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Vorrichtung zum Anhalten eines elektromotorischen Antriebs in bestimmter
Winkelstellung, insbesondere für Nähmaschinen einer auf der Motorwelle befestigten
Bremsscheibe dienen.
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Im Steuerkreis des Transistors liegen bei dieser Ausführung ein drehzahlabhängiges
Schaltmittel, insbesondere ein Fliehkraftschalter, und ein von der Stellung des
Antriebs oder eines von ihm angetriebenen Teils abhängiges Schaltmittel. Dieses
stellungsabhängige Schaltmittel kann in an sich bekannter Weise durch einen unkörperlichen
Stellungsanzeiger, insbesondere einen Lichtstrahl, gesteuert werden und aus einem
Phototransistor oder einer Photodiode bestehen.
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Der geringe Steuerleistungsbedarf des Transistors ermöglicht, daß
drehzahlabhängige Schaltmittel als Kleinfiiehkraftschalter von besonders einfacher
Bauart auszubilden und diesen in einem Hohlraum des Antriebsmotors oder seiner mit
ihm umlaufenden Bremse einzubauen. Wie unten näher beschrieben wird, kann der Fliehkraftschalter
zwei oder mehr um eine ungefähr waagerechte Achse rotierende kontaktgebende Fliehgewichte
enthalten, von denen bei Unterschreiten der Ansprechdrehzahl des Fliehkraftschalters
mindestens eines durch sein bloßes Eigengewicht, ohne Mitwirkung von Rückführfedern
oder dgl. seine Kontaktstellung verläßt und dadurch den Schaltstromkreis unterbricht.
In dem bevorzugten Anwendungsfall braucht der Fliehkraftschalter nur eine Schaltleistung
von einigen Milliwatt aufzuweisen. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anhalten
eines elektromotorischen Antriebs in bestimmter Winkelstellung, insbesondere für
Nähmaschinen, unter Steuerung des Motorstromkreises und einer elektrisch betätigten
Bremsvorrichtung mit Hilfe eines Transistors. Transistoren sind als kontaktlose
elektrische Schalter in Motorsteuervorrichtungen bekannt. Die bekannten Schaltungen
speziell für das Anhalten von Nähmaschinen in bestimmter Winkelstellung durch Steuerung
des Motorstromkreises und einer elektrischen Bremse enthalten bisher, soweit sie
nicht mit einem direkt geschalteten Hilfsmotor für Langsamantrieb arbeiten, hauptsächlich
nur elektromagnetische Relais, wobei zum Teil zwischen Antriebsmotor und Nähmaschine
mechanische Zwischengetriebe vorgesehen sind. Es ist auch bekannt, Nähmaschinenmotoren
durch im Hauptstromkreis liegende gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße oder
Siliziumgleichrichter zu regeln und zu steuern.
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Die Erfindung erzielt unter Benutzung des Transistors eine besondere
Art der elektronischen Steuerung und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor
bei Ausschalten des Motors an Spannung gelegt und drehzahlabhängig so gesteuert
wird, daß oberhalb einer bestimmten Drehzahl die Bremsvorrichtung wirksam gemacht
und unterhalb dieser Drehzahl die Bremsung aufgehoben und der Motorstromkreis wieder
geschlossen wird, bis drehwinkelabhängig die Bremsvorrichtung wieder eingeschaltet
und der Motorstromkreis gleichzeitig unterbrochen wird.
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Diese Vorrichtung nutzt die Eigenschaften des Transistors für die
besonderen Betriebsbedingungen der Nähmaschinenantriebe und ähnlicher Antriebe aus
und ermöglicht durch ihren sehr geringen Bedarf an Steuerleistung eine raumsparende
Anordnung, bei der alle wesentlichen Teile - abgesehen von dem an der Nähmaschine
od. dgl. anzubringenden Stellungsanzeiger - mit dem Antriebsmotor in einem verhältnismäßig
kleinen und handlichen Gehäuse zu einer Einheit zusammengefaßt werden können.
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An Stelle eines Transistors kann die Steuerschaltung auch mehrere
Transistoren in an sich bekannter Mehrstufenanordnung oder nebeneinander in verschiedenen
Stromkreisen enthalten.
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Wie unten durch ein Ausführungsbeispiel erläutert wird, liegen vorzugsweise
in Parallelschaltung im Arbeitsstromkreis des Transistors eine elektrisch steuerbare
Bremsvorrichtung und ein den Motorstromkreis schließendes Relais. Als Bremsvorrichtung
kann hierbei eine elektromagnetische Bremse mit einer am Motorgehäuse angebrachten
Erregerwicklung und
Er kann daher mit ganz geringen Kontaktdrücken
und ohne Hilfsfeder für die Fliehgewichte arbeiten und dementsprechend einfach und
billig ausgebildet sein.
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Alle Schalt- und Steuerelemente des Antriebs können, wie im folgenden
beschrieben wird, auf einer Zwischenplatte im Gehäuse des Antriebsmotors montiert
werden, wodurch ein Antriebs- und Steuergerät geschaffen wird, das sich als eine
Einheit an jeder Nähmaschine und an ähnlichen anzutreibenden Vorrichtungen bequem
anbringen läßt.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung
in Anwendung auf einen Nähmaschinenantrieb darstellt.
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Fig. 1 ist ein Schaltschema; Fig. 2 ist eine Vorderansicht einer Antriebsvorrichtung
nach der Erfindung mit Teilschnitt durch die elektromagnetische Bremse; Fig. 3 ist
eine Seitenansicht zu Fig. 2 mit Teilschnitt nach Linie 111-11I; Fig. 4 ist eine
Ansicht auf die Unterseite der Antriebsvorrichtung in anderem Maßstab; Fig.5 und
6 zeigen vergrößert Einzelheiten eines eingebauten Fliehkraftschalters mit Teilschnitten
nach den Linien V-V und VI-VI.
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In dem Schaltbild nach Fig.1 ist 7 ein als Reihenschlußmotor ausgebildeter
Antriebsmotor, der genau stillgesetzt werden soll, wenn das Getriebe einer Nähmaschine
23 bzw. ihre Nadelstange eine vorausbestimmte Stellung erreicht hat. Der Motor ist
mit einer Klemme unmittelbar an die eine Leitung 8 eines Wechselstromnetzes und
mit seiner anderen Klemme über einen stufenweise kurzschließbaren Stellanlasser
mit dem Widerstand 4 und ein mit diesem Stehanlasser parallel geschaltetes, durch
ein Relais 17 überbrücktes Kontaktpaar 19, 20 an die andere Netzleitung 9 angeschlossen.
Zum Stillsetzen des Motors 7 dient eine elektromagnetische Bremse, deren die Bremskraft
hervorbringende Wicklung 10 zur Wicklung des Relais 17 parallel geschaltet ist.
Das Relais spricht also gleichzeitig mit der Bremse an und unterbricht den Motorstromkreis,
während die Bremse den stromlos gewordenen Motor anhält.
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Die Wicklungen 17 und 10 des Relais bzw. der Bremse erhalten Gleichstrom
über einen Transformator 12, 13 und eine Gleichrichterbrücke 15 sowie über einen
Transistor 16. Gegebenenfalls kann ihre Speisung über Zwischenrelais erfolgen; diese
sind jedoch zumeist entbehrlich. Zur Steuerung des Transistors liegen parallel mit
dessen Kollektor-Basis-Strecke CB ein Fliehkraftschalter 11 und ein auf Belichtung
ansprechendes Steuerelement in Gestalt eines Photowiderstandes oder Phototransistors
18. Dieses Steuerelement wird von einer Lichtquelle 14 über einen am Handrad 22
oder einem anderen beweglichen Teil der Nähmaschine 23 angebrachten Spiegel 21 belichtet,
wenn das Handrad oder der andere bewegliche Teil eine bestimmte Stellung erreicht.
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Der Anlaßwiderstand 4 wird in bekannter Weise über einen durch eine
Zugfeder 1 a in die Ausschaltstellung geführten Fußtrittmechanismus 1, 2, 3 bestätigt.
Nur in dieser Ausschaltstellung erhalten der Transformator 12, 13 und die von ihm
gespeisten Stromkreise über die Kontakte 5, 6 Strom.
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Die beschriebene Vorrichtung wirkt wie folgt: Wird über den Fußtritt
1, über die Zugstange 2 und den Hebel 3 der Stehanlasser 4, der in bekannter Weise
als Kohledruck oder als Drahtwiderstand ausgeführt sein kann, im Sinn des angedeuteten
Pfeils betätigt, so werden die Ruhekontakte 5 und 6 geöffnet. Der Reihenschlußmotor
7 erhält Spannung von den Netzleitungen 8, 9 und setzt die Nähmaschine in Bewegung.
Durch Öffnen der Ruhekontakte 5 und 6 werden die gesamte übrige Steuervorrichtung
und die elektromagnetische Bremse 10 abgeschaltet.
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Soll der Motor 7 stillgesetzt werden, so wird auf den Fußtritt 1 kein
Druck mehr ausgeübt, und der Widerstand 4 wird durch die Feder 1 a bis zur Abschaltung
zurückgestellt. Bevor der Reihenschlußmotor 7 zum Stillstand kommt, schließen sich
die Ruhekontakte 5 und 6, so daß die an der Transformatorsekundärwicklung 13 angeschlossene
Steuervorrichtung unter Spannung gesetzt wird und die elektromagnetische Bremse
10 in Tätigkeit tritt, solange der Fliehkraftschalter 11 infolge der hohen Drehzahl
der Nähmaschine geschlossen bleibt. Der Ruhekontakt 5 kommt zeitlich vor dem Ruhekontakt
6 an der mit dem Netzleiter 9 verbundenen Kontaktfeder des Stell anlassers 4 zur
Anlage. Die Primärwicklung 12 des Transformators wird hierbei ans Netz geschaltet,
und die Sekundärwicklung 13 liefert eine Spannung an die Lichtquelle 14. Weiterhin
gelangt diese Spannung über die Gleichrichterbrücke 15 an einen Steuerstromkreis,
bestehend aus der Emitter-Kollektor-Strecke EC des Transistors 16 in Reihenschaltung
mit der Magnetbremsenwicklung 10 und dem dazu parallel geschalteten Relais 17. Die
Basisspannung für den Steuerstromkreis des Transistors 16 wird am Kollektor C abgenommen.
Im Steuerstromkreis sind der Phototransistor bzw. die Photodiode 18 und dazu parallel
der Hiehkraftschalter 11 angeordnet.
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Läuft der Reihenschlußmotor 7 bei Schließen des Kontaktes 5 noch mit
einer Drehzahl, die über einem durch die Konstruktion des Fliehkraftschalters vorbestimmbaren
Wert liegt, so bleibt der Fliehkraftschalter 11 geschlossen. Der Transistor 16 ist
hierbei durchlässig und niederohmig, so daß die elektromagnetische Bremse 10 erregt
und gleichzeitig das Relais 17 zum Ansprechen gebracht wird. Das Relais 17 öffnet
die Ruhekontakte 19 und 20, so daß während des Bremsvorganges der Motor 7 vom Netz
getrennt bleibt. Dieser wird abgebremst, bis die vorbestimmte Drehzahl erreicht
ist, der Fliehkraftschalter 11 öffnet sich, so daß die weitere Steuerung durch den
Phototransistor 16 übernommen wird. Wird dieser über die Spiegelfläche 21 am Handrad
22 von der Lichtquelle 14 angestrahlt, so wird er niederohmig, und an die Basis
des Transistors 16 gelangt weiterhin die Steuerspannung, so daß Magnetbremse 10
und Relais 17 erregt bleiben und der Motor bis zum Stillstand abgebremst wird.
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Die Stellung der Spiegelfläche 21 am Handrad 22 der Nähmaschine 23
entspricht der Totlage der Nähmaschinennadel. überläuft die Maschine diese Stellung,
so daß durch Weiterdrehen des Handrades 22 die Spiegelfläche 21 und der Phototransistor
18 nicht mehr vom Lichtstrahl der Lichtquelle 14 getroffen werden, so wird der Phototransistor
18 hochohmig, und an die Basis des Transistors 16 gelangt keine Steuerspannung.
Der Transistor 16 wird ebenfalls hochohmig und öffnet den Steuerkreis; die Magnetbremse
10 wird also stromlos, und das Relais 17 schließt die Kontakte 19 und 20, so daß
der Reihenschlußmotor 7 Spannung vom Netz erhält und weiterläuft, und zwar so lange,
bis die Spiegelfläche 21 den Lichtstrahl erneut auf den Phototransistor 18 wirft.
Damit
kommt die Magnetbremse 10 zur Wirkung, und die Kontakte 19 und 20 werden geöffnet.
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Da der Transistor 16 nur geringe Steuerströme benötigt, braucht weder
das lichtempfindliche Steuerelement 18 noch der Fliehkraftschalter 11 größere Ströme
zu führen. Der letztere kann dementsprechend klein gebaut und in sehr raumsparender
Anordnung in die Antriebsvorrichtung eingefügt werden. Damit ergibt sich eine sehr
handliche und gedrängte Bauart des Antriebs, wie sie in Fig. 2 und 3 dargestellt
ist.
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Der Reihenschlußmotor 7 enthält an Stelle des üblichen kollektorseitigen
Lagerschildes ein Magnetgehäuse 24, das das Lager 25 für die Rotorwelle 26 trägt.
27 ist ein mit Lüfterflügeln 28 versehener Magnetanker, der mit der Rotorwelle 26
mittels einer Mutter 29 fest verbunden ist. Die Magnetspule 10 ist mit einer unmagnetischen
Scheibe 30 abgedeckt, und diese trägt einen Reibbelag 31. Mit 32 ist der mit dem
Magnetanker 27 verschraubte Magnetteller bezeichnet. Die elektromagnetische Bremse
ist in eingeschaltetem Zustand gezeichnet, wobei der Rotor festgebremst ist. Bei
abgeschalteter Bremse und eingeschaltetem Motor 7 wird der Magnetteller 32 vom Reibbelag
31 wegbewegt, weil der Rotor in den Stator hineingezogen wird und eine kleine Längsbewegung
ausführt.
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In einem Hohlraum 33 des Magnetgehäuses 24 ist der Fliehkraftschalter
(11 in Fig. 1) untergebracht (vgl. Fig. 5 und 6). Eine am Magnetgehäuse 24 angeordnete
Isolierscheibe 34 trägt zwei Federn 35 und 36, auf denen Kohlebürsten 37 und 38
befestigt sind. Die Stromzuführung erfolgt über die beiden Leitungen 39 und 40.
Der rotierende Teil des Fliehkrafts@halters ist auf dem Magnetanker 27 befestigt
und besteht aus einer Isolierplatte 41 mit zwei konzentrisch angeordneten Metallschleifringen
42 und 43.
Die Kohlebürste 37 dient der Stromzuführung zum Schleifring
43 und die Kohlebürste 38 der Stromzuführung zum Schleifring 42.
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Mit 44 und 45 sind zwei Fliehgewichte bezeichnet, die unter sich z.
B. über einen Metallbügel 46 elektrisch verbunden sind und an ihren gegenüberliegenden
Teilen 47 und 48 Kontakt geben können. Es werden weder Gegenfedern noch sonstige
Rückführungsmittel benötigt.
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Bei höheren Drehzahlen des Rotors liegen die beiden Fliehgewichte
44 und 45 an den mit den Schleifringen verbundenen Gegenkontakten 47 und 48 an und
vermitteln den Stromdurchfluß, während bei niedrigen Drehzahlen eines oder beide
Fliehgewichte durch ihr Eigengewicht abfallen und herabhängen, wobei der Strom unterbrochen
wird. Mit 49 ist eine Isolierhülse bezeichnet, auf der die Fliehgewichte ruhen können,
ohne Kontakt zu geben.
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Die für die Steuerung benötigten Geräte und Schaltmittel sind erfindungsgemäß
auf einer gemeinsamen Tragplatte 50 montiert und in dem Hohlraum 51 des Gehäuses
untergebracht. Ausgenommen sind nur der Phototransistor 18 und die Lichtquelle 14,
die beide in der Nähe des Nähmaschinenhandrades 22 angebracht werden und zu einer
in Sicht des Handrades 22 angebrachten Einheit (wie in Fig. 1 gestrichelt
angedeutet) vereinigt sein können.
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Der Spiegel 21 kann auch an einem anderen bewegten Teil der Nähmaschine,
z. B. an der Nadelstange, angebracht sein, wobei die erwähnte Einheit in Sicht der
Nadelstange liegen muß. Der Spiegel braucht kein besonderer Teil zu sein, sondern
kann in einer hinreichend reflektierenden hellen Oberflächenstelle des Handrades
oder der Nadelstange bestehen.
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Durch die Schalenhälften 52 und 53 des Motorgehäuses werden der Motor
7 mit eingebauter Magnetbremse und eingebautem Fliehkraftschalter, die Platte 50
mit Geräten und Schaltelementen und die Betätigungsorgane für den Anlasserwiderstand
umschlossen und so in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Die Riemenscheibe
54 steht über einen nicht dargestellten Keilriemen mit dem Nähmaschinenoberteil
in Arbeitsverbindung. Der in Längsrichtung verstellbare Fuß 55 ermöglicht das Anbringen
der gesamten Antriebsvorrichtung an der Nähmaschinentischplatte. Mit 56 ist die
Netzzuleitung (8, 9 in Fig. 1) und mit 57 die Verbindungsleitung zur Lichtsteuerung
am Nähmaschinenhandrad bezeichnet. .
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In Fig. 4 ist die Unterbringung des Transistors 16, des Gleichrichters
15, des Relais 17, des Transformators 58 mit der Primärwicklung 12 und der Sekundärwicklung
13 angedeutet. Mit 59 ist ein für die allgemeine Nähbeleuchtung vorgesehener weiterer
Transformator und mit 60 der auch in Fig. 1 erkennbare Kontaktsatz für den Anlasserwiderstand
4 bezeichnet.