DE4134527A1 - Naehmotorantriebseinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Nähmotorantrieb­ seinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine normale Nähmotorantriebseinrichtung steuert die Drehzahl eines Nähmotors gemäß einer extern spezifizierten Drehzahl (im folgenden als "Befehlsgeschwindigkeit" bezeichnet) durch Regu­ lieren der zu dem Nähmotor zugeführten Leistung auf der Grund­ lage einer Abweichung zwischen einem dem Geschwindigkeitsbefehl entsprechenden Strom und einem durch eine Windung des Nähmotors fließenden Strom.

Eine derartige Nähmotorantriebseinrichtung zum Antreiben eines Nähmotors, z. B. eines Gleichstrommotors begrenzt den erlaubten maximalen Windungsstrom für den Nähmotor unter einen festen Strom, da die Abweichung und der Windungsstrom während des Be­ schleunigens ansteigen, nachdem der Gleichstrommotor betätigt ist, was das Überhitzen der Windung, Zusammenbruch und Demagne­ tisierung des Permanentmagneten nach sich ziehen könnte. Beim Nähen eines dicken Nähgutes wird der Gleichstrommotor für den Betrieb mit der niedrigsten Standardgeschwindigkeit zum Treiben der Nähmaschine betrieben. Bei Industrienähmaschinen ist es oft insbesondere nötig, ein sehr dickes Nähgut mit einer Mehrzahl von übereinandergelegten dicken Lagen zu nähen. In einigen Fäl­ len wird der Gleichstrommotor praktisch beim Nähen solch eines dicken Nähgutes aufgrund des hohen Widerstandes des sehr dicken Nähgutes an der Durchstechtätigkeit einer Nadel blockiert. Daher wird der erlaubte Maximalstrom auf einen relativ hohen Pegel ge­ setzt, und der Windungsstrom wird auf einen vergleichsweise ho­ hen Maximalstrom zum Erhöhen der Durchstechkraft der Nadel ge­ setzt, wenn die Drehzahl des Gleichstrommotors unter die unter­ ste Standardgeschwindigkeit absinkt.

Da der erlaubte maximale Windungsstrom für den durch die Nähmo­ torantriebseinrichtung gesteuerten Gleichstrommotor relativ hoch ist, erhöht sich die Wärmeerzeugungsrate der Windung während der Beschleunigung, nachdem der Gleichstrommotor betätigt worden ist, und somit überhitzt sich der Gleichstrommotor. Da der Gleichstrommotor häufig gestartet, beschleunigt, abgebremst und gestoppt wird während der Benutzung der Nähmaschine, besteht die Gefahr, daß sich der Gleichstrommotor überhitzt.

Wenn der erlaubte maximale Windungsstrom hoch ist, ist das von dem Gleichstrommotor abgebene Drehmoment übermäßig hoch und folglich wirkt eine übermäßige Belastung auf das mechanische Sy­ stem der Nähmaschine beim Starten und Beschleunigen der Nähma­ schine, so daß das mechanische System schnell verschleißt.

Wenn die Nähmaschine mit einem Riemen - Scheiben - Übertragungs­ mechanismus zum Übertragen der Antriebskraft des Nähmaschinenmo­ tors zu dem mechanischen System versehen ist, kann der effektive Durchmesser der an der Ausgangswelle des Nähmotors befestigten Antriebsscheibe verkleinert werden zum Erhöhen des auf das me­ chanische System wirkenden Drehmomentes. Die Verringerung des effektiven Durchmessers der Antriebsscheibe verringert jedoch die maximale Betriebsgeschwindigkeit der Nähmaschine, was nach­ teilhaftig den Hochgeschwindigkeitsbetrieb der Nähmaschine be­ einflußt.

Es ist daher die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe eine Nähmotorantriebseinrichtung der eingangs beschrie­ benen Art zu schaffen, die das von dem Nähmotor abgegebene Dreh­ moment erhöht, wenn die Nähmaschine bei niedrigen Be­ triebsgeschwindigkeiten betrieben wird, ohne daß der Nähmotor überhitzt wird, ohne daß das mechanische System der Nähmaschine übermäßig belastet wird und ohne daß die maximale Betriebsge­ schwindigkeit der Nähmaschine erniedrigt wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Nähmotorantriebseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder des Patentanspru­ ches 3.

Insbesondere enthält die erfindungsgemäße Nähmotoran­ triebseinrichtung eine Stromversorgungseinrichtung zum Zuführen von Strom zu der Windung des Nähmotors, eine Stromerfassungsein­ richtung zum Erfassen des durch die Windung des Nähmotors flie­ ßenden Stromes; eine Drehzahlerfassungseinrichtung zum Erfassen der Drehzahl des Nähmotors; eine Stromsteuereinrichtung zum Steuern des von der Stromversorgungseinrichtung zugeführten Stromes auf der Grundlage der erfaßten Drehzahl und einer extern vorgegebenen Drehzahl; eine Stromversorgungsbegrenzungseinrich­ tung zum Begrenzen des von der Stromversorgungseinrichtung zuge­ führten Stromes unterhalb eines Grenzstromes; eine Entschei­ dungseinrichtung zum Bestimmen, ob die von der Drehzahlerfas­ sungseinrichtung erfaßte Drehzahl des Nähmotors niedriger als eine zuvor als niedrigste Drehzahl der Nähmaschine bestimmte niedrigste Drehzahl ist und eine Grenzstromänderungseinrichtung zum Erhöhen des Grenzstromes, unterhalb den der von der Strom­ versorgungseinrichtung zugeführte Strom durch die Strombegren­ zungseinrichtung gesteuert wird, wenn die Reaktion auf eine von der Entscheidungseinrichtung getätigte Anfrage positiv ist.

Die Stromsteuereinrichtung steuert den von der Stromversorgungs­ einrichtung auf der Grundlage der von der Drehzahlerfassungsein­ richtung erfaßten Drehzahl und eines externen Geschwindigkeits­ befehles, und die Stromversorgungsbegrenzungseinrichtung be­ grenzt den Strom unterhalb eines vorbestimmten Grenzstromes. Wenn z. B. der Strom zu dem maximalen Grenzstrom zum Einstellen der Drehzahl des Nähmotors auf die vorgegebene Drehzahl erhöht wird, wird der maximale Strom auf den Grenzstrom begrenzt. Folg­ lich wird das abgegebene Drehmoment des Nähmotors auf ein Maxi­ mum erhöht, wenn der Strom auf den Grenzstrom erhöht wird. Wenn die Drehzahl des Drehmotors zu einer sehr niedrigen Drehzahl aufgrund des Widerstandes eines sehr dicken Nähgutes auf die Tä­ tigkeit der Nadel beim Nähen des Nähgutes verringert wird und die Entscheidungseinrichtung bestimmt, daß die Drehzahl des Näh­ motors unter die vorbestimmte niedrigste Drehzahl verringert ist, erhöht die Grenzstromänderungseinrichtung den Grenzstrom. Wenn folglich der Nähmotor bei einer Drehzahl unterhalb der niedrigsten Drehzahl betrieben wird, wird der Windungsstrom über den vorbestimmten Grenzstrom zum Erhöhen des abgegebenen Drehmo­ mentes des Nähmotors über den maximalen Pegel erhöht.

Wie oben ausgeführt, wird der zu dem Nähmotor zugeführte Strom über einen vorbestimmten Grenzstrom zum Erhöhen des abgegebenen Drehmomentes des Nähmotors nur dann erhöht, wenn die Drehzahl des Nähmotors niedriger als eine vorbestimmte niedrigste Dreh­ zahl ist, und folglich überhitzt sich der Nähmotor nicht und das mechanische System der Nähmaschine wird nicht übermäßig bela­ stet. Folglich wird die Lebensdauer der Nähmaschine und des Näh­ motors verlängert.

Weiterhin braucht der effektive Durchmesser der Motorscheibe nicht reduziert zu werden und folglich ist das abgegebene Dreh­ moment des Nähmotors während des Betriebes bei sehr niedrigen Drehzahlen unterhalb der niedrigsten Drehzahl erhöht, wo hinge­ gen die maximale Geschwindigkeit der Nähmaschine nicht verrin­ gert wird.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Fi­ guren.

Von den Figuren zeigt:

Fig. 1 ein elektrisches Schaltbilddiagramm einer Gleichstrom­ quelle und einer Stromversorgungseinheit einer Ausfüh­ rungsform der Nähmaschinenantriebseinrichtung;

Fig. 2 ein elektrisches Schaltdiagramm einer Drehzahl­ steuereinheit der Nähmaschinenantriebseinrichtung;

Fig. 3 ein elektrisches Schaltdiagramm einer Antriebseinheit der Nähmaschinenantriebseinrichtung und

Fig. 4 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebes der Nähmaschinenantriebseinrichtung.

Der Nähmotor M ist ein Kommutator-Gleichstrom-Motor mit Perma­ nentmagnet (Stromwender). Die Antriebskraft des Nähmotors M wird auf einer Hauptwelle einer Nähmaschine so übertragen, daß ein mechanisches System wie ein Nadelstangenantriebsmechanismus (nicht gezeigt) angetrieben wird. Eine elektromagnetische Bremse B ist mit dem Nähmotor M zum Bremsen des Nähmotors M verbunden. Eine Fußsteuerung FC ist unter einem Nähtisch (nicht gezeigt) vorgesehen. Die Fußsteuerung FC weist ein Pedal P, eine Hall- Einrichtung HD, die ein Pedalsteuersignal SSP vorsieht, das eine Drehzahl für den Nähmotor M gemäß der Bewegung des Pedales P be­ stimmt, und einen Schalter SW, der offen ist, wenn das Pedal P niedergedrückt ist, auf. Das Pedal P hat ein Spiel zum Öffnen des Schalters SW, ohne daß irgendein Pedalsteuersignal SSP abge­ geben wird, wenn das Pedal P innerhalb des Spieles bewegt wird. Wenn das Pedal P über das Spiel hinaus niedergedrückt wird, wird das Pedalsteuersignal SSP abgegeben.

Wie in den Fig. 1-3 gezeigt ist, enthält die Nähmaschinenan­ triebeseinrichtung zum Antreiben des Nähmotors M als prinzipiel­ len Komponenten eine Gleichstromquelle 3, die einen Wechselstrom aufnimmt und einen Gleichstrom abgibt, eine Stromversorgungsein­ heit 5, die mit der Gleichstromquelle 3 zum Zuführen von Strom zu dem Nähmotor M verbunden ist, eine Antriebseinheit 7, die ein Antriebssignal SDR für die Zeitsteuerung der Stromversorgungstä­ tigkeit der Stromversorgungseinheit abgibt, und eine Drehzahl­ steuereinheit 9, die die Drehzahl des Nähmotors M durch Steuern des Impulstastverhältnisses des Antriebssignals SDR zum Regeln des von der Stromversorungseinheit 5 angelegten Stromes.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Gleichstromquelle 3 eine all­ gemein bekannte gleichrichtende und glättende Schaltung mit ei­ ner Diodenbrückenschaltung DB und einem glättenden Kondensator C.

Die Stromversorgungseinheit 5 weist als prinzipielle Komponenten einen Leistungstransistor Tr1, der durch das von der An­ triebseinheit 7 vorgesehene Antriebssignal SDR zum Anlegen von Strom an den Nähmotor M angetrieben wird, eine Kommutierungsdi­ ode D1, die einen Weg für die rückwirkende elektromotive Kraft, die in der Ankerwindung (im folgenden einfach als "Windung" be­ zeichnet) L des Nähmotors M erzeugt wird, während der Leistungs­ transistor Tr1 AUS ist, und einen Stromerfassungswiderstand Ri zum Erfassen des durch die Windung L fließenden Stromes i auf. Der Leistungstransistor Tr1 wird durch das Antriebssignal SDR einer vorbestimmten Frequenz angetrieben, die von der An­ triebseinheit 7 vorgesehen ist. Die Periode der ein-Zustände des Leistungstransistors Tr1 wird durch die Pulsbreite des Antriebs­ signales DR1 gesteuert. Der Windungsstrom i ändert sich gemäß der Periode der ein-Zustände des Leistungstransistors Tr1, was später beschrieben wird.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Antriebseinheit 7 eine allge­ mein bekannte Schaltung mit einem Transistor Tr2 als prinzi­ pielle Komponente. Der Transistor Tr2 wird durch ein Pulssignal SPW getrieben, was im folgenden beschrieben wird, und das über eine Fotokoppler PH der Drehzahlsteuereinheiten 9 an ihn ange­ legt wird. Spannung wird durch die Spannungsquelle VDD der An­ triebseinheit an den Transistor Tr2 angelegt, das mit der Poten­ tial des Leistungstransistors Tr1 wird auf negativem Potential gehalten und das Antriebssignal SDR mit einer Pulsbreite gleich der des Eingangspulssignals SPW wird an die Basis des Leistungs­ transitors Tr1 angelegt. Die Periode der ein-Zustände des Lei­ stungstransistors Tr1, nämlich der Windungsstrom i wird gemäß der Pulsbreite des Pulssignales SPW gesteuert.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, enthält die Drehzahlsteuereinheit 9 als prinzipielle Komponenten eine Drehzahlsteuerschaltung 9a, die eine Drehzahlsteuersignal VS, das eine Drehzahl für den Näh­ motor M festlegt, und ein Stopsignal (auf VS = 0) vorsieht, eine Drehzahlerfassungsschaltung 9b, die die Drehzahl N des Nähmotors M erfaßt und ein Drehzahlerfassungsignal VN abgibt, eine Abwei­ chungserfassungsschaltung 9c, die die Abweichung zwischen einer vorgegebenen Drehzahl S und der erfaßten Drehzahl N (ΔN=S-N) erfaßt und ein Abweichungserfassungssignal V-ΔN vorsieht, eine Stromsteuerschaltung 9d, die den durch die Windung L fließenden Windungsstrom i gemäß des Abweichungserfassungssignales V-ΔN re­ gelt, und einen erlaubten Maximalstrom setzt, eine Pulsbreiten­ modulationsschaltung 9e (PWM-Schaltung), die den Arbeitsfaktor des Ausgabepulssignals SPW gemäß des Pegels eines Schwellenpe­ gelsignales STH steuert, das von der Stromsteuerschaltung 9d vorgesehen ist, eine Änderungsbefehlsschaltung 9f für den Maxi­ malstrom, die der Stromsteuerschaltung 9d befiehlt, den Pegel des Schwellpegelsignales STH zwischen einem hohen Pegel und ei­ nem niedrigen Pegel zu ändern, und eine Bremssteuerschaltung 9g, die die elektromagnetische Bremse B antreibt.

Die Abweichungserfassungsschaltung 9c und die Stromsteuerschal­ tung 9d entsprechen einer Stromversorgungsbegrenzungseinrich­ tung, und die Änderungsbefehlsschaltung 9f für den Maximalstrom entspricht einer Entscheidungseinrichtung.

Die Drehzahlsteuerschaltung 9a weist eine Einstellschaltung ULS für die niedrigste Drehzahl, die aus einer Spannungseinstellein­ richtung VR1 steht, und eine Diode D2 und eine Durchlaßschaltung UPS mit einer Diode D3, die das Pedalsteuersignal SSP, das von der Fußsteuerung FC vorgesehen ist, durchgibt, auf. Die Ein­ stellschaltung ULS für die niedrigste Drehzahl ist parallel zu dem Schalter SW der Fußsteuerung FC geschaltet und gibt ein Be­ fehlssignal VLS ab, das eine niedrigste Drehzahl NLS für den normalen Betrieb des Nähmotors M festliegt, wenn der Schalter SW geöffnet ist.

Die Drehzahlsteuerschaltung 9a gibt das Befehlssignal VLS für die niedrigste Drehzahl als Drehzahlbefehlssignal VS an die Ab­ weichungserfassungsschaltung 9c ab, wenn das Pedal P der Fuß­ steuerung FC ein wenig niedergedrückt oder bis zu dem Ende des Spieles, und sie gibt das Pedalbefehlssignal SSP, das von der Fußsteuerung vorgesehen ist, als das Drehzahlbefehlssignal VS an die Abweichungserfassungsschaltung 9c ab, wenn das Pedal P über das Spiel hinaus niedergedrückt wird. Wenn das Pedal freigegeben wird zum Schließen des Schalters SW, ist der Wert des Drehzahl­ befehlssignales VS 0. Die Drehzahlerfassungschaltung 9b ist ein Differenzialverstärker mit einem Operationsverstärker OP1 als prinzipielle Komponente. Die Drehzahlerfassungsschaltung 9b nimmt eine Spannung Vf über die Anschlüsse des Nähmotors M und ein Stromerfassungssignal If das von einem Stromerfassungswider­ stand Ri vorgesehen ist (die Spannung über die Anschlüsse des Stromerfassungswiderstands Ri entspricht dem durch die Windung L fließenden Strom i), auf und gibt das Drehzahlerfassungsignal VN, d. h. die Potentialdifferenz zwischen der Spannung Vf und dem Stromerfassungssignal If ab, das der Drehzahl N des Nähmotors M entspricht, und zwar an die Änderungsbefehlsschaltung 9f für den Maximalstrom.

Der Grund für die Benutzung der Potentialdifferenz zwischen der Spannung Vf und dem Stromerfassungsignal If als Drehzahlerfas­ sungssignal VN ist wie folgt.

Ein Gleichstromkommutatormotor erfüllt folgende bekannte Glei­ chung:

N = K · e = K(Vf-i · r) = K(Vf-If),

wobei r innerer Widerstand ist, e(V) rückwirkende elektromotori­ sche Kraft ist, N(rpm) Drehzahl ist, K Motorkonstante ist und i(A) Windungsstrom ist. Die Werte von Vf und If werden in Volt (V) ausgedrückt.

Folglich ist die Drehzahlerfassungsschaltung 9b in der Lage, das Drehzahlerfassungssignal VN entsprechend der Drehzahl N des Näh­ motors M vorzusehen, wenn der externe Widerstand des Operations­ verstärkers OP1 gemäß der Motorkonstante K bestimmt wird.

Die Abweichungserfassungschaltung 9c weist einen Differential­ verstärker DF mit einem Operationsverstärker OP2 als prinzi­ pielle Komponente und einen Strompuffer BF mit einem Operations­ verstärker OP3 als prinzipielle Komponente auf. Der Differenti­ alverstärker DF empfängt das Drehzahlbefehlssignal VS bzw. das Drehzahlerfassungsignal VN von der Drehzahlbefehlsschaltung 9a und der Drehzahlerfassungsschaltung 9d und erzeugt die Potenti­ aldifferenz zwischen den zwei Signalen. Der Strompuffer BF ver­ stärkt den Strom des von dem Differentialverstärker DF empfange­ nen Signales und begrenzt seinen eigenen Ausgangspegel unter einen vorgeschriebenen Wert durch eine Klemmvorrichtung, die aus einer Diode D4 und einer Zener-Diode ZD besteht. Die Klemmvor­ richtung begrenzt den Ausgangspegel auf eine Wert kleiner als die Durchbruchsspannung VZD der Zenerdiode ZD in den negativen Bereich und auf einen Wert kleiner als eine Schaltungsspannung VCC in den positiven Bereich.

Somit erzeugt die Abweichungserfassungschaltung 9c das Abwei­ chungserfassungssignal V-ΔN entsprechend der Abweichung ΔN zwi­ schen der festgelegten Drehzahl S und der tatsächlichen Drehzahl N aus der Differenz zwischen dem Drehzahlbefehlssignal VS und dem Drehzahlerfassungssignal VN. Das Abweichungserfassungssignal V- N nimmt einen negativen Wert an, wenn das Drehzahlbefehlssi­ gnal VS größer als der Drehzahlerfassungssignal VN ist, und es nimmt einen positiven Wert an, wenn das Umgekehrte der Fall ist. Die Abweichungserfassungsschaltung 9c gibt einen Referenzwert VRE ab, einen kleinen negativen Wert, wenn die Werte der beiden Signale VS und VN einander gleich sind zum Unterdrücken der Schwankungen der Drehung des Nähmotors M durch leichtes Be­ schleunigen des Nähmotors M, während der Nähmotor M für Betrieb bei einer konstanten Drehzahl angetrieben wird. Die Stromsteuer­ schaltung 9d ist ein Inversionsverstärker mit einem Operations­ verstärker OP4 als prinzipielle Komponente. Der Gewinn der Stromsteuerschaltung 9d wird durch einen externen variablen Wi­ derstand VR2 eingestellt. Die Stromsteuerschaltung 9d erzeugt ein Schwellpegelsignal STH durch die invertierte Stärkung der Summe des Stromerfassungsignales If und des Abweichungserfas­ sungssignales V-ΔN und gibt dasselbe an die PWM-Schaltung 9e ab. Obwohl der Maximalwert des Schwellpegelsignales STH im wesentli­ chen auf dem Maximalwert VZD des Abweichungserfassungssignals V-ΔN beruht, wird derselbe innerhalb eines vorbestimmten Bereiches durch den variablen Widerstand VR2 eingestellt.

Eine Schaltung aus einem Analogschalter ASW und einem Umschalt­ widerstand RCV ist parallel zu dem variablen Widerstand VR ge­ schaltet. Wenn der Analogschalter ASW geschlossen ist, ist der Umschaltwiderstand RCV parallel zu dem variablen Widerstand VR geschaltet zum Erhöhen des Gewinns des Operationsverstärkers OP4, d. h. der Maximalpegel des Schwellpegelsignales STH wird um einen vorbestimmten Wert durch Schließen des Analogschalter ASW erhöht.

Im folgenden wird ein Maximalpegel für das Schwellpegelsignal STH als niedrigerer Maximalpegel bezeichnet, wenn der Analog­ schalter ASW geöffnet ist, und ein Maximalpegel für denselben Wert als höherer Maximalpegel bezeichnet, wenn der Analogschal­ ter ASW geschlossen ist. Der niedrigere Maximalpegel für das Schwellpegelsignal STH ist so bestimmt, daß der Windungsstrom mit einem vorbestimmten niedrigeren Maximalstrom IMAXL überein­ stimmt, und der höhere Maximalpegel für denselben ist so be­ stimmt, daß der Windungstrom i mit einem höheren Maximalstrom IMAXH höher als der niedrigere Maximalstrom IMAXL übereinstimmt. Der niedrigere Maximalstrom IMAXL wird experimentell so be­ stimmt, daß der Nähmotor nicht überhitzt wird und der höhere Ma­ ximalstrom IMAXH wird experimentell so bestimmt, daß der Nähmo­ tor M ein ausreichendes Drehmoment erzeugen kann, so daß die Na­ del ein wertiges Nähgut durchstechen kann.

Die Schaltung, die den variablen Widerstand VR2, den Analog­ schalter ASW und den Umschaltwiderstand RCV aufweist, entspricht einer Grenzstromänderungseinrichtung.

Die PWM-Schaltung 9e ist eine allgemein bekannte Pulsbreitenmo­ dulationsschaltung mit einem Komparator CP1 als prinzipielle Komponente. Die PWM-Schaltung 9e erzeugt das Pulssignal SPW durch die Pulsbreitenmodulation eines Dreieckspulssignales einer vorbestimmten Frequenz, das durch einen Dreieckspulsoszilator OC gemäß des Schwellpegelsignales ST erzeugt ist, das durch die Stromsteuerschaltung 9d angelegt ist. Die Pulsbreite des Pulssi­ gnales SPW hängt von dem Pegel des Schwellpegelsignals STH ab. Das Pulssignal SPW wird nach Inversion zu der Antriebseinheit 7 übertragen, die elektrisch von der Drehzahlsteuereinheit durch den Fotokoppler PH getrennt ist.

Somit wird die Periode der ein-Zustände des Leistungstransistors Tr1 der Stromversorgungseinheit 5, nämlich der Pegel des Win­ dungsstromes i durch Ändern des Pegels des Schwellpegelsignales STH gesteuert.

Die Änderungsbefehlsschaltung 9f für den Maximalstrom weist einen Komparator CP2 auf. Der Komparator CP2 vergleicht das Drehzahlerfassungssignal VN, das von der Drehzahlerfassungs­ schaltung 9b abgegeben ist, und ein Spannungssignal VBS, das durch eine Spannungseinstelleinrichtung VR3 eingestellt wird, und gibt eine Antriebssignal SSW zum Schließen des Analogschal­ ters ASW ab, wenn das Drehzahlerfassungssignal VN niedriger als das Spannungssignal VBS ist, so daß der maximale Ausgangspegel der Stromsteuerschaltung 9d auf einen vorbestimmten Wert gehoben wird.

Das Spannungssignal VBS repräsentiert eine sehr niedrige Dreh­ zahl NBS unter der niedrigsten Standarddrehzahl NLS (VLS) für den Nähmotor M. Die sehr niedrige Drehzahl NBS wird in Bezug auf die niedrigste mögliche Drehzahl des Nähmotors M in Abhängigkeit der elektrischen Spezifikation des Nähmotors M und der Konstruk­ tion des mechanischen Systemes der Nähmaschine und von durch Nä­ hen eines sehr dicken Nähgutes bestimmte Daten bestimmt.

Die Bremssteuerschaltung 9g weist einen Komparatur CP3 und einen Transistor Tr3 auf, durch den ein Strom zu einer Spule BL der elektromagnetischen Bremse B zum Aktivieren der elektromagneti­ schen Bremse B zugeführt wird. Wenn das von der Abweichungser­ fassungsschaltung 9c abgegebene Abweichungssignal V-N auf einem positiven Pegel liegt, geht der Ausgang des Komparators CP3 auf HOCH (H) zum Einschalten des Transistors Tr3, und folglich wird die elektromagnetische Bremse B aktiviert.

Der Betrieb der Nähmotorantriebseinrichtung und des Nähmotors M wird unter Bezugnahme auf das in Fig. 4 gezeigte Zeitablaufdia­ gramm im folgenden beschrieben.

Wenn wie in Fig. 4. gezeigt ist, das Pedal P ein wenig herunter­ gedrückt wird zum Befehlen der niedrigsten Standarddrehzahl NLS, überschreitet das negative Abweichungserfassungssignal V-N zwi­ schen dem Drehzahlbefehlssignal VS (VLS) und dem Drehzahlerfas­ sungssignal VN den negativen Referenzwert VRE, und die Puls­ breite des Pulssignales SPW steigt an. Der Transistor Tr2 der Antriebseinheit 7 gibt das Antriebssignal SDR gemäß des Pulssi­ gnales SPW zum Antreiben des Leistungstransistors Tr1 der Strom­ versorgungseinheit 5 ab. Dann steigt der Windungsstrom i zum Be­ schleunigen des Nähmotors M, bis die Drehzahl des Nähmotors M die unterste Standarddrehzahl NLS erreicht. Während die Drehzahl des Nähmotors M ansteigt, nimmt das negative Abweichungserfas­ sungssignal V-ΔN zu dem negativen Referenzwert VRE ab, und folg­ lich wird der Windungsstrom i konstant gehalten.

Wenn das Pedal P weiter niedergedrückt wird, nimmt das negative Abweichungserfassungssignal V-ΔN zu und erreicht den negativen Maximalwert VZD und folglich nimmt die Pulsbreite des Pulssigna­ les SPW zu einem Maximum zu. Daher nimmt der Windungsstrom i ebenfalls zu und wird auf den niedrigeren Maximalstrom IMAXL ge­ halten, die Drehzahl N des Nähmotors M nimmt bis zu der speziel­ len Drehzahl S zu, und das negative Abweichungserfassungssignal V-ΔN nimmt auf den negativen Referenzwert VRE ab. Bei Koinzidenz zwischen der Drehzahl N mit der spezifizierten Drehzahl S er­ reicht das Abweichungserfassungssignal V-ΔN den Referenzwert VRE und folglich wird der Windungsstrom i konstant gehalten und der Nähmotor M wird mit der spezifizierten Drehzahl S betrieben.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, nimmt das Drehzahlbefehlssignal VS auf den Wert VLS, der der niedrigsten Drehzahl NLS entspricht ab, und das Abweichungserfassungsignal V-ΔN wird positiv. Wenn die elektromagnetische Bremse B zum Reduzieren der Drehzahl N des Nähmotors M auf die niedrigste Drehzahl NLS betätigt wird, geht die Pulsbreite des Pulssignales SPW gegen 0 und folglich nimmt der Windungsstrom i scharf ab. Bei Übereinstimmung der Drehzahl N mit der niedrigsten Drehzahl NLS wird das Abwei­ chungserfassungssignal V-ΔN negativ, die elektromagnetische Bremse B wird freigegeben und folglich wird die Drehzahl N auf der niedrigsten Drehzahl NLS fixiert.

Es sei angenommen, daß die Nähmaschine beginnt, einen sehr dic­ ken überlagerten Abschnitt in einem dicken Nähgut zu nähen, wo­ bei der Nähmotor M bei der niedrigsten Drehzah NLS betrieben wird. Dann erfährt die Nadel einen hohen Widerstand des dicken Nähgutes, so daß die Drehzahl N des Nähmotors M unter die unter­ ste Drehzahl NLS absinkt, das negative Abweichungserfassungsi­ gnal V-ΔN nimmt zu und erreicht schließlich den negativen Maxi­ malwert VZD. Daher nimmt die Pulsbreite des Pulssignales SPW zu bis zu der maximalen Breite und der Windungsstrom i nimmt bis zu dem unteren Maximalstrom IMAXL zu.

In einigen Fällen nimmt die Drehzahl N des Nähmotors M bis zu einem Wert unterhalb der sehr niedrigen Drehzahl NBS ab, und der Nähmotor M ist praktisch blockiert, wenn die Nadel nicht den sehr dicken übereinandergeschichteten Abschnitt des Nähgutes durchdringen kann, selbst wenn der Windungsstrom i bis zu dem niedrigeren Maximalstrom IMAXL zum Erhöhen des abgegebenen Dreh­ momentes des Nähmotors M zunimmt. In solchen Fällen fällt, wie in Fig. 4 gezeigt ist, das Drehzahlerfassungssignal VN unter das Spannungssignal VBS, das der sehr niedrigen Drehzahl NBS ent­ spricht und der Analogschalter ASW wird geschlossen. Folglich wird der Pegel des Schwellpegelsignales STH angehoben und die Pulsbreite des Pulssignales SPW wird zum Erhöhen des Windungs­ stromes auf den höheren Maximalstrom IMAXH erhöht.

Folglich wird das abgegebene Drehmoment des Nähmotors M vergrö­ ßert zum Ermöglichen, daß die Nadel den sehr dicken übereinan­ dergeschichten Abschnitt des dicken Nähgutes durchstechen kann. Nachdem die Nadel das Nähen des sehr dicken übereinanderge­ schichteten Abschnittes des Nähgutes beendet hat, steigt die Drehzahl des Nähmotors M über die sehr niedrige Drehzahl NBS, der Analogschalter ASW wird geöffnet, das Schwellpegelsignal STH geht auf den niedrigen Pegel zurück und der Windungsstrom i nimmt auf den niedrigeren Standardmaximalstrom IMAXL ab. Nachdem die Drehzahl N auf die niedrigste Drehzahl NLS zurückkehrt, wird das Abweichungserfassungssignal V-ΔN auf dem Referenzwert VR stabilisiert und der Windungsstrom i wird auf dem Strom stabili­ siert, der der niedrigsten Drehzahl NLS entspricht.

Wenn das Pedal P losgelassen wird, wird der Schalter SW ge­ schlossen. Dann fällt das Drehzahlbefehlssignal VS auf 0 und zur gleichen Zeit wird das Abweichungserfassungssignal V-ΔN positiv. Daher wird die elektromagnetische Bremse B zum Bremsen des Näh­ motors M betätigt, und die Stromversorgung wird zum Anhalten des Nähmotors M gestoppt. Somit begrenzt die Nähmaschinenantriebs­ einrichtung in dieser Ausführungsform den Windungsstrom i (power) auf einen Wert unterhalb des niedrigeren Standardmaxi­ malstromes IMAXL beim Starten des Nähmotors M und beim Beschleu­ nigen des Motors von der niedrigsten Geschwindigkeit NLS, und sie erhöht den Windungsstrom i von dem niedrigeren Standardmaxi­ malstrom IMAXL auf den höheren Standardmaximalstrom IMAXH zum Erhöhen des abgegebenen Drehmomentes des Nähmotors M, wenn die Drehzahl N unter die sehr niedrige Drehzahl NDS fällt, wenn z. B. der Nähmotor M praktisch blockiert ist, während die Nähmaschine ein sehr dickes Nähgut näht. Folglich wird die Überhitzung des Nähmotors M verhindert, und die Nähmaschine ist in der Lage, sehr dicke Nähgutstücke glatt zu nähen.

Obwohl der Nähmotor aufgrund der Wiederholung eines Zyklus der Beschleunigung von der niedrigsten Drehzahl und Bremsen über­ hitzt werden kann, ähnlich wie es bei dem durch eine herkömmli­ che Nähmotorantriebseinrichtung getriebene Nähmotor der Fall ist, wenn der letztere ein sehr dickes Nähgut näht, wird das me­ chanische System der Nähmaschine nicht übermäßig beansprucht, und folglich werden die entsprechenden Lebensdauern des Nähmo­ tors M und der Nähmaschine ausgedehnt.

Da der effektive Durchmesser der Motorscheibe nicht reduziert wird, kann das abgegebene Drehmoment des Nähmotors M während des Betriebes bei einer niedrigen Drehzahl erhöht werden, ohne daß die maximale Nähgeschwindigkeit verringert wird.

Bei dieser Ausführungsform wird der maximale Strom für den Win­ dungsstrom i von dem unteren Standardmaximalstrom auf den höhe­ ren Standardmaximalstrom erhöht, wenn die Drehzahl des Nähmotors M unter die unterste Drehzahl sinkt. Es ist auch möglich, den maximalen Grenzstrom für den Windungsstrom i zu erhöhen, wenn die Drehzahl des Nähmotors M unter die niedrigste Drehzahl NBS sinkt, und das Abweichungserfassungssignal V-ΔN über einen vor­ bestimmten Pegel hinaus ansteigt.

Claims (3)

1. Nähmotorantriebseinrichtung für eine einen Nähmotor (M) aufweisende Nähmaschine mit:

• - einer Leistungsversorgungseinrichtung (3, 5) zum Zuführen von Leistung zu dem Nähmotor (M);
• - einer Begrenzungeinrichtung (9c, 9d) zum Begrenzen der von der Leistungsversorgung (3, 5) zugeführten Leistung unter eine vorbestimmte Grenzleistung (IMAXL); gekennzeichnet durch:
• - eine Erfassungseinrichtung (9b) zum Erkennen, daß der Näh­ motor (M) fast blockiert ist, oder daß eine Überlast an den Näh­ motor (M) angelegt ist und zum Erzeugen eines Erfassungssignales (VN), und
• - eine Änderungseinrichtung (VR2, ASW, RCV) zum Erhöhen der vorbestimmten Grenzleistung der Begrenzungseinrichtung (9c, 9d), wenn das Erfassungsignal (VN) von der Erfassungeinrichtung (9b) erzeugt wird.

2. Nähmotorantriebseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

• - Drehzahlerfassungseinrichtung (9b) zum Erfassen der Dreh­ zahl (N) des Nähmotors (M), und
• - Beurteilungseinrichtung (9f) zum Beurteilen, ob die von der Drehzahlerfassungseinrichtung (9b) erfaßte Drehzahlen (N) des Nähmotors (M) niedriger als eine vorbestimmte Drehzahl ist, wobei die Erfassungeinrichtung (9b) das Erfassungssignal (VN) erzeugt, wenn die Beurteilung der Beurteilungseinrichtung (9f) positiv ist.

3. Nähmotorantriebseinrichtung für eine einen Nähmotor (M) aufweisende Nähmaschine mit:

• - einer Stromversorgungseinrichtung (5) zum Anlegen eines Stromes (i) an eine Windung (1) des Nähmotors (M);
• - einer Stromerfassungeinrichtung (Ri) zum Erfassen des durch die Windung (L) des Nähmotors (M) fließenden Stromes (i);
• - einer Drehzahlerfassungeinrichtung (9b) zum Erfassen der Drehzahl (N) des Nähmotors (M);
• - einer Stromsteuereinrichtung (9d) zum Steuern des von der Stromversorgungseinrichtung (5) angelegten Stromes (i) auf der Grundlage der erfaßten Drehzahl (N) und einer extern spezifi­ zierten Drehzahl;
• - einer Stromversorgungsbegrenzungseinrichtung (9c, 9d) zum Begrenzen des von der Stromversorgungseinrichtung (5) angelegten Stromes (i) unter einen vorbestimmten Grenzstrom (IMAXL);
• - einer Entscheidungseinrichtung (9f), zum Bestimmen, ob die von der Drehzahlerfassungseinrichtung (9b) erfaßte Drehzahl (N) des Nähmotors (M) niedriger ist, als eine zuvor für eine nied­ rigste Nähgeschwindigkeit der Nähmaschine bestimmte niedrigste Drehzahl (NLS) ist;
• - einer Grenzstromänderungseinrichtung (VR2, ASW, RCV) zum Erhöhen des vorbestimmten Grenzstromes unterhalb den der von der Stromversorgungseinrichtung (5) angelegte Strom (4) von der Strombegrenzungseinrichtung (9c, 9d) gesteuert wird, wenn eine Entscheidungseinrichtung (9f) positiv ist.