppt wird.
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Aus den obigen Ausführungen dürfte klar hervorgehen, dass die Ziele
der Erfindung durch die Anordnung eines zusätzlichen Kreises zur dauernden Versorgung
der angeschlossenen Elektromagneten mit einem konstanten Strom ungeachtet des von
der Drehzahl des Abnehmers abhängigen Stromes erreicht werden.