DE2421589B2 - Naehmaschinenantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Nähmaschinenantrieb mit einem Gleichstrommotor und einer die gewünschte Geschwindigkeit des Laufbetriebs, den elektrischen 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. Elektro nische Steuerschaltungen zur Steuerung von Nähman dieses Typs sind aus den US-Patentschriften 35 05 548 und 35 16 526 bekannt.

Eine Verbesserung des oben beschriebenen Nähmaschinenantriebs ist aus der US-Patentschrift 35 97 672 bekannt, wobei ein Gleichstrommotor unmittelbar mit

■"> der Antriebswelle der Nähmaschine verbunden ist. Der Motor ist mit geeigneten Steuerschaltungen versehen, über die die Nähmaschine mit einer vorbestimmten Drehzahl angetrieben und durch Kurzschließen von Ankerwicklungen abgebremst werden kann. Die Motor-

K) steuerschaltungen dieses Patents weisen für den Antrieb und zum Abbremsen über Gatter steuerbare Gleichrichter (SCR) auf, die, wahlweise in ihrem leitenden Zustand steuerbar, dem Motor den erforderlichen Antriebsstrom zuführen oder die dynamische Bremsung bewirken.

ι "> Aus dem US-Patent 35 44 874 ist weiterhin eine Schaltung bekannt, die das Auslösen des einen steuerbaren Gleichrichters 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

2v werden.

Schließlich ist aus »Elektrie«, 25 (1971), Heft 10, Seite 392, der Gedanke bekannt, ein und denselben Motor als Schrittmotor und kommutatorlosen Gleichstrommotor laufen zu lassen.

jo Aus der US-Patentschrift 35 73 581 ist die Verwendung von Festkörpergattern und Speichern zum Einstellen ausgewählter Nähnadelstellungen der Nähmaschine bekannt.
Die Erfindung hat nun die Aufgabe, einen einfachen

r> Nähmaschinenantrieb anzugeben, der sowohl eine Steuerung des Laufbetriebs als auch ein Anhalten in einer exakt vorherbestimmbaren Nähnadelstellung ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Gleichstrommotor ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einer Vielzahl Feldwicklungen und einem Permanentmagnete aufweisenden Läufer ist, daß die Feldwicklungen an eine Steuerschaltung angeschlossen sind, die auf Steuersignale hin durch Steuerung der Erregung der

4") 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

ν» zweite Schaltung vorgesehen ist, die die Steuersignale mit festgelegter Folgefrequenz an die Steuerschaltung zum Betrieb des Gleichstrommotors als Schrittmotor abgibt, und daß auf den Bedienungsschalter ansprechende Schaltkreise vorgesehen sind, die im Laufbetrieb die

Y) erste Schaltung wirksam schalten, beim Übergang vom Laufbetrieb zum Stillstand zuerst eine dritte, den Läufer durch Kurzschließen der Feldwicklungen abbremsende Schaltung wirksam schalten und dann zum schrittweisen Vorrücken des Läufers die zweite Schaltung so lange

ho wirksam schalten, bis der Positionsgeber die bestimmte Nähnadelstellung erreicht hat.

Der bürstenlose Gleichstrommotor des erlindungsgemäßen Nähmaschinenantriebs kann auf eine von mehreren ausgewählten Drehzahlen beschleunigt, auf

η", dieser Drehzahl gehalten, schnell his zum Anhalten abgebremst und dann als Schrittmotor in eine gewünschte Winkelstellung vorgerückt werden. In dieser Stellung wird er dann festgehalten. Der Läufer

des Gleichstrommotors kann auch wahlweise durch Kurzschließen der Feldwicklungen »dynamisch« auf eine vorbestimmte 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 festgehalten wird. Die vorbestimmte Winkelstellung des Motors kann entweder der »Nadel-unten«-Stellung der Nähmaschine entsprechen, in der das zu nähende Material z. B. neu ausgerichtet werden kann, oder es kann der »Nadel-oben«-Stellung entsprechen, in der das Material aus der Nähmaschine entnommen werden kann. Wenn sich der Motor von der »Nadel-unten«-Stellung in die »Nadel-oben«-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 in der US-Patentschrift 37 14 532 beschrieben ist. Die Kommutierung des Stroms durch die Feldwicklungen 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 Läufer 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 Drehzahl betrieben werden. Im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann eine von vier Drehzahlen ausgewählt 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 Drehzahl als bürstenloser Gleichstrommotor. Eine Rückkopplungsschaltung hält die Drehzahl des Motors unter sich ändernden Lastbedingungen konstant. Die Drehzahl 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«, also durch Kurzschließen der Feldwicklungen, schnell abgebremst. Nachdem der Motor angehalten hat oder alternativ die Motordrehzahl auf einen vorbestimmten niedrigen Wert abgenommen hat, wird der Kurzschluß der Feldwicklungen abgeschaltet, und der Motor wird im Schrittbetrieb mit offenem Steuerkreis als Schrittmotor in die »Nadel-unten«-Stellung vorgerückt. Die Drehzahl, 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 »Nadel-unten«-Stellung wird durch eine Abtastspule des Motors bestimmt, die das Vorbeibewegen eines mit dem Läufer des Motors rotierenden Metallsegments erfaßt. In der »Nadel-unten«-Stellung kann die Bedienungsperson das Material, falls erforderlich, um die Nähnadel drehen.

Wenn die Bedienungsperson das Pedal mit dem ^r> Absatz betätigt, d.h. es rückwärts aus der neutralen Stellung heraus bewegt, bewegt die Steuerschaltung den Motor aus der »Nadel-unten«-Stellung in die »Nadeloben«-Stellung. Die der »Nadel-oben«-Stellung entsprechende tatsächliche Läuferstellung kann in ίο 15-Grad-Schritten eingestellt werden und wird durch das Zusammenwirken eines mit dem Läufer des Motors rotierenden Metallsegments und einer Spule bestimmt, die auf einer bezüglich der Feldwicklungen des Motors in 15-Grad-Schritten drehbaren Platte angebracht ist. ι ■') Aufgrund der Verhältnisse zwischen den Permanentmagneten des Läufers und der Feld-Lamellierung, die zum geringsten magnetischen Widerstand führt, wird der Rotor entweder in der »Nadel-unten«-Stellung oder der »Nadel-oben«-Stellung magnetisch einrasten; er wird dann durch die statische Reibung der Nähmaschine gehalten. Der Läufer 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 »Nadel-unten«-Stellung in die »Nadel-oben«-Stellung wird ein weiteres Metallsegment an einer Abtastspule vorbeibewegt und hierdurch ein Abschneidzyklus ausgelöst Durch den Abschneidzyklus werden in der richtigen Winkelstellung der Läufers Abschneid- und Spannmagnetspulen erregt, so daß, wenn der Läufer die endgültige Stellung erreicht hat, der Faden abgeschnitten und mit der richtigen Fadenlänge von der Nähnadel abstehend vom Material abgezogen wird. In der »Nadel-oben«-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 Läufer ohne anzuhalten in die »Nadel-oben«-Stellung, wobei jedoch der Läufer zuerst die »Nadel-unten«-Stellung durchläuft, da der Abschneidzyklus nur ausgeführt wird, wenn sich der Läufer von der »Nadel-unten«-Stellung in die »Nadel-oben«- Stellung bewegt.

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.

In einer Ausgestaltung der Erfindung soll ein verbesserter Antrieb für Nähmaschinen geschaffen werden, welcher einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einer Vielzahl zusammen mit dem Läufer sich Wi drehender Metallsegmente aufweist. Die Metallsegmente wirken mit Abtastspulen zusammen, die sowohl Signale zur Motorkommutierung als auch zur Identifizierung ausgewählter Stopstellungen des Läufers abgeben. Eines der Metallsegmente wirkt mit einer b5 Abtastspule zusammen, die bezüglich der Feldwicklungen des Motors feststehend angeordnet ist und eine feste Stopstellung des Läufers bezeichnet. Ein anderes Metallsegment wirkt mit einer Abiastspule zusammen,

lui to

m D G si a a d \ c

deren Stellung bezüglich der Feldwicklungen ausgewählt werden kann und die eine einstellbare Stopstellung des Läufers festlegt.

Weiterhin soll die Erfindung eine Nähmaschinen-Motorsteuerung ermöglichen, deren bürstenloser Gleichstrommotor im Laufbetrieb durch eine Steuerschaltung mit geschlossenem Steuerkreis auf einer vorgewählten Drehzahl gehalten werden kann. Der bürstenlose Gleichstrommotor soll weiterhin durch Kurzschluß seiner Feldwicklungen schnell bis zum Stillstand oder alternativ bis auf eine vorbestimmte niedrige Drehzahl abgebremst werden können und dann im Schrittbetrieb durch einen offenen Steuerkreis in eine von zwei vorgewählten Stellungen gedreht werden können, in denen sich die Nähmaschine entweder in einer »Nadel-unten«-Stellung oder einer »Nadel-oben«-Stellung befindet. Der bürstenlose Gleichstrommotor kann dann angehalten und in der vorgewählten Stellung arretiert werden.

Die oben beschriebene Motorsteuerschaltung soll insbesondere einen Schrittzähler aufweisen, der auf die unmittelbar vor Betrieb des Motors im Schrittbetrieb vorliegende tatsächliche Läuferstellungsinformation 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,

Fig.2 eine Seitenansicht der Nähmaschine und des Motors nach F i g. 1,

F i g. 3 eine vergrößerte Seitenansicht des Motors mit einer Wählscheibe für die »Nadel-oben«-Stellung,

F i g. 4 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Motorbefestigung auf der Nähmaschine,

F i g. 5 einen Querschnitt durch einen zum Antrieb der Nähmaschine nach Fig. 1 verwendeten bürstenlosen Gleichstrommotor,

Fig.6 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des Motors nach F i g. 5, aus der insbesondere die Abtastspulen und Geberscheiben ersichtlich sind,

F i g. 7 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7 aus F i g. 5, aus der die fest angeordneten Abtastspulen ersichtlich sind,

F i g. 8 eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8 aus F i g. 5, die die drehbaren Abtastspulen zeigt,

F i g. 9 eine Ansicht einer die feststehenden Abtastspulen tragenden Scheibe,

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

F i g. 11 eine Ansicht der anderen Seite der die Stellung des Läufers 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 Umfangs 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 Nähmaschincnantriebs,

Fig. 15 ein elektrisches Schaltbild einer Stellungsabtast-Elektronik,

Fig. 16 ein elektrisches Schaltbild eines Motorstellungsregisters,

Fig. 17 ein elektrisches Schaltbild einer Folgelogikgatterschaltung,

Fig. 18 ein elektrisches Schaltbild einer Feldwicklungs-Treiberschaltung und einer Schaltung zum Kurzschließen der Feldwicklungen,

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

F i g. 20 ein elektrisches Schaltbild einer Spannungsund Abschneidmagnetspulen-Schaltung,
Fig.21a bis 21g Diagramme mit Kurvenverläufen, die die Motorsteuerfunktion zeigen, und

F i g. 22a bis 22g Diagramme mit Kurvenformen, die die Abschneid- und Spannfunktionen erläutern.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Die F i g. 1 und 2 zeigen eine auf einem Tisch 11 montierte Nähmaschine 10. Die Nähmaschine 10 wird durch einen Motor 15 angetrieben, der mit Hilfe eines Trägers 16 am Rahmen der Nähmaschine 10 befestigt ist. In der in den F i g. 1 und 5 dargestellten Ausführungsform treibt der Motor 15 die Nähmaschine 10 unmittelbar an. Eine Welle 17 (F i g. 5) des Motors 15 ist mit einer Hauptwelle 18 der Nähmaschine 10 über eine Kupplungsmuffe 21 direkt gekuppelt, wobei auf der Kupplungsmuffe 21 eine Antriebstrommel 20 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 10 über einen Steuerriemen 26 gekuppelt. Der Steuerriemen 26 läuft einerseits über eine an der Hauptwelle 18 befestigte Riemenscheibe 27 und andererseits über eine an der Welle 17 des Motors 15 befestigte Riemenscheibe 28. In unmittelbarer Nähe

der Riemenscheibe 27 ist an einem am Gehäuse der Nähmaschine 10 befestigten Träger 31 eine Rolle 30 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 frei kommen, wenn das Gehäuse der Nähmaschine 10 in die in F i g. 5 gestrichelt eingezeichnete Stellung geschwenkt wird.
Die Nähmaschine 10 weist, wie aus F i g. 1 weiterhin ersichtlich ist, einen unterhalb des Tisches 11 montierten Kasten 35 mit einer elektronischen Steuerung auf, die mit dem Motor 15 über ein Kabel 36 und mit einem Stromversorgungsteil 40 über ein Kabel 41 verbunden ist. Weiterhin ist unter dem Tisch 11 ein Stromversorgungshilfsteil 42 sowie ein Hauptschalter- und 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 40 über

mi 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

h-, Hilfe einer Pittman-Stange 61 an einen Steuerschalterkasten 60 gekuppelt. Der Steuerschaltkasten 60 ist über ein Kabel 62 mit der Steuerschaltung im Kasten 35 verbunden. Der Steuerschalterkasten 60 enthält sechs

709 652/297

Schalter, von denen vier wahlweise betätigt werden, wenn die Bedienungsperson das Pedal 55 vorwärtsschwenkt, um die Nähmaschine 10 mit einer von vier programmierbaren Drehzahlen anzutreiben. Ein fünfter Schalter ändert bei Betätigung die Ausgangsspannung der Stromversorgungsteile, und ein sechster Schalter bewirkt einen »Nadel-oben«-Zyklus, wenn die Bedienungsperson das Pedal 55 mit dem Absatz betätigt.

Schließlich ist unterhalb des Tisches 11 ein Schalter 65 zum Abstellen des Schneidzyklus angebracht, der mit ι ο dem Kasten 35 der Steuerschaltung über ein Kabel 66 verbunden ist. Der Kasten 35 weist einen Kühlkörper 70 auf, an dem fünf nachstehend noch näher erläuterte Zenerdioden 71 befestigt sind.

Fig.5 zeigt einen Querschnitt durch den Motor 15. Der Motor 15 ist als bürstenloser Gleichstrommotor 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 80 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 90 trägt eine Vielzahl (vorzugsweise 12) Permanentmagnete 92. Die Hülse 90 ist mit Hilfe eines Gewinderings 93 an der Welle 17 befestigt. Der in F i g. 5 gezeigte Motor 15 ist als bürstenloser Gleichstrommotor bekannt; die jo 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 nichtmetallische Scheibe 100 (F i g. 6, 7 und 9) weist sechs Stellungserfassende Spulen auf. Die Spulen Ll, L 2, L3 und L 4 dienen der Motorkommutierung, die Spule L 5 erfaßt die »Nadel-unten«-Stellung, und die Spule L 6 ermöglicht die Schneidzyklusfunktion. Die Scheibe 100 ist am inneren Gehäuseteil 77 durch drei -to Schrauben 101 befestigt. Eine in gedruckter Schaltungstechnik hergestellte Scheibe 105 ist mit Schrauben 106 der nichtmetallischen Scheibe 100 unmittelbar benachbart am einen Ende der Welle 17 befestigt und wird durch die Welle 17 gedreht. Wie aus F i g. 10 zu ersehen, ·τ> weist die Scheibe 105 eine Mitnehmernut 107 auf, die eine geeignete A-jsrichtung der Scheibe 105 zum Motorrotor ermöglicht. Auf ihrer der nichtmetallischen Scheibe 100 zugekehrten Seite sind zur Motorkommutierung sechs Metallsegmente 108 vorgesehen. Ein ,0 Metallsegment 109 identifiziert die »NadeI-unten«-Stellung, und ein Metallsegment 110 identifiziert die »Schneidezyklus«-Stellung.

Eine nichtmetallische Scheibe 115 (Fig. 5, 8, 12 und 13) enthält drei stellungsbestimmende Spulen, von ■-,■-> denen eine erste Spule L 7 für die Funktion der »Nadel-oben«-Stellung benötigt wird und zwei Spulen L 8 und L 9 in einer Motordrehzahlsteuerung verwendet werden. Die Scheibe 115 ist mit Hilfe von Schrauben 118 am dickeren Ende einer zwei Durchmesser aufweisen- t,u den Welle 117 befestigt, wobei sie der sich drehenden Scheibe 105 benachbart angeordnet ist. Die Welle 117 ist in einem mit Hilfe von Schrauben 121 an einem Abschliißdcckcl 120 befestigten Gleitlager 119 drehbar gelagert. An der Welle 117 ist schließlich mit Schrauben ι,ί 126 ein Knopf 125 angebracht, mit den; die »Nndclobcn«-Stcllung ausgewählt werden kann. Wie aus FiH. i ersichtlich, weist der Knopf 125 einen King 127 auf, der in 15-Grad-Schritten voneinander beabstandete Markierungen von »Null« bis »23« trägt. Am Ende des Abschlußdeckels 120 ist eine vertikale Linie 128 vorgesehen, die den gewählten Schritt anzeigt.

Die nichtmetallische Scheibe 115 weist 24 entlang ihres Umfangs in Umfangsrichtung beabstandete Aussparungen 131 (Fig. 12 und 13) auf, in die zwei um 180 Grad versetzte und in öffnungen 134 des inneren Gehäuseteils 77 gehaltene Stahlkugeln 133 eingreifen (eine der Stahlkugeln 133 ist in F i g. 6 dargestellt). Eine Druckfeder 135 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 (F i g. 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 Verbindungsdrähte der Spulen L 7 bis L 9 abreißen.

Auf der den Spulen L 7 bis L 9 zugewandten Seite der sich drehenden Scheibe 105 sind Metallsegmente 144 und 145 vorgesehen. Die Metallsegmente 144 wirken mit den Spulen L 8 und L 9 zusammen und bilden einen Signalgenerator, dessen Frequenz eine Funktion der Drehzahl des Motors 15 ist. Das Metallsegment 145 wirkt mit der Spule L 7 zusammen und identifiziert die »Nadel-oben«-Stellungdes Motors 15.

Fig. 14 zeigt ein Blockschaltbild verschiedener bei dieser Erfindung verwendeter Schaltkreise. Der Motor 15 weist einen die Stellung seines Läufers erfassenden Abtaster 150 auf, der, wie bereits erwähnt, die mit Metallsegmenten 108 zusammenwirkenden abtastenden Spulen L 1 bis L 4 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 mit der gewünschten Geschwindigkeit dreht.

Weiterhin enthält der Motor 15 einen Drehzahlgeber 152, der die mit den Metallsegmenten 144 zusammenwirkenden abtastenden Spulen L 8 und L 9 sowie Spulen L 11 und L 12 zum Erfassen der Motordrehzahl aufweist und der Eingangssignale einer Steuerlogikschaltung 160 liefert. Der Steuerlogikschaltung 160 werden weiterhin Steuersignale aus der fußbetätigten Steuerschaltung des Steuerschaltungskastens 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 Kurzschlußbremse 162 anhalten und die Abschneide- und Spannmagnetspulen über eine Schaltung 164 betätigen. Die Stromversorgungsteile 140 und 142 sind in F i g. 14 ebenfalls in Blockschaltbildform dargestellt.

Fig. 15 zeigt ein elektrisches Schaltbild der elektronischen Stellungsabtastschaltung 155 zur Abtastung der Läuferstellung. Die in dieser Erfindung verwendete elektronische Schaltung entspricht der in der US-Patentschrift 37 14 532 beschriebenen Schaltung insoweit, als die abtastenden Spulen Bestandteil von Resonan/-schaltungen sind, die durch die Metallscgmcntc abgestimmt bzw. verstimmt werden, wenn sich diese Mctallsegmente bei Rotation an den Spul zn vorbeibewegen.

Den Induktoren bzw. abtastenden Spulen IA-L^ wird ims einem auf eine feste Freatien/ iibuestiminteii

Oszillf

führt.

einen

Induk'

ren C¹

auf eii

mit C.

er ab Ft re d; st

itandete
nde des
lie 128

entlang
tandete
:wei um
inneren
!greifen
!t). Eine ,

in die ',
sichtig- ,

ι durch
izt, der
achten
: Weise
Scheibe I
:ht und ■?
bis Z,9 \

ate der Ü
te 144 ;;
virken
ι einen !
η der

it 145 ;

:rt die 'j

;r bei ;
vlotor

:ndi:n

eber n<:nulen veist ■160
rhin
des
die
ung
den
Iten
!ine
140
irm

Oszillatorschaltkreis 170 ein Hochfrequenzstrom zugeführt. Der Oszillatorschaltkreis 170 besteht aus einem einen Transistor Ql aufweisenden Oszillator, dessen Frequenz durch Kondensatoren CT-CW und einer Induktivität L10 bestimmt wird, sowie aus einer komplementären Emitterfolgerschaltung mit Transistoren Q 2 und Q 3. Der Oszillator arbeitet vorzugsweise auf einer Frequenz von etwa 1 MHz.

Der Ausgang des Oszillatorschaltkreises 170 ist über einen Kondensator ClO mit einer gemeinsamen to Leitung 172 und über Kopplungswiderstände R 1 bis R 9 mit den abtastenden Spulen Ll-L9 verbunden. Die abtastenden Spulen L1 — L 9 sind mit Hilfe von Kondensatoren Cl - C9 auf Resonanz bei der Oszillatorfrequenz abgestimmt, wobei jedoch das rotierende r> 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 - D 9 gleichgerichtet. Die Dioden D1 und D 2 sind an einen als Gleichstromkomparator dienenden Differentialverstärker 175 und die Dioden D 3 und D 4 an einen Differentialverstärker 176 angeschlossen. Beide Differentialverstärker dieser Ausführungsform der Erfindung sind Operationsverstärker der Motorola-Type MC1709C, die als Gleichstromkomparatoren verwendet werden.

Wie im obenerwähnten 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 we- r> sentlichen von der Frequenz und der Amplitude des vom Oszillatorschaltkreis 170 gelieferten Erregerstroms unabhängig ist.

Die an den abtastenden Spulen L5, L6 und Ll auftretende Spannung wird durch Dioden D 5, D 6 und D 7 gleichgerichtet und jeweils Verstärkerschaltkreisen 178, 179 und 180 zugeführt. Die abtastende Spule L 5 erfaßt die der »Nadel-unten«-Stellung entsprechende Läuferstellung des Motors, die Spule L 6 erfaßt die Stellung des Läufers in der Abschneidbetätigungsstel- 4--> lung, und die Spule Ll erfaßt die der »Nadel-oben«- S teilung entsprechende Läuferstellung.

Auf entsprechende Weise wird die an den Spulen L 8 und L 9 anliegende Spannung durch Dioden D 8 und D9 gleichgerichtet und das Gleichstrompotential einem ,o Differenzverstärker 177 zugeführt. Die Spulen L 8 und L 9 tasten das Muster der Metallsegmente 144 auf der Scheibe 105 des Läufers ab; das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 177 ist damit etwa sinusförmig, seine Phase wird mit Hilfe der unten stehend näher -ν. erläuterten elektronischen Schaltung zur Drehzahlsteuerung des Läufers verwendet.

Im folgenden soll die Motorkommutierungsschaltung im Zusammenhang mit den abtastenden Spulen L 1 - L 4 näher erläutert werden. Das direkte Ausgangs- mi signal des Differentialverstärkers 175 ist mit 01 bezeichnet. Das direkte Ausgangssignal wird außerdem einem Inverter 181 zugeführt, dessen Ausgangssignal mit Öl bezeichnet ist. Entsprechend wird das direkte Ausgangssignal des Differcntialvcrstnrkcrs 176 mit 02 _tl-, und das Ausgangssignal eines Inverters 182 mit 02 bezeichnet. Die vier zuletzt erwähnten Ausgangssignalc werden, wie untenstehend crlüutcrl 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 — \65d) bei Betrieb des Motors als bürstenloser Gleichstrommotor benutzt werden und von denen die anderen vier (186a—186c/j 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 einem NA.ND-Gatter müssen alle Eingangssignale eine logische »1« zeigen, damit sich sein Ausgangssignal von einer logischen »1« in eine logische »0« ändert.

Jedes der NAND-Gatter 185a-18Sd weist drei Eingänge auf, von denen einer mit einer gemeinsamen Einschaltleitung 190 und die beiden anderen mit jeweils einem der Ausgänge der Differentialverstärker 175 bzw. 176 oder der Inverter 181 bzw. 182 verbunden sind. Zum Beispiel erhält das NAND-Gatter 185a als Eingangssignale die Signale 01,02 und das Signal der gemeinsamen Einschaltleitung 190. Wenn alle Eingangssignale des N AND-Gatters 185a eine logische »1« führen, wird ein Transistor Q 4 in seinen leitenden Zustand geschaltet. Entsprechend werden Transistoren Q5, Q6 und Ql entsprechend der Steuerung durch die die Läuferstellung erfassenden Spulen L1 bis L 4 der Reihe nach in ihren leitenden Zustand geschaltet.

Der Zusammenhang zwischen den Metallsegmenten 108 und den die Läuferstellung erfassenden Spulen L1 - L 4 ist dergestalt, daß ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird, das dem Läuferfeld im Mittel um 90 Grad als dem theoretisch optimalen Drehmomentwinkel voreilt.

Die Ausgangssignale der Transistoren QA-Ql sind in Fig. 17 mit QA-QDbezeichnet und werden der in Fig. 18 dargestellten Feldspulen-Treiberschaltung zugeführt. Die Ausgangssignale dieser Transistoren werden außerdem den Kontakten eines Wählschalters SWl zugeführt, dessen Stellung durch den am Motorgehäuse angebrachten Knopf 125 bestimmt wird. Die in Fig.3 auf dem Ring 127 dargestellten Buchstabenbezeichnungen entsprechen den Buchstabenbezevchnungen des Wählschalters SWl.

Die folgenden Erläuterungen gelten der Feldspulen Treiberschaltung nach Fig. 18. Die Ausgangssignal« QA- QD der Folgelogik-Gatterschaltung nach F i g. Γ werden Leistungs-Treiberschaltungen 195—198 züge führt. Die Leistungs-Treiberschaltung 198 ist ir einzelnen dargestellt; sie weist fünf parallelgeschaltet Darlington-Leistungstransistoren auf. Das Ausganges gnal QD wird den Steuerelektroden der Darlington-Le stungstransistoren zugeführt und steuert den hindurcl fließenden Strom. Wenn die Darlington-Leistungstrai sistoren durchgesteuert sind, fließt Strom durch d Motorfcldwicklung 8OD. Jeder Darlington-Leistung transistor ist mit einem Widerstand RD(etwa 2 Ohm) Serie geschaltet, der an einem von den Motorwicklu gen abgelegenen Ort Motorleistung vernichten und c Darlington-Leistungstransistorcn zur Stromauftcilu veranlassen soll.

Beim nachfolgenden Abschalten der Darlington-L stungstransistoren wird die im magnetischen Feld ι

die Feldwicklungen des Motors gespeicherte Energie in einer Serienschaltung aus fünf Zenerdioden 200 und einem Widerstand RZ vernichtet. Die Serienschaltupg der Zenerdioden 200 weist eine Durchbruchsspannung von 110 Volt auf und begrenzt die an den Kollektoren der Darlirigton-Leistungstransistoren auftretende Spannung beim Zusammenbrechen des Magnetfelds in den Feldwicklungen des Motors.

Die Drehzahl des Motors wird im Betrieb als bürstenloser Gleichstrommotor durch Modulieren der gemeinsamen, die NAND-Gatter 185a-185d wirksam schaltenden Einschaltleitung 190 (Fig. 17) gesteuert. Die Drehzahl 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 Drehzahl des Motors wird mit Hilfe der im Steuerschalterkasten 60 angeordneten Schalter SW4-SH⁷6 gewählt. Der ebenfalls im Steuerschalterkasten 60 angeordnete Schalter SW2 (Fig. 19A) wird hierzu geschlossen und bleibt geschlossen solange der Motor als bürstenloser Gleichstrommotor betrieben wird. Dieser Schalter ist als einpoliger Schalter mit zwei Stellungen ausgebildet, an dessen Ausgang in einer »Lauf«-Stellung eine logische »0« 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 Drehzahlen eingestellt.

Die Schalter SW4, SWS und SW6 schließen der Reihe nach und bleiben geschlossen, wenn die Bedienungsperson höhere Motordrehzahlen einschaltet. Eine Zenerdiode 220 gibt eine im wesentlichen konstante Spannung unmittelbar an Drehzahlsteuerwiderstände R 48, R 49 und R 50 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 R 36 auf die Stellung des Läufers bezüglich der Motorfeldwicklungen bezogen ist. Der im Widerstand Ä37 fließende Strom wird zum Bezugsstrom hinzuaddiert und bestimmt die Ausgangsspannung eines Verstärkers 230.

Die Ausgangsspannung des aufsummierenden Verstärkers 230 ist mit Eref bezeichnet und in der Kurvenform 233 in F i g. 21C dargestellt.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 230 wird über einen Widerstand R 39 einem zweiten aufsummierenden Verstärker 240 zugeführt. Das andere Eingangssignal dieses Verstärkers 240 ist eine der Drehzahl entsprechende Spannung Ef, die in bifilar mit den Motorfeldwicklungen 80 gewickelten Spulen L 11 und L12 erzeugt wird. Die in diesen Spulen erzeugte Spannung ist eine Funktion der Motordrehzahl, sie wird durch Gleichrichter 241 und 242 in Gleichstrom umgewandelt und dem zweiten summierenden Verstärker 240 über eine Drossel L13 und Widerstände Ä40 und Ä41 zugeführt. Die Drossel L13 dämpft die Hochfrequenzschwingneigung aufgrund der Kopplung zwischen den Spulen LIl und L12 und den Motorfeldwicklungen 80.

Das Eingangssignal des zweiten summierenden Verstärkers 240 kann deshalb abhängig von den relativen Amplituden des Drehzahlsteuersignals Eref (Ausgangsspannung des Verstärkers 230) und des Drehzahlrückkopplungssignals £7(von den Spulen L 11 und L12 erzeugte Spannung) positiv, negativ oder alternierend sein.

Im folgenden soll F i g. 21 näher erläutert werden. Die horizontalen gestrichelten Linien el, e2, e3 und e4 in Fig.21c zeigen die verschiedenen Drehzahlrückkopplungssignale. Wenn das Drehzahlrückkopplungssignal den Wert e 1 hat, erkennt man, daß dieser Wert kleiner ist als die Auslenkung der Kurvenform 233 und daß deshalb der zweite summierende Verstärker 240 das in

ίο F i g. 21d dargestellte Ausgangssignal abgibt Aufgrund dieses Ausgangssignals wird die gemeinsame Einschaltleitung 190 ständig angeschaltet sein. Wenn das Drehzahlrückkopplungssignal auf den Wert e2 zunimmt, wird die gemeinsame Einschaltleitung 190 für etwa 65% der Zeit angeschaltet sein (Fig.2Ie). Bei weiterer Zunahme des Drehzahlrückkopplungssignals auf die Spannung e3, wird die gemeinsame Einschaltleitung 190 für etwa 20% der Zeit (F i g. 21 f) angeschaltet sein. Wächst das Drehzahlriickkopplungssignal schließ-

2ü lieh auf die Spannung e4 oder darüber an, so wird die gemeinsame Einschaltleitung 190 in keinem Fall angeschaltet (F i g. 21 £,)·

Fig.21a zeigt die Kurvenform des Ausgangssignals des Differentialverstärkers 175 (Fig. 15), während Fig.21b die Kurvenform des Ausgangssignals des Differentialverstärkers 176 zeigt. Die Buchstaben A, B, C und D in Fig.21a bezeichnen die aus den Kurvenformen der Fig.21a und 21b ableitbaren Quadranten, die mit den Kurvenformen nach den

jo F i g. 21 e und 21 f nach Phase und Frequenz in Beziehung stehen.

Wie in den F i g. 19A und 19B dargestellt ist, wird das Ausgangssignal des summierenden Verstärkers 240 einem Gatter 242Λ zugeführt. Das Gatter 242,4 benötigt zwei weitere Eingangssignale. Ein Eingangssignal wird über einen Inverter 243 vom Schalter SW2 zugeführt. Das andere Eingangssignal wird ebenfalls vom Schalter SW2, jedoch über einen Verzögerungsschaltkreis mit einem Widerstand R 52, einem Konden- sator C28 und einem Inverter 244 zugeführt. Das Ausgangsstgnal des Inverters 244 wird um etwa 35 Millisekunden verzögert, was sicherstellt, daß die Leistungsrelaiskontakte geschlossen sind, bevor ein hoher Strom über diese Kontakte fließen kann. Die 5 Kontakte werden hierdurch vor Beschädigungen geschützt.

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

Wenn die Bedienungsperson das Fußpedal losläßt, wird der Motor abgebremst und dann im Schrittbetrieb in eine vorbestimmte Stellung getrieben. Zum schnelleren Abbremsen des Läufers werden die Feldwicklunger kurzgeschlossen, so daß vorteilhaft die Generatorwir· kung des Motors zur Erzeugung eines Gegendrehmo ments ausgenutzt wird. Jede der in Fig. 18 gezeigter Leistungs-Treiberschaltungen 195 — 198 weist Triac: 250 auf, die über die Motorfeldwicklungen geschalte sind. Jeder Triac 250 wird durch einen Reed-Relaiskon

bo takt 251 gesteuert, der mit Hilfe einer Magnetspule bzw eines Reed-Relais K\ geschlossen wird. Die auch ii Fig. 19B dargestellte Reed-Relaisspule K\ wird gesteuert von einem Gatter 255, durch den Strom eine Transistors Qo erregt.

t,5 Der Bremsbetrieb beginnt, sobald der Schalter SW aus der »Lauf«-Stellung in die »Stop«-Stellung umge schaltet wird und dauert so lange, bis der Moto entweder stillsteht oder seine Drehzahl so wei

Ki

^o

nnmmen hat, daß der Schrittbetrieb beginnen kann, ■ch den Schrittbetrieb kann der Motor mit sehr Genauigkeit in einer von zwti vorbestimmten en angehalten werden, da der Motor zuerst u pH ' aus seiner Laufdrehzahl abgestoppt oder Ostens auf eine langsame gesteuerte Drehzahl *.!f Kernst wird, die das Anhalten des Motors in der "Äenmnten Stellung ermöglicht. In der vorliegen- £ Erindüng wird der bürstenlose Gleichstrommotor ■nem offenen Steuerkreis durch aufeinanderfolgen- !ι" FrreEen der Motorfeldwicklungen als Permanent- «ne Schrittmotor betrieben. Die Schrittfrequenz S durch einen Oszillator gesteuert und ,st langsam SnUKUn₁ den Motor mit der für die vorgesehene Verwendung ausreichenden Genauigkeit anhalten zu

^kÖSⁿMotordrehzahl wird, wie obenstehend beschrie-Jl mittels der Ausgangsspannung der Spulen L11 und ,19 erfaßt Diese Gleichspannung wird einer Span- ««htastschaltung 260 zugeführt, die, wenn die SSSlnnung unter einen durch einen Widerstand T₂f und Dioden CR14 und CR15 festgelegten Schwellwert fällt, über das Ausgangssignal eines * rSrkers 262 ein Flip-Flop Fl setzt. Das Setzen des Sn Sods Fl kann mit Hilfe eines Kondensators C33 !SSSt werden, wobei durch Wahl des Werts des Kondensators C33 flexibel festgelegt werden kann, wie 3 der Motor abgebremst werden muß, bevor der crhrittbetrieb beginnen kann.

^SCWu de das Flip-Flop Fl gesetzt, so schaltet es e.n Gauer 265 wirksam, das seinerseits einen Un.junction-S) Uator 270 einschaltet. Der erste Ausgangs.mpuls SEOszillators 270 schaltet ein Flip-Flop F2 ein ^d -ch eines der Ausgangssignale des Fhp-Flops £2 ■atter 255 und damit die Reed-Relaisspule K 1 altet und den Bremsbetrieb des Motors beendet. Das Ausgangssignal des Flip-Flops Fl, das ,m Setzzustand anzeigt, daß die Motordrehzahl auf einen Setzzustan _ e _{abgen(jmmen hati dient welt}erh.n

Gatters 275. Das weitere

Gatt/r 277, 278, 279 und 280 ,st die

Sei enden Magnetfeld während des

^:Srai

vom

somit dem

mmm

mmm 185a—185c/ bei Betrieb des Motors als bürstenloser

Gleichstrommotor.

Den NAND-Gattern 186a —186c/ werden jeweils zwei Eingangssignale gemeinsam zugeführt. Wie noch untenstehend näher erläutert wird, werden über eine Leitung 290 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 »Nadel-unten«-Stellung an. Wenn die Bedienungsperson das Fußpedal mit dem Absatz betätigt und hierdurch den Schalter SVV1 schließt, so wird der Motor in der »Nadel-oben«-Stellung angehalten.

Um in der »Nadel-unten«-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-Slellung. Die zum Anhalten des Motors in der »Nadel-unten«-Stellung erforderlichen Bedingungen werden durch ein Gatter 300 erfaßt. Das Gatter 300 hat vier Eingänge, von denen jeder eine logische »!«-Bedingung führen muß, um die Schrittimpulse vom Motor abzuschalten. Eines der Eingangssignale wird über die Leitung 290 zugeführt und zeigt an, daß das Flip-Flop F2 gesetzt ist, die Anordnung also im Schrittbetrieb arbeitet. Ein anderes Eingangssignal wird über eine Leitung 302 aus dem in F i g. 17 dargestellten Schaltkreis zugeführt und zeigt an, wann die Motorfeldwicklung 8OA erregt ist. Auf diese Weise kann der Läufer beim Anhalten des Motors genau ausgerichtet werden.

\ Ein drittes Eingangssignal wird über eine Leitung 305 vom Ausgang ues Verstärkers 179 zugeführt, wenn die abtastende Spule L 5 das Metallsegment 109 erfaßt. Das vierte Eingangssignal wird schließlich über eine Leitung 306 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 210 zugeführtes Eingangssignal zurückgestellt, wenn der Schalter SW2 ursprünglich geschlossen war.

Wenn alle vier Bedingungen erfüllt sind, wird über eine Leitung 308 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 F3-Ausgangssignal des Flip-Flops F3 schaltet über eine Leitung 310 das Gatter 265 unwirksam und den Unijunction-Oszillator 270 ab. Dasselbe Ausgangssignal schaltet auch das Gatter 285 (F i g. 16) unwirksam ") und beendet so das Fortschalten der Flip-Flops FA unc FB und damit auch die aufeinanderfolgende Stromzu führung zu den Motorfeldwicklungen. Schließlich win das F3-Ausgangssignal des Flip-Flops F3 den NAND Gattern 186a—186c/ (Fig. 17) über einen Verzöge ■ο rungskreis 315 zum Abschalten zugeführt.

Der Verzögerungskreis 315 verzögert das Abschalte der Antriebsenergie von den Motorfeldwicklungen in etwa 0,6 Sekunden und ermöglicht so das exakl Stabilisieren des Läufers in der gewünschten Stellung. ιό Weiterhin ist ein Gatter 318 vorgesehen, an dessc drei Eingängen eine logische »!«-Bedingung anlief wenn der Motor die »Nadel-oben«-Stellung erreicl wobei das erste Eingangssignal über die Leitung 290. d

709 552/:

UJ

zweite über die Leitung 302 und das dritte über die Leitung 305 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 Läufer des Motors die gewünschte Stellung erreicht hat. Nachdem sich der Läufer exakt in der gewünschten Stellung stabilisiert hat, wird die Antriebsenergie vom Motor abgeschaltet.

Die Bedienungsperson kann den Motor in einer der vorgewählten »Nadel-oben«-Stellungen anhalten, indem sie das Fußpedal mit dem Absatz bewegt und hierdurch den Schalter SWi schließt. Dies !:ann sowohl während des kontinuierlichen Laufs der Maschine als auch nach dem Anhalten des Motors in der »Nadel-unten«-Steliung erfolgen.

Um den Motor in der »Nadel-oben«-Stellung anzuhalten, müssen fünf Bedingungen zutreffen, die von einem Gatter 320 erfaßt werden. Erstens muß über die Leitung 290 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 SWl (F i g. 17) kommenden Leitung 321 angezeigt wird.

Der Schalter SWl wird von Hand entsprechend den Buchstabenbezeichnungen auf dem Ring 127 (Fig.3) eingestellt. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Schalter SWl und der Knopf 125 gleichzeitig gedreht werden. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Stellung des Knopfs 125 und die ausgewählte »Nadel-oben«-Stellung exakt übereinstimmen.

Das dritte Eingangssignal wird dem Gatter 320 zugeführt, wenn die Spule Ll 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 F 4 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 Bedienung wird durch ein über eine Leitung 327 vom Flip-Flop FS abgegebenes Ausgangssignal bestimmt, wobei das Flip-Flop F5 anzeigt, daß der Motor die »Nadel-unten«-Stellung überschritten hat. Wie untenstehend noch erläutert wird, muß sich der Motor in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch die »Nadel-unten«-Stellung hindurch in eine der ausgewählten »Nadel-oben«-Stellungen bewegen, um einen Schneidzyklus zu vervollständigen.

Auf einen durch den Absatz gegebenen Befehl setzt ein monostabiler Multivibrator 330 das Flip-Flop F3 zurück. Das Flip-Flop F3 wird damit gesetzt, wenn der Motor die »Nadel-unten«-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 »Nadel-oben«-Stellung erreicht ist.

Sobald alle Eingänge des Gatters 320 einen logischen »!«-Pegel führen, wird ein Ausgangssignal erzeugt, das über die Leitung 308 das Flip-Flop F3 setzt und den

Schrittbetriet des Motors, wie bereits im Zusammenhang mit der »Nadel-unten«-Stellung beschrieben, beendet.

Jedesmal, wenn sich der Motor aus der »Nadel-unten«-Stellung in die »Nadel-oben«-Stellung bewegt, bewirkt der in Fig.20 dargestellte Schaltkreis einen Schneidzyklus. In der richtigen Winkelstellung des Motors werden die Abschneide- und Spannmagnetspulen erregt, und der Faden wird, sobald die »Nadeloben«-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 SW» betätigt.

Beim Vorbeibewegen des Metallsegments 110 an der abtastenden Spule L 6 wird ein Schneidezyklussignal erzeugt. Dies führt zu einem Ausgangssignal des Verstärkers 180 auf einer Leitung 331, das einem Verzögerungskreis 332 und einem Gatter 335 zugeführt wird. Die Signaiform des Ausgangssignals des Verstärkers 180 ist in F i g. 22a dargestellt, während F i g. 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 340 zugeführt.

Ein in Fig.22c dargestelltes Schneid-Freigabesignal wird von einem Gatter 345 auf einer Leitung 341 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 »Nadel-unten«-Stellung tritt und ein anderes über die Leitung 326 aus dem Flip-Flop F4, das gesetzt wird, wenn die Bedienungsperson beim Abrufen der »Nadeloben«-Stellung den Schalter SWi schließt. Das Schneidfreigabesignal wird dem Gatter 340 und einem Gatter 350 zugeführt. Das Ausgangssignal des Gatters 340 ist in Fig.22d dargestellt und wird zur Erregung einer Schneid-Magnetspule L 14 einem Schalterkreis 347 zugeführt. An die Schneid-Magnetspule L, 14 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 350 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Gaiters 350 ist ein in Fig.22e dargestellter 10-Millisekunden-lmpuls, der ein Flip-Flop F6 setzt. Das Ausgangssignal des Flip-Flops F6 ist in Fig.221 dargestellt. Es wird zusammen mit dem Signal auf dei vom Flip-Flop F3 kommenden Leitung 310 einerr Dioden-UND-Gatter zugeführt, dessen Ausgangssigna an einen Schalterkreis 360 abgegeben wird. Dei Schalterkreis 360 steuert, wie in F i g. 22g dargestellt ist den Strom durch eine Spannungs-Magnetspule L 15,

Die Spannungs-Magnetspule L 15 wird unmittelba nach dem Setzen des Flip-Flops F3 freigegeben, wöbe das Flip-Flop F3 gesetzt wird, wenn der Motor dl· »Nadel-oben«-Stellung erreicht. Das Flip-Flop F6 win nach dem Schließen des Schalters SW2 durch ein Signs auf der Leitung 210 zurückgesetzt, wenn die Bedie nungsperson den Motor durch Drücken des Fußpedal für den weiteren Nähbetrieb anlaufen läßt.

Hierzu 13 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Nähmaschinenantrieb mit einem Gleichstrommotor und einer die gewünschte Geschwindigkeit des Laufbetriebs, den elektrischen 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) ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einer Vielzahl Feldwicklungen (80) und einem Permanen tmagnete aufweisenden Läufer (90,92) ist, ι ^r> daß die Feldwicklungen (80) an eine Steuerschaltung (F i g. 17, i8) angeschlossen sind, die auf Steuersignale hin, durch Steuerung der Erregung der Feldwicklungen (80) ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, daß eine erste Schaltung (L8, L9, 177, LIl, L12, 241, 242, 260, 230, 240, L1-L4, 175, 176, 181, 182) vorgesehen ist, die die Steuersignale entsprechend der durch die Stellung des Bedienungsschalters (SW i-SW7) bestimmten, gewünschten Geschwindigkeit an die Steuerschaltung (Fig. 17, 18) abgibt, daß eine zweite Schaltung (270, FA, FB) vorgesehen ist, die die Steuersignale mit festgelegter Folgefrequenz an die Steuerschaltung (Fig. 17, 18) zum Betrieb des Gleichstrommotors als Schrittmotor abgibt, und daß auf den Bedienungsschalter jo (SWX-SW7) ansprechende Schaltkreise (Fi, Fl, F3, FA, F5) vorgesehen sind, die im Laufbetrieb die erste Schaltung (L 8, L 9, 177, LIl, L 12, 241, 242, 260, 230, 240, L 1 -L 4, 175, 176, 181, 182) wirksam schalten, beim Übergang vom Laufbetrieb zum 3> Stillstand zuerst eine dritte, den Läufer (90,92) durch Kurzschließen der Feldwicklungen abbremsende Schaltung (K 1,250,251) wirksam schalten und dann zum schrittweisen Vorrücken des Läufers (90,92) die zweite Schaltung (270, FA, FB) so lange wirksam schalten, bis der Positionsgeber (L 5, 109) die bestimmte Nähnadelstellung errichtet hat.

   2. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (L 8, L 9,177, L 11, L 12, 241, 242, 260, 230, 240, L 1 - L 4, « 175, 176, 181, 182) die Steuersignale entsprechend der von zweiten Positionsgebern (Li- L 4,175,176, 181,182) ermittelten Winkelstellung des Läufers (90, 92) an die Steuerschaltung (Fig. 17, 18) abgibt und hierdurch die Feldwicklungen (80) aufeinanderfol- >o gend erregt.

   3. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (L 8, L 9, 177, LIl, L 12, 241, 242, 260, 230, 240, L 1 -L 4, 175,176,181,182) einen die Drehzahl des τ> Läufers (90, 92) erfassenden Drehzahlistwertgeber (LlI, L12, 241, 242, 260) sowie einen auf die Stellung des Bedienungsschalters (SWi-SW7) ansprechenden und ein der Solldrehzahl entsprechendes Bezugssignal abgebenden Bezugssignalge- wi ber(220, R 47-R50) aufweist und ein der Differenz des Bezugssignals und des vom Drehzahlistwertgeber (L 11, L 12, 241, 242, 260) abgegebenen Signals entsprechenden Signal als Steuersignal an die Slu-uei'!>ehullung(Fig. 17,1 S) abgibt. i>">

   4. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Be/.ugssignal ein Gleichstromsignal ist, daß die erste Schaltung (/. 8.

   L9,177, L 11, L 12,241, 242, 260, 230,240, L 1 - L4, 175, 176, 181, 182) weiterhin einen rr.it dem Gleichstrommotor (15) gekuppelten dritten Positionsgeber (L 8, L 9, 144, 177) aufweist, der ein der Stellung des Läufers (90,92) entsprechend in seiner Amplitude schwankendes Signal abgibt, daß die erste Schaltung (L8, L9, 177, LIl, L12, 241, 242, 260,230,240, L 1 - L 4,175,176,181,182) das Signal des dritten Positionsgebers (L 8, L 9, 144, 177) und das Bezugssignal aufsummiert und zusammen mit dem Signal des Drehzahlistwertgebers (LIl, L 12, 241, 242, 260) einem Vergleicher (240) zuführt, dessen Ausgangssignal die Erregungszeit der Feldwicklungen (80) steuert.

   5. Nähmaschinenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (L 8, L 9,177, L 11, L 12,241,242,260,230, 240, L1-L4, 175, 176, 181, 182) und die zweite Schaltung (270, FA, F5,>impulsförmige Steuersignale an die Steuerschaltung (F i g. 17,18) abgeben, deren Dauer die Erregungszeit der Feldwicklungen (80) bestimmt.

   6. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreise (Fl₁ F5) die zweite Schaltung (270) wirksam schalten, wenn ein Schwellwertschalter (260) des Drehzahlistwertgebers (L 11, L 12,241,242,260) eine festgelegte Drehzahl erfaßt.

   7. Nähmaschinenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bedienungsschalter (SW 1-SW7) eine neutrale Stellung aufweist, in der die auf den Bedienungsschalter (SWi-SW7) ansprechenden Schaltkreise (Fl, F5) die den Gleichstrommotor (15) durch Kurzschließen der Feldwicklungen abbremsende dritte Schaltung (K 1,250,251) wirksam schalten.

   8. Nähmaschinenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (270, FA, FB) einen die Folgefrequenz der Steuersignale festlegenden Impulsgenerator (270) aufweist.

   9. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (270, FA, FB) einen durch den Impulsgenerator (270) fortschaltbaren Zähler (FA, FB) aufweist, dessen Zählerinhalt die aufeinanderfolgende Erregung der Feldwicklungen (80) steuert, und daß eine Gatterschaltung (277, 280) vorgesehen ist, über die der Zähler (FA, FB) vor dem Wirksamschalten der zweiten Schaltung (270, FA, FB) entsprechend der tatsächlichen Stellung des Läufers (90, 92) voreinstellbar ist.

   10. Nähmaschinenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierter Positionsgeber (L 7,178) mit dem Läufer (90, 92) gekuppelt ist und eine wählbare Nähnadelstellung erfaßt und daß die auf die Stellung des Bedienungsschalters (SWi-SW7) ansprechenden Schaltkreise (Fl, F5) die zweite Schaltung (270, FA, FB) auf das vorausgehende Einschalten einer zusätzlichen Schaltstellung des Bedienungsschalters (SWl -SW7) hin so lange wirksam schalten, bis der vierte Positionsgeber (L 7, 178) die wählbare Nähnadelstellung erreicht hat.

   !!. Nähmaschinenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, /.weilen, dritten bzw. vierten Positionsgeber (L 5, 109; Ll-/. 4, 108; I. 8, /. 9, 144; /. 7, !45)

   ein init dem Läufer (90, 92) umlaufendes Geberteil (109,108,144,145) und ein das Geberteil (109,108, 144, 145) beim Vorbeibewegen erfassendes Fühlerelement (L 5, L 1 - L 4, L 8, L 9, L 7) aufwehen.

   12. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerelemente (L5; H-L4) des ersten und zweiten Positionsgebers (L5, 109; L1-L4, 108) bezüglich der Feldwicklungen (80) feststehend angeordnet sind und daß die Fühlerelemente (L 8, L 9; L 7) des dritten und vierten Positionsgebers (L 8, L 9, 144; L 7,145) bezüglich der Feldwicklungen (80) schwenkbar angeordnet sind.

   13. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberteile (109, 108, 144, 145) Metallsegmente sind, die mit dem Läufer (90,92) rotieren, daß die Fühlerelemente (L 5, LX-Z-4, LS, L9, Ll) in unmittelbarer Nähe der Bewegungsbahn der Metallsegmente angeordnete Spulen sind und daß jede Spule Teil eines durch das Vorbeibewegen der Metallsegmente abstimmbaren bzw. verstimmbaren Resonanzkreises ist.

   14. Nähmaschinenantrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein frei laufender, auf die Resonanzfrequenz abgestimmter Hochfrequenz-Oszillator (170) an die Resonanzkreise angekoppelt ist und daß an die Resonanzkreise Schaltungen (Di-D5, D7, DS) 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 (F i g. 17,18) in den Feldwicklungen (80) ein dem Magnetfeld des Läufers (90,92) um 90° 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.