DE2758600A1 - Steuergeraet fuer den motor einer elektrischen naehmaschine - Google Patents

Description

Steuergerät für den Motor einer elektrischen Nähmaschine

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für den Motor einer elektrischen Nähmaschine.

Bei den vorbekannten elektrischen Nähmaschinen werden die verschiedenen Elemente des Steuergeräts im allgemeinen nacheinander in die Maschine eingebaut und bei der Montage zusammengeschaltet. Weitere Elemente dieses Steuergerätes, insbesondere der Regelwiderstand zur Regelung der Motordrehzahl sind in einem Fusschalter eingebaut, der über eine elektrische Leitungsschnur mit der Maschine verbunden ist.

Zur Vermeidung dieser Nachteile der bereits bekannten Steuergeräte ist das erfindungsgemäße Gerät dadurch gekennzeichnet, dass es einen elektronischen Regler umfasst, der auf einem abnehmbaren Teil im Gehäuse der Nähmaschine angeordnet ist.

Die beiliegende Zeichnung zeigt schematisch und beispielhaft eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuergerätes.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Nähmaschine, in welcher das Steuergerät eingebaut ist,

Fig. 2 eine Draufsicht des in der Nähmaschine gemäß Fig. 1 eingebauten Steuergerätes,

Fig. 3 ein Schaltbild des Stromkreises zur Steuerung des Motors der in Fig. 1 dargestellten Nähmaschine,

Fig. 4 eine Teildraufsicht des pneumatischen Schaltorganes zur Steuerung des in Fig. 3 dargestellten Steuergerätes,

Fig. 5 eine Schnittansicht nach der Linie V-V der Fig. 4 des in Fig. 4 dargestellten Schaltorganes.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist ein elektronischer Regler auf einem Träger 11 angeordnet, der in einem Abschlussdeckel 12 des Maschinengehäuses 13, unterhalb des Handrades 14 der Maschine, abnehmbar eingebaut ist.

Der Deckel 12 trägt einen Schalter I[tief]M, der einen Leuchtmelder zur Anzeige bei Unterspannungsetzen des Starkstromkreises des Reglers über einen Schutzwiderstand R2 (siehe Fig. 3) aufweist, der eine ungewollte Inbetriebsetzung der Maschine verhindert, und dies einerseits beim Einschalten des Schalters I[tief]M und andererseits im Falle einer Schadhaftigkeit eines der Bestandteile. Der Deckel 12 trägt ebenfalls an dem Rand, der sich in der Verlängerung der Vorderseite des Maschinengehäuses 13 befindet, ein Einstellmittel 16 eines variablen Widerstandes R[tief]v sowie eine Steckdose 18. Wie weiter unten erläutert wird, gestattet das Einstellmittel 16 die Anzeige der gewünschten Höchstdrehzahl des Motors, die durch Einwirken auf den Widerstand R[tief]v eingestellt wird.

Das Unterspannungsetzen des Motors und die Regelung seiner Drehzahl bis zu der durch das Einstellmittel 16 angezeigten

Höchstdrehzahl, werden mittels eines im Deckel 12 eingebauten pneumatischen Steuerorganes A gesteuert, das mit einem zur pneumatischen Betätigung dienenden, in Fig. 3 schematisch dargestellten Fusschalter P verbunden ist.

Dieses in den Fig. 4 und 5 dargestellte pneumatische Steuerorgan A umfasst eine an der Nähmaschine von aussen her zugängliche Zwinge 17, die über einen geschmeidigen Schlauch 19 mit dem Fusschalter P verbunden ist. Eine Membrane 20 wird, wenn sie bei Betätigung des Fusschalters P unter Luftdruck steht, ein in Ruhestellung nicht unter Spannung stehendes Kontaktstück B gegen den Kontakt P[tief]1 verschieben, um ihn unter Spannung zu setzen und dann weiter gegen den Kontakt P[tief]2, um den Schutzwiderstand R[tief]2 kurzzuschließen, wodurch das Unterspannungsetzen des Motors M gewährleistet wird.

Wie aus den Fig. 4 und 5 zu ersehen ist, besteht das Kontaktstück B aus einer ringförmigen Platte, die an der Membrane 20 anliegt.

Die Kontakte P[tief]1 und P[tief]2 zum Unterspannungsetzen des Motors sowie die Kontakte P[tief]3 bis P[tief]7 zum Kurzschließen der Widerstände R[tief]7 bis R[tief]10 sind in bezug auf die Platte B in zunehmendem Abstand angeordnet. Die Widerstände R[tief]7 bis R[tief]10 sind im Kreisbogen in der gleichen Ebene angeordnet und mit den Kontakten

P[tief]3 bis P[tief]6 durch aus elastisch nachgiebigem Material bestehenden Leitern 21 verbunden, die spiralförmig gewunden sind und also Rückholfedern bilden. Nachdem also das Unterspannungsetzen des Motorstromkreises durch Kurzschließen des Widerstandes R[tief]2 bewerkstelligt wurde, wird der Steuerkreis dann unter Spannung gesetzt, wenn das Kontaktstück B mit dem Kontakt P[tief]3 in Berührung kommt und die Widerstände R[tief]7, R[tief]8, R[tief]9 und R[tief]10 nacheinander kurzschließt, indem die Kontakte P[tief]4 bis P[tief]7 entgegen der Wirkung der Rückholfedern 21 zurückgestoßen werden. Eine entgegenwirkende Feder 22 dient zur Zurückführung des Kontaktstückes B in seine Ruhestellung, sobald man den Druck auf dem Fusschalter P vermindert.

Bei einer Variante wäre es z.B. möglich, die Kontakte P[tief]3 bis P[tief]7 im Kreisbogen in einer gleichen Ebene anzuordnen und die Berührung mit der ringförmigen Platte B über Kontaktfinger mit abnehmender Länge zu erzielen, welche im Kreisbogen auf einer die Platte B berührenden Scheibe angeordnet wären.

Die ringförmige Ausgestaltung des Kontaktstückes B und die Anordnung im Kreisbogen der Widerstände R[tief]7 bis R[tief]10 und ihrer Kontakte P[tief]3 bis P[tief]7 gestatten die Schaffung eines besonders kompakten pneumatischen Steuerorganes.

Zahlreiche weitere Ausführungsvarianten wären noch denkbar, insbesondere könnte das Kontaktstück B aus einem schraubenförmig gewundenen Streifen bestehen, der den Kontakten P[tief]1 bis P[tief]7 gegenüberliegt, die in einer gleichen Ebene angeordnet wären, und gegen welche die Windung dieses gewundenen Streifens durch die Membrane 20 progressiv angepresst würde, wenn letztere durch Betätigung des Fusschalters P unter Luftdruck steht.

Die Arbeitsweise
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zur Steuerung der Maschine wird an Hand des Schaltbildes gemäß Fig. 3 erläutert.

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den am Stromnetz angeschlossenen Klemmen R und N ausgehend, wird der Stromkreis einer Beleuchtungslampe L gespeist, die mit einem Schalter
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in Reihe liegt und im Kopf
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der Nähmaschine eingebaut ist. Dieser Stromkreis ist unabhängig vom Steuerkreis für den Motor M mit Fremderregung durch Dauermagnete, welcher mit gleichgerichteter Spannung funktioniert. Dieser Motor M ist über die Anschlussklemmen
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mit den beiden positiven bzw. negativen Ausgangsklemmen R[tief]1 und R[tief]2 eines Brückengleichrichters verbunden,
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D[tief]1, D[tief]2, D[tief]3 und D[tief]4 enthält.

Eine der wechselstromseitigen Eingangsklemmen J dieses Gleichrichters ist mit der Klemme N über einen Schalter I[tief]N mit eingebauter Signallampe und eine Entstörspule L[tief]1 verbunden. Der andere Eingang F ist mit der Klemme R über einen Triac T und einen Widerstand R[tief]2 verbunden. Die Steuerelektrode des Triac T ist über einen Diac D mit einer Klemme H eines Kondensators C[tief]4 verbunden, dessen andere Klemme mit der Anschlussklemme F des Gleichrichters verbunden ist.

Eine Diode D[tief]6 in Reihenschaltung mit einem Widerstand R[tief]4 sind mit dem Kondensator C[tief]4 parallel geschaltet, wobei die Anode der Diode D[tief]6 mit der Klemme H verbunden ist.

Das an der Klemme H angelegte Potential wird durch den Kondensator C[tief]4 und ein Widerstandsnetz R[tief]T bestimmt. Dieses Netz umfasst, ausgehend von der Klemme H, einen einstellbaren Widerstand T[tief]r zur Ausgleichung der Gliedertoleranzen und den zu diesem Widerstand T[tief]r parallel geschalteten variablen Widerstand R[tief]v, dessen Einstellmittel 16 an der Nähmaschine von aussen zugänglich ist und in Reihenschaltung mit den Widerständen T[tief]r und R[tief]v einen Restwiderstand R[tief]5 zur Begrenzung des Steuerstromes sowie von vier in Reihe liegenden Widerständen R[tief]10, R[tief]9, R[tief]8 und R[tief]7, die einen Rheostat bilden und mit den Kontakten P[tief]7, P[tief]6, P[tief]5, P[tief]4 und P[tief]3 versehen sind. Diese Kontakte sind derart angeordnet, dass sie nacheinander mit dem Kontaktstück B in Berührung gebracht werden, das unter Wirkung des pneumatischen Steuerorganes P, wie zuvor erwähnt, verschiebbar ist.

Der Kontakt P[tief]3 kann über das Kontaktstück B und den Kontakt P[tief]1 mit der Anschlussklemme R für das Stromnetz verbunden werden. Der über den Widerstand R[tief]2 an der Anschlussklemme R verbundene

Kontakt P[tief]2 ist derart angeordnet, dass er erst dann mit dem Kontaktstück B in Berührung kommt, wenn letzteres nach Beginn seiner Verschiebung den Kontakt P[tief]1 bereits berührt hat, wobei die Kontakte P[tief]2 bis P[tief]7 bei abnehmendem Wert des Gesamtwiderstandes R[tief]T aufeinanderfolgend berührt werden. Umgekehrt wird dieser Wert zunehmen, wenn das Kontaktstück B in seine in der Zeichnung dargestellte Ruhestellung zurückgeführt wird.

Der Steuerkreis umfasst ferner eine Diode D[tief]5 in Reihenschaltung mit einem Widerstand R[tief]3, die zwischen der Klemme H und der positiven Klemme K[tief]2 des Gleichrichters geschaltet sind, wobei die Anode der Diode D[tief]5 mit der Klemme H verbunden ist.

Der Steuerkreis weist ferner eine gewisse Anzahl von Entstörgliedern auf sowie ein kleines Pi-Filterglied, umfassend die Spule L[tief]1 in Reihenschaltung in der Speiseleitung N und zwei Kapazitäten C[tief]3 und C[tief]1, die mit den beiden Enden der Spule L[tief]1 und bzw. mit der anderen Stromnetzklemme R verbunden sind, wobei ausserdem ein Entstörkondensator C[tief]2 zwischen der Masse des Motors und dieser Klemme R geschaltet ist. In den Leitungen sind Hochfrequenzdrosseln L[tief]2 und L[tief]3 zur Speisung des Motors vorgesehen.

Ein RC-Glied, umfassend einen Widerstand R[tief]6 in Reihenschaltung mit einem Kondensator C[tief]5, ist mit dem Triac T parallel geschaltet, um letzteren unter anderem gegen Überspannungen bei seinem Betrieb zu schützen.

Ein Widerstand R[tief]1 ist zwischen den Klemmen R und N geschaltet, um die Entladung der Kondensatoren C[tief]1 und C[tief]3 beim Herausziehen des Steckers aus der Steckdose zu gewährleisten.

Die Arbeitsweise des Steuergerätes ist die folgende:

Bei geschlossenem Schalter I[tief]M ist die Nähmaschine also betriebsbereit. Dabei wird, solange der Benutzer keinen Druck auf das Steuerorgan P ausübt, das Kontaktstück B in der in Fig. 3 dargestellten Stellung liegen, und die Kontakte P[tief]1 bis P[tief]7 liegen frei. Dabei ist der Triac-Steuerkreis offen.

Sobald der Benutzer auf das Steuerorgan P drückt, wird das Kontaktstück B verschoben und kommt mit dem Kontakt P[tief]1 in Berührung, der somit unter Netzspannung gesetzt wird. Darauf berührt das Kontaktstück B zuerst den Kontakt P[tief]2 und schliesst den Widerstand R[tief]2 kurz und trifft zuletzt den Kontakt P[tief]3, wodurch der Triac-Steuerkreis T gespeist wird. Dieses auf diese Art erzielte fortschreitende Unterspannungsetzen (und Spannungunterbrechen) des Stromkreises dient zur Verhinderung von Lichtbogen an den Kontakten P[tief]1 und P[tief]2, die zu Störungen und zum raschen Verschleiss der Kontakte führen.

Der Triac-Steuerkreis T wird also über das Widerstandsnetz R[tief]T, dessen Gesamtwiderstand veränderlich ist, und über den Kondensator

C[tief]4 und den Diac D gespeist. Der Zündzeitpunkt des Triac hängt von der Geschwindigkeit der Spannungsschwankungen an den Klemmen des Kondensators C[tief]4 ab.

Um so mehr der Widerstand R[tief]T abnimmt, desto schneller wird die Ladung des Kondensators C[tief]4 bewirkt, so dass die Zündung des Diac D und folglich des Triac T um so rascher eingeleitet wird. Die Leitdauer des Triac T wird zunehmen und der Motor M mehr Energie empfangen.

Die Diode D[tief]6 und die richtige Wahl des Widerstandes R[tief]4 ermöglichen das Anlaufen des Motors bei einer Drehzahl, die, soweit es die Reibungskräfte der Nähmaschine zulassen, niedrig ist, was ein bemerkenswerter Vorteil in bezug auf die bereits bekannten bidirektionalen Schaltelemente für unsymmetrische Spannungen ist, welche schnelle und sprunghafte Veränderungen der Drehzahl verursachen. Während der positiven Halbperiode wird der Widerstand R[tief]4 die Ladung des Kondensators C[tief]4 begrenzen, indem ein Teil des Stromes in den Rückstromkreis ableitet, wobei die Diode D[tief]6 leitend ist, so dass der Kondensator C[tief]4 die positive Steuerspannung des Diac nicht erreicht. Während der negativen Halbperiode ist die Diode D[tief]6 gesperrt, und es findet keine Stromableitung statt, so dass der Kondensator C[tief]4 zu einem gegebenen Zeitpunkt die negative Steuerspannung des Diac erreicht. Der Triac ist also nur während den negativen Halbperioden leitend, und dies bei ziemlich grossen Werten des Widerstandes R[tief]T, was ein Antrieb des Motors bei niedriger Drehzahl gestattet.

Die Diode D[tief]5 und der Widerstand R[tief]3 bilden zusammen mit der elektromotorischen Kraft, die vom Motor M während der Zeitspanne des nicht leitenden Zustandes vom Triac T erzeugt wird, eine bei niedrigen Drehzahlen wirksame Gegenkopplung. Bei einer bestimmten Drehzahlregelung des Motors wird eine Zunahme des Lastmomentes zu einer Abnahme der Motorendrehzahl und zu einer Verminderung der durch den Motor während der Zeitspanne des nicht leitenden Zustandes des Triac T erzeugten elektromotorischen Kraft führen.

Die an der Klemme K[tief]2 auftretende elektromotorische Spannung ist jener, die an der Klemme H auftritt, entgegengesetzt, so dass, wenn die elektromotorische Spannung abnimmt, eine Zunahme des über die Glieder D[tief]5, R[tief]3 abgeleiteten Stromes zur Ladung des Kondensators C[tief]4 stattfindet. Der Kondensator C[tief]4 wird also mit einer schwächeren Spannung während den positiven Halbperioden geladen und die negative Steuerspannung des Diac D schneller während den negativen Halbperioden erreichen. Der Triac T wird also schneller gezündet und sein leitender Zustand länger dauern, so dass dem Motor eine grössere Energie zugeführt wird. In einem derartigen, wie zuvor beschriebenen

Gegenstromkreis erfordert die durch den Gleichstrommotor mit Fremderregung durch Dauermagnete erzeugte elektromotorische Spannung, angesichts ihres erheblichen Wertes, keine Verstärkung, im Gegensatz zu den bereits bekannten Gegenstromkreisen.

Der einstellbare Widerstand T[tief]r wird bei der Montage derart angepasst, dass er eine bestimmte Motorendrehzahl gewährleistet, welche auch immer die Toleranzen der Glieder des Steuerkreises sein mögen, und dies beim Kurzschliessen sämtlicher Widerstände R[tief]7 bis R[tief]10, wobei der Widerstand R[tief]v auf seinen Höchstwert entsprechend einer minimalen Drehzahl eingestellt wurde.

Es wäre möglich, die durch die Reihenschaltung der Diode D[tief]6 und des Widerstandes R[tief]4 gebildeten Teile der Unsymmetrie zwischen andere Klemmen, z.B. zwischen den Klemmen H und E zu schalten, indem selbstverständlich der geeignete Wert des Widerstandes R[tief]4 gewählt wird. Ebenfalls könnte z.B. der Gegenstromkreis R[tief]3, D[tief]5 zwischen den Klemmen H und J oder H und K[tief]1 geschaltet werden.

Claims (13)

1. Steuergerät für den Motor einer elektrischen Nähmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass es einen elektronischen Regler umfasst, der auf einem abnehmbaren Teil (12) im Gehäuse (13) der Nähmaschine angeordnet ist.

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler mit einem pneumatischen Steuerorgan (A) verbunden ist, welches eine an der Nähmaschine von aussen her zugängliche (Anschluss-) Zwinge (17) und eine Membrane (20) enthält, welche, wenn sie unter Luftdruck steht, ein nicht unter Spannung stehendes Kontaktstück (B) gegen Kontakte (P[tief]1 bis P[tief]7) des Speisestromkreises des Motors (M) der Maschine verschiebt, um diesen Stromkreis unter Spannung zu setzen.

3. Steuergerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwinge (17) mit dem besagten abnehmbaren Teil (12) des Gehäuses (13) der Maschine fest verbunden ist.

4. Steuergerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (20) mit dem besagten abnehmbaren Teil (12) des Gehäuses (13) der Maschine fest verbunden ist.

5. Steuergerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktstück (B) eine ringförmige Platte ist und an der Membrane (20) anliegt, dass die Kontakte (P[tief]1 bis P[tief]7) bezüglich der Platte (B) in zunehmendem Abstand angeordnet sind und mit dem Stromkreis des Motors (M) auch aus elastisch nachgiebigen Mitteln bestehenden Leitern (20) verbunden sind.

6. Steuergerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktstück (B) ein schraubenförmig gewundener Streifen ist, der den im Kreis angeordneten Kontakten (P[tief]1 bis P[tief]7) des Speisestromkreises des Motors (M) gegenüberliegt, wobei der Durchmesser der Streifenwendel jenem des besagten Kreises entspricht, und wobei das eine Ende der
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der Membrane anliegt, die sie gegen die besagten Kontakte (P[tief]1 bis P[tief]7) fortschreitend anpresst, wenn sie unter Luftdruck steht.

7. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Gleichstrommotor mit Fremderregung durch Dauermagnete ist, dass es zur Speisung des Gleichstrommotors eine Gleichrichterbrücke (D[tief]1, D[tief]2, D[tief]3, D[tief]4) enthält, und dass die Regeleinrichtung im Wechselstromzweig der Gleichrichterbrücke einen Triac (T) und einen Kreis zur Steuerung des Triac (T) enthält, dessen Zündungswinkel durch einen Kondensator (C[tief]4) bestimmt ist, der in Reihe mit einem Widerstandsnetz (R[tief]T) geschaltet ist.

8. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Regeleinrichtung einen durch ein von aussen her zugängliches Einstellmittel (16) variablen Widerstand (R[tief]v) enthält, der so geschaltet ist, dass er die Höchstdrehzahl des Motors festlegt.

9. Steuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Regeleinrichtung eine Diode (D[tief]6) in Reihenschaltung mit einem Widerstand (R[tief]4) enthält, die derart angeordnet sind, dass eine Unsymmetrie des Ladestromes des Kondensators (C[tief]4) geschaffen wird.

10. Steuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung einen Gegenstromkreis enthält, umfassend eine mit einem Widerstand (R[tief]3) in Reihe liegende Diode (D[tief]5), und welcher durch eine unverstärkte elektromotorische Kraft des Motors (M) gesteuert wird.

11. Steuergerät nach Anspruch 7, in welchem der Kondensator mit einer der Klemmen des Brückengleichrichters verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerstand (R[tief]3) zwischen der positiven Anschlussklemme (K[tief]2) des Brückengleichrichters und einem gemeinsamen Punkt des Kondensators (C[tief]4) und des Widerstandsnetzes (R[tief]T) geschaltet ist.

12. Steuergerät nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Reihenschaltung der Diode (D[tief]6) mit dem Widerstand (R[tief]4) gebildeten Teile der Unsymmetrie (des Ladestromes C[tief]4) mit dem Kondensator (C[tief]4) parallel geschaltet sind.

13. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schutzstromkreis zur Verhinderung eines vorzeitigen Anlaufens des Motors aufweist, umfassend einen im Speisestromkreis liegenden Widerstand (R[tief]2) und zwei Kontakte (P[tief]1, P[tief2) für diesen Widerstand, die aufeinanderfolgend durch das Kontaktstück (B) betätigt werden können, um den Steuerstromkreis ein- bzw. auszuschalten, ohne dass sich Lichtbogen an diesen Kontakten bilden können.