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Geschwindigkeitsregler für einen Maschinenantrieb, insbesondere einen
Nähmaschinenantrieb Die Erfindung bezieht sich auf einen trethebelgesteuerten Maschinenantrieb
zum Verändern der Laufgeschwindigkeit einer zu betätigenden Maschine, beispielsweise
einer Nähmaschine, die ungleichmäßigen Belastungen ausgesetzt ist und für die eine
leichte Geschwindigkeitsregelung wünschenswert ist, ganz gleich, ob der Maschinenantrieb
eine Maximalgeschwindigkeit von i8oo Umdrehungen pro Minute oder eine Maschinengeschwindigkeit
von io Umdrehungen pro Minute aufweist.
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Bekannte, unter der Steuerung eines Trethebels stehende Antriebe enthalten
eine Reibungskupplung und eine Bremse, die unmittelbar von der Trethebelsteuerung
wahlweise geschaltet werden. Soll nun eine Maschine durchschnittlich mit einer minimalen
Durchschnittsgeschwindigkeit laufen, so mu8 die Trethebelsteuerung mit einer Anzahl
rapider Schwingbewegungen betätigt werden, deren Endausschläge abwechselnd die Kupplung
und die Bremse ein- bzw. ausschalten. Jede Schwingbewegung ist von so kurzer Dauer,
daB die Maschine nur etwas über die erwünschte Durchschnittsgeschwindigkeit hinaus
beschleunigt wird, ehe der Antrieb unterbrochen wird, und die Geschwindigkeit fällt
dann bis etwas unter die Durchschnittsgeschwindigkeit, wobei sich die Änderung in
rapider Reihenfolge vollzieht und der Maschinengang zwischen je über und unter der
erwünschten Geschwindigkeit
liegenden Grenzen schwankt. Um nun hierbei
die Geschwindigkeit nach Wunsch zu regeln, muß der Arbeiter zum Hin- und Herschwingen
der Trethebelsteuerung großes Geschick aufweisen sowie ziemliche Kraft anwenden.
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Bei einem Versuch, die Geschwindigkeit ohne Schwingen der Trethebelsteuerung
zu regeln, ist man auf Schwierigkeiten gestoßen, indem die mechanische Treibwirkung
der Kupplung Vibrationen oder Rattern erzeugte, besonders, da man ja die Geschwindigkeit
durch den Grad des Rutschens der Kupplung regelte. Dieselben Schwierigkeiten entstanden,
wenn man eine Reibungsbremse bei hoher Geschwindigkeit einschaltete. Man hat auch
schon vorgeschlagen, das Einschalten der Kupplung oder Bremse teilweise unter Verwendung
eines Zentrifugalregulators zu steuern. Dabei ist man jedoch auf dieselben Schwierigkeiten
gestoßen.
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Die vorliegende Erfindung sucht nun einen einfachen, mechanischen
Antrieb vorzusehen, der zwar unter einer Trethebelsteuerung steht, jedoch kein rapides
Hin- und Herschwingen dieser Steuerung zu seiner Regelung benötigt und leicht von
einem ungeschulten Arbeiter bedient werden kann, so daß die Maschine selbst bei
einer Minimalgeschwindigkeit einen ruhigen, unveränderlichen Lauf hat. Ferner sucht
die Erfindung einen zentrifugal gesteuerten Antrieb vorzusehen, bei dem selbst bei
hoher Laufgeschwindigkeit kein Rattern entsteht und durch den ein ruhigerer Maschinengang,
als hier zuvor möglich war, geschaffen wird.
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Erfindungsgemäß werden mit der Kupplung und der Trethebelsteuerung
ein nicht zentrifugaler, durch das Trägheitsmoment beeinflußter Steuerungsteil und
ein Zentrifugalregulator verwendet, wobei der Steuerungsteil und der Zentrifugalregulator
von dem getriebenen Kupplungsteil gedreht und zwischen der Trethebelsteuerung und
dem getriebenen Kupplungsteil eingeschaltet sind, um die von der Trethebelsteuerung
auf die Kupplung ausgeübte Kraft in Anpassung an die vorübergehende Beschleunigung
der Kupplung und an die konstante Geschwindigkeit des getriebenen Kupplungsteiles
zu begrenzen. Der getriebene Kupplungsteil wird ferner zum Betätigen der Bremse
von der Trethebelsteuerung geschaltet, und der Steuerungsteil und der Zentrifugalregulator
begrenzen auch hier die auf die Bremse ausgeübten Kräfte. Hierdurch kann ein konstanteres
Drehmoment, als mit einer einfachen Trethebelsteuerung möglich ist, auf die zu betätigende
Maschine übertragen werden, und gleichzeitig kann die Drehgeschwindigkeit konstant
gehalten werden, ohne daß die Trethebelsteuerung rapide hin-undhergeschwungen zu
werden braucht. besonders, wenn der Maschinengang eine ungleichmäßige Belastung
in den Antrieb einführt. Der Durchstechhub der Nadel einer Nähmaschine durch ein
Werkstück benötigt beispielsweise vorübergehend ein größeres Drehmoment, als zu
anderen Zeiten eines Nähzyklus erforderlich ist. Um somit hierbei eine gleichmäßige
Geschwindigkeit einzuhalten, benötigt das größere Drehmoment einen stärkeren Kupplungsdruck.
Statt eine Verminderung der Maschinengeschwindigkeit eintreten zu lassen, wird unter
Verwendung eines durch ein Trägheitsmoment beeinflußten Steuerungsteiles der auf
die Kupplung ausgeübte Druck für die nötige Zeitspanne verstärkt.
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Der Zentrifugalregulator besteht gemäß der Erfindung aus einem Paar
Federn und Schwungteilen, die mit dem vorerwähnten Steuerungsteil verbunden sind
und den Steuerungsteil in einer Neutrallage halten. Der Steuerungsteil besteht aus
einem Rad, das auf einer konzentrisch mit der Kupplung gelagerten Steuerstange befestigt
ist, wobei die Steuerstange bei einer Drehung des Rades und des getriebenen Kupplungsteiles
bezüglich einander eine Längsbewegung zur Kupplung erhält und den getriebenen Kupplungsteil
verschiebt. Wenn zum Beispiel die Nadel einer Nähmaschine ein Werkstück durchstochen
hat, macht sich als Begleiterscheinung eine Beschleunigung des Maschinenganges bemerkbar,
wobei jedoch der vorerwähnte Steuerungsteil nun den Kupplungsdruck über die Steuerstange
automatisch vermindert, so daß die Maschinengeschwindigkeit bei einer gegebenen
Einstellung der Trethebelsteuerung ungefähr gleichbleibt. Ist die Tendenz zu einer
Geschwindigkeitserhöhung groß genug, so wird als Ausgleich vorübergehend Druck auf
die Bremse ausgeübt. Um die Wirkung des Zentrifugalregulators gegebenenfalls auf
den langsameren Lauf des Antriebes zu beschränken, sind erfindungsgemäß Parallelbolzen
an dem Steuerungsrad mit den Enden der Schwungteile verbunden und zum Beschränken
der relativen Drehbewegung des Steuerungsrades und des getriebenen Kupplungsteiles
auf einen Teil der Geschwindigkeitsweite des Kupplungsteiles durch bogenförmige
Schlitze einer mit dem getriebenen Kupplungsteil verbundenen Scheibe gesteckt. Drehbolzen,
auf welchen die Schwungteile gelagert sind, sind so nahe zum Umriß der letzterwähnten
Scheibe angeordnet, daß die Federn des Zentrifugalregulators die Schwungteile da
zusammenhalten, wo die Teile den Beschleunigungskräften am wenigsten ausgesetzt
sind, wobei die Federn je mit den Schwungteilen und der Scheibe verbindende Bolzen
in gleicher Flucht mit den Drehbolzen der Schwungteile liegen, wenn der getriebene
Kupplungsteil in seiner Ruhelage ist. Hierdurch wird ferner ein langsamer Lauf verbessert.
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In den Zeichnungen ist Fig. i eine Schni+tansicht eines Geschwindigkeitsreglers
längs einer Ebene, die den Drehmittelpunkt des Reglers schneidet, Fig. a eine Schnittansicht
nach der Linie II-II der Fig. i und Fig. 3 eine Schnittansicht nach der Linie III-III
der Fig. i.
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Der Antrieb wird beispielsweise für Nähmaschinen verwendet und enthält
einen elektrischen Motor, der ungefähr i8oo Umdrehungen pro Minute ausführt. Die
Geschwindigkeit des Antriebes wird durch die Reibungshöhe einer Kupplung und einer
Bremse bestimmt, wobei ein Ventilationssystem die beim Laufen des Antriebes erzeugte
Hitze entfernt.
Der Motor ist in einem zweiteiligen Gehäuse io (Fig.
i) gelagert. Sein Anker ist mit einer Treibwelle 16 verbunden, und die Welle dreht
sich in Lagern, von denen eines bei 18 dargestellt ist. Mit der Welle 16 ist ein
Schwungrad 2o verkeilt. Das Schwungrad 2o bildet den treibenden Teil der Kupplung,
und Segmente 22 an der einen Radfläche treten mit einer getriebenen Kupplungsplatte
24 in Eingriff.
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Die Kupplungsplatte 24 ist durch Bolzen 26 mit einer Scheibe 28 verbunden.
Die Scheibe 28 ist am Innenende einer Hohlwelle 3o ausgebildet, die sich in einem
Lager 32 eines Gehäusedeckels 34 dreht. Die Bremsei ist ebenfalls in dem Deckel
34 ausgebildet und besteht aus einem Innenflansch 36 mit Segmenten 38, die mit der
anderen Seite der Kupplungsplatte 24 in Eingriff treten. Eine Riemenscheibe 4o sitzt
auf dem Außenende der Welle 30, und ein Riemen 42 läuft von der Riemenscheibe nach
der zu betätigenden Maschine.
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Um die Antriebsgeschwindigkeit der Maschine zu verändern und wahlweise
entweder die Kupplung oder die Bremse zu betätigen, ist eine Trethebelsteuerung
vorgesehen. An dem Deckel 34 ist ein Träger 44 befestigt. In einer mit einem Gewinde
versehenen Nabe des Trägers q.. ist ein Bolzen 46 drehbar, der ebenfalls mit einem
Gewinde versehen ist und in gleicher Flucht mit der Welle 30 liegt. Ein Arm 48 ist
mit dem Außenende des Bolzens 46 verklemmt. Mit dem Arm 48 ist ein Lenker 5o verzapft,
der drehbar mit einem nicht dargestellten Trethebel verbunden ist.
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Die Maschinengeschwindigkeit wird auf folgende Weise leicht und gleichmäßig
geregelt: Zwischen dem Gestänge 48, 5o bzw. dem Bolzen 46 und dem getriebenen Kupplungsteil
24, 28 ist ein nicht zentrifugaler, durch das Trägheitsmoment beeinflußter Steuerungsteil
58 eingeschaltet, der von dem Kupplungsteil 24, 28 gedreht wird. Dieser Steuerungsteil
besteht aus einem Rad 58, das auf dem Innenende einer mit einem Gewinde versehenen
Steuerstange 6o befestigt ist. Die Stange 6o ist in der Hohlwelle 3o drehbar gelagert
und mit denn getriebenen Kupplungsteil konzentrisch. Auf dem Außenende -der Stange
6o sitzt ein Druckkugellager 62, das in einer Mutter 64 verklemmt ist. Die Mutter
64 ist auf einem Kopfteil des Bolzens 46 aufgeschraubt. Bei der Betätigung der Trethebelsteuerung
50, 48 wird die Stange 6o unter Schwingen des Trethebels in ihrer Längsrichtung
bewegt. Hierdurch wird die Hohlwelle 30 verschoben und die getriebene Kupplungsplatte
24 in Eingriff mit den Segmenten 22 gebracht. Beim Schwingen des Trethebels in der
anderen Richtung wird die Bremse 38 eingeschaltet.
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Um die von der Trethebelsteuerung ausgeübte Kraft zu begrenzen, ist
' das Gewindeprofil der Stange 6o steil, und das Stangengewinde kämmt mit einem
Gewinde 67 in der Hohlwelle 30. Infolgedessen werden die Stange 6o und die Welle
30 in ihrer Längsrichtung mit Bezug aufeinander bewegt, wenn das Steuerungsrad 58
und die Scheibe 28 sich mit Bezug aufeinander drehen. Die Steigung und Richtung
der betreffenden Gewinde sind derart, daß bei einer Beschleunigung des getriebenen
Kupplungsteiles 24 die Scheibe 28 sich mit Bezug auf das Steuerungsrad 58 dreht
und den Kupplungsteil 24 automatisch von dem treibenden Kupplungsteil 2o hin-,vegbewegt.
Bei einer Verminderung der Geschwindigkeit wird der Kupplungsteil 24 dagegen vorübergehend
mit verstärktem Druck gegen den treibenden Kupplungsteil 20 gepreßt. Somit wird
irgendwelche Vibration des getriebenen Kupplungsteiles 24 ausgeglichen, während
der Durchschnittsdruck dieses Kupplungsteiles auf dem treibenden Kupplungsteil 2o
gleichzeitig unmittelbar von dem Trethebel gesteuert wird. Eine ähnliche Wirkung
tritt zwischen dem getriebenen Kupplungsteil 24 und der Bremse ein, indem das Steuerungsrad
58 den Kupplungsteil 24 vorübergehend von der Bremse hinwegbewegt, um die Bremswirkung
zu begrenzen. Sollte die Neigung zur Erzeugung von Vibration und Rattern stark genug
sein, so kann das Steuerungsrad 58 den getriebenen Kupplungsteil 24 abwechselnd
in Eingriff mit dem treibenden Kupplungsteil 2o und der Bremse bewegen. Die Trethebelsteuerung
bleibt hierbei bewegungslos.
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Um den Steuerungsteil 58 in einer Neutrallage zu halten, in welcher
er sich während seiner gesamten Tätigkeitsweite gleichartig sowohl unter übermäßiger
Beschleunigung als auch Verminderung der Geschwindigkeit auswirkt, ist er mit einem
Zentrifugalregulator verbunden. Der letztere besteht aus einem Paar Zugfedern 66
und Schwungteilen 74. Die Federn 66 sind je zwischen Bolzen 68 und 72 ausgezogen.
Die Bolzen 68 sitzen in Verstellhebeln 7o, die von der Scheibe 28 getragen werden,
und die Bolzen 72 sitzen in den Schwungteilen 74 (Fig. 2), die auf Verlängerungen
der Bolzen 26 drehbar und mit dem Steuerungsteil 58 verbunden sind. Die Federn 66
ziehen die Schwungteile 74 auf die .'Welle 30 und somit aufeinander zu. Hierbei
nehmen die Schwungteile Einstellagen ein, in denen ihre Massen den Änderungen in
den Beschleunigungskräften am wenigsten ausgesetzt sind. Wenn der getriebene Kupplungsteil
24 sich in seiner Ruhelage befindet, liegen die Bolzen 68 und 72 je mit- dem entsprechenden
Bolzen 26 in gleicher Flucht. Zwecks Verstellung der Federn 66 sind die Hebel
70 um Achsen 75 an der Scheibe 28'belvegbar und werden in den ihnen erteilten
Einstellagen durch Klemmbolzen 76 festgelegt. Die Klemmbolzen 76 erstrecken sich
durch Schlitze der Hebel und sind in die Scheibe 28 eingeschraubt.
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Der Zentrifugal:regulator 66, 74 wirkt mit der Masse des Steuerungsteiles
58 zusammen, um sowohl die augenblicklichen Veränderungen in der Kupplungsgeschwindigkeit
zu vermindern als auch die Geschwindigkeit des getriebenen Kupplungsteiles 24 bei
einer gegebenen Einstellung der Trethebelsteuerung konstant zu halten. Die Kupplung
und die Bremse werden von dem Steuerungsteil 58 und dem Zentrifugalregulator auf
dieselbe Weise, jedoch zu verschiedenen Zeitpunkten, gesteuert. Beim Schwingen des
Armes 48 der Trethebelsteuerung zum Einschalten der Kupplung wird der getriebene
Kupplungsteil 24 gegen den treibenden
Kupplungsteil 2o gepreßt,
und die Riemenscheibe 4o beginnt ihre Drehbewegung. Während der Beschleunigung des
getriebenen Kupplungsteiles 24 hält der Steuerungsteil 58 den Druck innerhalb der
Grenzen des vorhandenen Drehmomentes. Sobald die Riemenscheibe 4o eine Geschwindigkeit
erreicht, zu der die Schwungteile 74 des Regulators in die gegebenen Lagen ausschwingen,
werden die Stange 6o und die Welle 30 mit Bezug aufeinander gedreht. Der
mit einem Gewinde versehene Teil der Stange 6o dreht demzufolge den Steuerungsteil
58 und bewegt den getriebenen Kupplungsteil 24 von dem treibenden Kupplungsteil
2o hinweg. Die Riemenscheibe 40 wird nun, solange der Arm 48 keine weitere Bewegung
erhält, ohne Vibration oder Rattern gleichmäßig zu derselben Geschwindigkeit gedreht,
und zwar unabhängig von der ausgeübten Belastung. Wenn der Arm 48 in seine Kupplungsausschaltlage
bewegt wird, so wird der getriebene Kupplungsteil 24 gegen die Bremse 38 gedrückt,
und die Schwungteile 74 des Regulators bewegen sich einwärts, bis die Stange 6o
in ihrer Längsrichtung verschoben wird, wobei sie den getriebenen Kupplungsteil
von der Bremse hinwegbewegt. Die Bremswirkung wird somit ebenfalls von dem Steuerungsteil
58 beeinflußt, um durch Längsbewegung der Stange 6o Vibration und Rattern zu verhindern.
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Eine zufriedenstellende Wirkung des Geschwindigkeitsreglers kann auch
erhalten werden, wenn der Zentrifugalregulator 66, 74 nur bei den niedrigeren Drehgeschwindigkeiten
der Riemenscheibe 40 tätig ist. Erreichen beispielsweise die Schwungteile des Regulators
bei einer Maximalgeschwindigkeit des Motors von i8oo Umdrehungen pro Minute ihre
äußeren Endlagen, wenn die Drehgeschwindigkeit der Riemenscheibe 325 Umdrehungen
pro Minute beträgt, so ist die Wirkung des Regulators zufriedenstellend. Wenn man
nämlich eine gleichmäßige, ruhige Geschwindigkeitsregelung in dem Teil der Geschwindigkeitsweite
erhält, in dem die größte Rutschwirkung zwischen den Kupplungsteilen eintritt, so
werden während des verbleibenden Teiles der Geschwindigkeitsweite keine Schwierigkeiten
auf Grund von Vibration oder Rattern entstehen. Ferner tritt dann auch eine wünschenswerte
Verminderung in der Gesamtbewegung der Trethebelsteuerung beim Übergang von der
niedrigeren auf die Maximaldrehzahl ein.
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Die Wirkung des Zentrifugalregulators wird auf folgende Weise begrenzt:
Zwei Parallelbolzen 77 an dem Steuerungsteil 58 erstrecken sich durch Schlitze
78 (Fig. 2) der Scheibe 28 und sind je durch Lenker 79 mit Drehzapfen an den freien
Enden der Schwungteile74 verbunden. (Die Lenker 79 bilden auch die vorerwähnte Verbindung
zwischen dem Zentrifugalregulator und dem Steuerungsteil.) Die Schlitze 78 verlaufen
bogenförmig, und wenn die Bolzen 78 sich von ihrer in Fig. 2 dargestellten Einstellage
bis zu den anderen Enden der Schlitze bewegt haben, dreht sich die Riemenscheibe
40 mit einer Geschwindigkeit von 325 Umdrehungen pro Minute. Wenn danach die Drehgeschwindigkeit
der Kupplung vergrößert wird, so geschieht dies nur unter der Steuerung des Trethebels.
Diese Anordnung hat sich als besonders geeignet erwiesen, wenn die Maschine zeitweise
sehr langsam und dann zeitweise sehr schnell betätigt werden soll. Die volle Wirkung
einer kraftschlüssigen Betätigung der Reibungskupplung wird bei hoher Geschwindigkeit
erhalten. Dabei kann die Maschine bei niedriger Geschwindigkeit ohne Vibration ruhig
laufen.
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Die beim Betätigen der Maschine zu einer niedrigen Geschwindigkeit
erwachsenden Schwierigkeiten beruhen hauptsächlich auf den aus der rapiden Beschleunigung
und Verminderung der Geschwindigkeit erwachsenden vorübergehenden Trägheitswirkungen.
Vorzugsweise sind infolgedessen die Verbindungen mit dem Steuerungsteil derart,
daß eine größere Steuerwirkung von dem Steuerungsteil 58 als von dem Zentrifugalregulator
erhalten wird. Die Bolzen 26 sind infolgedessen in der Nähe des Umrisses der Scheibe
28 gelagert, und die Schwungteile 74 sind so angeordnet, daß die Mittelpunkte ihrer
Massen, «renn sie von den Federn 66 aufeinander au bewegt sind, ungefähr auf einem
die Mitte der Bolzen 26 durchlaufenden Kreis liegen. In dieser Einstellage der Schwungteile
74 werden ihre Bewegungen um die Bolzen 26 nicht durch Beschleunigung oder Verminderung
beeinflußt; die Wirkung des Steuerungsteiles 58 wird jedoch erheblich verstärkt,
da die Lenker 79 mit den äußeren, freien Enden der Schwungteile 74 verbunden sind.
Der Steuerungsteil 58 kann somit die Schwungteile 74 viel leichter bewegen, wenn
sie aufeinander zu gezogen sind, als wenn sie beim Drehen der Kupplung zu höherer
Geschwindigkeit auseinander bewegt sind.