<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
Werkwijze en inrichting voor het sturen van een selectie-inrichting elektromagnetische spoelen voor een weefmachine Deze uitvinding betreft een inrichting voor het bekrachtigen van een aantal spoelen van een haakselectie-inrichting voor een weefmachine, omvattende een op de spoelen aangesloten elektrische voedingsbron en een regelinrichting voor het regelen van de stroomsterkte in de spoelen.
Deze uitvinding betreft in het bijzonder een inrichting waarmee de stroomsterkte in de spoelen wordt geregeld om in opeenvolgende fases van de bekrachtiging elektromagnetische krachten van verschillende grootte uit te oefenen op de respectievelijke haken.
Voorts betreft deze uitvinding ook een haakselectie-inrichting voor een weefmachine, die een dergelijke inrichting voor het bekrachtigen van een aantal met haken samenwerkende elektromagnetische spoelen omvat. Ook een of weefmachine die zo'n haakselectie-inrichting omvat valt uiteraard binnen het kader van onderhavige uitvinding.
Uit EP 0 188 074 is een haakselectie-inrichting voor elektronisch gestuurde jacquardmachines gekend. Deze inrichting omvat een reeks buigzame haken uit ferromagnetisch materiaal die voorzien zijn van een opening en een aantal in spoelhuizen opgestelde elektromagnetische spoelen.
Elke haak bevindt zich tegenover een spoelhuis en kan door een op en neer beweegbaar mes op een hoogte gebracht worden waarbij de opening voor een op een vaste hoogte voorzien uitsteeksel komt te staan. Wanneer een spoel bekrachtigd wordt, wordt de haak aangetrokken. Hierdoor komt het uitsteeksel in de opening terecht en bij de daarop volgende neergaande beweging van het mes blijft de haak op het uitsteeksel vasthaken. In deze toestand is de haak geselecteerd.
<Desc/Clms Page number 2>
In elk spoelhuis zijn een of twee elektromagnetische spoelen met ijzeren kern en poolplaatjes voorzien. Wanneer de haak zich voor de spoel bevindt en de spoel niet bekrachtigd is dan is er tussen de haak en de poolplaatjes een voldoende grote luchtspleet opdat de haak niet onder invloed van trillingen op het uitsteeksel zou ophaken. In deze toestand is de haak niet geselecteerd en de haak zal dus met het neergaand mes terug naar beneden bewegen.
Om de haak te selecteren moet de elektromagnetische spoel dus in staat zijn om een buigzame verende haak uit ferrromagnetisch materiaal over een vrij grote luchtspleet aan te trekken. De vereiste elektromagnetische kracht zal dus voldoende groot moeten zijn. Deze elektromagnetische kracht is evenredig met de elektromagnetische flux die door de spoel opgewekt wordt. De elektromagnetische flux is evenredig met het aantal Ampère-windingen van de spoel. De spoel wordt bekrachtigd door een elektrische spanningsbron die door een schakeltransistor onder besturing wordt in-of uitgeschakeld.
Bij het aanleggen van een elektrische spanning aan de spoel neemt de elektrische stroom in de keten van een waarde nul exponentieel toe tot de regimestroom bereikt wordt. Wanneer de elektromagnetische flux voldoende groot geworden is om de initieel grote luchtspleet te overwinnen gaat de haak ombuigen om zieh tegen het spoelhuis aan te leggen. De bekrachtiging van een spoel kan dus opgedeeld worden in twee tijden : een aanspreektijd ti, de tijd die nodig is om de haak aan te trekken tot tegen de poolplaten, en de houdtijd t2, de tijd om de haak tegen de poolplaten te houden.
De weefmachines worden steeds sneller en dus stijgt de vraag naar snellere haakselectie-inrichtingen in elektronisch bestuurde jacquardmachines. Men kan de aanspreektijden van de spoel verkorten door een hogere voedingspanning aan de spoelen aan te leggen. De hogere spanning veroorzaakt in de spoel een grotere stroomtoename (dI/dt) en een grotere stroomsterkte (I), zodat de fluxwaarde waarbij de haak gaat ombuigen sneller bereikt wordt. M. a. w. de spoel wordt sneller. De hogere
<Desc/Clms Page number 3>
spanning geeft echter ook aanleiding tot een houdstroom die hoger is dan nodig. De houdstroom is de stroom die de flux genereert om op de haak een electromagnetische kracht uit te oefenen die de haak aan de poolplaten houdt bij een minimale luchtspleet.
Deze maatregel verkort dus de aanspreektijd van de spoel, maar brengt ook een aanzienlijke stijging in het energieverbruik teweeg. Gezien het groot aantal selectieinrichtingen in een elektronisch bestuurde jacquardinrichting (gaande van van enkele duizenden tot 16 000), zal men er ook naar streven om het energieverbruik zoveel mogelijk te beperken.
Een eerste maatregel die men genomen heeft, volgens de stand van de techniek, is de bekrachtiging in twee fasen uit te voeren : in een eerste fase wordt een overbekrachtiging toegepast van bijv. tweemaal de houdspanning om een korte aanspreektijd te bekomen, en in een tweede fase wordt een lagere houdspanning toegepast. De houdtijd van deze houdspanning duurt veel langer dan de aanspreektijd in de totale selectietijd, zodat deze werkwijze reeds een aanzienlijke energiebesparing oplevert. De houdspanning is de elektrische spanning waarbij de houdstroom door de spoel vloeit.
Deze werkwijze van overbekrachtiging gevolgd door een houdspanning vereist een variabele voedingsspanning die volgens de stand van de techniek verwezenlijkt wordt met een geschakelde voeding. Men spreekt hier van een spanningssturing. Gezien het reeds vermeld groot aantal spoelen in een jacquardinrichting, bereikt het vermogen al gauw ettelijke kW. Bij de relatief lage voedingspanningen 24-14 V die hier gebruikt worden moet de voeding honderden Ampere kunnen leveren. Deze stroomsterktes vereisen electronische componenten die bestand zijn tegen een hoge thermische belasting en die dus relatief duur zijn en bovendien ook gevoelig aan uitval door oververhitting.
Bij de spanningssturing moet de voedingsspanning hoger genomen worden om enkele nadelige effecten te compenseren : namelijk variatie van de elektrische weerstand van de spoel onder invloed van de temperatuur en door initiële toleranties bij de constructie
<Desc/Clms Page number 4>
van de spoel. Dit leidt tot hogere houdstromen dan strikt nodig en dus tot energieverspilling. Defecte spoelen kunnen alleen getecteerd worden bij stilstaande
EMI4.1
machine, waardoor soms bij werkende machines productieverliezen ontstaan.
Uit de octrooipublicatie US 4. 511. is een schakeling voor de bekrachtiging van een spoel gekend, waarmee de door die spoel uitgeoefende elektromagnetische kracht kan geregeld worden door een sturing van de stroomsterkte in de spoel, en niet via een sturing van de elektrische spanning. Deze schakeling heeft als doel een lager energieverbruik van een spoel in een brandstofinjector te bekomen, en is dus voorzien voor de stroomsturing in een enkele spoel. De schakeling is bovendien ook vrij complex en bevat een groot aantal componenten, en is dus ook vrij duur.
In een haakselectie-inrichting voor een weefmachine zijn doorgaans duizenden spoelen voorzien (bv. 3. 000 tot 16. 000 spoelen zijn courante aantallen voor jacquardmachines). Aangezien de gekende schakeling voorzien is voor de bekrachtiging van een enkele spoel, zou er per spoel een dergelijke schakeling moeten voorzien worden. Door het grote aantal spoelen zou dit te duur worden, waardoor deze schakeling niet bruikbaar is voor een haakselectie-inrichting voor een weefmachine. Bovendien kan deze schakeling ook onvoldoende compact gebouwd worden voor dit toepassingsgebied.
Een doel van de uitvinding is een inrichting te verschaffen waarmee spoelen van een haakselectie-inrichting voor een weefmachine kunnen bekrachtigd worden, waarmee de door deze spoelen uitgeoefende elektromagnetische kracht kan geregeld worden door een stroomsturing, en dewelke door zijn eenvoud, compactheid en lage kostprijs wèl geschikt is voor dit toepassingsgebied.
Deze doelstelling wordt bereikt door een inrichting met de in de eerste paragraaf van deze beschrijving aangeduide kenmerken, waarvan de regelinrichting per spoel omvat : een comparator voorzien om de stroomsterkte in de spoel te vergelijken met een referentiestroomsterkte en een stuurbare stroomregelaar, zoals bv. een hakkertransistor, die voorzien is om de stroomsterkte in de spoel te regelen om deze
<Desc/Clms Page number 5>
referentiestroomsterkte te bereiken of te benaderen, terwijl de regelinrichting een elektronische stuurschakeling omvat dewelke voorzien is om bij meerdere spoelen de stroomregelaar van elke spoel te sturen om een door de comparator van die spoel gemeten afwijking tussen de werkelijke stroomsterkte in die spoel en de referentiestroomsterkte te verkleinen.
Een dergelijke inrichting omvat per spoel een zeer beperkt aantal componenten, terwijl de elektronische stuurschakeling (bv. een geïntegreerde schakeling) kan voorzien worden om meerdere tientallen spoeltjes (bv. 48 spoeltjes) terzelfdertijd aan te sturen. Een dergelijke bekrachtigingsinrichting is bijzonder eenvoudig en compact te realiseren, en kan tegen een aanvaardbare kostprijs uitgevoerd worden voor het sturen van meerdere duizenden spoeltjes van een haakselectie-inrichting voor een weefmachine. Door het gering aantal componenten wordt de inrichting ook heel betrouwbaar.
Bovendien is door toepassing van een stroomsturing ook een variabele voedingsspanning niet nodig. Door een relatief hoge spanning te voorzien (bijvoorbeeld meer dan het dubbel van de waarde van de houdspanning en bij voorkeur 3, 5 maal deze waarde) kan men hoge stroomsterktes vermijden, zodat minder warmte geproduceerd wordt. Hierdoor kunnen elektrische en/of elektronische componenten gebruikt worden met een lagere thermische belastbaarheid. Deze componenten zijn betrouwbaarder en goedkoper. Door de lagere voedingsstromen moeten ook minder zware voedingskabels gebruikt worden. Dit alles maakt de inrichting nog eenvoudiger en goedkoper.
Bovendien is het bij een stroomsturing mogelijk om met eenvoudige middelen een efficiënte bewaking van de spoelen uit te voeren, zodat defecte spoelen vrijwel onmiddellijk gedurende de werking van de weefmachine opgespoord kunnen worden en de weefmachine tot stilstand kan gebracht worden. Hierdoor wordt het productieverlies tengevolge van spoeldefecten tot een minimum herleid. Zo'n automatische regeling gebeurt bijzonder snel en doeltreffend. Het weefprocédé kan op die manier met een maximale productiviteit en een minimaal energieverbruik uitgevoerd worden.
<Desc/Clms Page number 6>
Bij de inrichting volgens deze uitvinding is de elektronische stuurschakeling bij voorkeur voorzien om de stroomregelaar te sturen in functie van een van de comparator afkomstig signaal. Dit levert een zeer eenvoudig en compact te realiseren regelinrichting op.
De stroomregelaar is bij voorkeur een hakkertransistor. Deze transistor kan op een bepaald ritme (dat veranderbaar is door de stuurschakeling) aan-en uitgeschakeld worden, om een bepaalde stroomsterkte te bekomen. Ook andere inrichtingen of componenten, in het bijzonder eenvoudige elektrische of elektronische componenten die een snelle in-en uitschakeling met stuurbare frequentie toelaten, komen uiteraard in aanmerking. Bij een geschakelde aansturing van deze hakkertransistor is het energieverlies in de transistor minimaal Een digitale regelkring is hiervoor het best geschikt.
Bij voorkeur is de elektronische stuurschakeling ook voorzien om de referentiestroom te bepalen. Hierdoor kan de referentiestroom automatisch verschillende waarden aannemen, bv. om een veranderende elektromagnetische kracht op te wekken met de spoelen. Dit is bijzonder nuttig als men in een eerste fase van de bekrachtiging een overbekrachtiging tot stand wil brengen (om een haak zeer vlug te selecteren), en in een daarop volgende tweede fase een lagere elektromagnetische kracht op te wekken dewelke volstaat om de haak geselecteerd te houden.
Volgens deze uitvinding wordt de inrichting immers bij voorkeur voorzien om middelen voor het genereren van een referentiestroom te sturen zodat in een eerste fase van de bekrachtiging van de spoelen een hogere referentiestroom wordt gegenereerd dan in een daarop volgende tweede fase. Op die manier kan in een eerste fase een elektromagnetische beweegkracht uitgeoefend worden om de stand van de haak te wijzigen, en in een daarop volgende tweede fase een elektromagnetische
<Desc/Clms Page number 7>
houdkracht uitgeoefend, die kleiner is dan de beweegkracht, om de haak in de gewijzigde stand te houden.
Bij een bijzonder voorkeurdragende uitvoeringsvorm van deze inrichting omvatten de middelen voor het genereren van een referentiestroom een pulsbreedte-modulator.
De inrichting volgens de uitvinding wordt ook het best uitgevoerd met, parallel aan elke spoel, een diode, en met een sensorweerstand om de stroomsterkte door de spoel te bepalen. De genoemde diode doet dienst als vrijloopdiode.
In een meest voorkeurdragende uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat de regelinrichting, naast de elektronische stuurschakeling, per spoel enkel de volgende discrete componenten : een diode, een hakkertransitor, een sensorweerstand en een comparator, waarbij de comparator al dan niet voorzien is van een filter.
In die meest voorkeurdragende uitvoeringsvorm bevat de inrichting per spoel een minimaal aantal eenvoudige componenten met een vrij lage kostprijs, die bovendien weinig plaats innemen en tot zeer compacte eenheid kunnen samengevoegd worden.
De elektronische stuurschakeling is bovendien voorzien om met een groot aantal spoelen samen te werken, zodat deze inrichting qua compactheid, eenvoud, kostprijs en betrouwbaarheid voldoet aan alle vereisten voor gebruik in een haakselectieinrichting voor een weefmachine.
De elektronische stuurschakeling wordt bij voorkeur geheel of gedeeltelijk uitgevoerd als een geïntegreerde schakeling. Daarbij kan die stuurschakeling samengesteld zijn uit een gedeelte dat een referentiestroom kan genereren, een gedeelte "controle- en communicatielogica", en een gedeelte "stroomregelingslogica".
<Desc/Clms Page number 8>
De elektronische stuurschakeling omvat het best digitale componenten omdat deze componenten een programmering van de referentiestroom toelaten. Voorts kan ook door een gepaste programmatie van de logica-componenten een zeer efficiënte spoelbewaking uitgevoerd worden gedurende de werking van de machine.
De elektrische voedingsbron kan een eenvoudige voedingsbron met een nietvarieerbare spanning zijn, zoals bijvoorbeeld een nettransformator met gelijkrichterbrug. Die voeding moet niet eens gestabiliseerd worden. Nettoleranties tot bijvoorbeeld 50 % zijn toelaatbaar. Een dergelijke voedingsbron kan bijzonder robuust gebouwd worden en wordt daardoor minder aan storingen onderhevig en merkelijk goedkoper.
Deze uitvinding behelst voorts ook een haakselectie-inrichting voor een weefmachine, omvattende een aantal elektromagnetische spoelen, dewelke minstens een inrichting voor het bekrachtigen van spoelen met een of meerdere van de hierboven genoemde kenmerken volgens deze uitvinding omvat.
Deze uitvinding betreft tenslotte ook een jacquardmachine of een weefmachine voorzien van een aantal haken en een of meerdere haakselectie-inrichtingen volgens de uitvinding.
De uitvinding wordt nu nader toegelicht aan de hand van de hierna volgende gedetailleerde beschrijving van een deel van een voorkeurdragende haakselectieinrichting volgens deze uitvinding en van de werking van deze inrichting. De bedoeling van deze beschrijving is enkel een verduidelijkend voorbeeld te geven en kan dus geenszins geinterpreteerd worden als een beperking van het toepassingsgebied van de uitvinding of van de in de conclusies opgeëist octrooirechten.
In deze beschrijving wordt door middel van referentiecijfers verwezen naar de hierbij gevoegde figuur l die een blokschema is van een op een spanningsbron (Vi)
<Desc/Clms Page number 9>
aangesloten spoel (1) van een haakselectie-inrichting, en een elektronisch regelcircuit (2) voor de sturing van de stroom door die spoel (1).
De spoel (1) wordt op dit blokschema voorgesteld door een weerstand (Rs) in serie met een spoel (Ls). Er wordt een voedingsbron V, met een onveranderlijke hoge spanning van bijvoorbeeld 48 V aangesloten op deze spoel (1). Een hakkertransistor MI regelt de stroom in de spoel (1). De stroom in de spoel (1) wordt gemeten en vergeleken in comparator (3) met een programmeerbare referentiestroom en bij afwijking wordt een correctie uitgevoerd door de regelkring (2a). De referentiestroom wordt bepaald door een PWM blok : Pulse Width Modulation of pulsbreedte modulatie.. Dit blok levert een blokgolf waarvan de analoge uitganspanning afhankelijk is van de duty circle, d. i. van de verhouding werkings- of aantijd Ton tot de schakelperiode T.
De analoge uitgangsspanning die een maat is voor de referentiestroom wordt over een filter voorgesteld door weerstand en condensator-aangelegd aan de comparator (3). De hakkertransistor M, is van het type MOSFET ofvan het type bipolaire transistor. Elke technologie die snel kan in- en uitschakelen komt in aanmerking. Door het snel in- en uitschakelen (hakken = choppen) wordt de stroom in de spoel (1) geregeld. Deze geschakelde aansturing wordt verkozen boven een lineaire aansturing. Bij een lineaire aansturing wordt de transistor gebruikt in zijn lineair gebied, maar daarbij gaat veel energie verloren met warmteontwikkeling als gevolg. Bij geschakelde aansturing wordt de transistor gebruikt in twee toestanden : geleidend of gesperd. Bij deze werkingswijze zijn de verliezen uiterst gering en een digitale regelkring kan uiterst efficient gebruikt worden.
Een ON/OFF signaal wordt aan het logisch blok (2b) geleverd. Met de toestand ON wordt het selectie-element of de spoel (1) geactiveerd door werking van de hakkertransistor M] en wordt de stroom in de spoel geregeld volgens de door het PWM blok geleverde referentiestroom. In de toestand OFF wordt de hakkertransistor M, uitgeschakeld en de spoel wordt niet bekrachtigd.
EMI9.1
In de eerste fase van de selectie wordt de voedingsspanning (vil) ononderbroken aan de spoel (1) aangelegd. Deze voedingsspanning is ongeveer 3. x de houdspanning van de stand van de techniek een sterke overbekrachtiging. Door deze overbekrachtiging
<Desc/Clms Page number 10>
wordt de stroom zeer snel lineair in de spoel (1) opgebouwd, zodat de aanspreektijd van de spoel (1) korter wordt en de snelheid van de spoel (1) veel groter.
Zodra de gemeten stroom in de spoel (1) een waarde bereikt van 2 x de referentiehoudstroom komt de hakkertransistor (M)) in werking en de regelkring (2a) zorgt ervoor dat deze hogere stroom gedurende korte tijd volgens de aangestuurde hogere referentiestroom aangehouden wordt van zodra de referentiestroom omschakelt naar de houdstroom zorgt de regelkring ervoor dat de stroom in de spoel daalt tot de waarde van de houdstroom bereikt wordt. Bij deze werkwijze wordt aanvankelijk zeer snel en gedurende een korte tijd een sterke elektromagnetische kracht ontwikkeld om de grote luchtspleet te overwinnen en de haak zal zeer snel door de poolplaten aangetrokken worden. Daarna wordt onmiddellijk overgeschakeld op een energiezuinige houdstroom.
De minimale houdstroom wordt bepaald uit de minimale houdkracht die net voldoende is om de haak tegen de poolplaten te houden bij een minimale luchtspleet. Dit levert voor een spoel (1) met n windingen bijvoorbeeld een houdstroom van 75 mA op. De houdkracht wordt bepaald door de magnetische flux in de spoel, die bepaald wordt door het aantal Ampère-windingen. Door juist die 75 mA met de stroomsturing aan te sturen door een spoel met n windingen wordt de juiste houdkracht ingesteld onafhankelijk van weerstandsveranderingen van de spoel (1) door temperatuurvariaties of initiële eigenschappen van de koperdraad.
Elke selectiespoel (1) van de jacquardmachine heeft zo een stroommeet-en regelkring (2). De stroom in de spoel (1) hangt dus niet meer af van temperatuur en eigenschappen van de wikkelingendraad. Het dimensioneren van de spoel (1) is dus merkelijk eenvoudiger : alleen het aantal windingen is juist te respecteren. De spoel (1) kan ook robuster gemaakt worden door de keuze van een iets grotere draadsectie. De snelheid van een spoel (1) is groter bij een grotere draadsectie waardoor de aanspreektijd nog kleiner wordt.
<Desc/Clms Page number 11>
Elke spoel (1) heeft ook zijn eigen hakkertransistor (MI). Deze hakkertransistor (MI) wordt dicht bij de spoel (1) op een printplaat geplaatst : de stroompaden zijn zeer kort.
Doordat de voedingsspanning (V,) relatief hoog is, is de voedingsstroom per printplaat veel kleiner dan volgens de stand van de techniek. Zware voedingskabels worden overbodig. De inrichting bevat dus minder bekabeling en wordt goedkoper.
Het stroommeet- en regelcircuit (2) wordt bijvoorkeur uitgevoerd in digitale vorm door gebruik te maken van ASIC of gelijkwaardige digitale componenten zoals FPGA of EPLD. Deze componenten laten een programmering van de referentiestroom toe. Met behulp van een gepaste programmatie van de logica componenten kan een efficiënte spoelbewaking uitgevoerd worden bij een werkende machine. Eventueel defecte spoelen kunnen onmiddellijk opgespoord worden en de machine kan tot stilstand gebracht worden vooraleer ettelijke meters foutief geweven werden.
De voedingsbron V, kan eenvoudig bestaan uit een nettransformator met gelijkrichterbrug en hoeft zelfs niet gestabiliseerd te zijn. Er zijn grotere nettoleranties toegelaten tot bijv. 50%. Deze voedingsbron kan bijzonder robuust gebouwd worden en wordt daardoor minder aan storingen onderhevig en wordt merkelijk goedkoper.