DE60205618T2

DE60205618T2 - Fadenverlegung für eine vorrichtung zum aufwickeln eines fadens auf eine spule

Info

Publication number: DE60205618T2
Application number: DE60205618T
Authority: DE
Inventors: Philippe Flechon
Original assignee: Rieter Textile Machinery France SA
Current assignee: Rieter Textile Machinery France SA
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2022-06-07
Also published as: ATE302156T1; CN1538929A; CN1289371C; WO2002098777A1; DE60205618D1; EP1392591B1; JP2004527431A; EP1392591A1; US6856050B2; US20040108402A1

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich des Aufwickelns eines Textilfadens auf einen Halter, so dass während der verschiedenen Herstellungsetappen für seine Produktion (Verspinnen, Verstrecken, Texturierung) eine Spule gebildet wird, wobei der Faden auf einen Halter (Rohr aus Karton, Metall ...) aufgewickelt wird, und der Halter entweder durch seine Achse oder durch Betätigen eines Steuerelementes angetrieben wird.
Zur Durchführung eines solchen Arbeitsganges wird der Faden entweder in Form von geraden, parallelen oder gewellten Windungen entlang der Mantellinie der Spule verteilt, wobei die Windungen innerhalb derselben Schicht zwar parallel, aber von einer Schicht zur anderen versetzt und überkreuz verlaufen.
Im allgemeinen ist die Verlegungsgeschwindigkeit entlang der Spule konstant, während die Bewegungsumkehr an den Enden der Spule dagegen so schnell wie möglich erfolgt, damit die Ränder der Spule aufgrund einer erhöhten Ablagerung des Fadens nicht dicker werden als in der Mitte der Wicklung.
Diese rasche Umkehr in der Bewegungsrichtung erzeugt also bei einer Fadenführung mit Hin- und Herbewegung am Umkehrpunkt sehr hohe Beschleunigungen und Verzögerungen.
Bisheriger Stand der Technik
Es hat zahlreiche Vorschläge für die Herstellung von Fadenverlegungssystemen gegeben, bei denen der Faden an der Oberfläche des Halters mit größtmöglicher Geschwindigkeit verteilt werden kann, wobei diese Geschwindigkeiten 1000 bis 2000 m/Min. oder mehr erreichen können, und man gleichzeitig Wicklungen mit einer perfekten Dichte über die gesamte Stärke erhält, und wobei die Seitenflächen entweder gerade oder schräg (doppelkegelige Spulen) sind.
Für die Steuerung der Bewegungen der Fadenführung wurde die Verwendung von Systemen mit Nocken, mit gerillter Walze sowie die Montage der Fadenführung an einem Fadenverlegungssystem mit Antriebsriemen und Schrittschaltmotor mit Mikroprozessorsteuerung ( EP 302461 ) vorgeschlagen.
Bei allen bisherigen Lösungen, bei denen die Fadenführung an einem Übertragungselement montiert wird (Riemen, Drehhalter ...), das von einem Motor angetrieben wird, besteht eines der Hauptprobleme, das sich stellt, darin, dass im Bereich der Umkehrzone der Bewegungsrichtung der Führung aufgrund der Massen, die in Bewegung sind, plötzlich eintretende, sehr hohe Leistungsspitzen in der Größenordnung von einigen hundert Watt erforderlich sind.
Man könnte die Bewegungen der Führung durch direkte Verwendung eines Linearmotors durchführen, der die Changiereinrichtung für die Verlegung des Fadens auf der Spule antreibt, beispielsweise Motoren, wie sie in der Robotertechnik, in Druckereien oder in der Messtechnik für Messschränke eingesetzt werden.
Im allgemeinen lassen sich diese herkömmlichen Motoren in zwei große Gruppen einteilen.
Die erste Gruppe besteht aus Linearmotoren mit Wagen oder Läufer, d.h. einem Motor, der ähnlich wie ein liegender Schrittschaltmotor funktioniert.
Man könnte also die gesamte Fadenverteilanlage direkt auf diesem Wagen oder Läufer montieren.
Doch in einem solchen Fall muss der Motor so ausgelegt sein, dass ein Gesamthub von mindestens gleich dem Nutzhub des beweglichen Elementes möglich ist, das aus den Spulen besteht, während der Stator aus einem Permanentmagneten besteht.
Außerdem ist die Anziehungskraft zwischen dem Stator (Magneten) und der Schaltung äußerst stark, so dass ein Führungssystem für die Verschiebung erforderlich wäre, das dieser Anziehung widerstehen kann, wobei gleichzeitig ein konstanter Luftspalt aufrechterhalten wird.
Folglich müsste der Läufer, der das Element für die Fadenverteilung trägt, auf einem Wagen montiert werden, der mit den beweglichen Spulen verbunden ist, was Führungselemente wie Kugeln oder Rollen erforderlich machen würde, die eine erhebliche Bewegungsmasse erzeugen, was die Beschleunigungsleistung des Systems begrenzt.
Wenn eine solche Lösung realisiert werden würde, hätte man schließlich das Problem, dass den beweglichen Spulen über elektrische Drähte Strom zugeführt werden muss, was den Einsatz von biegsamen Kabeln oder Kabelträgern erforderlich macht, was die Bewegungsmasse noch weiter erhöht und die Beschleunigungen begrenzt.
Die zweite Gruppe herkömmlicher Linearmotoren ist die Gruppe der sogenannten Polysolenoidmotoren.
Ein solcher Polysolenoidmotor wird derart hergestellt, dass die Spulen und die Magnetsysteme feststehend sind, während der Permanentmagnet selbst beweglich ist.
Dieser Permanentmagnet ist zylinderförmig und einem Kolben oder einer Zylinderkolbenstange vergleichbar.
In einem solchen Fall könnte man die Fadenführung am Ende des Kolbens anordnen.
In seiner Konstruktion besteht ein solcher Linearmotor mit beweglichem Permanentmagnet aus einem Rohr aus magnetisiertem Werkstoff mit einer Folge wechselnder Nord-/Süd-Pole. Die Spulen und die zugehörigen Magnetkräfte sind wie ein Stapel von Ringen um dieses Rohr in dem Hauptteil des Motors angeordnet.
Dadurch, dass bei dieser Art von Motor nur der Magnet beweglich ist, werden die Bewegungsmassen folglich reduziert und die Beschleunigungsmassen erhöht. Außerdem kann er sehr leicht anstelle von Zylindern in die mechanischen Installationen integriert werden.
Doch der Einsatz solcher Motoren beim Aufwickeln von Textilfäden, der die Hin- und Herbewegung der Führungseinrichtung durchführen soll, hätte den großen Nachteil, dass die Spuleinheiten aufgrund des Vorhandenseins des Zylinders und dessen seitlichem Platzbedarf nicht nebeneinander angeordnet werden können, wie das bei den Textilmaschinen oft der Fall ist.
Außerdem sind die Bewegungsmassen, wenn auch reduziert, immer noch sehr groß, weil der Magnet mindestens die Hublänge der Spulen plus eine ausreichende Länge aufweisen muss, welche zur Aufnahme der Magnetkräfte in dem Zylinder verbleibt.
Wenn der Magnet am Ende des Hubs aus dem Magnetfeld heraustritt, besitzt der Motor in einem Augenblick, in dem man beim Aufwickeln des Fadens für einen raschen Bewegungswechsel die maximale Kraft benötigt, nämlich weniger Kraft.
Mit anderen Worten, um über den gesamten Hub eine konstante Kraft zu haben, muss diese Art von Zylinder einen Permanentmagneten besitzen, dessen Länge mindestens zwei Mal dem Hub entspricht.
Der Stand der Technik lässt sich durch die Spezifikationen des Dokumentes DE-A-19623771 über eine Vorrichtung veranschaulichen, welche das Aufwickeln eines Fadens auf einen Halter, der gedreht wird, mit hoher Geschwindigkeit erlaubt, und der aus einem Verteilsystem besteht, das sich parallel zur Oberfläche des Halters mit rascher Verzögerung und Beschleunigung am Umkehrpunkt der Hin- und Herbewegung hin- und herbewegt. Die Bewegung der Fadenführung für die Verlegung erfolgt mit Hilfe eines Ringläufers, der mit einer Magnetplatte und einem Linearmotor verbunden ist.
Man kann auch die Spezifikationen des Dokumentes US-A-4945268 anführen, in dem ein Linearmotor beschrieben wird, bei dem der Stator aus einer Einheit von Grundmodulen besteht, die nebeneinander angeordnet sind. Eine Magnetplatte ist umschlossen und die Steckstellen sind mit einer einzigen Spule verbunden und stellen ein Magnetfeld dar.
In dem Dokument EP-A 0905869 besitzen die Magnetkreise keine Spulen.
Beschreibung der Erfindung
Es wurde nun eine verbesserte Vorrichtung gefunden, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Sie ermöglicht das schnelle Aufwickeln eines Fadens auf einen sich drehenden Halter, die ein Verteilsystem für den Faden besitzt, das aus einer Fadenführung für die Verlegung und aus einem beweglichen Element oder einem Ringläufer besteht, der in einer Hin- und Herbewegung parallel zu der Oberfläche des Halters mit rascher Verzögerung und rascher Beschleunigung am Umkehrpunkt der Hin- und Herbewegung verschoben wird.
Die Bewegung der Fadenführung für die Verlegung wird mit Hilfe des beweglichen Elementes oder des Ringläufers durchgeführt, das bzw. der mit einer Magnetplatte eines Linearmotors verbunden ist, welcher mit einem Zweiphasenstrom oder mit Drehstrom gespeist wird.
Gemäß der Erfindung besteht der Stator des Linearmotors aus mindestens einem Satz Grundmodule, die entweder einander gegenüberliegend oder in ihren jeweiligen Verlängerungen angeordnet sind, und die jeweils eine Vielzahl von Magnetkreisen in Form eines C besitzen, welche zwischen den Enden ihrer in einem bestimmten Abstand zueinander angeordneten Schenkel einen Luftspalt definieren, in dem sich die Magnetplatte befindet, welche die Pole Nord und Süd besitzt, und die das bewegliche Element darstellt, welches den Ringläufer, der die Fadenführung aufnimmt, verschiebt, wobei:
die Magnetkreise jedes Grundmoduls aus einer Vielzahl von Steckstellen-Paaren bestehen, die paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei jede Reihe von Steckstellen mit einer Spule verbunden ist, so dass in dem Luftspalt, den sie bilden, ein Magnetfeld entsteht, und der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Steckstellen dem doppelten Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nord-/Süd-Polen entspricht, die an dem Flachmagneten vorgesehen sind,
die Steckstellen eines Moduls, der mit der gleichen Stromversorgungsphase verbunden ist, gegenüber den Steckstellen, die mit der anderen oder den anderen Phasen verbunden sind, um einen Wert versetzt sind, der dem magnetischen Abstand, geteilt durch die Anzahl der Phasen, entspricht;
die Magnetplatte so ausgelegt ist, dass sie in den Luftspalt mindestens eines Grundmoduls jeder der Stromversorgungs-Phasen, insbesondere der Länge nach, eingeschoben werden kann, um zwei, genau ausgerichtete (Zweiphasen-) Module oder drei, genau ausgerichtete (Drehstrom-) Module abzudecken, oder um insbesondere in der Breite zwei (Zweiphasen-) Module abzudecken, die einander gegenüber angeordnet sind, wobei die Platte auf ihren beiden Seiten abwechselnd die Pole Nord/Süd aufweist, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der mindestens dem halben Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Steckstellen entspricht;
Elemente vorgesehen sind, um zu gewährleisten, dass die Magnetplatte genau in der Mittelebene des Luftspaltes des Magnetkreises gehalten wird.
Gemäß der Erfindung kann die Stromversorgung entweder mit Zweiphasenstrom oder mit Drehstrom erfolgen.
Wenn die Stromversorgung mit Zweiphasenstrom realisiert wird, besitzt die Vorrichtung mindestens drei, genau ausgerichtete Grundmodule, wobei die Steckstellen des mittleren Moduls gegenüber den Steckstellen des vorhergehenden Moduls und des nachfolgenden Moduls, das mit ihm verbunden ist, auf der gleichen Seite um einen halben magnetischen Abstand versetzt sind.
Oder die Vorrichtung besitzt mindestens ein Paar von zwei Modulen, welche einander gegenüber angeordnet und jeweils an eine der beiden Phasen angeschlossen sind, wobei die Steckstellen einer der Module gegenüber den Steckstellen des Moduls, das ihnen gegenüberliegt, um einen halben magnetischen Abstand versetzt sind.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, einen Linearmotor mit einer beliebigen Hublänge herzustellen, indem man mehrere, genau ausgerichtete oder einander gegenüberliegende Module verwendet. In diesem Fall werden alle Module, die an die gleiche Phase angeschlossen sind, so angeordnet, dass ihre Steckstellen in einer ganzen Zahl von Paaren magnetischer Abstände beabstandet sind, damit sich ihre Steckstellen unabhängig von der Position des Magneten gegenüber einem Pol mit gleichem Vorzeichen befinden.
Ebenso werden die Module, die an die andere Phase angeschlossen sind, so angeordnet, dass ihre Steckstellen in einer ganzen Zahl von Paaren magnetischer Abstände beabstandet sind, so dass sich ihre Steckstellen unabhängig von der Position des Magneten gegenüber einem Pol mit gleichem Vorzeichen befinden, und sie alle gegenüber den Steckstellen der Module, die an die erste Phase angeschlossen sind, in der gleichen Richtung um einen halben magnetischen Abstand versetzt sind.
Gemäß der Erfindung können sämtliche Module, die an die gleiche Phase angeschlossen sind, an der gleichen Seite des Magneten oder zu beiden Seiten des Magneten ausgerichtet sein.
Wenn die Stromversorgung durch Drehstrom erfolgt, besitzt die Vorrichtung mindestens vier, genau ausgerichtete Grundmodule, wobei die Steckstellen des zweiten Moduls gegenüber den Steckstellen des vorhergehenden Moduls auf der gleichen Seite um ein Drittel des magnetischen Abstand versetzt sind, und die Steckstellen des dritten Moduls gegenüber den Steckstellen des zweiten Moduls um ein Drittel des magnetischen Abstandes versetzt sind.
Gemäß der Erfindung können die Magnetkreise in Form eines C jedes Grundmoduls entweder durch maschinelle Bearbeitung oder Formen von Hohlkerben in einer Blockeinheit hergestellt werden und aufeinanderfolgende Steckstellen bilden, die paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind und zwischen sich einen Luftspalt bilden, oder durch eine Folge von Platten in Form eines C hergestellt werden, die voneinander getrennt sind.
Vorzugsweise sind die Grundmodule, welche die Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellen, identisch, wobei der Versatz um einen halben magnetischen Abstand oder ein Drittel des magnetischen Abstandes der Steckstellen eines Moduls gegenüber den Steckstellen des gegenüberliegenden, vorhergehenden Moduls durch den Zwischenraum oder Abstand der Grundmodule untereinander erreicht wird.
Die Platte, die genau in der Mittelebene des Luftspaltes des Magnetkreises montiert wird, wird mit Hilfe von Führungselementen des Ringläufers gehalten, der die Fadenführung aufnimmt, wobei diese Elemente die Position der Magnetplatte in dem Luftspalt der Statoren halten und sich den Anziehungskräften zwischen den Magneten und den Polen des Magnetkreises widersetzen.
Diese Führungselemente können aus Sätzen von Rollen bestehen, die an dem Ringläufer angeordnet werden und auf den Führungen, welche sich über die gesamte Länge des Verteilsystems erstrecken, hin und her laufen.
Wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung eventuell derart gebaut ist, dass sie gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsart nur eine Reihe ausgerichteter Grundmodule besitzt, ist ein zweiter Satz Statoren symmetrisch gegenüber einer mittleren Symmetrieebene angeordnet, so dass man eine stärkere Kraft erhält, die gegenüber der Mittelachse der Magnetplatte, die in dem Luftspalt der Magnetkreise verschoben werden kann, völlig ausgeglichen ist.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsart besitzt die Vorrichtung dann zwei Statoren, die aus genau ausgerichteten Grundmodulen bestehen, wobei die Statoren symmetrisch zu beiden Seiten einer mittleren Symmetrieebene montiert sind, und die Magnetplatte, welche das bewegliche Element darstellt, das den Ringläufer verschiebt, welcher die Fadenführung aufnimmt, symmetrisch gegenüber ihrer Längsachse angeordnet an den beiden Seitenflächen und in der Zone, welche sich im Luftspalt der Steckstellen befindet, abwechselnd die Pole Nord und Süd besitzt, die entsprechend angeordnet sind, wobei die Fadenführung an dem Ringläufer selbst montiert ist, welcher mit einer Verstärkung in der Mitte verbunden wurde, die in der Mittelebene der Magnetplatte zwischen den beiden Reihen von Magnetpolen angeordnet ist.
In diesem Fall sind die Grundmodule ebenfalls identisch und man erhält den Versatz um einen halben magnetischen Abstand oder ein Drittel des magnetischen Abstandes der Steckstellen eines Moduls gegenüber den Steckstellen des vorhergehenden Moduls oder der nachfolgenden Module, die mit ihm verbunden sind, ebenfalls durch den Zwischenraum oder Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Modulen.
Die Anzahl der Modulelemente, welche den Antrieb der Fadenführung ermöglicht, hängt von der Länge der Aufwicklung ab, die durchzuführen ist.
Wenn die Vorrichtung aus einer Reihe ausgerichteter Module besteht, beträgt die Mindestanzahl an Modulen drei, wenn die Versorgung mit Zweiphasenstrom erfolgt, und mindestens vier, wenn die Versorgung mit Drehstrom erfolgt. Die Größe der Verschiebung bzw. Bewegung, also die Breite der Aufwicklung, entspricht also mindestens der Breite eines der Module.
Mit anderen Worten, mit einer Folge "n" aufeinander folgender Module erhält man mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung eine Verlegungsgröße von (n-2) mit Zweiphasenstrom oder (n-3) mit Drehstrom, multipliziert mit der Breite jedes Moduls, das den Stator bildet.
Wenn die Vorrichtung aus einer Reihe von einander gegenüberliegenden Modulpaaren besteht, beträgt die Mindestanzahl versetzter Paare zwei, und die Größe der Bewegung oder Verschiebung entspricht mindestens der Breite eines der Module.
Mit anderen Worten, mit einer Folge von « n » Modulpaaren erhält man eine Verlegungsgröße von « n-1 », multipliziert mit der Breite jedes Moduls.
Nach einer weiteren Ausführungsart gemäß der Erfindung können alle Module einander gegenüberliegend und ohne Versatz genau ausgerichtet angeordnet werden, wobei die Magnetplatte in dem Fall zu beiden Seiten ihrer Symmetrieachse die Pole Nord/Süd aufweist, die um einen halben magnetischen Abstand versetzt sind, und in diesem Fall sind sämtliche Module, die sich auf der gleichen Seite des Magneten befinden, an die gleiche Phase angeschlossen.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsart besitzt die Vorrichtung dann zwei Statoren, die aus genau ausgerichteten Grundmodulen bestehen, wobei die Statoren zu beiden Seiten einer mittleren Symmetrieebene montiert sind, und die Anzahl der Modulelemente, die den Antrieb der Fadenführung erlaubt, von der Länge der durchzuführenden Aufwicklung abhängt.
Um das maximale Drehmoment zu erreichen, muss die gesamte Magnetplatte in die Magnetfelder eingetaucht werden, die in dem Luftspalt der Module erzeugt wurden. Für eine Ausrichtung von n, einander gegenüberliegenden Modulpaaren ist die Größe der Bewegung und folglich die Breite der Aufwicklung also gleich n Mal die Breite eines Moduls abzüglich der Länge der Magnetplatte.
Um also die Regelung und Steuerung der Richtungsumkehr der Fadenverlegung zu gewährleisten, werden die Elemente für die Erkennung der Position des Ringläufers, der die Fadenführung aufnimmt, außerdem mit der erfindungsgemäßen Einheit verbunden, wobei diese Elemente aus einer elektrischen Zelle, aus einem, mit einem Lasersensor verbundenen, Spiegel bestehen können. Diese Elemente bestehen vorzugsweise aus einem oder mehreren Hallsonden-Sensoren.
Zusammenfassende Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung und ihre Vorteile werden anhand der nachfolgenden Beschreibung, die durch die beigefügten Schemata veranschaulicht wird, noch deutlicher. Es zeigen:
1a eine perspektivische Ansicht, welche das Prinzip der Grundkonstruktion eines linearen Schrittschaltmotors nach einer Ausführungsart veranschaulicht, der für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird;
1b einer Variante einer solchen Grundkonstruktion;
1c den elementaren Magnetkreis in einem solchen Motor in einer Ansicht von unten;
2 eine schematische Ansicht, welche die Positionierung der Steckstellen der Magnetkreise sowie den Abstand zeigt, den sie untereinander gegenüber den Polen Nord und Süd des beweglichen Magneten haben, der in dem Luftspalt des Stators, welcher erfindungsgemäß hergestellt wurde, verschiebbar ist.
3 eine allgemeine Ansicht eines Systems zum Aufwickeln von Faden, das mit einem Changiersystem ausgerüstet ist, welches durch einen linearen Schrittschaltmotor angetrieben wird, um die Bewegung der Fadenführung für die Verlegung zu ermöglichen;
4a und 4b im Einzelnen das allgemeine Konzept eines Changiermechanismus, der die Fadenverlegung ermöglicht, die erfindungsgemäß durchgeführt wird;
5a und 5b Detailansichten einer Ausführungsart der Führungselemente für die Fadenführung der Verlegung, welche von einem erfindungsgemäßen Schrittschaltmotor angetrieben wird.
6 die schematische Darstellung von Statoren und dem beweglichen Element einer Steuereinheit für die Fadenführung, die gemäß 1 hergestellt wurde, und die vier ausgerichtete Grundmodule besitzt, sowie die Art und Weise der Steuerung;
7a und 7b den Funktionszyklus einer Einheit, die nach einer Art der Erfindung hergestellt wurde, und die eine Folge von vier ausgerichteten Grundmodulen mit Schrittschaltmotor besitzt, der die Bewegung der Fadenführung gewährleistet;
8 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Schrittschaltmotor mit sechs Grundmodulen, welche die Verschiebung bzw. Bewegung einer Magnetplatte gewährleisten, deren Länge zwei Modulen bei einer Verschiebung entspricht, was gleich der Summe der Längen von vier Modulen ist;
9, 10 und 11 in einer perspektivischen Ansicht drei Ausführungsarten, bei denen man die Positionierung des Ringläufers, der den Faden während des Aufwickelns verteilt, genau feststellen kann, um die Verteilsequenzen und insbesondere die Richtungsumkehr der Bewegung der Führung, welche den Faden verteilt, am Endes des Hubes zu steuern;
11a und 11b die Art und Weise, wie ein Positionsmelder mit Hall-Sonde funktioniert, wie er in 11 veranschaulicht ist;
12a und 12b eine Variante für die Positionserkennung mit mehreren versetzten Meldern und
13 eine Variante für einen erfindungsgemäßen Schrittschaltmotor, der mit Drehstrom angetrieben wird;
14a und 14b jeweils das Steuerungssystem und die Funktionsweise einer Einheit, die erfindungsgemäß hergestellt worden ist, und die mit Drehstrom versorgt wird.
15a, 15b, 15c und 16 in der Perspektive (15a und 15b), von unten (15c) in der Draufsicht (16) den allgemeinen Aufbau eines einander gegenüberliegenden Modulpaares, welches das Grundelement eines linearen Schrittschaltmotors darstellt, der für die Hin- und Herbewegung einer Führung eingesetzt werden kann, welche für die Verlegung eines Fadens auf einem Halter (Spule) erforderlich ist.
17 eine Draufsicht, welche eine Vorrichtung gemäß den 15a, 15b, 15c und 16 veranschaulicht, und die sechs einander gegenüberliegende Modulpaare besitzt.
18 eine Variante von 17, ebenfalls mit sechs Modulpaaren.
19a und 19b perspektivische Ansichten, welche zwei Ausführungsarten der Magnetkreise in Form eines C zeigen, welche jedes Grundmodul besitzt.
20 die Art und Weise, wie die Versorgung der Module mit Drehstrom erfolgt;
21a ein Diagramm, das die Versorgung der Spulen mit Strom zeigt und
21b den Funktionszyklus einer solchen Einheit.
22a, 22b, 22c verschiedene Arten von Erkennungselementen, so dass die Regelung und Steuerung der Richtungsumkehr der Changiereinrichtung durchgeführt werden kann.
Herstellungsart der Erfindung
Die 1a, 1b, 1c und 2, und 15a, 15b, 15c und 16 veranschaulichen in allgemeiner Form den Aufbau eines linearen Schrittschaltmotors, der eingesetzt wird, um die Hin- und Herbewegung einer Führung zu gewährleisten, die für die Verlegung eines Fadens auf einen Halter (Spule) erforderlich ist.
Das Prinzip des Linearmotors, der für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird, ist ähnlich der Funktionsweise von sogenannten "Schrittschaltmotoren", deren Permanentmagnet-Rotor die Form einer Scheibe hat.
Ein solcher Schrittschaltmotor wird insbesondere in dem Patent US 4.330.727 beschrieben.
Wie aus den 1a, 1b, 1c und 2 hervorgeht, wird ein solcher Umlaufmotor oder Rotationsmotor für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einen Linearmotor umgewandelt, bei dem die Drehscheibe durch eine gerade Platte (1) ersetzt wird, die an jeder ihrer Seiten zwei Reihen magnetischer Pole mit alternierender Nord-/Süd-Polarität (N-S) besitzt. Der Stator des Umlaufmotors oder Rotationsmotors ist abgewickelt und besitzt zwei Statorelemente (2a, 2b), welche jeweils mehrere elementare Magnetkreise (4) besitzen, welche man mit Hilfe der Spulen (3) erhält, die mit jeder Reihe von Steckstellen (P1, P2) verbunden sind.
In der Folge werden diese Steckstellen (P1, P2) mit einem Index "a, b" versehen, um die beiden Grundmodule voneinander zu unterscheiden, deren Steckstellen gegenüber den Polen Nord und Süd versetzt sind, und die erforderlich sind, um eine erfindungsgemäße Einheit herzustellen.
In der veranschaulichten Ausführungsart besitzt jeder der elementaren Magnetkreise (4) einen Luftspalt und alle Luftspalte werden im gleichen Abstand zur Mittelebene gebildet, in der die bewegliche Platte (1) angeordnet ist, welche an ihrer Oberfläche abwechselnd die Pole Nord/Süd (N/S) aufweist.
Um einen Linearmotor herzustellen, dessen Funktionsweise ähnlich der eines Schrittmotors ist, dessen Permanentmagnet-Rotor die Form einer Scheibe aufweist, und die Verschiebung einer Fadenführung, die durch eine Hin- und Herbewegung veranlasst wird, durchzuführen, muss ein solcher Motor in einer ersten Ausführungsart mindestens aus drei Grundmodulen (2a, 2b, 2a) bestehen, die nebeneinander ausgerichtet sind, wobei 3 ein Beispiel mit vier Modulen (2a, 2b, 2a, 2b) zeigt.
Diese 3 ist eine allgemeine Ansicht der Ausführung eines solchen Linearmotors in seiner bevorzugten Ausführungsart, der die Verschiebung eines Ringläufers (5) mit einer Führung (6) für die Verlegung eines Fadens ermöglicht, so dass eine Spule (7) gebildet wird, die auf einem Halter montiert ist, der von einem Aufwickelsystem (8) einer Textilmaschine aufgenommen wird, wobei sich diese Spule (7) gegen eine Führungswalze (9) abstützt.
Um die Verschiebung oder Bewegung zu gewährleisten, ist ein solcher Linearmotor so konstruiert, dass er mindestens drei Grundmodule (2a, 2b, 2a) besitzt, wobei die Steckstellen (P1a, P2a) der Module (2a) gegenüber den Steckstellen (P1b, P2b) der Module (2b) um einen halben magnetischen Abstand versetzt sind.
Wie aus dieser 3 und auch aus den 4a, 4b, 4c hervorgeht, besitzt der erfindungsgemäße Linearmotor zwei identische Magnetkreise, die einander gegenüberliegend montiert sind, wobei die Platte (1), welche das Element der Fadenführung (5, 6) aufnimmt, in dem Luftspalt dieser beiden Magnetkreise verschoben wird.
In einer weiteren Ausführungsart und um einen Linearmotor herzustellen, dessen Funktionsweise der eines Schrittschaltmotors ähnelt, dessen Permanentmagnet-Rotor die Form einer Scheibe besitzt, und die Verschiebung einer Fadenführung, die durch eine Hin- und Herbewegung veranlasst wird, durchzuführen, muss ein solcher Motor mindestens aus zwei Grundmodulen (2a, 2b) bestehen, die nebeneinander ausgerichtet sind.
17 zeigt ein Beispiel mit sechs Modulpaaren (2a, 2b), bei dem alle Module (2a) auf einer Seite des Magneten angeordnet sind, und alle Module (2b) auf der anderen Seite des Magneten angeordnet und in der gleichen Richtung (hier nach oben) um einen halben magnetischen Schritt versetzt sind.
18 zeigt ein Beispiel mit sechs Modulpaaren (2a, 2b), bei dem die Module (2a) und (2b) in jeder der beiden Ausrichtungen zu beiden Seiten der Magneten alternieren. Sämtliche Module (2b) sind in der gleichen Richtung (hier nach oben) um einen halben magnetischen Schritt versetzt.
Außerdem wird die Führung der Magnetplatte, welche die Bewegung des Ringläufers (3) gewährleistet, welcher die mit ihm verbundene Fadenführung (6) aufnimmt, durch zusätzliche Elemente wie Rollen (10) durchgeführt, die an dem Ringläufer (5) angeordnet sind, welcher selbst wiederum an einer mittleren Verstärkung (12) montiert ist, die in der Mittelebene der Magnetplatte (1) zwischen zwei Reihen magnetischer Pole angeordnet ist. Diese Rollen liegen auf feststehenden Führungen (11) auf, welche sich über die gesamte Breite der Position der Textilmaschine erstrecken, an der der Faden verteilt werden soll.
Wie oben angegeben, besitzt die Magnetplatte (1) in dieser Ausführungsart zwei Reihen alternierender Pole Nord und Süd, die gegenüber ihrem Mittelteil (12) symmetrisch angeordnet sind.
Bei dieser Ausführungsart sind die Magnetkreise (2a, 2b) allgemein C-förmig.
Diese Magnetkreise könnten in einer Blockeinheit hergestellt werden, doch vorzugsweise werden sie in zwei Einzelteilen hergestellt, wie in den 1a, 1b, 1c und 3 veranschaulicht, um das Anbringen der Spulen (3) zu erleichtern.
Jeder Magnetkreis muss also tiefe Kerben E besitzen, damit der Magnetfluss im rechten Winkel zu den so gebildeten Steckstellen (P1, P2) verläuft.
Zwei Möglichkeiten können ins Auge gefasst werden, um diese Kerben (E) herzustellen.
In der in 1a veranschaulichten Ausführungsart wurden die Kerben E, welche die Steckstellen (P1) oder (P2) definieren, durch maschinelles Bearbeiten oder Formen hergestellt.
In der in den 1b und 3 veranschaulichten Variante besteht jedes Modul aus einzelnen Metallplatten in Form eines C (ein halbes C oder in sich abgeschlossen), die in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Diese Ausführungsart ist vorteilhafter, was die Ebene der Eisenverluste betrifft, und sie ist leichter durchzuführen.
Um die Hin- und Herbewegung an der Platte (1) und folglich der Fadenführung (5, 6), die von dieser Platte aufgenommen wird, zu gewährleisten, müssen die Steckstellen jedes elementaren Magnetkreises (2a, 2b) von einem Magnetkreis (2a) zum folgenden Magnetkreis (2b) alternativ um einen halben magnetischen Abstand versetzt werden, wobei dieser Versatz durch einen Abstand der Grundmodule, die praktisch identisch sind, erreicht wird.
Um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten, muss die bewegliche Magnetplatte (1) so lang sein, dass sie die beiden Statorelemente (2a, 2b) bedeckt, damit der Motor in der gleichen Art und Weise wie ein Zweiphasen-Schrittschaltmotor angetrieben wird.
In einer weiteren Ausführungsart erfolgt der Betrieb dadurch, dass die Module ohne Versatz einander gegenüberliegend angeordnet werden, und eine Magnetplatte mit alternierenden Polen Nord/Süd an einer ihrer Seiten gegenüber der auf der anderen Seite um einen halben magnetischen Abstand versetzt angeordnet wird.
Um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten, muss die bewegliche Magnetplatte (1) so lang sein, dass sie die beiden Statorelemente (2a, 2b) bedeckt, damit der Motor in der gleichen Art und Weise wie ein Drehstrom-Schrittschaltmotor angetrieben wird. Um ein konstantes Drehmoment zu erhalten, muss die Magnetplatte mindestens genauso lang sein wie ein Modul, und vorzugsweise um ein Vielfaches länger sein als ein Modul.
Jede Kombination der Versorgung der beiden Phasen erzeugt eine stabile Position für den beweglichen Magneten (1), die dem bestmöglichen Zusammentreffen der Pole des Magneten mit denen des Stators entspricht.
Aufgrund der Verknüpfung dieser Kombinationen durch Schaltung wird der bewegliche Magnet (1) in stabile, aufeinanderfolgende Positionen verschoben, so dass diese Bewegungen gesteuert werden können, indem der Motor die entsprechenden Sequenzen erhält.
Die Steuerung kann somit nach der herkömmlichen Art bei Schrittschaltmotoren in ganzen Schritten, in halben Schritten oder in Mikroschritten erfolgen.
Die Anzahl von Steckstellen und die Länge der Statorelemente wird durch die gewünschte Zugkraft bestimmt.
In den 7a und 7b ist ein linearer Schrittschaltmotor veranschaulicht, der mit vier Grundmodulen konzipiert wurde. Diese Anzahl ist jedoch nicht bindend. Es können auch sechs Module sein, wie in 8 gezeigt wird.
In dem Beispiel, das in den 17 und 18 veranschaulicht ist, wurde der Motor mit sechs Grundmodulen konzipiert, welche zwei, einander gegenüberliegende Elementpaare (2a, 2b) bilden. Diese Anzahl ist jedoch nicht bindend. So ist in 5 eine Ausführungsart mit vier Modulen veranschaulicht.
Jedes Grundmodul (2a, 2b) besitzt also einen Stator in Form eines C mit einer Gesamtbreite von 48 mm, wobei die sechs Steckstellen (P) in diesem Stator 2 mm breit und 6 mm lang sind, und einen Abstand zueinander oder eine Kerbe (E) von 4 mm besitzen.
Der Luftspalt zwischen zwei, einander gegenüberliegenden Steckstellen (P1, P2) beträgt 1 mm.
Die Magnetplatte (1) ist zwischen 0,6 und 0,8 mm stark und hat eine Länge von 96 mm. Ihre Breite beträgt ca. 20 mm.
In den 7a und 7b ist nur eine Seite gezeigt, doch vorzugsweise wird eine symmetrische Anordnung hergestellt, wie sie erneut in 8 veranschaulicht ist, indem einander gegenüberliegende, identische Elemente exakt symmetrisch zu der Achse des Flachmagneten (1) angeordnet werden.
Jedes Element (2a, 2b) wird also aus einem Magnetkreis gebildet, der Kerben (E) und Steckstellen (P1, P2) besitzt.
Der Mittenabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Steckstellen ist gleich zwei Mal dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Polen Nord/Süd, die an dem Flachmagneten vorhanden sind (siehe 2).
Jedes Element, das in der Ausführungsart gezeigt wird, besitzt also sechs Steckstellen. Diese Anzahl Steckstellen ist nicht bindend und es ist selbstverständlich auch möglich, Module herzustellen, die eine beliebige Zahl an Steckstellen besitzen, welche je nach der gewünschten Zugkraft und Leistung ausgewählt werden.
Die Anordnung der Module, die den Motor darstellen, ist beispielsweise in den 4a bis 4c und in 6 schematisch dargestellt. Die Elemente der beiden aufeinanderfolgenden Module (2a) sind in einer ganzen Zahl Nord/Süd-Polpaare (N/S) des Magneten beabstandet, und zwar derart, dass die Steckstellen sich, unabhängig von der Position des Magneten (1), alle gegenüber einem Pol mit dem gleichen Vorzeichen befinden. Es ist anzumerken, dass der erfindungsgemäße Motor abwechselnd aus den Modulen (2a) und (2b) besteht, so dass die Elemente (2b) Steckstellen aufweisen, die allesamt zu den Elementen (2a) auf der gleichen Seite um einen halben Schritt (in dem Beispiel nach rechts) versetzt sind.
Wenn der Magnet (1) derart positioniert wird, dass seine Pole mit dem gleichen Vorzeichen mit den Kerben (E) und den Steckstellen der Elemente (2a) fluchten, fallen diese gleichen Pole somit zwischen zwei Steckstellen der gleichwertigen Elemente (2b). Umgekehrt, wenn der Magnet (1) so positioniert wird, dass diese Pole mit gleichem Vorzeichen mit den Steckstellen und Kerben der Elemente (2b) fluchten, fallen diese gleichen Pole zwischen zwei Steckstellen der Elemente (2a).
Die Stromversorgung für einen solchen Motor, der in 6 veranschaulicht wird, erfolgt in der nachfolgenden Art und Weise.
Sämtliche Spulen (3) der Elemente (2a) sind in einer Einheit (C1) mit einem Versorgungssystem verbunden und sämtliche Spulen (3) der Elemente (2b) sind in einer Einheit (C2) mit einem anderen Versorgungssystem verbunden. Diese Versorgungssysteme schicken Strom und Spannungen, die von Mikroprozessoren gesteuert werden, in einer entsprechenden Sequenz an die Spulen (3).
Die in der veranschaulichten Ausführungsart vorgesehene Verbindung erfolgt parallel, aber sie könnte auch in Reihe erfolgen.
Die Betriebssequenz für einen solchen Motor ist die folgende und geht aus den 7a und 7b oder 20, 21a, 21b hervor.
In der herkömmlichen Betriebsweise, der sogenannten "Schrittschaltung", wird durch den elektronischen Steuerkreis Strom in die Spulen (2a, 2b) eingespeist, wie in dem in den 7a oder 21a dargestellten Diagramm veranschaulicht wird.
Eine solche Schrittschaltung ergibt sich aus den 7b oder 21b und sie besitzt die folgenden Etappen.
Etappe 0:
Die Spulen der Elemente (2a) werden versorgt, so dass ein Pol (beispielsweise "Süd" auf dem Diagramm) an ihren Steckstellen erscheint. Die Elemente (2b) werden nicht versorgt. Der Magnet (1) wird sich dann also positionieren, um seine Pole Nord an den Polen Süd der Steckstellen (P1) der Elemente (2a) auszurichten.
Etappe 1:
Es werden die Spulen der Elemente (2b) versorgt, so dass ein Pol (beispielsweise "Süd" auf dem Diagramm) erscheint. Der Flachmagnet wird sich dann so positionieren, dass sich die Anziehungskräfte an den beiden Steckstellen-Reihen ausgleichen. In dem Beispiel in dem Diagramm wird sich der Magnet (1) also um ein Viertel des magnetischen Abstandes nach rechts verschieben. Man wird beobachten, dass sich der Magnet um ein Viertel nach links verschoben hätte, wenn ein Pol "Nord" erschienen wäre.
Etappe 2:
Die Versorgung der Spulen (2a) wird unterbrochen. Der Magnet richtet seine Pole "Nord" gegenüber den Steckstellen (P1) der Elemente (2b) aus. Anschließend bewegt er sich noch um einen Viertel nach rechts.
Etappe 3:
Die Elemente (2a) werden versorgt, so dass ein Pol mit umgekehrtem Vorzeichen als dem aus der vorletzten Etappe ("Nord" im Beispiel des Diagrammes) erscheint. Wie in Etappe 1, wird sich der Magnet so positionieren, dass sich die Zugkräfte zwischen allen Elementen ausgleichen. In dem Beispiel des Diagrammes bewegt sich der Magnet noch um ein weiteres Viertel nach rechts.
Etappe 4:
Die Versorgung der Elemente (2b) wird unterbrochen und der Magnet wird nun seine Pole "Süd" gegenüber den Steckstellen der Elemente (2a) ausrichten.
Am Ende dieser Sequenz wird sich der Magnet vier Mal um ein Viertel des Abstandes, also um einen ganzen Abstand, d.h. den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Polen N-S, verschoben haben. Es ist dann wieder eine Situation wie in Etappe 0 vorhanden, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen der Polaritäten.
Die Sequenz setzt sich wie folgt fort:
Etappe 5: 2b (Pol "Nord") wird versorgt
Etappe 6: 2a wird unterbrochen
Etappe 7: 2a (Pol "Süd") wird versorgt
Etappe 8: 2b wird unterbrochen
Am Ende dieser neuen Sequenz hat sich der Magnet erneut um einen magnetischen Schritt weiterbewegt.
... und so weiter. Die Reihenfolge der Sequenz bestimmt die Richtung der Verschiebung bzw. Bewegung, die Häufigkeit der Schaltung bestimmt die Geschwindigkeit der Bewegung.
Diese Steuerungsart in "einfachen Schritten" ist ähnlich der Steuerung bei den herkömmlichen Schrittschaltmotoren. Diese gleiche Art von Motor kann also mittels der herkömmlichen elektronischen Schaltkreise gesteuert werden, die bei der Steuerung von linearen Schrittschaltmotoren oder Rotationsmotoren verwendet werden. Wie bei den anderen Schrittschaltmotoren, ermöglichen diese elektronischen Schaltkreise eine Steuerung in "halben Schritten" oder in "Mikroschritten", um die Präzision oder die Leistung des Motors zu verbessern, indem die Spannung und die Stromleistung in den Spulen in Abhängigkeit von den geforderten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen optimiert wird.
Um die Steuerung und Regelung der Richtungsumkehr bei der Fadenverlegung zu gewährleisten, sind erfindungsgemäß Elemente für die Positionserkennung der Fadenführung mit der Einheit verbunden. Solche Erkennungselemente können aus einer photoelektrischen Zelle (13–14), einem, mit einem Laser-Sensor (16) verbundenen, Spiegel (15) bestehen, und es kann sich dabei vorzugsweise um einen Sensor oder mehrere Sensoren mit einer Hall-Sonde (18) handeln, wie dies aus 11 hervorgeht.
11 zeigt, wie eine feststehende Hall-Sonde (18) in der Nähe des Durchgangs des Flachmagneten (1) angeordnet wird, um den Durchgang zu melden und die Verschiebung bzw. Bewegung zu messen. Diese Hall-Sonde (18) liefert ein Signal proportional zum Magnetfeld.
Wie dies aus 11a hervorgeht, wird der Hall-Sensor (18) vorzugsweise in einem Bereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Elementen (2a, 2b) angeordnet, damit die von den Spulen kommenden Flüsse die Messung nicht stören.
11b zeigt die Kurve des Signals bei Eintreffen des Magneten (1). Vor Eintreffen des Magneten erfasst die Hall-Sonde (18) die von den magnetischen Streufeldern der Statorelemente (2a, 2b) ausgehenden Signale. Sobald sich der Magnet (1) vor der Sonde (18) befindet, liefert das Signal eine Front mit anschließenden Polwechseln, die den Durchlauf seiner Pole umsetzen.
Durch Erkennen der ersten Signalfront wird das Eintreffen der Magneten (1) vor der Sonde (18) erfasst, so dass die Zählungen zum Messen der Position des Magneten (1) initialisiert werden können.
Durch Erkennen der aufeinanderfolgenden Polwechsel wird der Durchgang der Pole gemessen und durch Zählen der Abstände lässt sich so die Position und die Bewegung des Magneten bestimmen und kontrollieren, ob die Bewegung des Magneten der Steuersequenz entspricht. Diese Vorrichtung stellt ein Erkennungselement für den eventuellen Verlust von Abständen dar.
Man kann eine Erkennung auch durch mehrere, versetzte Sensoren realisieren, wie dies aus den 12a, 12b hervorgeht.
12a veranschaulicht die Anordnung von zwei Sensoren (18a, 18b), die um einen halben magnetischen Abstand versetzt sind.
Durch einfache Verarbeitung lässt sich mit diesem zweiten Sensor (18b) die Messgenauigkeit der Position des Magneten (1) verdoppeln (oder mit drei Sensoren verdreifachen ...).
Mit einer fortgeschritteneren Verarbeitung kann man die beiden (oder mehr) Signale interpolieren, so dass man eine genaue Beurteilung der Position des Magneten erhält. Die Genauigkeit bezieht sich dann auf eine Größenordnung von Bruchteilen von Abständen, so dass die Steuerelektronik eine sehr genaue Regelung der Position des Magneten (1) durchführen kann.
In dem oben beschriebenen Funktionsbeispiel erfolgt die Versorgung also mit Zweiphasenstrom.
13 veranschaulicht eine Ausführungsart, bei der die Versorgung mit Drehstrom erfolgt. Bei dieser Ausführungsart ist aus Gründen der Vereinfachung nur eine Reihe von Grundmodulen dargestellt, doch eine identische Einheit kann symmetrisch zur Längsachse des Flachmagneten (1) montiert werden, wie zuvor für die Vorrichtung beschrieben, die mit Zweiphasenstrom gespeist wird.
Wie für eine Versorgung mit Zweiphasenstrom, besteht jedes Modul aus Magnetkreisen, die Steckstellen und Kerben besitzen. Der Abstand der Kerben entspricht zwei Mal der Distanz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Polen Nord/Süd an dem Flachmagneten (1), wobei diese Distanz mit dem Begriff "Abstand" bezeichnet wird. Jedes Grundmodul (2a, 2b, 2c, 2a) wird in diesem Beispiel mit vier Steckstellen je Modul dargestellt, doch selbstverständlich kann man je nach der gewünschten Zugkraft oder Leistung auch eine andere Anzahl an Steckstellen haben.
In diesem Ausführungsbeispiel mit Drehstromversorgung besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung also mindestens vier identische Module (2a, 2b, 2c, 2a).
Die Module (2a, 2b, 2c) sind derart angeordnet, dass die Steckstellen eines Moduls (2a) zu einem Modul (2b) und zu einem Modul (2c) um ein Drittel des magnetischen Abstandes versetzt sind. Die Länge der Magnetplatte entspricht in dieser Ausführungsart der Länge einer Einheit von drei Modulen (2a, 2b, 2c) bei einem Hub, der mindestens der Länge eines Moduls entspricht.
Somit weisen die Module (2a), welche die Magnetkreise (4a) erzeugen, einen Abstand einer ganzen Zahl Paare von Nord-/Süd-Polen des Magneten auf, so dass sich die Kerben, unabhängig von der Position des Magneten (1), allesamt gegenüber einem Pol mit gleichem Vorzeichen befinden. Die Module (2b) selbst sind so angeordnet, dass die Kerben allesamt auf derselben Seite um ein Drittel des Abstandes (in dem Beispiel nach rechts) versetzt sind. Die Module (2c) selbst sind derart positioniert, dass die Kerben allesamt auf derselben Seite (nämlich rechts) um zwei Drittel des Abstandes versetzt sind.
Wenn der Magnet (1) so positioniert ist, dass die Pole mit gleichem Vorzeichen auf die Steckstellen einer Gruppe von Magneten ausgerichtet sind, sind diese Pole bei einer solchen Einheit zu einer zweiten Gruppe von Magneten um ein Drittel des Abstandes nach rechts versetzt, und zu der dritten Gruppe um ein Drittel des Abstandes nach links versetzt.
Die Stromversorgung für einen solchen Motor, der erfindungsgemäß hergestellt wird, erfolgt in der nachfolgenden Art und Weise.
Sämtliche Spulen (3) der Module (2a) sind zusammen in C1 verbunden, sämtliche Spulen (3) der Module (2b) sind in C2 verbunden und sämtliche Spulen der Module (2c) sind in C3 verbunden.
Die Verbindung, die in 14b dargestellt ist, kann in Reihe oder auch in Parallelschaltung erfolgen.
Der Betrieb einer solchen Einheit erfolgt wie nachfolgend beschrieben.
In einer herkömmlichen Betriebsweise wird ähnlich wie bei dem Drehstrom-Synchronmotor (oder bürstenlosen Motor) durch den elektronischen Steuerkreis Strom in die Spulen (C1, C2 und C3) eingespeist, wie in dem dargestellten Diagramm (14a) veranschaulicht wird.
Zur Information wird diese Betriebsweise in 14b erläutert.
Etappe 0:
Die Spulen (2a) werden derart gespeist, dass ein Pol mit maximaler Stärke (beispielsweise SÜD in dem Diagramm) an ihren Steckstellen auftritt. Der Magnet positioniert sich, um seine Pole NORD an den Polen SÜD der Steckstellen auszurichten, welche den größten Magnetfluss aufweisen, was einer Position entspricht, an der sich die Anziehungskräfte an den übrigen Elementen ausgleichen.
Etappe 1:
Die drei Ströme haben sich derart entwickelt, dass die Spulen der Elemente (2b) derart gespeist werden, dass ein Pol mit maximaler Stärke (beispielsweise SÜD in dem Diagramm) auftritt. Der Magnet positioniert sich, um seine Pole NORD an den Polen SÜD der Steckstellen auszurichten, welche den größten Magnetfluss aufweisen, was einer Position entspricht, an der sich die Anziehungskräfte an den übrigen Elementen ausgleichen. Der Magnet hat sich um zwei Drittel des Abstandes nach rechts verschoben.
Etappe 2:
Die drei Ströme haben sich derart entwickelt, dass die Spulen der Elemente (2c) derart gespeist werden, dass ein Pol mit maximaler Stärke (beispielsweise SÜD in dem Diagramm) auftritt. Die übrigen Elemente werden von (im absoluten Wert) gleichen Strömen und schwächeren Strömen gespeist. Der Magnet positioniert sich, um seine Pole NORD an den Polen SÜD der Steckstellen auszurichten, welche den größten Magnetfluss aufweisen, was einer Position entspricht, an der sich die Anziehungskräfte an den übrigen Elementen ausgleichen. Der Magnet hat sich um zwei Drittel des Abstandes nach rechts verschoben.
Etappe 3:
Die drei Ströme haben sich derart entwickelt, dass die Spulen der Elemente (2a) derart gespeist werden, dass ein Pol mit maximaler Stärke gegenüber dem von Abstand 0 (nun NORD in dem Diagramm) auftritt. Die übrigen Elemente werden von (im absoluten Wert) gleichen Strömen und schwächeren Strömen gespeist. Der Magnet positioniert sich, um seine Pole SÜD an den Polen NORD der Steckstellen auszurichten, welche den größten Magnetfluss aufweisen, was einer Position entspricht, an der sich die Anziehungskräfte an den übrigen Elementen ausgleichen. Der Magnet hat sich um drei Drittel des Abstandes nach rechts verschoben.
Am Ende dieser Sequenz von drei Etappen wird sich der Magnet drei Mal um ein Drittel des Abstandes, also um einen ganzen Abstand, d.h. den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Polen N-S, verschoben haben. Es ist dann wieder eine Situation ähnlich wie in Etappe 0 vorhanden, jedoch mit den Polaritäten mit umgekehrtem Vorzeichen.
... und so weiter. Die Reihenfolge der Phasen bestimmt die Richtung der Verschiebung bzw. Bewegung, die Häufigkeit der Schaltung bestimmt die Geschwindigkeit der Bewegung.
Diese Steuerungsart ist ähnlich der, wie sie für die Steuerung von herkömmlichen Drehstrom-Synchronmotoren oder bürstenlosen Motoren verwendet wird. Diese Art von Motor kann also durch die herkömmlichen elektronischen Schaltkreise gesteuert werden, die beispielsweise der Steuerung von bürstenlosen Motoren, insbesondere Servomotoren, dienen. Wie für die übrigen Synchronmotoren oder bürstenlosen Motoren, ermöglichen diese elektronischen Schaltkreise aufgrund von Positions- oder Lagesensoren, Resolvern und Codierern die Durchführung einer Steuerung im geschlossenen Regelkreis, um die Genauigkeit oder die Leistung des Motors zu verbessern, indem die Spannung und der Strom in den Spulen in Abhängigkeit von den geforderten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen optimiert werden.
Die Verwendung von Hall-Sonden, die an anderer Stelle schon vorgeschlagen wurde, findet hier also ihre volle Berechtigung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt gegenüber bisherigen Lösungen sehr große Vorteile.
Die Besonderheit der Art von Linearmotor, der für die Bewegung der Fadenführung verwendet wird, liegt nämlich darin, dass nur die Module, die gegenüber dem Magneten angeordnet sind, aktiv sind. Die übrigen Elemente oder Module können demzufolge während der ganzen Zeit, in der sich der Magnet außerhalb ihrer Reichweite befindet, abgeschaltet werden.
Diese Besonderheit ist vor allem für die Hin- und Herbewegungen interessant. Um nämlich eine rasche Umkehr zu erreichen, muss der Motor hohe elektromagnetische Kräfte liefern, so dass große Stromstärken auf die Spulen angewendet werden müssen (die Kraft hängt von dem Magnetfluss und somit von dem Strom in den Spulen ab).
Wenn die Spulen sehr hohen Stromstärken ausgesetzt sind, kommt es zu Überhitzung, die rasch zur Zerstörung des Motors führen kann. Um dieses Problem zu vermeiden, ist die Methode bekannt, die darin besteht, hohe Stromstärken nur während der Übergangsphasen beim Starten und Stoppen aufrechtzuerhalten.
Im Falle des vorgeschlagenen modularen Linearmotors kann man die Speisung der Elemente vollständig unterbrechen, sobald der Magnet sie verlassen hat, so dass die Spulen abkühlen können. Aufgrund dieser modularen Konfiguration arbeiten die Spulen nur ein Bruchteil der Zeit und können also während dieses Bruchteils der Zeit höhere Ströme aushalten und folglich gegenüber Motoren, bei denen die Spulen immer aktiv sind, höhere Leistungen erbringen.
Eine solche Vorrichtung kann im übrigen für jede beliebige Art von Aufwickelsystem um einen Spulenhalter verwendet werden, bei dem die Verteilung des Fadens mittels Hin- und Herbewegungen erfolgen soll.

Claims

Vorrichtung zum schnellen Aufwickeln eines Fadens auf einen sich drehenden Halter (7), die ein Abzugssystem für den Faden besitzt, das aus einer Fadenführung (6) und aus einem beweglichen Element oder einem Ringläufer (5) besteht, der in einer Changierbewegung parallel zu der Oberfläche des Halters (7) mit rascher Verzögerung und rascher Beschleunigung am Umkehrpunkt der Changierbewegung verschoben wird, wobei die Bewegung bzw. die Verschiebung der Fadenführung (6) mit Hilfe eines beweglichen Elementes oder eines Ringläufers (5) durchgeführt wird, das bzw. der mit einer Magnetplatte (1) eines Linearmotors verbunden ist, welcher mit einem Zweiphasenstrom oder mit Drehstrom gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator des Linearmotors aus mindestens einem Satz Grundmodule (2a, 2b, 2c) besteht, die entweder einander gegenüberliegend oder in ihren jeweiligen Verlängerungen angeordnet sind, und die jeweils eine Vielzahl von Magnetkreisen (4) in Form eines C besitzen, welche zwischen den Enden ihrer in einem bestimmten Abstand zueinander angeordneten Schenkel einen Luftspalt definieren, in dem sich die Magnetplatte (1) befindet, welche die Pole Nord und Süd (N und S) besitzt, und die das bewegliche Element darstellt, welches den Ringläufer (5), der die Fadenführung (6) aufnimmt, verschiebt, wobei: – die Magnetkreise (4) jedes Grundmoduls (2a, 2b, 2c) aus einer Vielzahl von Steckstellen-Paaren (P1, P2) bestehen, die paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei jede Reihe von Steckstellen (P1) und (P2) mit einer Spule (3) verbunden ist, so dass in dem Luftspalt, den sie bilden, ein Magnetfeld entsteht, und der Abstand (E) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Steckstellen dem doppelten Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nord-/Süd-Polen (N/S) entspricht, die an dem Flachmagneten (1) vorgesehen sind, – die Steckstellen eines Moduls, der mit einer gleichen Stromversorgungsphase verbunden ist, gegenüber den Steckstellen, die mit der anderen oder den anderen Phasen verbunden sind, um einen Wert versetzt sind, der dem magnetischen Abstand, geteilt durch die Anzahl der Phasen, entspricht; – die Magnetplatte (1) so ausgelegt ist, dass sie in den Luftspalt mindestens eines Grundmoduls jeder der Stromversorgungs-Phasen, insbesondere der Länge nach, eingeschoben werden kann, um zwei genau ausgerichtete (Zweiphasen-) Module oder drei genau ausgerichtete (Drehstrom-) Module abzudecken, oder um zwei (Zweiphasen-) Module abzudecken, die einander gegenüber angeordnet sind, wobei die Platte auf ihren beiden Seiten die Pole Nord/Süd (N/S) aufweist, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der mindestens dem halben Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Steckstellen entspricht. – Elemente (10, 11) vorgesehen sind, um zu gewährleisten, dass die Magnetplatte (1) genau in der Mittelebene des Luftspaltes des Magnetkreises gehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Stromversorgung mit Zweiphasen-Strom (C1, C8) realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens drei genau ausgerichtete Grundmodule (2a, 2b, 2c) besitzt, wobei die Steckstellen (P1b, P2b) des Moduls (2b) gegenüber den Steckstellen (P1a, P2a) des vorhergehenden Moduls (2a) und des nachfolgenden Moduls (2a), das mit ihm verbunden ist, auf der gleichen Seite um einen halben magnetischen Abstand versetzt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Stromversorgung mit Drehstrom (C1, C8, C3) realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens vier genau ausgerichtete Grundmodule (2a, 2b, 2a, 2b) besitzt, wobei die Steckstellen des zweiten Moduls (2b) gegenüber den Steckstellen des vorhergehenden Moduls auf der gleichen Seite um ein Drittel des magnetischen Abstand versetzt sind, und die Steckstellen des dritten Moduls gegenüber den Steckstellen des zweiten Moduls (2b) um ein Drittel des magnetischen Abstandes versetzt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Statoren besitzt, die aus genau ausgerichteten Grundmodulen bestehen, wobei die Statoren symmetrisch zu beiden Seiten einer mittleren Symmetrieebene montiert sind, und die Magnetplatte (1), welche das bewegliche Element darstellt, das den Ringläufer verschiebt, welcher die Fadenführung (6) aufnimmt, symmetrisch gegenüber ihrer Längsachse angeordnet an den beiden Seitenflächen und in der Zone, welche sich im Luftspalt der Steckstellen befindet, die Pole Nord und Süd besitzt, die entsprechend angeordnet sind, wobei die Fadenführung an dem Ringläufer (5) montiert ist, welcher an einer Verstärkung in der Mitte (12) befestigt wurde, die in der Mittelebene der Magnetplatte zwischen den beiden Reihen von Magnetpolen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung durch Zweiphasen-Strom realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Paar von zwei Modulen (2a, 2b) besitzt, welche einander gegenüber angeordnet und jeweils an eine der beiden Phasen angeschlossen sind, wobei die Steckstellen einer der Module gegenüber den Steckstellen des Moduls, das ihnen gegenüberliegt, um einen halben magnetischen Abstand versetzt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von einander gegenüberliegenden Modul-Paaren (2a, 2b) besitzt, so dass man einen beliebigen Hub erhält: – wobei die Module, die an eine Phase angeschlossen sind, derart angeordnet sind, dass ihre Steckstellen in einer ganzen Zahl von Paaren magnetischer Abstände beabstandet sind, damit sich ihre Steckstellen unabhängig von der Position des Magneten gegenüber einem Pol mit gleichem Vorzeichen befinden; – die Module, die an die andere Phase angeschlossen sind, sind so angeordnet, dass ihre Steckstellen in einer ganzen Zahl von Paaren magnetischer Abstände beabstandet sind, so dass sich ihre Steckstellen unabhängig von der Position des Magneten gegenüber einem Pol mit gleichem Vorzeichen befinden, und sie alle gegenüber den Steckstellen der Module, die an die erste Phase angeschlossen sind, in der gleichen Richtung um einen halben magnetischen Abstand versetzt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Module, die an die gleiche Phase angeschlossen sind, an der gleichen Seite des Magneten ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie alternierende Module (2a, 2b) besitzt, so dass die an jeder Seite des Magneten ausgerichteten Module alternativ an zwei Phasen angeschlossen sind, wobei jede gegenüberliegend ein Modul besitzt, das an die entgegengesetzt Phase angeschlossen ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Module einander gegenüberliegend angeordnet und ohne Versatz ausgerichtet werden können, wobei die Magnetplatte in dem Fall zu beiden Seiten ihrer Symmetrieachse die Pole Nord/Süd aufweist, die um einen halben magnetischen Abstand versetzt sind, und in diesem Fall sind sämtliche Module, die sich auf der gleichen Seite des Magneten befinden, an die gleiche Phase angeschlossen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkreise (4) in Form eines C jedes Grundmoduls durch maschinelle Bearbeitung oder durch Formen von Hohlkerben in einer Blockeinheit hergestellt werden und aufeinanderfolgende Steckstellen (P1, P2) bilden, die paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind und zwischen sich einen Luftspalt bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkreise (4) in Form eines C jedes Grundmoduls aus einer Folge von Platten in Form eines C bestehen, die voneinander getrennt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundmodule (2a, 2b) (oder 2a, 2b, 2c) identisch sind, wobei der Versatz um einen halben magnetischen Abstand oder ein Drittel des magnetischen Abstandes der Steckstellen eines Moduls gegenüber den Steckstellen des gegenüberliegenden, vorhergehenden Moduls durch den Zwischenraum oder Abstand der Grundmodule untereinander erreicht wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie Führungselemente (10, 11) für den Ringläufer (5) besitzt, welcher die Fadenführung (6) aufnimmt, wobei diese Elemente die Position der Magnetplatte in dem Luftspalt der Statoren halten und sich den Anziehungskräften zwischen den Magneten und den Polen des Magnetkreises widersetzen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente aus Sätzen von Rollen (10) bestehen, die an dem Ringläufer (5) angeordnet sind und auf den Führungen (11), welche sich über die gesamte Länge des Abzugssystems erstrecken, hin und her laufen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung und Steuerung der Richtungsumkehrung der Changierung der Fadenführung (6) mit Hilfe von Erkennungselementen (13–16, 18) der Position des Ringläufers (5), welcher die Fadenführung aufnimmt, durchgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungselemente für die Position des Ringläufers (5) aus einem oder mehreren Hall-Sonden – Sensoren (18) bestehen, welche in der Nähe des Durchgangs des Flachmagneten (1) angeordnet sind, der das bewegliche Element darstellt, das die Fadenführung verschiebt, wobei diese Sonde (18) ein Signal proportional zu dem Magnetfeld liefert.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal, das von der Hall-Sonde geliefert wird, so verarbeitet wird, dass das Eintreffen des Magneten (1) durch Auftreten einer ersten Front und anschließend seine Verschiebung durch Zählen der Wechsel erfasst wird, die sich aus dem Durchlauf der Pole Nord und Süd des Magneten ergibt.
Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 16, die eine große Anzahl von Modulen für einen großen Hub besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Module, welche gegenüber der Magnetplatte (1) angeordnet sind, gespeist werden, wobei die übrigen Elemente oder Module während der ganzen Zeit, in der sich der Magnet außerhalb ihrer Reichweite befindet, abgeschaltet sind, so dass sie abkühlen können.