DE3022760C2 - Verfahren zur Abbremsung und definierten Stillsetzung eines Nähmaschinen-Kommutatorwechselstrommotors und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Marke gegenüber der ersten Marke um 180 Winkelgrade versetzt ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufsteuerung des Bremsvorgangs durch eine Reihenschaltung von Monoflops gebildet wird und daß die Anlaßsteuerung eine Phasenanschnittsteuerung ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abbremsung und definierten Stillsetzung eines Nähmaschinen-Kommutatorwechselstrommotors mit einer Anlasserschaltung und einer elektromagnetisch erregten Reibungsbremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ganz allgemein werden für Nähmaschinenantriebe im industriellen Bereich in aller Regel Drehstrommotore benutzt. Hierbei ist es für Industrienähmaschinen und ihren wirtschaftlichen Betrieb wesentlich, daß der Stillsetzvorgang und damit eine jeweils erforderliche Nadelendstellung schnell und möglichst definiert von relativ hohen Tourenzahlen erfolgen kann, und daß auch das beschleunigte wieder Anfahren mit geringer Zeitverzögerung möglich ist.

Für solche Industrienähmaschinen mit den erforderlichen Drehstrommotoren ist die Verwendung von Phasenanschnittsteuerungen bekannt und das Stillsetzen des Motors bei genauer Nadelpositionierung kann mit befriedigender Genauigkeit ohne ins Gewicht fallender Verzögerung realisiert werden.

So vorteilhaft die Drehstromantriebe im industriellen Einsatz sein mögen, so wenig geeignet sind diese jedoch für den Hausgebrauch oder kleinere Werkstätten oder Fertigungsbetriebe, die nicht über einen Drehstromanschluß verfügen.

Hier bedient man sich elektrischer Antriebseinrichtungen mit Gleichstrommotoren, 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 selektive Steuerung desselben zu bewirken (DE-OS 19 60 788).

Auch ist eine Antriebsanordnung für einen in vorbestimmter Lage relativ schnell stillzusetzenden

ίο 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 Bremsung stillgesetzt wird, bekannt (CH-PS 4 49 750), wobei ein Gleichstrom-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 kurzzuschließen 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 definierter Tourenzahl weiterdreht und schließlich ein die Lage des stillzusetzenden Motors und damit der Nadel überwachendes Schdltorgan den zweiten Kurzschluß bewirkt.

Die in den bekannten Schaltungen verwendeten Gleichrichter werden im allgemeinen als Kontrollorgane zwischen Motor und Versorgungstransformator verwendet, wobei die verschiedenenen Geschwindigkeiten dadurch erreicht werden, daß der Arbeitszyklus der Gleichrichterorgane reguliert wird. Daraus ergibt sich, daß immer dann, wenn die Gleichrichter zu einem Zeitpunkt durchschalten, bei dem die Wechselstromspannung 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 häufigem Ausfall der Überlastsicherung, zu übermäßiger Erwärmung, Vibrationserscheinungen und ähnlich gelagerten weiteren Nachteilen.

Auch ist eine Bremsschaltung für Wechselstrom-Kommutatormotoren mit elektromagnetischer Reibungsbremse bekannt (AT-PS 19 27 407), bei der der Bremsvorgang derart abläuft, daß zunächst ein Undefiniertes Abbremsen des Motors bis zum Stillstand ausgeführt wird, dann nach einer durch ein Zeitrelais bestimmten Zeit ein erneuter Anlauf bis zu einer vorgegebenen Position erfolgt und schließlich ein erneutes Stillsetzen des Motors an der vorgegebenen Position.

Dieses alternierende Bremsen und Anlaufen ist für ein Ausführungsbeispiel mit einem Kupplungsbremsantrieb beschrieben.

Die gewünschte Position durch mehrmaliges Anfahren und Bremsen zu erreichen, versucht grundsätzlich eine weitere bekannte Schaltung (US-PS 38 19 998). Hier muß jedoch durch ein mehrmaliges »Versuchen« der Vorgang durch eine Mehrzahl von Schritten realisiert werden.

Die vorliegende Erfindung benutzt weder einen Drehstrommotor noch einen Gleichstrommotor, sondern vielmehr einen an das übliche Haushaltsstromnetz anschließbaren Zweiphasen-Kommutatorwechselstrommotor, wobei ihr von dieser Ausgangsbais her die

Aufgabe zugrunde liegt, den Stillsetzungsvorgang des Anlassermotors so befriedigend vorgeben zu können, daß eine möglichst genau definierte Anhalteposition erreicht wird, und zwar gezielt vorbereitet bereits bei dem zweiten Bremsvorgang.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren erreicht, wie es !jrch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 definiert ist.

Die Vorrichtung zum definierten Abbremsen und Stillsetzen unter Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 kennzeichnet sich erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 3.

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 Nähmaschinen-Kommutatorwechselstrommotors von kleinem Volumen und verhältnismäßig geringem Gewicht.

Die vorliegende Erfindung soll nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben werden, die eine nur beispielsweise vorteilhafte Ausführungsform wiedergeben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Steuerschaltung und

F i g. 2 eine Obersichtsdarstellung für den verfahrensmäßigen Ablauf des Abbremsvorganges unter Verwendung der Steuerschaltung nach Fig. 1.

Gemäß F i g. 1 besteht die Steuerschaltung für den Abbremsvorgang und das definierte Stillsetzen eines Nähmaschinen-Wechselstrommotors in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer Reihe von Monoflops Mi bis Λ/6, die von einem Operationsverstärker OF und einem Positionsgeber P angesteuert werden und sich gegenseitig nach Art eines Schieberegisters weiterschalten.

Der Positionsgeber Pkann beispielsweise eine auf der Motorachse befestigte Lochscheibe sein, wobei über Leuchtdioden dessen Ausgänge 3, 8, 5, 1, 7 ansteuerbar sind.

Die Geschwindigkeitsregulierung des Motors erfolgt über eine Phasenanschnittsteuerung, die mit einem 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 b einerseits an einem Eingang des Operationsverstärkers OPund darüber hinaus über eine Diode D 4 an einem Eingang eines an sich bekannten integrierten Schaltungsbausteines IC. Der Ausgang a des Potentiometers PO liegt übei einem Trimmwiderstand RT an dem Bezugspotential, an dem auch der Ausgang 3 des Positionsgebers P liegt. Der zweite Eingang des Operationsverstärkers OP, und zwar der positive Eingang, liegt über einer Widarstandsteilerschaltung 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 Operationsverstärkers 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 ODerationsverstärker OP durch, so daß der Monoflop M1 in seinen leitenden Zustand kippt, wodurch wiederum ein entsprechender Impuls an das nachgeschaltete Monoflop M 2, und zwar an dessen ersten Eingang, gelegt wird.

Zu bemerken ist in diesem Zusammenhang, daß nur ein von der binären Wertigkeit »1« auf »0« gehendes Signal das Durchschalten des ersten Monoflops Mi bewirkt, so daß die Betätigung des Steuerhebels und damit des Potentiometers in Richtung eines größer

ίο werdenden Widerstandes nicht ζιτη Durchschalten des Monoflops M1 führen kann. Eine solche Betätigung bewirkt nur, daß die Phasenschnittsteuerung den über diesen gesteuerten Motor hochfährt, also beispielsweise aus seiner Ruhestellung langsam anlaufen läßt.

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 /an das /C-Glied gekoppelt ist.

Im umgekehrten Fall, wenn der Motor abgebremst werden soll, wird der Steuerhebel und damii das Potentiometer PO zwischen den Klemmen a und b ir. umgekehrter Richtung betätigt, wobei über die beiden Teilwiderstände, aie mit dem + Eingang des Operatiorisverstärkers 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, das heißt, vor, »1« nach »0« geht. Dadurch wird wiederum der Monoflop M i so angesteuert, daß er hieraufhin für die ihm zugeordnete Kippzeit durchschaltet. Der ausgangsseitige Impuls des ersten Monoflops wird über die Diode D\ an den Eingang 18 des NAND-Gatters Ni gelegt. Wenn — wie vorge-

r> spannt — das Potentiometer PO betätigt wird, geht der Ausgang des Operationsverstärkers von »l-< auf »0< <. so daß am Punkt 21, 22, 23 eines weiteren NAND-Galters N2 gleichfalls der binäre Informationswert »0« liegt, so daß an dem invertierenden Ausgang 20 desselben und damit an den Eingängen 11, 12 des NAND-Gatters der Informationsweri »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 »0« vorliegt, was wiederum bedeutet, daß ein nachgeschalteter Transistor Ti durchschaltet, weil seine Basis negativ gegenüber der anliegenden Emitterspannung ist. Damit wird aber auch ein zweiter Transistor T2 gleichfalls durchgeschaitet, dessen Basis im Emitter-Kollektorkreis des Transistors Ti liegt. Die Durchschaltung des Transistors 7"2 bewirkt, daß die Bremse des Motors, die an den Klemmen j und /fliegt, anzieht. Nachdem der Monoflop M 1 in seine Ausgangsstellung zurückgekippt ist, sich also im Sperrzustand befindet, gehen auch die Transistoren Ti 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 Rückkippen des Monoflops Mi wird der Monoflop M2 in den durchschaltenden

to Zustand gekippt, wodurch dessen Ausgang ä die Information 1 an den während der Durchschaltzeit des Monoflops M 2 auf »0« führt, wobei die Spannung am Eingang 5' des integrierten Schaltkreises IC geringer wird und der Motor wieder zu laufen beginnt.

Wenn jedoch während der Durchschaltzeit des Monoflops M 2 der Positionsgeber P über den Eingang 1, wobei für die eine Nadelstellung die externen Anschlüsse c und deinerseits und e und /"andererseits

miteinander verbunden sind, ergibt, daß beim Erreichen der ersten Position über c, d der Reset-Eingang R2 des Monoflops M 2 kurz von »1« nach »0« geht, fällt das Monoflop M 2 in den Sperrzustand zurück. Durch das Zurückfallen des Monoflops M 2 wird dessen Ausgang ä von »1« auf »0« gehen und damit erneut die Phasenanschnittsteuerung aufgeschaltet und gleichzeitig das Monoflop M 3 durchschalten. Damit wird dessen Ausgang ä"von »0« auf »1« gehen und über die Diode D2 das NAND-Gatter Λ/l durchschalten. Die Eingänge 11,12 und 18 des NAND-Gatters liegen hierbei auf »1«. Die beiden Transistoren Ti, T2 schalten durch, der Bremsvorgang setzt ein.

Das Monoflop M3 schaltet bei seinem Kippen das nächste Monoflop M4 durch, wodurch dessen Ausgang IF von »1« auf »0« 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-Eingang Rt des Monoflops Af 4 kurzzeitig auf »0« gebracht. Das Zurückkippen dieses Monoflops M4 kippt andererseits das Monoflop Af 5 und schaltet dieses durch, so daß dessen Ausgang ä" von »0« auf »1« geht und somit über die Diode D 3 das NAND-Gatter Λ/1 durchgeschaltet wird, was wiederum über die Transistoren Ti und 72 im durchgeschalteten Zustand zur Bremsung des Motors bis zu dessen Stillstand führt. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang, daß zufolge der J5 Trägemasse des Motorläufers dessen Nachlauf um so größer ist, um so höher seine Geschwindigkeit ist. das heißt, bei der ersten Bremsschaltung über das Monoflop M i ist der Nachlauf wesentlich Undefinierter als bei der zweiten Bremsschaltung über das Monoflop MZ und dieser wiederum Undefinierter als bei der dritten Abbremsung über das Monoflop Af 5. Das Monoflop M 6 dient lediglich der definierten Einstellung der Anfangsposition beziehungsweise der Anfangszustände der genannten elektronischen Bausteine.

An dem Eingang Γ 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 Phasenanschnittsteuerung zwischen 0 und 180° entsprechend gewählt werden kann.

Vorstehend wurde die Situation geschildert, bei der die Nadel im abgesenkten Zustand stehen bleiben soll. Nachfolgend wird noch kurz auf die Gegenpositionsstellung Bezug genommen.

Bei dieser sind zwischen den Ausgängen 1 und 7 des Positionsgebers Pnicht cund dund e und /"miteinander extern verbunden, sondern c und e und t/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 /C fährt den Motor in die der Einstellung des Potentiometers entsprechende Drehgeschwindigkeit. Die Eingänge 3, 8, 5 des Positionsgebers P stellen die Spannungsversorgung des Positionsgebers dar.

In Fig. 2 ist der Verfahrensablauf zum definierten Stillsetzen eines Nähmaschinen-Wechselstrommotors unter Verwendung einer Steuerschaltung, wie sie beispielsweise vorstehend zu F i g. 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. 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 Nachlauf des Motors und damit das definierte Stillsetzen schon genauer ausfällt 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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abbremsung und definierten Stillsetzung eines Nähmaschinen-K.ommutatorwechselstrommotors mit einer Anlasserschaltung und einer elektromagnetisch erregten Reibungsbremse, wobei

a) der Motor in einem ersten Bremsvorgang von einer beliebigen Arbeitsgeschwindigkeit zum Stillstand bei nachlaufbedingter Undefinierter Nadelstellung gebracht wird,

b) nachfolgend der Motor bis zu einer von einem Positionsgeber durch eine erste Marke vorgegebenen Position in Form einer bestimmten Drehwinkelstellung wieder anläuft, und

c) ein erneutes Abbremsen des Motors erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß

1. der Motor nunmehr bis zu einer durch eine zweite Marke vorgegebenen zweiten Position anlaufend erregt wird, und daß

2. eine dritte Abbremsung den Motor endgültig und definiert stillsetzt.