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Steuerschaltung für den Abbremsvorgang
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und das definierte Anhalten eines Nähmaschinen-Wechselstrommotors
und Verfahren zum Abbremsen und Stillsetzen des Motors unter Verwendung dieser Steuerschaltung.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für
den Abbremsvorgang und das definierte Anhalten eines Nähmaschinen-Wechselstrommotors
mit Vorgabe wenigstens einer gewünschten Nadelstellung unter Verwendung einer Phasenanschnittsteuerung
und auf ein Verfahren zum definierten Abbremsen und Stillsetzen des Motors unter
Verwendung dieser Steuerschaltung.
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Ganz allgemein werden für Nähmaschinenantriebe im industriellen Bereich
in aller Regel Drehstrommotore benutzt.
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Hierbei ist es für Industrienähmaschinen und ihren wirtschaftlichen
Betrieb wesentlich, daß der Stillsetzvorgang und damit eine jeweils erforderliche
Nadel-Endstellung schnell und möglichst definiert von relativ hohen Tourenzahlen
erfolgen kann, und daß auch das beschleunigte wieder Anfahren mit geringer Zeitverzögerung
möglich ist.
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Für solche Industrienähmaschinen mit den erfbrderlichen Drehstommotoren
ist die Verwendung von Phaseranschnittsteuerungen bekannt und das Stillsetzen des
Motors bei genauer Nadelpositionierung kann mit befriedigender Ctnauigket ohne ins
Gewicht fallender Verzögerung realisiert werden.
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So vorteilhaft die Drehstomantriebe im industriellen Einsatz sein
mögen, so wenig geeignet sind diese jedoch für den
Hausgebrauch
oder kleinere Werkstätten oder Fertigungsbetriebe, die nicht über einen Drehstomanschluß
verfügen.
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Hier bedient man sich elektrischer Antriebseinrichtungen mit Gleichstommotoren,
beispielsweise einem Motor mit einem magnetischen Feld von konstanter Flußstärke
sowie einem drehbaren, in das Feld eingetauchten Anker mit niedrigem Trägheitsmoment,
der mit der Eingangswelle der Nähmaschine und mit einer Spannungsquelle verbunden
ist, sowie einem Steuerteil, das seinerseits mit dem Anker des Motors in Verbindung
steht, um eine selektiere Steuerung desselben zu bewirken (DE-OS 19 60 788).
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Auch ist eine Antriebsanordnung für einen in vorbestimnter Lage relativ
schnell stillzusetzenden Nähmaschinenmotor in Form eines Gleichstrommotors, der
sich nach einer ersten Bremsung mit kleinerer Tourenzahl in die der Stillsetzungslage
entsprechende Lage dreht und durch eine zweite te Bremsung stillgesetzt wird, bekannt
(CH-PC 449 750), wobei ein Gleichstom-Reihenschlußmotor zur Anwendung kommt und
sich die Anordnung im wesentlichen dadurch kennzeichnet, daß ein Schaltorgan vorgesehen
ist, um den Rotor des Motors zur Durchführung der beiden Bremsungen über einen Bremswiderstand
zweimal kurz zu schließen und durch Betätigung eines Bedienungsorgans im Stillsetzungssinne
zunächst
der erste Kurzschluß bewirkt wird und eine niedrigere
Speisungsspannung vorgewählt wird, woraufhin der erste Kurzschluß aufgehoben wird
und der Motor durch diesE niedrigere Speisungsspannung mit kleinerer Tourenzahl
weiterdreht und schließlich eine die Lage des stillzusetzenden Motors und damit
der Nadel überwachendes Schaltorgan den zweiten Kurzschluß bewirkt.
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Die in den bekannten Schaltungen verwendeten Gleichrichter werden
im allgemeinen als Kontrollorgane zwischen Motor und Sersorgungstransformator verwendet,
wobei die verschiedenen Geschwindigkeiten dadurch erreicht werden, daß der Arbeitszyklus
der Gleichrichterorgane reguliert wird.
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Daraus ergibt sich, daß immer dann, wenn die Gleichrichter zu einem
Zeitpunkt durchschalten, bei dem die Wechselstrom spannung ungleich Null ist, hohe
Ausgangsimpulsspitzen nicht zu vermeiden sind, die zu erheblichen Störungen im Motorstromkreis
führen können. Ein diskontinuierlicher Verlauf des Versorgungsstromkreises für den
Motor führt zu heutigem Ausfall der ttberlastsicherung, zu übermäßiger Erwärmung,
Vibrationserscheinungen und ähnlich gelagerten weiteren Nachteilen.
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Die vorliegende Erfindung benutzt nun im Gegensatz zu diesem Stand
der Technik weder einen Drehstommotor noch
einen Gleichstrommotor,
sondern vielmehr einen an das übliche Haushaltsstromnetz anschließbaren Zweiphasen-Wechselstrommotor,
wobei ihr von dieser Ausgangsbasis her die Aufgabe zugrunde liegt, den Stillsetzungsvorgang
und damit- eine oder mehrere definierte Nadelendstellungen möglichst so befriedigend
vorgeben zu können, wie das im allgemeinen für Drehstommotore bereits möglich ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird durch eine Steuerschaltung exfindungsgemäß
erreicht, wie sie durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 definiert
ist.
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Das Verfahren zum definierten Abbremsen und Stillsetzen unter Verwendung
einer Steuerschaltung nach dem Anspruch 1 kennzeichnet sich erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Anspruchs 2.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird es erstmalig möglich, eine mit
ausreichender Exaktheit vorgebbare Nadelstellung aus einer beliebigen Arbeitsgeschwindigkeit
heraus mit verhältnismäßig geringem schaltungstechnischen und elektromechanischen
Aufwand zu erreichen, und zwar unter Verwendung eines Anlasser-Nähantriebes von
kleinem Volumen und verhältnismäßig geringem Gewicht.
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Die vorliegende Erfindung soll nachfolgend anhand der beiliegenden
Zeichnungen näher beschrieben werden, die eine nur beispielsweise vorteilhafte Ausführungsform
wiedergeben. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Steuerschaltung
und Fig. 2 eine Ubersichtsdarstellung für den verfahrensmäßigen Ablauf des Abbremsvorganges
unter Verwendung der Steuerschaltung nach Fig. 1.
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Gemäß Fig. 1 besteht die Steuerschaltung für den Abbremsvorgang und
das definierte Stillsetzen eines Nähmaschinen-Wechselstrommotors in dem gezeigten
Ausführungsbeispiels aus einer Reihe von Monoflops M1 bis M6, die von einem Operationsverstärker
OP und einem Positionsgeber P angesteuert werden und sich gegenseitig nach Art eines
Schieberegisters weiterschalten.
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Der Positionsgeber P kann beispielsweise eine auf der Motorachse befestigte
Lochscheibe sein, wobei über Lenhtdioden dessen Ausgänge 3,8,5,1,7 ansteuerbar sind.
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Die Geschwindigkeitsregulierung des Motors erfolgt über
eine
Phasenanschnittsteuerung, die mit einen Potentiometer PO zusammengeschaltet regelbar
ist, das in einem nicht dargestellten Betätigungshebel eingebaut ist, derart, daß
beim Loslassen des Hebels der Motor bis zum Stillstand abbremst und bei Betätigung
desselben gegen die Wirkung einer Federkraft der Motor kontinuierlich bis zu einer
Höchstgeschwindigkeit beschleunigt werden kann. Das Potentiometer PO liegt mit seinem
Ausgang a einerseits an einem Eingang des Operationsverstärkers OP und darüber hinaus
über eine Diode D4 an einem Eingang eines an sich bekannten integrieMen Schaltungsbausteines
IC. Der Ausgang a des Potentiometers PO liegt über einem Trimmwiderstand RT an dem
Bezugspotential, an dem auch der Ausgang 3 des Positionsgebers P liegt. Der zweite
Eingang des Operations, verstärkers PO, und zwar der positive Eingang, liegt über
einer Widerstandsteilerschaltung einerseits am Bezugspotential und damit am Ausgang
3 des Positionsgebers P und andererseits am Ausgang 5 des Positionsgebers P, der
seinerseits geerdet ist. Der Ausgang des Operationsverstarkes OP, der über einen
Widerstand mit einem Eingang desselben rückgekoppelt ist, liegt am ersten Eingang
eines ersten Monoflops Ml. Beim Unterschreiten einer vom Potentiometer PO vorgegebenen
Spannung schaltet der Operationsverstärker OP durch, so daß der Monoflop M1 in seinen
leitenden Zustand kippt, wodurch wiederum ein entsprechender
Impuls
an das nachgeschaltete Monoflop M2, und zwar an dessen ersten Eingang, gelegt wird.
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Zu bemerken ist in diesem Zusammenhang, daß nur ein von der binären
Wertigkeit nl auf 0" gehendes Signal das Durchschalten des ersten Monoflops M1 bewirkt,
so daß die Betätigung des Steuerhebels und damit des Potentiometers in Richtung
eines größer werdenden Widerstandes nicht zum Durchschalten des Monoflops M1 führen
kann Eine solche Betätigung bewirkt nur, daß die Phasenanschnittsteuerung den über
diesen gesteuerten Motor hochfährt, also beispielsweise aus seiner Ruhestellung
langsam anlaufen läßt.
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Der integrierte Schaltkreis IC gibt in an sich bekannter Weise die
Phasenanschnittsteuerung vor, wofür der Motor mit seinen Eingangsklemmen gh über
einen Widerstand induktiv mittels der Induktivität I an das IC-Glied gekoppelt ist.
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Im umgekehrten Fall, wenn der Motor abgebremst werden soll, wird der
Steuerhebel und damit das Potentiometer PO zwischen den Klemmen a und b in umgekehrter
Richtung betätigt, wobei über die beiden Teilerwiderstände, die mit dem + Eingang
des Operationsverstärkers OP verbunden sind, dieser so vorgespannt ist, daß er erst
dann, wenn die
Phasenanschnittsteuerung praktisch nicht mehr wirksam
ist, das Ausgangssignal des Operationsverstärkers OP sich umkehrt, daß heißt, von
"1" nach "0" geht. Dadurch wird wiederum der Monoflop M1 so angesteuert, daß er
hieraufhin für die ihm zugeordnete Kippzeit durchschaltet. Der ausgangseitige Impuls
des ersten Monoflops wird über die Diode D1 an den Eingang 18 des NAND-Gatters N1
gelegt. Wenn - wie vorgenannt - das Potentiometer PO betätigt wird, geht der Ausgang
des Operationsverstärkers von "1" auf "0", so daß am Punkt 21,22,23 eines weiteren
NAND-Gatters N2 gleichfalls der binäre Informationswert "O" liegt, so daß an dem
invertierenden Ausgang 20 desselben und damit an den Ein.-gängen 11,12 des NAND-Gatters
der Informationswert '§1" liegt Damit ist ein Zustand erreicht, der an den Eingängen
des NAND-Gatters N1 den Informationswert "1" entstehen läßt, so daß an dessen Ausgang
19 der Binärwert "O" vorliegt, was wiederum bedeutet, daß ein nachgeschalteter Transistor
T1 durchschaltet, weil seine Basis negativ gegenüber der anliegenden Emitterspannung
ist. Damit wird aber auch ein zweiter Transistor T2-glexchfalls durchgeschaltet,
dessen Basis im Emitter-Kollektorkreis des Transistors T1 liegt.
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Die Durchschaltung des Transistors T2 bewirkt, daß die Bremse des
Motors, die an den Klemmen j und k liegt, anzieht.
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Nachdem der Monoflop M1 in seine Ausgangsstellung zurückgekippt ist,
sich also im Sperrzustand befindet, gehen auch
die Transistoren
T1 und T2 wiederum in ihren nicht durchgeschalteten Zustand, das heißt, die Bremse
an den Klemmen j,k wird nicht mehr länger betätigt. Gleichzeitig mit dem RUckkippen
des Monoflops M1 wird der Monoflop M2 in den durchschaltenden Zustand gekippt, wodurch
dessen Ausgang Q die Information 1 an den während der Durchschaltzeit des Monoflops
M2 auf "O" führt, wobei die Spannung am Eingang 5' des integrierten Schaltkreises
IC geringer wird und der Motor wieder zu laufen beginnt.
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Wenn jedoch während der Durchschaltzeit des Monoflops MS der Positionsgeber
P über den Eingang 1, wobei für die eine Nadel stellung die externen Anschlüsse
c und d einerseits und e und f andererseits miteinander verbunden sind, ergibt,
daß beim Erreichen der ersten Position über c, d der Reset-Eingang R2 des Monoflops
M2 kurz on "1" nach "O" geht, fällt das Monoflop M2 in den Sperrzustand zurück.
Durch das Zurückfallen des Monoflops M2 wird dessen Ausgang Q von 1 auf "O" gehen
und damit erneut die Phasenanschnittsteuerung aufgeschaltet und gleichzeitig das
Monoflop M3 durchschalten. Damit wird dessen Ausgang Q von "O" auf "1" gehen und
über die Diode D2 das NAND-Gatter N1 durchschalten. Die Eingänge 11,12 und 18 des
NAND-Gatters liegen hierbei auf "1". Die beiden Transistoren T1, T2 schalten durch,
der Bremsvorgang setzt ein.
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Das Monoflop M3 schaltet bei seinem Kippen das nächste Monoflop M4
durch, wodurch dessen Ausgang Q von "1" auf "O" geht und hierdurch wiederum die
Phasenanschnittsteuerung betätigt wird, wodurch der Motor über die Klemmen g,h erneut
Spannung bekommt. Die Bremszeit des Monoflops M3 ist so gewählt, daß der Motor mit
Sicherheit zum Stillstand gekommen ist, bevor dieses wieder in die Sperrstellung
zurückkippt, was im übrigen gleichermaßen für die Monoflops Mi und M5 Gültigkeit
hat. Bei der Erreichung der Position, die durch den Ausgang 7 des Positionsgebers
P gekennzeichnet ist, wird über die kurzgeschlossenen externen Klemmen e und f der
Reset- f Eingang R4 des Monoflops M4 kurzzeitig auf "O" gebracht.
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Das Zurückkippen dieses Monoflops M4 kippt andererseits das Monoflop
M5 und schaltet dieses durch, so daß dessen Ausgang Q von "0" auf- 1" geht und somit
über die Diode D3 das NAND-Gatter N1 durchgeschaltet wird, was wiederum über die
Transistoren T1 und T2 im durchgeschalteten Zustand zur Bremsung des Motors bis
zu dessen Stillstand führt. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang, daß zufolge
der Trägemasse des Motorläufers dessen Nachlauf um so größer ist, um so höher seine
Geschwindigkeit ist.
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das heißt, bei der ersten Bremsschaltung Ueber das Monoflop M1 ist
der Nachlauf wesentlich undefinierter als bei der zweiten Bremsschaltung über das
Monoflop M3 und dieser
wiederum undefinierter als bei der dritten
Abbremsung über das Monoflop M5. Das Monoflop M6 dient lediglich der definierten
Einstellung der Anfangsposition beziehuilgsweise der Anfangszustände der genannten
elektronischen Bausteine.
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An dem Eingang 1' des integrierten Schaltkreises IC liegt die Referenzspannung.
Über den Anschlüssen 2' und 6' liegt ein Rampengenerator zur Erzeugung einer Dreieckspannung
an dem Schaltkreis IC, wobei diese Sägezahnspannung im Verhältnis zum Eingang 5'
schaltet, so daß die Phasenanschnittsteierang zwischen 0 und 1800 entsprechend gewählt
werden kann.
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Vorstehend wurde die Situation geschildert, bei der die Nadel im abgesenkten
Zustand stehen bleiben soll. Nachfolgend wird noch kurz auf die Gegenpositionsstellung
Bezug genommen.
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Bei dieser sind zwischen den Ausgängen 1 und 7'des Positionsgebers
P nicht c und d und e und f miteinander extern verbunden, sondern c und e und d
und f. Wenn während des vorstehend beschriebenen Bremsvorgangs das Positiometer
Po in umgekehrter Richtung betätigt wird, also der Motor wieder anlaufen soll noch
bevor er zum Stillstand kommt,
dann wird über das NAND-Gatter N1
die jeweils betätigte Stufe des Bremsvorgangs unterbrochen und der Schaltkreis IC
fährt den Motor in die der Einstellung des Potentiometers entsprechende Drehgeschwindigkeit.
Die Eingänge 3,8,5 des Positionsgebers P stellen die Spcnnungsversorgung des Positionsgebers
dar.
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In Fig. 2 ist der Verfahrensablauf zum definierten Stillsetzen eines
Nählnaschinen-Wechselstrommotors unter Verwendung einer Steuerschaltung, wie sie
beispielsweise vorstehend zu Fig. 1 beschrieben worden ist, in Form eines Blockdiagramms
wiedergegeben. Danach wirkt der Geschwindigkeitsregler, der nach dem Ausführungsbeispiel
von Fig. 1 das Potentiometer PO ist, unmittelbar auf die Steuerung für den Phasenanschnitt
und den ersten Bremsvorgang, wobei das erste Bremsen bis zur Stillsetzung des: Motors
führt und daraufhin über die Phasenanschnittsteuerung erneut ein Anlaufen des Motors
bewirkt wird.
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Der Positionsgeber löst dann bei Erreichung der Position 1 das zweite
Bremsen aus, was wiederum bis zur Stillsetzung des Motors führt, wobei diesmal jedoch
der Nach- 1 lauf des Motors und damit das definierte Stillsetzen schon genauer alsfällt
als beim ersten Bremsvorgang Nach Ablauf dieser Bremszeit wird der Motor über die
Phasenanschnittsteuerung erneut anfahren bis der Positionsgeber
in
die Position 2 gelangt, wodurch der dritte Bremsvorgang ausgelöst wird, der nunmehr
den Motor definiert stillsetzt, ohne daß ein noch zu beachtender Nachlauf desselben
zu verzeichnen ist.
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