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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen
der Nullposition eines über
einen Schrittmotor changierbaren Fadenführers einer Spulvorrichtung
einer Kreuzspulen herstellenden Textilmaschine.
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Um
eine Textilspule herzustellen, ist es bekanntlich erforderlich,
die betreffende Textilspule einerseits in Rotation zu versetzen
und andererseits den auf die Spule auflaufenden Faden längs der
Spulenachse zu changieren.
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Durch
relativ schnelles Changieren des Fadens kann dabei eine Textilspule
mit einer sogenannten Kreuzbewicklung erstellt werden, die sich
nicht nur durch einen verhältnismäßig stabilen
Spulenkörper,
sondern auch durch ein gutes Ablaufverhalten auszeichnet.
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In
Verbindung mit der Herstellung solcher Kreuzspulen sind in der Praxis
bereits verschiedene Fadenverlegesysteme im Einsatz, die in zahlreichen Schutzrechtsanmeldungen
ausführlich
beschrieben sind.
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Es
ist beispielsweise bei Spulmaschinen, die mit relativ hohen Wickelgeschwindigkeiten
arbeiten, weit verbreitet, als Fadenchangiereinrichtungen sogenannte
Fadenführungstrommeln
einzusetzen.
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Derartige
Fadenführungstrommeln
weisen eine Nut zum Changieren des Fadens auf und treiben gleichzeitig
die Textilspule reibschlüssig
an.
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Solche
an sich bewährten
Fadenführungstrommeln
sind allerdings in der Herstellung relativ teuer und systembedingt
nur für
die Herstellung von Kreuzspulen in der Wicklungsart "wilde Wicklung" einsetzbar, da zur
Erzeugung einer sogenannten Präzisions-
oder Stufen-Präzisionswicklung
der Antrieb der Kreuzspule und der Antrieb der Fadenchangiereinrichtung
getrennt sein müssen.
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Im
Zusammenhang mit Spulstellen, die jeweils einen separaten Antrieb
zum Rotieren der Auflaufspule und einen separaten Antrieb zum Changieren
des auflaufenden Fadens aufweisen, sind verschiedenartige Fadenchangiereinrichtungen
bekannt.
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Es
sind beispielsweise Changiereinrichtungen bekannt, die einen parallel
zur Rotationsachse der Kreuzspule verschiebbar gelagerten Fadenführer aufweisen,
der beispielsweise über
ein Zugmittel mit einem reversierbaren Einzelantrieb verbunden ist. Des
Weiteren sind Einrichtungen bekannt, die mit einem sogenannten Fingerfadenführer arbeiten.
D. h. mit einem Fadenführer,
der einen fingerartigen Fadenverlegehebel aufweist, der um eine
im wesentlichen senkrecht zur Kreuzspulenachse angeordnete Achse über einen
bestimmten Winkelbereich schwenkbar ist.
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Fadenchangiereinrichtungen
mit einem parallel zur Rotationsachse der Kreuzspule verschiebbaren
Fadenführer
sind beispielsweise in der
DE
37 34 478 A1 , in der
DE 100 21 963 A1 oder in der nachveröffentlichten
DE 10 2004 003 173.8 beschrieben.
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Die
in der
DE 37 34 478
A1 beschriebene Fadenchangiereinrichtung verfügt über einen
Fadenführer,
der im Changierbereich an einer Fadenführerstange geführt ist
und über
ein Endloszugmittel von einem microprozessorgesteuerten Schrittmotor
angetrieben wird.
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Auch
in der nachveröffentlichten
DE 10 2004 003 173.8 ist
eine Fadenchangiereinrichtung beschrieben, deren Fadenführer an
einer Fadenführerstange
geführt
und über
einen Zahnriemen an einen reversierbaren Einzelantrieb angeschlossen
ist.
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Die
Fadenführerstange,
die Zahnräder
für den
Zahnriemen sowie der zugehörige
Einzelantrieb sind dabei in einem weitestgehend geschlossenen Gehäuse angeordnet.
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Das
heißt,
der Innenraum dieser als modulares Bauteil ausgebildeten Fadenchangiereinrichtung ist
frontseitig durch das Endloszugmittel abgedichtet.
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Eine
Fadenchangiereinrichtung mit einem Changierfadenführer, der
an einem Endlosriemen festgelegt und durch einen Einzelantrieb beaufschlagbar
ist, ist des Weiteren in der
DE 100 21 963 A1 beschrieben.
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Der
Einzelantrieb des Fadenführers
ist dabei so ansteuerbar, dass ein in seiner Länge veränderbarer Changierhub ausgeführt werden
kann.
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Der
Einzelantrieb des Changierfadenführers ist
zu diesem Zweck mit einem Winkelgeber ausgerüstet, der die Rotorstellung
des Elektromotors erfasst und an eine entsprechende Arbeitsstellensteuerung
meldet.
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Nachteilig
bei den vorgenannten an sich vorteilhaften Fadenchangiereinrichtungen
ist allerdings der verhältnismäßig große Steuerungsaufwand,
der betrieben wird, um eine ordnungsgemäße Traversierung eines Fadens
zu gewährleisten.
Das heißt,
die bekannten Fadenchangiereinrichtungen verfügen über relativ aufwendige und
damit kostspielige Steuerungs- und Überwachungseinrichtungen.
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Ausgehend
vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das/die eine
sichere und genaue Changierung eines auf eine Kreuzspule auflaufenden
Fadens ermöglicht,
wobei der Steuerungsaufwand möglichst
gering sein soll.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren gelöst,
das die im Anspruch 1 beschriebenen Merkmale aufweist bzw. durch
eine Vorrichtung gemäß Anspruch
2.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat insbesondere den Vorteil, dass auf einfache Weise, das heißt ohne
zusätzliche
Sensoreinrichtungen oder dgl. gewährleistet wird, dass der Fadenführer zu
Beginn des Changierprozesses stets aus einer definierten Position
heraus gestartet werden kann.
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In
Verbindung mit einem Schrittmotor ist damit sichergestellt, dass
der Changierprozesses ordnungsgemäß durchgeführt werden kann, das heißt, dass
sich der Fadenführer
bei der Changierung des auflaufenden Fadens stets zum richtigen
Zeitpunkt an der richtigen Position befindet.
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Zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind dabei, wie vorstehend erwähnt,
keine zusätzlichen
Sensoreinrichtungen erforderlich, sondern nur Hard- bzw. Software,
die für
den Betrieb eines über
einen Schrittmotor changierbaren Fadenführers ohnehin benötigt wird.
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Das
bedeutet, das erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich
recht kostengünstig
realisieren.
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Die
Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist, wie im Anspruch 2 dargelegt, in vorteilhafter Ausbildung
einen als Hybrid-Schrittmotor ausgebildeten Fadenführerantrieb auf.
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Der
Rotor dieses Hybrid-Schrittmotors ist dabei mit einem axial magnetisierten
Permanentmagneten ausgerüstet
und weist rotorendseitig jeweils ausgeprägte Pole in Form von gezahnten
Polkappen auf.
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Derartig
ausgebildete Rotoren mit einer relativ großen Anzahl von Polen im Bereich
ihrer Polkappen führen
während
des Betriebes des Schrittmotors zu kleinen Winkelschritten, was
sich einerseits positiv auf den Rundlauf des Schrittmotors auswirkt
und andererseits bei der Abschaltung des Schrittmotors zu einer
Vielzahl sogenannter Raststellung des Rotors führt.
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Das
heißt,
ein derartig ausgebildeter Schrittmotor zeichnet sich einerseits
durch einen guten Rundlauf aus, ist im Bedarfsfall aber auch feinfühlig in
einer vorgebbaren Raststellung positionierbar.
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Der
Rundlauf des Schrittmotors kann dabei auf relativ einfache Weise
dadurch weiter optimiert werden, dass, wie im Anspruch 4 dargelegt,
die Pole der ersten Polkappe gegenüber den Polen der zweiten Polkappe
winkelversetzt angeordnet sind.
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Insbesondere
die im Anspruch 5 beschriebene, vorteilhafte Ausführungsform
führt in
Verbindung mit durchgehenden Statormagnetpolen zu einer Halbierung
der Schrittweite der einzelnen Winkelschritte des Motors und damit
zu einem sehr gleichmäßigen Rundlauf
des Schrittmotors.
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Wie
im Anspruch 6 beschrieben, ist in bevorzugter Ausführungsform
außerdem
vorgesehen, dass der Stator des Hybrid-Schrittmotors eine Vielzahl
von Statorsegmenten aufweist, die jeweils von bestrombaren Wicklungen
umgeben sind.
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Eine
Hälfte
der Wicklungen ist dabei an eine erste Phase einer Gleichstromquelle
angeschlossen, während
die andere Hälfte
der Wicklungen mir einer zweiten Phase in Verbindung steht.
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Das
heißt,
auf dem Umfang des Stators wechseln sich Statorsegmente, die über die
erste Phase bestromt werden, mit Statorsegmenten ab, die an die
zweite Phase angeschlossen sind. Über eine Steuerung entsprechend
beaufschlagt, Läuft
ein solcher Schrittmotor zuverlässig
im Bipolarbetrieb (Anspr. 8).
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Die
Statorsegmente weisen dabei, wie im Anspruch 7 dargelegt, Polzähne auf,
die entsprechend der Bestromung der Wicklungen der Statorsegmente
mit den Polen der Polkappen des Rotors korrespondieren.
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Das
heißt,
bei der Bestromung der Wicklungen der Statorsegmente werden sowohl
die N-Pole der vorderen Polkappe des Rotors als auch die S-Pole
der hinteren Polkappe des Rotors beeinflusst.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass auf
der Motorwelle des Schrittmotors drehfest ein verzahntes Antriebsrad festgelegt
ist (Anspr. 9), das einen Zahnriemen mit einer Zahnteilung von vorzugsweise
2 mm antreibt.
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In
vorteilhafter Ausführungsform
weist das Antriebsrad dabei beispielsweise 48 Zähne auf (Anspr. 10).
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Eine
solche Ausbildung der mechanischen Antriebselemente gewährleistet,
dass jede Bewegung des Schrittmotors sowohl was den Changierbereich,
die Changierbreite oder die Changiergeschwindigkeit betrifft, exakt,
das heißt
ohne Schlupf umgesetzt werden.
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In
Verbindung mit einem Hybrid-Schrittmotor ist auf diese Weise eine
ordnungsgemäße Fadenchangierung
sowie eine ausreichend genaue Positionierung des Fadenführers in
seiner Nullstellung möglich.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargelegten
Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
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Es
zeigte
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1 eine
Seitenansicht einer Arbeitsstelle einer Kreuzspulen herstellenden
Textilmaschine, mit einer erfindungsgemäßen Fadenchangiereinrichtung im
Bereich der Spulvorrichtung,
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2 in
einem größeren Maßstab eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Fadenchangiereinrichtung,
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3 den
Fadenführer
der Fadenchangiereinrichtung gemäß 2 in
seiner Nullstellung,
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4 eine
Vorderansicht auf einen als Hybrid-Schrittmotor ausgebildeten Fadenführerantrieb, ohne
vordere Motorabdeckung,
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5 den
Rotor des Hybrid-Schrittmotors in Seitenansicht, im Schnitt.
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In 1 ist
schematisch in Seitenansicht eine Hälfte einer Kreuzspulen herstellende
Textilmaschine 1, im Ausführungsbeispiel einer Offenend-Rotorspinnmaschine,
dargestellt.
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Derartige
Textilmaschinen verfügen,
wie bekannt, zwischen ihren (nicht dargestellten) Endgestellen über eine
Vielzahl gleichartiger Arbeitsstellen 2.
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Die
Arbeitstellen 2 weisen dabei jeweils ein Spinnaggregat 3 sowie
eine Spulvorrichtung 4 auf.
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In
den Spinnaggregaten 3 werden Faserbänder 6, die in Spinnkannen 5 bevorratet
sind, zu Fäden 7 verarbeitet,
die anschließend
auf den Spulvorrichtungen 4 zu Kreuzspulen 8 aufgewickelt
werden.
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Die
fertig gestellten Kreuzspulen 8 werden über eine Kreuzspulen-Transporteinrichtung 12 zu
einer maschinenendseitig angeordneten (nicht dargestellten) Ladestation
befördert.
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Wie
in 1 angedeutet, weisen die Arbeitsstellen 2 jeweils
neben dem Spinnaggregat 3 und der Spulvorrichtung 4 noch
weitere Handhabungseinrichtungen, beispielsweise eine Fadenabzugseinrichtung 10,
eine Saugdüse 17 oder
einen Paraffineur 14 auf.
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Die
Funktion dieser Bauteil ist bekannt und in zahlreichen Patentschriften
ausführlich
erläutert.
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Die
Spulvorrichtung 4 verfügt über einen Spulrahmen 9,
eine Spulenantriebswalze 11 sowie eine Fadenchangiereinrichtung 16.
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Die
Spulenantriebswalze 11, die durch einen Antrieb 13 einzelmotorisch
beaufschlagbar ist, treibt dabei die im Spulenrahmen 9 frei
drehbar gelagerte Kreuzspule 8 reibschlüssig an.
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In
der 2 ist die erfindungsgemäße Fadenchangiereinrichtung 16,
wie sie jeweils im Bereich der Spulvorrichtung 4 der zahlreichen
Arbeitsstellen 2 der Textilmaschine 1 angeordnet
ist, im Detail dargestellt.
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Die 2 zeigt
dabei eine perspektivische Ansicht auf eine als modulare Fadenführungseinheit 22 ausgebildete,
weitestgehend geschlossene Fadenchangiereinrichtungen 16.
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Das
heißt,
der Innenraum 37 des Gehäuses 23 der Fadenführungseinheit 22 ist
nach vorne durch das Endloszugmittel 30 abgedichtet, nach
oben mit einem (nicht dargestellten) Deckelelement abdeckbar und
dann gegen das Eindringen von Textilstaub und Faserflug weitestgehend
geschützt.
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Wie
weiter ersichtlich, ist der Fadenführer 25, der, wie üblich, aus
einem abriebfesten Material, vorzugsweise einer Oxydkeramik gefertigt
ist, an einem Führungsschuh 26 festgelegt,
der seinerseits an einem Führungselement 27 gleitend
geführt
ist. Das Führungselement 27 ist
dabei ihrerseits in den Seitenwänden 28, 29 der
Fadenführungseinheit 22 festgelegt.
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Der
Führungsschuh 26 ist
außerdem
an der Außenseite
eines Endloszugmittels, vorzugsweise eines Zahnriemens 30,
befestigt, der, wie angedeutet, über
Umlenkräder 31, 32,
die seitlich neben dem Changierbereich B des Fadenführers 25 angeordnet sind,
sowie ein Antriebsrad 33 geführt.
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Das
Antriebsrad 33 ist dabei drehfest auf der Motorwelle 24 eines
elektromotorischen, reversiblen Antriebes, vorzugsweise eines Hybrid-Schrittmotors 34,
angeordnet, der über
eine Steuerleitung 36 an einen Steuerungsrechner 35,
beispielsweise einen Zentralrechner der Textilmaschine angeschlossen ist.
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In
alternativer Ausführungsform
kann als Steuerungsrechner 35 selbstverständlich auch
ein Sektionsrechner oder ein separater Arbeitsstellenrechner zum
Einsatz kommen.
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3 zeigt
den Fadenführer 25 in
seiner Nullstellung NS, das heißt,
in einer definierten Position mit einem Abstand a zu einer Anlaufkante 15 des Gehäuses 23 der
Fadenführungseinheit 22.
Diese Nullstellung NS stellt jeweils die Ausgangstellung für den Fadenführer 25 und
damit für
den Schrittmotor 34 zu Beginn eines Changiervorganges bzw.
bei einem Neustart der Fadenchangiereinrichtung 16 dar.
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Die 4 zeigt
eine Vorderansicht in den als Hybrid-Schrittmotor 34 ausgebildeten
Fadenführerantrieb.
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Wie
ersichtlich, weist der Stator 18 acht Statorsegmente 19A und 19B mit
ausgeprägten
(gezahnten) Polen 40 auf.
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Die
Statorsegmente 19A und 19B sind dabei jeweils
von bestrombaren Wicklungen 20A bzw. 20B umgeben.
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Die
Wicklungen 20A der Statorsegmente 19A sind dabei über eine
erste Stromphase 21A mit einer Gleichstromquelle 38 verbunden,
während
die Wicklungen 20B der Statorsegmente 19B über eine zweite
Stromphase 21B an die Gleichstromquelle 38 angeschlossen
sind.
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Die
Schaltungsanordnung 39 ist dabei so ausgelegt, dass Bipolarbetrieb
möglich
ist, das heißt, dass
die Magnetisierung der an den Statorsegmenten 19A und 19B angeordneten
Zähne 40 wahlweise auf
N-Pol oder S-Pol geschaltet werden kann.
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Wie
in 5 dargestellt, besteht der Rotor 41 im
wesentlichen aus einer Motorwelle 42, einem axial magnetisierten,
vorzugsweise ringförmigen Zweipol-Permanentmagneten 43 sowie
zwei, ebenfalls gezahnten Polkappen 44A und 44B.
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Die
Zähne 45A der
Polkappe 44A sind dabei beispielsweise N-Pole während die
Zähne 45B der Polkappe 44B S-Pole
bilden.
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Die
Zähne 45A der
Polkappe 44A sind außerdem
um eine halbe Zahnteilung gegenüber
den Zähnen 45B der
Polkappe 44B versetzt.
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Funktion
des erfindungsgemäßen Verfahrens:
Um
das erfindungsgemäße Verfahren
zu verstehen sind zunächst
folgende Anmerkungen nützlich.
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Bei
der im Ausführungsbeispiel
gewählten Ausführungsform
eines Hybrid-Schrittmotors 34 mit jeweils 25 Zähnen je
Polkappe sowie 2-Phasenbetrieb ergibt sich für die Schrittzahl z des Motors
nach der Formel: z = k × pwobei k = 2 × ms ist
und ms =
für die
Anzahl der Phasen des Stators
sowie p = für die Anzahl der Pole des Rotors
steht,
z = 2 × 2 × 50 = 200
Einzelschritte pro Rotordrehung.
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Das
bedeutet, bei jedem Schritt läuft
der Rotor des Motor 360°/200
Schritte = 1,8° weiter.
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Da
der Rotor insgesamt 50 Pole aufweist, die jeweils 7,2° von einander
beabstandet sind, werden zwischen den einzelnen Polen jeweils vier
Einzelschritte benötigt.
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Die
50 Pole des Rotors bilden in Verbindung mit den Zähnen an
den Statorelementen außerdem jeweils
ein sogenanntes Rastmoment, das heißt, eine definierte Stellung,
in die der Rotor einrastet sobald der Motor stromlos geschaltet
wird.
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Im
Ausführungsbeispiel
ergibt sich außerdem
aus dem Teilungsabstand des Zahnriemens, der den Fadenführer mit
seinem zugehörigen
Antrieb verbindet, von 2 mm sowie der Zähnezahl 48 des auf der
Motorwelle des Schrittmotors angeordneten Antriebsrades für den Fadenführer pro
Motorschritt eine Verlegestrecke s = Weg/Schritte = 2 mm × 48/200
= 0,48 mm. Das heißt,
zwei Raststellungen des Motors liege: jeweils 4 × 0,48 mm = 1,92 mm beabstandet.
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Zu
Beginn des Verfahrens befindet sich der Fadenführer 25 in einem beliebigen
Abstand zu seiner angestrebten Nullstellung NS, die sich, bei dem
in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel zum Beispiel
0,2 mm vor der Anlaufkante 15 des Gehäuses 23 der Fadenführungseinheit 22 befindet.
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Der
Fadenführer 25 wird
durch den Schrittmotor 34 zunächst langsam in Richtung dieser
Nullstellung NS verfahren und zwar so weit bis sichergestellt ist,
dass er die Nullstellung NS erreicht oder überfahren hat.
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Das
heißt,
zu einem beliebigen Zeitpunkt erreicht der Führungsschuh 26 des
Fadenführers 25 die
Anlaufkante 15 des Gehäuses 23 und
läuft bis zum
Abschalten des Schrittmotors 34 immer wieder gegen diese
Anlaufkante 15 an.
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Beim
Abschalten fällt
der Rotor 41 des Schrittmotors 34 in eine sogenannte
Raststellung.
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Die
Position dieser Raststellung ergibt sich dabei, wie vorstehend erläutert, aus
der Bauart des Schrittmotors 34 sowie aus dem elektrischen
Schaltschritt in dem sich der Schrittmotor 34 zum Zeitpunkt des
Abschaltens befunden hat.
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Das
heißt,
der Rotor 41 befindet sich entweder in der letzten Raststellung,
in der der Führungsschuh 26 des
Fadenführers 25 unmittelbar
an der Anlaufkante 15 des Gehäuses 23 steht oder
in der vorletzten Raststellung, in der der Führungsschuh 26 des
Fadenführers 25 beabstandet
zur Anlaufkante 15 positioniert ist, wobei dieser Abstand
im Ausführungsbeispiel,
wie vorstehend erläutert,
1,92 mm betragen würde.
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Anschließend wird
der Schrittmotor 34 wieder bestromt.
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Das
heißt,
die Wicklungen 20A und 20B der Statorelemente 19A und 19B des
Schrittmotors 34 werden so angesteuert, dass der Rotor 41 um
4 Schritte a 1,8° in
Richtung der letzten Raststellung und damit der Nullstellung NS
des Fadenführers 25 weiterdreht
bzw. versucht weiterzudrehen.
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Das
bedeutet, wenn der Fadenführer 25 zum Zeitpunkt
des Wiederzuschaltens des Schrittmotors 34 bereits in seiner
Nullstellung NS an der Anlaufkante 15 des Gehäuses 23 steht,
kann der Rotor 41 der elektrischen Steuerung nicht folgen
und fällt
bei der anschließenden
Stromabschaltung wieder in die letzte Raststellung zurück.
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Wenn
der Rotor 41 beim Wiederzuschalten des Stromes allerdings
in die vorletzte Raststellung positioniert ist, dreht der Rotor 41 des
Schrittmotors 34 4 Schaltschritte weiter, so dass der Rotor 41 bei der
folgenden Stromabschaltung ebenfalls in der letzten Raststellung
und damit der Fadenführer 25 in seiner
Nullstellung NS steht.
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Diese
Nullstellung NS bildet bei jedem Start eines Changierprozesses jeweils
den Ausgangswert für
die Steuerung.