DE102016106022B4

DE102016106022B4 - Piezoelektrischer Einzelnadelantrieb für eine Strickmaschine

Info

Publication number: DE102016106022B4
Application number: DE102016106022.4A
Authority: DE
Inventors: Elias Staiger; Chokri Cherif
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2020-04-30
Anticipated expiration: 2036-04-02
Also published as: DE102016106022A1

Abstract

Einzelnadelantrieb (2) für eine Strickmaschinemit einer lineargeführten Nadel (4), die zwischen einer zurückgezogenen Grundstellung und einer ausgefahrenen Fangstellung verfahrbar ist, undeinem piezoelektrischen Linearantrieb (14) zum Verfahren der Nadel (4), der zumindest einen piezoelektrischen Aktuator (19, 20, 21, 22) und einen durch diesen linearverschiebbaren Läufer (17) umfasst, dadurch gekennzeichnet,dass ein Abschnitt des Nadelschafts (18) den Läufer (17) bildet und dass der piezoelektrische Linearantrieb (14) zumindest zwei in Längsrichtung des Läufers (17) voneinander beabstandete Aktuatoren (19, 21; 20, 22) umfasst,die derart wechselseitig ansteuerbar sind,dass sich jeweils einer der beiden Aktuatoren (19, 21; 20, 22) in einer am Läufer (17) anliegenden Klemmstellung und der andere in einer vom Läufer (17) beabstandeten Losstellung befindet undzum Verschieben der Nadel (4) in Richtung der Fangstellung der in der Klemmstellung befindliche Aktuator (19, 21; 20, 22) aus der zurückverlagerten ersten Position in die vorverlagerte zweite Position bewegbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einzelnadelantrieb für eine Strickmaschine, insbesondere eine Flach- und/oder Rundstrickmaschine, mit einer lineargeführten Nadel, die zwischen einer zurückgezogenen Grundstellung und einer ausgefahrenen Fangstellung verfahrbar ist, und mit einem Antrieb zum Verfahren der Nadel. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Strickmaschine, insbesondere eine Flach- und/oder Rundstrickmaschine, mit mehreren Einzelnadelantrieben, die jeweils eine lineargeführte Nadel, die zwischen einer zurückgezogenen Grundstellung und einer ausgefahrenen Fangstellung verfahrbar ist, und einen Antrieb zum Verfahren der Nadel umfasst, und einer mit den Einzelnadelantrieben verbundenen Steuereinheit.
Bekannte Flach- und Rundstrickmaschinen weisen ein Strickschloss auf. Im Strickschloss befinden sich elektromechanisch betriebene Schub- und Kurvenmechanismen. Über ein Nadelbett der Strickmaschine wird ein Strickschlitten bewegt. Nachteilig bei derartigen mit Schlossschlitten ausgebildeten Strickmaschinen ist, dass zum Bewegen der Nadeln ein im Verhältnis zur einzelnen Nadel sehr großer Schlossschlitten bewegt werden muss. Hierdurch ist die Dynamik bzw. der Energieaufwand, insbesondere für das Stoppen und Beschleunigen der Schlossschlitten an den Wendepunkten, sehr hoch. Ferner ist das Bewegungsschema der einzelnen Nadeln durch das Strickschloss vorgegeben und somit eingeschränkt.
Aus der US 6,367,289 B2 ist ein Aktuatorsystem zum Aktivieren einer Nadel bekannt. Die Nadel weist einen Schaft mit einer flachen planaren Verlängerung auf, wobei die Verlängerung eine erste und eine zweite parallele planare Oberfläche umfasst. Ferner weist das Aktuatorsystem mindestens einen piezoelektrischen Mikromotor mit einem ersten Oberflächenbereich zum Übertragen von Bewegung auf ein bewegliches Element, wobei der erste Oberflächenbereich federnd an die erste Oberfläche gepresst wird, und mindestens einen zusätzlichen piezoelektrischen Motor mit einem zweiten Oberflächenbereich zum Übertragen von Bewegung auf ein bewegliches Element auf, wobei der zweite Oberflächenbereich federnd an die zweite Oberfläche gepresst wird.
Aus der DE 40 08 155 A1 ist eine piezoelektrische Nadelauswahleinrichtung für eine Rundstrickmaschine mit einem drehbaren Nadelzylinder und darin verschieblich gelagerten Musterplatinen, welche von piezoelektrischen, ein Gehäuse und einen darin gelagerten, radial zum Nadelzylinder verschiebbaren Kolben aufweisenden Wandlern betätigbar sind, bekannt. In dem Gehäuse sind ein Stapel von linear wirkenden piezoelektrischen Elementen, welche bei Anlegen einer elektrischen Spannung eine Längenänderung ausführen, und eine mechanische Verstärkungseinrichtung vorgesehen, welche mit einer Abfolge von jeweils in der Nähe ihres Schwenklagers betätigten einarmigen Hebeln diese Längenänderung in eine zur Nadelauswahl geeignete Bewegungsgröße des Kolbens umsetzt.
Aus der DE 103 24 663 A1 ist eine Vorrichtung zum Steuern oder Regeln einer Produktionsmaschine oder einer Werkzeugmaschine oder eines Handhabungsautomaten bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Dreheinrichtung, die mit unterschiedlichen Drehzahlen drehbar ist, eine Aktuatoreinrichtung, die mit der Dreheinrichtung in Wirkverbindung steht, und eine Spannungsversorgungseinrichtung zur Versorgung der Aktuatoreinrichtung mit einer Ansteuerspannung. Die Ansteuerspannung für die Aktuatoreinrichtung ist abhängig von der Drehzahl der Dreheinrichtung einstellbar.
Aus der EP 2 209 203 A2 ist ein Piezolinearantrieb mit einer Gruppe von Piezostapelaktoren bekannt, welche einen in einer Führung befindlichen Läufer antreiben. Die Aktoren stellen eine auf einem gemeinsamen Substrat befindliche Mehrschichtkeramik-Hybridanordnung dar, wobei innerhalb eines Stapels ausgehend vom Substrat ein erstes Stapelteil als Longitudinal - und ein zweites Stapelteil als Scheraktor ausgebildet sowie letzteres mit einer verschleißfesten Endscheibe versehen ist, welche in Klemm- und/oder Scherkontakt mit dem Läufer steht, wobei mindestens zwei Aktoren nebeneinander befindlich sind. Die Anordnung der Aktoren ist mit einer Zweipolverdrahtung versehen, welche mindestens teilweise durch eine durchgehende, Trennspalte überbrückende und zwischen den Stapelteilen verlaufende Elektrodenanordnung gebildet wird, wobei die Aktoren entsprechend der auszuführenden Klemm- und Vorschubbewegungen abwechselnd parallel bzw. antiparallel zur Polarisationsrichtung der Elektrode gestapelt sind.
Aus der Publikation von LINGLING, Qi et.al. -„Research on Piezoceramics Actuators for Electronic Jacquard Applications. In: Industrial Electronics and Applications, 2007, ICIEA 2007, 2nd IEEE Conference, 01.05.2007, S. 1643-1647 - XP031137624 - ist ebenfalls ein piezoelektrischer Nadelantrieb bekannt.
Aus der EP 0 717 136 A1 ist ein Einzelnadelantrieb für eine Strickmaschine bekannt, der einen gewöhnlichen elektrischen Linearmotor umfasst. Dieser hat einen sehr hohen Energieverbrauch, da er sowohl für das Positionieren der Nadel als auch für das Halten in Position elektrische Energie benötigt. Durch den hohen Energieverbrauch kommt es ferner zu einer sehr starken Wärmeentwicklung, die sich nachteilig auf das Strickgut auswirken kann.
Ein weiterer Einzelnadelantrieb für Strickmaschinen ist aus der EP 0 235 987 B1 bekannt. Hierbei handelt es sich um einen elektromagnetischen Einzelnadelantrieb. Auch bei diesem Einzelnadelantrieb ist der Energieverbrauch sehr hoch, da zum Bewegen und Halten der Nadel ständig ein elektromagnetisches Feld induziert werden muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen energieeffizienten Einzelnadelantrieb für eine Strickmaschine zu schaffen, mit dem eine Nadel zuverlässig in Position gehalten werden kann.
Vorgeschlagen wird ein Einzelnadelantrieb für eine Strickmaschine, insbesondere eine Flach- und/oder Rundstrickmaschine, der eine lineargeführte Nadel und einen Antrieb zum Verfahren der Nadel umfasst. Die Nadel umfasst vorzugsweise einen Nadelkopf zum Fangen eines Fadens und/oder einen Nadelschaft. Mittels des Antriebs ist die Nadel zwischen einer zurückgezogenen Grundstellung und einer ausgefahrenen Fang- und/oder Maschenstellung verfahrbar. Der Antrieb ist als piezoelektrischer Linearantrieb ausgebildet. Er umfasst zumindest einen piezoelektrischen Aktuator und einen durch diesen linearverschiebbaren Läufer. Beim Verschieben des Läufers wird die Nadel zwischen ihrer Grundstellung und Fangstellung verfahren.
Ein wesentlicher Vorteil des piezoelektrischen Linearantriebs besteht darin, dass dieser selbsthemmend ausgebildet ist. Hierdurch kann im Stillstand die Position der Nadel bis zu einer maximalen Schwellwertkraft gehalten werden, ohne dass hierfür elektrische Energie erforderlich ist. Beim Halten der Nadel in einer vorbestimmten Position kann mittels des piezoelektrischen Linearantriebs somit eine Erwärmung vermieden werden. Des Weiteren weist eine mit einem piezoelektrischen Linearantrieb angetriebene Nadel kein Haltezittern auf. Ferner ist ein mit einem piezoelektrischen Linearantrieb ausgebildeter Einzelnadelantrieb vom mechanischen Aufwand sehr einfach gehalten, so dass das Ausfallrisiko reduziert werden kann. Überdies hinaus wird hierdurch der Wartungsaufwand stark reduziert. Auch kann der Einzelnadelantrieb durch den piezoelektrischen Linearantrieb sehr kompakt und bauraumsparend ausgebildet werden. Aber auch auf die Arbeitsbelastung des Bedienpersonals wirkt sich der piezoelektrische Linearantrieb vorteilhaft aus. So kann die Lärmbelastung stark reduziert werden, da der piezoelektrische Linearantrieb nahezu geräuschlos arbeitet. Zusammenfassend ist demnach festzustellen, dass mittels des piezoelektrischen Linearantriebs eine sehr kostengünstige Strickmaschine hergestellt werden kann, mittels der die laufenden Betriebskosten aufgrund des stark reduzierten Energiebedarfs, der Wartungsaufwand aufgrund der reduzierten mechanischen Komplexität und die Arbeitsbelastung des Bedienpersonals aufgrund der nahezu geräuschlosen Arbeitsweise reduziert werden können.
Vorteilhaft ist es, wenn ein Abschnitt des Nadelschafts den Läufer bildet. Hierdurch können die Herstellungskosten stark reduziert werden, da keine zusätzlichen Bauteile zur Ausbildung des Läufers und/oder anfälligen Verbindungsbereiche zwischen dem Läufer und dem Nadelschaft notwendig sind.
Vorteilhaft ist es, wenn der Nadelschaft in dem mit dem zumindest einen Aktuator korrespondierenden Abschnitt eine höhere Oberflächenrauheit aufweist, als im Bereich seines freien Nadelendes, das mit dem zu verstrickenden Faden interagiert. Hierfür kann der Nadelschaft in dem Abschnitt eine Beschichtung aufweisen. Mit der erhöhten Oberflächenrauheit kann sichergestellt werden, dass beim Bewegen des Aktuators der durch den Nadelschaft gebildete Läufer zuverlässig bei einer entsprechenden Aktuatorbewegung verfahren wird. Des Weiteren wird hierdurch eine Relativverschiebung zwischen dem Nadelschafts und dem an diesem anliegenden Aktuator in Längsrichtung des Nadelschafts zumindest reduziert.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Nadel mehrteilig ausgebildet ist, wobei zumindest einer der Teile durch den Abschnitt des Nadelschafts gebildet ist. Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn der den Abschnitt des Nadelschafts bildende erste Teil im Vergleich zu einem zweiten Teil der Nadel aus einem anderen Material hergestellt ist. Hierdurch können die Materialeigenschaften des Nadelschafts optimal auf die Interaktion mit dem zumindest einen Aktuator abgestimmt werden. Analog kann das Material des anderen Teils der Nadel auf die Interaktion mit dem Maschenfaden abgestimmt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Linearantrieb zumindest einen ortsfesten, in Querrichtung zum Läufer beabstandeten und/oder sich in dessen Längsrichtung erstreckenden Träger zur Aufnahme des zumindest einen piezoelektrischen Aktuators. Vorteilhaft ist es, wenn der Träger eine hohlzylindrische Form aufweist. Hierdurch kann in seinem Inneren der Nadelschaft lineargeführt aufgenommen werden. Alternativ kann der Träger aber auch mehrere Trägerteile aufweisen, von denen zumindest zwei Trägerteile an zwei gegenüberliegenden Seiten des Nadelschafts angeordnet sind.
Um den piezoelektrischen Aktuator auslenken zu können, ist es vorteilhaft, wenn dieser an seinem dem läuferabgewandten Ende mit dem Träger verbunden ist.
Des Weiteren ist es für ein zuverlässiges Verschieben des Läufers vorteilhaft, wenn der Aktuator an seinem dem trägerabgewandten freien Ende einen Kontaktbereich aufweist. Vorzugsweise ist in diesem Kontaktbereich ein Material angebracht, dass im Vergleich zum Grundmaterial des Aktuators einen höheren Reibungskoeffizienten hat. Hierdurch kann ein Verrutschen des Kontaktbereichs gegenüber der Außenfläche des Läufers vermieden werden.
Um den Läufer mittels des Aktuators verschieben zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Aktuator längenveränderbar ist. Hierdurch ist der Kontaktbereich, insbesondere in Abhängigkeit einer elektrischen Dehnspannung, im Wesentlichen in Querrichtung des Läufers zwischen einer vom Läufer beabstandeten Losstellung und einer am Läufer anliegenden Klemmstellung bewegbar. Des Weiteren ist es diesbezüglich vorteilhaft, wenn der Aktuator biegbar ist, so dass sein Kontaktbereich, insbesondere in Abhängigkeit einer elektrischen Biegespannung, im Wesentlichen in Längsrichtung des Läufers zwischen einer in Richtung der Grundstellung zurückverlagerten ersten Position und einer in Richtung der Fangstellung vorgelagerten zweiten Position bewegbar ist.
Um die Länge und/oder die Biegung des Aktuators verändern zu können, ist es vorteilhaft, wenn dieser bimorph ausgebildet ist. In diesem Fall umfasst der Aktuator zumindest zwei piezoelektrische Schichten. Diese sind vorzugsweise übereinander angeordnet und/oder bilden zusammen einen Stapel. Jede der Schichten ist vorzugsweise zwischen zwei Elektrodenschichten angeordnet. Hierdurch sind die beiden piezoelektrischen Schichten getrennt voneinander mittels einer entsprechenden elektrischen Spannung ansteuerbar.
Vorteilhaft ist es, wenn die beiden piezoelektrischen Schichten zur Längenveränderung des Aktuators, insbesondere mittels einer Steuereinheit, mit einer gleich hohen Spannung ansteuerbar sind. Hierdurch werden diese gleich lang ausgedehnt, so dass eine Biegung des Aktuators vermieden und ausschließlich die Länge des Aktuators verändert wird. Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn die beiden piezoelektrischen Schichten zum Biegen des Aktuators mit einer zueinander unterschiedlich hohen Spannung ansteuerbar sind. Hierdurch wird jeweils eine der beiden piezoelektrischen Schichten stärker gedehnt als die andere, so dass der Kragarm bzw. der Aktuator gebogen wird. Die beiden piezoelektrischen Schichten können auch derart angesteuert werden, dass sowohl die Länge des Aktuators als auch seine Biegung verändert wird. Der Aktuator führt demnach eine überlagerte Bewegung aus.
Vorteilhaft ist es, wenn der Aktuator einen ersten Stapel zur Längenveränderung und/oder einen zweiten Stapel zur Biegeveränderung des Kragarms umfasst. Hierbei ist vorteilhafterweise der erste Stapel zur Längenveränderung trägerseitig und/oder der zweite Stapel zum Biegen des Aktuators kontaktbereichsseitig angeordnet. Hierdurch kann die Bewegung des Aktuators besser kontrolliert und exakter gesteuert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Einzelnadelantrieb zumindest ein Aktuatorpaar. Dieses umfasst zwei in Querrichtung des Läufers voneinander beabstandete Aktuatoren, die insbesondere an zwei gegenüberliegenden Seiten des Läufers angeordnet sind. Der Läufer ist somit zwischen diesen beiden Aktuatoren in ihrer jeweiligen Klemmstellung verklemmbar. Der Läufer ist somit durch dieses zumindest eine Aktuatorpaar geführt. Die Führung des Läufers entlang seiner Längsachse kann noch weiter verbessert werden, wenn dieser durch zwei in Längsrichtung des Läufers voneinander beabstandete Aktuatorpaare geführt ist.
Zum Führen des Läufers ist es zusätzlich oder alternativ ferner vorteilhaft, wenn der Einzelnadelantrieb ein Führungselement, insbesondere eine Führungsschiene, aufweist. Diese ist vorzugsweise auf der dem Aktuator gegenüberliegenden Seite des Läufers angeordnet, so dass der Läufer in Querrichtung zu seiner Längsachse gegen das Führungselement gedrückt wird, wenn sich der Aktuator in der Klemmstellung befindet. Vorteilhafterweise kann hierdurch ein dem Aktuator in Querrichtung gegenüberliegender zweiter Aktuator eingespart werden, so dass der Einzelnadelantrieb sehr kostengünstig ausgebildet werden kann.
Der piezoelektrische Linearantrieb umfasst zumindest zwei in Längsrichtung des Läufers voneinander beabstandete Aktuatoren. Diese sind derart wechselseitig ansteuerbar, dass sich jeweils einer der beiden Aktuatoren in seiner Klemmstellung und der andere in seiner Losstellung befindet. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Läufer zumindest mittels eines dieser Aktuatoren in seiner aktuellen Position gesichert ist.
Diesbezüglich ist es ferner vorteilhaft, wenn die zwei in Längsrichtung des Läufers voneinander beabstandeten Aktuatoren zum Verschieben der Nadel in Richtung ihrer Fangstellung derart ansteuerbar sind, dass der in der Klemmstellung befindliche erste Aktuator aus der zurückverlagerten ersten Position in die vorverlagerte zweite Position bewegbar ist. Hierdurch kann die Nadel ausgetrieben werden. Zusätzlich oder alternativ ist es ferner vorteilhaft, wenn der sich in seiner Losstellung befindliche zweite Aktuator, insbesondere zur gleichen Zeit, aus der vorverlagerten zweiten Position in die zurückverlagerte erste Position bewegbar ist. Hierdurch kann vorteilhafterweise umgehend, nachdem der austreibende erste Aktuator an seine Endstellung angelangt ist, der zurückverlagerte zweite Aktuator die Austreibbewegung der Nadel fortsetzen.
Um die ausgetriebene Nadel wieder in Richtung ihrer Grundstellung zurückzuverschieben, ist es vorteilhaft, wenn die zwei in Längsrichtung des Läufers voneinander beabstandeten Aktuatoren derart ansteuerbar sind, dass der in der Klemmstellung befindliche Aktuator aus der vorverlagerten zweiten Position in die zurückverlagerte erste Position bewegbar ist. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn insbesondere zur gleichen Zeit der in der Losstellung befindliche Aktuator aus der zurückverlagerten ersten Position in die vorverlagerte zweite Position bewegbar ist. Somit kann dieser Aktuator die Einfahrbewegung der Nadel fortsetzen, wenn der andere Aktuator in seiner ersten Position angelangt ist.
Um die Ist-Position der Nadel erfassen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Einzelnadelantrieb einen, insbesondere optischen, induktiven und/oder kapazitiven, Sensor aufweist. Der Sensor ist hierfür vorzugsweise in einem Gehäuse des Einzelnadelantriebs und/oder eines Einzelnadelmoduls angeordnet. Der Sensor ist demnach derart ausgebildet, dass dieser ausschließlich die Ist-Position der ihm zugeordneten Nadel erfassen kann. Hierdurch kann eine sehr genaue Ansteuerung der Nadel erfolgen. Der Sensor ist vorzugsweise über eine elektrische Leitung mit einer Steuereinheit der Strickmaschine verbindbar.
Vorgeschlagen wird ferner eine Strickmaschine, insbesondere eine Flach- und/oder Rundstrickmaschine, mit mehreren Einzelnadelantrieben. Die Einzelnadelantriebe umfassen jeweils eine lineargeführte Nadel, die zwischen einer zurückgezogenen Grundstellung und einer ausgefahrenen Fangstellung verfahrbar sind. Des Weiteren umfasst jeder der Einzelnadelantriebe einen separaten Antrieb zum Verfahren der jeweiligen Nadel. Neben den Einzelnadelantrieben umfasst die Strickmaschine des Weiteren eine mit den Einzelnadelantrieben elektrisch verbundene Steuereinheit, mittels der jede Nadel individuell angesteuert und/oder deren Position eingeregelt werden kann. Erfindungsgemäß sind die Einzelnadelantriebe gemäß der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können. Hierdurch können die laufenden Betriebskosten der Strickmaschine aufgrund des stark reduzierten Energiebedarfs der piezoelektrischen Linearantriebe, ihr Wartungsaufwand aufgrund der reduzierten mechanischen Komplexität der piezoelektrischen Linearantriebe und die Arbeitsbelastung des Bedienpersonals aufgrund der nahezu geräuschlosen Arbeitsweise der piezoelektrischen Linearantriebe reduziert werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Strickmaschine zumindest einen, insbesondere optischen, induktiven und/oder kapazitiven, Sensor aufweist, mittels dem die Positionen mehrerer Nadeln erfassbar sind. Hierdurch kann die Strickmaschine kostengünstig ausgebildet werden, da nicht zwingend für jeden Einzelnadelantrieb ein separater Sensor benötigt wird.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass diese mittelbar über die am jeweiligen Einzelnadelantrieb anliegende Antriebsenergie die Nadelkraft ermitteln kann. Hierdurch kann vorteilhafterweise bei Überschreiten eines definierten Schwellwertes eine Störung identifiziert werden, so dass mittels der Steuerung nadelgenau die Position des Defekts ermittelbar ist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass diese anhand der innerhalb eines Zeitfensters aufgezeichneten Aktuatorbewegungen die Ist-Position des Läufers ermittelbar ist.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt:

1 eine Strickmaschine in stark vereinfachter schematischer Darstellung mit mehreren individuell ansteuerbaren Einzelnadelantrieben,
2a - 2d eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Einzelnadelantriebs mit mehreren piezoelektrischen Aktuatoren in ihren jeweiligen unterschiedlichen Bewegungsphasen zum Ausfahren und Einfahren der Nadel und
3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Einzelnadelantriebs in schematischer Darstellung mit einem Führungselement zur Linearführung der Nadel.

1 zeigt stark vereinfacht einen Ausschnitt einer Strickmaschine 1, die vorliegend als Flachstrickmaschine und/oder Rundstrickmaschine ausgebildet sein kann. Die Strickmaschine 1 umfasst eine Trägerplatte 3, die das Grundelement eines Nadelbetts der Strickmaschine 1 bildet. Die Strickmaschine 1 weist eine Vielzahl von Nadeln 4 auf, die zwischen einer zurückgezogenen Grundstellung und einer ausgefahrenen bzw. ausgetriebenen Fangstellung verfahrbar sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine dieser Nadeln 4 mit einem Bezugszeichen versehen.
Jede dieser Nadeln 4 weist einen eigenen Antrieb 5 auf. Die jeweiligen Nadeln 4 bilden demnach zusammen dem ihnen zugeordneten individuellen Antrieb 5 einen Einzelnadelantrieb 2 aus. Die vielen Einzelnadelantriebe 2 - von denen in 1 lediglich zwei mit einem Bezugszeichen versehen sind - bilden separate Module, die mit dem jeweils benachbarten Einzelnadelantrieb 2 und/oder der Trägerplatte 3 lösbar verbunden sind. Hierdurch kann im Falle eines Defekts der entsprechende Einzelnadelantrieb 2 problemlos ersetzt werden, ohne die gesamte Antriebseinheit, die alle Einzelnadelantriebe 2 umfasst, austauschen zu müssen.
Die Einzelnadelantriebe 2 sind über eine elektrische Steuerleitung 6 mit einer Steuereinheit 7 der Strickmaschine 1 verbunden. Bei der elektrischen Steuerleitung 6 kann es sich beispielsweise um ein Bussystem handeln. Hierdurch kann von der Steuereinheit 7 jeder der Einzelnadelantriebe 2 individuell angesteuert werden. Zur Überwachung und/oder zur Regelung der Nadelbewegungen weist die Strickmaschine 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen ersten Sensor 8 auf, der mehreren Einzelnadelantrieben 2 zugeordnet ist. Der erste Sensor 8 bildet ein zu den Einzelnadelantrieben 2 externes Element, mittels dem die Positionen mehrerer Nadeln 4 erfasst werden kann. Der erste Sensor 8 ist mit der Steuereinheit 7 elektrisch verbunden.
Gemäß 1 umfasst die Strickmaschine 1 ferner ein Fadenführungsorgan, das einen Führungsschlitten 9 umfasst, der entlang des Strickbereichs der Nadeln 4 auf einer Schiene 10 verfahrbar ist. Der Führungsschlitten 9 umfasst ein Fadenführungsorgan 11, mittels dem ein Faden 12 dem Strickbereich der Nadeln 4 zuführbar ist. Der Führungsschlitten 9 umfasst des Weiteren einen Kleinstfournisseur 13, über den der Faden 12 geführt ist. Dieser Fadenführer kann den normalen Maschenfaden als auch Kett- und/oder Schussfäden zuführen. Das Fadenführungsorgan kann ferner quer zum Nadelbett betätigbar sein, so dass der zugeführte Faden 12 vor oder hinter die Nadeln 4 gelegt werden kann. Hierdurch können bestimmte Webstrukturen in dem Maschengestrick erzielt werden. Das vorstehend beschriebene Fadenführungsorgan ist mit einer vorliegend nicht dargestellten elektrischen Leitung mit der Steuereinheit 7 verbunden, so dass das Fadenführerorgan über die Steuereinheit 7 angesteuert werden kann.
2a zeigt einen schematischen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Einzelnadelantriebs 2. Hierbei wird die Nadel 4 mit einem piezoelektrischen Linearantrieb 14 entlang ihrer Längsachse 15 verfahren. Der Einzelnadelantrieb 2 umfasst einen ortsfesten Träger 16, der vorzugsweise mittelbar oder unmittelbar mit der Trägerplatte 3 lösbar verbunden ist (vgl. 1). Der Träger 16 ist vorliegend als Hohlzylinder ausgebildet und konzentrisch zu einem Läufer 17 des piezoelektrischen Linearantriebs 14 angeordnet. Alternativ kann der Träger 16 aber auch mehrteilig ausgebildet sein, wobei zumindest ein erster Trägerteil und ein zweiter Trägerteil zueinander gegenüberliegend angeordnet sind.
Gemäß 2a weist die Nadel 4 einen Nadelschaft 18 auf, der innerhalb des Trägers 16 linearverschiebbar aufgenommen ist. Der zumindest innerhalb des piezoelektrischen Linearantriebs 14 befindliche Abschnitt des Nadelschafts 18 bildet demnach den Läufer 17.
Der piezoelektrische Linearantrieb 14 umfasst mehrere piezoelektrische Aktuatoren 19 bis 22, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine erste Funktionseinheit mit Bezugszeichen versehen ist. Die Aktuatoren 19 bis 22 sind an ihrem dem Nadelschaft 18 abgewandten Ende am Träger 16 befestigt. An ihrem dem Träger 16 abgewandten freien Ende weisen die Aktuatoren 19 bis 22 jeweils einen Kontaktbereich 23 auf. In diesem Kontaktbereich 23 kann der jeweilige Aktuator 19 bis 22 mit dem Nadelschafts 18 reibschlüssig in Verbindung gebracht werden. Um die Reibung zum Halten und/oder Verschieben des Nadelschafts 18 zwischen dem Kontaktbereich 23 und dem Nadelschaft 18 möglichst hoch ausbilden zu können, weisen die Aktuatoren 19 bis 22 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein an ihrem freien Ende angeordnetes Haftelement 24 auf.
Wie in 2a ersichtlich ist, sind die Aktuatoren 19 bis 22 bimorph ausgebildet. Sie weisen demnach jeweils eine erste und zweite piezoelektrische Schicht 25, 26 auf, die vorzugsweise jeweils sandwichartig zwischen zwei hier nicht dargestellten Elektrodenschichten eingebettet sind. Die beiden piezoelektrischen Schichten 25, 26 sind übereinander angeordnet, so dass diese einen Stapel bilden.
Die bimorphen Aktuatoren 19 bis 22 können derart angesteuert werden, dass ihr freies Ende bzw. ihr jeweiliger Kontaktbereich 23 im Wesentlichen in Querrichtung zur Längsachse 15 des Nadelschafts 18 zwischen einer vom Nadelschaft 18 beabstandeten Losstellung und einer an diesem anliegenden Klemmstellung bewegbar ist. In dem in 2a dargestellten Zustand befinden sich der erste und zweite Aktuator 19, 20 in dieser Klemmstellung. Die zu dieser in Längsrichtung beabstandeten Aktuatoren 21, 22 befinden sich im Gegensatz dazu in der Losstellung.
Des Weiteren sind die Aktuatoren 19 bis 22 derart ausgebildet, dass diese bzw. ihr jeweiliger Kontaktbereich 23 in Richtung der Längsachse 15 zwischen einer in Richtung der Grundstellung der Nadel 4 zurückverlagerten ersten Position und einer in Richtung der Fangstellung der Nadel 4 vorverlagerten zweiten Position bewegbar sind. Gemäß 2a befinden sich der erste und zweite Aktuator 19, 20 in der vorgelagerten zweiten Position und der dritte und vierte Aktuator 21, 22 in der zurückverlagerten ersten Position.
Der erste und zweite Aktuator 19, 20 bilden zusammen ein erstes Aktuatorpaar 27. Der dritte und vierte Aktuator 21, 22 bilden ein dazu in Längsrichtung des Nadelschafts 18 beabstandetes zweites Aktuatorpaar 28. Das erste und zweite Aktuatorpaar 27, 28 bilden eine Funktionseinheit zum Führen und/oder Verschieben der Nadel 4 zwischen ihrer in 2a dargestellten zurückgezogenen Grundstellung und einer ausgetriebenen Fangstellung.
Die Nadel 4 ist in der in 2a dargestellten Phase durch die beiden in Klemmstellung befindlichen Aktuatoren 19, 20 des ersten Aktuatorpaars 27 axial geführt. Der piezoelektrische Linearantrieb 14 kann eine Vielzahl von derartig ausgebildeten und zusammenwirkenden Aktuatorpaaren 27, 28 aufweisen.
Gemäß 2a umfasst der Einzelnadelantrieb 2, insbesondere jeder der in 1 dargestellten Einzelnadelantriebe 2, einen Sensor 29. Dieser ist derart angeordnet und/oder derart ausgebildet, dass die Ist-Position der Nadel 4 erfassbar ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dieser Sensor 29 stirnseitig im Bereich einer Öffnung 30 des piezoelektrischen Linearantriebs 14 angeordnet. Der Sensor 29 kann als optischer, induktiver und/oder kapazitiver Sensor ausgebildet sein. Die individuellen Sensoren 29 der Einzelnadelantriebe 2 sind über eine jeweilige elektrische Sensorleitung 31 mit der in 1 dargestellten Steuereinheit 7 verbunden. Alternativ zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Strickmaschine 1 auch ohne dem in 1 dargestellten ersten Sensor 8 ausgebildet sein.
Nachfolgend wird anhand der 2a bis 2d die Funktionsweise des piezoelektrischen Einzelnadelantriebs 2 beschrieben. Gemäß 2a befinden sich, wie bereits vorstehend erwähnt, die beiden ersten Aktuatorpaare 27 in ihrer Klemmstellung. Hierdurch ist die Nadel 4 in Position gehalten und/oder geführt. Die beiden zweiten Aktuatorpaare 28 befinden sich im Gegensatz dazu in der Losstellung. In Bezug auf die Längsrichtung des Nadelschafts 18 befinden sich die beiden ersten Aktuatorpaare 27 in der vorverlagerten zweiten Position. Die zweiten Aktuatorpaare 28 befinden sich im Gegensatz dazu in der ersten Position.
Um die Nadel 4 auszutreiben, werden die beiden ersten Aktuatorpaare 27 zunächst in Querrichtung des Läufers 17 aus ihrer in 2a dargestellten Klemmstellung in die in 2b dargestellte Losstellung bewegt. Des Weiteren werden die beiden zweiten Aktuatorpaare 28 aus ihrer in 2a dargestellten Losstellung in die in 2b dargestellte Klemmstellung bewegt. Der Nadelschaft 18 ist nun von den beiden zweiten Aktuatorpaaren 28 gehalten, die sich in ihrer in Richtung der Grundstellung der Nadel 4 zurückverlagerten ersten Position befinden.
Um die Nadel 4 in Richtung ihrer Fangstellung zu bewegen, werden die beiden zweiten Aktuatorpaare 28 gemäß 2c aus ihrer zurückverlagerten ersten Position in die vorverlagerte zweite Position bewegt. Zwischenzeitlich werden die beiden ersten Aktuatorpaare 27 - die vom Nadelschaft 18 beabstandet sind - aus der vorverlagerten zweiten Position in die zurückverlagerte erste Position bewegt.
Anschließend erfolgt gemäß 2d wieder eine Übergabe des Nadelschafts 18 von den beiden zweiten Aktuatorpaaren 28 an die beiden ersten Aktuatorpaare 27. Hierfür werden die zweiten Aktuatorpaare 28 aus der in 2c dargestellten Klemmstellung in die in 2d dargestellte Losstellung bewegt. Mit einer dazu gegenläufigen Bewegung werden die beiden ersten Aktuatorpaare 27 aus ihrer in 2c dargestellten Losstellung in die in 2d dargestellte Klemmstellung bewegt.
Daran anschließend erfolgt ein weiterer Verschiebezyklus, um die Nadel 4 weiter in Richtung ihrer Fangstellung zu bewegen. Hierfür werden die in 2d in ihrer zurückverlagerten ersten Position befindlichen ersten Aktuatorpaare 27 in die in 2a vorverlagerte zweite Position bewegt. Um die Nadel 4 vollständig in ihre Fangstellung zu Verfahren, werden die in den 2a bis 2d dargestellten Arbeitsschritte solange zyklisch wiederholt, bis die sensorisch erfasste Ist-Position der Nadel 4 der gewünschten Soll-Position entspricht.
In analoger Weise erfolgt das Zurückschieben der Nadel 4 in ihre Grundstellung, wobei die jeweiligen Aktuatorpaare 27, 28 zunächst in der vorverlagerten zweiten Position in die Klemmstellung verfahren werden, so dass der Nadelschaft 18 zwischen ihnen verklemmt wird, und anschließend aus der vorverlagerten zweiten Position in die zurückverlagerte erste Position gebogen werden.
3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Einzelnadelantriebs 2 bei dem der piezoelektrische Linearantrieb 14 keine Aktuatorpaare 27, 28 aufweist, sondern in den jeweiligen Aktuatorbereichen jeweils nur einen einzigen Aktuator 19, 21 umfasst. Zur Führung der Nadel 4 weist der in der 3 dargestellte Einzelnadelantrieb 2 mehrere Führungselemente 32 auf. Das dem ersten Aktuator 19 zugeordnete Führungselement 32 ist diesem gegenüberliegend angeordnet, so dass der Nadelschaft 18 von dem Aktuator 19 in das Führungselement 32 gedrückt wird, wenn sich dieser in der Klemmstellung befindet.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Strickmaschine
2: Einzelnadelantrieb
3: Trägerplatte
4: Nadel
5: Antrieb
6: elektrische Steuerleitung
7: Steuereinheit
8: erster Sensor
9: Führungsschlitten
10: Schiene
11: Fadenführungsorgan
12: Faden
13: Kleinstfournisseur
14: piezoelektrischer Linearantrieb
15: Längsachse
16: Träger
17: Läufer
18: Nadelschaft
19: erster Aktuator
20: zweiter Aktuator
21: dritter Aktuator
22: vierter Aktuator
23: Kontaktbereich
24: Haftelement
25: erste Schicht
26: zweite Schicht
27: erstes Aktuatorpaar
28: zweites Aktuatorpaar
29: zweiter Sensor
30: Öffnung
31: elektrische Sensorleitung
32: Führungselement

Claims

Einzelnadelantrieb (2) für eine Strickmaschine mit einer lineargeführten Nadel (4), die zwischen einer zurückgezogenen Grundstellung und einer ausgefahrenen Fangstellung verfahrbar ist, und einem piezoelektrischen Linearantrieb (14) zum Verfahren der Nadel (4), der zumindest einen piezoelektrischen Aktuator (19, 20, 21, 22) und einen durch diesen linearverschiebbaren Läufer (17) umfasst, dadurch gekennzeichnet , dass ein Abschnitt des Nadelschafts (18) den Läufer (17) bildet und dass der piezoelektrische Linearantrieb (14) zumindest zwei in Längsrichtung des Läufers (17) voneinander beabstandete Aktuatoren (19, 21; 20, 22) umfasst, die derart wechselseitig ansteuerbar sind, dass sich jeweils einer der beiden Aktuatoren (19, 21; 20, 22) in einer am Läufer (17) anliegenden Klemmstellung und der andere in einer vom Läufer (17) beabstandeten Losstellung befindet und zum Verschieben der Nadel (4) in Richtung der Fangstellung der in der Klemmstellung befindliche Aktuator (19, 21; 20, 22) aus der zurückverlagerten ersten Position in die vorverlagerte zweite Position bewegbar ist.
Einzelnadelantrieb nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet , dass der Linearantrieb (14) zumindest einen ortsfesten, in Querrichtung zum Läufer (17) beabstandeten und/oder sich in dessen Längsrichtung erstreckenden Träger (16) umfasst.
Einzelnadelantrieb nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Aktuator (19, 20, 21, 22) an seinem dem Läufer (17) abgewandten Ende mit dem Träger (16) verbunden ist und/oder an seinem dem Träger (16) abgewandten freien Ende einen Kontaktbereich (23) aufweist.
Einzelnadelantrieb nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Aktuator (19, 20, 21, 22) längenveränderbar ist, so dass der Kontaktbereich (23), insbesondere in Abhängigkeit einer elektrischen Dehnspannung, im Wesentlichen in Querrichtung des Läufers (17) zwischen der vom Läufer (17) beabstandeten Losstellung und der am Läufer (17) anliegenden Klemmstellung bewegbar ist.
Einzelnadelantrieb nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Aktuator (19, 20, 21, 22) biegbar ist, so dass der Kontaktbereich (23), insbesondere in Abhängigkeit einer elektrischen Spannung, im Wesentlichen in Längsrichtung des Läufers (17) zwischen der in Richtung der Grundstellung zurückverlagerten ersten Position und der in Richtung der Fangstellung vorverlagerten zweiten Position bewegbar ist.
Einzelnadelantrieb nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Aktuator (19, 20, 21, 22) bimorph ausgebildet ist und/oder zumindest zwei piezoelektrische Schichten (25, 26) umfasst, die zusammen einen Stapel bilden und/oder dass die beiden piezoelektrischen Schichten (25, 26) zur Längenveränderung des Aktuators (19, 20, 21, 22) mit einer gleich hohen Spannung ansteuerbar sind und/oder zum Biegen des Aktuators (19, 20, 21, 22) mit einer unterschiedlich hohen Spannung ansteuerbar sind.
Einzelnadelantrieb nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Linearantrieb (14) zumindest ein Aktuatorpaar (27, 28) mit zwei in Querrichtung des Läufers (17) voneinander beabstandeten Aktuatoren (19, 20; 21, 22) aufweist, zwischen denen der Läufer (17) in der Kontaktstellung vorzugsweise geklemmt ist, und/oder dass der Linearantrieb (14) zumindest ein auf der dem Aktuator (19, 20, 21, 22) gegenüberliegenden Seite des Läufers (17) angeordnetes Führungselement (32), insbesondere eine Führungsschiene, aufweist.
Einzelnadelantrieb nach dem vorherigen Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass die zwei in Längsrichtung des Läufers (17) voneinander beabstandeten Aktuatoren (19, 21; 20, 22) zum Verschieben der Nadel (4) in Richtung der Fangstellung derart ansteuerbar sind, dass gleichzeitig zu dem in der Klemmstellung befindlichen Aktuator (19, 21; 20, 22) der in der Losstellung befindliche Aktuator (19, 21; 20, 22) aus der vorverlagerten zweiten Position in die zurückverlagerte erste Position bewegbar ist.
Einzelnadelantrieb nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , dass die zwei in Längsrichtung des Läufers (17) voneinander beabstandeten Aktuatoren (19, 21; 20, 22) zum Verschieben der Nadel (4) in Richtung der Grundstellung derart ansteuerbar sind, dass der in der Klemmstellung befindliche Aktuator (19, 21; 20, 22) aus der vorverlagerten zweiten Position in die zurückverlagerte erste Position bewegbar ist und/oder der in der Losstellung befindliche Aktuator (19, 21; 20, 22) aus der zurückverlagerten ersten Position in die vorverlagerte zweite Position bewegbar ist.
Einzelnadelantrieb nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Einzelnadelantrieb (2) einen, insbesondere optischen, induktiven und/oder kapazitiven, Sensor (29) aufweist, mittels dem die Ist-Position des Läufers (17) und/oder der Nadel (4) erfassbar ist.
Strickmaschine (1), insbesondere Flach- und/oder Rundstrickmaschine, mit mehreren Einzelnadelantrieben (2), die jeweils eine lineargeführte Nadel (4), die zwischen einer zurückgezogenen Grundstellung und einer ausgefahrenen Fangstellung verfahrbar ist, und einen piezoelektrischen Linearantrieb (14) zum Verfahren der Nadel (4) mit zumindest einem piezoelektrischen Aktuator (19, 20, 21, 22) und einem durch diesen linearverschiebbaren Läufer (17) umfassen, und einer mit den Einzelnadelantrieben (2) verbundenen Steuereinheit (7), dadurch gekennzeichnet , dass die Einzelnadelantriebe (2) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche ausgebildet sind.
Strickmaschine nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet , dass ein piezoelektrischer Linearantrieb (14) und/oder ein Sensor (29) eines jeden Einzelnadelantriebs (2) elektrisch mit der, insbesondere zentralen, Steuereinheit (7) verbunden sind.
Strickmaschine nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Steuereinheit (7) derart ausgebildet ist, dass diese anhand der innerhalb eines Zeitfensters aufgezeichneten Aktuatorbewegungen die Ist-Position des Läufers (17) ermittelbar ist.