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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flechtmaschine.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2011 012 166 A1 beschreibt eine Flechtmaschine, die es ermöglicht, beliebige Flechtmuster zu erzeugen. Dabei werden verschiedene Laufbahnen mittels mechanischer Weiche miteinander verbunden bzw. kombiniert, um unterschiedliche Flechtmuster zu erreichen. Das Schalten der Weiche benötigt Zeit. Diese steht in direktem Zusammenhang mit der Bahnlänge. Je kürzer die Bahnlänge zwischen zwei Weichen, umso schneller muss die Weiche gestellt werden oder die Klöppelbewegung unterbrochen werden, bis die Positionierung der Weiche abgeschlossen ist.
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Wünschenswert wäre eine Flechtmaschine, die ohne lange Rüstzeiten und ohne Stillstandszeiten beliebige Flechtmuster erzeugen kann. Darüber hinaus soll die Flechtmaschine einen Flechtvorgang mit hoher Geschwindigkeit und hoher Zuverlässigkeit ausführen können.
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US 1 103 181 A offenbart eine Flechtmaschine mit Flügelrädern, die Klöppel transportieren und mittels Magneten von einem Flügelrad zu dem anderen übergeben werden.
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EP 2 905 366 A1 beschreibt ein Modulelement zum Antreiben und Halten von Flechtklöppeln und eine Flechtvorrichtung.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht somit in der Schaffung einer Flechtmaschine mit hoher Flexibilität und hoher Flechtgeschwindigkeit bei gleichzeitig großer Zuverlässigkeit.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Flechtmaschine mit zumindest zwei Flügelrädern zum Verlagern zumindest eines Klöppels zur Verfügung gestellt, wobei der Klöppel zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material besteht und jedes der Flügelräder mindestens eine Klöppelaufnahme aufweist, die eine Vielzahl von Elektromagneten aufweist, wobei die Elektromagnete einen Teilumfang des Klöppels von etwa 50° bis etwa 120° umschließen.
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Aufgrund der elektromagnetischen Klöppelaufnahme kann ein Flechtvorgang sehr flexibel gestaltet werden, weil die Klöppel beliebig behalten oder übergeben werden können, indem die Elektromagnete entsprechend angesteuert bzw. aktiviert/deaktiviert werden, um ein Magnetfeld zu erzeugen oder zu beseitigen.
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Erfindungsgemäß weist eine Kontaktfläche der Klöppelaufnahme, mit der der Klöppel in Kontakt tritt oder treten kann, eine Vielzahl von ebenen Flächen in Übereinstimmung mit der Anzahl der Elektromagnete auf. Die ebenen Flächen bieten im Zusammenhang mit einem zylindrischen Klöppel den Vorteil, dass eine Anhaftung nicht zu groß ist, um eine Übergabe des Klöppels zu beschleunigen.
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Es wird auch eine Flechtmaschine mit zumindest zwei Flügelrädern zum Verlagern zumindest eines Klöppels offenbart, wobei der Klöppel zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material besteht und jedes der Flügelräder mindestens eine Klöppelaufnahme aufweist, die einen Elektromagneten aufweist, wobei der Elektromagnet einen Teilumfang des Klöppels von etwa 50° bis etwa 120° umschließt und die Form eines Buchstaben L mit zwei im Wesentlichen gleich langen Schenkeln hat, wobei eine Kontaktfläche, mit der der Klöppel in Kontakt tritt oder treten kann, entlang beider Schenkel ausgebildet ist.
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Die L-Form der Elektromagnete ist der Form der Klöppelaufnahme angenähert, um den Abstand zu dem Klöppel zu verringern. Dadurch kann der Klöppel bereits durch ein sehr geringes Magnetfeld sicher gehalten werden. Das verringerte Magnetfeld kann darüber hinaus schneller auf- und abgebaut werden, um eine Klöppelübergabe und somit den Flechtvorgang zu beschleunigen.
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Gemäß der vorstehend beschriebenen Flechtmaschine weisen die Elektromagnete zwei Spulen oder Spulenabschnitte auf, die jeweils einem der Schenkel der L-Form zugeordnet sind, und/oder eine Kontaktfläche der Klöppelaufnahme weist eine Bogenform in Übereinstimmung mit einer Außenkontur des Klöppels auf.
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Vorzugsweise werden die Elektromagnete eines Flügelrads, das den Klöppel abgibt, vor einem Übergabepunkt abgeschaltet und/oder die Elektromagnete eines Flügelrads, das den Klöppel übernimmt, werden vor dem Übergabepunkt eingeschaltet und/oder Spulen oder Spulenabschnitte oder einzelne Elektromagnete werden mit unterschiedlicher Spannung und/oder unterschiedlichem Strom versorgt und/oder werden zeitversetzt aktiviert/deaktiviert.
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Weiter bevorzugt werden die Elektromagnete in etwa 20° bis etwa 80° vor dem Übergabepunkt ein- bzw. ausgeschaltet.
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Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Flügelrädern auf einer planen Fläche übereinander und nebeneinander in Zeilen und Spalten oder kreisförmig angeordnet.
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Weiter bevorzugt ist eine Vielzahl von Flügelrädern in konzentrischen Kreisen angeordnet und jeder der konzentrischen Kreise weist die gleiche Anzahl an Flügelrädern auf.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in einem Zwischenraum zwischen zumindest zwei der konzentrischen Kreise zumindest ein zusätzliches Flügelrad angeordnet.
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Weiter bevorzugt ist eine Vielzahl von Flügelrädern auf dem Umfang eines Zylinders angeordnet, so dass alle Klöppel in Richtung zu der Achse des Zylinders gerichtet sind oder eine Vielzahl von Flügelrädern ist auf der Oberfläche einer Halbkugel angeordnet, so dass alle Klöppel den gleichen Abstand zu einem im Zentrum der Halbkugel befindlichen Flechtpunkt haben.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Obwohl einzelne Ausführungsformen gesondert beschrieben werden, können einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsformen zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden, die durch die vorliegende Offenbarung ebenfalls umfasst sein sollen.
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1 zeigt ein Flügelrad gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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2 zeigt eine Teilansicht eines Flügelrads gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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3 zeigt eine Teilansicht eines Flügelrads gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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4 zeigt eine erläuternde Ansicht des Flügelrads gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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5 zeigt eine erläuternde Ansicht des Flügelrads gemäß einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels.
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6 zeigt einen Elektromagneten gemäß einem Vergleichsbeispiel.
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7 zeigt einen Klöppel mit einem Führungselement.
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8 zeigt die Laufbahn eines Klöppels in der erfindungsgemäßen Flechtmaschine, wobei der Klöppel auf dem Flügelrad bleibt und die Bewegungsrichtung beibehalten wird.
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9 bis 12 zeigen den Bewegungsablauf eines Klöppels in der erfindungsgemäßen Flechtmaschine, wobei der Klöppel von einem Flügelrad an das benachbarte Flügelrad übergeben wird und die Bewegungsrichtung beibehalten wird.
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13 bis 16 zeigen den Bewegungsablauf eines Klöppels in der erfindungsgemäßen Flechtmaschine, wobei der Klöppel von einem Flügelrad an das benachbarte Flügelrad übergeben wird und die Bewegungsrichtung geändert wird.
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17 zeigt ein Diagramm mit möglichen Übergabewinkeln bei unterschiedlichen Winkelöffnungen der Klöppelaufnahmen der Flügelräder.
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18 zeigt ein Diagramm eines Übergabewinkels in Abhängigkeit vom Flügelradöffnungswinkel.
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19 zeigt ein Diagramm eines Verhältnisses der Hebellänge in Abhängigkeit vom Flügelradöffnungswinkel.
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20 zeigt einen schematischen Aufbau einer klassischen Rundflechtmaschine mit dem erfindungsgemäßen Übergabepunkt.
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21 zeigt einen schematischen Aufbau einer erweiterten Rundflechtmaschine mit mehreren Ringen.
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22 zeigt einen schematischen Aufbau einer erweiterten Rundflechtmaschine mit mehreren Ringen, die durch ein zusätzliches Flügelrad verbunden sind.
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23 zeigt einen schematischen Aufbau einer quadratischen oder rechteckförmigen Flechtmaschine mit beliebiger Anzahl an Flügelrädern, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind.
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24 zeigt einen schematischen Aufbau einer Rundflechtmaschine, bei der die Flügelräder entlang eines Kreisbogens angeordnet sind.
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25 zeigt einen schematischen Aufbau einer erweiterten Rundflechtmaschine mit zwei Ringen.
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26 zeigt einen schematischen Aufbau einer kugeligen ”Hollow Sphere” Flechtmaschine.
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In 1 ist ein Flügelrad bzw. Klöppelträger 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, das eine Vielzahl, insbesondere vier um jeweils etwa 90° versetzte Klöppelaufnahmen 2a aufweist, in denen zumindest ein Klöppel 1 zumindest teilweise aufgenommen und gehalten werden kann, wenn zugeordnete Elektromagnete 3 mit Anordnung an oder im Bereich der Klöppelaufnahme 2a aktiviert sind, indem die Elektromagnete 3 mit Strom versorgt werden.
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Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf Flügelräder 2 mit vier Klöppelaufnahmen 2a beschränkt ist, sondern dass die Flügelräder 2 eine beliebige Anzahl an Klöppelaufnahmen 2a haben können, wie beispielsweise eine, zwei, drei, fünf oder mehr Klöppelaufnahmen 2a. Die Klöppelaufnahmen 2a müssen auch keinen gleichen Winkelabstand voneinander am Umfang des Flügelrads 2 haben, sondern können auch unregelmäßig am Umfang des Flügelrads 2 angeordnet sein.
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Die Klöppelaufnahmen 2a in 1 haben jeweils ein Paar Elektromagnete 3, 3, die an im Wesentlichen planen bzw. ebenen Kontakt- bzw. Haftflächen 8, 8 der Klöppelaufnahmen 2a angeordnet sind. An diesen Haftflächen 8, 8 liegt ein Außenumfang eines Klöppels 1 an und haftet daran aufgrund der anziehenden Magnetkraft der Elektromagnete 3, 3, wenn diese mit Strom versorgt werden, weil der Klöppel 1 zumindest teilweise magnetisch ist bzw. ein magnetisches Material aufweist, wie später beschrieben wird.
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Wenn sich das Magnetfeld aufgrund der Latenz zeitverzögert nach dem Abschalten des Stroms abbaut, wird der Klöppel 1 von der Klöppelaufnahme 2a freigegeben und kann entlang eines Entnahmepfades z. B. an ein anderes (in 1 nicht dargestelltes) Flügelrad übergeben werden.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Klöppelaufnahme 2a eines Flügelrads 2, wobei drei Elektromagnete 3 an entsprechend drei im Wesentlichen ebenen Kontakt- bzw. Haftflächen 8 angeordnet sind. Die Elektromagnete 3 des zweiten Ausführungsbeispiels können dabei gegenüber den Elektromagneten 3 des ersten Ausführungsbeispiels kleiner ausgeführt werden, um dieselbe Haftkraft zu erzeugen, weil jeder der Elektromagnete 3 nur ein Drittel der gesamten Haftkraft erzeugen muss, während im ersten Ausführungsbeispiel jeder der beiden Elektromagnete 3 die Hälfte der gesamten Haftkraft erzeugen muss. Die kleineren Elektromagnete 3 bieten somit den Vorteil, dass deren Magnetfeld schneller auf- und abgebaut werden kann, weil das Magnetfeld jedes einzelnen der drei Elektromagnete 3 kleiner ist.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel mit einer teilkreisförmigen Haftfläche 8, an deren Verlauf eine Vielzahl von kleinen Elektromagneten 3 angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform kann das Magnetfeld im Vergleich zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel noch schneller auf- und abgebaut werden. Darüber hinaus befindet sich der zylindrische Klöppel 1 in im Wesentlichen flächigem (insbesondere vollflächigem) Kontakt mit der Haftfläche 8, so dass aufgrund einer verbesserten magnetischen Kopplung eine ausreichende Haftkraft auch bei verringertem Magnetfeld erzeugt werden kann. Aufgrund des somit kleineren Magnetfelds zum Erzeugen der ausreichenden Haftkraft kann der Auf- und Abbau des Magnetfelds weiter beschleunigt werden.
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Die 4 und 5 zeigen unterschiedliche Winkel 4 der Klöppelaufnahme 2a, dabei zeigt 4 einen Öffnungswinkel bzw. Winkel 4, den die Senkrechten S der Haftflächen 8 einschließen, von etwa 80°, während das Ausführungsbeispiel von 5 einen Winkel 4 zwischen den Senkrechten S von etwa 120° hat. Wie in den 4 und 5 gezeigt ist, liegt der zylindrische Klöppel 1 an den ebenen Haftflächen 8 per Linienkontakt an. Eine durch den Kontaktpunkt bzw. die Kontaktlinie gezogene Gerade, die senkrecht zu der Haftfläche 8 verläuft, bildet jeweils die Senkrechte S. Der Winkel 4 ist als der Winkel definiert, der zwischen den Senkrechten S auf der Seite der Klöppelaufnahme 2a gebildet ist.
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Die Erfinder haben erkannt, dass ein Winkel 4, der durch die Senkrechten S der benachbarten Haftflächen 8 gebildet wird, in einem Bereich von etwa 50° bis etwa 120° liegen sollte. Vorzugsweise liegt der Winkel 4 im Bereich von etwa 80° bis etwa 110°, am besten im Bereich von etwa 90° bis etwa 100°. Der Winkel 4 umschließt somit einen Teilumfang T des zylindrischen Klöppels 1.
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Die angegebenen Winkelbereiche bieten den Vorteil einer guten Anhaftung des Klöppels 1 bei gleichzeitig schnellem Auf- und Abbau des Magnetfelds der Elektromagnete 3, um die Klöppelübergabe zu beschleunigen. Somit kann ein sicherer und zuverlässiger Flechtvorgang mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.
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Darüber hinaus kann ein Übergabewinkel, d. h. ein Winkel der relativen Stellung benachbarter Flügelräder 2 zueinander, während der Drehung der Flügelräder 2, vergrößert werden, wenn aufgrund des bevorzugten Winkelbereichs eine hohe magnetische Anziehungskraft auf die Klöppel 1 ausgeübt wird. Als Übergabewinkel ist jener Winkel zu verstehen, der während der Drehung der Flügelräder 2 verstreicht, beginnend mit dem Lösen des Klöppels 1 von der Haftfläche 8 des abgebenden Flügelrads 2 bis zum Ankommen des Klöppels 1 an der Haftfläche 8 des aufnehmenden Flügelrads 2.
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6 zeigt einen Elektromagneten 3 gemäß einem Vergleichsbeispiel, der die Form eines Buchstaben L aufweist. Ein Magnetgehäuse 7 mit zwei im Wesentlichen gleich langen Schenkeln 7a, 7b hat eine L-Form und nimmt einen L-förmigen Magnetkern 6 auf, der an jedem Schenkel 7a, 7b eine Spule oder einen Spulenabschnitt 5a, 5b aufweist. Jede der Spulen 5a, 5b hat eine Wicklung mit zumindest einem elektrischen Leiter 5, um im Zusammenwirken mit dem Magnetkern 6 einen Elektromagneten 3 zu bilden.
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An den Schenkeln 7a, 7b der L-Form ist darüber hinaus eine im Wesentlichen teilkreisförmige bzw. bogenförmige Haftfläche 8 vorgesehen, die mit einer Außenkontur des Klöppels 1 übereinstimmt, um eine gute Anhaftung des Klöppels 1 an der Haftfläche 8 vorzusehen.
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Vorzugsweise ist jede Spule bzw. jeder Spulenabschnitt 5a, 5b separat ansteuerbar oder kann ein unterschiedlich hohes Magnetfeld erzeugen. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass die Spulen bzw. Spulenabschnitte 5a, 5b zu unterschiedlichen Zeiten mit Strom versorgt werden oder dass die Spulen bzw. Spulenabschnitte 5a, 5b mit unterschiedlich hoher Spannung und/oder unterschiedlich hohem Strom versorgt werden. Eine weitere Möglichkeit zum Erzeugen eines unterschiedlichen Magnetfelds besteht darin, dass die Wicklungsanzahl der einen Spule 5a unterschiedlich ist von der Wicklungsanzahl der anderen Spule 5b.
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Der Vorteil eines unterschiedlich hohen Magnetfelds der beiden Spulen bzw. Spulenabschnitte 5a, 5b besteht darin, dass die Übergabe des Klöppels 1 weiter optimiert bzw. beschleunigt werden kann, wenn beispielsweise einer der Schenkel 7a, der sich in Drehrichtung des Flügelrads 2 hinter dem anderen Schenkel 7b befindet, ein stärkeres oder schwächeres Magnetfeld hat und/oder zeitvesetzt zu dem Magnetfeld des anderen Schenkels 7b aktiviert bzw. deaktiviert wird.
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Es versteht sich, dass die Erzeugung unterschiedlich hoher Magnetfelder und/oder zeitversetzter Ansteuerungen nicht auf das Vergleichsbeispiel von 6 beschränkt ist, sondern auch bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 möglich ist.
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In 7 ist eine Detailansicht eines Klöppels 1 gezeigt, der eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt hat, wobei an einem Außenumfang des Zylinders ein ferromagnetisches Material 12 vorgesehen bzw. angeordnet ist, um den Klöppel 1 mittels der Elektromagneten 3 an der Klöppelaufnahme 2a eines Flügelrads 2 zu halten. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das Anordnen des ferromagnetischen Materials 12 beschränkt. Vielmehr kann auch der gesamte Klöppel 1 aus ferromagnetischem Material oder zumindest Teile hiervon hergestellt sein.
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Vorzugsweise hat der Klöppel 1 darüber hinaus an einem axialen Ende der Zylinderform ein (insbesondere kreisförmiges bzw. radförmiges) Gleitelement 11, um durch ein entsprechendes mechanisches Führungselement 10 der Flechtmaschine mechanisch geführt zu werden.
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8 zeigt die Laufbahn des Klöppels 1 in der erfindungsgemäßen Flechtmaschine, wenn der Klöppel 1 auf dem Flügelrad 2 bleibt und die Bewegungsrichtung beibehalten wird. In diesem Fall bleiben, wie in 8 gezeigt ist, die Elektromagnete 3 der Klöppelaufnahme 2a, in der sich der Klöppel 1 befindet, eingeschaltet, um den Klöppel 1 durch die Haftkraft der Elektromagnete 3 festzuhalten. Im Gegensatz hierzu bleiben die Elektromagnete 3 des benachbarten Flügelrads 2 (rechts in 8) ausgeschaltet, weil keine Übergabe des Klöppels 1 erfolgen soll.
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9 bis 12 zeigen den Bewegungsablauf des Klöppels 1 in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flechtmaschine, wenn der Klöppel 1 von einem sich drehenden Flügelrad 2 an das benachbarte sich drehende Flügelrad 2 übergeben wird und die Bewegungsrichtung beibehalten wird. Dabei sind die Elektromagnete 3 in der in 9 gezeigten Relativstellung der benachbarten Flügelräder 2 sowohl bei dem abgebenden Flügelrad 2 (linkes Flügelrad 2 in 9) als auch bei dem aufnehmenden Flügelrad 2 (rechtes Flügelrad 2 in 9) mit Strom beaufschlagt. In der in 9 gezeigten Relativstellung der beiden Flügelräder 2 bleibt der Klöppel 1 an dem abgebenden Flügelrad 2 aufgrund des geringeren Abstands zu dessen Elektromagneten 3 und des daraus resultierenden stärkeren Magnetfelds. Somit werden ein oder mehrere Klöppel 1 in den jeweiligen Klöppelaufnahmen 2a des/der jeweiligen Flügelräder) 2 aufgenommen und hierin mittels der dazu zugeordneten Magnete 3 positioniert bzw. gehalten. Die Flügelräder 2 werden (insbesondere mit einer im Wesentlichen gleichen Winkelgeschwindigkeit) relativ zueinander verdreht, so dass an einer Vielzahl von Umfangspositionen entsprechende Klöppelaufnahmen 2a je eines der beiden Flügelräder 2 paarweise zueinander benachbart, insbesondere auf durch die Mittelachse führenden Bezugslinien liegen. Durch entsprechendes Steuern bzw. Regeln der zugeordneten Magnete 3 kann somit der in der einen Klöppelaufnahme 2a angeordnete Klöppel 1 der anderen benachbarten Klöppelaufnahme 2a des benachbarten Flügelrades 2 verlagert bzw. übergeben werden, so dass in diesem Übergabeschritt der jeweilige Klöppel 1 zwischen jeweils ausgewählten, paarweise benachbarten Klöppelaufnahmen 2a der Flügelräder 2 übergeben wird. Somit kann die Aufnahme bzw. Lagezuordnung eines Klöppels 1 zu einem ersten oder zu einem zweiten Flügelrad 2 an jeder Umfangsposition unabhängig von einer Übergabe Lagezuordnung von Klöppeln 1 zu den beiden Flügelrädern 2 an den Klöppelaufnahmen 2a an anderen Umfangspositionen durchgeführt werden. Unter einer Zuordnung ist dabei insbesondere eine wahlweise Anordnung bzw. Belassung einer vorhandenen Klöppelanordnung bzw. -position an einem Flügelrad 2 oder Klöppelverlagerung bzw. -übergabe an das jeweils andere Flügelrad 2 verstanden. Insbesondere kann eine Zuordnung der Klöppelposition an jedem Klöppelaufnahmepaar unabhängig von der Zuordnung an einem anderen (insbesondere den jeweils allen anderen) Klöppelaufnahmepaar(en) bzw. Umfangsposition(en) erfolgen. Insbesondere kann der Drehwinkel und/oder die Drehrichtung der benachbarten Flügelräder 2 wahlweise unterschiedlich bzw. positiv oder negativ sein, so dass beide Drehrichtungen (auch unabhängig voneinander) möglich sind.
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Kurz vor dem Übergabepunkt 14, d. h. kurz bevor die Klöppelaufnahmen 2a der benachbarten Flügelräder 2 unmittelbar gegenüberliegen, wie in 10 dargestellt ist, werden die Elektromagnete 3 des abgebenden Flügelrads 2 abgeschaltet, um die Übergabe zu ermöglichen, wie in 11 dargestellt ist. Danach dreht sich der Klöppel 1 zusammen mit dem aufnehmenden Flügelrad 2, wie in 12 dargestellt ist.
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In den 13 bis 16 ist ein Bewegungsablauf des Klöppels 1 gezeigt, wobei der Klöppel 1 von einem Flügelrad 2 an das benachbarte Flügelrad 2 übergeben wird und die Bewegungsrichtung geändert wird. Dabei entsprechen die 13 und 14 den 10 und 11 und die Schaltung der Elektromagnete 3 ist dieselbe, so dass dies hier nicht wiederholt wird. Im Gegensatz zu dem in 12 gezeigten Bewegungsablauf wird gemäß den 15 und 16 jedoch die Drehrichtung des aufnehmenden Flügelrads 2 umgekehrt, so dass der Klöppel 1 nach der Übergabe der Drehung des in 15 und 16 rechts dargestellten Flügelrads 2 folgt.
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Je größer ein Übergabewinkel ausfällt, desto mehr Zeit bleibt für die Übergabe des Klöppels 1. Ein hoher Wert ist daher anzustreben. Bereits anhand der Beschreibungen und Abbildungen wird deutlich, dass der Übergabewinkel bei der Verwendung einer teilkreisförmigen Klöppelaufnahme 2a und der Anbringung nur eines Elektromagneten 3 deutlich geringer ist, als bei der Verwendung mehrerer Elektromagnete 3 in Winkelanordnung zueinander. Um diese Aussage zu belegen, wurden entsprechende Berechnungen durchgeführt, deren Ergebnisse in 17 gezeigt sind. Dargestellt sind die Abstände bei unterschiedlichen Übergabewinkeln. Neben der teilkreisförmigen Klöppelaufnahme 2a sind Winkelöffnungen in einem Bereich zwischen 60° und 120° dargestellt.
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Ausgehend von der Tatsache, dass ein Haftmagnet in geeigneten Baugrößen bei zu großen Abständen zum Klöppel 1 keine Anziehungskraft mehr ausüben kann, sind Abstandswerte zwischen 0 und 1 mm von Interesse. Zu jeder Zeit erzielen Flügelradausführungen mit Klöppelaufnahmen 2a bei konstant bleibendem Zylinderabstand einen höheren Übergabewinkelbereich. Bei einem Maximalabstand von etwa 1 mm und einer Winkelöffnung von etwa 60° entspricht dies einem Übergabewinkelzuwachs von etwa 170%. Für die weitere Bestimmung der Systemparameter werden daher lediglich winkelförmige Flügelradöffnungen betrachtet.
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Die Untersuchung der Änderung des Übergabewinkels in Abhängigkeit des Flügelradöffnungswinkels setzt zunächst voraus, dass für die Berechnung sowohl der Flügelradradius, als auch der Flügelradabstand konstant bleiben. Die berechneten Werte ergeben sich auf Basis folgender Annahmen und bilden weitgehend die realitätsnahen Eigenschaften ab:
- • Konstanter Flügelradradius von 67,5 mm
- • Konstanter Flügelradabstand von 0 mm
- • Variation des Flügelradöffnungswinkels
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Der Flügelradöffnungswinkel entspricht dabei dem Winkel, der durch die beiden Haftflächen 8, 8 der Klöppelaufnahmen 2a gebildet wird.
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Als Flügelradradius ist der Radius vom Mittelpunkt bzw. Drehpunkt des Flügelrads 2 bis zur Kreisaußenlinie des Flügelrads 2 zu verstehen.
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Unter Flügelradabstand ist der Abstand der Kreisaußenlinien der beiden benachbarten Flügelräder zu verstehen.
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Bei steigendem Flügelradöffnungswinkel verhalten sich die Werte des Übergabewinkels exponentiell fallend. 18 veranschaulicht den Verlauf der Kurve anhand eines Diagramms.
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Bei Öffnungswinkeln zwischen 110° und 170° ändert sich der Wert des Übergabewinkels um gerade noch 1°. Zwischen 30° und 110° beträgt die Differenz des maximalen und minimalen Übergabewinkels dagegen etwa 7°. Werden geometrische Eigenschaften der Elektromagnete 3, wie Baugröße und Form, vernachlässigt, sind kleinere Flügelradöffnungswinkel von Vorteil, da ein größerer Bereich des Übergabewinkels gewährleistet ist. Sinnvoll sind Öffnungswinkel zwischen etwa 30° und etwa 110°, da bei Werten oberhalb dieses Bereichs die Änderung des Übergabewinkels minimal ist.
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Durch das Auftreffen des Klöppels 1 auf die Flügelradöffnung entstehen unterschiedliche Belastungen und Momente an der jeweiligen Motorachse. Je nach Abstand des Auftreffpunkts von Klöppel 1 und Flügelrad 2 zur Mittelachse werden verschiedene Hebelverhältnisse erreicht, die in 19 dargestellt sind. Um den Unterschied deutlich zu machen, werden Öffnungswinkel von jeweils 50° und 120° miteinander verglichen.
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Eine Hebelwirkung von 100% entspricht einem Auftreffen des Klöppels 1 am äußersten Punkt der Flügelradöffnung, was in etwa dem Wert des Durchmessers entspricht. Der Verlauf der Kurve lässt sich im Wesentlichen durch einen parabelförmigen Abfall beschreiben und ist in 19 dargestellt. Das Verhältnis der Hebellänge ergibt sich aus der Länge zwischen dem Auftreffpunkt des Klöppels 1 und dem Mittelpunkt. Dieser wird mit der Maximallänge (Wert des Flügelraddurchmessers) verglichen und umgerechnet. Die berechneten Werte ergeben sich wie bereits bei den vorherigen Versuchsdurchführungen anhand folgender Annahmen:
- • Konstanter Flügelradradius von 135 mm
- • Konstanter Flügelradabstand von 0 mm
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Im angegebenen, sinnvollen Bereich des Flügelradöffnungswinkels zwischen etwa 30° und etwa 170° variiert das Verhältnis der Hebellänge zwischen 97% und 9%, was einen beträchtlichen Abfall darstellt. Durch die Anziehungskraft des Elektromagneten 3 wird der Klöppel 1 zusätzlich zu seiner momentanen Bahngeschwindigkeit beschleunigt und kann auf eine Öffnungskante des benachbarten Flügelrads 2 auftreffen. Je größer das entstehende Drehmoment ist, desto stärker ist es vorteilhaft, dass der betroffene Elektromotor diese Erschütterungen des Aufpralls des Klöppels 1 auf eine Kante des Flügelrads 2 ausgleicht. Es ist daher vorteilhaft, einen motorseitigen Ausgleich dieser Erschütterungen beim Aufprall auszugleichen, um eine Erhöhung einer Belastung auf das verwendete Flechtmaterial und somit auf das gesamte, herzustellende Geflecht zu verhindern. Somit können Geflechtbrüche vorteilhaft verhindert werden, welche ansonsten zu einer Unterbrechung des Flechtvorgangs führen könnten. Daraus resultierend haben die Erfinder erkannt, dass größere Öffnungswinkel bezüglich der verringerten Hebelwirkung von Vorteil sind und bei der Ermittlung eines geeigneten Bereichs der Zylinderübergabe vorteilhaft berücksichtigt werden können.
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In den 20 bis 26 sind unterschiedliche Arten von Rundflechtmaschinen mit entsprechenden erfindungsgemäßen Flügelrädern 2 dargestellt.
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In 20 ist eine Ausführungsform einer Flechtmaschine dargestellt, bei der eine Vielzahl von Flügelrädern 2 auf einem (nur teilweise dargestellten) Kreis mit dem Mittelpunkt M angeordnet ist. Zwischen zwei benachbarten Flügelrädern 2 ist jeweils ein Übergabepunkt 14 gemäß einer besonderen Ausführungsform angeordnet. Jedes der Flügelräder 2 hat dabei jeweils um etwa 90° entlang seines Umfangs versetzt eine Klöppelaufnahme 2a, somit insgesamt vier Klöppelaufnahmen 2a, um die Klöppel 1 entlang des Umfangs des Flügelrads 2 zu bewegen. Erfindungsgemäß ist jedoch ebenfalls eine andere Anzahl von Klöppelaufnahmen (z. B. eine, zwei, drei, oder fünf oder mehr Klöppelaufnahmen 2a) pro Flügelrad 2 denkbar. Auf diese Weise können die Klöppel 1 entlang des Umfangs eines einzelnen der Flügelräder 2 bewegt werden oder alternativ an das benachbarte Flügelrad 2 weitergegeben werden. Es versteht sich, dass auf diese Weise ein sehr flexibler Flechtvorgang durchgeführt werden kann, ohne dass die Maschine umgerüstet oder umgebaut werden muss. Des Weiteren kann die Übergabe eines Klöppels 1 auf sehr schnelle Weise, lediglich durch Ansteuern bzw. Bestromen eines jeweiligen der Elektromagnete 3, erfolgen.
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In 21 ist eine weitere Ausführungsform einer besonderen Flechtmaschine dargestellt, bei der ein zweiter konzentrischer Kreis von Flügelrädern 2 im Wesentlichen um den Mittelpunkt M herum angeordnet ist. Auf diese Weise können die Klöppel 1 entlang eines der beiden im Wesentlichen konzentrischen Kreise, die durch die Vielzahl der Flügelräder 2 jeweils gebildet werden, wahlweise bewegt werden. Darüber hinaus ist vorzugsweise mindestens ein Übergabepunkt 14 zwischen benachbarten Flügelrädern 2 eines der Kreise und eines Flügelrads 2 des anderen Kreises angeordnet. In der Darstellung von 21 ist jeweils ein Übergabepunkt 14 zwischen benachbarten Flügelrädern 2 des einen Kreises und des anderen Kreises angeordnet. Auf diese Weise kann ein Klöppel 1 von einem der konzentrischen Kreise zu dem anderen der konzentrischen Kreise übergeben werden. Auf diese Weise wird der Flechtvorgang noch flexibler.
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Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die Anordnung von zwei im Wesentlichen konzentrischen Kreisen an Flügelrädern 2 beschränkt ist, sondern eine Vielzahl von drei, vier, fünf oder noch mehr im Wesentlichen konzentrische Kreise von Flügelrädern 2 angeordnet werden kann. Des Weiteren ist die Erfindung nicht auf Flügelräder 2 mit vier Klöppelaufnahmen 2a beschränkt, sondern es kann jede beliebige Anzahl an Klöppelaufnahmen 2a an dem Flügelrad 2 oder an mehreren Flügelrädern 2 angeordnet werden bzw. Flügelräder 2 mit unterschiedlicher Anzahl an Klöppelaufnahmen 2a kombiniert werden.
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Eine weitere mögliche Ausgestaltung betrifft das Anordnen eines einzelnen Flügelrads 2 zwischen zwei im Wesentlichen konzentrischen Kreisen einer Vielzahl von Flügelrädern 2, wie in 22 dargestellt ist. Auf diese Weise kann eine Übergabe eines Klöppels 1 von einem der konzentrischen Kreise auf den anderen der konzentrischen Kreise über das einzelne zwischen den beiden konzentrischen Kreisen angeordnete Flügelrad 2 erfolgen. Es versteht sich, dass durch eine derartige Anordnung eines einzelnen Flügelrads 2 zwischen konzentrischen Kreisen von Flügelrädern 2 eine weitere Flexibilisierung eines Flechtvorgangs möglich ist.
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Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anordnung von konzentrischen Kreisen von Flügelrädern 2 beschränkt. Vielmehr können die Flügelräder 2 auch entsprechend einem Rechteck oder einem speziellen (d. h. vorbestimmten bzw. vorbestimmbaren) Muster bzw. einer Matrix (d. h. geordnete Anordnung insbesondere in Zeilen und Spalten) angeordnet werden, wie beispielsweise in 23 dargestellt ist. Des Weiteren kann die Vielzahl der Flügelräder 2 mit den dazwischen bzw. daran angeordneten Übergabepunkten 14 entlang des Umfangs eines Zylinders angeordnet werden, wie beispielsweise in 24 dargestellt ist. Dabei versteht sich, dass eine Vielzahl von in 24 dargestellten zylindrischen Kreisen von Flügelrädern 2 nebeneinander angeordnet werden kann. Zur Vereinfachung ist in 24 jedoch nur ein zylindrischer Kreis von Flügelrädern 2 gezeigt. 25 zeigt ein Beispiel von zwei zylindrischen Kreisen von Flügelrädern 2. Dabei können die nebeneinander angeordneten zylindrischen Kreise wiederum jeweils durch einen oder mehrere Übergabepunkte 14 verbunden werden.
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Des Weiteren ist es möglich, die Flügelräder im Wesentlichen entlang der Fläche einer Halbkugel anzuordnen, wie in 26 dargestellt ist.
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Die Erfindung ist nicht auf eine Anordnung von Flügelrädern 2 gemäß den 20 bis 26 beschränkt, sondern es können weitere beliebige Anordnungen von einer Vielzahl von Flügelrädern 2 innerhalb des Umfangs der Erfindung ausgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Klöppel
- 2
- Flügelrad
- 2a
- Klöppelaufnahme
- 3
- Elektromagnet
- 4
- Winkel
- 5
- elektrischer Leiter
- 5a, 5b
- Spule oder Spulenabschnitt
- 6
- Magnetkern
- 7
- Magnetgehäuse
- 7a, 7b
- Schenkel
- 8
- Kontakt- oder Haftfläche
- 9
- Lauffläche
- 10
- Führungselement
- 11
- Gleitelement
- 12
- ferromagnetisches Material
- 13
- Laufbahn
- 14
- Übergabepunkt
- S
- Senkrechte
