-
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.