DE3037877C2

DE3037877C2 - Nähmaschinenantrieb

Info

Publication number: DE3037877C2
Application number: DE3037877A
Authority: DE
Inventors: Otmar Steckborn Stillhard
Original assignee: FRITZ GEGAUF AG BERNINA-NAEHMASCHINENFABRIK STECKBORN THURGAU CH
Current assignee: FRITZ GEGAUF AG BERNINA-NAEHMASCHINENFABRIK STECKBORN THURGAU CH
Priority date: 1979-10-19
Filing date: 1980-10-07
Publication date: 1985-11-07
Also published as: CH647901A5; DE3037877A1; AU533212B2; AU6325880A; GB2065332A; US4384241A; GB2065332B

Description

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 andererseits eine Sc'hwertspannung Us zugeführt wird. Diese Sollwertspannung wird in einer Sollwertschaltung 11 in Abhängigkeit von der Stellung eines Fußreglers 12 mit Regelpotentiometer erzeugt Es ist ferner ein Umschalter 13 vorgesehen, mit welchem zwei Regelbereiche, bzw. zwei Drehzahlbereiche vorgewählt werden können. 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 Uizugeführt wird. Am Ausgang der Strombegrenzungsschaltüng ί4 erscheint eine Regcispannung Ur, die einein Impulsmodulator 15 zugeführt wird. Dieser Impulsmodulator 15 erzeugt rechteckige Ausgangsimpvlse 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 F i g. 2 sind entsprechende Teile gleich bezeichnet wie in F i g. 1. Der Fußregler 12 weist ein Potentiometer 12a und einen Endschalter 126 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 einen 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 Kondensator 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 Impulsmodulators 15 verbunden. Dieser Eingang ist über einen Widerstand 30 mit dem Ausgang des Regelverstärkers 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 F i g. 2 sa'J nun vorerst die Aufbereitung der Sollspannung Us beschrieben werden, im Betrieb ist der Schalter 126 des Regclpcdals 12 geschlossen, und das Potentiometer 12a bildet mit dem Widerstand 17 einen Spannungsteiler. Die Spannung U1 über dem Potentiometer 12a schwankt dabei beispielsweise zwisehen 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 /1. Da durch die Beschallung des Operationsverstärkers 21 der Strom /2 konstant ist, wird bei kleinerem Strom /1 der Strom /3 und somit auch die Ausgangsspannung Us größer. Die Schaltung ist nun so ausgelegt, daß bei einem maximalen Widerstand des Potentiometers 12a der Strom /3 praktisch 0 ist Somit verändert sich die Ausgangsspannung Us 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 Anfangsstichzahi Sine minimale Anfangsslichzahl darf nämlich nicht unterschritten werden, damit eine einwandfreie Schlingenbildung im Greifersystem der Nähmaschine garantiert bleibt Der Spannungsteiler, bestehend aus den Widerstän den 17 und 12a ist so ausgelegt, daß bei einer linearen Verkleinerung des Widerstandes 12a eine progressiv wachsende Ausgangsspannung Us resultiert Bei freigegebenem Fußpedal 12 ist der Schalter 126 geöffnet, in welchem Falle die Spannung i/l auf eiwa 10,5 Volt an steigt, und die Ausgangsspannung Us würde sehr klein durch den vergrößerten Strom /1. Der Vergleichsverstärker 18 schaltet aber seinen Ausgang auf 0 und verkleinert den Strom /1 wieder um den Strom 14. So kann erreicht werden, daß die Sollspannung Us auch bei aus geschaltetem Schalter 12Z> noch der Anfangsdrehzahl entspricht Bei Nähmaschinen mit Nadelpositionierung muß nach dem Ausschalten des Fußanlassers während des Positioniervorgangs ein Sollwert bereiigesteUt werden. Die Strombegrenzung durch die Schaltung 14 wird anhand des Diagramms in Fig.3 erläutert. Am Ausgang des Verstärkers 28 erscheint eine Spannung Ur die der Eingangsspannung Ui proportional ist. Über die Diode 29 begrenzt diese Ausgangsspannung die maximal am einen Eingang des Verstärkers 15 auftretende Re gelspannung, d. h. diese Regelspannung kann im darge stellten Beispiel höchstens 0,7 Volt höher liegen als die Ausgangsspannung am Verstärker 28. F i g. 3 zeigt die maximale Drehzahl /vmax 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 -'■amit wird auch die Drehzahl begrenzt In F i g. 3 sind zwei Beispiele A und B eingezeichnet, weiche zei gen, wie bei großen; Motorstrom die Drehzahl auf einen kleinen Wert, bei geringerem Motorstrom dagegen am einen höheren Wert begrenzt wird.

F i g. 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.

F i g. 5 zeigt den Verlauf der Drehzahlen für die beiden wählbaren Drehzahlbereiche in Funktion des Trittwinkels «des Fußpedals 12. Wie dieses Diagramm zeigt,

sind die Anfangsdrehzahlen annähernd gleich, und bei höheren Drehzahlen 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, sondern es stehen dann bei niedrigen Drehzahlen höhere Drehmomente zur Verfügung. Das ist ganz besonders wichtig beim Antrieb von Nähmaschinen, wo bei niedrigen Drehzahlen die Gefahr be- ι ο steht, 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 Drehmoment durch eine festgelegte Strombegrenzung Patentansprüche: bestimmt und andererseits sind die Thyristoren für den vollen Motoistrom zu bemessen. Die Schaltung zur

1. Nähmaschinenantrieb für in weiten Grenzen fortgesetzten Berechnung der Motorleistung ist umändernde Drehzahl und änderndes Drehmoment, 5 ständlich und aufwendig.

mit einem aus dem Netz über einen Gleichrichter (1) Bei einer ferner bekannten Schaltungsanordnung gespeisten Gleichstrommotor (3) mit permanentem (DD-PS 45 993) erfolgt eine Strombegrenzung erst ab Feld, der über einen Zerhacker (2) mit einer Impuls- einer bestimmten Grunddrehzahl, wobei ei sich jedoch folgefrequenz gespeist wird, die größer ist als die um eine drehzahlabhängige Strombegrenzung handelt Netzfrequenz und der durch eine Freilaufdiode (4) 10 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorüberbrückt ist, wobei ein Regelverstärker (10) eine teile des Gleichstrommotors mit permanentem Feld mit erste Regelspannung (Un - Us) erzeugt, die der Dif- denjenigen einer konstanten, begrenzten Ausgangsleiferenz zwischen einer der Motordrehzahl proportio- stung einer Universalmotor-Charakteristik zu kombinalen Spannung (Un) und einer Drehzahl-Sollwert- nieren und damit besonders günstige Voraussetzungen spannung ^LftrJ proportional ist und welche die Breite 15 für den Einbau des Antriebs in eine Nähmaschine zu der an den Zerhacker (2) durch einen Impulsmodula- schaffen.

tor (15) gelieferten Impulse moduliert, und mit einer Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des stromabhängigen Begrenzungsschaitung (14) für Anspruchs 1 angegeben. Sie beruht auf der Erkenntnis, den Motorstrom, dadurch gekennzeJch- daß eine Drehzahlbegrenzung in umgekehrtem Verhältnet , daß die Begrenzungsschaitung (14) mit dem 20 nis zum Motorstrom sich etwa als Leistungsbegrenzung Ausgang des Regelverstärkers (10) durch eine Diode auswirkt. Da nicht eigentlich der Strom, sondern die (29) verbunden ist über welche die erste Regelspan- Drehzahl begrenzt wird, kann das Stromintegral im Morning (Un-Us) stetig auf einen, stromabhängigen tor ohne Begrenzung ansteigen und bei niedrigsten Wert begrenzt wird, der mit steigendem Motor- Drehzahlen bzw. bei Stillstand des Motors höchste strom abnimmt, derart, daß eine an eine Leistungs- 25 Werte erreichen und höchste Drehmomente erzeugen, konstante angenäherte stromabhängige Drehzahl- Es wurde festgestellt, daß man ohne eigentliche Begrenbegrenzung erfolgt zung auf einen festgelegten Höchststrom auskommt

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- weil der Motorstrom bei kurzen Stromimpulsen im Zernet daß eine der Motordrehzahl entsprechende Re- hacker zu einem wesentlichen Teil aus dem induktiven, gelspannung (Un) und die Spannung eines Regelpo- 30 in den Impulspausen die Freilaufdiode durchfließenden tentiometers (t2a) je einem Eingang eines als Inte- Strom besteht Es fließt daher bei zunehmendem Drehgralregler geschalteten Regelverstärkers (10) züge- moment und abnehmender Drehzahl etwa der Motorführt werden. leistung entsprechend im Netzteil und im Zerhacker ein

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeich- Strom, der nach Erreichen eines Maximalwertes wieder net durch einen Umschalter (i; ) zur Wahl minde- 35 absinkt, trotzdem der Motorstrom weiter ansteigt stens zweier Drehzahlbereiche. Es wird somit eine optimale Motorcharakteristik bei

begrenzter Bemessung der Leistungselektronik zur

Speisung des Motors mit einfacher Regelschaltung er-

reicht. Regelsprünge oder gar Abschaltungen beim

40 Überschreiten eines Grenzstromes und/oder einer

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Nähmaschi- Greadeistung erfolgen nicht, sondern es wird eine steti-

nenantrieb für in weiten Grenzen ändernde Drehzahl ge Regelung mit stetig ansteigendem Motormoment bei

und änderndes Drehmoment gemäß Oberbegriff des sinkender Drehzahl erreicht.

Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind

Ein solcher elektrischer Antrieb ist bekannt aus 45 durch die in den Ansprüchen 2 und 3 enthaltenen Merk-

»ELEKTRONIK« 1977, Heft 5, Seiten 73 bis 78. Die male gekennzeichnet

hierbei verwendete Strombegrenzungsschaltung schal- Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher

tet die Regelspannung für den die Länge der durch den erläutert, welche ein Ausführungsbeispiel der erfin-

Zerhacker dem Motor zugeführten Stromimpuls be- dungsgemäßen Schartung zeigt

stimmenden Regler beim Erreichen eines fest eingestell- 50 F i g. 1 zeigt ein vollständiges Blockschaltbild der An-

ten Grenzstromes zurück oder aber der Strom wird triebssteuerung,

überhaupt unterbrochen. Das führt dazu, daß der Strom F i g. 2 zeigt Einzelheiten bestimmter Schaltungsteile,

gerade dann sprunghaft herabgesetzt oder überhaupt und

unterbrochen wird, wenn bei niedriger Drehzahl das Fig.3-5 sind Diagramme zur Erläuterung der Wir-

Drehmoment des Motors zur Überwindung besonderer 55 kungsweise der Schaltung.

Widerstände, z. B. zum Durchstechen der Nadel einer Gemäß F i g. 1 weist die Schaltung einen Gleichnch-

Nähmaschine, besonders hoch sein sollte. Im weiteren ter 1 zum Anschluß an das Wechselstromnetz auf. Die

schließt die Begrenzung des Stromes auf einen vorgege- geglättete Gleichspannung des Gleichrichters wird ei-

benen festen Wert sehr hohe Leistungen bei hohen nem Zerhacker 2 zugeführt, dessen Schalttransistor

Drehzahlen des Motors nicht aus, was eine entspre- 60 schematisch dargestellt ist. Die zerhackte Gleichspan-

chend starke Bemessung des StromversoFgungsgerätes, nung wird vom Ausgang des Zerhackers 2 dem An-

insbesondere des Netzgleichrichters erfordert. Es ist triebsmotor 3 zugeführt, dem eine Diode 4 parallel ge-

zwar bekannt, bei einem thyristorgesteuerten Antrieb schaltet ist. Der Motorstrom fließt über zwei in Serie

eine Begrenzungsschaitung vorzusehen, welche beim geschaltete Widerstände 5 und 6, und der Serieschal-

Überschreiten einer bestimmten Leistung den Motor- 65 tung des Motors mit diesen Widerständen sind briicken-

strom durch entsprechende Änderung des Zündwinkels artig Widerstände 7 und 8 parallel geschaltet, wobei

sprunghaft herabsetzt oder unterbricht (DE-OS dem Widerstand 8 noch ein Kondensator 9 zur Glättung

50 782). Auch in diesem Falle ist das höchstmögliche der Spannung parallel geschaltet ist. Die dem Motor 3