DE6812869U

DE6812869U - Vorrichtung zum steuern der geschwindigkeit von elektromotoren.

Info

Publication number: DE6812869U
Application number: DE6812869U
Authority: DE
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1967-12-29
Filing date: 1968-12-23
Publication date: 1970-05-14
Also published as: CH482350A; US3493832A; FR1596079A; DE1816565A1; GB1178828A

Description

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The Singer Coepany, Elizabeth» New Jersey (V.et.A.)

Motorsteuerung durch einen gesteuerten Siliiium-Oleiohriohter mit Schalter zur Auswahl zweier Geschwindigkeit·«

bereiche.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Steuersysteae bzw. Anordnungen für die Geschwindigkeit von Motoren, welche einen von den Bedienenden betätigten Oeechwlndlgkeitakontroller verwenden, um einen gesteuerten Silizium-Gleichrichter variabel in seinen leitenden Zustand zum Steuern des Kraftstromes zu dem Motor zu bringen» und sie bezieht sich insbesondere auf Stromkreise in solchen Systemen zum Auswählen verschiedener getrennter Motorgesohwlndlgkeitsbereiche, die bei der gleichen Betätigung des' Geschwindigkeitskontrollers wirksam sind.

_v In der USA-Patentschrift 2 262 6l6 ist ein Schalter aufgezeigt» der an einer Nähmaschine angeordnet ist» um verschiedene angezapfte Teile der Motorfeldwicklung auszuwählen» wodurch verschiedene Geschwindigkeitsbereiche für den Motor erhalten werden können. In der USA-Patentschrift 3 319 591 ist ein Geschwindigkeitssteuersystem für eine Nähmaschine aufgezeigt, bei welchem ein an der Nähmaschine an-

geordnetes Potentiometer durch den Bedienenden eingestellt werden kann, um die Höchstgeschwindigkeit des Antriebsmotors variabel zu begrenzen, der durch einen gesteuerten Silizium-Oleichrichter gesteuert wird. Bei diesem bekannten Vorrichtung wird das einstellbare Potentiometer als ein variabler Nebenschluß für den Kontrollerwiderstand verwendet, um die maximale Tor-Spannung zu begrenzen, die zum Zünden des ge« steuerten Silizium-Gleichrichters bei der vollen Geschwindigkeitsstellung des Kontrollers zur Verfügung steht.

Die oben genannten Systeme beruhen auf inneren Änderungen in der Motorwicklung, bei welchen eine Anzapfung vorgesehen ist, oder auf der Ausführung von langen Extraleitungen zu dem im Abstand liegenden Kontroller, um den Kontrollerwiderstand durch ein einstellbares, an der Nähmaschine angeordnetes Element veränderbar in Nebenschluß zu setzen. Die beiden bekannten Ausführungen sind insbesondere hinsichtlich der Teile und der Aufbaukosten unzweckmäßig.

Es würde daher außerordentlich vorteilhaft sein, insbesondere in der unter scharfer Konkurrenz stehenden Nähmaschinen-Industrie beispielsweise einen einfachen Stromkreis mit geringen Kosten, der eine Selektion verschiedener Geschwindigkeitsbereiche für einen durch einen gesteuerten Silizium-Gleichrichter gesteuerten Motor zu schaffen, und insbesondere einen solchen, der die nachteiligen Begrenzungen der bekannten Ausführungen gemäß oben stehender Erläuterung nicht hat.

Demgemäß besteht die Hauptaufgabe der Erfindung darin, einen verbesserten Stromkreis zum Selektieren beträchtlich verschiedener Geschwindigkeitsbereiche für einen durch einen gesteuerten Silizium-Gleichrichter steuerbaren Motor zu schaffen. Weiter will die Erfindung einen Stromkreis zur Ausführung der vorgenannten Punktion schaffen, der billige Aufbauteile hat, die bequem und einfach zu installieren sind.

Eine Unteraufgabe der· Erfindung besteht darin, einen Stromkreis zu schaffen, der nur zwei einfache übliche Aufbauteile hat, die, wenn sie in dem bekannter

Ln dem bekannten- str

Stromkreis in beson-

derer Weise hinzugefügt werden, eine Selektion seitens des Bedienenden von stark abweichenden Motorgeschwindigkeitsbereichen ermöglichen.

Zur Ausführung der Erfindung sind ein Schalter und eine Diode vorgesehen, die vorzugsweise nahe dem Motor angeordnet sind, und dieser Motor kann durch einen gesteuerten Silizium-Gleichrichter gesteuert werden, der im Abstand von dem Motor angeordnet ist. Zwischen dem Schalter, der Diode und der Feldwicklung des Motors sind elektrische Verbindungen vorgesehen, so daß die Diode selektjriv in Nebenschluß zu der Feldwicklung mit einer solchen Polarität angeschlossen werden kann, daß ein Vorwärtsstrom in der Feldwicklung fortfahren kann zu fließen, selbst nachdem der gesteuerte Silizium-Gleichrichter in Jedem Zyklus der Eingangsspannung seinen leitenden Zustand unterbricht, wodurch der Feldfluß erhöht wird und ein stark voneinander abweichender Geschwindigkeitsbereich selektiv für eine gegebene Einstellung des Kontrollers im Vergleich zu dem nicht im Nebenschluß liegenden Zustand der Feldwicklung geschaffen.wird. ·

Demgemäß schafft die Erfindung ein Geschwindigkeitssteuersystem bzw. eine Anordnung für Motore, welche einen von dem Bedienenden betätigten Kontroller zu einem variablen öffnen eines gesteuerten Silizium-Gleichrichters aufweist, der einem Reihen-Kommutator-Motor Kraftstrom liefert, wie er beispielsweise in Nähmaschinen verwendet wird, und bei welehern die Gegen-EMK der Motorwicklung die durch den Kontroller eingestellte Geschwindigkeit regelt, und einen Schalter zum ,selektiven Schalten einer frei steuerbaren Diode in einen und aus einen Nebenschlußstromkreis zu der in Serie liegenden Feldwicklung des Motors enthält.

Wenn die Diode aus dem Nebenschlußzustand zu der Feldwicklung geschaltet ist, wird ein erster Geschwind!gkeitsbereich für die Betätigung des Kontrollers erhalten. Wenn die Diode in Nebenschluß zu der Feldwicklung geschaltet ist, Wird bei der gleichen Kontrollerbetätigung ein beträchtlich niedri-

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gerer zweiter Geschwindigkeitsbereich als der erste Geschwindigkeitsbereich geschaffen.

Im nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Nähmaschine, . welche einen gesteuerten Silizium-Gleichrichter zum Steuern der Geschwindigkeit eines elektrischen Antriebsmotors und einen eine Diode schaltenden Stromkreis aufweist, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist. Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Motorgesciiwindigkeit als Funktion der Kontrollerbetätigung und zeigt die betx-ächtlich voneinander abweichenden Geschwindigkeitsbereiche, die durch die Erfindung selektiv erhalten werden können. In der Zeichnung ist der Dioden-Schaltstromkreis gemäß der Erfindung in einem Motorsteuersystem für eine Nähmaschine mit einem gesteuerten Silizium-Gleichrichter dargestellt, wobei die Nähmaschine ein Gehäuse aufweist, sowie einen Arbeitsstücktragsockel 11, einen hohlen, von dem einen Ende des Sockels 11 nach oben stehenden Ständer 12 und am oberen Ende des Ständers 12 einen über dem Sockel 11 hängenden Maschinenarm Ij5. Ein Gehäuse 14, das einen ersten Anschluß 15, einen zweiten Anschluß 16, einen dritten Anschluß 17 und einen vierten Anschluß l8 aufweist, ist in dem Ständerende des Sockels 11 angeordnet, um einen entsprechenden abnehmbaren Stecker aufzunehmen, der einen ersten Kontakt 2o, einen zweiten Kontakt 21, einen dritten Kontakt 22 und einen vierten Kontakt

23 entsprechend den ersten bis vierten Anschlüssen des Gehäuses 14 aufweist.

Ein Steuerstromkreis für den Nähmaschinenmotor und die Lampe enthält die folgenden Elemente: einen üblichen Stecker

24 zum Verbinden mit einer WechselstromquelJ.e (nicht dargestellt), einen Motorkontroller 25, welcher in der deutschen Patentanmeldung P 15 63 760.2 aufgezeigt-isV, einen in dem

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hohlen Ständer 12 angeordneten üblichen Reihenmotor 26, eine in dem Maschinenarm 13 angeordnete Lampe 27, wie sie beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 176 121 aufgezeigt 1st, einen doppelpoligen Umschalter 28 in dem oberen Teil des Ständers und einen Halbwellengleichrichter in der Form einer Diode 29, der ebenfalls in den oberen Teil des Ständers 12 und vorzugsweise an dem Schalter 28 angebracht 1st.

Der Stecker 24 hat zwei Steckerrtiftc 3o und 31, sowie zw« Anschlüsse 32 und 33 entsprechend den Steckerstiften 3o und 31· Der Fußkontroller 25 hat einen ersten Anschluß 34, einen zweiten Anschluß 35 und einen dritten Anschluß 36, einen gesteuerten Halbleitergleichrichter 37* einen allgemein mit 38 bezeichneten Kathoden-Tor-Stromkreis und eine von Hand einstellbare Impedanz 39* Eine vollständige Beschreibung des Fußkontrollere ist aus der deutschen Patentanüieidung P 15 63 760.2 ersichtlich. Der Motor 26 hat eine Ankerwicklung 4o, eine erste Bürste 4l, eine zweite Bürste 42 und eine Feldwicklung 43. Die Lampe

27 hat zwei Anschlüsse 44 und 45. Der doppelpolige Umschalter

28 ist ein Schalter mit Verschiebungsbewegung und hat einen ersten Pol 46 und einen zweiten Pol 47 und eine Abschaltstellung, eine Stellung für hohe Geschwindigkeit und eine Stellung für niedrige Geschwindigkeit entsprechend den drei auswählbaren Stellungen eines Schieberteiles 56. Der erste Pol 46 des Umschalters 28 hat einen ersten Mittelkontakt 48 und einen zweiten Mittelkontakt 49, einen Kontakt 5o entsprechend der Stellung für hohe Geschwindigkeit und einen Kontakt 51 entsprechend für niedrige Geschwindigkeit. Der zweite Pol 47 des Umschalters 28 hat einen ersten Hittelkontakt 52 und einen zweiten Mittelkontakt 53* einen Kontakt 54 entsprechend der Stellung für hohe Geschwindigkeit, und einen Kontakt 55, der der Stellung für niedrige Geschwindigkeit entspricht. Der Schieberteil 56 ist zwischen dem ersten Pol 46 und dem zweiten Pol 47 des Umschalters 28 angeordnet. Der Schieberteil 56 hat einen Isolator 57, der 'zwischen einem ersten Kontakt 58 und einem zweiten Kontakt 59 entsprechend jeweils dem ersten

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Pol 46 und dem zweiten Pol 47 des Umschalters 28 zwischengeschaltet ist.

Die Elemente des Motor- und Lampensteuerkreises der Erfindung sind auf die folgende Weise elektrisch miteinander verbunden. Eine Leitung 6o ist zwischen dem Kontakt 5o des Umschalters 28 und dem ersten Anschluß 44 der Lampe 27 angeschlossen. Eine Leitung 61 ist zwischen dem zweiten Anschluß 45 der Lampe und dem Anschluß 15 und dann durch das Gehäuse 14 und den Stecker 19 vermittels einer Leitung 73 zum Anschluß 32 des Steckers 24 angeschlossen. Eine Leitung 62 ist zwischen dem Kontakt 48 und dem Anschluß 16, von dort durch das Gehäuse 14 und den Stecker 19 vermittels einer Leitung 74 an den Anschluß 33 des Steckers 24 angeschlossen. Eine Leitung 63 ist zwischen den Kontakten 50 und 51 angeschlossen. Eine Leitung 64 ist zwischen den Mittelkontakten 48 und 49 angeschlossen.

Eine Leitung 65 ist zwischen dem Kontakt 51 und der Feldwicklung 43 des Motors 26 angeschlossen. Eine Leitung 66 ist zwischen der Bürste 42 des Motors und dem Anschluß 17, dann durch das Gehäuse 14 und den Stecker 19 und vermittels einer Leitung 76 zu dem Anschluß 35 des Fußkontrollers 25 angeschlossen.

Eine Leitung 67 ist zwischen dem Anschluß 34 des Fußkontrollers 25 und von dort durch den Stecker 19 und vermittels einer Leitung 73 an den Anschluß 32 angeschlossen.

Eine Leitung 68 ist zwischen dem Anschluß 36 des Fußkontrollers 25, von dort durch den Stecker 19 und das Gehäuse 14 vermittels einer Leitung 75 zur Bürste 4l des Motors 26 angeschlossen. Eine Leitung 69 ist zwischen der Leitung 75 und dem Kontakt 55 des Umschalters 28 angeschlossen. Die Diode 29 ist durch Leitungen 7o und 71 jeweils mit den Kontakten 53 und 54 des Umschalters 28 verbunden.

Wenn beim Arbeiten angenommen wird, daß der Stecker 24 an die (nicht dargestellte) Wechselstromquelle angeschlossen ist und wenn der Schieberteil 56 des Umschalters 28 sich in

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der mittleren Abschaltstellung, wie dargestellt, befindet,

kann die Lampe 27 nicht aufleuohten, weil zwischen den Kon- I takten 48 und 5o in der durch die Leitungen 6o, 61, 73, 74 und 62 dargestellten Schleife ein offener Stromkreis vorhanden ist. Weiterhin ist ein offener Stromkreis zwischen den

> Kontakten 48 und 51 und den Kontakten 49 und 51 in der durch

! die Leitungen 64, 62, 74, 73, 67, 76, 66 und 65 dargestellten Schleife vorhanden, und daher kann, selbst wenn der Pufl- ; kontroller 25 betätigt wird, der Motor nicht laufen.

, Wenn jedoch der Schieberteil 56 des Umschalters 28 sich

; in der Stellung für hohe Geschwindigkeit befindet, leuchtet

die Lampe 27 auf, weil der Kontakt 58 des Schieberteiles 56 des Umschalters 28 den Zwischenraum zwischen den Kontakten 48 und 50 überbrückt und den Stromkreis in der durch die Leitungen 60, 6l, 73» 74 und 62 dargestellten Schleife schließt. Zusätzlich überbrückt der Kontakt 58 an dem Schieberteil 56 des Umschalters 28 den Zwischenraum zwischen den Kontakten 48 ; und 5o und schließt den Stromkreis in der durch die Leitungen

62, 74, 73, 67, .76, 66, Ö5 und 63 dargestellten Schleife, so

■ · daß der Motor 26 läuft, wenn der Fußkontroller 25 betätigt

wird.

Wenn der Schieberteil 56 des Umschalters 28 sich in der Stellung für niedrige Geschwindigkeit befindet, leuchtet die Lampe 27 auf, weil der Kontakt 58 des Schieberteiles 56 des Umschalters 28 den Zwischenraum zwischen den Kontakten 49 und 51 des Schalters überbrückt und den Stromkreis in der Schleife schließt, die durch die Leitungen 63, 6o, 6l, 73, 74, 62 und 64 dargestellt ist. Zusätzlich überbrückt der zweite Kontakt 59 des Schieberteiles 50 des Umschalters 28 den Zwischenraum zwischen den Kontakten 53 und 55 und ordnet die Diode 29 im Nebenschluß zu der Feldwicklung 43 des Motors 26 über die Leitungen 69, 65, 03, 72, 71 und 7o an. Weiterhin bewirkt das überbrücken der Kontakte 4$ und 51 ein Schließen der durch die Leitungen 64, 62, 74, 73, 67, 76, 66 und 65 dargestellten Schleife und ermöglicht ein Erregen des Motors 26 unter der

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Steuerung des Fußkon t ro Hers 25 „

Wenn der Schieberteil 56 des Umschalters 28 sich in der Stellung für niedrige Geschwindigkeit befindet, ermöglicht die Diode 29 vermittels ihres Nebenschlußstromkreises mit Bezug auf die Feldwicklung 4?, daß ein Vorwärtsstrom in der Feldwicklung des Motors fließt, selbst nachdem der gesteuerte Silizium-Gleichrichter yi in dem Fußkontroller 25 während jedes Zyklus seinen leitenden Zustand unterbricht. Der vorgenannte Stromfluß bewirkt einen erhöhten Feldfluß im Gegensatz zu dem Stromkreis ohne die Diode 29 im Nebenschluß zu der Feldwicklung. Der Anker 4o, der in dem erhöhten Feldfluß rotiert, erzeugt eine größere Gegen-EMK, welche auf den Tor-Kathoden-Steuerstromkreis j$8 als negative Vorspannung entgegengesetzt der positiven Vorspannung übertragen wird, welche durch die von Hand einstellbare Impedanz 39 in dem Fußkontroller 25 geliefert ist. Daher wird der gesteuerte Halbleiter-Gleichrichter yj in dem Zyklus später leitend als in dem Stromkreis ohne die Nebenschlußdiode 29, um eine niedrigere Spannung und infolgedessen einen niedrigeren Geschwindigkeitsbereich zu liefern, welcher durch die von Hand einstellbare Impedanz 39 einstellbar ist.

Die Kurven der Fig. 2 zeigen die Motorgeschwindigkeit als Funktion der Betätigung des Kontrollers und deuten zwei beträchtlich voneinander abweichende Geschwind!gkeitsbereiche an, die durch die Lehre der Erfindung erhalten werden können. Die mit "high" bezeichnete Kurve wird erhalten, wenn der Schieberteil 56 des Umschalters 28 sich in der Stellung für hohe Geschwindigkeit gemäß vorstehender Beschreibung befindet, und die mit "low" markierte Kurve zeigt den beträchtlich niedrigeren Geschwindigkeitsbereich, der erhalten werden · kann, wenn der Schieberteil 56 in der Stellung für niedrige Geschwindigkeit angeordnet ist. Es ist einleuchtend, daß in der Stellung des Umschalters 28 für niedrige Geschwindigkeit die Veränderung der Motorgeschwindigkeit für eine gegebene Kontrollerbetätigung wesentliqfr ^iepjießaft in der Stellung

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des Uneohadters 28 für hohe Geschwindigkeit let. Mit
Worten ausgedrückt, der Kontroller 25 ist mit Bezug auf «in· \1 Änderung der Geschwindigkeit weniger empfindlich, wenn slob j der Umschalter 28 in seiner Stellung für niedrige Oeechwin- 1 digkeiten befindet, und das bedeutet, daß der Bedienende nie- j drigere Nähgeschwindigkeiten in dieser Stellung des Umscnal- j ters 28 erheblioh besser steuern kann und sich der Stellung j xür hohe Geschwindigkeiten nur zu bedienen braucht, wenn ein j Geradeausnähen bei hohen Geschwindigkeiten benötigt win·· J

Es ist wichtig, in diesem Zusammenhang die außerordent- 1 lieh einfache Stromkreisausbildung b*w. -anordnung zu erw8h- 1 nen, die gemäß der Erfindung erforderlich ist und welche zwei j beträchtlich voneinander abweichende Geschwindigkeitsbereioi*· j dadurch liefert, daß selektiv eine RUckdiode im Nebenschluß
zu der Feldwicklung eines Serienmotors angeordnet wird, der
von einer Wechselstromquelle durch einen gesteuerten Siliziu·* Gleichrichter gespeist wird.

Weiterhin kann die Diode 29 physikalisch eine kleine
Einheit sein, und zwar wegen des geringen Arbeitsßtromes,
der in diesem Stromkreis erforderlich ist. Beispielsweise
kann die Diode während der Zeit, während welcher der gesteuerte Silizium-Gleichrichter leitend ist, rückwärts vorgespannt sein und führt während dieser Periode keinen Strom.

Weiterhin können die Diode 29 und der. Umschalter 28 vorher zusammengebaut werden, um einen einheitlichen Schaltmodul zu bilden, der vier Leitiuigen 6o, 62, 65 und 69 zur äußeren
Verbindung mit den anderen Stromkreisteilen hat, und dadurch
wird der Zusammenbau in einer modernen Nähmaschine außerordentlich erleichtert, wo der Innenraum im wesentlichen durch
den eng zusammengedrängt angeordneten Nähmechanismus bereits
im wesentlichen ausgefüllt ist.

Die Erfindung wurdeoben in ihrer bevorzugten AusfUhrungsform beschrieben, die jedoch nur als Beispiel zur Verwirklichung der Erfindung angesehen werden kann. Zahlreiche Änderungen in der Ausbildung liegen im J^W⁸¹^³·^ Erfindung.

Claims

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DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEAAANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURG

3VS314 2000 HAMBURG 50, 26. Febr. 197o

TELEORAMMEi KARPATENT KDNIGSTRASSE 28

W.23281/68 VH G 68 12 869.8 71o2

Schutzanspruch

In das Gehäuse einer Nähmaschine einsetzbare Anord-

⁽ ) nung zum Steuern der Geschwindigkeit eines Elektromotors, insbesondere eines Reihenschlußmotors, mit einem in Reihe zur Anker- und Feldwicklung angeordneten gesteuerten Gleichrichter sowie einer von Hand einstellbaren, zum Erzeugen eines Bezugssignals dienenden Impedanz, dadurch gekennzeichnet, daß ein von Hand stellbarer Umschalter und eine Diode, die gemeinsam parallel zur Feldwicklung zum Fließen eines Stromes durch die Feldwicklung in Vorwärtsrichtung angeordnet sind, zu einer baulichen Einheit vereinigt sind.

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