DE102022100620A1

DE102022100620A1 - Sensorischer klöppel zur drahtlosen adaptiven spannungsregelung für die materialspezifische prozessauslegung

Info

Publication number: DE102022100620A1
Application number: DE102022100620.4A
Authority: DE
Inventors: Ben Vollbrecht; Martin Kolloch; Thomas Gries; Axel Sikora; Thorsten Hehn
Original assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV; Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV; Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date: 2022-01-12
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2023-07-13

Abstract

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Klöppel für eine Flechtmaschine umfassend eine Fadenspule für eine Zuführung eines Fadens an einem Flechtkern. Die Fadenspule liegt an einem Trägergestell des Klöppels rotierbar befestigt und ist dazu eingerichtet, bei einem Betrieb der Flechtmaschine für die Zuführung des Fadens an den Flechtkern eine Rotation durchzuführen. Der Klöppel zeichnet sich dadurch aus, dass der Klöppel einen Motor zur Steuerung der Rotation der Fadenspule und der Zuführung des Fadens an den Flechtkern sowie einen Sensor zur Aufnahme von Messdaten über eine Fadenspannung umfasst. Eine Regelungseinheit ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit der Messdaten des Sensors über die Fadenspannung eine Regelung der Steuerung der Rotation der Fadenspule durch den Motor vorzunehmen. Der erfindungsgemäße Klöppel erlaubt vorteilhaft mithin eine verbesserte Regelung der Fadenspannung in Abhängigkeit des gewünschten Flechtprozesses.In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Flechtmaschine und ein Flechtverfahren unter Verwendung des erfindungsgemäßen Klöppels.

Description

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Klöppel für eine Flechtmaschine umfassend eine Fadenspule für eine Zuführung eines Fadens an einem Flechtkern. Die Fadenspule liegt an einem Trägergestell des Klöppels rotierbar befestigt und ist dazu eingerichtet, bei einem Betrieb der Flechtmaschine für die Zuführung des Fadens an den Flechtkern eine Rotation durchzuführen. Der Klöppel zeichnet sich dadurch aus, dass der Klöppel einen Motor zur Steuerung der Rotation der Fadenspule und der Zuführung des Fadens an den Flechtkern sowie einen Sensor zur Aufnahme von Messdaten über eine Fadenspannung umfasst. Eine Regelungseinheit ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit der Messdaten des Sensors über die Fadenspannung die Steuerung der Rotation der Fadenspule zu regeln. Der erfindungsgemäße Klöppel erlaubt vorteilhaft mithin eine verbesserte Regelung der Fadenspannung in Abhängigkeit des gewünschten Flechtprozesses.
In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Flechtmaschine und ein Flechtverfahren unter Verwendung des erfindungsgemäßen Klöppels.
Hintergrund und Stand der Technik
Flechtmaschinen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und bezeichnen Gerätschaften, die in der Lage sind, die Tätigkeit des Flechtens auszuüben. Beim Flechten werden zumeist mehrere Stränge aus einem biegsamen Material ineinandergeschlungen, um ein sogenanntes Geflecht zu bilden. Oftmals liegt das biegsame Material als Faden oder als Garn vor, welches auf einer Fadenspule gewickelt ist.
Eine besondere Bedeutung ist dem Klöppel beizumessen, der eine zentrale Komponente der Flechtmaschine bildet und als Träger der Fadenspule dient. Erst durch die zueinander relative Bewegung der Klöppel innerhalb der Flechtmaschine wird es ermöglicht, das Geflecht zu bilden. Häufig sind die Klöppel auf Flügelräder angeordnet, um die Bewegung der Klöppel und damit der Fadenspulen zu ermöglichen. Das Geflecht wird durch ein Überkreuzen der Klöppel erlangt, wobei hierzu benachbarte Flügelräder sich in entgegengesetzte Richtungen drehen und so die Klöppel durch schlangenlinienförmige, in sich selbst geschlossene Bahnen führen. Eine gute Funktionalität des Klöppels im Hinblick auf die gewünschte Anwendung ist mithin bedeutungsvoll für einen effizienten Flechtvorgang und hohe Qualität des hergestellten Geflechts.
Für die Gewährleistung der Materialqualität des Geflechts ist eine prozessoptimierte Regelung der Fadenspannung hoch relevant. Beispielsweise ist in der Medizintechnik, bei der oftmals Metallfasern verarbeitet werden, wie z. B. Nitinol, eine einheitliche Fadenspannung für den Prozess notwendig. Bei der Verarbeitung von spröden Multifilamentfasern sollten insbesondere positive und negative Spannungsänderungsraten vermieden werden.
Allgemein erhöht sich die Gefahr eines Fadenbruches bei einem Flechtprozess bei steigender Fadenspannung. Nachteilig liegt nach einem Fadenbruch keine Fadenverbindung zwischen der Fadenspule und dem Flechtkern vor, sodass der entsprechende Klöppel für den Flechtvorgang vorerst nicht mehr benutzt werden kann. Erst nach einem Austausch der Fadenspule und/oder einer Neuanstellung kann der Klöppel für den Flechtvorgang wieder in Betrieb genommen werden. Ist die Fadenspannung hingegen zu niedrig, kann sich eine Unregelmäßigkeit in der Struktur des Geflechts ergeben, beispielsweise durch überstehende Bereiche am Geflecht.
Um die Fadenspannung in Abhängigkeit des Flechtprozesses anpassen zu können, ist man im Stand der Technik bestrebt, die Fadenspannung regelbar zu gestalten. Dazu sind im Stand der Technik einige Ansätze bekannt.
Die JP 2005089901 A offenbart einen Klöppel, dessen Fadenspule über mehrere Umlenkrollen nach oben gezogen wird. Eine der Umlenkrollen ist hierbei beweglich ausgestaltet und wird von einem Stützelement getragen, welches in vertikaler Richtung verschoben werden kann. Die Verschiebbarkeit resultiert durch eine eingebrachte Feder, die, abhängig von der Fadenspannung, unterschiedlich ausgelenkt wird. Durch die Spannung der Feder kann die Position der bewegbaren Umlenkrolle angepasst werden, um eine erwünschte Fadenspannung beizubehalten.
In der CN 103173928 A wird ein Klöppel offenbart, der durch eine Anordnung umfassend mehrerer Federn die Fadenspannung regulieren kann. Dazu wird durch eine verschiebbare Zugstange die Elastizität der Federn geregelt. Wenn sich die Spannung des geflochtenen Fadens erhöht, steigt ebenfalls die Position der Zugstange, sodass ihre Verschiebung bewirkt, dass die Elastizität der Federn zunimmt. Damit wird die Spannung des geflochtenen Fadens durch die Federn unmittelbar blockiert und gepuffert. Sinkt umgekehrt die Fadenspannung, drücken die Federn die Zugstange nach unten und bewirken, dass der Wert der Fadenspannung erhöht wird. Durch die Elastizität der Federn werden unerwünschte Wertebereiche der Fadenspannung gepuffert, wodurch Spannungsschwankungen des Fadens ausgeglichen und die Qualität des Geflechts verbessert wird.
Die DE 102008033561 A1 beschreibt einen Klöppel, der ein Bremssystem mit mindestens einer Bremsbacke und mindestens einer Fadenspanneinrichtung aufweist. Die Fadenspanneinrichtung weist einen dem Bremssystem zugeordneten Auslöser auf. Wird in der Fadenspanneinrichtung eine vorbestimmte Fadenspannung erreicht, wird eine Bremstrommel durch die Bremsbacken freigegeben, um die Fadenspannung anzupassen. Hierbei greift jede Bremsbacke an der Außenseite der am Klöppel angeordneten Bremstrommel an, sodass jedes Stellglied und der Auslöser über ein Schiebedrehlager miteinander verbunden sind.
In der DE 102019101619 A1 wird ein Klöppel dargelegt, der ebenfalls eine Spanneinrichtung aufweist, um den Faden unter einer Zugspannung zu halten. Die Spanneinrichtung umfasst einen Rollfeder-Antrieb, der eine Vorratsrolle, eine Arbeitsrolle und eine dazwischenliegende hin und her bewegbare Spiralfeder aufweist. Die Arbeitsrolle ist derart mit der Fadenspule verbunden, dass die Arbeitsrolle eine Antriebskraft auf den Faden ausübt, um die Zugspannung zu erzeugen. Dabei ist die Arbeitsrolle als Rollfeder (auch Konstantkraftfeder) ausgebildet. Rollfedern sind Federn mit konstanter Kraft, die eine gleichmäßige Gegenkraft im Auszug sowie beim Zurückziehen liefern, sodass eine im Wesentlichen konstante Fadenspannung erzielt werden kann.
Die DE 102014016381 A1 offenbart einen Klöppel mit einem Antrieb, um den Faden von der Fadenspule dem Flechtvorgang zuzuführen. Durch das Auftreten der Fadenspannung wird eine Kraft auf eine verlagerbare Umlenkrolle aufgebracht, die einen Schlitten zu einer Verlagerung einer Neutralposition entgegen der Vorspannkraft eines ersten Vorspannmittels führt. Ein Positionssensor erfasst die verlagerte Position des Schlittens, wobei das Signal des Positionssensors von einer Kommunikationseinheit empfangen wird. Wenn die verlagerte Position des Schlittens nicht der vorgegebenen Sollspannung des Fadens entspricht, steuert das Kommunikationsmodul den Antrieb derart, dass mehr oder weniger Faden dem Flechtmaterial zugeführt wird.
Jedoch weisen die bisherigen Klöppel des Standes der Technik einige Nachteile auf, insbesondere hinsichtlich der Regelung der Fadenspannung. Die meisten Klöppel arbeiten mit Federn, die es nicht ermöglichen, eine erwünschte Anpassung der Fadenspannung während des Flechtvorgangs vorzunehmen. Stattdessen ist eine Anpassung einer Ausgangs-Fadenspannung nur durch Stoppen der Flechtmaschine und eine daraufhin gefolgte mechanische Anpassung möglich, beispielsweise durch einen Austausch von Federn, einer Änderung der Auslenkung und/oder einem Zuschalten von Bremskassetten. Solche Schritte sind zeitaufwändig, fehleranfällig und personalintensiv. Zudem kommt es durch die Trägheit von Federn und Dämpfern zu ruckartigen und sprunghaften Schwankungen der Fadenspannung, was sich nachteilig auf die Materialqualität des Geflechts auswirkt. Darüber hinaus liegen oftmals die Mechanismen zur Regelung der Fadenspannung in Kombination mit Umlenkrollen vor, durch die eine starke Beanspruchung des zu verwendeten Materials durch den Abrieb während des Flechtvorgangs erfolgt. Hierdurch verliert das Geflecht an Qualität und Fadenmaterial kann infolge des Abriebs in das Maschinenbett gelangen, was durch ebenfalls aufwendige Maßnahmen entfernt werden muss.
Mithin liegt ein Verbesserungsbedarf in der Ausgestaltung von Klöppeln vor, insbesondere um verbesserte Möglichkeiten zur Regelung der Fadenspannung und damit eine Qualitätssicherung des Flechtvorgangs und des Geflechts zu gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung war es, einen Klöppel bereitzustellen, der die Nachteile des Standes der Technik beseitigt. Insbesondere sollte ein Klöppel bereitgestellt werden, welcher sich durch verbesserte Möglichkeiten zur Regelung einer Fadenspannung in Abhängigkeit des Flechtprozesses auszeichnet, wodurch vorzugsweise eine hohe Materialqualität des herstellbaren Geflechts gewährleistet werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Klöppel für eine Flechtmaschine umfassend eine Fadenspule für eine Zuführung eines Fadens an einen Flechtkern, wobei die Fadenspule an einem Trägergestell des Klöppels rotierbar befestigt vorliegt und dazu eingerichtet ist, bei einem Betrieb der Flechtmaschine für die Zuführung des Fadens an den Flechtkern eine Rotation durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel einen Motor zur Steuerung der Rotation der Fadenspule und der Zuführung des Fadens an den Flechtkern sowie einen Sensor zur Aufnahme von Messdaten über eine Fadenspannung umfasst und wobei eine Regelungseinheit dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Messdaten des Sensors eine Regelung der Steuerung der Rotation der Fadenspule durch den Motor vorzunehmen.
Der bevorzugte Klöppel erweist sich in vielerlei Hinsicht als vorteilhaft erwiesen.
Insbesondere erlaubt der Klöppel eine besonders zuverlässige adaptive Regelung der Fadenspannung während eines Flechtvorgangs. Zu diesem Zweck erfolgt mittels des Motors eine Steuerung der Rotation der Fadenspule in Abhängigkeit der Messdaten des Sensors über die Fadenspannung. Durch die Steuerung der Rotation der Fadenspule kann die Menge an Faden reguliert werden, die dem Flechtkern während des Flechtvorgangs zugeführt wird. Beispielsweise kann durch eine Regelung der Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Fadenspule Einfluss auf die Fadenspannung genommen werden.
Wird durch den Sensor beispielsweise eine zu geringe Fadenspannung erkannt, kann durch eine Anpassung der Winkelgeschwindigkeit die Fadenspannung auf einen gewünschten Wertebereich geregelt werden. Zu diesem Zweck wird die Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule bevorzugt reduziert werden, sodass sich der Faden strafft und eine Erhöhung bzw. Korrektur der Fadenspannung resultiert.
Umgekehrt kann vorteilhafterweise durch den bevorzugten Klöppel auch eine erhöhte Fadenspannung auf einfache Weise auf einen niedrigeren Wert oder Wertebereich geführt werden. Erfasst der Sensor eine erhöhte Fadenspannung, ist es bevorzugt, die Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule zu erhöhen, sodass mehr Flechtmaterial dem Flechtkern zugeführt und sich die Fadenspannung verringern kann.
Somit kann vorteilhafterweise durch den bevorzugten Klöppel eine kontinuierliche Regelung der Rotation der Fadenspule vorgenommen werden, um für den Flechtvorgang einen optimalen Wertebereich oder Wert der Fadenspannung zu gewährleisten. Durch die Möglichkeit der präzisen Regelung der Fadenspannung während des Flechtvorgangs können vorteilhaft Geflechte mit besonders hoher Materialqualität erhalten werden. Im Gegensatz zu bekannten Systemen des Standes der Technik kann die Regelung zudem nicht nur eine Vorgabe von maximalen oder minimalen Spannungswerten umfassen, sondern in Vorzugsformen auch einen zeitlichen Verlauf der Fadenspannung vorgeben, sofern dies für den Flechtprozess wünschenswert ist.
Von besonderem Vorteil ist zudem, dass die Regelung durch eine Wechselwirkung umfassend Sensor, Motor und Regelungseinheit vorzugsweise automatisch erfolgen und für unterschiedliche Flechtprozesse angepasst werden kann. Sollte beispielweise eine Anpassung der Fadenspannung an gewünschte Werte oder Wertebereiche in Abhängigkeit des Flechtprozesses oder verwandten Materials erfolgen, ist hierzu kein aufwändiger Ausbau oder eine mühsame Anpassung einer Mechanik notwendig. Stattdessen können durch die Regelungseinheit neue Zielwerte für die Fadenspannung vorgegeben werden, welche automatisiert im Flechtprozess umzusetzen sind. Eine optimierte Auslegung der Fadenspannung für den jeweiligen Flechtprozess ist somit besonders einfach und präzise möglich. Unerwünschte Stillstandszeiten werden vermieden. Vorteilhaft kann eine Regelung der Fadenspannung nach Vorgabe gewünschter Werte oder Wertebereiche beispielsweise durch einen Regelkreis besonders schnell und präzise erfolgen, ohne dass Eingriffe von einem Nutzer notwendig wären.
Für die Regelung der Fadenspannung mittels des erfindungsgemäßen Klöppels werden vorzugsweise zudem keine zusätzlichen Umlenkrollen benötigt, welche im Stand der Technik zur Regulation der Fadenspannung eingesetzt werden. Umlenkrollen sind dahingehend nachteilig, dass der Faden beansprucht werden kann, sodass unerwünschte Spannungsschwankungen auftreten können und die Qualität des Geflechts negativ beeinflussen. Zudem kann es durch die zusätzliche mechanische Belastung zu einem Abrieb oder Beschädigungen des Fadens bis hin zu einem Fadenbruch kommen. Der erfindungsgemäße Klöppel kann dies vorteilhaft umgehen, indem auf zusätzliche Umlenkrollen verzichtet werden kann und eine Anpassung der Fadenspannung durch eine Regelung der Rotation der Fadenspule vorgenommen wird.
Durch den bevorzugten Klöppel kann eine besonders gleichmäßige Regelung der Fadenspannung erreicht und ruckartige Spannungsverläufe vermieden werden, welche den Faden beschädigen könnten. Vorteilhaft wird hierdurch eine besonders hohe Prozesseffizienz gewährleistet und Risiken hinsichtlich Fadenschädigungen oder eines Fadenbruchs verringert.
Ebenfalls ist es vorteilhaft, dass durch den Sensor am Klöppel frühzeitig während des Flechtvorgangs relevante Parameter, wie die Fadenspannung, gemessen und korrigiert werden können. Zudem kann durch das kontinuierliche Sammeln von Daten zu Fadenspannungen eine Datenbank, aufgebaut werden, welche eine besonders effektive Optimierung der Fadenspannung für verschiedenste Prozesse und Materialien ermöglicht. In Vorzugsvarianten können auch weitere Sensoren am Klöppel angebracht werden, die weitere für den Flechtvorgang relevante Parameter aufnehmen und in die Regelung oder Datenbank einfließen können. Der erfindungsgemäße Klöppel erlaubt daher nicht nur eine besonders umfassende Überwachung prozessrelevanter Parameter, sondern zudem deren kontinuierliche Regelung, um mit hoher Reproduzierbarkeit Geflechte höchster Qualität zu gewährleisten.
Diesbezüglich ist es zudem von Vorteil, dass die Regelung der Steuerung der Rotation der Fadenspule durch den Motor eine besonders präzise Einstellung der Fadenspule erlaubt. Vorteilhaft können durch den Motor feine Justierungen hinsichtlich der Rotation der Fadenspule, beispielsweise eine Verringerung oder Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit, vorgenommen werden, um die Fadenspannung auf einen gewünschten Wert oder Wertebereich zu regeln.
Mit der Formulierung „Steuerung der Rotation der Fadenspule“ ist bevorzugt gemeint, dass ein Parameter der Drehbewegung der Fadenspule, wie beispielsweise eine Winkelgeschwindigkeit, während des Flechtprozesses angepasst bzw. geregelt werden kann. Der bevorzugte Klöppel weist vorzugsweise zu diesem Zweck einen Motor auf, welcher eine Steuerung der Rotation der Fadenspule vornimmt. Dazu ist es bevorzugt, dass der Motor mit der Fadenspule wirkverbunden ist, sodass eine Rotation der Fadenspule durch eine Wirkung des Motors, beispielsweise durch eine Änderung der Drehzahl und/oder des Drehmomentes, die Rotation der Fadenspule angepasst bzw. reguliert werden kann. Insbesondere erfolgt die Steuerung der Rotation der Fadenspule durch den Motor in Abhängigkeit von Messdaten einer Fadenspannung, wozu es bevorzugt ist, dass der Klöppel einen Sensor sowie eine Regelungseinheit aufweist.
Der Sensor dient vorzugsweise der Aufnahme von Messdaten über die Fadenspannung. Messdaten über die Fadenspannung meinen bevorzugt Zahlenwerte, Zahlenbereiche und/oder zeitliche Verläufe, die eine Auskunft darüber liefern können, welchen Wert oder welchen Wertebereich die Fadenspannung aufweist.
Mit der Fadenspannung ist bevorzugt eine mechanische Spannung des Fadens entlang der Längsseite des Fadens gemeint. Vorzugsweise ist mit der Fadenspannung eine Zugspannung des Fadens gemeint. Während des Betriebs der Flechtmaschine wird der Faden vorzugsweise durch den Flechtkern von der Fadenspule abgewickelt, wobei der Faden eine Zugspannung und ggf. geringfügig Dehnung erfährt. Für einen optimalen Flechtvorgang ist es bevorzugt, dass der Faden unter einer hinreichenden Fadenspannung steht, um ein stabiles und qualitativ hochwertiges Geflecht zu bilden. Gleichzeitig kann eine erhöhte Fadenspannung den Faden beanspruchen oder gar beschädigen.
Die vom Sensor aufgenommenen Messdaten über die Fadenspannung können bevorzugt durch eine Regelungseinheit verarbeitet werden. Dazu ist es bevorzugt, dass die Regelungseinheit mit dem Sensor und dem Motor datenverbunden ist. Mit „datenverbunden“ ist bevorzugt gemeint, dass ein Austausch von Daten möglich ist, beispielsweise von Daten über die Fadenspannung.
Eine Regelungseinheit bezeichnet bevorzugt eine Einheit, die vom Sensor aufgenommene Daten (Messdaten) verarbeiten kann. Das Verarbeiten von Daten meint bevorzugt, dass die Regelungseinheit dazu konfiguriert ist, Rechenoperationen und/oder Rechenschritte vorzunehmen, beispielsweise mit aufgenommenen Messdaten über die Fadenspannung. Im erfindungsgemäßen Kontext kann hierfür auch die Formulierung verwendet werden, eine Auswertung der über den Sensor aufgenommenen Messdaten durchzuführen. Insbesondere kann mithilfe der Regelungseinheit festgestellt werden, ob ein Wert der Fadenspannung in einem ausreichenden Bereich vorliegt oder nicht, sodass beispielsweise ein Fadenbruch verhindert werden kann und/oder ein im Wesentlichen konstanter Wert der Fadenspannung während des Flechtvorgangs beibehalten bleibt. Vorzugsweise ist die Regelungseinheit dazu konfiguriert, Messdaten des Sensors zu empfangen und Steuersignale - bzw. Befehle an den Motor zu geben, um die Steuerung der Rotation der Fadenspule vorzunehmen.
Vorzugsweise ist die Regelungseinheit dazu eingerichtet, in Abhängigkeit der Messdaten des Sensors eine Regelung der Steuerung der Rotation der Rotation vorzunehmen. Bevorzugt ist die Regelungseinheit dazu konfiguriert, nach einer Messung des Sensors und/oder Aufnahme von Messdaten hinsichtlich der Fadenspannung einen Befehl zur Steuerung der Rotation der Fadenspule vornehmen, beispielsweise um die Winkelgeschwindigkeit während der Abwicklung des Fadens beizubehalten, zu erhöhen oder zu verringern. Beispielsweise kann die Regelungseinheit Messdaten von dem Sensor durch die Datenverbindung empfangen und feststellen, ob die Fadenspannung in einem Ziel- oder Toleranzbereich liegt. Liegt dieser Wert nicht innerhalb des Ziel- oder Toleranzbereiches, so wird ein entsprechender Steuerbefehl an den Motor gegeben, um die Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule anzupassen. Liegt der durch den Sensor gemessene Wert innerhalb des Ziel- oder Toleranzbereiches, kann es auch bevorzugt sein, einen Steuerbefehl zur Beibehaltung der Winkelgeschwindigkeit oder keinen Steuerbefehl an den Motor auszugeben.
Der Begriff „Regelungseinheit“ bezieht sich vorzugsweise auf ein beliebiges Gerät oder eine beliebige Einheit, die dazu konfiguriert werden können, Rechenoperationen durchzuführen. Bevorzugt ist die Regelungseinheit eine Recheneinheit, beispielsweise ein Prozessor, ein Prozessorchip, ein Mikroprozessor und/oder ein Mikrocontroller, der vorzugsweise dazu konfiguriert ist, eine Auswertung der Fadenspannung vorzunehmen. Die Regelungseinheit kann auch bevorzugt eine programmierbare Leiterplatte sein. Die Regelungseinheit kann auch vorzugsweise ein computerverwendbares oder computerlesbares Medium, wie eine Festplatte, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), einen Flash-Speicher usw. umfassen.
Mit der Formulierung „Regelungseinheit dazu konfiguriert ist“ ist bevorzugt gemeint, dass, um bestimmte Rechenschritte vorzunehmen, beispielsweise um zu überprüfen, ob die Fadenspannung innerhalb eines Toleranzbereiches liegt, auf der Regelungseinheit ein Computercode und/oder eine Software installiert ist, die bevorzugt in der Lage sind, solche Rechenoperationen durchzuführen. Der Computercode und/oder die Software zur Auswertung der Fadenspannung können in einer beliebigen Programmiersprache oder einer modellbasierten Entwicklungsumgebung geschrieben sein, z. B. in C/C++, C#, Objective-C, Java, Basic/VisualBasic, MATLAB, Simulink, StateFlow, LabView oder Assembler.
Der Computercode und/oder die Software, welche bevorzugt auf der Regelungseinheit installiert sind, um beispielsweise Messdaten der Fadenspannung dahingehend zu überprüfen, ob diese in einem Zielbereich liegen, können als technisches Merkmale betrachtet werden, da eine direkte physische Wirkung des Klöppels, beispielsweise die Zuführung des Fadens während der Abwicklung des Fadens, genutzt wird. Funktionsbeschreibungen des Computercodes und/oder der Software können daher als bevorzugte und definierende Ausführungsformen der Erfindung angesehen werden. Der jeweils verwendete Computercode und/oder die Software stehen dem Fachmann zur Verfügung und können mit Hilfe von Standardwissen entsprechend installiert werden.
Im Sinne der Erfindung bezeichnet ein Klöppel bevorzugt eine Vorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Fadenspule zu tragen. Synonym kann auch der Begriff „Fadenspulenträger“ für den Klöppel verwendet werden. Mithilfe eines Klöppels kann der Faden auf definierte Weise von der Fadenspule abgegeben werden. Ebenfalls ist es bevorzugt, dass durch den Klöppel der Faden mit einer Fadenspannung abgewickelt wird, um ein optimales Geflecht zu bilden. Vorzugsweise sind mehrere Klöppel auf einem Flügelrad angeordnet, wobei durch eine Rotation der Flügelräder die Fäden abgewickelt werden. Durch das Anbringen von Klöppeln auf einem Flügelrad wird vorzugsweise eine definierte Bahn für die Klöppel ermöglicht. Auf jedem Flügelrad sitzen bevorzugt zwei Klöppel. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Flügelradzahl gerade ist, da sonst die beiden Klöppelbahnen an einem Punkt der Anlage ineinander übergehen würden. Vorzugsweise umfasst der Klöppel ein Trägergestell.
Das Trägergestell bezeichnet bevorzugt die Gesamtheit der tragenden Abschnitte des Klöppels. Bevorzugt weist das Trägergestell gehäusebildende Bereiche auf, sodass das Trägergestell vorzugsweise eine Gehäusefunktion erfüllen kann, aber nicht muss. Weiterhin umfasst Trägergestell bevorzugt Bereiche, die mit einem Flügelrad befestigt werden können. Insbesondere umfasst das Trägergestell zudem einen Raumbereich, um die Fadenspule befestigen zu können. Entsprechend können auch Halterungen bevorzugt sein, um die Fadenspule anzubringen und/oder den Klöppel auf ein Flügelrad zu positionieren
Eine Flechtmaschine bezeichnet bevorzugt eine Maschine, die in der Lage ist, einen Geflecht herzustellen. Klöppel bilden bevorzugte Komponenten einer Flechtmaschine, die dazu dienen, die Fadenspule aufzunehmen. Neben Klöppeln umfasst die Flechtmaschine bevorzugt weitere Komponenten, wie beispielsweise Flügelräder, ein Maschinenbett, einen Flechtkern, eine Abzugseinheit etc. Die Flügelräder sind bevorzugt auf das Maschinenbett angeordnet, wobei auf den Flügelrädern bevorzugt mindestens zwei Klöppel befestigt sind. Durch die Rotation der Flügelräder werden die Klöppel bevorzugt auf gegenläufigen Bahnen bewegt, die sich vorzugsweise gegenseitig überkreuzen. Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Flechtmaschinen bekannt, wie beispielsweise Tischflechter, Packungsflechter, Rundflechter, Radialflechter usw. Vorteilhaft eignet sich der erfindungsgemäße Klöppel für beliebige Arten und Bauweisen von Flechtmaschinen. Dabei werden in Flechtmaschinen Fäden ausgehend von mehreren Klöppeln, wobei mindestens drei Klöppel bzw. drei Fäden notwendig, auf einem Flechtkern geflochten.
Der Flechtkern bezeichnet bevorzugt einen Körper, an dessen Oberfläche sich das Geflecht anlegt. Bevorzugt bestimmt die Kerngeometrie die Kontur des späteren Bauteils. So können Bauteile mit runden und eckigen Querschnitten sowie variablen Querschnittsflächen bzw. Kernumfängen gefertigt werden. Die Kerngeometrie wird bevorzugt nicht beliebig verändert, da verschiedene Parameter, die das Geflecht beschreiben, voneinander abhängen. In bevorzugten Ausführungsformen ist der Flechtkern ein zylindrischer Körper, an dessen Mantelfläche das Geflecht abgelegt wird. Das Geflecht bezeichnet bevorzugt die an der Oberfläche des Flechtkerns miteinander verflochtenen Fäden. Vorzugsweise ist der Flechtkern mit einer Abzugseinheit wirkverbunden, sodass durch eine Ausführung von entsprechenden Bahnen der Klöppel das Geflecht am Flechtkern gebildet wird. Die Abzugseinheit kann vorzugsweise eine Einheit sein, durch die der Flechtkern eine Translations- und/oder Rotationsbewegung ausführt. Vorzugsweise sind die Fäden an Ausgangspositionen mit dem Flechtkern verbunden, sodass durch die Abzugseinheit die Bewegung der Flügelräder und mithin ein Flechtvorgang ermöglicht wird. Vorzugsweise werden hierbei Fäden ausgehend von der Fadenspule am Flechtkern miteinander geflochten.
Die Fadenspule bezeichnet bevorzugt eine Spule oder Rolle, auf oder entlang derer der Faden gewickelt ist. Vorzugsweise kann die Fadenspule scheibenförmig, zylindrisch oder konisch vorliegen. Bevorzugt umfasst die Fadenspule eine Grundfläche und eine Mantelfläche, wobei es weiterhin bevorzugt ist, dass der Faden um die Mantelfläche der Fadenspule gewickelt ist. Die Fadenspule führt bevorzugt um ihre Längsachse eine Rotation aus, um den Faden in Richtung des Flechtkerns abzuwickeln.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass eine Übersetzung einer Drehbewegung und/oder eines Drehmoments zwischen dem Motor und der Fadenspule über eine Welle erfolgt, welche über eine Halterung im Trägergestell rotierbar gelagert vorliegt, wobei der Sensor an oder innerhalb der Welle und/oder an oder innerhalb der Halterung angeordnet vorliegt.
Vorzugsweise wird durch die Welle eine Verbindung zwischen dem Motor und der Fadenspule geschaffen, sodass durch die Welle die Drehbewegung und/oder das Drehmoment auf die Fadenspule wirken. Bevorzugt ist die Welle hinsichtlich ihrer Wirkung zwischen dem Motor und der Fadenspule angebracht. Vorzugsweise führt der Motor eine Drehbewegung aus, durch die die Rotation der Fadenspule zur Abwicklung des Fadens gesteuert werden kann. Dabei erfüllt der Motor vorzugsweise nicht die Funktion einer Abzugseinheit, um einen Mechanismus zur Abwicklung des Fadens als solche zu entfalten. Es ist stattdessen bevorzugt, dass durch den Motor die Rotation der Fadenspule, insbesondere die Winkelgeschwindigkeit, je nach Fadenspannung des Fadens, geregelt werden kann. Zur Wirkung des Motors auf die Fadenspule wird bevorzugt die Welle angebracht, um die Drehbewegung und/oder das Drehmoment des Motors auf die Fadenspule zu übertragen.
Im Sinne der Erfindung bezeichnet eine Welle bevorzugt ein Maschinenelement, welches vorzugsweise zur Übertragung von Drehbewegungen und/oder Drehmomenten verwendet wird.
Die Welle kann beispielsweise ein rotierbarer Stab sein. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die Welle beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend eine Hohlwelle, Kurbelwelle, Gelenkwelle, Kardanwelle, Gleichlaufwelle, Doppelgelenkwelle, Wellenzapfen und/oder biegsame Welle.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der Sensor zur Messung der Fadenspannung an oder innerhalb der Welle angebracht. Ebenfalls kann es bevorzugt sein, dass der Sensor an der innerhalb der Halterung angeordnet vorliegt, wobei mit Halterung die Verbindungsstelle oder das Verbindungsstück zwischen Trägergestell und Welle gemeint ist. Die genannten Positionen zur Anbringung des Sensors haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, um eine präzise Messung der Fadenspannung vorzunehmen, ohne nachteilig den Faden als solcher mechanisch zu beanspruchen. Weiterhin ist der Sensor besonders einfach an den genannten Positionen zu implementieren.
Eine erhöhte und/oder verringerte Fadenspannung kann vorzugsweise dergestalt zum Ausdruck kommen, dass die Welle und/oder die Halterung eine lokale mechanische Verformung und/oder Spannung erfährt, welche mittels des Sensors erfasst werden kann. Hierbei wird ausgenutzt, dass der Faden bei der Abwicklung von der Fadenspule in Abhängigkeit der Fadenspannung unterschiedliche Kräfte auf die Welle und/oder deren Halterung ausübt.
Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass auf eine direkte mechanische Verbindung zum Faden zur Messung der Fadenspannung verzichtet werden kann, sodass der Faden hierbei keinen Abrieb erfährt und somit das Geflecht eine besonders hohe Qualität erhält. Weiterhin geraten vorteilhaft keine restlichen Bestandteile des Fadens, die durch einen Abrieb entstünden, in das Maschinenbett, sodass Stillstandszeiten für entsprechende Reinigungsprozesse vorteilhaft vermieden werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergestell des Klöppels ein Zuführelement mit einer Öffnung für die Zuführung des Fadens an den Flechtkern umfasst, wobei der Sensor und/oder zusätzliche Sensoren an oder innerhalb des Zuführelement angeordnet vorliegen.
Durch ein Zuführelement umfassend eine Öffnung kann vorteilhaft eine zielgenaue Zuführung des Fadens an den Flechtkern erfolgen, sodass der Faden mit hoher Präzision an das Geflecht geführt wird. Das Zuführelement kann beispielsweise als Öffnung in dem Trägergestell ausgebildet sein. Dabei kann der der Sensor beispielsweise an einem Rand der Öffnung angebracht vorliegen. Ebenfalls kann es bevorzugt sein, dass der Sensor in dem Trägergestell selbst eingebettet ist.
Vorzugsweise liegt eine Wirkverbindung zwischen dem Faden und dem Sensor vor, sodass der Sensor Messdaten über die Fadenspannung erfassen kann. Mit der Wirkverbindung zwischen Sensor und Faden ist bevorzugt gemeint, dass eine Wirkung der Fadenspannung auf den Sensor übertragen werden kann, insbesondere direkt oder indirekt. Eine indirekte Wirkverbindung liegt beispielsweise vor, wenn der Sensor an oder in der Welle und/oder der Halterung angebracht ist, da eine direkte Berührung zwischen Faden und den Sensor vermieden wird. Ebenfalls ist indirekte Wirkverbindung zwischen Faden und Sensor vorhanden, wenn der Sensor in dem Trägergestell eingebettet ist. Eine direkte Wirkverbindung liegt beispielsweise vor, wenn der Faden den Sensor direkt berührt.
Neben dem Sensor zum Erhalt von Messdaten über die Fadenspannung können ebenfalls zusätzliche Sensoren angebracht sein, die für den Flechtvorgang relevante Parameter aufnehmen können. Zusätzliche Sensoren können beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend einen Gewichtssensor, einen Geschwindigkeitssensor und/oder einen Beschleunigungssensor. Vorteilhaft können über die zusätzlichen Sensoren Korrelationen zwischen Messdaten über die Fadenspannung und weiteren gewonnen Messdaten gebildet werden. Entsprechend können für gewünschte Materialeigenschaften des Geflechts eine Vielzahl von Messdaten gewonnen und/oder gespeichert werden, was sich besonders vorteilhaft auf die Reproduzierbarkeit des Geflechts auswirkt. Weiterhin kann mithilfe der zusätzlichen Sensoren vorteilhaft eine besonders zuverlässige Prozessüberwachung des Flechtvorgangs ermöglicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Messung mechanischer Verformungen und/oder Spannungen eingerichtet ist, vorzugsweise zur Messung einer Spannung, Kraft und/oder eines Drehmomentes.
Durch die Messung von Verformungen, Spannungen, Kräfte und/oder Drehmomente, welche auf Komponenten des Klöppels wirken, die mit dem Faden in Wirkverbindung stehen, können vorteilhaft Rückschlüsse auf die Fadenspannung gewonnen werden. Dies kann, wie obig beschrieben wurde, beispielsweise mechanische Verformungen und/oder Spannungen in der Welle und/oder Halterung, einem Zuführelement oder einem Trägergestell betreffen.
Sofern der Faden mechanisch mit diesen Komponenten wirkverbunden ist - beispielsweise über eine Fadenspule - überträgt sich die Fadenspannung in eine messbare mechanische Beanspruchung (Verformungen, Spannungen, Kräfte und/oder Drehmomente) der jeweiligen Komponenten.
Zu den messbaren Kräften können beispielsweise laterale Kräfte in einer Ebene zählen sowie lokale Verformungen, wie z.B. Dehnungen oder Stauchungen, oder in den Komponenten wirkenden Spannungen, welche von der Fadenspannung abhängen. Die messbaren mechanischen Beanspruchungen können ebenso axiale Kräfte oder Drehmomente betreffen.
Zur Messung von Verformungen, Spannungen, Kräften und/oder Drehmomente sind im Stand der Technik eine Mehrzahl von Sensoren bekannt.
Im einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor ein Ringkraftmesser, ein Ringkraftsensor, ein Dehnmesstreifen oder ein Sensorchip. Die genannten Sensoren haben sich vorteilhaft als besonderes zuverlässig erwiesen, um präzise Messdaten über die Fadenspannung aufzunehmen.
Der Ringkraftmesser bezeichnet bevorzugt ein mechanisches Kraftmessgerät umfassend einen ringförmigen Körper, an dem zwei sich gegenüberliegende Kraftaufnahmen befestigt sind. Wird an diesen eine Zugkraft angelegt, verformt sich der Ring minimal und wird länger und schmaler. Wird eine Druckkraft angelegt, wird der Ring kürzer und breiter. Der Ring ist so konstruiert, dass sich nach Entlastung die Verformung elastisch wieder zurückbildet. Entsprechend kann der Ringkraftmesser für bestimmte Bereiche der Fadenspannung konstruiert sein und sich durch eine Verformung in Abhängigkeit von der Fadenspannung ändern.
Ein Ringkraftsensor umfasst bevorzugt ein Sensorelement in Ringform innerhalb eines Gehäuses, das vorgespannt ist und die Messung niedriger Kraftimpulse ermöglicht. Vorzugsweise ist das Sensorelement innerhalb des Gehäuses hermetisch abgedichtet. Ein Ringkraftsensor zeichnet sich durch eine hohe Robustheit aus und eignet sich für die Messung der Fadenspannung, um Schwankungen innerhalb von Mikrosekunden zu erkennen.
Ebenfalls kann der Sensor bevorzugt durch einen oder mehrere Dehnmessstreifen (abgekürzt mit DMS) bereitgestellt werden. Ein Dehnmessstreifen bezeichnet bevorzugt eine Vorrichtung, dessen elektrischer Widerstand sich mit der angelegten Kraft ändert. Dehnmessstreifen basieren grundsätzlich auf der Änderung des elektrischen Widerstands durch Längen- und Querschnittsänderungen. Wird ein DMS gedehnt (positive Dehnung), so nimmt sein Widerstand zu. Wird er gestaucht (negative Dehnung), so nimmt sein Widerstand R ab. Dabei gilt DRIR = k·ε, wobei ε der relativen Längenänderung entspricht. Beispielsweise kann es sich um metallische oder Halbleiter-DMS handeln. Vorzugsweise werden ein oder mehrere Dehnmessstreifen auf Komponenten des Klöppels angebracht, welche mit dem Faden wirkverbunden sind und welche lokale Verformungen oder Spannungen in Abhängigkeit der Fadenspannungen erfahren. Beispielsweise können ein oder mehrere Dehnmessstreifen an der Welle, der Halterung der Welle oder einem Zuführelement angebracht werden, um Messdaten durch den Faden (bzw. die Fadenspannung) aufzunehmen.
In bevorzugten Ausführungsformen kann der Sensor zur Aufnahme von Messdaten über die Fadenspannung ein MEMS-Sensor sein, d. h. ein Sensor, welcher auf der MEMS-Technologie beruht. MEMS steht für den englischen Ausdruck microelectromechanical system, also ein Mikrosystem, welches eine kompakte (ca. im Mikrometerbereich) Bauweise bei gleichzeitig hervorragender Funktionalität mit immer geringeren Herstellungskosten ermöglicht. Insbesondere kann auch ein Sensorchip für die Messung eingesetzt werden, der bevorzugt auf MEMS-Technologie beruht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip ein oder mehrere Sensorelemente zur Messung mechanischer Verformungen und/oder Spannungen auf einem Halbleitersubstrat umfasst sowie bevorzugt eine elektronische Schaltung zur Auswertung und/oder Steuerung der Sensorelemente.
Vorteilhaft erlaubt der Sensorchip eine präzise, am Ort des Chips ortsaufgelöste, Messung der Fadenspannung. Hierbei werden bevorzugt Verformungen, Spannungen und/oder in den Komponenten des Klöppels (u.a. Welle und/oder Halterung) wirkende Kräfte auf das Substrat des Sensorchips übertragen, wobei die einen oder mehreren Sensorelemente Verformungen oder Spannungen des Substrates ermitteln. Bei entsprechender Kalibrierung kann überaus präzise anhand der Verformungen oder Spannungen des Substrates auf eine Fadenspannung geschlossen werden.
Der Sensorchip zeichnet sich vorteilhaft durch einen kompakten Aufbau aus und kann beispielsweise an oder in einem lokalen Bereich des Trägergestells, an oder in der Halterung zwischen der bevorzugten Welle und der Fadenspule oder an oder in der Welle selbst eingebaut sein. Auf diese Weise können mechanische Beanspruchungen an Komponenten des Klöppels erfasst werden, welche aufgrund einer Wirkverbindung mit dem Faden von der Fadenspannung abhängen. Ebenfalls kann es bevorzugt sein, mehrere Sensorchips an verschiedenen Bereichen einer Komponente oder verschiedenen Komponenten für die Messung der Fadenspannung einzusetzen.
Besonders bevorzugt umfasst der Sensorchip mehrere Sensorelemente, beispielweise mehr als 5, 10, 15, 20, 30 oder mehr, wobei die Sensorelemente an unterschiedliche Positionen auf dem Substrat verteilt vorliegen.
Durch die Vielzahl von Sensorelementen kann eine besonders präzise Messung einer zweidimensionalen Verteilung von Verformungen oder Spannungen auf dem Halbleitersubstrat erfasst werden. Im Sinne der Erfindung ist mit dem Sensorchip bevorzugt ein Halbleiterbauteil umfassend mindestens ein Halbleitersubstrat mit einem oder mehreren Sensorelementen sowie vorzugsweise einer elektronischen Schaltung gemeint.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die einen oder mehreren Sensorelemente konfiguriert für eine resistive, bevorzugt eine piezoresistive, eine optische, eine magnetische, eine induktive und/oder eine kapazitive Messung von Verformungen oder Spannungen des Halbleitersubstrates.
Resistive und piezoresistive Sensorelemente basieren in der Regel auf einer Änderung des elektrischen Widerstands aufgrund einer Längenänderung des Substrates auf dem sie angebracht vorliegen. Die piezoresistive Änderung des Widerstands aufgrund einer Dehnung der Sensorelemente ist dabei insbesondere bei (dotierten) Halbleitern deutlich stärker ausgeprägt (höherer k-Faktor) und erlaubt bevorzugt empfindlichere und genauere Dehnungsmessungen.
Eine Widerstandänderung kann bevorzugt durch Änderung an der am Sensorelement anliegenden Spannung in einer Wheatstone'schen Brücke gemessen werden.
Piezoelektrische Sensorelemente beruhen bevorzugt auf einer materialinhärenten Generierung einer elektrischen Spannung durch auf die Anordnung wirkende Druck- und/oder Zugkräfte über die Fadenspannung.
Eine induktive Messanordnung beruht bevorzugt auf der Stärke des durch ein veränderliches Magnetfeld hervorgerufenen Stroms.
Ein optisches Sensorelement kann vorzugsweise Dehnungen zwischen verschiedenen Bereichen über eine Entfernungsmessung messen. Hierzu eignet sich beispielsweise eine interferometrische Messung, bei der eine Überlagerung zueinander kohärenter optischer Signale Informationen über deren Phasenunterschied enthält, welche ausgelesen werden kann. Dieser Phasenunterschied enthält dabei wiederum bevorzugt Informationen über die Entfernung zwischen den Bereichen.
Ein magnetisches Sensorelement kann beispielsweise auf einem Hall-Sensor beruhen, welcher, je nach Position innerhalb eines Magnetfelds und damit je nach erfahrener magnetischer Flussdichte, eine unterschiedliche Spannung generiert. Somit kann bevorzugt bei einem feststehenden Referenzmagnetfeld die gemessene Spannung zur relativen Lagebestimmung des Halls-Sensors zu diesem Magnetfeld genutzt werden. Durch dieses Messprinzip kann insbesondere eine Abstandsmessung (und somit Spannungs- bzw. Dehnungsmessung) zwischen verschiedenen Bereichen auf dem Halbleitersubstrat realisiert werden.
Ein kapazitives Sensorelement beruht bevorzugt auf dem Prinzip einer messbaren Änderung der Kapazität eines Kondensators bei einer Variation des Abstands zwischen den Kondensatorplatten (Elektroden). Hierzu sind eine Vielzahl verschiedener Implementierungen denkbar, beispielsweise in Form jeweils von Kondensatorplatte auf dem Halbleitersubstrat, als auch durch (MEMS-) Kammstrukturen, bei denen je nach Ausführungsform die Kammüberdeckung und/oder der Kammabstand variiert werden können.
Ein Fachmann kennt verschiedene Sensorelemente sowie Materialien, welche bevorzugt verwendet werden können, um resistive, bevorzugt piezoresistive, optische, magnetische, induktive und/oder kapazitive Messungen von Verformungen, Spannungen, Kräften und/oder Drehmomenten des Halbleitersubstrats zu ermöglichen.
Bevorzugt wird der gesamte Sensorchip umfassend die Sensorelemente sowie bevorzugt die elektronische Schaltung bevorzugt vollintegriert in CMOS-Technologie aufgeführt. CMOS steht für die englische Bezeichnung complementary metal oxide semiconductor.
Vorzugsweise liegen die Sensorelemente auf einem Halbleitersubstrat gemeinsam mit einer elektronischen Schaltung zur Auswertung und/oder Steuerung der Sensorelemente angeordnet vor und stehen mit dieser über elektrische Verbindungen, welche beispielsweise durch Drahtbonds erfolgen und/oder im Halbleitersubstrat, z. B. durch Leiterbahnen angelegt sind, in Kontakt. Das Halbleitersubstrat fungiert insbesondere als mechanischer Träger, kann zudem aber auch elektrische Funktionen realisieren, z. B. elektrische Verbindungen für die einzelnen Komponenten bereitstellen.
Bevorzugte elektronische Schaltungen umfassen ohne Beschränkung eine integrierte Schaltung (IC), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine programmierbare logische Schaltung (PLD), ein Field Programmable Gate Array (FPGA), einen Mikroprozessor, einen Mikrocomputer, eine speicherprogrammierbare Steuerung und/oder eine sonstige elektronische, bevorzugt programmierbare, Schaltung.
Mittels einer elektronischen Schaltung und/oder weiterer elektronischen Komponenten auf dem Sensorchip kann bevorzugt bereits ein Auslesen und/oder eine (Vor-)Verarbeitung der Messdaten der Sensorelemente erfolgen. Zu diesem Zweck kann auf dem Sensorchip oder einem Schaltungsträger beispielsweise ein Multiplexer (MUX, zum Auslesen der Signale mehrere Sensorelemente), ein Operationsverstärker (z.B. differential difference amplifier (DDA) mit variabler Verstärkung) oder Analog-zu-digital-Wandler (analog-to-digital converter, ADC) zur Wandlung der Signale in digitale Daten vorliegen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit dazu eingerichtet ist, eine Regelung der Zuführung des Fadens anhand der Messung des Sensors in einem geschlossenen Regelkreis vorzunehmen, wobei bevorzugt die Regelungseinheit dazu eingerichtet ist, durch den geschlossenen Regelkreis die Fadenspannung auf Zielwerte und/oder einen zeitlichen Verlauf von Zielwerten zu führen.
Vorteilhafterweise wird insbesondere durch den geschlossenen Regelkreis eine nuancierte und adaptive Einstellung der Fadenspannung ermöglicht. Insbesondere kann vorteilhaft während des Flechtvorgangs eine im Wesentliche konstante Fadenspannung beibehalten werden bzw. starke Spannungsänderungen oder Peaks verhindert werden.
Dem durchschnittlichen Fachmann ist bekannt, dass durch einen geschlossenen Regelkreis im Allgemeinen eine vorgegebene Größe (Regelgröße) auf einen gewünschten Wert (Sollwert, synonym auch Zielwert) gebracht werden soll, indem ein Istwert gemessen und nachgeregelt wird.
Im erfindungsgemäßen Kontext ist die Regelgröße vorzugsweise die Fadenspannung des Fadens. Der Istwert der Fadenspannung wird bevorzugt durch den Sensor gemessen. Innerhalb der Regelungseinheit liegen vorzugsweise Werte und/oder Wertebereiche (beispielsweise durch Referenzdaten) von Fadenspannungen vor, die einen wünschenswerten Zustand des Fadens, insbesondere der Fadenspannung, beschreiben. Diese Werte und/oder Wertebereiche, auf die die Fadenspannung gebracht werden soll, entsprechen den vorgegebenen Zielwerten.
Zum Erreichen eines Zielwertes bzw. Sollwertes wird bevorzugt durch den Motor die Rotation der Fadenspule gesteuert. Anders ausgedrückt, wird durch die Steuerung der Fadenspule durch den Motor die Rotation der Fadenspule während der Abwicklung des Fadens geregelt. Dabei wird die Fadenspannung bevorzugt durch die Rotation der Fadenspule, insbesondere durch eine Anpassung der Winkelgeschwindigkeit, gesteuert. Ist die Fadenspannung über dem Sollwert oder dem Sollbereich, wird vorzugsweise die Fadenspannung verringert, indem bevorzugt die Winkelgeschwindigkeit der Fadenspannung erhöht wird. Ist umgekehrt die Fadenspannung unter dem Sollwert oder unter dem Sollbereich, wird vorzugsweise die Fadenspannung erhöht, indem bevorzugt die Winkelgeschwindigkeit reduziert wird. Vorteilhafterweise kann durch einen geschlossenen Regelkreis eine effiziente Optimierung der Fadenspannung erfolgen, die besonders zuverlässig ist und Geflechte mit hoher Qualität bietet.
Bevorzugt wird die Steuerung der Rotation der Fadenspule vom Motor übernommen. Der momentane Wert der Fadenspannung, der Istwert, wird durch den Sensor gemessen. Anhand des bevorzugt in der Regelungseinheit befindlichen Sollwertes ist bevorzugt die Regelungseinheit dazu eingerichtet, eine Regelabweichung zu ermitteln. Beispielsweise kann die Regelabweichung die Differenz aus Sollwert und Istwert sein, d. h. die Differenz von der gemessenen Fadenspannung und dem Sollwert der Fadenspannung. Vorzugsweise wird durch die Regelungseinheit auf Basis der Regelabweichung eine Steuergröße ermittelt, sodass die Rotation der Fadenspule derart angepasst wird, um die Fadenspannung auf den Zielbereich zu führen.
Hierzu liegt auf der Regelungseinheit oder einer externen Datenverarbeitung bevorzugt eine Software installiert vor, umfassend Algorithmen, um die Anpassung zu ermitteln. Hierbei könnten bevorzugt Algorithmen der künstlichen Intelligenz zum Tragen kommen, welche anhand der Anwendung verschiedener Materialien eine optimale Fadenspannung und damit eine geeignete Einstellung der Rotation der Fadenspule vornehmen erlangen können. Vorzugsweise erfolgt die Steuerung der Rotation der Fadenspule zum Erhalt einer gewünschten Fadenspannung durch den Motor.
In bevorzugten Ausführungsformen können auf der Regelungseinheit selbst oder auf einer mit der Recheneinheit verbundenen externen Datenverarbeitungseinheit auch Referenzdaten gespeichert vorliegen, welche vorzugsweise eine Korrelation der Fadenspannung mit anderen Parametern des Flechtvorgangs, beispielsweise einer Materialauswahl des Fadens oder den laufenden Maschinenparametern, ermöglichen.
Typischerweise können die Referenzdaten auf einem rechnernutzbaren oder rechnerlesbaren Medium in der Regelungseinheit oder einer externen Datenverarbeitungseinheit gespeichert werden. Dabei kann jedes in der Industrie gebräuchliche Format verwendet werden. Die Referenzdaten können in einer separaten Datei gespeichert und/oder in den Computercode oder die Software (z. B. in den Quellcode) integriert werden, welche bevorzugt auf der Regelungseinheit installiert vorliegt.
Die Referenzdaten können z. B. als Nachschlagetabelle, Parameter oder als Bereiche für eine mathematische Beziehung bereitgestellt werden, die eine Korrelation von physikalischen Größen des Flechtvorgangs ermöglicht. Die Referenzdaten können beispielsweise durch eine Durchführung geeigneter Kalibrierungsexperimente gewonnen werden. Ein geeigneter Wert für die Fadenspannung und/oder ein Ziel- oder Toleranzbereich für die Fadenspannung kann vorzugsweise durch Referenzdaten gegeben sein.
Zur Bestimmung geeigneter Wert für die Fadenspannung und/oder eines Ziel- oder Toleranzbereiche, können nicht nur statistische Analysen oder modellbasierte Berechnungen, sondern bevorzugt auch Algorithmen der künstlichen Intelligenz zum Einsatz kommen.
In bevorzugten Ausführungsformen können mit Algorithmen der künstlichen Intelligenz, bevorzugt mit Machine-Learning Algorithmen umfassend Supervised Learning, Unsupervised Learning und/oder Reinforcement Learning, Referenzdaten für eine geeignete Fadenspannung, insbesondere für einen Ziel- oder Toleranzbereich der Fadenspannung, ermittelt werden.
Die künstliche Intelligenz wird hierbei als Oberbegriff eingesetzt, der mehrere Technologien umfasst, beispielsweise das Machine-Learning. Im Sinne der Erfindung bezeichnen Machine-Learning-Algorithmen einen Teilbereich der künstlichen Intelligenz (Artificial Intelligence). Machine-Learning nutzt dabei mathematische und statistische Modelle, um aus Datenbeständen zu „lernen“. Im Allgemeinen haben Machine-Learning-Algorithmen den Vorteil, dass Informationen, die für einen menschlichen Beobachter zu komplex sind, automatisch aus einem großen Datensatz extrahiert werden können. Es gibt eine Vielzahl von Machine-Learning-Algorithmen, die sich im Wesentlichen in drei unterschiedliche Lernverfahren unterscheiden lassen: Supervised Learning, Unsupervised Learning und Reinforcement Learning.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Supervised-Learning für die Analyse oder Verarbeitung der durch Sensor aufgenommenen Messdaten über die Fadenspannung genutzt. Beim Supervised-Learning Verfahren wird zunächst ein sogenannter Trainingsprozess durchgeführt. Hierbei werden Trainingsdaten in Form von Eingabedaten zusammen mit den entsprechenden Zieldaten bereitgestellt. Der Zweck eines Trainings ist allgemein in Machine-Learning-Verfahren, Parameter einer Funktion so anzupassen, dass die Funktion anschließend in der Lage ist, den Zielwert mit hoher Genauigkeit von dem entsprechenden Eingabewert zu bestimmen. Die angepasste Funktion wird dann nach dem Trainingsprozess zur Vorhersage von Zieldaten für zuvor nicht sichtbare Eingabedaten verwendet. Die Funktion wird dabei durch ein mathematisches und/oder statistisches Modell beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird hierbei die Funktion durch Support Vektor Machine, Bayes Netze und/oder Entscheidungsbäume ausgestaltet. Besonders bevorzugt wird die Funktion durch ein künstliches neuronales Netz beschrieben. Hierbei können die künstlichen neuronalen Netze erfindungsgemäß verschiedene Architekturen aufweisen. Im Kontext der Erfindung sind die Eingabedaten bevorzugt durch aufgenommene Messdaten über die Fadenspannung bestimmt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren des Unsupervised-Learning für die Analyse und/oder Verarbeitung der aufgenommenen Messdaten über die Fadenspannung genutzt. Beim Unsupervised-Learning versucht der Algorithmus in den Eingabedaten Muster zu erkennen, die von einem strukturlosen Rauschen abweichen. Die Funktion im Trainingsprozess orientiert sich dabei nur an den Ähnlichkeiten der Eingabedaten und passt ihre Parameter dementsprechend an, sodass keine Ausgabedaten für den Trainingsprozess verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden anhand des Unsupervised-Learning-Verfahrens Segmentierungen bzw. Clustering der Eingabedaten oder aber auch bevorzugt Komprimierungen der Eingabedaten durchgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Unsupervised Learning Algorithmus bevorzugt die Hauptkomponentenanalyse (Principal Component Analysis (PCA)) und/oder den KMeans-Algorithmus und/oder mindestens ein neuronales Netz.
In beiden der oben benannten Verfahren werden in einem ersten Schritt sogenannte Trainingsprozesse zum Ermitteln von optimalen Parametern einer o. g. Machine-Learning-Funktion durchgeführt. Anhand der angepassten Funktion werden nach dem Training verschiedene Aussagen für vorher unbekannte Eingabedaten getätigt.
In einer weiteren bevorzugten Variante wird das Verfahren des Reinforcement-Learning für die Verarbeitung der aufgenommenen Messdaten über die Fadenspannung genutzt. Beim Reinforcement Learning (Lernen durch Verstärkung) Verfahren findet hingegen der Trainingsprozess kontinuierlich auch nach Anpassung der Parameter einer Funktion statt. Über „Trial and Error“ werden Auswirkungen verschiedener Aussagen anhand der angepassten Funktion für bisher unbekannte Eingabedaten beobachtet und bewertet. Als Reaktion auf diese Aussagen erhält der Algorithmus ein Feedback, abstrakt dargestellt in Form einer Belohnung oder Bestrafung, woraufhin der Algorithmus die Funktion anhand ihrer Parameter weiter optimiert. Dementsprechend passt der Algorithmus die Funktion des Machine-Learning-Verfahrens kontinuierlich an bzw. verändert diesen. Bevorzugt kann das Reinforcement Learning die Q-Learning Methode und/oder o. g. neuronale Netze und/oder weitere neuronale Netze sowie weitere für den Fachmann bekannte Algorithmen nutzen.
Die genannten Algorithmen haben sich vorteilhaft als zuverlässig erwiesen, um Messdaten über die Fadenspannung zu verarbeiten und/oder einen geeigneten Toleranzbereich für die jeweilige Anwendung des Klöppels zu ermitteln.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit dazu eingerichtet ist, die Regelung der Zuführung des Fadens durch eine Anpassung einer Drehzahl und/oder eines Drehmoments des Motors vorzunehmen.
Die Drehzahl des Motors gibt bevorzugt an, wieviele mechanische Drehungen innerhalb einer Zeiteinheit, beispielsweise pro Minute, möglich sind. Die mechanischen Drehungen werden bevorzugt durch Komponenten wie beispielsweise Getriebe, Getriebewellen, Kurbeln, Kurbelwellen und/oder Pleueln durchgeführt. Vorzugsweise geht eine hohe Drehzahl mit einer hohen Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule einher und entsprechend eine niedrigere Drehzahl mit einer Verringerung der Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule, um bevorzugt über die Änderung der Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule die Anpassung der Rotation der Fadenspule vorzunehmen.
Ebenfalls ist es bevorzugt, die Regelung der Zuführung des Fadens durch eine Anpassung des Drehmoments des Motors vorzunehmen. Das Drehmoment beschreibt bevorzugt die Kraft, die mithilfe eines Hebelarms auf einen Drehpunkt wirkt. Ein höheres Drehmoment geht ebenfalls mit einer Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit einher und umgekehrt, sodass zur Erhöhung der Fadenspannung bevorzugt das Drehmoment des Motors verringert wird und für eine Verringerung der Fadenspannung bevorzugt das Drehmoment erhöht.
Vorzugsweise wird hierzu eine entsprechende Regelung durch die Regelungseinheit übernommen und entsprechende Steuerbefehle bzw. -signale an den Motor übertragen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel eine Kommunikationseinheit aufweist, wobei die Kommunikationseinheit mit einer Steuerung der Flechtmaschine und/oder einer externen Datenverarbeitungseinheit datenverbunden ist, wobei bevorzugt die Kommunikationseinheit dazu eingerichtet ist, Steuerbefehle für die Zuführung des Fadens an den Flechtkern von einer speicherprogrammierbaren Steuerung der Flechtmaschine und/oder einer externen Datenverarbeitungseinheit zu empfangen und/oder durch den Sensor aufgenommene Messwerte an die Steuerung der Flechtmaschine und/oder eine externe Datenverarbeitungseinheit zu versenden.
Vorzugsweise können durch die Kommunikationseinheit Steuerbefehle empfangen werden, sodass die Fadenspannung auch außerhalb des Klöppels als solcher geregelt werden kann. Mithin können bevorzugt durch die von der Kommunikationseinheit empfangenen Steuerbefehle die Drehzahl und/oder das Drehmoment des Motors angepasst werden, sodass die Rotation der Fadenspule für eine geeignete Fadenspannung angepasst werden kann. Bevorzugt wird die Rotation der Fadenspule durch eine Änderung, vorzugsweise eine Erhöhung oder Verringerung, der Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule erzielt.
Beispielsweise kann es auch bevorzugt sein, während des Flechtvorgangs die Fadenspannung zu verändern. Mithin kann es durch die Kommunikationseinheit ermöglicht werden, die Fadenspannung ausgehend von der Steuerung der Flechtmaschine und/oder der externen Datenverarbeitungseinheit anzupassen.
Durch die Kommunikationseinheit können bevorzugt auch Messdaten des Sensors und/oder zusätzlicher Sensoren an eine Steuerung der Flechtmaschine und/oder eine externe Datenverarbeitungseinheit übermittelt werden. Hierdurch kann vorteilhaft eine besondere detaillierte Erfassung und Protokollierung für den Flechtprozess relevanter Parameter, wie eine Fadenspannung, erfolgen. Zudem können Nutzer auf eventuelle Störungen oder Risiken für den Flechtvorgang, wie beispielsweise eine erhöhte oder verringerte Fadenspannung, hingewiesen werden. Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass eine direkte Integration in loT-Netzwerken (Internet of things) möglich ist, sodass ein Fehlerfall besonders schnell erkannt und entsprechende Maßnahmen zügig eingeleitet werden können.
Ebenfalls wird vorteilhaft eine kontinuierliche Rückverfolgbarkeit des Flechtvorgangs gewährleistet, was besonders bei sicherheitsrelevanten Bauteilen relevant ist. Prozessparameter wie die Fadenspannung können eindeutig verschiedenen Bestandteilen der Flechtmaschine zugeordnet werden, beispielsweise dem Material des Fadens. Eine Zuordnung von Prozessparameter kann in der Regelungseinheit, in der Steuerung der Flechtmaschine und/oder in der externen Datenverarbeitungseinheit erfolgen.
Im Sinne der Erfindung bezeichnet die Kommunikationseinheit somit bevorzugt eine Sende- und/oder eine Empfangseinheit. Die Kommunikationseinheit stellt bevorzugt dahingehend eine Empfangseinheit dar, dass sie Steuerbefehle zur Regelung der Fadenspannung empfangen kann. Weiterhin kann die Kommunikationseinheit dahingehend eine Sendeeinheit bilden, dass sie Messdaten an Steuerung der Flechtmaschine und/oder externe Datenverarbeitungseinheit übertragen kann.
Die Übertragung von Daten und/oder Informationen über die Kommunikationseinheit erfolgt bevorzugt durch gerichtete oder ungerichtete elektromagnetische Wellen, wobei der Bereich des genutzten Frequenzbands je nach Anwendung und verwendeter Technik von wenigen Hertz (Niederfrequenz) bis hin zu mehreren hundert Terahertz (sichtbares Licht) variieren kann. Erfindungsgemäß werden können verschiedenste Datenübertragungsverfahren genutzt werden, wobei beispielhaft Bluetooth, WLAN, ZigBee, Thread, RFID, NFCoder, zellulare Mobilfunknetze (insbesondere Campusnetze) im Radiofrequenzbereich sowie IrDA und optischer Richtfunk (FSO) im infraroten bzw. optischen Frequenzbereich genannt werden soll.
Im Sinne der Erfindung bezeichnet eine Steuerung (oder Steuereinheit) der Flechtmaschine bevorzugt eine Einheit, welche sämtliche Komponenten der Flechtmaschine, beispielweise einen Antrieb des Flechtkernes und/oder eine Rotation der Flügelräder auf einem Maschinenbett, steuert. Vorzugsweise ist die Steuerung eine programmierbare Steuerung.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuerung der Flechtmaschine eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS, englisch programmable logic controller, PLC). Eine SPS ist bevorzugt ein Gerät, das zur Steuerung oder Regelung der Flechtmaschine eingesetzt und auf digitaler Basis programmiert wird. Vorzugsweise bezeichnet eine SPS ein digitales elektronisches System mit einem programmierbaren Speicher, das bevorzugt zur Steuerung und/oder Regelung der Flechtmaschine eingesetzt wird. In bevorzugten Ausführungsformen ist die SPS mit der bevorzugten Kommunikationseinheit datenverbunden und kann Informationen über den Wert und/oder den Verlauf der Fadenspannung erhalten.
In bevorzugten Ausführungsformen kann ein Datenaustausch, insbesondere über die gemessene Fadenspannung, zwischen der Kommunikationseinheit und einer externen Datenverarbeitungseinheit erfolgen. Eine externe Datenverarbeitungseinheit bezeichnet im Sinne der Erfindung bevorzugt eine externe Recheneinheit, die dazu eingerichtet sein kann, Daten auszulesen, bevorzugt auch auszuwerten. Beispielsweise kann die externe Datenverarbeitungseinheit ein PC, ein Tablet-Computer und/oder ein mobiles Endgerät, wie z. B. ein Smartphone, sein. Beispielsweise kann eine Information der Fadenspannung durch die Kommunikationseinheit an die externe Datenverarbeitungseinheit in Form eines PC, Tablet-Computers, mobilen Endgeräts etc. und einem darauf installierten Computerprogramm übermittelt werden. Mittels der externen Datenverarbeitungseinheit kann vorteilhafterweise eine umfangreichere Auswertung der Fadenspannung und/oder weiterer für den Flechtvorgang relevanter Parameter, beispielsweise zur Überwachung und/oder Protokollierung des Betriebs der Flechtmaschine, erfolgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel ein Getriebe umfasst, wobei der Motor bevorzugt ein Getriebemotor ist, wobei bevorzugt das Getriebe ein Schneckengetriebe, ein Stirnradgetriebe, ein Kegelradgetriebe ein Mikrogetriebe, besonders bevorzugt ein Planetengetriebe ist, wobei bevorzugt der Motor ein Elektromotor, besonders bevorzugt ein Gleichstrommotor ist.
Das Getriebe ist vorzugsweise dafür eingerichtet, eine Eingangsdrehzahl am Motor auf eine Ausgangsdrehzahl an der Welle bzw. Fadenspule zu übersetzen. Durch eine geeignete Wahl der Übersetzung kann vorzugsweise ein Erhitzen des Motors verhindert werden, sofern beispielsweise hohe Drehzahlen an der Fadenspule auftreten. Vorzugsweise findet daher durch das Getriebe eine Übersetzung statt, welche eine (schnellere) Drehzahl der Fadenspule auf eine (langsamere) Drehzahl der Motorwelle reduziert. Die Übersetzung kann beispielsweise einen Faktor 2, 3, 4, 5, 10 oder mehr betragen. Vorzugsweise besitzt das Getriebe einen Antrieb, an dem die Drehbewegung des Motors eingespeist wird. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Getriebe einen Abtrieb umfasst, wobei durch den Abtrieb eine Übersetzung der Drehbewegung des Motors an die Welle und/oder der Fadenspule erfolgt.
Vorzugsweise ist das Getriebe ausgewählt aus einer Gruppe umfassend ein Schneckengetriebe, ein Stirnradgetriebe, ein Kegelradgetriebe und/oder ein Winkelgetriebe, besonders bevorzugt ein Planetengetriebe ist. Insbesondere Planetengetriebe oder auch Umläufergetriebe haben sich als besondere vorteilhaft für eine gleichmäßige Übersetzung erwiesen, welche eine präzise und effektive Steuerung der Rotation der Fadenspule durch den Motor erlauben.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der Motor ein Elektromotor, besonders bevorzugt ein Gleichstrommotor ist. Vorzugsweise ist der Motor ein Getriebemotor. Ein Getriebemotor bezeichnet bevorzugt eine Kombination umfassend ein Getriebe und einen Motor. Die Verbindung zwischen den beiden Komponenten kann vorzugsweise direkt erfolgen, beispielsweise, jedoch nicht hierauf beschränkt, durch eine Pressverbindung, eine Klebeverbindung, Schweißen, eine Vielkeilverzahnung und/oder Passfedern. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die Verbindung zwischen Motor und Getriebe durch ein Zwischenstück erfolgen, wie beispielsweise einen Adapter.
Die genannten Motoren und/oder Getriebe haben sich in ihrer Funktionstüchtigkeit als besonders leistungsstark erwiesen, um die Steuerung der Rotation der Fadenspule zur Regelung der Fadenspannung vorzunehmen. Vorteilhaft sind die genannten Motoren und/oder Getriebe zudem kostengünstig, robust und einfach im oder am bevorzugten Klöppel anbringbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit dazu eingerichtet ist, durch eine Stelleinheit einen Klöppelfuß auszurichten, sodass ein Flechtwinkel regulierbar ist.
Vorteilhaft kann durch eine Regelung des Flechtwinkels die Struktur des herstellbaren Geflechts optimiert werden. Vorzugsweise ergibt sich der Flechtwinkel aus dem Verhältnis aus Antriebsgeschwindigkeit des Klöppels und einer Abzugsgeschwindigkeit. Die Abzugsgeschwindigkeit bezeichnet bevorzugt die Geschwindigkeit, mit der der Kern bewegt wird, beispielsweise durch die Abzugseinheit, sodass Fäden mehrerer Klöppel auf der Oberfläche des Klöppels geflochten werden. Eine langsame Abzugsgeschwindigkeit bewirkt einen eher hohen Flechtwinkel, während eine schnelle Abzugsgeschwindigkeit einen eher geringen Flechtwinkel zur Folge hat. Durch einen eher hohen Flechtwinkel wird bevorzugt dichtes und dickes Geflecht gebildet, während ein geringer Flechtwinkel bevorzugt ein loses und leicht verschiebbares Geflecht bildet. Bei einem kleinen Flechtwinkel sind die Flechtfäden eher in Längsrichtung des Kerns orientiert, bei einem großen Flechtwinkel mehr in Umfangsrichtung. Der Flechtwinkel ergibt sich aus der Relation der Vorschubgeschwindigkeit des Flechtkerns und der Umlaufgeschwindigkeit der Flechtspulen.
Je höher die Geschwindigkeit des Kerns ist, beispielsweise durch eine Abzugseinheit, umso mehr orientieren sich die abgelegten Fäden in Kernlängsrichtung, sodass sich der Flechtwinkel verringert. Die Abzugsgeschwindigkeit, die bevorzugt notwendig ist, damit sich ein bestimmter gewünschter Flechtwinkel auf dem Kern einstellt, hängt von der Umlaufdauer einer Fadenspule um den Kern und dem Kernumfang ab. Vorteilhaft kann durch eine Verschiebung und/oder Neigung der Stelleinheit der Klöppelfuß ausgerichtet werden, sodass auch Einfluss auf den Flechtwinkel genommen werden kann, wodurch die Ausgestaltung des Geflechts ebenfalls angepasst werden kann. Vorteilhaft können sich hierdurch verschiedene Typen von Geflechten bilden, die in vielseitigen Anwendungsbereichen eingesetzt werden können.
Bevorzugt kann die Stelleinheit in einen unteren Bereich des Trägergestells des Klöppels bzw. einem Klöppelfuß integriert vorliegen.
Der Klöppelfuß bezeichnet bevorzugt eine Komponente, die am Trägergestellt befestigt werden kann oder Teil des Trägergestells ist. Vorzugsweise wird der Klöppelfuß mit dem Flügelrad verbunden, sodass mehrere Klöppel in in sich geschlossene Bahnen geführt werden.
Die Stelleinheit kann bevorzugt einen Aktuator, beispielsweise einen Spindelantrieb, umfassen, welcher vorzugweise eine Ausrichtung des Trägergestells des Klöppels in Bezug auf das Maschinenbett ermöglicht. Hierdurch kann vorzugsweise der Flechtwinkel in Abhängigkeit einer gewünschten Anwendung reguliert und insbesondere optimiert werden.
Vorzugsweise befindet sich auf der Stelleinheit ein Energiespeicher. Der Energiespeicher kann bevorzugt für den Betrieb des Motors und/oder weiterer elektronischer Komponenten wie beispielsweise des Sensors, der Regeleinheit oder einer Kommunikationseinheit eingesetzt werden. Der Energiespeicher ist beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, ausgewählt aus einer Gruppe umfassend eine Batterie und/oder ein Akkumulator.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Flechtmaschine umfassend mindestens einen erfindungsgemäßen Klöppel oder bevorzugten Ausführungsformen davon.
Vorteilhaft ist der Klöppel für eine Vielzahl von Flechtmaschinen einsetzbar. Bevorzugt ist die Flechtmaschine ausgewählt aus einer Gruppe umfassend einen Tischflechter, einen Packungsflechter, einen Rundflechter und/oder einen Radialflechter.
Ein Tischflechter bezeichnet bevorzugt eine Flechtmaschine, bei der bevorzugt auf einem Maschinengestell eine Tischplatte angeordnet ist. Vorzugsweise ist auf der Tischplatte eine Grundplatte angebracht, die den zentrischen Flechtkopf aufnimmt. Mit dem Flechtkopf ist bevorzugt die Gesamtheit an Klöppeln gemeint, die für den Betrieb der Flechtmaschine eingesetzt wird. Bevorzugt befindet sich der Flechtkern oberhalb der Klöppel, an dessen Oberfläche das Geflecht gebildet wird.
Packungsflechter bilden bevorzugt eine Sonderform der konventionellen Rundflechtmaschine. Die Flügelräder sind bevorzugt nicht hintereinander, sondern nach der Querschnittsform des zu bildenden Geflechts angeordnet. Vorzugsweise bewegen sich die Klöppel auf mehreren, nahezu geradlinigen Bahnen, die sich untereinander kreuzen. Es ist nicht zwangsläufig gegeben, dass alle Bahnen des Klöppels die gleiche Form aufweisen, jedoch ist bevorzugt jeder Bahn eine Klöppelserie zugehörig. Die Kreuzung der Bahnen bewirkt die mehrfache Verkreuzung der Fäden in Dickenrichtung des Geflechts, sodass vorzugsweise ein dreidimensionales Geflecht entsteht.
Ein Rundflechter (auch Rundflechtmaschine) ist bevorzugt eine Flechtmaschine, die eine Grundplatte aufweist, die bevorzugt ringförmig ausgestaltet ist. Die bevorzugt ringförmige Grundplatte wird vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zum Boden auf einem Gestell angeordnet. Die Klöppel sind bevorzugt auf der vorzugsweise ringförmigen Grundplatte positioniert, wobei es bevorzugt ist, dass die Klöppel im Wesentlichen axial gerichtet sind.
Ein Radialflechter weist eine ähnliche Bauweise wie ein Rundflechter auf, allerdings sind bevorzugt die Klöppel auf der Grundplatte radial gerichtet, vorzugsweise in Richtung eines Mittelpunktes der bevorzugt ringförmigen Grundplatte. Ein Radialflechter ist dahingehend vorteilhaft, dass im Wesentlichen keine radiale Auslenkung der Klöppel erfolgt und somit der Faden effizienter auf den Flechtkern abgewickelt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Flechtmaschine dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel eine Kommunikationseinheit aufweist, wobei bevorzugt die Kommunikationseinheit dazu eingerichtet ist, Steuerbefehle für die Zuführung des Fadens von einer Steuerung und/oder einer externen Datenverarbeitungseinheit zu empfangen und/oder durch den Sensor aufgenommene Messwerte an die Steuerung der Flechtmaschine und/oder externe Datenverarbeitungseinheit zu versenden.
Vorteilhaft können durch die Kommunikationseinheit Steuerbefehle empfangen werden, sodass die Rotation der Fadenspule optimiert werden kann, um eine für den Flechtvorgang geeignete Fadenspannung einstellen zu können. Vorteilhaft kann auch besonders einfach eine Änderung oder Anpassung der Fadenspannung vorgenommen werden, ohne mechanische Eingriffe vornehmen zu müssen. Ebenfalls kann vorteilhaft die Kommunikationseinheit als Sendeeinheit fungieren und aufgenommene Messdaten über die Fadenspannung an die Steuerung der Flechtmaschine und/oder externe Datenverarbeitungseinheit übermitteln, sodass eine besonders genaue Überwachung des Flechtvorgangs ermöglicht wird, insbesondere hinsichtlich der Fadenspannung und/oder möglicher Fehlerquellen des Flechtvorgangs.
Vorteilhafterweise sind hierbei keine Rüstzeiten mehr nötig, um mechanische Einstellungen an der Flechtmaschine und/oder am Klöppel vorzunehmen. Stattdessen können vorteilhaft ausgehend von der Steuerung der Flechtmaschine und/oder der externen Datenverarbeitungseinheit gewünschte Einstellungen erfolgen.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Flechtverfahren zum Flechten eines Fadens entlang eines Flechtkerns unter Verwendung des bevorzugten Klöppels dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel einen Motor zur Steuerung der Rotation der Fadenspule und Zuführung des Fadens an den Flechtkern sowie einen Sensor zur Aufnahme von Messdaten über eine Fadenspannung umfasst und wobei eine Regelungseinheit in Abhängigkeit von Messdaten des Sensors über die Fadenspannung eine Regelung der Steuerung der Rotation der Fadenspule durch den Motor vornimmt.
Vorteilhaft kann durch das bevorzugte Flechtverfahren eine besonders zuverlässige, nuancierte und adaptive Regelung der Fadenspannung erfolgen. Besonders vorteilhaft ist der Umstand, dass eine automatische Regelung der Fadenspannung ermöglicht wird, ohne dass prozessineffiziente Eingriffe vorgenommen werden müssen. Somit wird eine erhebliche Reduktion der Rüstzeiten des Flechtverfahrens erlangt, beispielweise ist ein Austausch von Federn zur Anpassung der Fadenspannung nicht mehr notwendig.
Die Fadenspannung wird bevorzugt durch die Steuerung der Rotation der Fadenspule über den Motor geregelt. Durch den Motor kann insbesondere die Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule reguliert werden, wobei ausgehend von der Fadenspule der Faden an den Flechtkern geführt wird. Messdaten über die Fadenspannung können durch den Sensor aufgenommen werden, die mit der Regelungseinheit datenverbunden ist und aufgenommenen Messdaten an die Regelungseinheit übermittelt, um zu erkennen, ob eine Fadenspannung in einem Ziel- oder Toleranzbereich vorliegt. Ist die Fadenspannung über einen erwünschten Wert oder Wertebereich, wird vorzugsweise die Fadenspannung verringert, in dem die Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule erhöht wird. Umgekehrt wird bei einer zu niedrigen Fadenspannung die Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule verringert, sodass die Fadenspannung erhöht wird. Durch die vorteilhaft automatische Regelung der Fadenspannung durch eine Steuerung der Rotation der Fadenspule wird von einem Nutzer kein spezifisches technisches Fachwissen benötigt, um eine Optimierung der Fadenspannung er erlangen. Das bevorzugte Flechtverfahren ist in einer Vielzahl von Anwendungen vorteilhaft einsetzbar.
Insbesondere kann zudem mithilfe des bevorzugten Flechtvorgang eine erheblich verbesserte Qualität des Geflechts erreicht werden, wobei zusätzlich zur Regelung der Fadenspannung in Vorzugsformen auch ein optimierter Flechtwinkel erreicht werden kann.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass mithilfe von einem oder mehreren Sensoren für den Flechtvorgang relevante Parameter aufgenommen werden können, wodurch eine besonders detaillierte Erfassung und Protokollierung des Flechtprozesses zur Qualitätssicherung erfolgen kann. Weiterhin wird die Analyse von Fehlerquellen erleichtert und eine zuverlässige Rückverfolgbarkeit ermöglicht.
Der durchschnittliche Fachmann erkennt, dass technische Merkmale, Definitionen und Vorteile bevorzugter Ausführungsformen, welche für den erfindungsgemäßen Klöppel beschrieben wurden, gleichermaßen für die erfindungsgemäße Flechtmaschine und das Flechtverfahren gelten, und umgekehrt.
Die erfindungsgemäßen Aspekte sollen im Folgenden anhand von Beispielen näher erläutert werden, ohne auf diese Beispiele beschränkt zu sein.
FIGUREN
Figurenliste

1 Schematische Darstellung eines bevorzugten Klöppels
2 Vergleich einer Fadenspannung zwischen einem herkömmlichen Klöppel und dem bevorzugten Klöppel

Detaillierte Beschreibung der Figuren
In der 1 wird eine schematische Darstellung eines bevorzugten Klöppels 1 gezeigt.
Der Klöppel 1 umfasst eine Fadenspule 3, die mit einem Trägergestell 5 rotierbar befestigt und dazu eingerichtet ist, für die Zuführung des Fadens eine Rotation auszuüben. Weiterhin weist der Klöppel 1 einen Motor 7 auf, der zur Steuerung der Rotation der Fadenspule 3 und der Zuführung des Fadens eingesetzt wird. Zudem weist der Klöppel 1 einen Sensor 9 auf. Durch den Sensor 9 werden Messdaten über die Fadenspannung des Fadens aufgenommen. Durch eine Regelungseinheit 11 kann mithilfe der vom Sensor 9 aufgenommenen Messdaten die Fadenspannung geregelt werden, in dem eine Regelung der Rotation der Fadenspule 3 durch den Motor 7 vorgenommen wird.
Beispielhafte Möglichkeiten zur Anbringung des Sensors 9 sind durch zwei gekreuzte Vierecke eingezeichnet, um beispielsweise den Sensor 9 an einer Halterung einer Welle 13 am Trägergestell 4 anzubringen. Durch eine Auslenkung an der Halterung der Welle 13 kann über den Sensor 9 auf Messdaten über die Fadenspannung geschlossen werden. Vorteilhaft wird durch die Anbringung des Sensors 9 an der Halterung der Welle keine direkte Berührung mit dem Faden benötigt, sodass ein Abrieb des Fadens verhindert wird, da eine reibungsfreie Messung ermöglicht wird. Die Welle 13 dient der Übersetzung einer Drehbewegung und/oder eines Drehmoments des Motors 7. Der Motor 7 kann durch einen Energiespeicher 23 betrieben werden, wobei eine Verbindung zwischen dem Motor 7 und der Welle 13 durch ein Getriebe 21 vorliegt.
Vorteilhafterweise wird es durch den Klöppel 1 ermöglicht, eine automatische Regelung der Fadenspannung zu ermöglichen. Die automatische Regelung der Fadenspannung erfolgt mithilfe der Regelungseinheit 11, die Messdaten des Sensors 9 aufnimmt und dazu eingerichtet ist, diese auszuwerten, ob die Fadenspannung in einem geeigneten Wertebereich liegt. Liegt der Wert der Fadenspannung nicht in einem geeigneten Wertebereich vor, kann durch den Motor 7 die Rotation der Fadenspule 3 gesteuert werden, insbesondere indem eine Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule 3 erhöht (bei zu erhöhter Fadenspannung) oder verringert wird (bei zu niedriger Fadenspannung). Durch die automatische Regelung der Fadenspannung werden vorteilhaft keine Stillstandszeiten der Flechtmaschine benötigt, um entsprechende Maßnahmen für einen gewünschten Wert der Fadenspannung auszuführen, sodass ein besonders effizienter Flechtvorgang bereitgestellt wird.
Der Sensor 9 kann auch an einem Zuführelement 15 angebracht sein, um Messdaten über die Fadenspannung aufzunehmen (nicht eingezeichnet). Durch das Zuführelement kann der Faden mit erhöhter Präzision an den Flechtkern (nicht eingezeichnet) für die Bildung des Geflechts zugeführt werden. Der Sensor 9 kann ein Ringkraftmesser, ein Ringkraftsensor, ein Dehnmessstreifen und/oder ein Sensorchip sein. Ein Sensorchip ist dahingehend vorteilhaft, dass mechanische Verformungen und/oder Spannungen auf einem Halbleitersubstrat durch eine elektronische Schaltung zur Auswertung dieser eine besonders präzise Feststellung der Fadenspannung bietet.
Weiterhin kann die Regelungseinheit dazu eingerichtet sein, durch eine Stelleinheit 17 einen Klöppelfuß 19 auszurichteten, sodass auch ein Flechtwinkel regulierbar ist. Hierdurch kann ebenfalls vorteilhaft eine Erhöhung der Qualität erzielt und positiver Einfluss auf die Ausgestaltung des Geflechts vorgenommen werden.
Bezugszeichenliste

1: Klöppel
3: Fadenspule
5: Trägergestell
7: Motor
9: Sensor
11: Regelungseinheit
13: Welle
15: Zuführelement
17: Stelleinheit
19: Klöppelfuß
21: Getriebe
23: Energiespeicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005089901 A [0008]
CN 103173928 A [0009]
DE 102008033561 A1 [0010]
DE 102019101619 A1 [0011]
DE 102014016381 A1 [0012]

Claims

Klöppel (1) für eine Flechtmaschine umfassend eine Fadenspule (3) für eine Zuführung eines Fadens an einen Flechtkern, wobei die Fadenspule (3) an einem Trägergestell (5) des Klöppels (1) rotierbar befestigt vorliegt und dazu eingerichtet ist, bei einem Betrieb der Flechtmaschine für die Zuführung des Fadens an den Flechtkern eine Rotation durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel (1) einen Motor (7) zur Steuerung der Rotation der Fadenspule (3) und der Zuführung des Fadens an den Flechtkern sowie einen Sensor (9) zur Aufnahme von Messdaten über eine Fadenspannung umfasst und wobei eine Regelungseinheit (11) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Messdaten des Sensors (9) eine Regelung der Steuerung der Rotation der Fadenspule (3) durch den Motor (7) vorzunehmen.
Klöppel (1) nach dem vorherigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass eine Übersetzung einer Drehbewegung und/oder eines Drehmoments zwischen dem Motor (7) und der Fadenspule (3) über eine Welle (13) erfolgt, welche über eine Halterung im Trägergestell (5) rotierbar gelagert vorliegt, wobei der Sensor (9) an oder innerhalb der Welle (13) und/oder an oder innerhalb der Halterung angeordnet vorliegt.
Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergestell (5) des Klöppels (1) ein Zuführelement (15) mit einer Öffnung für die Zuführung des Fadens an den Flechtkern umfasst, wobei der Sensor (9) und/oder zusätzliche Sensoren an oder innerhalb des Zuführelement (15) angeordnet vorliegen.
Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (9) zur Messung mechanischer Verformungen und/oder Spannungen eingerichtet ist, vorzugsweise zur Messung einer Spannung, Kraft und/oder eines Drehmomentes, wobei es sich bei dem Sensor besonders bevorzugt um einen Ringkraftsensor, einen Dehnmesstreifen oder einen Sensorchip handelt.
Klöppel (1) nach dem vorherigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip ein oder mehrere Sensorelemente zur Messung mechanischer Verformungen und/oder Spannungen auf einem Halbleitersubstrat umfasst sowie bevorzugt eine elektronische Schaltung zur Auswertung und/oder Steuerung der Sensorelemente.
Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (11) dazu eingerichtet ist, eine Regelung der Zuführung des Fadens anhand der Messung des Sensors (9) in einem geschlossenen Regelkreis vorzunehmen, wobei bevorzugt die Regelungseinheit (11) dazu eingerichtet ist, durch den geschlossenen Regelkreis die Fadenspannung auf Zielwerte und/oder einen zeitlichen Verlauf von Zielwerten zu führen.
Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (11) dazu eingerichtet ist, die Regelung der Zuführung des Fadens durch eine Anpassung einer Drehzahl und/oder eines Drehmoments des Motors vorzunehmen.
Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (11) dazu eingerichtet ist, durch eine Stelleinheit (17) einen Klöppelfuß (19) auszurichten, sodass ein Flechtwinkel regulierbar ist.
Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel eine Kommunikationseinheit aufweist, wobei die Kommunikationseinheit mit einer Steuerung der Flechtmaschine und/oder einer externen Datenverarbeitungseinheit datenverbunden ist, wobei bevorzugt die Kommunikationseinheit dazu eingerichtet ist, Steuerbefehle für die Zuführung des Fadens an den Flechtkern von einer Steuerung der Flechtmaschine und/oder einer externen Datenverarbeitungseinheit zu empfangen und/oder durch den Sensor (9) aufgenommene Messwerte an die Steuerung der Flechtmaschine und/oder externe Datenverarbeitungseinheit zu versenden.
Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel (1) ein Getriebe (21) umfasst, wobei der Motor bevorzugt ein Getriebemotor ist, wobei bevorzugt das Getriebe ein Schneckengetriebe, ein Stirnradgetriebe, ein Kegelradgetriebe, besonders bevorzugt ein Planetengetriebe ist, wobei bevorzugt der Motor (7) ein Elektromotor, besonders bevorzugt ein Gleichstrommotor ist.
Flechtmaschine umfassend mindestens einen Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1-10.
Flechtmaschine nach dem vorherigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel (1) eine Kommunikationseinheit aufweist, wobei bevorzugt die Kommunikationseinheit dazu eingerichtet ist, Steuerbefehle für die Zuführung des Fadens von einer Steuerung und/oder einer externen Datenverarbeitungseinheit zu empfangen und/oder durch den Sensor (9) aufgenommene Messwerte an die Steuerung der Flechtmaschine und/oder externe Datenverarbeitungseinheit zu versenden.
Flechtverfahren zum Flechten eines Fadens entlang eines Flechtkerns unter Verwendung eines Klöppels (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10 dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel (1) einen Motor (7) zur Steuerung der Rotation der Fadenspule (3) und Zuführung des Fadens an den Flechtkern sowie einen Sensor (9) zur Aufnahme von Messdaten über eine Fadenspannung umfasst und wobei eine Regelungseinheit in Abhängigkeit von Messdaten des Sensors (9) über die Fadenspannung eine Regulierung der Steuerung der Rotation der Fadenspule (3) durch den Motor (7) vornimmt.