DE2733235C2 - Vorrichtung zur Steuerung des Motors für den Positionierungsvorgang einer Nähmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Motors für den Positionierungsvorgang einer Nähmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist aus der US-PS 35 73 581 bekannt. Bei derartigen Steuerungsvorrichtungen erfolgt also der eigentliche Bremsvorgang bei dem thyristorgesteuerten Motor durch Kurzschluß der Ankerwicklung mit Hilfe des Brems-Thyristors unter der Voraussetzung, daß einerseits das »AUS«-Kommando erzeugt wird und andererseits die Annäherungsdrehzahl erreicht ist Voraussetzung für das erfolgende Bremsen ist, daß einerseits die Ankerwicklung des Motors durch den Brems-Thyristor kurzgeschlossen wird, daß aber andererseits durch die Feldwicklung des Motors ein Erregerstrom fließt Bei der bekannten Vorrichtung gemäß der erwähnten US-PS 35 73 581 ist

to nicht speziell angegeben, auf welche Weise die Erregung des Motors aufrechterhalten wird, denkbar ist allenfalls eine Permanentmagneterregung. Die Antriebs-Thyristoren werden im Stand der Technik so lange völlig gesperrt, solange der Brems-Thyristor die Ankerwicklung kurzschließt Demnach können die Antriebs-Thyristoren bei der bekannten Vorrichtung die Feldwicklung des Motors nicht erregen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß der für ein dynamisches Abbremsen des Motors erforderliche Erregerstrom bereitgestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen VorrichtUDg wird die Triggerphpse des Antriebs-Thyristors auf einen gegebenen Wert festgelegt. Unabhängig davon, welche Vorgänge während des Bremsvorgangs in der Steuer-Schaltung für den Antriebs-Thyristor ablaufen, sorgt die Triggerphasenklemmschaltung dafür, daß der Antriebs-Thyristor nicht etwa völlig gesperrt wird, sondern bei einem bestimmten Phasenwinkel zündet, so daß der Erregerstrom für die Feldwicklungen des Motors bereitgestellt wird. Damit nun der durch die Feldwicklung des Motors fließende Erregerstrom nicht bis zur nächsten Inbetriebnahme der Nähmaschine aufrechterhalten bleibt, ist darüber hinaus die Zeitgeberschaltung vorgesehen, die nach Ablauf der voreingestellten Zeitspanne das Bremssteuersignal abschaltet und damit auch wieder die Wirkung der Triggerphasenklemmschaltung aufhebt. Es ist klar, daß die voreingestellte Zeitspanne der Zeitgeberschaltung etwas länger als die normalerweise für einen Bremsvorgang erforderliche Zeit sein wird.

Außer dem dynamischen Bremsen des Antriebsmotors ist es bei Nähmaschinen bekannt, die Nadel mittels einer elektromagnetisch betätigten Bremse abzubremsen und zu positionieren (siehe z. B. den Prospekt »VARIOSTOP — ein neuer Positonierantrieb für Industrienähmaschinen«). Aus der DE-OS 22 01 925 läßt sich entnehmen, das Abbremsen zum Positionieren der Nähnadel dadurch vorzunehmen, daß der Motor zunächst ausgeschaltet und gleichzeitig die dynamische Bremse aktiviert wird, um nach Erreichen der Annäherungsdrehzahl den Motor mittels einer elektromechanischen oder einer dynamischen Bremse zum Stillstand zu bringen. Allerdings läßt sich dieser Druckschrift nicht entnehmen, wie gegebenenfalls die

M) Feldwicklung des Elektromotors gespeist wird, wenn eine dynamische Bremsung erfolgt. Der Druckschrift läßt sich ebenfalls nicht entnehmen, eine Zeitgeberschaltung vorzusehen, die nach gewisser Zeit das Bremssignal abschaltet.

μ Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsskizze einer Motorsteuerschaltung für eine Nähmaschine,

Fi g. 2 bis 10 Impulsdiagramme von an verschiedenen Stellen der Schaltung nach F i g. 1 luftretenden Signalen.

Die in F i g. 1 dargestellte Steuerschaltung für eine Nähmaschine enthält verschiedene Teilschaltungen, von denen hier speziell die weiter unten noch im einzelnen zu beschreibende Bremssteuerschaltung und die an diese angeschlossenen Schaltungsteile interessieren.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll jedoch zunächst die allgemeine Funktionsweise der Schaltung auch für den Fall beschrieben werden, daß die Nähmaschine im normalen Nähbetrieb arbeitet

Links oben in der Zeichnung ist ein von einem Fuß-Steuerpedal betätigter veränderbarer Widerstand A mit einem Widerstandsteil 1 und einem Schleiferarm 2 dargestellt. Der Schleiferarm berührt einen Kontakt 3a, wenn das Steuerpedal nicht betätigt wird, ei berührt bei Betätigung des Steuerpedals zunächst den Kontakt 36, bei weiterer Betätigung des Steuerpedals den Widerstandsteil 1 und schließlich einen Kontakte

Unten links in F i g. 1 ist ein Motor B mit einem Anker 5, einer Feldwicklung 6 und Dioden 7 und 8 dargestellt.

Gespeist wird der Motor B von einer Spannungsquelle 13 (ganz links in F i g. 1) über eine zum Motor in Reihe geschaltete Antriebs-Thyristorschaltung 21, 22. Die Thyristoren 21 und 22 werden durch über eine Leitung 9 zugeführte Signale gezündet. Ein Vollweggleichrichter ir.it daran angeschlossener KonstantspannungsscJnltung stellt auf einer Leitung 19 ein positives Potential (+ V) bereit, während eine Leitung 18 auf negativem oder Massepotential liegt.

Die Antriebs-Thyristoren 21 und 22 sind über eine Diode 23 in Reihe zum Motor B geschaltet. Sie steuern die Stromzufuhr zu dem Motor B. F i g. 2 zeigt den Spannungsverlauf an der Kathode der Thyristoren 21 und 22, das heißt an der Anode der Diode 23. F i g. 3 zeigt die Kathodenspannung der Diode 23. Die in F i g. 3 eingezeichneten Abschnitte 1 der Kathodenspannung der Diode 23 sind durch die Entladung der in der Feldwicklung 6 bei Stromleitung der Thyristoren 21 und 22 gespeicherten elektromagnetischen Energie bedingt. Die Entladung über die Diode 8 bedingt innerhalb eines kurzen Zeitabschnitts, in welchem der Motor B als Generator arbeitet, einen Feldstrom in der Feldwicklunge. Die erzeugte Ausgangsspannung ist proportional der Motordrehzahl, d. h., der Pegel der Abschnitte 1 in F i g. 3 ist kennzeichnend für die Motordrehzahl.

Ein Feldeffekttransistor 20 dient als Konstantstromquelle. Ein Betriebsartwählschalter M führt dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 33a ein bestimmtes Sollwertsignal zu. Der nici.t-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 33a empfängt ein für die Motordrehzahl kennzeichnendes Signal. Dieses an dem Punkt c 1 auftretende Signal ist in Fig. 4 dargestellt.

Fig. 5 zeigt zusätzlich zu der Spannung bei el die Spannungen an den Punkten a bzw. b. Wie man sieht, legt der durch den Betriebsartwählschalter M bestimmbare Spannungspegel an dem Punkt a fest, wann die Spannung am nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 33a größer wird als die Spannung an dessen invenie· endem Eingang.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 33a ruft an dem Knoten e der Schaltung eine Spannung hervor, wie sie in F i g. 5 bei (b) gezeigt ist. Man sieht, daß die Spannung beim Punkt e solange zunimmt, wie die Spannung an dem Punkt el größer ist als die Spannung am Punkt a. 1st die Spannung bei c 1 kleiner als die Spannung am Punkt a, so nimmt die Spannung an der Verbindungsstelle e ab. In den Pausen der Impulse am Punkt c 1 bleibt die Spannung bei e konstant

An dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 53 (Punkt d) liegt eine Spannung, deren Höhe davon abhängt ob der Schleiferarm 2 des veränderbaren Widerstands A mit dem Ruhekontakt 3a, dem

hi Kontakt 36, dem Widerstandsteil 1 oder mit dem Kontakt 4 in Berührung steht Dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 53 wird eine Sägezahnspannung zugeführt Diese am Punkt / auftretende Spannung ist in Fig.6b dargestellt Wie man F i g. 6 entnimmt, haben die Sägezahnspannung und die Kathodenspannung der Thyristoren 21 und 22 die gleiche Phase. Die Thyristoren werden gezündet, wenn die Sägezahnspannung die summierte Spannung an den Punkten eund d übersteigt.

.'(ι Bezugnehmend auf F i g. 6 bedeutet dies, daß bei losgelassenem Steuerpedal (Kontakt 3a wird berührt) die summierte Spannung an den Verbindungsstellen e und d von der Sägezahnspannung überhaupt nicht überschritten wird, so daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 53 kein Signal über einen Impulsübertrager 61 und die Leitung 9 auf die Zündelektroden der Thyristoren 21 und 22 gibt.

Steht das Gleitstück (der Schleiferarm) 2 in Berührung mit dem Kontakt 3d oder dem Kontakt 4

in oder mit dem Widerstandsteil 1, so ist die summierte Spannung an den Punkten e und d mehr oder weniger kleiner als die Spitzenspannung des Sägezahns, so daß auf der Leitung 9 Zündimpulse an die Thyristoren gelangen, welche diese mehr oder weniger früh zünden.

J5 Die links oben in Fig. 1 gezeigten Bauelemente 101, 102, 103 und 104 bilden eine Impulsgeberschaltung, die dann einen Impuls an der Diode 104 erzeugt, wenn das Gleitstück 2 mit dem Kontakt 3a des Steuerpedals in Berührung kommt. An die Diode 104 sowie weitere, ähnlich aufgebaute Impulsgeberschaltungen, die hier jedoch keine Rolle spielen, ist eine Zeitgeberschaltung angeschlossen, die Transistoren 120 und 121, Dioden 122 und 123, Widerstände 124, 125 und 126, einen Thyristor 127 und einen Kondensator 128 umfaßt.

Wie nachstehend noch näher erläutert wird, gibt die Zeitgeberschaltung nach Erhalt eines Impulses über die Diode 104 auf eine Bremssteuerschaltung einen Impuls einer bestimmten Zeitdauer. Die Bremssteuerschaltung enthält einen Widerstand 130, eine Diode 131, eine Zenerdiode 132, einen Thyristor 166, Widerstände 167, 168 und 169 und einen Kondensator 170.

Die Bremssteuerschaltung ist über die Zenerdiode 132 an den aus zwei Widerständen 133 und 134 bestehenden Ansteuerkreis eines zu der Ankerwicklung parallel geschalteten Brems-Thyristors 135 angeschlossen. Andererseits ist die Bremsschaltung an eine Triggerphasenklemmschaltung angeschlossen, die aus Widerständen 137 und 138, einem Transistor 136 und eine Diode 178 besteht, die über eine Diode an den

bO Schaltungspunkt e angeschlossen ist. Beim Zenerdurchbruch der Zenerdiode 132 öffnet der Transistor 136. Dies ist der Zeitpunkt, an dem am Widerstand 133 das Bremssteuersignal erscheint. Das öffnen des Transistors 136 bewirkt einen Nebenschluß zu dem Kondensate tor 43, der mit einer Elektrode an dem Schaltungspunkt e liegt. Hierdurch wird das Potantial an dem Kondensator und somit am Schaltungspunkt e auf einem konstanten Wert gehalten. Hierdurch erzeuet der

Impulsübertrager 61 aufgrund der Funktion des Operationsverstärkers 53 Ziindimpulse konstanter Phase, die über die Leitung 9 auf die Antriebs-Thyristoren 21 und 22 gegeben werden, so daß diese der Feldwicklung 6 des Motors B Erregerstrom bestimmter Stärke zuführen.

Wie oben rechts in Fig. 1 gezeigt wird, sind drei Reedschalter 152, 153 und 154 vorgesehen. Der erste Reedschalter 153 öffnet sich, wenn die Nähnadel in ihre untere Halteposition gelangt. Der zweite Reedschalter

154 öffnet, wenn die Nähnadel in die obere Halteposition gelangt. Die beiden Reedschalter 153 und 154 sind mit der Kathode des Thyristors 166 über einen Betriebsartwählschalter L verbunden.

Eine erste Speicherschaltung enthält einen Thyristor 155, Widerstände 156, 157 und 158, einen Kondensator 159, eine Zenerdiode 160 und eine Diode 161. Diese erste Speicherschaltung hält das Potential an einem Knoten j während des Zeitintervalls zwischen einem von einem Kondensator 116 gelieferten Impuls (Stopsignal) und dem öffnen des Reedschalters 153 auf dem Pegel Null. Durch die Speicherschaltung bleibt der von dem vom Kondensator 116 kommenden Impuls gezündete Thyristor 155 leitend, bis der Reedschalter 153 öffnet. Eine einen Kondensator 162, einen Widerstand 163 und Dioden 164 und 165 enthaltende Umschaltimpulsgeneratorschaltung erzeugt einen positiven Impuls vorgegebener Breite, wenn der Thyristor

155 ausschaltet, und die Spannung am Knoten j steigt dann auf den Wert + Van.

Eine zweite Speicherschaltung enthält einen Thyristor 166, Widerstände 167, 168 und 169 sowie einen Kondensator 170. Die Schaltung hält das Potential an einem Knoten k während des Zeitintervalls zwischen dem Auftreten eines Impulses, wie er z. B. von der Diode 104 kommt, und dem öffnen des Reedschalters 153 oder 154, d. h. dem Ausschalten eines Transistors 151, auf dem Nullpegel fest.

Im folgenden soll die Funktionsweise der Schaltung nach F i g. 1 speziell für verschiedene Bremsvorgänge beschrieben werden.

Wird das Fuß-Steuerpedal losgelassen, so berührt das Gleitstück zunächst den Kontakt 36, so daß der Spannungspegel am Knoten a absinkt. Der Spannungspegel bei c 1 ist dann größer als bei a, wie dies in F i g. 5 bei Ca dargestellt ist. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 33a nimmt den positiven Pegel V an und lädt den Kondensator 43. Der Spannungspegel am Knoten e steigt an, so daß die Summe der Spannungen an den Punkten e und t/größer wird als der Spitzenwert der Sägezahnspannung am Knoten f. Hierdurch wird der Motor verzögert, so daß demzufolge der Pegel am Knoten c 1 abfällt. Schließlich dreht sich der Motor mit konstanter Drehzahl, die der Stellung des Steuerpedals entspricht.

Die Triggerphase der Antriebs-Thyristoren 21 und 22 wird also automatisch so geregelt, daß der Motor mit einer bestimmten Drehzahl dreht, hier mit der sogenannten Annäherungsdrehzahl.

Wird das Fuß-Steuersignal völlig gelöst, so daß das Gleitstück 2 den Kontakt 3a berührt, so steigt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 32a auf den Pegel V an. Hierdurch wird schließlich die Summe der Spannungen an den Knoten e und d größer als der Spitzenwert der Sägezahnspannung Vf. Unter dieser Bedingung werden über die Leitung 9 keine Zündimpulse an die Antriebs-Thyristoren übertragen.

Um die Nähnadel in der unteren Position (abgesenkte Halteposition) exakt anzuhalten, werden die vier Betriebsartwählschalter K. L, M und N in die erste

Stellung gebracht (K-\ ). Wenn nun das Steuerpedal

gelöst wird, so daß das Gleitstück 2 den Kontakt 3a berührt, so erzeugt die aus den Elementen 3a, und 101 bis 104 bestehende »AUSw-Kommandogeneratorschaltung ein »AUS«-Kommando, d.h. einen Impuls vorgegebener Breite, der über die Diode 104 zu dem Widerstand 113 gelangt. Der zu der Zeitgeberschaltung

ίο gehörende Transistor 121 öffnet ebenso wie der Thyristor 127. Hierdurch wird der Kondensator 128 entladen. Ais Folge der Entladung des Kondensators 128 wird der Transistor 120 geöffnet, und die Stromleitung wird solange aufrechterhalten, bis der

is Kondensator 128 auf den Spannungspegel V aufgeladen ist. Während dieser Zeit haben die Knoten k und j das Potential der Leitung 19. Von dem eben erwähnten Impuls wird der Thyristor 166 gezündet. Wenn nun das Ausgangssignal eines Operationsverstärkers 147 hohes Potential hat (Intervalle V und Win Fig. 8), fällt das Potential am Knoten k auf den Pegel Null ab. Hierdurch fällt die Spannung an der Kathode der Zenerdiode 132 auf den Pegel Null ab. Der Brems-Thyristor 135 wird nicht gezündet, und aufgrund des Ausgangssignals der Diode 183 erhält man am Knoten a eine Spannung, die eine bestimmte konstante Motordrehzahl des Motors hervorruft. Mittels eines veränderbaren Widerstands 146 wird ein Bremsschwellenpegel so eingestellt, daß er oberhalb des Pegels konstanter Geschwindigkeit liegt, auf die der Motor gemäß obiger Beschreibung nach dem Erhalt des »AUS«-Kommandos eingestellt wurde. Bevor also die Motordrehzahl auf den konstanten Wert abfällt, wird die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 147 Null, wodurch der Transistor 151 gesperrt wird.

Der Thyristor 166 bleibt jedoch über den Betriebsartwählschalter L und die Reedschalter 153 und 152 gezündet. Die Motorgeschwindigkeit fällt bis auf den konstanten Wert ab (Xund Yin Fig.8). Wenn nun die Nähnadel in ihrer abgesenkten Halteposition angelangt ist, öffnet sich der Reedschalter 153, wodurch der Thyristor 166 ausgeschaltet wird und die Spannung am Knoten k bis auf + V ansteigt. An der Zenerdiode 132 erfolgt der Zenerdurchbruch, so daß der Thyristor 135 gezündet und der Transistor 134 geöffnet wird. Da die Spannung am Knoten a und am Knoten el auf Null abfallen, steigt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 33a auf + Van, so daß dem Kondensator 43 Ladestrom zugeführt werden kann. Jedoch ist über die Diode 178 aufgrund des geöffneten Transistors 136 gewährleistet, daß eine Aufladung des Kondensators 43 verhindert wird. Das heißt: Die Spannung an der Verbindungsstelle e wird festgehalten. Hierdurch fließt bei leitendem Brems-Thyristor 135 Strom in die Feldwicklung 6 des Motors, um Energie für die dynamische Bremsung des Motors bereitzustellen. Hierdurch hält der Motor rasch an, und zwar exakt an der Stelle, die der abgesenkten Halteposition der Nähnadel entspricht

Nach einer durch den Widerstand 126 und die Diode 128 bestimmten Aufladezeit schaltet der Transistor 120 ab, wodurch der Brems-Thyristor 135 und der Transistor 136 abgeschaltet werden. Nun steigt die Spannung am Kondensator (Knoten e) wieder an. Da durch die Schaltung das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 53 kein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt wird, bleibt der Motor nach seinem Stillsetzen abgeschaltet

Aus der obigen Beschreibung geht also hervor, daß die Bauelemente 166, 167, 168, 169 und 170 eine Speicherschaltung bilden, die den über die Diode 104 kommenden »AUS«-Befehl zunächst speichern, so daß das eigentliche Bremssteuersignal, welches den Brems-Thyristor 135 zündet und den Transistor 136 der Triggerphasenklemmschaltung öffnet, erst dann erzeugt wird, wenn die die Drehzahl des Motors messende Schaltung ein Signal erzeugt, welches kennzeichnend ist

für das Erreichen der Annäherungsdrehzahl.

In ähnlicher Weise wie oben beschrieben läßt sich die Nähnadel auch in der angegebenen oder oberen Halteposition anhalten. Hierzu werden die Betriebsartwählschalter M, N, K und L in die zweite Stellung gebracht (auf die Kontakte M-2 ... eingestellt). In diesem Fall stellt der Reedschalter 154 fest, wann die Nähnadel die obere Position erreicht.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Steuerung des Motors für den Positionierungsvorgang einer Nähmaschine mit Hilfe wenigstens eines zum Motor in Reihe geschalteten Antriebs-Thyristors, dessen Triggerphase über einen von einem Steuerpedal verstellbaren Widerstand steuerbar ist, umfassend

einen parallel zur Motorankerwicklung (5) geschalteten Brems-Thyristor,

eine Drehzahlmeßschaltung zur Erzeu,jung eines Signals, wenn die Motordrehzahl die Annäherungsdrehzahl erreicht hat,

eine »AUS«-K.ommandogeneratorschaltung zur Erzeugung eines »AUS«-Kommandos, wenn das Sieuerpedal in seiner Ruhestellung ist, und
eine Bremssteuerschaltung, die mit der Drehzahlmeßschaltung und der »AUS«-Kommandogeneratorschaltung verbunden ist und ein Bremssteuersignal zum Zünden des Brems-Thyristors liefert, wenn die Annäherungsdrehzahl erreicht ist und das Steuerpedal in seiner Ruhestellung ist,
gekennzeichnet durch eine vom Bremssteuersignal einschaltbare Triggerphasenklemmschaltung (136 bis 138, 178), durch die die Triggerphase des Antriebs-Thyristors (21, 22) auf einen voreingestellten Wert festlegbar ist, der einen entsprechenden Strom in den Feldwicklungen (6) des Motors nach Beginn des Bremssteuersignals aufrechterhält, und eine Zeitgeberschaltung (120, 121, 123 bis 128), die mit der »AUSw-Kommandogeneratorschaltung (3a, 3b, 101 bis 104, 113) einschaltbar ist und nach Ablauf einer voreingestellten Zeitspanne das Bremssteuersignal abschaltet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremssteuerschaltung (131, 132, 166-170) eine Speicherschaltung (166-170) aufweist, die das »AUS«-Komma'.ido speichert und das Bremssteuersignal dann erzeugt, wenn die Drehzahlmeßschaltung das Signal erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bremszeitsteuerschaltung (152—154) mit einem oder mehreren Schaltern (152, 154) das Eintreffen der Nähnadel an einer bestimmten oberen oder unteren Position feststellt und den Brems-Thyristor (135) über eine Verbindungsschaltung bei Eintreffen der Nähnadel in einer der bestimmten Positionen einschaltet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremssteuerschaltung einen Thyristor (166) aufweist, der bei Erzeugung eines »AUS«-Kommandos gezündet wird und der über eine Zenerdiode (132) parallel zum Ansteuerkreis (133, 134) des Bremsthyristors (135) geschaltet ist und in Reihe zu einem Schalter (151) liegt, der durch das Signal von der Drehzahlmeßschaltung steuerbar ist.