DE3037877A1

DE3037877A1 - Antrieb, insbesondere naehmaschinenantrieb

Info

Publication number: DE3037877A1
Application number: DE19803037877
Authority: DE
Inventors: Otmar Steckborn Stillhard
Original assignee: Fritz Gegauf AG
Current assignee: Fritz Gegauf AG
Priority date: 1979-10-19
Filing date: 1980-10-07
Publication date: 1981-04-30
Also published as: CH647901A5; AU533212B2; AU6325880A; GB2065332A; US4384241A; DE3037877C2; GB2065332B

Description

Nähmaschinenantrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Nähmaschinenantrieb, zum Anschluss an das Wechselstromnetz, mit einer Strombegrenzungsschaltung .

Antriebe für Nähmaschinen und ähnliche Geräte weisen üblicherweise einen Antriebsmotor auf, der über einen regelbaren Thyristor gespeist wird- Der Thyristor wird hierbei von einem Fussregler mit Potentiometer gesteuert.

In den Strompausen wird die im Motor induzierte EMK ermittelt und für einen gewissen Regeleffekt ausgenützt, um die Motordrehzahl bei gegebener Stellung des Regelpotentiometers annähernd konstant zu halten (DE-OS 28 51 814).

Dieser Antrieb, bei welchem der Antriebsmotor mit Impulsen von Netzfrequenz gespeist wird, weist verhältnismässig geringen Wirkungsgrad auf und es treten Impulsgeräusche auf, welche sich bei Nähmaschinen unangenehm bemerkbar machen.

Es ist auch bekannt, Motorantriebe mit elektronischer Regelschaltung zusätzlich mit einer Strombegrenzungsschaltung auszurüsten (ELEKTRONIK 1977, Heft 5). Diese Strombegrenzungsschaltung dient jedoch nur dazu, den Leistungstransistor oder -Thyristor vor Beschädigung durch zu hohe Stromspitzen zu schützen.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine wesentlich differenziertere Strombegrenzung vorzusehen und damit für einen Nähmaschinenantrieb erhebliche Vorteile zu erzielen. Der erfindungsgemässe Nähmaschinenantrieb ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungsschaltung durch eine dem Motorstrom proportionale Grosse steuerbar ist, derart, dass die Motorleistung bei allen Drehzahlen auf mindestens annähernd denselben Wert begrenzt ist.

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Es ergibt sich damit eine drehzahlabhängige Strombegrenzung mit verhältnismässig niedrigem Grenzstrom bei hoher Drehzahl und hohem Grenzstrom bei niedriger Drehzahl oder beim Blockieren der Maschine, wodurch die Aufnahmeleistung des Antriebs begrenzt und eine Ueberlastung verhindert wird. Für einen Nähmaschinenantrieb ist es dabei besonders interessant, bei niedriger Drehzahl hohes Antriebsmoment zur Verfügung zu haben, um stets ein sicheres Durchstechen der Nadel zu gewährleisten. Die Schaltung des Antriebs kann vorzugsweise einen Netzgleichrichter zur Gleichstromversorgung, einen zwischen den Gleichrichter und den Gleichstromantriebsmotor geschalteten Zerhacker, einen Oszillator zur Steuerung des Zerhackers mit einer weit über Netzfrequenz liegenden Frequenz und eine durch die Motordrehzahl steuerbaren Regelschaltung zur Regelung des Motorstromes durch Modulation der Impulsdauer im Zerhacker aufweisen. Dank der hohen Betriebsfrequenz, welche beispielsweise 15 kHz betragen kann, wird der Motorstrom durch die Rotorinduktivitat praktisch geglättet und es treten keine störenden Vibrationen und Geräusche im Antrieb und in der Maschine auf. Der Motor arbeitet daher auch mit sehr hohem Wirkungsgrad und auch im Gleichrichter und Zerhacker treten geringe Verluste auf. Es wird damit auch die erfindungsgemässe Strombegrenzung, die auf eine Leistungsregelung hinausläuft, in optimaler Weise möglich.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert,, welche ein Ausführungsbeispiel der erfinduiigsgemässen Schaltung zeigt.

Figur 1 zeigt ein vollständiges Blockschaltbild der Antriebssteuerung,

Figur 2 zeigt Einzelheiten bestimmter Schaltungsteile, und

Figuren 3-5 sind Diagramme stur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung.

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Gemäss Figur 1 weist die Schaltung einen Gleichrichter 1 zum Anschluss an das Wechselstromnetz auf. Die geglättete Gleichspannung des Gleichrichters wird einem Zerhacker 2 zugeführt/ dessen Schalttransistor schematisch dargestellt ist. Die zer hackte Gleichspannung wird vom Ausgang des Zerhackers 2 dem Antriebsmotor 3 zugeführt, dem eine Diode 4 parallel geschaltet ist. Der Motorstrom flieset über zwei in Serie geschaltete Widerstände 5 und 6, und der Serieschaltung des Motors mit diesen Widerständen sind brückenartig Widerstände 7 und 8 parallel geschaltet, wobei dem Widerstand 8 noch ein Kondensa tor 9 zur Glättung der Spannung parallel geschaltet ist. Die dem Motor 3 zugeordnete Schaltung bestehend aus den Widerständen 6 bis 8 ist an sich bekannt und liefert eine der Motordrehzahl praktisch proportionale, von der Belastung des Motors, bzw. dem Motorstrom unabhängige Spannung. Vorausgesetzt ist hierbei die Verwendung eines Gleichstrommotors mit permanentem Feld.

Die der Motordrehzahl entsprechende Spannung Un wird einem Regelverstärker 10 zugeführt, dem anderseits eine Sollwert spannung üs zugeführt wird. Diese Sollwertspannung wird in einer Sollwertschaltung 11 in Abhängigkeit von der Stellung eines Pussreglers 12 mit Regelpotentiometer erzeugt. Es ist ferner ein Umschalter 13 vorgesehen, mit welchem zwei Regel bereiche, bzw. zwei Drehzahlbereiche vorgewählt werden kön-

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nen. Die Ausgangsspannung des Regelverstärkers 10 gelangt an den einen Eingang einer Strombegrenzungsschaltung 14, welcher an einem weiteren Eingang der Spannungsabfall über den Widerständen 5 und 6, d.h. eine dem Motorstrom proportionale Spannung Ui zugeführt wird. Am Ausgang der Strombegrenzungsschaltung 14 erscheint eine Regelspannung Ur, die einem Impulsmodulator 15 zugeführt wird. Dieser Impulsmodulator 15 erzeugt rechteckige Ausgangsimpulse aus einer ihm aus dem Oszillator 16 zugeführten Sägezahnspannung von beispielsweise 15 kHz. Bei gleichbleibender Frequenz wird die Impulsdauer entsprechend der Regelspannung Ur moduliert, und der Motorstrom ist schliesslich praktisch proportional der jeweiligen Impulsdauer. In dieser Weise erfolgt die Regelung des Motors.

In Figur 2 sind entsprechende Teile gleich bezeichnet wie in Figur 1. Der Fussregler 12 weist ein Potentiometer 12a und einen Endschalter 12b auf. Dieser Regler wird über einen Widerstand 17 von einer positiven Stromquelle gespeist, und die am Regelpotentiometer erscheinende Spannung gelangt an den einen Eingang eines Verstärkers 18, dessen anderer Eingang an einer konstanten positiven Spannung liegt. Das Regelpotentiometer ist ferner über Widerstände 19 und 20 mit dem einen Eingang eines Verstärkers 21 verbunden, in dessen Gegenkoppelungsstromkreis der Wählschalter 13 einem Widerstand 22 parallelgeschaltet ist. Die Verbindung zwischen den Widerständen 19 und 20 ist über einen weiteren Widerstand 23 und eine Diode 24 mit dem Ausgang des Verstärkers 18 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 21 ist mit dem einem Eingang des eigentlichen Regelverstärkers 10 verbunden, an dessen anderem Eingang über einen Widerstand 25 die drehzahlabhängige Spannung Un angelegt wird. Der Regelverstärker 10 ist mit einem Kodensator 26 als Integralregler geschaltet. Die dem Motorstrom proportionale Spannung Ui gelangt über einen Widerstand 27 an den einen Eingang eines Verstärkers 28 der Strombegrenzungsschaltung 14, dessen anderer Eingang an einer konstanten positiven Spannung liegt. Der Ausgang des Verstärkers 28, bzw. der Strombegrenzungsschaltung 14 ist über eine Diode 29 mit dem einen Eingang des als Verstärker ausgebildeten Impulsmodula-

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tors 15 verbunden. Dieser Einqang ist über einen Widerstand 30 mit dem Ausgang des Reqelverstärkers 10 verbunden. Der Verstärker 15 ist in der dargestellten Weise mit dem Sägezahnoszillator 16 verbunden, dessen Schaltung und Arbeitsweise nicht näher beschrieben ist. Der Ausgang des Verstärkers 15, bzw. Impulsmodulators ist über einen Verstärker 31 mit dem Eingang des Zerhackers 2 verbunden.

Anhand der Figur 2 soll nun vorerst die Aufbereitung der Sollspannung Us beschrieben werden. Im Betrieb ist der Schalter 12b des Regelpedals 12 geschlossen, und das Potentiometer 12a bildet mit dem Widerstand 17 einen Spannungsteiler. Die Spannung U1 über dem Potentiometer 12a schwankt dabei beispielsweise zwischen 0 und 6,5 Volt, wenn das Potentiometer von der einen in die andere Endstellung gebracht wird. Diese Spannung bewirkt über die Widerstände 19 und 20 einen Strom 11. Da durch die Beschaltung des Operationsverstärkers 21 der Strom 12 konstant ist, wird bei kleinerem Strom 11 der Strom 13 und somit auch die Ausgangsspannung Us grosser. Die Schaltung ist nun so ausgelegt, dass bei einem maximalen Widerstand des Potentiometers 12a der Strom 13 praktisch 0 ist. Somit verändert sich die Ausgangsspannung CJs kaum, wenn mit dem Schalter 13 der Widerstand 22 kurzgeschlossen und damit die Verstärkung des Operationsverstärkers 21 in diesem Arbeitspunkt reduziert wird. Diese Reduktion entspricht bei einer Nähmaschine einer Reduktion der maximalen Stichzahl pro Minute bei einer nur sehr wenig reduzierten Anfangsstichzahl. Eine minimale Anfangsstichzahl darf nämlich nicht unterschritten werden, damit eine einwandfreie Schlingenbildung im Greifersystem der Nähmaschine garantiert bleibt.

Der Spannungsteiler, bestehend aus der Widerständen 17 und 12a ist so ausgelegt, dass bei einer linearen Verkleinerung des Widerstandes 12a eine progressiv wachsende Ausgangsspannung Us resultiert. Bei freigegebenem Pusspedal 12 ist der Schalter 12b geöffnet, in welchem Falle die Spannung U1 auf etwa 10,5 Volt ansteigt, und die Ausgangsspannung Us würde

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sehr klein durch den vergrösserten Strom 11. Der Vergleichsverstärker 18 schaltet aber seinen Ausgang auf 0 und verkleinert den Strom 11 wieder um den Strom 14. So kann erreicht werden, dass die Sollspannung Us auch bei ausgeschaltetem Schalter 12b noch der Anfangsdrehzahl entspricht. Bei Nähmaschinen mit Nadelpositionierung nach dem Ausschalten des Pussanlassers muss nämlich während des Positioniervorgangs ein Sollwert bereitgestellt werden. Die Strombegrenzung durch die Schaltung 14 wird anhand des Diagramms in Figur 3 erläutert. Am Ausgang des Verstärkers 28 erscheint eine Spannung Ur die der Eingangsspannung Ui proportional ist. Ueber die Diode 29 begrenzt diese Ausgangsspannung die maximal am einen Eingang des Verstärkers 15 auftretende Regelspannung, d.h. diese Regelspannung kann im dargestellten Beispiel höchstens 0,7 Volt höher liegen als die Ausgangsspannung am Verstärker 28. Figur 3 zeigt die maximale Drehzahl Nmax für verschiedene Motorströme i, wobei diese Drehzahl eine Funktion des Stromes und der Begrenzungsspannung Ur ist. Bei Belastung des Motors, d.h. bei Anstieg des Motorstroms wird die Regelspannung jeweils auf einen Maximalwert begrenzt und damit wird auch die Drehzahl begrenzt. In Figur 3 sind zwei Beispiele A und B eingezeichnet, welche zeigen, wie bei grossem Motorstrom die Drehzahl auf einen kleinen Wert, bei geringerem Motorstrom dagegen auf einen höheren Wert begrenzt wird.

Figur 4 zeigt die entsprechende graphische Darstellung der Motorcharakteristik bis zur Begrenzung des Stromes ist die Drehzahl N für verschiedene Drehmomente M praktisch konstant und fällt dann infolge der Strombegrenzung relativ steil ab. Dieser Verlauf der Charakteristik entspricht etwa demjenigen der Leistungshyperbel P, d.h. die Motorleistung wird für alle Drehzahlen etwa konstant gehalten.

Figur 5 zeigt den Verlauf der Drehzahlen für die beiden wählbaren Drehzahlbereiche in Funktion des Trittwinkels α des Fusspedals 12. Wie dieses Diagramm zeigt, sind die Anfangsdrehzahlen annähernd gleich, und bei höheren Drehzahlen

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ist der Unterschied zwischen der ersten und zweiten Stufe immer ausgeprägter.

Die beschriebene Strombegrenzung hat nicht nur den Vorteil, die Leistung zu begrenzen und damit eine relativ kleine Dimensionierung des Gleichrichters und Zerhackers zu erlauben, sonders es stehen dann bei niedrigen Drehzahlen höhere Drehmomente zur Verfugung. Das ist ganz besonders wichtig beim Antrieb von Maschinen mit stark variablem Drehmomentbedarf, beipsielsweise bei Nähmaschinen, wo bei niedrigen Drehzahlen die Gefahr besteht, dass die Nadel bei hohem Widerstand nicht durch das Nähgut durchgestochen wird. Diese Gefahr wird durch das hohe verfügbare Drehmoment des Motors bei niederen Drehzahlen behoben oder bedeutend herabgesetzt.

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Claims

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1. Nähmaschinenantrieb, zum Anschluss an das Wechselstromnetz mit einer Strombgrenzungsschaltung für den Motor, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungsschaltung durch eine dem Motorstrom proportionale Grosse steuerbar ist, derart, dass die Motorleistung bei allen Drehzahlen auf mindestens annähernd denselben Wert begrenzt ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Netzgleichrichter zur Gleichstromversorgung, einen zwischen den Gleichrichter und den Gleichstromantriebsmotor geschalteten Zerhacker, einen Oszillator zur Steuerung des Zerhackers mit einer weit über Netzfrequenz liegenden Frequenz und einer durch die Motordrehzahl steuerbaren Regelschaltung zur Regelung des Motorstromes durch Modulation der Impulsdauer im Zerhacker.

3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichent, dass eine der Motordrehzahl entsprechende Regelspannung und die Spannung eines Regelpotentiometers je einem Eingang eines als Integralregler geschalteten Verstärkers zugeführt werden.

4. Antrieb, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungsschaltung auf die Regelschaltung einwirkt, indem sie die Regelspannung dem Motorstrom entsprechend begrenzt.

5. Antrieb nach irgendeinem der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch einen Umschalter in der Regelschaltung zur Wahl mindestens zweier Drehzahlbereiche.

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