DE2229230C3 - Nähmaschinenantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Nähmaschinenantrieb mit einem mit der Nähmaschinenantriebsachse direkt gekoppelten Gleichstrommotor, dessen mechanische Zeitkonstante unter 500 Millisekunden liegt, und der aus dem Wechselstromnetz über einen steuerbaren Spartransformator mit nachgeschaltetem Vollweggleichrichter über eine Schaltvorrichtung, die in Ruhestellung des Fußpedals geöffnet ist, gespeist wird, sowie mit einer Vorrichtung zum Anhalten des Motors an einer bestimmten Stelle ausgerüstet ist.

Ein derartiger Nähmaschinenantrieb ist bereits bekannt (DE-OS 15 13 671).

Dieser bekannte Antrieb für Nähmaschinen od. dgl. ist von mechanischer Reibung zwischen den Arbeitsteilen und unregelmäßigen Zeitverzögerungen sowie Trägheiten bereits weitgehend unabhängig und arbeitet auch im Schnellbetrieb hinlänglich zuverlässig, erfüllt jedoch noch nicht die für moderne Höchstleistungsmaschinen geforderten Ansprüche bezüglich seiner Robustheit, Vielseitigkeit, Dauerbelastbarkeit und Laufcharakteristik bei leichter Bedienbarkeit. Die in der bekannten Schaltung verwendeten Gleichrichter werden als Kontrollorgan zwischen Motor und Versorgungstransformator verwendet, wobei die verschiedenen Geschwindigkeiten dadurch erreicht werden, daß der Arbeitszyklus der Gleichrichterorgane reguliert wird. Daraus ergibt sich, daß immer dann, wenn die Gleichrichter zu einem Zeitpunkt durchschalten, bei dem die Wechselstromspannung nicht Null ist, hohe Ausgangssignalspitzen nicht zu vermeiden sind, die zu erheblichen Störungen im Motorstromkreis führen können. Ein diskontinuierlicher Verlauf des Versorgungsstromkreises für den Motor führt zu häufigem Ausfall der Überlastsicherungen, zu übermäßiger Wärmsbildung, Vibrationserscheinungen und ähnlichen Nachteilen. Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, einen Nähmaschinenantrieb der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, daß jede Diskontinuitäten und Überbelastungen des Motors bei einfachem Schaltungsaufbau vermieden werden, wobei der Anhaltepunkt ohne mechanische Vernichtung der Energie beim Abbremsen durch Reibungsverluste od. dgl. exakt vorgebbar sein soll.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale erreicht
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der erfindungsgemäße Nähmaschinenantrieb sorgt für einen praktisch störunanfälligen Dauerbetrieb auch bei Höchstbelastungen unter Vermeidung aufwendiger mechanischer und elektrischer Einrichtungen. Kostspielige Positionskontrollen werden vermieden. Die Nähmaschine läßt sich auf einfache und zuverlässige Weise in geringstmöglicher Zeit auf einen Höchstwert der Umdrehungsgeschwindigkeit beschleunigen, wobei eine einfache Kontrolle in einem weiten Drehzahlbereich möglich wird, und es ist in entsprechender Weise eine schnelle und zuverlässige Stillsetzung in vorgegebener Nadelposition erreichbar.

Geräuschbelästigungen durch Inhomogenitäten in der Versorgungsspannung treten nicht mehr auf.

Die Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Ausführungsform de? Antriebes. Es bedeutet

F i g. 1 ein Schematisches Schaltbild für den Antrieb nach der Erfindung,
F i g. 2 eine Draufsicht auf den Antriebsmotor mit einer vorteilhaft ausgebildeten Indikatoreinrichtung für die Achsstellungen und

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Drehmomenterzeuger für die Positionsvorgabe in einem weiteren Ausführungsbeispiel.

F i g. 1 gibt die Schaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung wieder. Hierbei ist 28 der Spartransformator mit der Windung 80, die mit dem Wechselstromversorgungsnetz verbunden ist und über deren beweglichen Abgriff 82 die Eingangsspannung am Vollweggleichrichter 32 verändert werden kann. Die Stellung des Abgriffs 82 wird durch Übertragungsglieder, beispielsweise das angedeutete Gestänge 36, von der Stellung des Fußpedals 14 bestimmt. Zur Vereinfachung der Darstellung wird die Wicklung 80 linear dargestellt. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Transformator 28 ringförmig ausgeführt. Der Steuertransformator 28 stellt im Zusammenwirken mit der Gleichrichterbrücke eine Gleichstromquelle mit außerordentlich niederem inneren Widerstand dar. Dies ist

bo wesentlich für die Antriebseinrichtung nach der Erfindung, da im Zusammenwirken mit einem Motor, dessen Zeitkonstante weniger als 500 Millisekunden und vorzugsweise weniger als 100 Millisekunden beträgt, ausgezeichnete Beschleunigungs- und ^bbremscha-

h) rakteristiken erreicht werden. Die gewünschte Geschwindigkeit der Maschine wird im Gegensatz zu bekannten Ausführurgsformen, bei denen diskrete Widcrslands-/Spannungsteiler zum Einstellen bestimm-

ter Geschwindigkeiten benutzt werden, ausschließlich durch vom Fußpedal 14 gesteuerte Stellungen des Abgriffs 82 bestimmt

Das Ausgangssignal der Gleichrichterbrücke 32 wird über die Anschlüsse 84 und 86 mit dem Schalter 51 verbunden. Grundsätzlich kann das Ausgar gssignal des Vollweggleichrichters 32 in bekannter Weise gefiltert werden; dies ist jedoch in der Regel nicht erforderlich.

Der Schalter 51 ist, wie die Schalter 52 und 53, mechanisch mit dem Fußpedal 14 verbunden, wie dies durch die gestrichelte Linienführung in F i g. 1 angedeutet ist Der Schalter 51 bleibt während des Betriebes in der dargestellten Stellung. In der Ruhestellung des Fußpedals 14 berindet sich der Abgriff 82 in der Nullstellung und der Schalter 51 in seiner, gegenüber der in F i g. 1 gezeigten entgegengesetzten Stellung, bei der er den Gleichrichter 32 kurzschließt

In der dargestellten Betriebsstellung des Schalters 51 ist der Gleichrichter-Ausgang 86 mit dem Schaltsegmentring 88 des Schalters 53 elektrisch verbunden. Der Abgriff 90 des Schalters 53 ist, wie bereits erwähnt, gleichfalls in mechanischer Verbindung mit dem Fußpedal 14 und steht je nach Stellung mit dem Schaltersegment 88 oder dein Schaltersegment 92 in Verbindung. Solange der Abgriff 90 in Kontakt mit dem Segment 88 steht, wird der Motor 26 über die Leitung 94 mit der Ausgangsspannung des Gleichrichters 32 versorgt. In Fig. 1 ist der Motoranschluß mit 98 bezeichnet. Der Abgriff des Schalters 53 befindet sich in einem der Zwischenräume zwischen den Segmenten 88 und 92, wenn das Fußpedal 14 sich in seiner Ruhestellung befindet Sobald nun der Bedienende das Fußpedal 14 durch Fersendruck über die Ruhestellung hinaus und in entgegengesetzter Richtung der für den Betrieb erforderlichen Stellung bei der das Fußpedal 14 mehr oder weniger niedergedrückt wird, bewegt, erreicht der Abgriff 90 des Schalters 53 das Schaltsegment 92. Dies bedingt, daß die Motorausgangsklemmen über die Anschlüsse 94 und 101 kurzgeschlossen werden, so daß der Motor dynamisch abgebremst wird.

Es werden Motoren verwendet, deren mechanische Zeitkonstante weniger als 500 ms, beispielsweise 150 ms, bevorzugt 50—100 ms, beträgt, und es ergibt sich allein durch die Stellung des Fußpedals 14 eine einwandfreie Geschwindigkeitsregelung des Antriebs und damit der Nähmaschine.

Um zum Start ein ausreichendes Drehmoment zur Verfügung zu haben, erreicht der Abgriff 90 des Schalters 53 das Segment 88 erst dann, wenn der Abgriff 82 des Steuertransformators 28 bereits um einen vorgegebenen Betrag aus der Nullstellung bewegt wurde.

Infolge der Charakteristik der nach der vorliegenden Schaltung antriebsseitig zu verwendeten Motoren, ergibt sich beim Kurzschließen der Motorklemmen eine außerordentlich starke dynamische Abbremsung, die praktisch fast sofort zum Stillstand führt.

F i g. 1 zeigt den der Nadelpositionierungskontrolle dienenden Teil der erfindungsgemäßen Antriebseinrich- bo tung in einer ihrer Ausgestaltungen. Sobald das Fußpedal 14 in seine Ruhestellung gebracht wird, wird der während des Betriebes offene Schalter 52 geschlossen und damit über die Leitung 99 die Nadelpositionsschaltung mit der Wechselstromquelle in tr> Verbindung gebracht.

Fig. 2 zeigt in Verbindung mit Fig. 1 eine Anordnung von Positionsindikatorschalter Fl, F2, F3 und B1, B 2, S3. Es können auch andere Positionsindikatoreinrichtungen, beispielsweise solche elektro-optischer Art, benutzt werden. Die Schalter Fl-F3 und 51 -S3 sind magnetische Zungenschalter. Mit der Motorachse 24 ist ein Permanentmagnet 102 verbunden, als dessen Gegengewicht das nichtmagnetische Teil 103 dient Die normalerweise offenen Zungenschalter werden oei Annäherung des Magnetes 102 geschlossen.

Die Zungenschalter F1-F3 und Sl -B3 sind mit Steuerelektroden der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 verbunden, die ihrerseits mit der Leitung 99 mit der Wechselstromquelle und andererseits mit dem Motoranschluß 98 verbunden sind. Die Polarität der Thyristoren SCR 1 und SCR 2 ist derart gewählt daß über den Thyristor SCR 1 und die Schalter F1-F3 dem Motor Stromimpulse zugeführt werden, die seiner normalen Drehrichtung entsprechen, während über den Thyristor SCR 2 und die Schalter B1 - S3 dem Motor Stromimpulse zugeführt werden, welche die entgegengesetzte Polarität aufweisen.

Solange der Motor läuft, werden die einzelnen Magnetzungenschalter in der Reihenfolge Bt-B 3 und F3—Fl geschlossen und geöffnet. Da aber während des normalen Nähvorganges der Schalter 52 offen ist, bleibt dies ohne Auswirkung. Wird das Fußpedal 14 jedoch in seine Ruhestellung gebracht, so schließt sich der Schalter 52 womit der Positionsvorgang eingeleitet wird. Außerdem gelangt der Abgriff 90 des Schalters 53 in eine Zwischenstellung zwischen den Segmenten 88 und 92 und der Schalter 51 in die Stellung, in welcher der Gleichrichter 32 kurzgeschlossen wird. Die Funktion stellt sich dann wie folgt dar: Angenommen, der Antriebsmotor kommt in der in F i g. 2 gezeichneten Lage zum Stillstand, also mit Permanentmagnet 102 gegenüber Schalter Sl. Im Feld des Magneten 102 schließt der Schalter B1 und schließt damit den Widerstand 105 in Fig. 1 kurz. Dadurch wird das von der Diode 106 an die Steuerelektrode des Thyristors SCR 2 gelieferte Steuersignal gelöscht. Da die Schalter Fl- F3 offen sind, gelangt das Steuersignal der Diode 104 über den Widerstand 108 an den Thyristor SCR 1, so daß dieser einen der negativen Halbwelle entsprechenden Antriebsimpuls an den Motor 26 liefert. Der Motor dreht sich entsprechend dem Uhrzeigersinn, so daß nacheinander die Schalter B2 und S3 geschlossen werden, wodu^rch der Thyristor SCR 2 gesperrt und der Thyristor SCR 1 leitend bleibt. Während dieser Zeitspanne werden dem Motor Halbwellenimpulse zugeführt, wobei jeder Impuls durch eine Halbwelle getrennt ist. Der durch den Motor fließende Strom kann durch den Widerstand 110 eingestellt werden. Sobald der Magnetpol 102 die der gewünschten Nadelposition entsprechende Lage zwischen den Schalter S3 und F3 erreicht, schließt der Schalter F3, wodurch der Widerstand 108 kurzgeschlossen und das Steuersignal von Diode 104 an dem Thyristor SCR 1 gelöscht wird. Sind beide Schalter S3 und F3 geschlossen, gelangt kein Antriebsimpuls an den Motoranschluß 98. Sollte der Motor über die gewünschte Position hinaus drehen, so bedingt das, daß sich der Schalter S3 öffnet; damit erhält der Thyristor SCR 2 über den Widerstand 105 und die Steuerdiode 106 ein Steuersignal, so daß positive Halbwellenimpulse den Motor erreichen, um ihn in Arbeitsrichtung, also gegen den Uhrzeigersinn zu bewegen. Der über den Thyristor SCR 2 an den Motor gelieferte Strom kann durch den Widerstand 112 eingestellt werden. Ein Einstellen der Widerstände 110 und 112 bewirkt, daß der Motor ein Drehmnmpnt prhält

welches die gewünschte und vorherbestimmte Endstellung ohne Überschießen sicherstellt. Bei geeigneter Schaltungsanordnung ist es natürlich auch möglich, die Schalterelemente Fi - Fi und B 1 - Ö3 zu verwenden, die im nichterregten Zustand geschlossen und bei Annäherung der Magnete geöffnet werden.

F i g. 3 stellt eine andere Ausführungsform für die Positionskontrolle dar, bei der ein zusatzlicher magnetischer Momentenerzeuger benutzt wird. Dieser besteht aus dem drehbar mit der Motorachse 24 verbundenen Permanentmagneten 119 mit seinen mit S und N

be/eichneten Polen, der so angeordnet ist, daß er sich an den Polen 115 und 116 des Elektromagneten 112 vorbeibewegen kann; der Elektromagnet wird über die Windung 118 erregt, die einen magnetischen Fluß im Kern erzeugt. Die Lage des drehbaren Permanentmagneten 119 in der Darstellung entspricht der gewünschten Endstellung. Solange der Positionsindikator anzeigt, daß die Endlage noch nicht erreicht ist, wird bei geeigneter Polung ein Drehmoment in gewünschter Richtung erzeugt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Nähmaschinenantrieb mit einem mit der Nähmaschinenantriebsachse direkt gekoppelten Gleichstrommotor, dessen mechanische Zeitkonstante unter 500 Millisekunden liegt, und der aus dem Wechselstromnetz über einen steuerbaren Spartransformator mit nachgeschaltetem Vollweggleichrichter über eine Schaltvorrichtung, die in Ruhestellung des Fußpedals geöffnet ist, gespeist wird, sowie mit einer Vorrichtung zum Anhalten des Motors an einer bestimmten Stelle ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor nach öffnen der Kontakte der Schaltvorrichtung und nach seiner darauffolgenden Stillsetzung durch die Vorrichtung zum Anhalten in einer bestimmten Stellung aufeinanderfolgend Stromimpulse entgegengesetzter Polarität erhält, wobei der Stillstand am gewünschten Haitipunkt dadurch erzielt wird, daß der letzte der aufeinanderfolgenden Stromimpulse entgegengesetzter Polarität in Größe und Länge so bemessen ist, daß mit dem folgenden Stromimpuls mit der der normalen Drehrichtung entsprechenden Polarität kein Antriebsimpuls an den Motor gelangt.

2. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromimpulse entgegengesetzter Polarität über getrennte Gleichrichterelemente vorgegeben sind.

3. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Positionsindikator mit optischen Markierungen vorgesehen ist, dem eine Lichtquelle und eine lichtelektrische Zelle zugeordnet sind.

4. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Positionsindikator mit magnetischen Markierungen vorgesehen ist.