DE2415042A1 - Steuerung von gleichstrommotoren fuer naehmaschinen oder dergleichen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

Dipi.-ing. H. Seiler Dipi.-ing. J.Pfenning Dipi.-Phys. K. H. Meinig CRC 83

1 Berlin 19

Oldenburgallee 1O Tel. O3O/3O4 55 21/22

Drahtwort: Seilwehrpatent

Postscheckkonto: Berlin-West 59 38-1O2

26. März 1974 Me/an

PHOTOCIRCUITS DIVISION OF KOLLiIORGEH CORPORATION

31 Sea Cliff Avenue Glen Cove, K.Y. 11542, USA

Steuerung von Gleichstrommotoren für Nähmaschinen oder

dergleichen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung des Antriebs und der Laufgeschwindigkeit von Gleichstrommotoren, insbesondere solchen, wie sie für Nähmaschinen oder dergleichen Vorrichtungen Anwendung finden.

An die Steuerung von im industriellen Maßstab zum Einsatz gelangenden Nähmaschinen werden strenge Anforderungen gesetzt. Zunächst muß die elektrische Steuerung des Antriebs der Nähmaschine so ausgelegt sein, daß ihr Antrieb fortwährend mit veränderlicher Last beaufschlagabar ist, während die Geschwindigkeit des Nähmaschinenlaufes von der die Maschine betätigen-

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den Person kontinuierlich und vorzugsweise innerhalb des gesam-^! ten Betätigungsbereiches unbegrenzt variabel vorwählbar und steuerbar sein muß. Neben den erstgenannten Anforderungen muß j es zweitens auch möglich sein, die Nähmaschine innerhalb einer relativ kurzen Bremsperiode und bei minimaler Wegstrecke für die Madelbewegung gesteuert anzuhalten. Schließlich muß drit- ' tens die Möglichkeit gegeben sein, die Nähmaschine so zu stop-

I pen_r daß sich die Nadel entweder in ihrer oberen oder in ihrer !

unteren Stellung befindet. Die Steuerung muß also so ausgelegt sein, daß eine präzise Positionsvorgabe und -kontrolle und nicht nur eh zufälliges Anhalten der Maschine in irgendeiner Nadelstellung vorgebbar ist.

Neben diesen wünschenswerten und notwendigen Forderungen bestehen!, insbesondere für den Antrieb von Nähmaschinen, noch andere,, wie etwa die einer schnellen positiven und negativen Beschleunigung, so daß sie sowohl für einen raschen Anlauf als auch eine entsprechend plötzliche Äbbremsung vorteilhaft ausgelegt ist. Derartigen Anforderungen genügt etwa ein Gleich-: strommotor mit geringem Trägheitsmoment, der in direkter Verbindung mit dem Nadelmechanismus steht. Ein derartiger Motor ! ist auch ein idealer Antrieb, wenn es um einen unverzögerten , schnellen Anlauf der Maschine und ein plötzliches Abbremsen derselben geht,da er sich neben der geringen Trägheit durch

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ein relativ hohes Drehmoment auszeichnet. Aus dem gleichen Grund ist für ein derartiges Antriebsorgan auch eh geringeres

Bremsmoment erforderlich, um den Motor und den von ihm angetriebenen Mechanismus zum völligen Stillstand zu bringen.

Im allgemeinen wurde bisher der Antriebsmotor dynamisch abgebremst, um damit den Nadelmechanismus anzuhaltea. Wenn jedoch die dynamische Abbremsung allein den Abbremsvorgang zu bewirken hat, dann ist hierdurch eine spezifische Nadelposition für den Stillstand nicht erreichbar, da sich bei Einleitung des Bremsvorganges die Motorgeschwindigkeit in irgendeiner ihrer

zahllosen Zwischenstellungen befinden kann. Gedacht werden muß in diesem Zusammenhang auch an die Möglichkeit, den Bremsvorgang in einem speziellen Abschnitt der Bewegung des Nadelmechanismus einzuleiten.Um der aufgezeigten Problematik entgegenzutreten ist in jüngster Zeit für den Antrieb handelsüblicher Nähmaschinen eine komplexe Motorsteuerung zum Einsatz gekommen, mittels der die Folgebetätigung des Bremsvorganges so abläuft, daß der Motor in seiner Drehzahl zunächst auf einen vorgegebenen Geschwindigkeitspegel abgesenkt wird, um wenigstens für kurze ^! Zeit auf diese stabilisiert zu werden. Nach Erreichung dieses Geschwindigkeitswertes erfolgt in der vorgegebenen Steuerfolge \ die dynamische Abbremsung bis zum Stillstand des Motors zufolge i eines Impulssignales, das dann abgegeben wird, wenn der Nadelmechanismus in seinem Bewegungszyklus irgend eine bekannte

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Stellung durchläuft.

Für eine entsprechende, in ihrem Ablauf genaue Folgesteuerung für Motore wurde bisher die obengenannte Technik benutzt. Die die Maschinen bedienenden Personen haben jedoch erkannt, daß eine derartige Folgesteuerung zu komplex ist, zumal sie eine entsprechende Bedienungsfolge erforderlich macht, wobei sie darüber hinaus auch sehr kostspielig ist und die Bedienungsbedingungen nur mit Schwierigkeit aufrechterhalten werden können.

Die Kompliziertheit und der komplexe Aufbau der bekannten Einrichtunpn sind auf verschiedene Faktoren zurückzuführen. Zunächst ist festzustellen, daß derartige Einrichtungen sich fotoempfindlicher Vorrichtungen bedienen und Schaltkreise für die Erzeugung von Impulsen aufweisen, deren Wiederholungsrate verläßlich für die Betätigung der Steuereinrichtung und der Motorgeschwindigkeit vorgebbar und bestimmbar sein muß. Obwohl durch die Impulsfolgetechnik das Erfordernis des Vorhandenseins von Tachometern oder anderen Geschwindigkeitsanzeigern vermieden werden kann, komplizieren diese unnötigerweise den Aufbau der Steuerschaltung. Andere, den Aufbau der Steuereinheit belastende Faktoren sind auf den eigentlichen Motorantrieb selbst zurückzuführen, wenn diesem ein gleichgerichteter Wechselstrom zugeführt wird. Der pulsierende Gleichstrom kann hier-

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bei mit veränderlichen Leistungsanteilen einer Silikongleichrichteranordnung entnommen werden, die an eine Mehrphasenstromquelle angeschlossen ist. Durch getriggerte Steuerung der Gleichrichterschaltung läßt sich der entnehmbare Phasenanteil und damit die Leistung des Motors regulieren. Um bei Verwendung derartiger Schaltungen einen dynamischen Abbremsvorgang zu bewirken, sind spezielle Schaltungen erforderlich, um die getriggerte Gleichrichterschaltung während der dynamischen Bremsung auszuschalten und den Antrieb zur Vorgabe eines niedrigen Drehmomentes zu veranlassen, wobei der Gleichstrommotor ι im genannten Folgeablauf während der Abbremszeit zunächst eine Geschwindigkeitsstabilisation bei geringer Drehzahl erhalten muß, bevor der abschließende Bremsvorgang ausgeführt wird.

Ein weiteres komplizierendes Merkmal kann in der Verwendung gesteuerter Silikongleichrichter für die Kurzschließung des Gleichstrommotors während des dynamischen Abbremsvorganges

ι gesehen werden. Ein speziell ausgelegter Schaltkreis muß in die Schaltung eingebracht werden, um die hierbei auftretenden Schwierigkeiten zu überwinden, wobei gerade die Auslösung der

dynamischen Abbremsung am Ende der ersten Bremsperiode von

Bedeutung ist, weil die Gleichrichteranordnung dazu neigt, ' i
! durchgeschaltet zu bleiben, bis der Strom annähernd vernichtet

worden ist.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die genannten i Nachteile herkömmlicher Steuereinrichtungen für Gleichstrom- j motore bei gleichzeitiger Beachtung ihrer Vorteile zu vermeiden;,

wobei es insbesondere wesentlich ist, die Kompliziertheit und Komplexität von Steuerung der obengenannten Art zu beseitigen und in-sofern ein einfaches, einwandfrei funktionierendes, zuverlässiges und betriebssicheres Steuersystem, insbesondere J für Nähmaschinen, mit geringem Kostenaufwand zu verwirklichen. | Die Steuerung des Motors und damit des Nähmaschinenmechanismus muß genau,sicher und so ausführbar sein, daß das von der ί Gleichrichtung eines kontinuierlichen variablen Wechselstrom- ^; signales vorgegebene Signal des Gleichstrommotorantriebes in Übereinstimmung mit der Steuerschaltung für die Regelung einer Nähmaschine oder dergleichen bringbar ist, wobei in Zwischenschaltung ein geschwindigkeitsregulierter Antrieb Anwendung

findet, uria gg sich bei den Signal uiri eine Gleichspannung handeln kann.

Gelöst wird die genannte Aufgabe mittels einer Steuereinrichtung, über die ein Gleichstrommotor in Übereinstimmung mit

einem Äbbremsbefehl dynamisch abgebremst wird, während die dynamische Motorenergie, die als Gegen-EMK durch den Bremsvor- ; gang erzeugt wird, zur Vorgabe eines Steuersignals für die i Einrichtung Anwendung findet. !

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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird der dynamische Bremsstrom dazu benutzt, eine vorbestimmte gewünschte Motorgeschwindigkeit anzugeben, wobei die Motorgeschwindigkeit nachfolgend durch eine den Strom regulierende Vorrichtung, die in Reihe mit dem Motor liegt, geregelt wird. Der Motor wird in seinen dynamischen Bremszustand durch Unter- ; brechung der veränderbaren Gleichstromzufuhr zu den Anschlußklemmen desselben und Verbindung dieser Anschlußklemmen mit ■ der Bremssteuereinheit versetzt. Die Stromregulierung des Motors dauert im Folgeablauf der Abbremsung an, bis der Nadelmechanismus eine vorgegebene Position erreicht/iat und damit externe Bremsorgane den Motor von einer bekannten Geschwindigkeit in vorgeschriebener Zeit und Bewegungslänge der Nadel zum Halten bringen.

Es ist für die Erfindung in diesem Zusammenhang von Bedeutung, daß der dynamische Bremsstrom zur Vorgabe eines variablen Signales benutzt wird, welches einer festen Bezugsspannung hinzugegeben wird, so daß das sich daraus ergebende Steuersignal der Regulierung des Motors dienen kann, während dessen Geschwindig-¹ keit stabilisiert ist. '

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beiliegenden Zeich- I nungen beispielsweise näher beschrieben werden, wobei in diesen eine bevorzugte Ausführungsform wiedergegeben ist. Es bedeutet:

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Fig. 1 ein schematisches Schaltdiagranun für die erfindungsgemäße Motorsteuerung und ,

Fig. 2 eine Reihe graphischer Darstellungen von Kurven- ^; A-I ■ I

verlaufen unter verschiedenen Gesichtspunkten für

die Steuereinhät nach Fig. 1.

Für den normalen Motorantrieb ergibt sich folgendes Bild: I Der auf der linken Seite von Fig. 1 wiedergegebene Gleichstrom-! motor 10 besitzt ein hohes Drehmoment und ein niedriges Trägheitsmoment, er ist über einen Schalter 12 an eine herkömmliche Zweiweg-Gleichrichterbrücke 14 angeschlossen. Der Brücke wird , in der dargestellten Weise über die Wicklung eines Transformators ein veränderbarer Wechselstrom zugeführt, wofür der Transformator 15 eingangsseitig an ein entsprechendes Wechselstromnetz angeschlossen ist. Die eine Wicklung des Transformators
ist im Mittelabgriff mit einem Schiebekontakt 16 versehen, der über eine geeignete mechanische Kopplung mit dem Fußpedal 18
in Verbindung steht, das seinerseits von der Betätigungsperson der Nähmaschine betätigt werden kann. Der Kopplungsmechanismus | zwischen dem Schiebekontakt 16 und dem Fußpedal 18 ist in der
Zeichnung mit der gestrichelten Linienführung angedeutet. Dem
Transformator wird ein Wechselstrom aus dem Stromnetz zugeführt!,

welches sich im Ausführungsbeispiel durch 220 Volt Spannung und| 60 Hz kennzeichnet. Die eingangsseitigen Anschlußklemmen des
Transformators sind die Klemmen 17a und 17b. Beim Herunterdrücken des Pedals erfolgt eine kontinuierliche Vergrößerung

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Q _

der Spannung des zugeführten Wechselstroms zufolge der Veränderung des Abgriffes des Schiebekontaktes 16 und damit eine
entsprechende Änderung der Spannungszuführung zu dem Zweiwege- | Gleichrichter 14. Die von der Gleichrichteranordnung dem Motor 10 zugeführte Gleichspannung treibt diesen in der gewünschten
Richtung, die als sogenannte Vorwärtsrichtung bezeichnet werden;

soll, an. ^;

Eine derartige Schaltung für einen Motorantrieb ist beispielsweise in der US-Anmeldung Ser. No. 259 171 vom 2. Juni 1972
in Vorschlag gebracht worden.

Die an den Anschlußklemmen bei normalem Motorbetrieb vorliegenden Verhältnisse sind durch die graphische Darstellung der
Wellenform in Fig. 2D zu ersehen, wobei dort die Spannung über der Zeit aufgetragen ist. Die graphische Darstellung soll ver- , anschaulichen, welche Verhältnisse vorliegen, wenn die Betäti- I gungsperson das Pedal vollständig freigibt. Wesentlich höarbei
ist, daß die an den Klemmen des Motors anliegende Spannung die j Gegen-EMK mit umfaßt, welche die Spannung von dem Zweiwege-Gleichrichter 14 überlagert (s. die gestrichelte Linienführung)!.

Für die Abbremsung des Motors ergibt sich folgendes Bild:
Das Steuersystem befindet sich in dem Bremszustand, wenn die

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die Nähmaschine betätigende Person nicht mehr auf das Pedal
tritt. Nach Rückkehr des Pedals in seine Ausgangsstellung
schließt der Schleifkontakt 16 des Transformators den Stromkrei
zu der Klemme 17b hin kurz, was bedeutet, daß der anliegende : Wechselstrom an der Brücke auf Null zurückgeht, wie das im Feld ^!

I "1" in Fig. 2D zu ersehen ist. Gleichzeitig bewegt sich der

Kontakt 13 des Schalters 12 aus seiner normalerweise geschlosse-j nen Stellung in seine gegenüberliegende Schaltstellung und komme hierbei mit dem Kontakt 20 in Anlage. Damit wird der Motor an I

BreLis- ^:

das /Steuersystem für den Mähmechanismus der Nähmaschine ange- ; schlossen, welches in dem rechten Teil von Fig. 1 wiedergegeben j

ist, während der die Nadel bewegende Mechanismus selbst nicht ^! gezeigt ist. Befindet sich der Schalter 12 in der letztgenannten Stellung, dann bedeutet dies, daß der Motor sowohl dynamisch ; abgebremst wird als auch zum Antrieb des Motors mit einem entsprechend regulierten Strom beaufschlagt wird, der diesen auf
einer gesteuerten vorbestimmten Zwischengeschwindigkeit hält.
Die Motorgeschwindigkeit während der genannten Betätigungsbedingungen ist in Fig. 2A dargestellt, wobei dort die Drehzahl j des Motors in Abhängigkeit von der Zeit wiedergegeben ist. Der
Bereich (0) zeigt eine geringe Verlangsamung der Motorgeschwindigkeit während der normalen Antriebsphase, wenn das Pedal in
seine Ruhestellung zurückkehrt.

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ί ί

! ί

j Die Bremsung wird automatisch eingeleitet, um den Mechanismus j für die Betätigung der Nadel der Nähmaschine zum Stillstand zu j bringen, während sich die Nadel in ihrer vollständig abgesenk- j ten Stellung befindet. Dieses gilt, wie gesagt, für den Fall, daß das Pedal losgelassen wird. Der Bremsvorgang spielt sich i nunmehr in drei Schritten ab: !

1. Zunächst erfolgt eine negative Beschleunigung auf dynamische! Weise von der jeweils gegenwärtigen Geschwindigkeit des ι Motors auf ein vorbestimmtes Geschwindigkeitsniveau, wobei ι ι hierfür in Fig. 1A der Kurvenabschnitt (1) representativ ist.

ι 2. Nachfolgend stellt sich eine konstante Geschwindigkeit für _; i - ι

'■ den Motor ein, die solange aufrechterhalten wird, bis der ' Nadelmechanismus eine vorgewählte Lage in seinem Bewegungs- '. zyklus erreicht hat. Hierfür ist in Fig. 2A der Kurvenab-' schnitt (2) zuständig, an den sich schließlich der Abschnitt

\ (3) anschließt, in dem eine kombinierte dynamische und exter+· ne Bremsung erfolgt, bis in der dargestellten Weise die Motor

J geschwindigkeit den Wert Null erreicht hat und damit der ' Motor zum Stillstand gekommen ist. Für den Fall, daß die Nähmaschine so zum Stillstand kommen soll, daß die Nadel sich danach in der vollständig angehobenen Stellung befindet, wird ein entsprechender Befehl gegeben, mittels welchem es möglich wird, die Nadel von ihrer unteren Stellung in die gewünschte obere zu bewegen, wofür der Motor auf einem dem Kurvenabschnitt (2) entsprechenden Geschwindigkeitsniveau

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automatisch für eine Zeit gehalten wird, die die gewünschte j Nadelanhebung ausmacht. Der diesbezügliche Vorgang ist in ; dem Kurvenabschnitt (4) von Fig. 2A dargestellt. Nachdem die! Nadel die angehobene Stellung erreicht hat, wird der Motor von seinem konstanten relativ niedrigen Geschwindigkeitsniveau dynamisch und durch äußere Bremseinwirkung abgebremst;, was durch den Kurvenabschnitt (5) verdeutlicht sein soll* j (rig. 2A). j

Die dynamische Bremsung des Motors ist vorgegeben durch den mit diesem in Reihe liegenden Widerstand 22 mit niedriger Impedanz, der in der dargestellten Weise mit der Emitter- j

i Kollektorstrecke des Schalttransistors 24 in Verbindung steht. < Während des dynamischen Abbremsvorganges befindet sich der Transistor 24 in seiner Durchschaltstellung, was vermittels einer an die Basis des Transistors angelegten Signalspannung über den Verstärker 25 erreicht wird, Die Signalspannung wird über die Bremsschaltung vorgegeben, zu der der Flip-Flop-Impulsgenerator 27 gehört, welcher vollständig auf Signale anspricht, die einerseits repräsentativ für die Motorgeschwin- i

digkeit und zum anderen für die Stellung der Nadel sind. J

j Wenn sich der Motor 10 im Zustand dynamischer Abbremsung be- j findet, dann fällt in den genannten Kurzschlußkreis eine Spannung über den Widerstand 22 ab, die proportional zur Motorgeschwindigkeit ist. Diese Spannung wird in einem Komparator ;

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30 mit einer Bezugsspannung verglichen, die am Verstärker 31 in der dargestellten Form anliegt. Wenn die Spannung, die über den Widerstand 22 abfällt, unter den vorgegebenen Wert der Bezugsspannung sinkt, dann geht das Ausgangssignal an dem Differentxalkomparator 30 in den Zustand "low", und es wird gemäß Fig. 2E am Ausgang des Negativkanten-Detektors 33 ein Impuls induziert. Dieser Impuls bewirkt, daß der Motor eine vorgegeben ausgewählte Geschwindigkeit erhält. Ausgangsseitig ist der Detektor mit einem ODER-Tor 35 verbunden, dessen Ausgang seinerseits am Eingang S des Flip-Flops 27 für die Bremssteuerung liegt. Der genannte Impuls bewirkt, daß der Ausgang Q des Flip-Flops in den Zustand "high" übergeht, während der Ausgang Q auf "low" zurückgesetzt wird.

Der Stromverlauf durch den Widerstand 22 für die dynamische Äbbremsung ist in Fig. 2C wiedergegeben, wobei die zugehörigen Schaltzustände des Schalters 12 aus Fig. 2B zu ersehen sind. Die schnelle Äbbremsung des Motors zufolge des dynamischen Bremsvorganges ist klar aus dem Kurvenbereich (1) der graphischen Darstellung in Fig. 2A zu ersehen.

In der normalerweise vorliegenden Ausgangsstellung des Flip-Flops 27 befindet sich der Ausgang Q auf "high". Während dieses Zustandes wird dem Verstärker 25 ein Signal zugeführt, d.h., es liegt an diesem eine Spannung an, die ein Durchschal-

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ten des Transistors 24 bewirkt. Für den Fall jedoch, daß die Bedienungsperson der Nähmaschine das Pedal losläßt, ergibt sich zunächst eine dynamische Abbremsung des Motors über den Kurzschlußkreis, der sich durch den niederohmigen Widerstand 22 darstellt. I

Die dynamische Abbremsung wird fortgesetzt, bis die Spannung, die über den Widerstand 22 abfällt, gleich der Bezugsspannung am Komparator 31 ist, so daß der in Fig. 2E dargestellte Impuls! an dieser Stelle wieder auf Null zurückfällt. Die negative ', Kante des Impulses, die dann auch am Detektor 33 anliegt, er- j gibt einen Impuls (34 in Fig. 1), welcher das Flip-Flop 27 entsprechend setzt. Die Folge hiervon ist, daß der Ausgang Q des Flip-Flops 27 auf dem Pegel "high" liegt, wodurch die die Geschwindigkeitssteuerung regulierende Vorrichtung in die Lage versetzt wird, ihre Steuerfunktion zu übernehmen, während gleichzeitig der Schalttransistor 24 in die Sperrstellung über-j geht. Wie ersichtlich, liegt der Ausgang Q über den Verstärker 38 an der Basis eines den Strom regulierenden Transistors 40, dessen Kollektor mit einer geeigneten Gleichstromquelle +V in Verbindung steht. Im Funktionsablauf geht der Br?emsschaltkreis nunmehr über in den Betätigungs±>lauf des Bereiches (2f von Fig. 2A, d.h. in einen Bereich, in dem die Motorgeschwindigkeit konstant gehalten wird, bis ein für die Nadelstellung zuständiger Impuls vorliegt.

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Die Geschwindigkeitsregulierung funktioniert fi±gendermaßen: Die Geschwindigkeitseinstellung, wie sie in den Bereichen (2) und (4) von Fig. 2A anzutreffen ist, erfolgt durch die Zuführung eines entsprechend einregulierten Stromes zu dem Motor

^! über den Transistor 40. In den genannten Bereichen verstärkt

der Verstärker 42 die über den Widerstand 22 abfallende Span- \ nung. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 42 ist hierbei so gewählt, daß die an der Anode der Zenerdiode 44 anliegende Spannung gleich dem Spannungsabfall über den Motor ist, d.h.

dem Wert i_R_ der Armatur. Das an dem Motor anliegende, über a a

j den Transistor 40 und die Diode 45 geführte Spannungssignal wird insofern durch die Zenerdiode vorgegeben, wobei in dem Motor die Größe i R abfällt.
a a

Im Betätigungsablauf des Gleichstrommotors verursacht jegliche I' Änderung des Drehmoments eine entsprechende Änderung der Motor-J geschwindigkeit, was, wie dies aus der Schaltung ersichtlich,

! von dem Verstärker 42 wahrgenommen wird, der seinerseits die

Zenerdiode 44 als veränderliche Größe eines Geschwindigkeitskontroll- und -Steuersignals steuert. Irgendwelche Spannungsänderungen dieses Signals haben dann auch entsprechende Rückwirkungen auf die Basis des Transistors 40, der mit der Summenspannung der Zenerdiode 44 und der variablen Spannung i R

el el

beaufschlagt wird, wenn immer der Verstärker 38 ein Spannungssignal vom Ausgang Q des Flip-Fbps 27 bekommt. In Übereinstim-

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mung mit der Signaländerung an der Basis des Transistors verändert dieser die Spannung an der Diode 45, was zur Einstellung des über den Motorkreis abfallenden Wertes i R führt, und zwar

a a j

in der Weise, daß die Motorgeschwindigkeit konstant bleiben wird. Die Klemmspannung des Motors ist im wesentlichen gleich der Summe der Gegen-EMK des Motors und der über diesen abfallenj-

den Spannung i R . Somit kann in den genanntenBereichen die a a

Motorgeschwindigkeit stets in Richtung auf einen konstanten I

Wert hin durch Änderung der Klemmenspannung zur Aufrechterhai- : tung der Gegen-EMK einreguliert werden, bestimmt durch die Zener-Spannung, wobei sich jeweils die Größei R im Ergebnis ι der Veränderung der Gegen-EMK ändert.

Der absolute Betrag der Motorgeschwindigkeit wird durch die Zener-Spannung eingestellt. Über die Widerstände 47, 48 wird der Transistor 40 mit einem geringen Vorspannungswert beaufschlagt .

Der Transistor 40 bleibt in seinem leitenden Zustand, bis das Flip-Flop 27 in die Ausgangsstellung zurückgesetzt wird. Über diese gesamte Zeit wird der Motor 10 mit einem Drehmoment angetrieben, welches nötig ist, um die Konstanz der Geschwindigkeit aufrecht zu erhalten, bis der Nadelmechanismus an der bekannten Stellung angekommen ist.

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Die Steuerung für den Anhaltevorgang bei bzw. nach Erreichen der bekannten Nadelstellung ist folgende:

Es werden in Übereinstimmung mit der Angabe einer Bezugsposition für die Einleitung des abschließenden Bremsschrittes, der in Fig. 2A mit dem Bereich (3) wiedergegeben ist, Positionsimpulse vorgegeben. Hierfür dreht sich mit dem Nadelmechanismus eine ungleichmäßig in ihrer Kontur ausgebildete ferromagnetische Nockenscheibe 50, die in Wechselwirkung mit einer

dieser gegenüberliegenden Drahtspule 52 steht, in der entsprechend dem Vorbeilaufen der verschieden weit entfernten Konturen, der Nockenscheibe Spannungsimpulse induziert werden, deren sichj abwechselnd entgegengesetzte Polaritäten aus Fig. 2F zu entnehmen sind. Diese Impulsfolge wird den Verstärkern 54 und 55 ein-: gegeben. Die Ausgänge der Verstärker liegen in der dargestellten Weise an UND-Toren 57 und 58, deren zweite Eingänge Signal-

folgen des Flip-Flops 60 für die Positionsauswahl erhalten. Die Ausgänge der UND-Tore liegen an den beiden Eingängen eines i ODER-Tores 62, dessen Ausgang wiederum mit dem Eingang (R) für

die Nullsetzung des Flip-Flops 27 in Verbindung steht, welches der Bremssteuerung dient.

Normalerweise wird beim Anhalten der Nähmaschine diejenige Nadelstellung für die endgültige betrachtet,bei der sich die Nadel unten befindet. Eine derartige Stellung bedeutet, daß der Ausgang Q des Flip-Flops 60 in seiner Grundstellung den

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Pegel "high" aufweist, so daß die Impulse ausschließlich durch das UND-Tor 57 hindurchgelassen werden und dem Bremssteuerkreis des Flip-Flops 27 zugeführt sind. Demgemäß wird ungeachtet der AusgangsSituation bei Einleitung des Bremsvorganges durch die Bedienungsperson der Nähmaschine die Nadel zwangsläufig in ihrer abgesenktesten Stellung zura Halten gebracht, was sich aus der Arbeitsweise des Flip-Flops 60 ergibt, welches normalerweise in Grundstellung ist.

Das sich normalerweise unter der Bedingung der Nullsetzung bzw. im gelöschten oder rückgesetzten Zustand befindende Flip-Flop 27, welches als impulserzeugende Einheit die Bremssteuerung vorgibt, wird bei normaler Arbeitsweise des Motors geschaltet, wenn die Motorgeschwindigkeit unter einen vorgewählten Wert abfällt. Solange der Motor mit einer Geschwindigkeit läuft, die über diesem Wert liegt, liegt am Ausgang des Spannungskomparators 30, wie aus Fig. 2E ersichtlich, der Pegel "high" an, d.h., daß ein Impuls an dem Eingang S des Flip-Flops 27 nur dann anliegt, wenn der Signalpegel "high" am Ausgang des !Comparators 30 wegfällt. Das Flip-Flop 27 reguliert ausgangsseitig (vergleich dauch den Ausgang Q und Fig. 2G) die Motorgeschwindigkeit im Bereich (2), bis der Nadelmechanismus und damit die Nadel selbst eine vorgegebene Stellung erreicht hat. Hierdurch wird ein Positionsimpuls erzeugt, der an dem Null- oder RücksetZBingang R des Flip-Flops 27 anliegend den vorher für die Geschwindigkeits-

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anstellung des Motors vorhandenen Impuls löscht und damit
wiederum eine dynamische Bremsung im Bereich (3) von Fig. 2a
einleitet.

Zu diesem Zeitpunkt wird die Bremsung mittels einer externen
Bremsvorrichtung, etwa einer elektromechanischen Bremse, vor- j genommen, die sich aus dem Verstärker 70, der Bremsspule 72 und ι dem Bremsanker 73 zusammensetzt. Natürlich können in diesem I Zusammenhang auch andere Bremsorgane Anwendung finden, so bei- '

spielsweise eine Wirbelstrombremse, Magnetbremsen und derglei- ^!

j chen mehr. Die Bremseinheit 70 bis 73 wird durch die rückwärti-; ge Kante des Impulses am Ausgang Q des Flip-Flops 27 in Wirkstellung gebracht. Ein entsprechender Kantendetektor 75 für die rückwärtige Kante, bei dem es sich beispielsweise um ein Differenzierglied handeln kann, steht in Verbindung mit dem Ausgang
Q des Flip-Flops 27. Der Detektorausgang triggert wechselweise
den Impulsgenerator 76, so daß die aus Fig. 2H ersichtliche
Impulsfolge entsteht. Während diese Impulsfolge fest vorgegeben; ist, befindet sich die externe Bremsvorrichtung in Wirkstellung

Für den Fall, daß gewünscht wird, die Nadel in ihrer obersten
Stellung anzuhalten, wird über die Bewegung eines Steuerelementes der Nähmaschine ein entsprechendes Kommando gegeben, welches gewöhnlich durch einen Hebel 77, der mit dem Knie betätigt werden kann, ausgelöst wird. Dieser Befehl bedeutet, daß ein

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Signal (vergleiche hierzu Fig. 21) dem Eingang des Flip-Flops 60, welches für die Nadelstellung verantwortlich ist, zugeführt! wird. In Fig. 1 ist der Auswahlschalter für die obere Stellung der Nadel schematisch durch den Schalter 78 wiedergegeben. Das obengenannte Kommando wird gleichermaßen dem Verstärker 80 zugeführt und von diesem unmittelbar einem der Eingänge des ODER-Tores 35 und zum Eingang des Flip-Flops 27. Das Flip-Flop wird somit unmittelbar gesetzt und der Antrieb des Motors mit der herabgesetzten Geschwindigkeit eingeleitet,, wie das aus ; dem Kurvenabschnitt (4) von Fig. 2ä zu entnehmen ist. Der Moton

läuft solange, bis die Nadel aus der voll ausgefahrenen unteren Stellung in die voll angehobene obere Stellung gebracht worden ' ist.

Bei Anlegung des Kommandos für die Ruhestellung der Nadel in ihrer angehobenen Position an das Flip-Flop 60 ändern sich die Signalpegel an den Ausgängen Q und Q so, daß in Verbindung mit j

dem UND-Tor 57 und dem UND-Tor 58 Bedingungen vorliegen, die ! das Hindurchlassen der für das Anhalten der Nadeln in ihrer j angehobenen Stellung zuständigen Impulse durch das ODER-Tor 62 ermöglichen, (vergleiche hierau die negativen Impulse in Fig. 2H). Die von dem ODER-Tor 6 2 durchgelassenen Impulse liegen dann automatisch am Eingang R des Flip-Flops 27 an. Der Motor dreht sich nunmehr solange, bis die Nadel sich ausreichend weit an ihre obere Ruhestellung heranbewegt hat, woraufhin der

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Impuls am Ausgang Q des Flip-Flops 27 wegfällt und ein Bremsimpuls am Ausgang des one-shot-Impulsgenerators 76 erzeugt wird Damit beginnt in der Steuerfolge der Kurvenbereich (5) der externen Bremsung gemäß Fig. 2A.

Aus dem Vorstehenden läßt sich in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen eindeutig entnehmen, daß eine dynamische Bremsung nur solange vorliegt, wie der Transistor 24 sich in seinem leitenden Zustand befindet, was dann der Fall ist, wenn er mit einem Spannungssignal von dem Flop-Flop 27 für die Bremssteuerung beaufschlagt wird. Da das Spannungssignal den Bremsvorgang direkt steuert, sind zusätzliche Schaltkreise, wie sie bisher in Steuerschaltungen, die sich Silikon-Gleichrichteranordnungen bedinen, erforderlich waren, nicht mehr nötig. Da das über den Widerstand 22 abfallende Spannungssignal sowohl für

die die Geschwindigkeit des Motors als auch/über diesen abfallende

Spannung i R repräsentativ ist, können beide Werte für die Vora u.

gäbe eines Pegels der Motorgeschwindigkeit benutzt werden und damit auch für die Korrektur von Geschwindigkeitsänderungen gegenüber dem vorgegebenen Geschwindigkeitspegel. Die hierfür bisher erforderlich gewesenen komplizierten Schaltkreise für Impulszählungen und dergleichen können entfallen. Damit ist eine erhebliche Vereinfachung vergleichbarer bekannter Vorrichtungen erreicht.

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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schalt-j

I anordnung ergibt sich aus der Funktionsweise des Schalters 12, I welcher die normale Spannungsversorgung zu dem Motor für eine bestimmte Zeitfolge während des Bremsvorganges unterbricht. Hierdurch wird es möglich, einen getrennten Stromregulierungsschaltkreis zu verwenden, der sich insbesondere durch den Tran-! sistor 40 kennzeichnet. Die dennoch erfolgende Energiezufuhr für den verbleibenden Antrieb aus der normalen Antriebsschaltung in ihrer Doppelfunktion bietet eine weitere Vereinfachung i des Steuerkreises.

Abänderungen und Weiterbildungen der beispielsweise beschriebenen und dargestellten Schaltung, die im Rahmen der vorliegen-j den Erfindung liegen, sind beispielsweise, daß die positiven undpegativen Impulse der Logikschaltung einer Vielzahl unterschiedlicher logischer Schaltelemente zugeführt werden können, , wenn durch diese letztlich eine Impulsfolge erhalten werden kann, die zur Anlegung äußerer Bremskräfte führt. In gleicher Weise beschränkt sich die Erfindung selbstverständlich nicht auf die Verwendung einer bestimmten Art eines Gleichstrommotors; vielmehr sind für den vorliegenden Zweck alle Gleichstrommotoren mit einem niedrigen Drehmoment und hohem Anspruchsvermögen geeignet (hierzu gehört beispielsweise auch der ü 12 M4H-Motor der PMI Division of Kollmorgen Corporation, Glen Cove, New York).

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Claims (21)

1. PATENT&ftSPRÜCHE

   ί 1.^Steuereinrichtung für den Abbremsvorgang von Gleichstrommotoren bei Nähmaschinen oder dergleichen rait äußerer Energiezuführung, gekennzeichnet durch den Motor mit Verzögerungs- und Eremskräften beaufschlagende Bremselemente /auf die Gegen-EMK des Motors dann, wenn dem Motor von der äußeren Energiequelle unmittelbar kein Strom mehr zugeführt wird, ansprechende Organe, die ein der Motorgeschwindigkeit entsprechendes Signal vorgeben und schließlich durch auf das der jeweiligen Motorgeschwindigkeit entsprechende Signal reagierende und die Bremsorgane zu dem Zeitpunkt in Betätigungsstellung bringende Steuerungsmittel, in dem der Motor einen vorgegebenen Geschwindigkeitspegel erreicht hat.
2. 2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel, die auf die Trennung des Motors von der äußeren Energiequelle zur dynamischen Abbremsung desselben ansprechen und den Motor auf einen vorgegebenen Geschwindigkeitswert verlangsamen und Mittel für den Antrieb des Motors bei und mit dieser Geschwindigkeitseinstellung über wenigstens eine begrenzte Zeit vor Betätigung der Bremsorgane, vorgesehen sind.

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3. 3. Steuerexnrxchtung nach Anspruch 1, wobei der Gleichstrommotor den Hauelmechanismus einer Mähmaschine antreibt, gekennzeichnet durch Mittel zur Anlegung einer Gleichstromsignalspannung während des ncrp.ialen Arbeitsablaufes der Nähmaschine an den Motor, einem Bremsschaltkreis mit Mitteln zur Reiheschaltung des· Motors mit einer hierfür vorgesehenen Stromleitung während des Bremsvorganges, weiter durch in Abhängigkeit von der Stellung des Nadelmechanismus ein Positionssignal abgebende Mittel, durch den Hadelmechanismus mit einer Bremskraft beaufschlagende Eremselemente und schließlich durch einen Bremssteuerkreis, der gemeinsam auf das Positionssignal und den Motorstrom in Reihe mit der genannten Stromleitung für die Erregung des Bremsmechanismus anzusprechen vermag, so daß der Nadelmechanismus in einer vorbestimmten Stellung während des Bremsvorganges von der Steuerschaltung gestoppt wird.
4. 4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe mit dem Motor liegende Stromleitung eine nur geringe Gleichstromimpedanz aufweist, und daß die Eremssteuerschaltung zum Teil auf das Spannungssignal, welches über dieser Impedanz abfällt, anspricht.
5. 5. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsschaltkreis mit einem Schalter versehen ist, der während des normalen Betriebsablaufes der Nähmaschine

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   ί an den Gleichstrommotor eine entsprechende Gleichspannung j

   anlegt und der bei Unterbrechung der Zuführung der äußeren I

   Gleichspannung zum Motor durch umlegen des Schaltkontakes j

   eine Verbindung des Motors mit der in Reihe liegenden Strom- .

   leitung während des Bremsvorganges herstellt.
6. 6. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
   daß der Bremssteuerkreis ein Schaltmittel besitzt, das in
   Reihe mit der genannten Stromleitung liegt und auf den Brems-; steuerkreis so reagiert, daß eine dynamische Bremsung des

   Motors nur während ausgewählter Zeitabschnitte der Gesamt- i

   i bremsung erfolgt. I
7. 7. Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, j

   daß ein die Geschwindigkeit steuernder Schaltkreis, mittels !

   welchem an den Motor für ausgewählte Zeitperioden während des!

   i Bremsvorganges eine vorbestiramte Gleichspannung angelegt ist,j

   vorgesehen ist. ι
8. 8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, j

   daß der die Geschwindigkeit steuernde Schaltkreis mittels ! der Bremssteuerung so steuerbar ist, daß er sich dann in j seiner Wirkungsfunktion befindet, wenn die Motorgeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert erreicht hat.

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9. 9. Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, üaß der die Geschwindigkeit steuernde Schaltkreis den Motor mit einem vorgegebenen Drehmoment antreibt.
10. 10. Steuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der die Geschwindigkeit steuernde Schaltkreis aus einem Reglerorgan zur Anlegung eines veränderbaren Gleichstroms an den liotor in Übereinstimmung mit einem variablen Steuersignal und aus Ilitteln für die Erzeugung eines veränder- j liehen Steuersignals bzw. einer entsprechenden Steuerspan- |

    ming besteht, wobei dieses Signal eine erste, in übeieinstira- ;

    sung mit der Veränderung der ilotorgeschwindigkeit veränder- j liehe Signalkomponente und eine zweite Signalkomponente mit einem im wesentlichen konstanten Strom- bzw. Spannungswert i

    besitzt. I
11. 11. Steuereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

    daß der vorgesehene Generator auf den Strom des Motors ansprechende, die erste Signalkomponente erzeugende Mittel, Mittel für ein Bezugspotential, die zwischen den auf die Spannung ansprechenden Mitteln und dem Regelorgan zur Vorgabe einer zweiten Signalkomponente liegen, und Mitteln zur Anlegung eines Signals bzw. einer Spannung von dem Bremssteuerkreis an das Reglerorgan, aufweist, wobei das Potential dieses Spannungssignals größer als das Bezugspotenti^al ist.

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12. 12. Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

    daß der die Geschwindigkeit steuernde Schaltkreis auf das Positionssignal anspricht und in seinem durchgeschalteten Zustand verbleibt, wenn der Ilotor den genannten vorbestimmten Geschwindigkeitspegel erreicht hat und der Nadelmechanismus während seiner Bewegung eine ausgewählte Stellung erreicht.
13. 13. Steuereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

    daß der Bremssteuerkreis über die Unterbrechung der Betätigung des die Geschwindigkeit steuernden Schaltkreises die Bremsorgane einschaltet.
14. 14. Steuereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

    daß die Bremselemente auf ein elektrisches Signal ansprechen und der Bremssteuerkeis ein elektrisches Signal erzeugt, welches eine vorbestimmte Dauer aufweist, so daß die Betätigung der Bremselemente in Übereinstimmung mit der hierdurch vorgegebenen Zeitperiode erfolgen kann.
15. 15. Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

    daß zu dem Bremssteuerkreis ein Impulsgenerator gehört, der ein elektrisches Steuersignal erzeugt, wenn der Motor einen vorbestimmten Geschwindigkeitspegel überschreitet, und daß die Schaltmittel des Bremskreises auf den Steuerimpuls an-

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    sprechen und dadurch für diese Dauer eine dynamische Bremsung ausgeführt wird.
16. 16. Steuereinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

    daß das Positionssignal wenigstens ein Signal ist, welches jeweils dann erzeugt .wird, wenn der Kadelmechanismus eine vorgegebene Position in seinem Bewegungszyklus erreicht, und daß der Impulsgenerator des Bremssteuerkreises ein Steuersignal für den die konstante vorgegebene Geschwindigkeit

    steuernden Schaltkreis erzeugt, wobei der Generator das gen \

    \ nannte Inipulssignal einleitet bzw. aufnimmt, nachdem der j elektrische Steuerimpuls unterbrochen worden ist, und wobei der Steuerimpuls nach Auftreten eines Positionsimpulses gelöscht wird.
17. 17. Steuereinrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch

    Mittel, die auf ein iiadelpositionskommando reagieren und das Ansprechen des Impulsgenerators auf die Motorgeschwindigkeit unterdrücken bzw. übersteuern und die das Steuersignal für die Geschwindigkeitssteuerschaltung nach solch .einem Kommando auslösen,
18. 18. Steuereinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

    daß zu dem Positionssignal wenigstens ein zusätzliches Signal, welches zeitlich von dem ersten Positionssignal ge-

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    trennt ist, gehören kann, daß der Impulsgenerator auf ein j

    solches anderes Positionssignal anspricht, und das Steuer- ! signal löscht, welches von dem Iladelkonsaando ausgelöst wor- I den ist, wobei der Stop des Hade lmechani sinus in einer zweiten vorbestimmten Stellung erfolgt.
19. 19. Steuerung für Gleichstror.motore, bestehend aus Hilfsmitteln,

    die auf einen Brerasbefehl für einen Kurzschlußkreis des
    Motors ansprechen, der durch eine Stromleitung niedriger
    Impedanz vorgegeben ist, Mitteln zur Bestimmung des Stror.es
    in dieser Leitung und Vorgabe eines Steuersignals für den
    Fall, daß die Stromamplitude einen vorgegebenen Betrag er- [ reicht hat, und ans Mitteln, die auf das Steuersignal für j die steuerbar wechselnde Impedanz in diese Stromleitung an- j sprechen. j
20. 20. Gleichstrommotorsteuerung nach Anspruch 19, dadurch gekenn- \

    zeichnet, daß wenigstens eines der genannten Jüttel Ililfs- ; raittel zur Regulierung der Geschwindigkeit des Ilotors be- j sitzt. j
21. 21. Steuereinrichtung für Gleichstrommotore nach Anspruch 20, da- j durch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Geschwindigkeitsregulierung aus einer Stromquelle, einer Vorrichtung zur
    Stromregulierung, welches in Reihe mit dem Ilotor liegt, und

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    elne veränderliche Spannung für den Motor von einer Gleichstromquelle in über einst iranung mit einem Signal bzw. einer Spannung der veränderlichen Geschwindigkeitssteuerung vorgibt und aus Mittel besteht, die auf das Steuersignal und auf den Strom gemeinsam ansprechen, der durch die die
    niedrige Impedanz aufweisende Stromleitung vorgegeben ist, wobei diese das die Geschwindigkeit regulierende Signal
    bzw. eine entsprechende Spannung erzeugen.

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