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Dokumentenidentifikation DE3620968C2 03.08.1989
Titel Nähmaschine
Anmelder Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka, JP
Erfinder Neki, Shigeo, Osaka, JP;
Ohara, Kenichi, Hirakata, Osaka, JP;
Shibata, Nobuho, Katano, Osaka, JP;
Dohi, Takashi, Hirakata, Osaka, JP
Vertreter Tiedtke, H., Dipl.-Ing.; Bühling, G., Dipl.-Chem.; Kinne, R., Dipl.-Ing.; Grupe, P., Dipl.-Ing.; Pellmann, H., Dipl.-Ing.; Grams, K., Dipl.-Ing.; Struif, B., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 23.06.1986
DE-Aktenzeichen 3620968
Offenlegungstag 22.01.1987
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.08.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.08.1989
IPC-Hauptklasse D05B 69/18
IPC-Nebenklasse D05B 69/12   H02P 5/00   
Zusammenfassung In einer Nähmaschine erzeugt eine veränderbare Drehzahleinstelleinrichtung ein veränderbares Bezugsdrehzahlsignal, das an eine Steuerschaltung angelegt wird. Ein Tachogenerator erzeugt Drehzahlimpulse mit einer Frequenz, die zu der Drehzahl eines Motors proportional ist, der eine Nadelarmwelle antreibt. Die Drehzahlimpulse werden während des Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden niederfrequenten Taktimpulsen gezählt, wonach aus dem Zählwert ein zur Motordrehzahl proportionales erstes Istdrehzahlsignal abgeleitet wird. Hochfrequente Taktimpulse werden während des Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden Drehzahlimpulsen gezählt, wobei aus dem Zählwert ein zur Motordrehzahl proportionales zweites Istdrehzahlsignal abgeleitet wird. Das erste Istdrehzahlsignal wird eingesetzt, wenn das Bezugsdrehzahlsignal über einem vorbestimmten Wert liegt, während das zweite Istdrehzahlsignal eingesetzt wird, wenn das Bezugsdrehzahlsignal unter dem vorbestimmten Wert liegt. Die Steuerschaltung steuert entsprechend dem eingesetzten Istdrehzahlsignal die Motordrehzahl so, daß das eingesetzte Signal im wesentlichen gleich dem Bezugsdrehzahlsignal wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nähmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der eine ältere Anmeldung betreffenden DE-OS 35 19 391 ist eine derartige Nähmaschine beschrieben, die zur Motor-Drehzahlsteuerung einen Zähler aufweist, der die Anzahl von Geschwindigkeitsimpulsen eines mit dem Motor gekoppelten Tachogenerators zählt, die zwischen Taktimpulsen eines mit einer festen Frequenz arbeitenden Impulsgenerators auftreten. Der jeweilige erreichte Zählstand des Zählers wird mit Zählständen verglichen, die in einem Speicher gespeichert sind und den jeweils gewünschten Drehzahl-Sollwert darstellen, wobei bei Drehzahlabweichungen die Nähmaschinen-Antriebswelle zur Kompensation dieser Abweichungen entweder beschleunigt oder gebremst wird.

Aus der US-PS 43 86 301 ist eine Drehzahlregelschaltung für eine Nähmaschine bekannt, bei der ein Tachogenerator Drehzahlimpulse mit einer Frequenz erzeugt, die zur Drehzahl des Nähmaschinenmotors proportional ist. Ein veränderbarer Frequenzteiler teilt die Frequenz der Drehzahlimpulse durch einen Faktor, der durch ein von einer Drehzahleinstellvorrichtung zugeführtes Bezugsdrehzahlsignal gesteuert wird, und erzeugt dadurch Ausgangsimpulse mit einer Frequenz, die ein ganzzahliger Bruchteil der ursprünglichen Frequenz ist. Die Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen werden gemessen und entsprechende Signale an eine Umsetzschaltung angelegt, die die gemessenen Intervalle gemäß einer vorbestimmten Übertragungsfunktion umsetzt. Abhängig von den Ausgangssignalen der Umsetzschaltung wird eine Bremsen/Kupplungs- Anordnung des Nähmaschinenmotors gesteuert. Infolge der geschlossenen Regelschleife nähern sich die gemessenen Intervalle einem konstanten Wert, wenn der Motor eine gleichmäßige Drehzahl erreicht, und zwar unabhängig von deren Wert. Obgleich diese Regelschaltung insofern vorteilhaft ist, als die Umsetzschaltung mit einem Mikroprozessor aufgebaut werden kann, besteht die Tendenz, daß sich die Motordrehzahl stufenweise entsprechend einem Impulsintervall ändert, wenn bei einer Neueinstellung der Bezugsdrehzahl der Frequenzteilungsfaktor geändert wird. Die stufenweise Änderung könnte zwar theoretisch durch Steigerung der Anzahl der bei jeder Umdrehung des Motors erzeugten Drehzahlimpulse verringert werden, jedoch ist in der Praxis die Anzahl der erzeugbaren Impulse begrenzt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Nähmaschine derart auszugestalten, daß die Motor-Drehzahl mit geringer Stufung änderbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Nähmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Nähmaschine werden somit zwei Istdrehzahlsignale unter Heranziehung einerseits der Taktimpulse und andererseits der Drehzahlimpulse als Zählsignal gebildet, von denen abhängig von der Größe des Bezugsdrehzahlsignals jeweils eines ausgewählt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Konzept lassen sich Motordrehzahlen mit sehr geringer Stufung einstellen.

Hinsichtlich der Motorsteuerung gemäß der DE-OS 30 42 267 wird aufgeführt, daß an sich das Arbeiten mit zwei parallel bereitgestellten Impulsfolgen, von denen die eine eine andere bzw. die doppelte Frequenz der anderen Impulsfolge besitzt und von denen jeweils selektiv eine ausgewählt wird und zur Steuerung eines Rampengenerators dient, bekannt ist. Jedoch kann hierbei abhängig von der jeweils ausgewählten Impulsfolge die Motorgeschwindigkeit lediglich zwischen zwei Soll-Drehzahlen, die insbesondere im Verhältnis 1 : 2 stehen, umgeschaltet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen (Ansprüche 2 und 3) angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Blockdarstellung einer Nähmaschinen-Drehzahlregelschaltung bei einem Ausführungsbeispiel der beschriebenen Nähmaschine,

Fig. 2 eine grafische Darstellung von Drehzahlfehlern als Funktion von Bezugsdrehzahlen bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild einer Abwandlungsform eines Decodierers und

Fig. 4 eine grafische Darstellung von Drehzahlfehlern als Funktion von Bezugsdrehzahlen bei dem Decodierer gemäß Fig. 3.

Gemäß Fig. 1 weist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Nähmaschine einen Kodierer bzw. Stellungsmelder 10 für das Erfassen des Ausmaßes des Drückens eines Fußpedals 11 zur Vorgabe einer Bezugsdrehzahl auf, mit der die Nähmaschine betrieben werden soll. Der Stellungsmelder 10 erzeugt ein diese Bezugsdrehzahl darstellendes digitales Bezugsdrehzahlsignal und führt dieses einem Dekodierer 12 sowie einer Steuerschaltung 13 zur Fehlerermittlung und Drehzahlsteuerung zu. Der Dekodierer 12 vergleicht das Bezugsdrehzahlsignal mit einem vorbestimmten Schwellenwert, erzeugt jeweils in Abhängigkeit davon, ob das Bezugsdrehzahlsignal über oder unter dem Schwellenwert liegt, ein logisches Ausgangssignal "1" oder "0" und führt das logische Ausgangssignal Schaltgliedern 14 und 15 zu, um über diese selektiv Istdrehzahlsignale zu der Steuerschaltung 13 durchzulassen. Die Steuerschaltung 13 vergleicht zur Fehlerermittlung das gewählte Istdrehzahlsignal mit dem Bezugsdrehzahlsignal und steuert die Drehzahl eines Motors 16 der Nähmaschine so, daß die Differenz zwischen den beiden an die Steuerschaltung 13 angelegten Eingangssignalen im wesentlichen auf "0" verringert wird. Der Motor 16 umfaßt eine Riemenscheibe 17, die über einen Riemen 18 mit einer Riemenscheibe 19 einer Haupt- bzw. Armwelle 20 der Nähmaschine verbunden ist, um unter anderem eine Nadel 21 auf- und abzubewegen.

An den Motor 16 ist ein Tachogenerator 22 angeschlossen, der eine Folge von Drehzahlimpulsen mit einer zur Motordrehzahl proportionalen Frequenz erzeugt und die Drehzahlimpulse an den Zähleingang eines ersten Zählers 23 sowie an den Rücksetzeingang eines zweiten Zählers 24 anlegt. Ein Niederfrequenz-Impulsgenerator 25 erzeugt Abfrage-Taktimpulse mit einer Frequenz, die niedriger als die Frequenz der Drehzahlimpulse des Tachogenerators 22 ist, wenn der Motor mit einer Minimaldrehzahl läuft. Die niederfrequenten Taktimpulse werden an den Rücksetzeingang des ersten Zählers 23 angelegt, um diesen zur Zählung der Drehzahlimpulse einzuschalten; entsprechend den niederfrequenten Taktimpulsen für die Abfrage führt der Zähler ein der momentanen Drehzahl des Motors proportionales binäres Ausgangssignal P&sub1; einem Zwischenspeicher 26 zu. Der zur Drehzahl proportionale Wert in dem Zwischenspeicher 26 wird daher in konstanten Intervallen aktualisiert bzw. fortgeschrieben, wobei das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 26 an eine Multiplizierschaltung 27 angelegt wird, die den Momentandrehzahlwert P&sub1; mit einer Konstanten K&sub1; multipliziert, um ein erstes Istdrehzahlsignal zu erzeugen. Die Konstante K&sub1; ist so gewählt, daß sich das erste Istdrehzahlsignal in einem mit dem Bezugsdrehzahlsignal vergleichbaren Bereich ändert. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 27 wird an die Steuerschaltung 13 für die Fehlerermittlung und die Drehzahlsteuerung angelegt, wenn durch ein logisches Ausgangssignal "1" des Decodierers 12 das Schaltglied 14 durchgeschaltet wird.

Der zweite Zähler 24 wird von einem Hochfrequenz-Impulsgenerator 28 mit einer Frequenz angesteuert, die weitaus höher als die höchste Frequenz der Drehzahlimpulse ist, mit denen der Zähler rückgesetzt wird. Der Zähler 24 liefert daher einen Zählwert P&sub2;, der zu der momentanen Motordrehzahl umgekehrt proportional ist. An den Ausgang des Zählers 24 ist ein Zwischenspeicher 29 zum Speichern des Zählwerts P&sub2; angeschlossen. Der umgekehrt proportionale bzw. reziproke Drehzahlwert in dem Zwischenspeicher 29 wird somit in Intervallen fortgeschrieben, die sich als Funktion der Motordrehzahl ändern. Das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 29 wird an eine Kehrwertschaltung 30 angelegt, die den Kehrwert des zur momentanen Drehzahl reziproken Zählwerts P&sub2; bildet und den Kehrwert mit einer Konstante K&sub2; multipliziert, um ein zweites Istdrehzahlsignal zu erzeugen, das zu der momentanen Motordrehzahl proportional ist. Die Konstante K&sub2; ist so gewählt, daß sich das zweite Istdrehzahlsignal in einem mit dem Bezugsdrehzahlsignal vergleichbaren Bereich ändert. Das Ausgangssignal der Kehrwertschaltung 30 wird an die Steuerschaltung 13 für die Fehlerermittlung und die Drehzahlsteuerung angelegt, wenn durch ein logisches Ausgangssignal "0" des Decodierers 12 das Schaltglied 15 durchgeschaltet wird.

Es wird nun das Ausmaß möglicher Fehler betrachtet, die in den Istdrehzahlsignalen an den Eingängen der Schaltglieder 14und 15 auftreten könnten.

In dem Istdrehzahlsignal am Eingang des Schaltglieds 14 tritt ein Fehler entweder dann auf, wenn der Zähler 23 die Zählung eines zu zählenden Drehzahlimpulses ausläßt, oder dann, wenn der Zähler einen eigentlich nicht zu zählenden Drehzahlimpuls zusätzlich zählt. Daher nimmt das Fehlerausmaß am Eingang des Schaltglieds 14 nichtlinear mit steigender Motordrehzahl ab, wie es durch eine Kurve H in Fig. 2 dargestellt ist. Andererseits tritt an dem Eingang des Schaltglieds 15 ein Fehler dann auf, wenn der Zähler 24 die Zählung eines Taktimpulses des Impulsgenerators 28 ausläßt, oder dann, wenn der Zähler einen Taktimpuls zuviel zählt. Da die Rücksetzintervalle des Zählers 24 zur Motordrehzahl umgekehrt proportional bzw. reziprok sind, nimmt das Fehlerausmaß am Eingang des Schaltglieds 15 linear mit steigender Motordrehzahl zu, wie es durch eine Linie L in Fig. 2 gezeigt ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann das Ausmaß derartiger Fehler dadurch verringert werden, daß das Schaltglied 14 ausschließlich dann durchgeschaltet wird, wenn die Bezugsdrehzahl höher als eine Drehzahl N ist, die dem Schnittpunkt der Kurve H mit der Linie L entspricht, und daß das Schaltglied 15 nur dann durchgeschaltet wird, wenn die Bezugsdrehzahl niedriger als die Drehzahl N ist. Daher wird von dem Decodierer 12 das Bezugsdrehzahlsignal mit einem die Drehzahl N darstellenden digitalen Wert verglichen und den Schaltgliedern 14 und 15 jeweils ein logisches Ausgangssignal "1" oder "0" für das jeweilige Durchlassen der Eingangssignale der Schaltglieder 14 oder 15 zu der Steuerleitung 13 zugeführt, wenn die Bezugsdrehzahl höher bzw. niedriger als die Drehzahl N ist.

Vorzugsweise besitzt der Decodierer 12 Hysteresecharakteristik, um zu vermeiden, daß der Schwellenwert in unregelmäßiger Weise von dem Bezugsdrehzahlsignal, welches infolge der naturgemäß in der Nähmaschine auftretenden mechanischen Vibrationen schwankt, über- und unterschritten wird. Zu diesem Zweck wird der Decodierer 12 in der in Fig. 3 gezeigten Weise abgewandelt. An die Ausgänge des Stellungsmelders 10 werden zwei Decodierer 12a und 12b angeschlossen, die das Bezugsdrehzahlsignal jeweils mit einem niedrigen Schwellenwert Nl bzw. einem hohen Schwellenwert Nh vergleichen. Der Decodierer 12a erzeugt ein logisches Ausgangssignal "1", wenn das Bezugsdrehzahlsignal niedriger als der niedrigere Schwellenwert Nl ist, während der Decodierer 12b ein logisches Ausgangssignal "1" erzeugt, wenn das Bezugsdrehzahlsignal über dem höheren Schwellenwert Nh liegt; beide Decodierer 12a und 12b geben ein logisches Ausgangssignal "0" ab, wenn das Bezugsdrehzahlsignal zwischen dem niedrigen Schwellenwert Nl und dem hohen Schwellenwert Nh liegt. Zwischen dem niedrigen und dem hohen Schwellenwert liegt der der Drehzahl N entsprechende Schwellenwert. Die Ausgangssignale der Decodierer 12a und 12b werden jeweils an den Setzeingang bzw. den Rücksetzeingang eines Flip-Flops 12c angelegt. Die Funktion der Schaltung nach Fig. 3 ist in Fig. 4 veranschaulicht. Wenn das schwankende Bezugsdrehzahlsignal derart ansteigt, daß es den niedrigen Schwellenwert Nl und den hohen Schwellenwert Nh übersteigt, und das Flip-Flop 12c den logischen Ausgangszustand "0" einnimmt, wird bei dem ersten Übersteigen des höheren Schwellenwerts das Flip-Flop 12c auf das logische Ausgangssignal "1" geschaltet; wenn darauffolgend das Bezugsdrehzahlsignal abfällt und nacheinander den hohen und den niedrigen Schwellenwert unterschreitet, behält das Flip-Flop 12c das logische Ausgangssignal "1" bis zum Unterschreiten des niedrigeren Schwellenwerts Nl bei.

Bei der beschriebenen Nähmaschine erzeugt die veränderbare Drehzahleinstelleinrichtung somit ein veränderbares Bezugsdrehzahlsignal, das an die Steuerschaltung angelegt wird. Der Tachogenerator erzeugt Drehzahlimpulse mit einer Frequenz, die zu der Drehzahl des Motors proportional ist, der die Haupt- bzw. Armwelle antreibt. Die Drehzahlimpulse werden während des Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden niederfrequenten Taktimpulsen gezählt, wonach aus dem Zahlwert ein zur Motordrehzahl proportionales erstes Istdrehzahlsignal abgeleitet wird. Hochfrequente Taktimpulse werden während des Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden Drehzahlimpulsen gezählt, wobei aus dem Zählwert ein zur Motordrehzahl proportionales zweites Istdrehzahlsignal abgeleitet wird. Das erste Istdrehzahlsignal wird eingesetzt, wenn das Bezugsdrehzahlsignal über einem vorbestimmten Wert liegt, während das zweite Istdrehzahlsignal eingesetzt wird, wenn das Bezugsdrehzahlsignal unter dem vorbestimmten Wert liegt. Die Steuerschaltung steuert entsprechend dem eingesetzten Istdrehzahlsignal die Motordrehzahl so, daß das eingesetzte Signal im wesentlichen gleich dem Bezugsdrehzahlsignal wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Nähmaschine mit einem Motor für den Antrieb einer Hauptwelle derselben, einer Einrichtung zum Erzeugen eines veränderbaren Bezugsdrehzahlsignals für den Motor entsprechend dem Ausmaß des Niederdrückens eines Fußpedals, einem Tachogenerator zum Erzeugen von Drehzahlimpulsen mit zur Motordrehzahl proportionaler Frequenz, einem ersten Impulsgenerator zum Erzeugen von Taktimpulsen, einem Zähler zum Zählen der Drehzahlimpulse während des Intervalls zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Taktimpulsen zur Gewinnung eines Istdrehzahlsignals des Motors, und einer Steuereinrichtung zum Steuern der Motordrehzahl derart, daß die Motordrehzahl dem Bezugsdrehzahlsignal entspricht, gekennzeichnet durch einen zweiten Impulsgenerator (28) zum Erzeugen von Taktimpulsen mit einer Frequenz, die höher als die Frequenz des ersten Impulsgenerators (25) ist, einen zweiten Zähler (24) zum Zählen der Taktimpulse des zweiten Impulsgenerators (28) während jeweils aufeinanderfolgenden Drehzahlimpulsen zur Gewinnung eines zweiten Istdrehzahlsignals des Motors und eine Umschaltschaltung (12, 14, 15) zum Koppeln des erstgenannten Istdrehzahlsignals mit der Steuereinrichtung (13), wenn das Bezugsdrehzahlsignal höher als ein vorbestimmter Wert ist, bzw. zum Koppeln des zweiten Istdrehzahlsignals mit der Steuereinrichtung (13) dann, wenn das Bezugsdrehzahlsignal niedriger ist als der vorbestimmte Wert.
  2. 2. Nähmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltschaltung (12, 14, 15) eine Einrichtung (12a, 12b, 12c) zum Vergleichen des Bezugsdrehzahlsignals mit einem ersten und einem zweiten vorbestimmten Schwellenwert (Nl, Nh) und eine Einrichtung (14, 15) zum Abgeben des ersten Istdrehzahlsignals, wenn das Bezugsdrehzahlsignal aufeinanderfolgend den ersten und dann den zweiten vorbestimmten Schwellenwert durchquert, oder des zweiten Istdrehzahlsignals aufweist, wenn das Bezugsdrehzahlsignal aufeinanderfolgend den zweiten und dann den ersten vorbestimmten Schwellenwert durchquert.
  3. 3. Nähmaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (30) zum Erzeugen des Kehrwerts des Ausgangssignals des zweiten Zählers (24) als zweites Istdrehzahlsignal.






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