Die Erfindung betrifft eine elektrische Steuerung für einen Nähantrieb gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Da Nähmaschinen relativ einfache Maschinen darstellen, steuert ein Teil der elektronischen Steuerung die Bedienelemente, wie Fadenschneider, Presserfuß etc. an, während der andere Teil den Hauptantrieb in Form eines Motors ansteuert. Dieser wird in der Nähindustrie als Asynchronmotor mit einem elektromechanischen Kupplungs-/Bremssystem, Gleichstrommotoren und Servomotoren eingesetzt. Diese Antriebe können vorgegebene Geschwindigkeiten fahren und an vorgebbaren Winkeln positionieren.

Bei der Asynchronmaschine erfolgt die Versorgung des Kupplungs-/Bremssystems vorzugsweise mit einer Kleinspannung von unter 50 V, meistens 24 V Gleichspannung. Kupplungε- oder Bremsspulen werden aus dieser Spannungsquelle getaktet angesteuert. Damit wird die gewünschte Drehzahl des Antriebs eingestellt.

Die Versorgung der Servomotoren (Gleichstrommotor oder bürstenloser Gleichstrommotor) erfolgt in dieser

Leistungsklasse direkt aus dem Netz. Die Netzspannung wird gleichgerichtet und mit einer genügend großen Kapazität gepuffert. Die Spannung am Kondensator bildet die sogenannte Zwischenkreisspannung, die dann über die elektronischen Baugruppen und Bauelemente den Motor betreibt. Da der Motor direkt am Netzpotential betrieben wird, kommen für diesen Teil der Steuerung die Vorschriften und Richtlinien für den Netzbetrieb zur Anwendung.

In der Nähtechnik werden üblicherweise die Stellelemente ausschließlich mit einer Kleinspannung von < 50 V angesteuert. Der Grund liegt darin, daß nicht immer alle Bedienteile und andere Betriebsmittel für Netzpotential ausgelegt werden können und der Schutz der Bedienungsperson vor einem elektrischen Schlag gewährleistet sein muß. Da aber die Steuerung ein Teil mit Netzpotential zum Ansteuern des Hauptantriebs enthält, müssen die Teile mit Kleinspannungspotential von dem Netzpotential in der Steuerung selbst sicher voneinander getrennt sein (Sicherheitstrennung). Dies bedeutet, daß neben der Einhaltung von Mindestabständen zwischen den Leitungen der Spannungskreise auch eine Potentialtrennung bei bestimmten Ein- und Ausgangssignalen entweder über Optokoppler oder Transformatoren zwischen den beiden Spannungskreisen erfolgen muß.

Die Verwendung von mehreren Spannungskreisen bedingt, daß dazu auch mehrere Spannungsquellen notwendig sind. Zum Beispiel wird zur Versorgung der Stellelemente eine Spannungsquelle mit 24 V für einen kurzzeitigen (mehrere hundert ms) Strom von 10 A verwendet. Die elektronischen Schaltkreise benötigen ein Netzteil mit 5 V und ca. 1 A und die elektronischen Bauteile zur Steuerung des Hauptantriebs an der Netzspannungsεeite benötigen ein

weiteres Netzteil mit einer Spannung zwischen 5 und 15 V und einem Strom um 1 A. In der Nähtechnik werden die Stellelemente im allgemeinen spannungsgesteuert. Um eine einwandfreie Funktion dieser Elemente zu gewährleisten, muß die Spannung relativ konstant sein. Deshalb kann man die Zwischenspannung zur Versorgung der Stellelemente nicht direkt benutzen. Die Zwischenkreisspannung ist einerseits von der Höhe der Netzspannung, andererseits vom Betriebszustand des Motors abhängig. Im Breinsbetrieb wirkt der Motor als Generator und speist elektrische Energie in den Zwischenkreis zurück, so daß dessen Spannung ansteigt. Eine Rückspeisung der Bremsenergie in das Netz scheidet in der Nähtechnik aus Wirtschaftlichkeitsgründen aus. Stattdessen wird beim Erreichen einer vorgegebenen Spannung ein Widerstand zugeschaltet, der die weitere Bremsenergie in Wärme umwandelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Steuerung gemäß dem Oberbegriff des

Hauptanspruches so weiterzubilden, daß nur eine einzige

Spannungsquelle zur Steuerung sowohl des Hauptantriebs als auch der Stellelemente notwendig ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Steuerung gemäß den Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß können alle Spannungen auf ein Bezugspotential bezogen werden und auch die vorstehend genannten Signalübertrager entfallen. Mit Vorteil kann man alle Baugruppen aus der gleichen Spannungsquelle, nämlich der Zwischenkreisspannung speisen, welche auch die elektronischen Bauteile, einschließlich des

Mikroprozessors versorgt. Die Stellelemente, wie Magnete, Ventile etc. kann man deshalb auch über die Zwischenkreisspannung mit der PWM-Technik versorgen. Dies führt zu einer Einsparung der relativ teuren Spannungsquelle mit 24 V Gleichspannung und kurzzeitig 10 A. Diese Stellelemente werden für die Zwischenkreisspannung ausgelegt, so daß der Strom im umgekehrten Verhältnis zur Spannungserhöhung im Vergleich zur 24 V-Versorgung verringert wird. Berücksichtigt man weiterhin die in diesem Kreis auftretenden Betriebszustände, so schwankt die Spannung im Verhältnis 1:2. Um die Spannung für die Stellelemente zu stabilisieren, wird die Zwischenkreisspannung in kurzen Abständen, nämlich einigen ms durch einen A/D-Wandler gemessen. Danach kann der Mikroprozessor bei einer vorgegebenen Frequenz ein Puls-Pausen-Tastverhältnis so ermitteln, daß die Stellelemente eine im Mittel konstante Spannung sehen, obwohl sie aus dem Zwischenkreis angesteuert werden. Die maximale Spannung für die Stellelemente, die man aus dem Zwischenkreis gewinnen kann, entspricht dem minimalen Wert der Zwischenkreisspannung, die bei der niedrigsten Eingangsspannung und maximalen Motorbelastung auftritt. Vorzugsweise sollten die Stellelemente für diese Spannung ausgelegt sein, damit die Steuerungselemente mit kleineren Strömen eingesetzt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:

Figur 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen

Steuerung; und

Figur 2 eine Einzelheit der Steuerung gemäß Fig. 1.

Mit 5 ist der Netzanscliluß in Form einer Wechselspannung bezeichnet. Dieser liegt an einer insgesamt mit 6 bezeichneten Gleichrichterschaltung an, an deren Ausgang ein insgesamt mit 7 bezeichneter Kondensator angeschlossen ist. An diesem liegt die sogenannte Zwischenkreisspannung an. Über ein mit 8 bezeichnetes Netzteil wird eine Spannung in Höhe von +5V für den Mikroprozessor 9 und eine Überwachungs- und Ansteuerschaltung 10 für die Brücke 11 des insgesamt mit 12 bezeichneten Hauptantriebs in Form eines Motors. Der Ausgang des Mikroprozessors 9 ist über Steuerelemente 13 an die Stellelemente (nicht gezeigt) 14 angeschlossen. Die Steuerelemente liegen an der Zwischenkreisspannung.

Der Mikroprozessor 9 nebst Beschaltung ist in Fig. 2 näher dargestellt .

Über einen Ohm' sehen Spannungsteiler R]_ und R2 an den insgesamt mit 15 bezeichneten Eingang des Mikroprozessor 9 angeschlossen. Der Eingang wird von einem Analogdigitalwandler 16 gebildet. Der Ausgang 17 des Mikroprozessors ist an die Steuerelemente 13 angeschlossen. Diese bilden einen elektronischen Ein- und Ausschalter, der die Zwischenkreisspannung bei einer vorgegebenen Frequenz in einem vorgebbaren Tastverhältnis (Pulsweitenmodulation) ansteuert. Diese durch den Mikroprozessor steuerbare Pulsweite wird in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert der Zwischenkreisspannung so eingestellt, daß die Stellelemente die entsprechend geringere (gemäß dem Puls-Pausen-Verhältniε sich ergebende) Spannung sehen.