DE2414484C3 - Kontaktfrei arbeitender Positionsgeber fur Nähmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kontaktfrei arbeitenden Positionsgeber für Nähmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Bei einem derartigen, aus der DE-OS 19 07 975 bekannten Synchronisator sind als drehbar angeordnete Geberelemente mit einem bewegten Teil der Maschine gekuppelte, umlaufende Stellungsanzeiger vorgesehen. Bei diesem bewegten Teil der Maschine handelt es sich um die Nähmaschinenwelle. Im Abstand zu ihr ist ein als Feldquelle dienender Dauermagnet angeordnet. Dieser liegt zwischen den Umlaufbahnen der beiden drehbar angeordneten Geberelemente. Achsparallel zur Nähmaschinenwelle axial gegenüber der Anordnung des Dauermagneten versetzt sind jeweils auf der anderen Seite der Umlaufbahnen auf Feldänderungen ansprechende Empfänger vorgesehen. Die drehbar angeordneten Geberelemente können als umlaufende magnetische Brücken ausgebildet sein, die bei ihrem Durchgang zwischen dem Dauermagneten und dem ihnen jeweils zugeordneten Empfänger das Dauermagnet-Magnetfeld bündeln und auf diesen Empfänger konzentrieren.

Eine abgewandelte, ebenfalls aus der DE-OS 19 07 975 bekannte Ausführungsform für einen solchen kontaktfrei arbeitenden Positionsgeber, bei der die drehbar angeordneten Geberelemente als geschlitzte Blendenscheiben aus magnetisch abschirmendem Material vor den Empfängern ausgebildet sind, hat sich in der Praxis außerordentlich bewährt.

Bei einem anderen, aus der DE-AS 17 63 657 bekannten Positionsgeber ist ein ortsfestes Geberelement vorhanden, das durch einen Hallgenerator realisiert ist, der nahe einer Kreisbahn angeordnet ist, die von beiden drehbar angeordneten Geberelementen durchlaufen wird. Als drehbar angeordnete Geberelemente dienen dabei zwei in bezug auf die Orientierung des ortsfesten Hallgenerators unterschiedliche Polarität aufweisende Permanentmagnete. Wenn die winkelmäßige Zuordnung jedes der beiden rotierenden Permanentmagnete unter Berücksichtigung der auf den Hallgenerator wirkenden Polarität bekannt ist, dann ist dem Erscheinen eines Steuerimpulses am Ausgang des Hallgenerators f>5 aufgrund der Stromimpuls-Polarität eine bestimmte momentane Winkelstellung von zwei möglichen Winkelstellungen der Nähmaschinenwelle zugeordnet.

Insbesondere angesichts der hohen Arbeitsgeschwindigkeit von Industrie-Nähmaschinen kann es kritisch sein, daß durch die rotierenden Permanentmagnete vergleichsweise große Unwuchten auftreten können, was entsprechenden mechanischen Aufwand für eine betriebssichere Halterung bedingt. Ein eigens für die Halterung solcher rotierender Dauermagnete entwickelter Magnetträger ist aus der DE-OS 19 43 Ib2 bekannt.

Aus der DE-OS 16 85 047 ist ein Positionsgeber ähnlicher Art bekannt, bei dem wahlweise stets nur eines von zwei ortsfesten Geberelementen auf Wirksamkeit schaltbar ist, um eine bestimmte, diesem zugeordnete Winkelstellung zu erfassen.

Die zwei ortsfesten Geberelemente sind als Spulen ausgebildet, die längs der Kreisbahn eines einzigen drehbar angeordneten Geberelementes, das als Permanentmagnet realisiert ist, angeordnet sind. Diese Spulen sind beispielsweise derart angeordnet, daß der Magnet, der am Handrad der Nähmaschine angebracht ist, an ihnen im oberen bzw. unteren Totpunkt der Nähmaschinen-Nadel vorbeiläuft.

Jeweils eine Spule ist wahlweise als Widerstand in eine mit Wechselspannung von Netzfrequenz beaufschlagbare Wheatstonesche Brücke schaltbar. Auf Grund der Änderung der Induktivität einer Spule bei Vorbeilauf des Magneten kommt die sonst abgeglichene Brücke ins Ungleichgewicht und gibt einen Steuerimpuls ab, der über einen Brückengleichrichter gleichgerichtet wird. Ein solcher Steuerimpuls besteht aus einer Kette von Halbwellen, deren Zahl mit zunehmender Drehzahl der Nähmaschine abnimmt, und deren Amplitude mit zunehmender Drehzahl der Nähmaschine wächst. Die Auswertung dieser hinsichtlich Amplitude und Zahl der Halbwellen stark von der Drehzahl der Nähmaschine abhängigen Steuerimpulse ist verhältnismäßig aufwendig. Des weiteren ist dieser Positionsgeber verhältnismäßig störanfällig, da die Spulen als empfindliche Teile offen an der Maschine liegen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die als ortsfeste Geberelemente dienenden Spulen winkelverstellbar an der Nähmaschine angeordnet sind, um die Abgabe eines Steuerimpulses unterschiedlichen Nadelstellungen zuordnen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Positionsgeber eingangs genannter Art so weiterzubilden, daß er trotz Abgabe voneinander unterscheidbarer Steuerimpulse entsprechend zwei unterschiedlichen Winkelstellungen der Nähmaschinenwelle aus dem ortsfesten Geber in mechanischer wie in elektrischer Hinsicht funktionssicherer, dennoch aber weiterhin einfach und platzsparend aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Positionsgeber eingangs genannter Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches ausgestattet ist.

Diese erfindungsgemäße Ausbildung eines kontaktfrei arbeitenden Positionsgebers für Nähmaschinen ist nicht nur äußerst einfach in ihrem mechanischen wie auch elektrischen Aufbau gestaltet und dadurch kostengünstig herstellbar, sondern zeichnet sich darüber hinaus auch durch überaus hohe Funktionssicherheit aus. Denn es werden lediglich zwei verhältnismäßig kleine, als ortsfeste Geberelemente dienende Feldplatten unmittelbar auf einem einzigen ortsfesten Permanentmagneten befestigt und in eine Wheatstone'sche Brücke eingeschaltet, und die beiden umlaufenden Geberelemente bestehen regelmäßig lediglich

aus zwei kleinen Eisenteilen. Von letzterem geht keine spürbare Unwucht aus, so daß sie insbesondere auch zum Einsatz an Nähmaschinen mit hohen Arbeitsgeschwindigkeiten ohne besonderen konstruktiven Aufwand derart befestigbar sind, daß von ihnen keine Betriebsstörungen ausgehen können. Der als Feldplatten-Träger dienende Permanentmagnet braucht aufgrund der unmittelbaren Anordnung dieser ortsfesten magnetisch beeinflußbaren Geberelemente auf ihm kein besonders starkes Feld zu erzeugen. Falls zur B?einflussung der Magnetfeldstärke ein anderer Permanentmagnet gewählt wird, ist dieses ohne Einfluß auf die konstruktiven Gegebenheiten hinsichtlich der drehbar angeordneten Teile des kontaktlos arbeitenden Positionsgebers. Eine Erzeugung von Fehl-Ausgangsimpulsen am Positionsgeber aufgrund Einflusses von Streufeldern oder sonstigen magnetischen Störerscheinungen ist praktisch ausgeschlossen, da solche Störfelder im Verhältnis zum ständig die Feldplatten durchsetzenden Feld des Permanentmagneten vernachlässigbar klein sind. Altersbedingte oder temperaturbedingte Schwankungen der Feldstärke des Permanentmagneten wirken sich aufgrund der Zusammenschaltung der Feldplatten in einer Brückenschaltung am Ausgang des Positionsgebers nicht aus. Diese Einschaltung in eine Brückenschaltung bedarf nur geringen Schaltungsaufwandes, da die in Reihe geschalteten Feldplatten am Ort ihrer Montage unmittelbar zusammengeschaltet werden können, so daß lediglich drei Anschlußleitungen abzuführen sind.

Wird ein drehbares Geberelement an der zugehörigen Feldplatte vorbeigeführt, so ändert sich auf Grund des sogenannten Hall-Effektes dcrch Einschnürung der Stromfäden auf Grund der Magnetfeldänderung dessen Ohmscher Widerstand mit der Folge, daß die sonst abgestimmte Brücke verstimmt wird. Die Brücke gibt also ein Signal ab. Läuft das andere drehbare Geberelement an der anderen Feldplatte vorbei, so wird die Brücke ebenfalls verstimmt; sie gibt in diesem Fall jedoch ein Signal anderer Polarität ab. Diese Signale können dann als Steuerimpulse zum Ansteuern einer Bremse zum genauen Anhalten der Nähmaschine in einer bestimmten Nadelstellung, zum Betätigen eines Fadenabschneiders od. dgl. ausgewertet werden. Die erzeugten Steuerimpulse haben stets gleiche Amplitude, so daß sie beispielsweise in einem Schmit-Trigger ausgewertet werden können.

Ein optimaler Effekt wird erreicht, wenn die Feldachse des Magneten etwa radial zur Kreisbahn der drehbaren Geberelemente liegt, und wenn die Feldplatten etwa senkrecht zur Feldachse des Magneten angeordnet sind, da hierbei die Widerstandsänderung der Feldplatten beim Vorbeilauf der drehbaren Geberelemente am größten ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Positionsgeber im vertikalen Längsschnitt,

F i g. 2 den Positionsgeber in einer Darstellung gemaß der Schnittlinie H-Il in F i g. I und

F i g. 3 eine Brückenschaltung der ortsfesten Geberelemente des Positionsgebers.

Ein Positionsgeber für eine Nähmaschine weist ein Gehäuse 1 auf, an dem eine Muffe 2 angebracht ist, in die ein am Nähmaschinenoberteil angebrachter Zapfen eingeführt wird, um das Gehäuse 1 gegenüber dem Nähmaschinenoberteil gegen Verdrehungen zu sichern.

In dem Gehäuse 1 ist eine innere Welle 3 in einem Doppelkugellager 4 axial und radial spielfrei aber drehbar gelagert. An dem aus dem Gehäuse 1 herausragenden Ende der inneren Welle ist eine Anschlußmufie 5 gegenüber der inneren Welle 3 drehfest angebracht, mittels derer die innere Welle 3 an das entsprechende Kupplungsstück einer Nähmaschinenoberwelle zum synchronen Umlauf mit dieser ankuppelbar ist. Das Kugellager befindet sich auf der der Nähmaschine zugewandten Seite in einer Grundplatte 6 des Gehäuses 1, an der auch die Muffe befestigt wird. Auf dem frei vorkragenden Teil der innerenWelle 3 ist zuerst das Polrad 7 eines Drehzahlgenerators drehfest angebracht, dessen Stator 8 radial unterhalb des Polrades 7 im Gehäuse ortsfest angeordnet ist. Im Anschluß daran sind zwei Arme 9,10 auf der inneren Welle befestigt. Diese liegen jeweils direkt gegen eine auf der Außenseite der beiden Arme 9 bzw. 10 angeordnete Stützscheibe 11 bzw. 12 und jeweils gegen eine zwischen den beiden Armen angeordnete Reibungsringscheibe 13 bzw. 14 aus Reibungswerkstoff an. Zwischen den beiden Reibungsringscheiben sind noch einmal zwei Stützscheiben 15 bzw. 16 angeordnet. Die vier Stützscheiben 11, 12. 15, 16 sind auf einer entsprechenden Abflachung des zugehörigen Teils der inneren Welle 3 drehfest festgelegt. Die dem freien Ende der inneren Welle 3 zugewandte Stützscheibe 16 ist durch einen Sicherungsring 17 gegen eine axiale Verschiebung gesichert. Die entgegenliegende Stützscheibe 11 wird von einer vorgespannten Schraubendruckfeder 18 belastet, die sich mit ihrem anderen Ende unter Zwischenschaltung einer Ringscheibe 19 gegen einen entsprechenden Anschlagbund 20 an der inneren Welle 3 abstützt. Durch diese Ausgestaltung werden die Arme 9 bzw. JO dann, wenn außer den Trägheitskräften beim Beschleunigen oder Abbremsen der inneren Welle 3 keine zusätzlichen Kräfte auftreten, in ihrer einmal eingestellten Lage relativ zur inneren Welle 3 drehfest gehalten. Bei Ausübung ausreichend großer tangential gerichteter Verstellkräfte wird aber die Reibung insbesondere zwischen den Armen 9 bzw. 10 und den zugeordneten Reibungsringscheibtn 13 bzw. 14 überwunden, wodurch eine genaue Einstellung dieser Arme in ihrer Lage relativ zur inneren Welle 3 möglich ist.

Die Arme 9 bzw. 10 tragen an ihren freien Enden achsparallel zur inneren Welle 3 angeordnete, als drehbare Geberelemente 21 bzw. 22 dienende, kleine Platten aus ferromagnetischem Werkstoff, regelmäßig also aus Eisen.

Radial zu den Armen 9, 10 ist ortsfest im Gehäuse 1 ein als Permanentmagnet ausgebildeter Magnet 23 angeordnet, dessen Feldachse 24 ebenfalls radial zur inneren Welle 3 liegt, d. h. Nordpol N und Südpol S dieses Magneten 23 liegen radial zur inneren Welle 3. Seine den Armen 9 bzw. 10 zugewandte Oberfläche 25 liegt etwa parallel zu einer Tangentialebene an den durch die drehbaren Geberelemente 21 und 22 bei einer Drehung der inneren Welle aufgespannten Zylinder. Auf der Oberfläche 25 des Magneten 23 sind zwei zweckmäßigerweise aus Halbleiterwerkstoff, wie z. B. Indiumarsenit oder Indiumantimonid, bestehende, als ortsfeste Geberelemente dienende Feldplatten 26, 27 elektrisch isoliert, beispielsweise mittels Kunststoffkleber, angebracht, die jeweils senkrecht von der Feldachse 24 des Magneten 23 durchdrungen werden. Ihre Dicke, d. h. ihre Erstreckung in Richtung radial zur inneren Welle 3 ist sehr viel kleiner als ihre Breite in Unilaufrichtung der Arme 9 bzw. 10 gesehen.

Diese beiden Feldplatten 26, 27 sind — wie aus F i g. 3 ersichtlich ist — in Reihe geschaltet und zusammen mit zwei ebenfalls in Reihe geschalteten Widerständen 28, 29 zu einer Wheatstoneschen Brücke zusammengeschaltet. Zum Abstimmen der Brücke kann ein Widerstand 28 als veränderbarer Widerstand, beispielsweise als Potentiometer, ausgebildet sein. An der Brücke liegt eine Gleichspannung, beispielsweise plus gegen minus. In abgestimmtem Zustand der Brücke, d. h. wenn sich vor keiner der Feldplatten 26 bzw. 27 ein drehbares Geberelement 21 bzw. 22 befindet, ist die Brückenspannung Ub = 0. Es fließt ein Strom von 4-6 mA durch die Feldplatten. Wird nun der einen Feldplatte 26 durch Drehen der inneren Welle 3 das drehbare Geberelement 21 genähert, so wird der Ohmsche Widerstand dieser Feldplatte 26 erhöht, was zu einer Verstimmung der Brückenschaltung führt. Der Luftspalt zwischen der Feldplatte und dem drehbaren Geberelement sollte beim Vorbeilauf des Geberelementes an der zugehörigen Feldplatte nicht größer als 0,2 bis 0,3 mm sein

Wird an der anderen Feldplatte 27 das andere drehbare Geberelement 22 vorbeigeführt, so erhöht sich deren Ohmscher Widerstand mit der Folge, daß die Brükke ebenfalls verstimmt wird, nunmehr aber eine Brükkenspannung mit umgekehrter Polarität zum zuerst geschilderten Fall auftritt.

Durch die geschilderte Ausbildung können also bei einem Umlauf der inneren Welle 3, d. h. bei einem Umlauf der Nähmaschinenoberwelle ganz bestimmten Winkelstellungen der Nähmaschinenoberwelle zeitlich zugeordnete und damit diese Stellungen anzeigende, jeweils unterschiedliche Signale erzeugt werden, die damit gleichzeitig bestimmte Nadelstellungen der Nähmaschine anzeigen. Diese Signale können dann zum Abbremsen der Nähmaschine in einer ganz bestimmten Stellung der Nadel ausgewertet werden. Selbstverständlich kann einer Feldplatte noch ein weiteres drehbares Geberelement zugeordnet werden, das beispielsweise dem anderen zugehörigen drehbaren Geberelement um einen festliegenden oder einstellbaren Winkel voreilt, so daß durch das erste Signal das Anhalten der Nähmaschine in einer oberen Nadelstellung ausgelöst wird.

Die Widerstandsänderung der Feldplatten 26 bzw. 27 bei Durchgang der drehbaren Geberelemente 21 bzw. 22 erfolgt dadurch, daß beim Vorbeilauf eines drehbaren Geberelementes 21 bzw. 22 an einer Feldplatte 26 bzw. 27 das die Feldplatten senkrecht durchsetzende Magnetfeld erheblich geändert wird, was nach dem sogenannten Hall-Effekt zu einer Einschnürung der Stromlinien in der Feldplatte führt, woraus sich wiederum eine Erhöhung von deren Ohmschen Widerstand ergibt, da im Augenblick der Magnetfeldänderung nur noch ein Teil des Querschnittes der jeweiligen Feldplatte von dem Strom durchflossen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kontaktfrei arbeitender Positionsgeber für Nähmaschinen mit einem ortsfesten Magneten, mit zwei 5 gegeneinander winkelversetzt drehbar angeordneten, je eine Kreisbahn beschreibenden Geberelementen aus ferromagnetischem Material und mit zwei ortsfesten magnetisch beeinflußbaren Geberelementen zur Erzeugung von Steuerimpulsen bei nahem Vorbeilauf der drehbar angeordneten Geberelemente, von denen jeweils eines einem der ortsfesten Geberelemente zugeordnet ist dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfesten Geberelemente als Feldplatten (26, 27) ausgebildet '5 sind, die auf dem Magneten (23) angebracht und in Reihe in zwei Zweige einer mit Gleichspannung gespeisten Wheatstone'schen Brücke geschaltet sind.