DE2421589A1 - Naehmaschinenantrieb - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr.K.Fincke D1PL.-ING. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

LA.BR v . ·

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

Union Special Corporation,Chicago, Illinois 606I0, 4oo North Franklin Street, V.St.A.

NähTDaschinenantrieb

Die Erfindung betrifft einen Nähmaschinenantrieb mit einem Gleichstrommotor urid einer die gewünschte Geschwindigkeit des laufbetrieJasj den dynamischen Bremsbetrieb, sowie die Nähnadelstellung bei Stillstand entsprechend der Stellung eines Bedienungsschalters steuernden Steuerung, wobei der Gleichstrommotor mit einem eine bestimmte.Nähnadelstellung erfassenden Positionsgeber der Steuerung gekuppelt ist.

Herkömmliche Industrienähmaschinen weisen einen Induktionsmotor mit Schwungrad und einen Kupplungs-Bremsmechanismus auf. Um schnell beschleunigen zu können, wird die kinetische Energie des Schwungrads bei Eingriff der Kupplung von einer Abtriebswelle über Riemenscheiben und einen Riemen auf eine Antriebswelle der Nähmaschine übertragen. Nach dem Ausrücken der Kupplung wird die Nähmaschine durch eine Reibungsbremse angehalten. Elektronische Steuerschaltungen zur

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Steuerung von Nähmaschinenantrieben dieses Typs sind aus den US-Patentschriften 3 5o5 548 und 3 516 526 bekannt.

Eine Verbesserung des oben beschriebenen Nähmasehinenantriebs ist aus der US-Patentschrift 3 597 672 bekannt, wobei ein Gleichstrommotor unmittelbar mit der Antriebswelle der Nähmaschine verbunden ist. Der Motor ist mit geeigneten Steuerschaltungen versehen, die die Nähmaschine mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit antreiben und sie mit Hilfe einer dynamischen Bremse abbremsen. Die Motorsteuerschaltungen dieses Patents weisen für den Antrieb und zum Abbremsen über Gatter steuerbare Gleichrichter (SCR¹S) auf, die,wahlweise in ihrem leitenden Zustand steuerbar, dem Motor den erforderlichen Antriebsstrom zuführen oder die dynamische Bremsung „bewirken.

Aus dem US-Patent 3 544 874 ist weiterhin eine Schaltung bekannt, die das Auslösen des einen steuerbaren GIeichriehters verhindert bis der andere steuerbare Gleichrichter abgeschaltet ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, daß sowohl der für den Antrieb vorgesehene steuerbare Gleichrichter als auch der für den Bremsbetrieb vorgesehene steuerbare Gleichrichter gleichzeitig ausgelöst wird, wenn die Durchschaltsignale diesen Gleichrichtern in falscher Reihenfolge oder mit ungeeignetem Abstand zugeführt werden.

Aus dem US-Patent 3 573 581 ist die Verwendung von Festkörpergattern und Speichern zum Einstellen ausgewählter Hähnadelstellungen der Nähmaschine bekannt.

Die Erfindung hat nun die Aufgabe, einen einfachen Nähmaschinenantrieb anzugeben, der sowohl eine Steuerung des Laufbetriebs als auch' ein Anhalten in einer exakt

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vorherbestimmbaren Nähnadelstellung ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Gleichstrommotor als bürstenloser Gleichstrommotor mit einer Vielzahl Feldwicklungen und einem Permanentmagnetrotor ausgebildet ist, daß die Feldwicklungen an eine Steuerschaltung angeschlossen sind, die auf Steuersignale hin durch Steuerung der Erregung der Feldwicklungen ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, daß eine erste Schaltung vorgesehen ist, die die Steuersignale entsprechend der durch die Stellung des Bedienungsschalters bestimmten gewünschten Geschwindigkeit an die Steuerschaltung abgibt, daß eine zweite Schaltung vorgesehen ist, die die Steuersignale mit festgelegter Folgegeschwindigkeit an die Steuerschaltung abgibt, und'daß auf den Bedienungsschalter ansprechende Schaltkreise vorgesehen sind, die im Laufbetrieb die erste Schaltung wirksam schalten und beim Übergang vom laufbetrieb zum Stillstand zuerst eine dritte, den Gleichstrommotor dynamisch abbremsende Schaltung und dann zum schrittweisen Vorrücken des .Gleichstrommotors die zweite Schaltung wirksam schalten, bis der Positionsgeber die bestimmte Nähnadelstellung erfaßt.

Der bürstenlose Gleichstrommotor des erfindungsgemäßen Nähmaschinenantrieb s kann auf eine von mehreren ausgewählten Geschwindigkeiten beschleunigt, auf dieser Geschwindigkeit gehalten, schnell bis zum Anhalten abgebremst und dann als Schrittmotor in eine gewünschte Winkelstellung vorgerückt werden. In dieser Stellung wird er dann festgehalten. Der Gleichstrommotor kann auch wahlweise durch eine dynamische Bremse auf eine vor,bestimmte niedrige Geschwindigkeit bis fast zum Stillstand abgebremst werden und dann durch eine Steuerschaltung mit offenem Steuerkreis (open loop) im Schrittbetrieb in die vorbestimmte Winkelstellung vorgerückt werden, in der er magnetisch

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festgehalten wird. Die vorbestimmte Winkelstellung des Motors kann entweder der "Hade!unten"-Stellung der Nähmaschine entsprechen, in der das zu nähende Material z.B. neu ausgerichtet werden kann oder es kann der "Nadeloben"-Stellung entsprechen, in der das Material aus der Nähmaschine entnommen werden kann. Wenn sich der Motor von der "Nadelunten"-Stellung in die "Nadeloben"-Stellung bewegt, kann ein Abschneidzyklus ausgelöst werden, durch den der Faden an einer geeigneten Stelle abgeschnitten werden kann.

Eine gemäß der Erfindung konstruierte Nähmaschine enthält einen bürstenlosen Gleichstrommotor, wie er etwa im US-Patent 3 714 532 beschrieben ist. Die Kommutierung des Stroms durch die Motorfeldwicklungen dieses Gleichstrommotors wird durch den Spannungspegel an einer Vielzahl von Abtastspulen gesteuert, die so angebracht sind, daß sie auf die Annäherung von Metallsegmenten ansprechen, welche mit dem Rotor des Gleichstrommotors rotieren. Es sind demzufolge keine Kommutatorbürsten erforderlich.

Die Abtastspulen werden aus einem Oszillator mit einem Hochfrequenzstrom festgelegter Frequenz gespeist. Die Annäherung der Metallsegmente an die Abtastspulen führt zu einer Änderung der Resonanzfrequenz durch die Abtastspulen und damit zu einer scharfen Änderung der an den Abtastspulen anliegenden Spannung. Die Ausgangsspannungen komplementärer Abtastspulen werden gleichzeitig durch einen Differenzverstärker verglichen, dessen Ausgangssignal von der Frequenz oder der Amplitude des Oszillatorausgangssignals im wesentlichen unabhängig ist.

Der Motor kann bei einer mit Hilfe eines Fußpedals von einer Bedienungsperson ausgewählten Geschwindigkeit betrieben werden. Im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann eine von vier Geschwindigkeiten ausgewählt

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werden. Wenn die Bedienungsperson das Pedal anfänglich aus einer neutralen Stellung in eine der vier einrastenden Stellungen niederdrückt, wird der Motor beschleunigt und läuft mit der ausgewählten Geschwindigkeit als bürstenloser Gleichstrommotor. Eine Rückkopplungsschaltung hält die Geschwindigkeit des Motors unter sich ändernden Lastbedingungen konstant. Die Geschwindigkeit des Motors wird durch Änderung der Breite der die Feldwicklungen erregenden Impulse geregelt.

Sobald die Bedienungsperson das Fußpedal freigibt und'dieses in seine neutrale Stellung zurückkehrt, wird der Motor mit Hilfe einer Dynamikbremse schnell abgebremst. Nachdem der Motor angehalten hat oder alternativ die Motorgeschwindigkeit auf einen vorbestimmten niedrigen Wert abgenommen hat, wird die Dynamikbremse abgeschaltet und der Motor wird im Schrittbetrieb mit offenem Steuerkreis als Schrittmotor in die "Nadelunten"-Stellung vorgerückt. Die Geschwindigkeit, mit der sich der Motor in dieser Betriebsart dreht, wird durch einen Oszillator bestimmt; sie ist so niedrig, daß der Motor innerhalb plus oder minus 2 Grad der vorbestimmten Stellung angehalten werden kann. Die "Nadelunten"-Stellung wird durch eine Abtastspule des Motors bestimmt, die das Vorbeibewegen eines mit dem Rotor des Motors rotierenden Metallsegments erfasst. In der "Nadelunten"-Stellung kann die Bedienungsperson das Material falls erforderlich um die Nähnadel drehen.

Wenn die Bedienungsperson das Pedal mit dem Absatz betätigt, d.h. es rückwärts aus der neutralen Stellung heraus bewegt, bewegt die Steuerschaltung den Motor aus der "Nadelunten¹¹-Stellung in die "Nadeloben" -Stellung. Die der " Nadeloben¹¹ Stellung entsprechende tatsächliche Rotorstellung kann in 15 Grad-Schritten eingestellt werden und wird durch das Zusammenwirken eines mit dem Rotor des Motors rotierenden Metallsegments und einer Spule bestimmt, die auf einer

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bezüglich der Feldwicklungen des Motors in 15 Grad-Schritten drehbaren Platte angebracht ist.

Aufgrund der Verhältnisse zwischen den Permanentmagneten des Rotors und der Feld-Lamellierung, die zum geringsten magnetischen Widerstand führt, wird der Rotor entweder in der "Nadelunten"-Stellung" oder der "Nadeloben"-Stellung magnetisch einrasten; er wird dann durch die statische Reibung der Nähmaschine gehalten. Der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors kann damit durch relativ langsames, schrittweises Vorrücken exakt in eine ausgewählte Stellung gebracht und dann in dieser Stellung gehalten werden.

Während der Bewegung von der "Fade!unten"-Stellung in die "Nadeloben¹¹-S te llung wird ein weiteres Metallsegment an einer Abtastspule vorbeibewegt und hierdurch ein Abschneidzyklus ausgelöst. Durch den Abschneidzyklus werden in der richtigen Winkelstellung des Rotors Abschheid- und Spannmagnetspulen erregt, so daß, wenn der Rotor die endgültige Stellung erreicht hat, der Faden abgeschnitten und mit der richtigen Fadenlänge von der Nähnadel abstehend vom Material abgezogen wird. In der "Nadeloben"-Stellung kann die Bedienungsperson die Stellung der Nadel im Material für eine andere Nähbehandlung des Materials ändern oder das Material aus der Maschine entnehmen.

Die Bedienungsperson kann das Pedal auch während des Laufbetriebs der Nähmaschine kurzzeitig mit dem Absatz betätigen und erst dann das Pedal in seiner neutralen Stellung freigeben. Die Steuerschaltung überführt dann den Rotor ohne anzuhalten in die "Nadeloben"-Stellung, wobei jed.och der * Rotor zuerst lie "Nadelunten"-Stellung durchläuft, da der Abschneidzyklus nur ausgeführt wird, wenn sich der Rotor von der "Nadelunten"-Stellung in die "Nadeloben"-Stellung bewegt.

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Der bürstenlose Gleichstrommotor ist so konstruiert, daß der Widerstand der Feldwicklungen extrem niedrig ist. Er liegt in der Größenordnung von 0,15 Ohm, womit die im Motor vernichtete Leistung beträchtlich geringer ist als bei anderen, für Nähmaschinen verwendeten Gleichstrommotoren. Die Motortemperatur kann somit zur Sicherheit der Bedienungsperson niedrig gehalten werden.

Durch die Erfindung soll ein verbessertes Antriebssystem für Nähmaschinen geschaffen werden, welches einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einer Vielzahl zusammen mit dem Rotor sich drehender Metallsegmente aufweist. Die Metallsegmente wirken mit Abtastspulen zusammen, die sowohl Signale zur Motorkommutierung als auch zur Identifizierung ausgewählter Stopstellungen des Rotors abgeben. Eines der Metallsegmente wirkt mit einer Abtastspule zusammen, die bezüglich der Feldwicklungen des Motors feststehend angeordnet ist und eine feste Stopstellung des Rotors bezeichnet. Ein anderes Metallsegment wirkt mit einer Abtastspule zusammen, deren Stellung bezüglich der Feldwicklungen ausgewählt werden kann, und die eine einstellbare Stopstellung des Rotors festlegt.

Weiterhin soll die Erfindung eine Nähmaschinen-Motorsteuerung ermöglichen, deren .bürstenloser Gleichstrommotor im Laufbetrieb durch eine Steuerschaltung mit geschlossenem Steuerkreis auf einer vorgewählten Geschwindigkeit gehalten werden kann. Der bürstenlose Gleichstrommotor soll weiterhin durch eine Dynamikbremse schnell bis zum Stillstand oder alternativ bis auf.eine vorbestimmte niedrige Geschwindigkeit abgebremst werden können und dann im Schrittbetrieb durch* einen offenen Steuerkreis auf eine von zwei vorgewählten Stellungen gedreht werden können, in denen sich die Nähmaschine entweder in einer "Nadelunten"-Stellung oder einer "Nadeloben"-Stellung befindet. Der bürstenlose

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Gleichstrommotor kann dann angehalten und in der vorgewählten Stellung arretiert werden.

Die o~ben beschriebene Motorsteuerschaltung soll insbesondere einen Schrittzähler aufweisen, der auf die unmittelbar vor Betrieb des Motors im Schrittbetrieb vorliegende tatsächliche Rotorstellungsinformation voreinstellbar ist.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Nähmaschine von vorn mit einem erfindungsgemäßen Nähmaschinenantrieb;

Pig. 2 eine Seitenansicht der Nähmaschine und des Motors nach Fig.1;

Fig. 5 eine vergrößerte Seitenansicht des Motors mit einer Wählscheibe für die "Nadeloben"-Stellung;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Motorbefestigung auf der Nähmaschine;

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen zum Antrieb der Nähmaschine nach Pig. 1 verwendeten bürstenlosen Gleichstrommotor;

Pig. 6 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des Motors nach Pig.5» aus der insbesondere die Abtast-^ spulen und Geberscheiben ersichtlich sind;"

Fig. 7 eine Querschnittsansicht entlang der linie 7-7 aus Pig.5j aus der die fest angeordneten Abtastspulen ersichtlich sind;

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Fig. 8 eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8 aus Pig. 5, die die drehbaren Abtastspulen zeigt;

Pig. 9 eine Ansicht einer die feststehenden Abtastspulen tragenden Scheibe;

Fig.10 eine Ansicht der einen Seite einer mit dem Rotor des Motors mitrotierenden und dessen Stellung anzeigenden Scheibe, deren Metallsegmente mit den in Fig. 9 dargestellten Abtastspulen zusammenwirken;

Fig.11 eine Ansicht der anderen Seite der die Stellung des Rotors anzeigenden Scheibe, wobei die in dieser Ansicht dargestellten Metallsegmente mit den drehbaren Anzeigespulen nach Fig.12 zusammenwirken;

Fig.12 eine Ansicht einer drehbar im Motor gelagerten Scheibe mit Abtastspulen und entlang des TJmfangs der Scheibe angeordneten Ausnehmungen, die eine Arretierung der Scheibe in 15 Grad-Schritten ermöglichen;

Fig.13 eine Seitenansicht der Scheibe nach Fig.12, aus der ebenfalls die zum Arretieren der Scheibe vorgesehenen Ausnehmungen ersichtlich sind;

Fig.14 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Mhmaschinenantriebs;

Fig.15 ein elektrisches Schaltbild einer Stellungsabtast-" Elektronik;

Fig.16 ein elektrisches Schaltbild eines Motorstellungsregisters;

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Fig.17 ein elektrisches Schaltbild einer Folgelogikgatterschaltung;

Fig.18 ein elektrisches Schaltbild einer Feldwicklungs-Treiberschaltung und einer Schaltung zum dynamischen Bremsen;

Fig.19A und 19B nebeneinandergelegt ein elektrisches Schaltbild einer Steuerlogik;

Fig.20 ein elektrisches Schaltbild einer Spannungs- und Abschneidmagnet spuleri-Schaltung;

Fig.21a bis 21g Diagramme mit Kurvenverläufen, die die Motorsteuerfunktion zeigen;

und

Fig.22a bis 22g Diagramme mit Kurvenformen, die die Absehneid- und Spannfunktionen erläutern.

Im folgenden sollen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen, insbesondere anhand der Fig.1 und 2, die eine auf einem Tisch 11 montierte Nähmaschine 1o zeigen, näher erläutert werden. Die Nähmaschine 1o wird durch einen Motor 15 angetrieben, der mit Hilfe eines Trägers 16 am Rahmen der Nähmaschine 1o befestigt ist, In der in den Fig. 1 und 5 dargestellten Ausführungsform treibt der Motor 15 die Nähmaschine 1o unmittelbar an. Eine Welle 17 (Fig.5) des Motors 15 ist mit einer Hauptwelle 18 der Nähmaschine 1o über eine Kupplungsmuffe 21 direkt gekuppelt, wobei auf der Kupplungsmuffe 21 eine Antriebs- ' trommel 2o aufgeschraubt ist.

Wie in Fig.4- dargestellt ist, kann der Motor 15 alternativ auch mit einem Träger 25 auf der Oberseite des Tisches 11 befestigt sein. In dieser Ausführungsform ist die Welle 17 des Motors 15 und die Hauptwelle 18 der Nähmaschine 1o

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über einen Steuerrieuien 26 gekuppelt. Der Steuerriemen 26 läuft einerseits über eine an der Hauptwelle befestigte Riemenscheibe 27 und andererseits über eine an der Welle des Motors 15 befestigte Riemenscheibe 28. In unmittelbarer Nähe der Riemenscheibe 27 ist an einem am Gehäuse der Nähmaschine 1o befestigten Träger 31 eine Rolle 3o gelagert, die, wie auch eine am Träger 25 der Riemenscheibe 28 benachbart angebrachte Rolle 32, verhindern sollen, daß Zähne 33 des Steuerriemens 26 aus zugeordneten Ausnehmungen 34 der Riemenscheiben 27 und 28 freikommen, wenn das Gehäuse der Nähmaschine 1 ο in die in Fig. 5 gestrichelt eingezeichnete Stellung geschwenkt wird.

Die Nähmaschine 1o weist, wie aus Eig. 1 weiterhin ersichtlich ist, einen unterhalb des Tisches 11 montierten Kasten mit einer elektronischen Steuerung auf, die mit dem Motor über ein Kabel 36 und mit einem Stromversorgungsteil 4o über ein Kabel 41 verbunden ist. Weiterhin ist unter dem Tisch ein Stromversorgungshilfsteil 42 sowie ein Hauptschalterund Sicherungskasten 43 montiert. Die Energieversorgung aus einer herkömmlichen Energiequelle erfolgt über ein am Ende mit einem Stecker 46 versehenes Kabel 45. Die Betriebsenergie wird dem Stromversorgungsteil 4o über ein Kabel 48 und dem Stromversorgungshilfsteil 42 über ein Kabel 49 aus dem Hauptschalter^ und Sicherungskasten 43 zugeführt.

In der Nähe des Bodens ist an einem Stab 56 ein herkömmliches Pedal 55 schwenkbar gelagert und mit Hilfe einer Pittman-Stange 61 an einen Steuerschalterkasten 6o gekuppelt. Der Steuerschalterkasten 6o ist über ein Kabel 62 mit der Steuerschaltung im Kasten 35 verbunden. Der Steuerschalterkasten enthält sechs Schalter, von denen vier wahlweise betätigt werden, wenn die Bedienungsperson das Pedal 55 vorwärtsschwenkt, um die Nähmaschine 1o mit einer von vier programmierbaren Geschwindigkeiten anzutreiben. Ein fünfter Schalter

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ändert bei Betätigung die Ausgangsspannung der Stroraversorgungsteile und ein sechster Schalter bewirkt einen "Nadeloben"-Zyklus, wenn die Bedienungsperson das Pedal mit dem Absatz betätigt.

Schließlich ist unterhalb des Tisches 11 ein Schalter 65 zum Abstellen des Schneidzyklus angebracht, der mit dem Kasten 35 der Steuerschaltung über ein Kabel 66 verbunden ist. Der Kasten 35 weist einen Kühlkörper 7o auf, an dem fünf nachstehend noch näher erläuterte Zenerdioden 71 befestigt sind.

Pig. 5 zeigt einen Querschnitt durch den Motor 15· Der Motor-1 5 ist als bürstenloser G-leichstrommtor ausgeführt. Er weist einen Rahmen mit einem Abschlußdeckel 75» einem zylindrischen Gehäuse 76 und einem inneren Gehäuseteil 77 auf. Zur Befestigung dieser Teile aneinander dienen in Umfangsrichtung beabstandete Bolzen 78. Die Bolzen 78 befestigen außerdem Statorwicklungen 8o am Motorrahmen.

Die Welle 17 des Motors 15 ist mit ihrem einen Ende in einem Kugellager 85 und mit ihrem anderen Ende in einem Kugellager 86 drehbar gelagert. Eine auf der Welle 17 angebrachte und mit ihr drehbare Hülse 9o trägt eine Vielzahl (vorzugsweise 12) Permanentmagnete 92. Die Hülse 9o ist mit Hilfe eines Gewinderings 93 an der Welle 17 befestigt. Der in Fig. 5 gezeigte Motor 15 ist als bürstenloser Gleichstrommotor bekannt; die Kommutierung der Feldwicklungen erfolgt elektronisch mit Hilfe feststehender Abtastspulen, die das Vorbeibewegen von Metallteilen erfassen, die auf der Welle 17 befestigt mit dieser rotieren.

Eine nicht metallische Scheibe 1oo (Fig.6,7 und 9) weist sechs Stellungserfassende Spulen auf. Die Spulen L1,L2,13

und 14 dienen der Motorkommutierung, die Spule L5 erfasst it π

die Nadelunten-Stellung und die Spule L6 ermöglicht die

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Schneidzyklusfunktion. Die Scheibe 1oo ist am inneren Gehäuseteil 77 durch drei Schrauben 1o1 befestigt. Eine in gedruckter Schaltungstechnik hergestellte Scheibe 1o5 ist mit Schrauben 106 der nicht metallischen Scheibe 1oo unmittelbar benachbart am einen Ende der Welle 17 befestigt und wird durch die Welle 17 gedreht. Wie aus Fig.io zu ersehen, weist die Scheibe 1o5 eine Mitnehmernut 1o7 auf, die eine geeignete Ausrichtung der Scheibe 1o5 zum Motorrotor ermöglicht. Auf ihrer der nicht metallischen Scheibe 1oo zugekehrten Seite sind zur Motorkommutierung sechs Metallsegmente 1o8 vorgesehen. Ein Metallsegment 1o9 'identifiziert die "Hadelunten"-Stellung und ein Metallsegment 11 ο identifiziert die "Schneidezyklus"-Stellung.

Eine nicht metallische Scheibe 115 (Fig.5,8,12 und 13) enthält drei stellungsbestimmende Spulen, von denen eine erste Spule L7 für die Punktion der "Nadeloben"-Stellung benötigt wird und zwei Spulen L8 und L9 in einer Motorgeschwindigkeitssteuerung verwendet werden. Die Scheibe 115 ist mit Hilfe von Schrauben 118 am dickeren Ende einer zwei Durchmesser aufweisenden Welle 117 befestigt, wobei sie der sich drehenden Scheibe 1o5 benachbart angeordnet ist. Die Welle 117 ist in einem mit Hilfe von Schrauben 121 an einem Abschlußdeckel 12o befestigten Gleitlager 119 drehbar gelagert. An der Welle 117 ist schließlich mit Sehrauben ein Knopf 125 angebracht, mit dem die "Nadeloben"-Stellung ausgewählt werden kann. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, weist der Knopf 125 einen Ring 127 auf, der in 15 Grad-Schritten voneinander beabstandete Markierungen von "Null" bis "23" trägt. Am Ende des Abschlußdeckels 12o ist eine vertikale Linie 128 vorgesehen, die den gewählten Schritt anzeigt.

Die nicht metallische Scheibe 115 weist 24 entlang ihres TJmfangs in Umfang sr ich tung beabstandete Aussparungen 131 (Fig.12 und 13) auf, in die zwei um 18o Grad versetzte

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und in Öffnungen 134 des inneren Gehäuseteils 77 gehaltene Stahlkugeln 133 eingreifen (eine der Stahlkugeln 133 is-; in Fig. 6 dargestellt). Eine Druckfeder 133 drückt die Stahlkugeln 133 in die Aussparungen 131 und verhindert damit unbeabsichtigtes Verdrehen der Scheibe 115.

Die Drehung der Scheibe 115 wird weiterhin durch einen nach außen abstehenden Stift 141 begrenzt, der mit einem am inneren Gehäuseteil 77 angebrachten Anschlag 142 (Pig.8) zusammenwirkt. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Bedienungsperson die Scheibe 115 um mehr als 345 Grad' in einer Richtung dreht und dadurch die Yerbindungsdrähte der Spulen L7 bis L9 abreißen.

Auf der den Spulen L7 bis L9 zugewandten Seite der sich drehenden Scheibe 1o5 sind Metallsegmente 144 und 145 vorgesehen. Die Metallsegmente 144 wirken mit den Spulen LS und 19 zusammen und bilden einen Signalgenerator, dessen Frequenz eine Punktion der Drehgeschwindigkeit des Motors ist. Das Metallsegment 145 wirkt mit der Spule L7 zusammen und identifiziert die "Nadeloben"-Stellung des Motors 15·

Pig. 14 zeigt ein Blockschaltbild verschiedener bei dieser Erfindung verwendeter Schaltkreise. Der Motor 15 weist einen die Stellung seines Rotors erfassenden Abtaster 15o auf, der, wie bereits erwähnt, die mit Metallsegmenten 108 zusammenwirkenden abtastenden Spulen L1 bis L4 enthält. Damit kann eine Stellungsabtastschaltung 155 Kommutierungssignale an eine Folgelogikschaltung 156 und an Spulentreiber 157 abgeben. Die Spulentreiber 157 geben zu geeigneten Zeitpunkten Strom an die Feldwicklungen des Motors ab", der sich, damit m^.; der gewünschten Geschwindigkeit dreht.

Weiterhin enthält der Motor 15 einen Geschwindigkeitsfühler 152, der die mit den Metallsegmenten 144 zusammenwirkenden abtastenden Spulen L8 und L9 sov/ie Spulen L11 und L12 zum

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Erfassen der Motorgeschwindigkeit aufweist und der Eingangssignale einer Steuerlogikschaltung 16o liefert. Der Steuerlogikschaltung 16o v/erden weiterhin Steuersignale aus der fußbetätigten Steuerschaltung des Steuerschaltungckastens 60 zugeführt. Sie liefert die Steuersignale,die den Motor sowohl in die Stellung "Nadel unten" als auch "Nadel oben" bringen, die den Motor mit Hilfe einer Dynainikbremse 162 anhalten und die Abschneide- und Spannmagnetspulen über eine Schaltung 164 betätigen. Die Stromversorgungsteile 140 und 142 sind in Pig. 14 ebenfalls in Blockschaltbildform dargestellt.

Pig. 15 zeigt ein elektrisches Schaltbild der elektronischen Stellungsabtastschaltung 155 zur Abtastung der Rotorstellung. Die in dieser Erfindung verwendete elektronische Schaltung entspricht der in der US-Patentschrift 3 714 532 beschriebenen Schaltung insoweit, als die abtastenden Spulen Bestandteil von Resonanzschaltungen sind, die durch die Metallsegmente abgestimmt bzw.verstimmt werden, wenn sich diese Metallsegmente bei Rotation an den Spulen vorbeibewegen.

Den Induktoren bzw. abtastenden Spulen L1 - L9 wird aus einem auf eine feste Frequenz abgestimmten Oszillatorschaltkreis 17o ein Hochfrequenzstrom zugeführt. Der Oszillatorschaltkreis 17o besteht aus einem einen Transistor Q1 aufweisenden Oszillator, dessen Frequenz durch Kondensatoren 07'-Gg¹ und einer Induktivität Ho bestimmt wird sowie aus einer komplementären Emitterfolgerschaltung mit Transistoren Q2 und Q3. Der Oszillator arbeitet vorzugsweise auf einer _ Frequenz von etwa 1 MHz.

Der Ausgang des Oszillatorschaltkreises 17o ist über einen Kondensator C10 mit einer gemeinsamen Leitung 172 und über Kopplungswiderstände R1 bis R9 mit den abtastenden Spulen L1 - 19 verbunden. Die abtästenden Spulen L1 - L9 sind mit

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Hilfe von Kondensatoren C1 - C9 auf Resonanz bei der Oszillatorfrequenz abgestimmt, wobei jedoch das rotierende Metallsegment vorzugsweise nicht auf die abtastende Spule ausgerichtet ist.

Die an der abtastenden Spule anliegende Spannung wird deshalb davon abhängen, ob das Metallsegment der Spule benachbart ist oder nicht. Die an jeder Spule anliegende Wechselspannung wird durch die Dioden D1 - D9 gleichgerichtet. Die Dioden D1 und D2 sind an einen als Gleichstromkomparator dienenden Differentialverstärker 175 und die Dioden D3 und D4 an einen Differentialverstärker 176 angeschlossen. Beide Differentialverstärker dieser Ausführungsform der Erfindung sind Operationsverstärker der Motorola-Type MC17o9C, die als G-leichstromkomparatoren verwendet werden.

Wie im oben erwähnten Patent beschrieben wird, ermöglicht die Verwendung komplementärer Paare von abtastenden Spulen genaues Schalten des durch die Feldwicklungen des Motors fließenden Stroms, während Winkelfehler weitgehend vermieden werden und das Ausgangssignal des Differenzverstärkers im wesentlichen von der Frequenz und der Amplitude des vom Oszillatorschaltkreis 17o gelieferten Erregerstroms unabhängig ist.

Die an den abtastenden Spulen L5,L6 und L7 auftretende Spannung wird durch Dioden D5,D6 und D7 gleichgerichtet und jeweils Verstärkerschaltkreisen 178,179 und 18o zugeführt. Die abtastende Spule L5 erfasst die der "Uadelunten"-Stellung entsprechende Rotorstellung des Motors, die Spule L6 erfasst die Stellung des Rotors in der Abschneidbetätigungsstellung und die Spule L7 erfasst die der "IJädeloben"-Stellung entsprechende Rotorstellung.

Auf entsprechende Weise wird die an den Spulen L8 und L9

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anliegende Spannung durch Dioden DS und D9 gleichgerichtet und das Gleichstrompotential einem Differenzverstärker 177 zugeführt. Die Spulen L8 und L9 tasten das Muster der Metallsegmente 144 auf der Scheibe 1o5 des Rotors ab; das Ausgangssignal des Differenzverstärkers177 ist damit etwa sinusförmig, seine Phase wird mit Hilfe der unten stehend näher erläuterten elektronischen Schaltung zur Geschwindigkeitssteuerung des Rotors verwendet.

Im folgenden soll die Motorkommutierungsschaltung im Zusammenhang mit den abtastenden Spulen L1 - L4 näher erläutert werden. Das direkte Ausgangssignal des Differentialverstärkers 175 ist mit 0Λ bezeichnet. Das direkte Ausgangssignal wird außerdem einem Inverter 181 zugeführt, dessen Ausgangssignal mit ψ\ bezeichnet ist. Entsprechend wird das direkte Ausgangssignal des Differentialverstärkers 176 mit 02 und das Ausgangssignal eines Inverters 182 mit $2 bezeichnet. Die vier zuletzt erwähnten Ausgangssignale werden, wie unten stehend erläutert wird, zur Steuerung des durch die Feldwicklungen des Motors fließenden Stroms verwendet.

Fig. 17 zeigt ein elektrisches Schaltbild einer Folgelogik-Gatterschaltung, die den durch die Feldwicklungen 80 des Motors 15 fließenden Strom steuert. Die Gatterschaltung weist acht NAND-Gatter auf, von denen vier (185a-185d) bei Betrieb des Motors als bürstenloser Gleichstrommotor benutzt werden und von denen die anderen vier (186a-186d) im Schrittbetrieb des Motors wirksam sind. In den nachstehend beschriebenen Schaltungen werden die meisten Bauteile durch Signale gesteuert, die entweder einer logischen "1" oder einer logischen "0" entsprechen. Der logischen "1" entspricht typischerweise eine Gleichspannung in der Größenordnung von 15 Volt, während die logische "0" anzeigt, daß die Schaltung mit Masse verbunden ist. Bei

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einem NAND-Gatter müssen alle Eingangssignale eine logische "1" zeigen, damit sich sein Ausgangssignal von einer logischen "1" in eine logische "0" ändert.

Jedes der NAILD-Gatter 185a-185d weist drei Eingänge auf, von denen einer mit einer gemeinsamen Einschaltleitung und die beiden anderen mit jeweils einem der Ausgänge der Differentialverstärker 175 bzw. 176 oder der Inverter 161 bzw. 182 verbunden sind. Z.B. erhält das NAND-Gatter 1 8pa als Eingangssignale die Signale 0Λ , 02 und das Signal der gemeinsamen Einschaltleitung 19o. Wenn alle Eingangssignale des NAND-Gatters 185a eine logische "1" führen, wird ein Transistor Q4 in seinen leitenden Zustand geschaltet. Entsprechend werden Transistoren Q5,Q6 und Q7 entsprechend der Steuerung durch die die Rotorstellung erfassenden Spulen IA bis 14 der Reihe nach in ihren leitenden Zustand geschaltet.

Der Zusammenhang zwischen den Metallsegmenten 1o8 und den die Rotorstellung erfassenden Spulen L1 - L4 ist dergestalt, daß ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird, das dem Rotorfeld im Mittel um 9o Grad als dem theoretisch optimalen Drehmomentwinkel voreilt.

Die Ausgangssignale der Transistoren Q4 - Q7 sind in Fig.17 mit QA-QD bezeichnet und werden der in Fig.18 dargestellten Feldspulen-Treiberschaltung zugeführt. Die Ausgangssignale dieser Transistoren werden außerdem den Kontakten eines Wählschalters SW7 zugeführt, dessen Stellung durch, den am Motorgehäuse angebrachten Knopf 125 bestimmt wird. Die in Fig. 3 auf dem Ring 127 dargestellten Buchstabenbezeichnungen entsprechen den Buchstabenbezeichn'ungen des Wählschalters SW7.

Die folgenden Erläuterungen gelten der Feldspulen-Treiberschaltung nach Fig.18. Die AusgangsSignale QA-QD der Folgelogik-Gatterschaltung nach Fig. 17 werden Leistungs-

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Treiberschaltungen 195 - 198 zugeführt. Die Leistungs-Treiberschaltung 198 ist im einzelnen dargestellt; sie weist fünf parallel geschaltete Darlington-Leistungstransistoren auf. Das Ausgangssignal QD wird den Steuerelektroden der Darlington-Leistungstransistoren zugeführt und steuert den hindurchfließenden Strom. Wenn die Darlington-Leistungstransistoren durchgesteuert sind, fließt Strom durch die Hotorfeidwicklung SoD. Jeder Darlington-Leistungstransistor ist mit einem Widerstand RD (etwa 2 Ohm) in Serie geschaltet, der an einem von den Motorwicklungen abgelegenen Ort Motorleistung vernichten und die Darlington-Leistungstransistoren zur Stromaufteilung veranlassen soll.

Beim nachfolgenden Abschalten der Darlington-Leistungstransistorenwird die im magnetischen Feld um die Feldwicklungen des Motors gespeicherte Energie in einer Serienschaltung aus fünf Zenerdioden 2oo und einem Widerstand Rz vernichtet. Die Serienschaltung der Zenerdioden 2oo weist eine Durchbruchsspannung von 11o Volt auf und begrenzt die an den Kollektoren der Darlington-Leistungstransistoren auftretende Spannung beim Zusammenbrechen des Magnetfelds in den Feldwicklungen des Motors.

Die Geschwindigkeit des Motors wird im Betrieb als bürstenloser Gleichstrommotor durch Modulieren der gemeinsamen, die NAND-Gatter I85a-185d wirksam schaltenden Einschaltleitung 19o (Fig.17) gesteuert. Die Geschwindigkeit des Motors kann auf diese Weise durch Steuerung der den Feldwicklungen des Motors zugeführten mittleren Leistung geregelt werden. .

Im folgenden sollen die Fig. 19A und 19B erläutert werden. Die Geschwindigkeit des Motors wird mit Hilfe der im Steuerschalterkasten 6o angeordneten Schalter SW4 - SW6 gewählt. Der ebenfalls im Steuerschalterkasten 6o ange-

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- 2ο -

ordnete Schalter SW2 (Pig.19A) wird hierzu geschlossen und bleibt geschlossen solange der Motor als bürstenloser Gleichstrommotor betrieben v/ird. Dieser Schalter ist als einpoliger Schalter mit zwei Stellungen.ausgebildet, an dessen Ausgang in einer "Lauf"-Stellung eine logische "O" und in einer "Stop"-Stellung eine logische "1" ansteht. Befindet sich der Schalter SW2 in seiner "lauf"-Stellung so ist der Motor wenigstens auf die niedrigste seiner vier programmierbaren Geschwindigkeiten eingestellt.

Die Schalter SW4, SW5 und SW6 schließen der Reihe nach und bleiben geschlossen, wenn die Bedienungsperson höhere Motorgeschv/indigkeiten einschaltet. Eine Zenerdiode 22o gibt eine im wesentlichen konstante Spannung unmittelbar an Geschwindigkeitssteuerwiderstände R48, R49 und R5o ab. Mit zunehmender Anzahl geschlossener Schalter nimmt der Bezugsstrom in einer Leitung 225 ebenfalls zu. Der obenstehend beschriebene Signalgenerator gibt über den Differenzverstärker 177 ein im wesentlichen sinusförmiges Ausgangssignal ab, dessen Phase am einstellbaren Schleifer des Potentiometers R36 auf die Stellung des Rotors bezüglich der Motorfeldwicklungen bezogen ist. Der im Widerstand R37 fließende Strom wird zum Bezugsstrom hinzuaddiert und bestimmt die Ausgangsspannung eines Verstärkers 23o.

Die Ausgangsspannung des aufsummierenden Verstärkers 23o ist mit E ref bezeichnet und in der Kurvenform 233 in Pig. 21C dargestellt.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 23o wird über einen Widerstand R39 einem zweiten aufsummierenden Verstärker zugeführt. Das andere Eingangssignal dieses Verstärkers ist eine der Geschwindigkeit entsprechende Spannung Ef, die in bifilar mit den Motorfeldwicklungen 8o gewickelten Spulen L11 und L12 erzeugt wird. Die in diesen Spulen erzeugte Spannung ist eine Funktion der Motorgeschwindigkeit;

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sie. wird durch« Gleichrichter 241 und 242 in Gleichstrom umgewandelt und dem zweiten summierenden Verstärker 24o über eine Drossel L13 und Widerstände R4o und R41 zugeführt. Die Drossel L13 dämpft die Hochfrequenzschwingneigung aufgrund der Kopplung zwis.chen den Spulen L11 und L12 und den Motorfeldwicklungen 8o.

Das Eingangssignal des zweiten summierenden Verstärkers kann deshalb abhängig von den relativen Amplituden des Geschwindigkeitssteuersignals E ref (Ausgangsspannung des Verstärkers 23o) und des Geschwindigkeitsrückkopplungssignals Ef (von den Spulen L11 und L12 erzeugte Spannung) positiv, negativ oder alternierend sein.

Im folgenden soll Pig. 21 näher erläutert werden. Die horizontalen gestrichelten linien el, e2, e3 und e4 in Fig.21c zeigen die verschiedenen Geschwindigkeitsrückkopplungssignale. Wenn das Geschwindigkeitsrückkopplungssignal den Wert el hat, erkennt man, daß dieser Wert kleiner ist als die Auslenkung der Kurvenform 233 und daß deshalb der zweite summierende Verstärker 24o das in Pig. 21d dargestellte Ausgangssignal abgibt. Aufgrund dieses Ausgangssignals wird die gemeinsame Einschaltleitung 19o ständig angeschaltet sein. Wenn das Geschwindigkeitsrückkopplungssignal auf den Wert e2 zunimmt, wird die gemeinsame Einschaltleitung für etwa 65$ der Zeit angeschaltet sein (Fig.21e). Bei weiterer Zunahme des Geschwindigkeitsrückkopplungssignals auf die Spannung e3, wird die gemeinsame Einschaltleitung 19o für etwa 2o$ der Zeit (Pig.21f) angeschaltet sein. Wächst das Geschwindigkeitsrückkopplungssignal schließlich auf die Spannung e4 oder darüber an, so wird die gemeinsame Einschaltleitung 19o in keinem Fall angeschaltet (Pig.21g).

Pig. 21a zeigt die Kurvenform des Ausgangssignals des Differentialverstärkers 175 (Pig.15), während Pig. 21b die

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Kurvenform des Ausgangssignals des Differentialverstärkers I76 zeigt. Die Buchstaben A,B,C und D in Jig. 21a bezeichnen die aus den Kurvenformen der Pig.21 a und 21b ableitbaren Quadranten, die mit den Kurvenformen nach den Pig. 21 e und 21f nach Phase und Frequenz in Beziehung stehen.

Wie in den Fig.. 19A und 19B dargestellt ist, wird das Ausgangssignal des summierenden Verstärkers 24o einem Gatter 242A zugeführt. Das Gatter 242A benötigt zwei weitere Eingangssignale. Ein Eingangssignal wird über einen Inverter 243 vom Schalter SV/2 zugeführt. Das andere Eingangssignal wird ebenfalls vom Schalter SW2, jedoch über einen Verzögerungsschaltkreis mit einem Widerstand R52, einem Kondensator C28 und einem Inverter 244 zugeführt. Das Ausgangssignal des Inverters 244 wird um etwa 35 Millisekunden verzögert, was sicherstellt, daß die Leistungsrelaiskon takte geschlossen sind, bevor ein hoher Strom über diese Kontakte fließen kann. Die Kontakte werden hierdurch vor Beschädigungen geschützt.

Das Stromversorgungsteil gibt eine höhere Spannung ab, wenn der durch die Schalter SW5 und SW6 bestimmte Geschwindigkeitsbereich eingestellt wird.

Wenn die Bedienungsperson das Pußpedal losläßt, wird der Motor abgebremst und dann im Schrittbetrieb in eine vorbestimmte Stellung getrieben. Zum schnelleren Abbremsen des Motors wird eine Dynamikbremse verwendet, die vorteilhaft die Generatorwirkung des Motors zur Erzeugung eines Gegendrehmoments ausnutzt. Jede der in Fig.18 gezeigten Leib.ungs-Treiberschaltungen 195 - 198 weist Triaos 25o auf, die über die Motorfeldwicklungen geschaltet sind. Jeder Triac 25o wird durch einen Reed-Relaiskontakt 251 gesteuert, der mit Hilfe einer Magnetspule bzw, eines Reed-Relais K1 geschlossen wird. Die auch in Fig.19B dar-

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gestellte Reed-Relaisspule K1 wird, gesteuert von einem Gatter 255 durch den Strom eines Transistors Q8 erregt.

Der Bremsbetrieb beginnt, sobald der Schalter SW2 aus der ¹¹ lauf"-Stellung in die "Stop"-Stellung umgeschaltet wird und dauert solange, bis der Motor entv/eder stillsteht oder seine Geschwindigkeit soweit abgenommen hat, daß der Schrittbetrieb beginnen kann.

Durch den Schrittbetrieb kann der Motor mit sehr hoher Genauigkeit in einer von zwei vorbestimmten Stellungen angehalten werden, da der Motor zuerst schnell aus seiner Laufgeschwindigkeit abgestoppt oder wenigstens auf eine langsame gesteuerte Geschwindigkeit abgebremst wird, die das Anhalten des Motors in der obengenannten Stellung ermöglicht. In der vorliegenden Erfindung wird der bürstenlose Gleichstrommotor in einem offenen Steuerkreis durch aufeinanderfolgendes Erregen der Motorfeldwicklungen als Permanentmagnet-Schrittmotor betrieben. Die Schrittgeschwindigkeit wird durch einen Oszillator gesteuert und ist langsam genug, um den Motor mit der für die vorgesehene Verwendung ausreichenden Genauigkeit anhalten zu können.

Die Motorgeschwindigkeit wird, wie obenstehend beschrieben, mittels der Ausgangsspannung der Spulen L11 und L12 erfasst. Diese Gleichspannung wird einer Spannungsabtastschaltung zugeführt, die, wenn die Ausgangsspannung unter einen durch einen Widerstand R27 und Dioden CR14 und CR15 festgelegten Schwellwert fällt über das Ausgangssignal eines Verstärkers 262 ein Flip-Flop Fl setzt. Das Setzen des Flip-Flops F1 kann mit Hilfe eines Kondensators C33 verzögert werden, wobei durch Wahl des Werts des Kondensators C33 flexibel festgelegt werden kann, wie weit der Motor abgebremst werden muß, bevor der Schrittbetrieb beginnen kann.

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Wurde das Flip-Flop F1 gesetzt, so schaltet es ein Gatter 265 wirksam,- das seinerseits einen Unijunction-Oszillator 27o einschaltet. Der erste Ausgangsimpuls dieses Oszillators 27o schaltet ein Flip-Flop F2 ein, wodurch eines der Ausgangssignale des Flip-Flops F2 das Gatter 255 und damit die Reed-Relaisspule K1 abschaltet und den Bremsbetrieb des Motors beendet. '

Das Ausgangssignal des Flip-Flops F1,das im Setzzustand anzeigt, daß die Motorgeschwindigkeit auf einen gewünschten Wert abgenommen hat, dient weiterhin zum Wirksamschalten eines Gatters 275. Das v/eitere Eingangssignal des Gatters 275 wird aus dem Flip-Flop F2 zugeführt, das erst gesetzt wird, nachdem der Oszillator 27o den ersten Impuls erzeugt hat. Über eine Ausgangsleitung des Gatters 275 wird NAND-Gattern 277,278,279 und 28o an jeweils einem Eingang ein Einschaltsignal zugeführt. Das andere Eingangssignal der NAND-Gatter 277,278,279 und ist die RotorStellungsinformation der Spulen L1 - L4. Auf diese Weise können Flip-Flops FA und FB (Fig.16) entsprechend dertatsächlichen Rotorstellung voreingestellt und die Synchronisierung des Rotors mit dem voreilenden Magnetfeld während des Übergangs vom Bremsbetrieb zum Schrittbetrieb sichergestellt werden.

Das Flip-Flop F2 wird durch die Hinterflanke des ersten vom Unijunction-Transistor-Oszillator 27o abgegebenen Impulses gesetzt, worauf dessen F2~ - Ausgangs signal das Gatter 275 abschaltet, das F2-Ausgangssignal über eine leitung 281 ein Gatter 285 (Fig.16) einschaltet und somit dem Oszillatorausgangssignal TTJ über eine Leitung 286 beginnend mit dem zweiten Oszillatorimpuls das Fortschalten der als Folgezähler verbundenen Flip-Flops FA und FB ermöglicht.

Die AusgangssignaIe der Flip-Flops FA und FB sind ent-

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sprechend den Signalen 01 , "$ϊ, 02 und ~ψΐ phasenverschobene Bechtecksignale FA,FÄ, FB und FB. Diese werden NAND-Gattern 186a - 186d zugeführt. Die Arbeitsweise der NAND-Gatter 186a - 186d entspricht der Arbeitsweise der NAND-Gatter 185a - 185d bei Betrieb des Motors als bürstenloser Gleichstrommotor.

Den NAND-Gattern 186a - 186d werden jeweils zwei Eingangssignale gemeinsam zugeführt. Wie noch untenstehend näher erläutert wird, werden über eine Leitung 29o ein Schritt-Einschaltsignal aus dem Flip-Flop F2 und über eine Leitung 295 ein Abschalt-Verzögerungssignal aus einem Flip-Flop F3 zugeführt.

Entsprechend den Maßnahmen der Bedienungsperson wird der Motor in eine von zwei Stellungen vorgerückt und dann angehalten. Wenn die Bedienungsperson das Fußpedal lediglich freigibt, dieses also in eine neutrale Stellung zurückkehren kann, so hält der Motor in der "Nadelunten"-Stellung an. Wenn die Bedienungsperson das Fußpedal mit dem Absatz betätigt und hierdurch den Schalter SW1 schließt, so wird der Motor in der "Nadeloben"-Stellung angehalten.

Um in der"Nadelunten"-Stellung anzuhalten, läßt die Bedienungsperson das Fußpedal lediglich los; dieses kehrt in seine neutrale Stellung zurück und bewegt hierbei den Schalter SW2 in die Stop-Stellung. Die zum Anhalten des Motors in der "Nadelunten"-Stellung erforderlichen Bedingungen werden durch ein Gatter 3oo erfasst. Das Gatter 3oo hat vier Eingänge, von denen jeder eine logische "!"-Bedingung führen muß, um die Schrittimpulse·vom Motor abzuschalten. Eines der Eingangssignale wird über die Leitung 29o zugeführt und zeigt an, daß das Flip-Flop F2 gesetzt ist, die Anordnung also im Schrittbetrieb arbeitet. Ein anderes Eingangssignal wird über eine Leitung 3o2 aus

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dem in Pig. 17 dargestellten Schaltkreis zugeführt und zeigt an, wann die Motorfeldwicklung 8oA erregt ist. Auf diese Weise kann der Rotor beim Anhalten des Motors genau ausgerichtet werden.

Ein drittes Eingangssignal wird über eine Leitung 3o5 vom Ausgang des Verstärkers 179 zugeführt, wenn die abtastende Spule L5 das Metallsegment 1o9 erfasst. Das vierte Eingangssignal wird schließlich über eine Leitung 3o6 aus einem Flip-Flop F4 zugeführt; es zeigt an, daß das Fußpedal nicht mit dem Absatz betätigt wurde, da der Motor im "Lauf"-Betrieb arbeitet. Wie aus Fig.19A ersichtlich ist, wird das Flip-Flop F4 durch ein über eine Leitung 21 ο zugeführtes Eingangssignal zurückgestellt, wenn der Schalter SW2 ursprünglich geschlossen v/ar.

Wenn alle vier Bedingungen erfüllt sind * wird über eine Leitung 3o8 ein Setzsignal an das Flip-Flop F3 abgegeben. Das Flip-Flop F3 wird ebenfalls über den Schalter SW2 zurückgesetzt, wenn der Motor zuerst im "Lauf"-Betrieb gearbeitet hat.

Das 1?3"-Ausgangs signal des Flip-Flops F3 schaltet über eine Leitung 31 ο das Gatter 265 unwirksam und den ünijunction-Oszillator 27o ab. Dasselbe Ausgangssignal schaltet auch das Gatter 285 (Fig.16) unwirksam und beendet so das Fortschalten der Flip-Flops FA und FB und damit auch die aufeinanderfolgende Stromzuführung zu den Motorfeldwicklungen. Schließlich wird das F3-Ausgangssignal des Flip-Flops F3 den NAID-Gattern 186a - 186d (Fig.17) über einen Verzögerungskreis 315 zum Abschalten zugeführt.

Der Yerzögerungskreis 315 verzögert das Abschalten der Antriebsenergie von den Motorfeldwicklungen um etwa o,6 Sekunden und ermöglicht so das exakte Stabilisieren des

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Rotors in der gewünschten Stellung.

Weiterhin ist ein Gatter 318 vorgesehen, an dessen drei Eingängen eine logische "1"-Bedingung anliegt, wenn der Motor die "Nadeloben"-Stellung erreicht, wobei das erste Eingangssignal über die Leitung 29o, das zweite über die Leitung 3o2 und das dritte über die Leitung 3o5 zugeführt wird. Das Gatter 318 gibt über eine Leitung 319 ein Ausgangssignal ab und setzt dadurch zu diesem Zeitpunkt ein Flip-Flop F5.

Damit wird, wenn die Bedienungsperson das Fußpedal freigibt, der Schrittbetrieb des Motors beendet, sobald der Rotor des Motors die gewünschte Stellung erreicht hat. Nachdem sich der Rotor exakt in der gewünschten Stellung stabilisiert hat, wird die Antriebsenergie vom Motor abgeschaltet.

Die Bedienungsperson kann den Motor in einer der vorgewählten"Nadeloben"-Stellungen anhalten, indem sie das Fußpedal mit dem Absatz bewegt und hierdurch den Schalter SW1 schließt. Dies kann sowohl während des kontinuierlichen Laufs der Maschine als auch nach dem Anhalten des Motors in der "Nadelunten"-Stellung erfolgen.

Um den Motor in der "Nadeloben"-Stellung anzuhalten, müssen fünf Bedingungen zutreffen, die von einem Gatter 32o erfasst werden. Erstens muß über die Leitung 29o ein Eingangssignal zugeführt werden, welches anzeigt, daß das Flip-Flop F2 gesetzt ist und daß die Anordnung im Schrittbetrieb arbeitet. Zweitens muß die richtige Motorfeldwicklung erregt sein, was durch eine logische "1" auf einer vom Schalter SV/7 (Fig. 17) kommenden Leitung 321 angezeigt wird..

Der Schalter SV/7 wird von Hand entsprechend den Buchstaben-

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Bezeichnungen auf dem Ring 127 (Fig. 3) eingestellt. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Schalter SV/7 und der Knopf 125 gleichzeitig gedreht werden. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Stellung des Knopfs 125 und die ausgewählte "Nadeloben"-Stellung exakt übereinstimmen.

Das dritte Eingangssignal wird dem Gatter 32o zugeführt, wenn die Spule L7 das Metallsegment 145 erfasst und der Verstärker 178 über eine leitung 325 ein Ausgangssignal abgibt. Die vierte Bedingung besteht in einer logischen "1" auf einer vom Flip-Flop F4 kommenden Leitung 326, wobei das Flip-Flop F4 gesetzt wird, wenn die Bedienungsperson das Fußpedal mit dem Absatz betätigt und damit den Schalter SW1 schließt. Die fünfte Bedingung wird durch ein über eine Leitung 327 vom Flip-Flop F5 abgegebenes Ausgangssignal bestimmt, wobei das Flip-Flop F5 anzeigt, daß der Motor die "Nadelunten"-Stellung überschritten hat. Wie untenstehend noch erläutert wird, muß sich der Motor in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch die "Nadelunten"-Stellung hindurch in eine der ausgewählten "Nadeloben"-Stellungen bewegen, um einen Schneidzyklus zu vervollständigen.

Auf einen durch den Absatz gegebenen Befehl setzt ein monostabiler Multivibrator 33o das Flip-Flop F3 zurück. Das Flip-Flop F3 wird damit gesetzt, wenn der Motor die "Nadelunten¹¹-Stellung erreicht, sofern die Bedienungsperson das Fußpedal nicht zuvor mit dem Absatz betätigt hat; es wird sodann zurückgesetzt, wenn die Bedienungsperson das Fußpedal nachfolgend mit dem Absatz betätigt, um den Motor in die "Nadeloben"-Stellung zu bringen und es wird erneut gesetzt, wenn die "Nadeloben"-Stellung erreicht ist.

Sobald alle Eingänge des Gatters 32o einen logischen

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"1"-Pegel führen, wird ein Ausgangssignal erzeugt, das über die Leitung 3o8 das Flip-Flop F3 setzt und den Schrittbetrieb des Motors, wie bereits im Zusammenhang mit der "Nadelunten"-Stellung beschrieben, beendet.

Jedesmal wenn sich der Motor aus der "Nadelunten"-Stellung in die "Nadeloben"-Stellung bewegt, bewirkt der in Fig.2o dargestellte Schaltkreis einen Schneidzyklus. In der richtigen Winkelstellung des Motors werden die Abschneide- und Spannmagnetspulen erregt und der Faden wird, sobald die "Nadeloben¹¹-Stellung endgültig erreicht ist, abgeschnitten und vom Material entfernt, wobei die richtige Fadenlänge an der Nadel verbleibt. Dieser Betriebszyklus kann verhindert werden, wenn die Bedienungsperson den auf der Vorderseite der Nähmaschine angebrachten Schalter zum Abstellen des Schneidzyklus SW8 betätigt.

Beim Vorbeibewegen des Metallsegments 11 ο an der abtastenden Spule L6 wird ein Schneidezyklussignal erzeugt. Dies führt zu einem Ausgangssignal des Verstärkers 18o auf einer Leitung 331, das einem Verzögerungskreis 332 und einem Gatter 335 zugeführt wird. Die Yfellenform des Ausgangs- ' signals des Verstärkers 18o ist in Fig. 22a dargestellt, während Fig. 22b das Ausgangssignal des Verzögerungskreises 332 zeigt, dessen Hinterflanke um 10 Millisekunden verzögert ist. Das Ausgangssignal des Verzögerungskreises 332 wird dem Gatter 335 und einem Gatter 34o zugeführt.

Ein in Fig. 22c dargestelltes Schneid-Freigabesignal wird von einem Gatter 345 auf einer Leitung 34-1 erzeugt. Das Gatter 345 nimmt hierzu zwei Eingangssignale auf," eines über eine Leitung 327 aus dem Flip-Flop F5, das gesetzt wird, wenn der Motor durch die "Nadelunten"-Stellung tritt und ein anderes über die Leitung 326 aus dem Flip-Flop F4, das gesetzt wird, wenn die Bedienungsperson beim Abrufen

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- 3ο -

der "ITadeloben"-Stellung den Schalter SVH schließt. Das Schneidfreigabesignal wird dexn Gatter 34o und einem Gatter 35o zugeführt. Das Ausgangssignal des Gatters 34o ist in Fig. 22d dargestellt und wird zur Erregung einer Schneid-Magnetspule L14 einem Schalterkreis 547 zugeführt. An die Schneid-Magnetspule LH sind eine Diode CR49 und ein Kondensator C29 angeschlossen, wodurch das für einen zweckmäßigen Schneidbetrieb erforderliche weiche Abfallen ermöglicht wird.

Das Gatter 335 erzeugt ein Ausgangssignal, das, zusammen mit einem Signal auf einer Leitung 341 dem. Gatter zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Gatters 35o ist ein in Fig. 22e dargestellter 10 Millisekunden-Impuls, der ein Flip-Flop F6 setzt. Das Ausgangssignal des Flip-Flops F6 ist in Fig. 22f dargestellt. Es wird zusammen mit dem Signal auf der vom Flip-Flop F3 kommenden Leitung 31 ο einem Dioden-TOD-Gatter zugeführt, dessen Ausgangssignal an einen Schalterkreis 36ο abgegeben wird. Der Schalterkreis 36o steuert, wie in Fig. 22g dargestellt ist, den Strom durch eine Spannungs-Magnetspule L15.

Die Spannungs-Magnetspule L15 wird unmittelbar nach dem Setzen des Flip-Flops F3 freigegeben, wobei das Flip-Flop 3?3 gesetzt wird, wenn der Motor die "ITadeloben"-Stellung erreicht. Das Flip-Flop F6 wird nach dem Schließen des Schalters SW2 durch ein Signal auf der Leitung 21 ο zurückgesetzt, wenn die Bedienungsperson den Motor durch Drücken des Fußpedals für den weiteren Uähbetrieb anlaufen läßt.

409849/0736 - Patentansprüche:

Claims (16)

Patentansprüche

1.!Nähmaschinenantrieb mit einem Gleichstrommotor und einer die gewünschte Geschwindigkeit des Laufbetriebs, den dynamischen Bremsbetrieb, sowie die Nähnadelstellung bei Stillstand entsprechend der Stellung eines Bedienungsschalters steuernden Steuerung, wobei der Gleichstrommotor mit einem eine bestimmte Nähnadelstellung erfassenden Positionsgeber der Steuerung gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor (15) als bürstenloser Gleichstrommotor mit einer Vielzahl Feldwicklungen (8o)' und einem Permanentmagnetrotor (9o,92) ausgebildet ist, daß die Feldwicklungen (8o) an eine Steuerschaltung (Fig.17,18) angeschlossen sind, die auf Steuersignale hin, durch Steuerung der" Erregung der Feldwicklungen (8o) ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, daß eine erste Schaltung (L 8, L 9, 177, L 11 , L 12, 241,242,26o,23o, 24o, L 1 - L 4, 175,176,181,182) vorgesehen ist, die die Steuersignale.entsprechend der durch die Stellung des Bedienungsschalters (SW 1 - SW 7) bestimmten, gewünschten Geschwindigkeit an die Steuerschaltung(Fig.i7, 18) abgibt, daß eine zweite Schaltung (27o,FA,FB) vorgesehen ist, die die Steuersignale mit festgelegter Folgegeschwindigkeit an die Steuerschaltung (Fig.17,18) abgibt, und daß auf den Bedienungsschalter (SW 1 - SW 7) ansprechende Schaltkreise (F1,F2,F3,F4,F5) vorgesehen sind, die im Laufbetrieb die erste Schaltung (L8,L9, 177,L11,L12,241,242,26o,23o,24o,L1-L4,175,176,181,182) wirksam schalten und beim Übergang vom Laufbetrieb zum Stillstand zuerst eine dritte, den Gleichstrommotor (15) dynamisch abbremsende Schaltung (K1,2oo,25o) und dann zum schrittweisen Vorrücken des Gleichstrommotors (15) die zweite Schaltung (27o,FA,FB) solange wirksam schalten, bis der Positionsgeber (L5,1o9) die bestimmte Nähnadelstellung erfasst.

0984 9/073'δ

2. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Schaltung (I8,L9,177, 111 ,112,241 ,242,260,230,240,11-14,175,176,181,182) die Steuersignale entsprechend der von zweiten Positionsgebern (L1-I4,175,1 76,181,182) ermittelten Winkelstellung des Permanentmagnetrotors (9o,92) an die Steuerschaltung (Fig.17,18) abgibt und hierdurch die Feldwicklungen (8o) aufeinanderfolgend

' erregt.

3. Nähmaschinenantrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch.gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (L8, L9,177,111,L12,241,242,26o,23o,24o,L1-L4,1 75,176,181 ,182) einen die Geschwindigkeit des Permanentmagnetrotors (9o,92) erfassenden Geschwindigkeitsgeber (L11,L12,241), 242,26o) sowie einen auf die Stellung des Bedienungsschalters (SW1-SW7) ansprechenden und ein der gewünschten Geschwindigkeit entsprechendes Bezugssignal abgebenden Bezugssignalgeber (22o,R47-R5o) aufweist und ein der Differenz des Bezugssignals und des vom Geschwindigkeitsgeber (L11 ,112,241,242,26o) abgegebenen Signals entsprechendes Signal als Steuersignal an die Steuerschaltung (Fig.17,18) abgibt.

4. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal ein Gleichstromsignal ist, daß die erste Schaltung (L8,L9,177,L11,L12,241,242,26o,23o, 24o,L1-l4,175,176,181,182) weiterhin einen mit dem Gleichstrommotor (15) gekuppelten dritten Positionsgeber (L8, L9,144,177) aufweist, der ein der Stellung des Permanentr magnetrotors (9o,92) entsprechend in seiner Amplitude schwankendes Signal abgibt, daß die erste Schaltung (L8, 19,177,111 ,112,241 ,242,260,230,240,11-14,175,176,181 ,182) das Signal des dritten Positionsgebers (L8,L9,144,177) und das Bezugssignal aufsummiert und zusammen mit dem

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Signal des Geschwindigkeitsgebers (111,L12,241,242,26ο) einem Vergleicher (24o) zuführt, dessen Ausgangssignal die Erregungszeit der Feldwicklungen (8o) steuert.

5. Nähmaschinenantrieb-nach einem'der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (18, 19,177,111,112,241,242,260,230,240,11-14,175,176,181, 182) und die zweite Schaltung (27o,FA,FB). impulsförmige Steuersignale an die Steuerschaltung (Fig.17,18) abgeben, deren Dauer die Erregungszeit der Feldwicklungen (8o) bestimmt.

6. Nähmaschinenantrieb nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreise (F1,F2,F3, F4,F5) die zweite Schaltung (27o) wirksam schalten, wenn ein Schwellwertschalter (26o) des Geschwindigkeitsgebers (L11,L12,241,242,26o) eine festgelegte Geschwindigkeit erfaßt.

7. Nähmaschinenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bedienungsschalter (SW1-SW7) eine neutrale Stellung aufweist, in der die auf den Bedienungsschalter (SW1-SW7) ansprechenden Schaltkreise (F1,F2,F3,F4,F5) die den Gleichstrommotor (15) dynamisch abbremsende dritte Schaltung (K1, 2oo,25o) wirksam schalten.

8. Nähmaschinenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (27o,FA,FB) einen die Folgegeschwindigkeit der Steuersignale festlegenden Impulsgenerator (27o) aufweist.

9. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch 8, dadurch, gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (27o,FA,FB)einen durch den Impulsgenerator (27o) fortschaltbaren Zähler (FA,FB)

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aufweist, dessen Zählerinhalt die aufeinanderfolgende Erregung der Feldwicklungen (80) steuert und daß eine Gatterschaltung (277,28o) vorgesehen ist, über die der Zähler (PA,FB) vor dem Wirksamschalten der zweiten Schaltung (27o,FA,FB) entsprechend der tatsächlichen Stellung des Permanentmagnetrotors (9o,92) voreinstellbar ist.

10. Nähmaschinenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierter Positionsgeber (Ii7,178) mit dem Permanentmagnetrofor (9o,92) gekuppelt ist und eine wählbare Nähnadelstellung erfaßt, und daß die auf die Stellung des Bedienungsschalters (SW1-SW7) ansprechenden Schaltkreise (F1,F2, F3,F4,F5) die zweite Schaltung (27o,FA,FB) auf das vorausgehende Einschalten einer zusätzlichen Schaltstellung des Bedienungsschalters (SWI-SW7) hin solange wirksam schalten, bis der vierte Positionsgeber (L7,178) die wählbare Nähnadelstellung erfaßt.

11. Nähmaschinenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Positionsgeber (Ii5,1o9jl«1-I4,1o8; L8,L9,H4-Jli7,145) ein mit dem Permanentmagnetrotor (9o,92) umlaufendes Geberteil (1o9,108,144,145) und ein das Geberteil (1o9,1o8,144,145) beim Torbeibewegen erfassendes Fühlerelement (L5,I»1-L4,Ii8,I.9,I'7) aufweisen.

12. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerelemente (L5}L1-L4) des ersten und zweiten Positionsgebers (L5,1o9»I«1 -14,108) bezüglich der Feldwicklungen (80) feststehend angeordnet sind und daß die Fühlerelemente (L8,L9;I<7) des dritten und vierten Positionsgebers (L8,19,144;17,145) bezüglich der Feldwicklungen (80) schwenkbar angeordnet sind.

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13· Nähmaschinenantrieb nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberteile (1o9, 1o8,144,145) Metallsegmente sind, die mit dem Permanentmagnetrotor (9o,92) rotieren, daß die Fühlerelemente (L5, L1-L4, LS, L9, L7) in unmittelbarer Nähe der Bewegungsbahn der Metallsegmente angeordnete Spulen sind und daß jede Spule Teil eines durch das Torbeibewegen der Metallsegmente abstimmbaren bzw. verstimmbaren Resonanzkreises ist.

14. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein frei laufender, auf die Resonanzfrequenz abgestimmter Hochfrequenz-Oszillator (17ο) an die Resonanzkreise angekoppelt ist und daß an die Resonanzkreise Schaltungen (D1-D5,D7»D8) angeschlossen sind, die auf die an einem der Reaktanzelemente der Resonanzkreise anliegende Spannung ansprechen und bei Annäherung der Metallsegmente ein Ausgangssignal erzeugen.

15· Nähmaschinenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (Fig.17,18) in den Feldwicklungen (8o) ein dem Magnetfeld des Permanentmagnetrotors (9o,92) um 9o° voreilendes Magnetfeld erzeugen.

16. Nähmaschinenantrieb nach, einem der vorhergehenden Ansprüche ,dadurch gekennzeichnet, daß der Bedienungsschalter als Pedal mit neutraler Stellung ausgebildet ist, dessen Vielzahl die Geschwindigkeiten des Gleichstrommotors auswählende Stellungen in einer Richtung und dessen zusätzliche Stellung in der anderen Richtung vorzugsweise mit dem Absatz zu betätigen sind.

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Si .

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