DE4134532A1 - Antriebseinrichtung fuer eine naehmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Nähmaschinenmotor-Antriebseinrichtung.

Auf der Hauptwelle einer herkömmlichen Nähmaschine ist eine Nähma­ schinenriemenscheibe und auf der Welle eines Nähmaschinenmotors eine Motorriemenscheibe befestigt. Die Nähmaschine und der Nähmaschinen­ motor sind mit einem Riemen verbunden, der zwischen der Nähmaschi­ nenriemenscheibe und der Motorriemenscheibe gebildet ist. Beim Nähen von dickem Nähgut auf einer herkömmlichen Nähmaschine wird das Dreh­ moment der Hauptwelle der Nähmaschine erhöht, indem der Arbeits­ durchmesser der Motorriemenscheibe vermindert wird, um die Eindring­ kraft der Nadel zu erhöhen, oder es wird ein Nähmaschinenmotor mit größerer Kapazität verwendet.

Die Reduzierung des Arbeitsdurchmessers der Motorriemenscheibe für die Vergrößerung des Drehmoments der Hauptwelle bei niedriger Nähge­ schwindigkeit bringt jedoch eine Verminderung der maximalen Nähge­ schwindigkeit mit sich. Die Verwendung eines Nähmaschinenmotors mit hoher Leistung erhöht die Kosten der Nähmaschine.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebseinrichtung für eine Nähmaschine zu schaffen, die die Eindringkraft einer Nadel während eines Betriebs mit niedriger Nähgeschwindigkeit anheben kann, ohne daß ein Nähmaschinenmotor mit größerer Leistung notwendig ist oder die maximale Nähgeschwindigkeit vermindert wird.

Um die Aufgabe zu erfüllen, weist die erfindungsgemäße Antriebsein­ richtung für eine Nähmaschine mit einer Hauptwelle und einer entsprechend der Drehung der Hauptwelle hin- und herbewegten Nadel zum Eindringen in das Nähgut eine Leistungszuführungseinrichtung, um der Hauptwelle Leistung zuzuführen und die Hauptwelle zu drehen, und eine intermittierende Antriebseinrichtung zum abwechselnden Erzeugen eines Abschaltsignals, um die Leistungszuführungseinrichtung abzuschalten, und eines Aktivierungssignals, um die Leistungszuführungseinrichtung zu aktivieren, auf. Die intermittierende Antriebseinrichtung erzeugt das Abschaltsignal während einer Zeitspanne, die länger als die Zeitspanne ist, während der die Absenkbewegung der Nadel angehalten wird, und erzeugt das Aktivierungssignal während einer Zeitspanne, die länger als die Zeitspanne ist, während der die Absenkbewegung der Nadel gestartet wird.

In der Antriebseinrichtung für die Nähmaschine nach der Erfindung erzeugt die intermittierende Antriebseinrichtung abwechselnd das Abschaltsignal und das Aktivierungssignal. Wird von der intermittierenden Antriebseinrichtung das Abschaltsignal erzeugt, so unterbricht die Leistungszuführungseinrichtung die Zuführung von Leistung an die Hauptwelle. Wird andererseits von der intermittierenden Antriebseinrichtung das Aktivierungssignal erzeugt, so beginnt die Leistungszuführungseinrichtung, der Haupt­ welle Leistung zuzuführen. Entsprechend wird die Leistung der Haupt­ welle in unterbrochener Weise zugeführt, wenn das Abschaltsignal und das Aktivierungssignal von der intermittierenden Antriebseinrichtung abwechselnd erzeugt werden. Folglich wirkt eine Impulskraft ähnlich der Impulskraft, die ein Hammer auf einen Nagel ausübt, auf die Nadel ein, um die Eindringkraft der Nadel zu vergrößern.

Wie oben erwähnt worden ist, kann die Antriebseinrichtung für die Nähmaschine nach der Erfindung eine Impulskraft auf die Nadel ausüben. Daher kann die Antriebseinrichtung die Eindringkraft einer Nadel während des Betriebs mit niedriger Geschwindigkeit erhöhen, ohne daß ein Nähmaschinenmotor mit höherem Drehmoment oder reduzierter maximaler Nähgeschwindigkeit erforderlich ist.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Nähmaschine, die eine Antriebseinrichtung nach einer ersten Ausführungsform benutzt;

Fig. 2 das Schaltbild eines Steuerschaltkreises, der in der Antriebseinrichtung verwendet wird;

Fig. 3 das Schaltbild eines Treiberschaltkreises, der in der Antriebseinrichtung verwendet wird;

Fig. 4 das Schaltbild eines Leistungstransistor- Treiberschaltkreises, der in der Antriebseinrichtung verwendet wird;

Fig. 5 Signaldiagramme zur Erläuterung des Betriebs der Antriebseinrichtung nach der ersten Ausführungsform;

Fig. 6 das Schaltbild eines Steuerschaltkreises, der in der Antriebseinrichtung nach einer zweiten Ausführungsform verwendet wird;

Fig. 7 Signaldiagramme zur Erläuterung des Betriebs der Nähmaschinenmotor-Antriebseinrichtung nach der zweiten Ausführungsform;

Fig. 8 das Schaltbild eines Steuerschaltkreises, der in der Antriebseinrichtung nach einer dritten Ausführungsform verwendet wird;

Fig. 9 Signaldiagramme zur Erläuterung des Betriebs der Antriebseinrichtung nach der dritten Ausführungsform; und

Fig. 10 Signaldiagramme zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Motortreiberstrom und der Geschwindigkeit einer Nadel.

Die Nähmaschinenmotor-Antriebseinrichtungen nach den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine industriell anwendbare Nähma­ schine 2 auf einem Tisch 1 montiert. Eine Riemenscheibe 9B ist auf der Hauptwelle 3 der Nähmaschine 2 montiert. Auf der Welle eines Nähmaschinenmotors 5, der sich unter dem Tisch 1 befindet, ist eine Riemenscheibe 9A befestigt. Als Nähmaschinenmotor 5 wird ein Gleich­ strommotor verwendet.

Die Hauptwelle 3 wird vom Nähmaschinenmotor 5 über einen Riemen 4, der sich zwischen den Riemenscheiben 9A und 9B erstreckt, angetrieben. Eine Nähmaschinenmotor-Antriebseinrichtung 6 ist auf einer Seite einer Klammer montiert, die den Nähmaschinenmotor 5 trägt. Über eine Verbindungsstange 8 ist ein Steuerpedal 7 mit einem Hauptschalter verbunden, der in der Nähmaschinenmotor-Antriebsein­ richtung 6 enthalten ist. Zwischen dem Nähmaschinenmotor 5 und der Riemenscheibe 9A ist eine (nicht dargestellte) elektromagnetische Bremse 19 gebildet.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen Schaltbilder der Nähmaschinenmotor-Antriebs­ einrichtung 6. Der in Fig. 3 dargestellte Treiberschaltkreis 10 weist eine Spannungsversorgungseinheit 11, eine Treiberelementeinheit 12 und eine Rückkoppelungseinheit 13 auf. Die Spannungsversorgungseinheit 11 weist eine Diodenbrücke 14 zum Gleichrichten des Netzwechselstroms und einen Glättungskondensator 15 auf.

Die Treiberelementeinheit 12 weist einen Leistungstransistor 16, der mit dem Anker des Nähmaschinenmotors 5 in Reihe geschaltet ist, um den Strom zu unterbrechen, und eine Freilaufdiode 17, die parallel zum Anker geschaltet ist, auf. Der Basisanschluß PB und der Emitter­ anschluß OAV des Leistungstransistors 16 sind mit dem in Fig. 4 gezeigten Leistungstransistor-Treiberschaltkreis 20 verbunden.

Die Rückkoppelungseinheit 13 weist einen Stromerfassungswiderstand 18 auf, dessen eines Ende mit Masse verbunden ist. Die Rückkoppe­ lungseinheit 13 sendet ein Spannungssignal Vf entsprechend der Ankerspannung des Nähmaschinenmotors 5 und ein Stromsignal If entsprechend dem Ankerstrom an den Steuerschaltkreis 30, der in Fig. 2 dargestellt ist. Die elektromagnetische Bremse 19 ist mit dem Nähmaschinenmotor 5 verbunden.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, weist der Leistungstransistor-Treiber­ schaltkreis 20 als wesentliche Komponenten einen Phototransistor 21, d. h. eine der Komponenten eines Optokopplers Ph, einen Treiber 22, der von einem Signal vom Phototransistor 21 getrieben wird, und einen Transistor 23 auf. Ein Basisstrom proportional zu einem Licht­ signal, das von der LED 51 im Steuerschaltkreis 30 ausgesandt wird, wird dem Leistungstransistor 16 (Fig. 3) zugeführt, um den Leistungstransistor durchzuschalten oder zu sperren.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, weist der Steuerschaltkreis 30 eine Drehgeschwindigkeit-Erfassungseinheit 31, die die Drehgeschwindig­ keit N des Motors 5 auf der Basis des Spannungssignals Vf und des Stromsignals If, die von der Rückkoppelungseinheit 13 des Treiber­ schaltkreises 10 geliefert werden, eine Geschwindigkeitsbefehlsein­ heit 32, die eine Drehgeschwindigkeits-Befehlsspannung S liefert, eine Drehgeschwindigkeitschwankungs-Berechnungseinheit 33 zum Berechnen der Drehgeschwindigkeitschwankung ΔN, eine Schwankungsver­ stärkungseinheit 34, um die Drehgeschwindigkeitschwankung ΔN und den Motortreiberstrom I in Übereinstimmung zu bringen, eine Impulsbreiten-Modulationseinheit 35 (abgekürzt "PWM-Einheit") zum Modulieren der Impulsbreite in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal der Schwankungsverstärkungseinheit 34, eine Optokopp­ lungseinheit 36 zum Treiben des Leistungstransistor-Treiberschalt­ kreises 20 entsprechend dem Ausgangssignal der PWM-Einheit 35, eine Bremsentreibereinheit 37 zum Treiben der elektromagnetischen Bremse 19, und eine Steuereinheit 38 für den intermittierenden Strom, die eine wesentliche Komponente der Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung 6 der vorliegenden Erfindung darstellt, auf.

Die Drehgeschwindigkeit-Erfassungseinheit 31 subtrahiert das Strom­ signal If vom Spannungssignal Vf, um eine Spannung entsprechend der Drehgeschwindigkeit N des Motors 5 zu berechnen. Die Geschwindig­ keitsbefehlseinheit 32 weist einen bekannten Schaltkreis, der eine Befehlsspannung Ps entsprechend der Position des Steuerpedals 7 liefert, einen variablen Widerstand 41 zum Ausgeben einer Minimalgeschwindigkeits-Befehlsspannung Ls, einen ODER-Schaltkreis, der aus zwei Dioden 42 und 43 besteht, um die logische Befehlsspannung Ps oder die Minimalgeschwindigkeits-Befehlsspannung Ls zu liefern, und einen Schalter 44 zum Reduzieren der Drehge­ schwindigkeits-Befehlsspannung S auf 0V auf. Der ODER-Schaltkreis gibt die Befehlsspannung Ps oder die Minimalgeschwindigkeits- Befehlsspannung Ls aus, je nachdem, welche den größeren Pegel hat. Der Schalter 44 ist ein normalerweise geschlossener Schalter, der geöffnet wird, wenn das Steuerpedal 7 nach unten bewegt wird, selbst wenn die Bewegung sehr klein ist.

Die Drehgeschwindigkeitschwankungs-Berechnungseinheit 33 weist einen ersten Verstärker 45 auf, der die Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN zwischen der Drehgeschwindigkeits-Befehlsspannung S und der Drehge­ schwindigkeit N des Motors 5 berechnet. Der negative Maximalwert der Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN wird von einer Zenerdiode 46 begrenzt.

Die Schwankungsverstärkungseinheit 34 weist einen zweiten Verstärker 47 auf, der das Stromsignal If von der Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN subtrahiert, um im wesentlichen den maximalen Strom zu begrenzen, der dem Motor 5 zugeführt wird. Der maximale Strom wird von einem variablen Widerstand 48 reguliert.

Die PWM-Einheit 35 weist einen ersten Komparator 49 auf, der ein Dreieckimpulssignal, das von einem Trägerimpulsoszillator (OS1) 50 erzeugt worden ist, und das Ausgangssignal der Schwankungsverstär­ kungseinheit 34 vergleicht und ein Rechteckimpulssignal mit einer Impulsbreite ausgibt, die der Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN entspricht. Die Frequenz des vom Trägerimpulsoszillator 50 erzeugten Trägerimpulssignals beträgt 2kHz.

Die Optokopplungseinheit 36 weist als wesentliche Komponente die LED 51, d. h. eine der zwei Komponenten des Optokopplers Ph, und einen Transistor 52, der die LED 51 mit der Spannungsquelle verbindet, auf. Die LED 51 und der Phototransistor 21 des Leistungstransistor- Treiberschaltkreises 20 bilden den Optokoppler Ph. Während der Transistor 52 der Optokopplungseinheit 36 in einem durchgeschalteten Zustand gehalten wird, wird die LED 51 entsprechend dem Ausgangssignal der PWM-Einheit 35 durchgeschaltet und gesperrt, um den Leistungstransistor 16 über den Leistungstransistor-Treiber­ schaltkreis 20 durchzuschalten und zu sperren.

Die Bremsentreibereinheit 37 weist als wesentliche Komponenten einen zweiten Komparator 53 und einen Transistor 54 auf. Das Ausgangssignal Bd des zweiten Komparators 53 wird logisch hoch, wenn sich die Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN auf einen positiven Wert ändert. Damit wird der Transistor 54 in einem durchgeschalteten Zustand gehalten, ein Strom der Spule der elektromagnetischen Bremse 19 zugeführt und der Motor 5 gebremst.

Die Steuereinheit 38 für den intermittierenden Strom, d. h. eine wesentliche Komponente der Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung 6 der vorliegenden Erfindung, weist einen variablen Widerstand 55, um eine Referenzspannung Bs für niedrige Geschwindigkeit zu liefern, einen Komparator 56, der die Referenzspannung Bs für niedrige Geschwindigkeit und die Drehgeschwindigkeit N des Motors 5 vergleicht, die von der Drehgeschwindigkeit-Erfassungseinheit 31 erfaßt worden ist, und ein Ausgangssignal liefert, wenn die Drehge­ schwindigkeit N niedriger als die Referenzspannung Bs für niedrige Geschwindigkeit ist, und einen zweiten Impulsoszillator (OS2) 57, der in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Komparators 56 ein Rechteckimpulssignal mit 25Hz erzeugt, auf. Die Referenzspannung Bs für niedrige Geschwindigkeit ist niedriger als die Minimalgeschwindigkeit-Befehlsspannung Ls. Die Minimalgeschwindigkeit-Befehlsspannung Ls entspricht z. B. einer Drehgeschwindigkeit von 200 U/min der Hauptwelle 3 und die Referenz­ spannung Bs für niedrige Geschwindigkeit einer Drehgeschwindigkeit von 60 U/min.

Der Ausgangsanschluß des dritten Komparators 56 ist mit dem Eingangsanschluß des zweiten Impulsoszillators 57 und der Ausgangs­ anschluß des zweiten Impulsoszillators 57 mit der Basis des Transistors 52 der Optokopplungseinheit 36 verbunden. Liegt das Ausgangssignal Sv des zweiten Impulsoszillators 57 auf einem hohen Pegel, so ist der Pegel der Kollektorspannung Cv niedrig. Hat das Ausgangssignal Sv des zweiten Impulsoszillators einen niedrigen Pegel, so bleibt der Transistor 52 durchgeschaltet und folglich wird die LED 51 entsprechend dem Ausgangssignal der PWM-Einheit 35 durchgeschaltet und gesperrt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 wird nun der Betrieb der Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung 6 beschrieben.

Wenn das Steuerpedal 7 nicht betätigt wird, ist der Schalter 44 der Geschwindigkeitsbefehlseinheit 32 geschlossen, die Drehgeschwindigkeits-Befehlsspannung S gleich 0 V, der Motor 5 nicht in Betrieb und daher die Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN gleich 0. Wird das Steuerpedal 7 ein wenig nach unten bewegt, um den Schalter 44 zu öffnen, wird eine Drehgeschwindigkeit-Befehlsspannung S, die gleich der Minimalgeschwindigkeits-Befehlsspannung Ls ist, dem Motor 5 über den Widerstand 41 zugeführt. Der Motor 5 dreht sich dann mit einer niedrigen Drehgeschwindigkeit entsprechend der Minimalgeschwindigkeit-Befehlsspannung Ls. In diesem Zustand ist die Befehlsspannung Ps niedriger als die Minimalgeschwindigkeit-Befehls­ spannung Ls.

Wird das Steuerpedal 7 weiter nach unten bewegt, wird dem Motor 5 eine Befehlsspannung Ps entsprechend der Abwärtsbewegung des Steuer­ pedals 7 zugeführt, und die Differenz zwischen der Drehgeschwindigkeit N und der Drehgeschwindigkeit-Befehlsspannung S steigt an, so daß der negative Wert der Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN scharf ansteigt. Der negative Maximalwert der Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN wird durch die Zenerdiode 46 begrenzt. Erreicht die Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN den negativen Maximalwert, so nimmt der Motortreiberstrom I, der dem Motor 5 zugeführt wird, einen maximalen Wert an, der durch den variablen Widerstand 48 bestimmt ist, so daß der Motor 5 die Beschleunigung in kurzer Zeit vollendet. Mit der Annäherung der Drehgeschwindigkeit N an die Befehlsspannung Ps sinkt der negative Wert der Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN und der Motortreiberstrom I sinkt, um den Motor 5 mit der Drehgeschwindigkeit N entsprechend der Befehlsspannung Ps anzutreiben. Der Motortreiberstrom I wird im PWM-Steuermodus bei einer Frequenz von 2 kHz entsprechend der Frequenz des Trägerimpulssignals des Trägerimpulsoszillators 50 in der PWM-Einheit gesteuert.

Wird das Steuerpedal 7 ein wenig nach oben bewegt (zurückgenommen), stimmt die Drehgeschwindigkeits-Befehlsspannung S mit der Minimalge­ schwindigkeits-Befehlsspannung Ls überein und der Wert der Drehge­ schwindigkeitsschwankung ΔN ändert sich von einem negativen zu einem positiven Wert. Damit erreicht das Ausgangssignal Bd des zweiten Komparators 53 der Bremsentreibereinheit 37 einen hohen Pegel und der Transistor 54 wird in einem durchgeschalteten Zustand gehalten.

Dann wird der Spule der elektromagnetischen Bremse 19 ein Strom zugeführt und der Motor 5 gebremst. Folglich sinkt die Drehgeschwin­ digkeit N des Motors und daher sinkt der positive Wert der Drehge­ schwindigkeitsschwankung ΔN. Dann wird die elektromagnetische Bremse 19 freigegeben, die Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN ändert sich erneut von einem positiven zu einem kleinen negativen Wert, der Motortreiberstrom I wird dem Motor 5 zugeführt und der Motor 5 setzt die Drehung bei niedriger Drehgeschwindigkeit fort. Der oben beschriebene Betriebsmodus stimmt mit dem einer herkömmlichen Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung überein.

Wenn die Last des Motors 5 scharf ansteigt, während sich der Motor 5 mit niedriger Drehgeschwindigkeit entsprechend der Minimalgeschwindigkeit-Befehlsspannung Ls dreht, d. h., wenn die Dicke des genähten Nähguts plötzlich ansteigt oder falls die Nähma­ schine beginnt, einen Abschnitt des Nähguts mit Auspolsterungen zu vernähen, fällt die Drehgeschwindigkeit N des Motors 5 ab, der negative Wert der Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN steigt scharf an und dem Motor 5 wird ein begrenzter Maximalstrom zugeführt. Damit erreicht das Drehmoment des Motors 5 einen maximalen Wert. Erfordert die Last des Motors 5 ein Drehmoment, das größer als das maximale Drehmoment ist, sinkt die Drehgeschwindigkeit N des Motors 5 ab. Da die herkömmliche Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung nur das maximale Drehmoment durch Zuführen des maximalen Stroms aufrecht erhält, kann die Nadel nicht in das Nähgut eindringen und der Motor 5 wird zum Stillstand gebracht, wenn die Last das maximale Drehmoment übersteigt.

In einem solchen Zustand wirkt die Steuereinheit 38 für den inter­ mittierenden Strom der Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung 6 der vorliegenden Erfindung. Wenn die Drehgeschwindigkeit N unter die Referenzspannung Bs für niedrige Geschwindigkeit abfällt, liefert der dritte Komparator 56 ein positives Ausgangssignal und der zweite Impulsoszillator 57 erzeugt ein Rechteckimpulssignal mit 25 Hz. Während das Ausgangssignal SV des zweiten Impulsoszillators 57 auf einem hohen Pegel ist, wird der Transistor 52 der Optokopplungseinheit 36 in einem gesperrten Zustand gehalten und die Kollektorspannung Cv des Transistors 52 wird niedrig. Damit wird die LED 51 abgeschaltet und somit auch der Leistungstransistor 16 gesperrt. Die Periode des Rechteckimpulssignals vom zweiten Oszillator 57 beträgt 40 ms und ist daher im Vergleich zur Periode von 0,5 ms des Trägerimpulssignals mit einer Frequenz von 2 kHz, das vom Trägerimpulsoszillator (OS1) 50 ausgegeben wird, sehr lang. Entsprechend wird der Motortreiberstrom I, der über die Freilaufdiode 17 fließt, auf nahezu Null abgeschwächt. Während das Ausgangssignal Sv des zweiten Impulsoszillators 57 auf einem niedrigen Pegel liegt und der Transistor 52 der Optokopplungseinheit 36 durchgeschaltet ist, wird der Motortreiberstrom I im PWM-Steuer­ modus auf den maximalen Stromwert gesteuert.

Damit wird der Motortreiberstrom I periodisch zwischen Null und dem Maximalstrom geändert, so daß der Nähmaschinenmotor 5 intermittierend ein Drehmoment erzeugt. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, erreicht somit die Geschwindigkeit der Nadel Ns während 20 ms einen Minimalwert, in denen das Ausgangssignal Sv des zweiten Impulsoszillators 57 auf einem hohen Pegel ist, d. h., während kein Motortreiberstrom I zugeführt wird. Andererseits nimmt die Geschwin­ digkeit der Nadel Ns während der 20 ms, wenn das Ausgangssignal Sv des zweiten Impulsoszillators 57 auf einem niedrigen Pegel ist, d. h. während ein Motortreiberstrom I zugeführt wird, den Maximalwert an. Selbst wenn die Zuführung des Motortreiberstroms I unterbrochen wird, beginnt die Anhebung der Nadel für 10 ms nicht. Wird anderer­ seits damit begonnen, den Motortreiberstrom I zuzuführen, beginnt die Nadel 10 ms nicht, sich abzusenken. Solche Verzögerungen hängen von der Trägheit der Vorrichtung zur Übertragung der Leistung des Nähmaschinenmotors 5 an die Nadel, der Elastizität des Riemens 4 und der rücktreibenden Kraft des Nähguts ab. Bei der beschriebenen Aus­ führungsform wird der zweite Oszillator 57, der ein Rechteckimpuls­ signal mit einer Periode von 40 ms ausgibt, benutzt, daß die Zeit­ spanne, während der die Zuführung des Motortreiberstroms I unterbrochen ist, und die Zeitspanne, während der die Zuführung des Motortreiberstroms I erfolgt, jeweils auf 20 ms eingestellt sind. Das ist eine Zeitspanne, die länger als die Maschinenverzögerung von 10 ms ist. Entsprechend wird der Motortreiberstrom I auf Null reduziert wenn die Nadel das Nähgut nach unten drückt, so daß die Nadel durch die rücktreibende Kraft des Nähguts ein wenig nach oben gedrückt wird. Dann wird dem Nähmaschinenmotor 5 der maximale Treiberstrom zugeführt, so daß die Nadel gegen die rücktreibende Kraft des Nähguts abgesenkt wird. Folglich wird eine Impulskraft analog zur Impulskraft, die ein Hammer auf einen Nagel ausübt, in intermittierender Weise auf die Nadel ausgeübt, um deren Eindring­ kraft zu erhöhen.

Die Steuereinheit 38 für den intermittierenden Strom arbeitet, wenn die Drehgeschwindigkeit N des Motors 5 niedriger als die Referenz­ spannung Bs für niedrige Geschwindigkeit ist. Unter einer solchen Bedingung arbeitet der Nähmaschinenmotor 5 mit niedriger Drehge­ schwindigkeit und die Last des Nähmaschinenmotors 5 ist sehr hoch, da die Minimalgeschwindigkeits-Befehlsspannung Ls der minimalen Geschwindigkeit entspricht.

Nachdem die Eindringkraft der Nadel erhöht worden ist und die Nadel in das Nähgut eingedrungen ist, wird die Drehgeschwindigkeit N des Motors 5 erneut angehoben, so daß die Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN sinkt, der Motortreiberstrom I abnimmt und der Motor 5 den Betrieb mit niedriger Drehgeschwindigkeit entsprechend der Minimalgeschwindigkeits-Befehlsspannung Ls fortsetzt. Wenn das Steuerpedal 7 freigegeben wird, schließt sich der Schalter 44 der Geschwindigkeitsbefehlseinheit 32, die Drehgeschwindigkeits-Befehls­ spannung S fällt auf 0 V ab, um die elektromagnetische Bremse zu aktivieren und folglich hält der Motor 5 an.

Es wurden Nähtest ausgeführt, um den Effekt der oben beschriebenen Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung zu bestätigen, bei denen eine Nadel und ein Faden zum Vernähen sehr dicken Nähguts und eine Doppelnadel-Nähmaschine benutzt wurden. Das Nähvermögen der Doppelnadel-Nähmaschine beim Vernähen mehrlagigen Nähguts, das durch Übereinanderlegen einer Mehrzahl von Stücken eines speziellen, harten Stoffes (z. B. Denim für Jeans) gebildet wird, wurde ermittelt. Bei Benutzung der herkömmlichen Nähmaschinenmotor- Treibereinrichtung durchdrangen die Nadeln zwar das 6-Lagen- Testnähgut erfolgreich, nicht aber 7-Lagen-Nähgut. Wurde die Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung dieser Ausführungsform verwendet, konnte die Nähnadel 18-Lagen-Nähgut durchdringen. Aus diesen Nähtest ist klar ersichtlich, daß die Durchdringungskraft bei Verwendung der erfindungsgemäßen Nähmaschinenmotor- Treibereinrichtung ungefähr verdreifacht wird.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Betriebsbedingung, bei der der Nähmaschinenmotor 5 mit niedriger Drehgeschwindigkeit unter einer sehr großen Last arbeitet, durch die Erfassung der Verminderung der Drehgeschwindigkeit N unter die Referenzspannung Bs für niedrige Geschwindigkeit identifiziert, die geringer als die Minimalgeschwindigkeit-Befehlsspannung Ls ist. Es wird dann die intermittierenden Leistungsversorgungseinrichtung betrieben. Eine solche Betriebsbedingung, die die Funktion der intermittierenden Leistungsversorgungseinrichtung erfordert, kann auch durch andere Verfahren ermittelt werden.

Fig. 6 zeigt ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Steuereinrichtung der vorliegenden Erfindung, die in einer Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung verwendet wird. Der Treiberschaltkreis 10 und der Leistungstransistor-Treiberschaltkreis 20, die in der zweiten Ausführungsform benutzt werden, stimmen mit denen der Fig. 3 bzw. 4 überein. Bei dieser zweiten Ausführungsform wird die intermittierende Leistungsversorgungseinrichtung jedoch aktiviert, wenn der Geschwindigkeitsbefehl mit der Minimalgeschwindigkeits-Befehlsspannung Ls und der negative Wert der Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN angestiegen sind. In Fig. 6 sind diejenigen Teile, die denen von Fig. 2 ähnlich sind oder entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen und eine Beschreibung von ihnen wird daher unterlassen.

Die Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung in der zweiten Ausführungs­ form verwendet eine zweite Steuereinheit 60 für den intermittierenden Strom anstelle der Steuereinheit 38 für den intermittierenden Strom der Fig. 2. Die zweite Steuereinheit 60 für den intermittierenden Strom weist einen zweiten Impulsoszillator (OS2) 61, der ein Rechteckimpulssignal Sx mit 25 Hz erzeugt, einen vierten Komparator 62 zur Erfassung des exzessiven Anstiegs des negativen Werts der Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN, einen fünften Komparator 63 zum Erfassen der Übereinstimmung eines Geschwindig­ keitsbefehls mit der Minimalgeschwindigkeitsspannung Ls, und einen Spannungsteiler 64 auf der Basis von Widerständen auf.

Fig. 7 zeigt Signaldiagramme zur Erläuterung des Betriebs der Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung. Der Betriebsmodus der Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung zur normalen Beschleunigung und Abbremsung stimmt mit dem der Fig. 5 überein und daher wird dessen Beschreibung weggelassen. Das Ausgangssignal Ca des vierten Komparators 62 steigt auf einen hohen Pegel an, wenn der Absolutwert der Drehgeschwindigkeitsschwankung ΔN, die vom vierten Komparator 62 erfaßt wird, über einen vorbestimmten Wert ansteigt. Der fünfte Komparator 63 vergleicht die Minimalgeschwindigkeits-Befehlsspannung Ls, die vom Widerstand 41 bestimmt wird, und die Drehgeschwindigkeits-Befehlsspannung S. Das Ausgangssignal Cb des fünften Komparators 63 steigt auf einen hohen Pegel an, wenn die Minimalgeschwindigkeits-Befehlsspannung Ls höher als die Drehgeschwindigkeits-Befehlsspannung S ist. Ist die Befehlsspannung Ps niedriger als die Minimalgeschwindigkeits-Befehlsspannung Ls, wird die Drehgeschwindigkeits-Befehlsspannung S um eine Spannung entsprechend dem Vorwärtsspannungsabfall an der Diode 43 niedriger als die Minimalgeschwindigkeits-Befehlsspannung Ls. Wenn alle Ausgangssignale Ca, Cb und Sx des vierten Komparators 62, des fünften Komparators 63 und des zweiten Impulsoszillators 61 auf hohem Pegel liegen, wird der Transistor 52 der Optokopplungseinheit 36 in einem gesperrten Zustand gehalten und die Kollektorspannung Cv des Transistors 52 wird niedrig. Dann wird die LED 51 ausgeschaltet und der dem Motor zugeführte Motortreiberstrom I unterbrochen.

Fig. 8 zeigt ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform eines Steuerschaltkreises nach der Erfindung, der in einer Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung verwendet wird. Bei der dritten Ausführungsform wird die intermittierende Leistungszuführungseinrichtung aktiviert, wenn der Geschwindigkeits­ befehl mit der Minimalgeschwindigkeits-Befehlsspannung Ls überein­ stimmt und der Motortreiberstrom I angestiegen ist. In Fig. 8 sind diejenigen Teile, die denen in Fig. 2 ähnlich sind oder entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen und ihre Beschreibung wird weggelassen.

Die Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung der dritten Ausführungsform verwendet eine dritten Steuereinheit 70 für den intermittierenden Strom anstelle der Steuereinheit 38 für den intermittierenden Strom von Fig. 2. Die dritte Steuereinheit 70 für den intermittierenden Strom weist zwei Zeitgeber 71 und 72, nämlich Einzelimpulsmultivi­ bratoren mit einer Betriebszeit von 20 ms, einen fünften Komparator 63 zum Vergleichen des Geschwindigkeitsbefehls und der Minimalge­ schwindigkeits-Befehlsspannung Ls, einen dritten Verstärker 73 zum Verstärken des Stromsignals If, einen sechsten Komparator 74 zum Vergleichen des verstärkten Stromsignals und einer vorbestimmten Spannung Vi, und einen Spannungsteiler 75 auf Widerstandsbasis zum Ausgeben der vorbestimmten Spannung Vi auf. Die vorbestimmte Spannung Vi entspricht einem Wert, der geringfügig niedriger als der Grenzstrom ist, der vom variablen Widerstand 48 der Schwankungsver­ stärkungseinheit 34 reguliert wird.

Fig. 9 zeigt Signaldiagramme zur Erläuterung des Betriebs der Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung der dritten Ausführungsform. Der Betriebsmodus der Nähmaschinenmotor-Treibereinrichtung stimmt beim Beschleunigen und Abbremsen des Nähmaschinenmotors mit dem Betrieb der Fig. 5 überein, so daß dessen Beschreibung weggelassen wird.

Der fünfte Komparator 63 vergleicht die Minimalgeschwindigkeits- Befehlsspannung Ls, die vom Widerstand 41 bestimmt wird, und die Drehgeschwindigkeits-Befehlsspannung S. Das Ausgangssignal Cb steigt auf einen hohen Pegel an, wenn die Minimalgeschwindigkeits- Befehlsspannung Ls höher als die Drehgeschwindigkeits- Befehlsspannung S ist. Das Ausgangssignal Cc des sechsten Komparators 74 steigt auf einen hohen Pegel an, wenn der Motortrei­ berstrom I auf nahezu den Grenzstrom angehoben worden ist. Bei einer Übereinstimmung der Drehgeschwindigkeits-Befehlsspannung S und der Minimalgeschwindigkeits-Befehlsspannung Ls und einem Anstieg des Motortreiberstroms I auf nahezu den Grenzwert, wird entsprechend der erste Zeitgeber 71 getriggert und das Ausgangssignal Ta des ersten Zeitgebers 71 wird für 20 ms auf einem hohen Pegel gehalten. Der zweite Zeitgeber 72 wird getriggert, wenn das Ausgangssignal Ta des ersten Zeitgebers 71 auf einen niedrigen Pegel fällt, nachdem die 20 ms verstrichen sind. Wird der zweite Zeitgeber 72 getriggert, so wird das Ausgangssignal Tb des zweiten Zeitgebers 72 für 20 ms auf einem hohen Pegel gehalten. Während der Zeitspanne von 20 ms, in der das Ausgangssignal des zweiten Zeitgebers 72 auf einem hohen Pegel liegt, wird der Transistor 52 der Optokopplungseinheit 36 gesperrt und die Kollektorspannung Cv des Transistors ist niedrig. Dann wird die LED 51 abgeschaltet, so daß der Motortreiberstrom I unterbrochen ist. Damit wird der Motortreiberstrom I während einer Zeitspanne periodisch umgeschaltet, wobei der Motortreiberstrom I für 20ms zugeführt und dann für 20ms unterbrochen wird.

Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist sie in ihrer praktischen Anwendung nicht beschränkt, und es sind viele Modifikationen möglich, ohne vom Prinzip abzuweichen, wie es in den Patentansprüchen dargelegt ist. Die Nähmaschinenmotor-Treiberein­ richtung kann z. B. mit einem manuellen Schalter versehen sein, der die Steuereinheit für den intermittierenden Strom aktiviert und den Motortreiberstrom I in unterbrochener Weise dem Nähmaschinenmotor zuführt, wenn der manuelle Schalter von einem Bediener betätigt wird, falls die Nähmaschine zu einer Blockierung neigt. Da eine starke Eindringkraft meistens für den ersten Stichzyklus notwendig ist, ist es möglich, die Steuereinheit für den intermittierenden Strom nur während der ersten paar Stichzyklen nach der Betätigung des Steuerpedals 7 zu betreiben und den Motortreiberstrom intermittierend zuzuführen. Ferner ist es möglich, die Steuereinheit für den intermittierenden Strom zu betreiben und den Motortreiber­ strom intermittierend zuzuführen, während der Nähmaschinenmotor mit niedriger Drehgeschwindigkeit arbeitet.

Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung in einer Nähmaschine ausgeführt werden, deren Antriebsquelle ein anderer als ein Gleich­ strommotor ist. Sie kann ferner in einer Nähmaschine ausgeführt werden, die eine elektromagnetische Kupplung zur Übertragung und Unterbrechung der Leistung des Nähmaschinenmotors an die Hauptwelle aufweist. In diesem Fall kann die Zuführung des Stroms an die elek­ tromagnetische Kupplung intermittierend von der Steuereinheit für den intermittierenden Strom gesteuert werden.

Claims (16)

1. Antriebseinrichtung für eine Nähmaschine mit einer Hauptwelle (3) und einer Nadel, die entsprechend der Drehung der Hauptwelle (3) hin- und herbewegt wird, um Nähgut zu durchdringen, aufweisend eine Leistungszuführungseinrichtung (11) zum Zuführen von Leistung an die Hauptwelle (3), um die Hauptwelle (3) zu drehen, und eine intermittierende Treibereinrichtung (38) zum abwechselnden Erzeugen eines Abschaltsignals, um die Leistungszuführungseinrichtung abzuschalten, und eines Aktivierungs­ signals, um die Leistungszuführungseinrichtung zu aktivieren, wobei die intermittierende Treibereinrichtung das Abschaltsignal während einer Zeitspanne erzeugt, die länger als die Zeitspanne ist, in der die Absenkbewegung der Nadel angehalten wird, und das Aktivierungs­ signal während einer Zeitspanne erzeugt, die länger als die Zeit­ spanne ist, in der die Absenkbewegung der Nadel gestartet wird.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungszuführungseinrichtung einen Nähmaschinenmotor (5), eine Verbindungseinrichtung zum operativen Verbinden des Nähmaschinenmotors (5) mit der Hauptwelle (3) und eine elektrische Leistungszuführungseinrichtung (11) zum Zuführen von elektrischer Leistung an den Nähmaschinenmotor (5) aufweist.

3. Antriebseinrichtung für eine Nähmaschine mit einer Nadel, die hin- und herbewegt wird, um Nähgut zu durchdringen, aufweisend einen Nähmaschinenmotor (5) zum Hin- und Herbewegen der Nadel, eine elektrische Leistungszuführungseinrichtung (11) zum Zuführen von elektrischer Leistung an den Nähmaschinenmotor (5), und eine intermittierende Treibereinrichtung (38) zum abwechselnden Erzeugen eines Abschaltsignals, um die elektrische Leistungszuführungseinrichtung daran zu hindern, dem Nähmaschinenmotor (5) elektrische Leistung zuzuführen, und eines Aktivierungssignals, um es der Leistungszuführungseinrichtung zu ermöglichen, dem Nähmaschinenmotor (5) elektrische Leistung zuzuführen, wobei die intermittierende Treibereinrichtung (38) das Abschaltsignal während einer Zeitspanne erzeugt, die länger als die Zeitspanne ist, in der die Anhebebewegung der Nadel durch die Reak­ tionskraft des Nähguts gestartet wird, und das Aktivierungssignal während einer Zeitspanne erzeugt, die länger als die Zeitspanne ist, in der die Absenkbewegung der Nadel gegen die Reaktionskraft des Nähguts gestartet wird.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
eine Drehgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung (31) zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit des Nähmaschinenmotors (5),
eine Geschwindigkeitsbefehlseinrichtung (32) zum Anweisen der Dreh­ geschwindigkeit des Nähmaschinenmotors (5),
eine Schwankungserfassungseinrichtung (33) zum Erfassen der Drehge­ schwindigkeitsschwankung durch Vergleichen der Drehgeschwindigkeit, die von der Drehgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung (31) erfaßt worden ist, mit der Drehgeschwindigkeit, die von der Geschwindig­ keitsbefehlseinrichtung (32) angewiesen worden ist, und
eine Steuereinrichtung für die elektrische Leistung zum Steuern der elektrischen Leistung, die dem Nähmaschinenmotor (5) von der elek­ trischen Leistungszuführungseinrichtung (11) zugeführt wird.

5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Drehgeschwindigkeits-Bewertungseinrichtung zum Bewerten, ob die Drehgeschwindigkeit des Nähmaschinenmotors (5) höchstens gleich einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit ist, wobei die intermittierende Treibereinrichtung (38) abwechselnd das Abschaltsignal und das Aktivierungssignal erzeugt, wenn die Bewertung der Drehgeschwindigkeits-Bewertungseinrichtung zustimmend ist, und die intermittierende Treibereinrichtung nur das Aktivierungssignal erzeugt, wenn die Bewertung der Drehgeschwindigkeits-Bewertungseinrichtung negativ ist.

6. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeits-Bewertungseinrichtung bewertet, ob die von der Drehgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung (31) erfaßte Drehge­ schwindigkeit höchstens gleich der vorbestimmten Drehgeschwindigkeit ist.

7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeits-Bewertungseinrichtung bewertet, ob die von der Geschwindigkeitsbefehlseinrichtung (32) angewiesene Drehge­ schwindigkeit höchstens gleich der vorbestimmten Drehgeschwindigkeit ist.

8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Lastbewertungseinrichtung zum Bewerten, ob die auf den Nähma­ schinenmotor (5) ausgeübte Last wenigstens gleich einer vorbestimmten Last ist, wobei die intermittierende Treibereinrichtung (38) abwechselnd das Abschaltsignal und das Akti­ vierungssignal erzeugt, wenn die Bewertung der Lastbewertungsein­ richtung zustimmend ist, und die intermittierende Treibereinrichtung (38) nur das Aktivierungssignal erzeugt, wenn die Bewertung der Lastbewertungseinrichtung negativ ist.

9. Antriebseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastbewertungseinrichtung bewertet, ob die von der Schwankungs­ erfassungseinrichtung (33) erfaßte Drehgeschwindigkeitsschwankung mindestens gleich einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeitsschwankung ist.

10. Antriebseinrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen des Stroms, der dem Nähmaschinenmotor (5) von der elektrischen Leistungszuführungsein­ richtung (11) zugeführt wird, wobei die Lastbewertungseinrichtung bewertet, ob der von der Stromerfassungseinrichtung erfaßte Strom größer als ein vorbestimmter Strom ist.

11. Antriebseinrichtung für eine Nähmaschine mit einer Nadel, die hin- und herbewegt wird, aufweisend
einen Nähmaschinenmotor (5) zum Hin- und Herbewegen der Nadel,
eine elektrische Leistungszuführungseinrichtung (11) zum Zuführen von elektrischer Leistung an den Nähmaschinenmotor (5),
eine Bewertungseinrichtung zum Bewerten, ob der Nähmaschinenmotor (5) nahezu blockiert ist, und
eine Vibrationseinrichtung zum Vibrieren der Nadel in der Richtung der Hin- und Herbewegung durch Steuern der elektrischen Leistungszu­ führungseinrichtung (11), wenn die Bewertung der Bewertungseinrichtung zustimmend ist.

12. Antriebseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationseinrichtung die elektrische Leistungszuführungseinrichtung (11) so steuert, daß die elektrische Leistungszuführungseinrichtung (11) dem Nähmaschinenmotor in inter­ mittierender Weise elektrische Leistung zuführt.

13. Antriebseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationseinrichtung eine intermittierende Treibereinrichtung (38) aufweist, zum abwechselnden Erzeugen eines Abschaltsignals, um die elektrische Leistungszuführungseinrichtung (11) daran zu hindern, dem Nähmaschinenmotor (5) elektrische Leistung zuzuführen, und eines Aktivierungssignals, um es der elektrischen Leistungszuführungseinrichtung (11) zu ermöglichen, dem Nähmaschinenmotor (5) elektrische Leistung zuzuführen.

14. Antriebseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die intermittierende Treibereinrichtung (38) das Abschaltsignal während einer Zeitspanne erzeugt, die länger als die Zeitspanne ist, in der die Anhebebewegung der Nadel gestartet wird, und das Aktivierungssignal während einer Zeitspanne erzeugt, die länger als die Zeitspanne ist, in der die Absenkbewegung der Nadel gestartet wird.

15. Antriebseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungseinrichtung eine Drehgeschwindigkeits-Erfassungs­ einrichtung (31) zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit des Nähmaschi­ nenmotors (5) aufweist, und die Bewertungseinrichtung bewertet, ob die Drehgeschwindigkeit des Nähmaschinenmotors (5) höchstens gleich einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit ist.

16. Antriebseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungseinrichtung eine Lasterfassungseinrichtung zum Erfassen der auf den Nähmaschinenmotor (5) ausgeübten Last, wobei die Bewertungseinrichtung bewertet, ob die Last des Nähmaschinenmotors (5) wenigstens gleich einer vorbestimmten Last ist.