DE102022100625A1

DE102022100625A1 - Energy-harvesting für eine autarke energieversorgung zum condition-monitoring im flechtprozess

Info

Publication number: DE102022100625A1
Application number: DE102022100625.5A
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 dieser mindestens eine Elektrospule und mindestens einen Permanentmagnet umfasst, welche gegenüberliegend an dem Trägergestell und der Fadenspule angebracht vorliegen. Die Rotation während der Abwicklung des Fadens über den Flechtkern wird dazu genutzt, in der mindestens einen Elektrospule eine Induktionsspannung zu erzeugen. Mithilfe der Induktionsspannung kann eine autarke Energieversorgung von weiteren Komponenten des Klöppels und/oder eine Überwachung des Flechtvorgangs ermöglicht werden.In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Flechtmaschine umfassend einen bevorzugten Klöppel, einen Kit zur Nachrüstung eines Klöppels sowie 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 dieser mindestens eine Elektrospule und mindestens einen Permanentmagnet umfasst, welche gegenüberliegend an dem Trägergestell und der Fadenspule angebracht vorliegen. Die Rotation während der Abwicklung des Fadens über den Flechtkern wird dazu genutzt, in der mindestens einen Elektrospule eine Induktionsspannung zu erzeugen. Mithilfe der Induktionsspannung kann eine autarke Energieversorgung von weiteren Komponenten des Klöppels und/oder eine Überwachung des Flechtvorgangs ermöglicht werden.
In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Flechtmaschine umfassend einen bevorzugten Klöppel, einen Kit zur Nachrüstung eines Klöppels sowie ein Flechtverfahren unter Verwendung des erfindungsgemäßen Klöppels.
Hintergrund und Stand der Technik
Flechtmaschinen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und bezeichnen Geräte, 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 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 relative Bewegung der Klöppel zueinander innerhalb der Flechtmaschine wird es ermöglicht, das Geflecht zu bilden. Häufig sind die Klöppel auf Flügelrädern 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 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.
Im Stand der Technik wird ein Condition Monitoring (zu Deutsch: Zustandsüberwachung) der Flechtmaschinen jedoch größtenteils nicht am Klöppel vorgenommen, bei dem oftmals Ursachen für Fehler entsteht, sondern am Ende der Prozesskette.
Es sind jedoch auch im Stand der Technik Ansätze bekannt, einen Klöppel derart auszustatten, dass für den Flechtvorgang relevante Parameter, wie z. B. die Fadenspannung, während des Flechtvorgangs gemessen werden können. Eine Implementierungvon Sensoren in einen Klöppel liegt insbesondere das Bestreben zu Grunde, eine Prozessüberwachung zur Qualitätssicherung und -Verbesserung zu ermöglichen.
In der DE 19730965 C1 wird beispielsweise ein Verfahren zur Zugkraftmessung an laufenden Fäden offenbart, was insbesondere bei Flechtmaschinen implementiert werden kann. Der Fadengang mehrerer Gruppen von Fäden weist unterschiedliche oder/oder umfangsversetzte Umlaufbahnen um die Systemachse auf. Daher wird zu jeder Fadengruppe ein eigener, stationär angeordneter Zugkraftaufnehmer mit Messfühler zugeordnet, der wiederum von allen Fäden derselben Fadengruppe quer und dabei kurzfristig, z. B. impulsartig, überstrichen wird. Liegen die derart ermittelten Zugkraftwerte sämtlicher Fäden innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs, kann von einer hohen Qualität des Endprodukts ausgegangen werden. Fällt hingegen auch nur ein Zugkraftmesswert aus der Toleranz heraus, kann dies jeweils während des Umlaufs festgestellt werden. Daraufhin können erforderliche Maßnahmen eingeleitet werden, wie z. B. das Auslösen eines akustischen und/oder optischen Alarms, eine Maschinenstillsetzung oder dergleichen. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass durch einen direkten Fadenkontakt über den Messfühler die Qualität des Fadens und/oder des Geflechts beeinträchtigt werden kann.
In Maidl et al. (2018a) wird eine Möglichkeit offenbart, die Fadenspannung ohne einen direkten Kontakt messen zu können. Hierbei wird die Position des Hebels der Fadenspannungseinheit von einem Sensoraufbau erfasst. Der Sensoraufbau umfasst Magneten, die an den Hebeln der Fadenspannungseinheiten der Klöppel angebracht sind und Hallsensoren, die an einem Flechtbett befestigt sind. Zusätzlich wurden in der Nähe der Flechtmaschine LEDs als optischer Indikator angebracht, um dem Wartungspersonal die Position eines anomalen Klöppels zu signalisieren. Sobald ein Hallsensor den Hebel der Fadenspannungseinheit eines Klöppels in einer laufenden Flechtmaschine in seiner obersten Position durch einen entsprechenden Wert der elektrischen Spannung erkennt, wird die entsprechende Fadenspule als Prozessunregelmäßigkeit gewertet. Dabei ändert sich die Position des Magneten und damit auch die an dem Hallsensor zu messende elektrische Spannung.
In Maidl et al. (2021) wird ein Konzept beschrieben, um Sensoren am Flechtring der Flechtmaschine anzubringen. Dabei messen die Sensoren Schwankungen der Kräfte sowohl in axialer als auch in radialer Richtung. Dazu werden zwei Bauweisen von Flechtringen offenbart. Der erste Flechtring besteht umfasst einen äußeren Bereich, einen mittleren Bereich und einen inneren Fadenumlenkring. Der äußere Bereich ist so konzipiert, dass er in einen Standardeinsatz der verwendeten Flechtmaschine hineinpasst. Zur Messung der Verteilung der axialen Kräfte, werden vier um 90° versetzte Sensoren zwischen dem äußeren und dem mittleren Bereich eingebaut. Die zweite Bauweise des Flechtrings umfasst zwei Komponenten, nämlich einen äußeren Bereich und einen Fadenumlenkring. Auf dem äußeren Bereich werden Federelemente angebracht. Zur Messung der resultierenden Radialkräfte während der Zuführung des Fadens werden jeweils vier Drucksensoren in der Mitte der Federelemente positioniert.
In Maidl et al. (2018b) wird ebenfalls ein Sensoraufbau beschrieben, der auf einem Hallsensor und einem Magnet beruht. Die Magnete werden auf einem Hebel der Fadenspannungseinheit angebracht, während der Hallsensor stationär an einem Flechtbett angebracht ist. Da der Hebel drehbar an dem Klöppel positioniert ist, ändern sich der Abstand zwischen Magnet und Hallsensor sowie die Ausrichtung des Magneten zum Hallsensor. Daher ist das Messsignal eine Funktion der Fadenspannung. Die entsprechende Abbildungsfunktion kann aus Experimenten gewonnen werden. Jedes Mal, wenn ein Klöppel den stationären Hallsensor passiert, kann nun die entsprechende Fadenspannung berührungslos durch Anwendung der Abbildungsfunktion bestimmt werden. Da der Hallsensor neben der geschlossenen Bahn des Klöppels angeordnet ist, auf die der Klöppel sich während des Betriebs der Flechtmaschine bewegt, kann ein einziger Hallsensor dazu dienen, Fadenspannungsanomalien aller Spulen auf einer Bahn zu ermitteln. Da es jedoch zwei geschlossene Bahnen mit entgegengesetzten Bewegungsrichtungen gibt, die die Klöppel durchlaufen, sind mindestens zwei Hallsensoren erforderlich, um alle Flechtfäden einer Maschine zu überwachen.
In der DE1 02014016381 A1 wird ein Klöppel offenbart mit einer Antriebseinheit zum Antreiben der Fadenspule und einem Schlitten, der an oder in dem Klöppel verschiebbar angeordnet ist. Ein Positionssensor dient dem Erfassen der Lage des Schlittens und ein Kommunikationsmodul ist zum Empfangen und Senden von Daten eingerichtet. Der Schlitten wird durch die auf das Flechtmaterial aufgebrachte Spannung verlagert bzw. verschoben und die Lage des Schlittens kann durch den Positionssensor präzise erfasst werden. Somit kann die auf das Flechtmaterial aufgebrachte Spannung in Übereinstimmung mit der Verlagerung des Schlittens detektiert werden. Ein Energiespeicher dient der Energiezufuhr des Antriebs und/oder der Energiezufuhr des Kommunikationsmoduls, wodurch ein Datenaustausch für eine Steuer-bzw. Regelvorrichtung zum Vorgeben einer auf das Flechtmaterial aufzubringenden Spannung erfolgen kann. Der Energiespeicher, vorzugsweise in Form eines wieder aufladbaren Akkus, kann beispielsweise über Schleifkontakte von außen mit der entsprechenden Energie versorgt werden oder alternativ über eine externe Energieversorgung mittels Induktion.
Die bisherigen Klöppel des Standes der Technik weisen einige Nachteile auf. Insbesondere werden zur Energieversorgung von Sensoren eine Batterie oder ein Akkumulator als Energiespeicher bereitgestellt, welche, bedingt durch die Notwendigkeit eines Austauschens und/oder Aufladens, prozessineffizient sind. Zum einen kann es zu Ausfällen der Sensoren durch fehlende Energieversorgung und mithin zu einer lückenhaften Prozessüberwachung kommen. Zudem müssen im Falle eines notwendigen Austauschs Standzeiten hingenommen werden, welche sich negativ auf die Produktivität auswirkt. Schleifkontakte zum Aufladen von Akkumulatoren haben sich hingegen als unzuverlässig erwiesen.
Auch hinsichtlich der Überwachung der relevanten Parameter für einen Flechtvorgang weist der Stand der Technik derzeit Nachteile auf.
Bekannte Ansätze für ein Condition Monitoring in peripheren Komponenten der Flechtmaschine lassen nur bedingt Rückschlüsse auf die tatsächlichen Ursachen zu. Eine Fadenbruchdetektion mittels Kraftmesser am Flechtring ist zum Beispiel nicht präzise bei Geschwindigkeitsänderung oder Änderung der Abziehgeschwindigkeit. Bei Geflechten, bei denen der natürliche Flechtpunkt verwendet wird, kommt es zudem nicht zum Kontakt mit dem Flechtring. Auch wird der Fadenbruch erst nach bereits aufgetretenem Qualitätsverlust sichtbar. Periphere Sensoren zur Überwachung des Flechtprozesses können zumeist erst spät im Prozess eingreifen und verfügen daher über geringes Einflussnahmepotential.
Bekannte Methoden zur Fadenspannungsmessung im Klöppel führen oftmals zu zusätzlicher Fadenreibung und einem Zielkonflikt zwischen geringer Spannungsvarianz auf der einen und geringem Faserverschleiß durch Reibung auf der anderen Seite. Zudem ist eine Fadenbruchkontrolle oder Fadenspannungsmessung für Horizontalklöppel nicht bekannt.
Mithin liegt ein Verbesserungsbedarf in der Ausgestaltung von Klöppeln vor, insbesondere um verbesserte Möglichkeiten zur Überwachung und Qualitätssicherung des Flechtvorgangs einer Flechtmaschine zu gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Klöppel bereitzustellen, der die Nachteile des Standes der Technik beseitigt. Insbesondere soll ein Klöppel bereitgestellt werden, welcher verbesserte Möglichkeiten zur Überwachung und/oder Optimierung eines Flechtvorgangs erlaubt, wobei vorzugsweise gleichzeitig eine hohe kontinuierliche Qualitätssicherung des herstellbaren Geflechtes 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 bevorzugt 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 mindestens eine Elektrospule und mindestens einen Permanentmagnet umfasst, wobei die mindestens eine Elektrospule und der mindestens eine Permanentmagnet gegenüberliegend an dem Trägergestell und der Fadenspule derart angebracht vorliegen, dass während einer Rotation der Fadenspule zur Zuführung des Fadens an den Flechtkern in der mindestens einen Elektrospule eine Induktionsspannung erzeugbar ist.
Der bevorzugte Klöppel hat sich in vielerlei Hinsicht als vorteilhaft erwiesen.
Insbesondere kann durch die Induktionsspannung, die aus der Zusammenwirkung der mindestens einen Elektrospule und des mindestens einen Permanentmagneten durch die Rotation der Fadenspule entsteht, Energie bereitgestellt werden, um bevorzugte Komponenten, wie eine Kommunikationseinheit, eine Recheneinheit, Sensoren etc., autark zu versorgen.
Der Klöppel zeichnet sich hierbei durch die Bereitstellung eines effizienten und berührungslosen Energy Harvesting der auftretenden Drehbewegung der Fadenspule aus. Prozessineffiziente und aufwendige Schritte, wie z. B. ein Batteriewechsel oder der Versuch der Versorgung aufladbarer Batterien mittels externer Schleifkontakte, kann vorteilhaft gänzlich vermieden werden. Stattdessen wird die Energie mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt, ohne nachteilig auf den Prozess einzuwirken. Im Gegensatz zu Schleifkontakten wird durch die Ausnutzung des physikalischen Effektes der Induktion berührungslos Energie gewonnen, ohne dass es zu Reibung oder Verschleiß kommen könnte.
Darüber hinaus wurde erfindungsgemäß erkannt, dass die gewonnene Induktionsspannung nicht nur den Betrieb von Sensoren ermöglichen kann, sondern auch selbst für eine zuverlässige Überwachung des Flechtvorgangs geeignet ist.
Besonders vorteilhaft ist es beispielsweise, dass durch die Induktionsspannung ein Fadenbruch auf einfache Weise erkannt werden kann. Voraussetzung für das Auftreten einer Induktionsspannung ist es, dass die Fadenspule eine Rotation durchführt. Wird ein Faden während des Flechtens durchtrennt, findet bereits nach einer kurzen Zeit der Durchtrennung des Fadens keine Rotation der Fadenspule mehr statt. In der Regel wird die Rotation der Fadenspule nicht abrupt aufhören, sondern durch den Drehimpuls eine kurze Zeit weiter rotieren, während die Winkelgeschwindigkeit immer weiter abnimmt.
Hört die Rotation vollständig auf, kann keine Induktionsspannung gemessen werden. Ein Fernbleiben der Induktionsspannung kann mithin als zuverlässiger Indikator für einen Fadenbruch eingeordnet und als solcher detektiert werden. Vorteilhaft erfolgt die Fadenbruchkontrolle berührungslos durch die Messung einer Induktionsspannung. Ein mechanischer Kontakt mit dem Faden zur Detektion von Fadenbrüchen wird nicht benötigt. Auch auf Umlenkrollen und/oder Kraftmesser zur Kontrolle des Fadens kann verzichtet werden.
Die berührungslose Fadenbruchkontrolle beeinträchtigt vorteilhaft mithin nicht eine Materialqualität des Geflechts am Flechtkern und stellt gleichzeitig sicher, dass ein Fadenbruch innerhalb weniger Sekunden zuverlässig erkannt wird. Unbemerkte Qualitätsverluste im Geflecht, wie im Falle einer manuellen Prozessüberwachung, werden ausgeschlossen.
Vorteilhaft kann auf Basis der Induktionsspannung zudem auf weitere für den Flechtvorgang relevante Parameter geschlossen werden, wie insbesondere einer Füllhöhe der Fadenspule. Die Füllhöhe meint hierbei bevorzugt die verbleibende Materialmenge auf der Fadenspule und kann im erfindungsgemäßen Kontext synonym auch als „Fadenfüllstandshöhe“ bezeichnet werden.
Vorteilhafterweise lässt eine Messung der Induktionsspannung auch Rückschlüsse auf die Füllhöhe zu. Während des Betriebs der Flechtmaschine wird bevorzugt der Faden ausgehend von der Fadenspule am Flechtkern geflochten, sodass die Menge an Faden während des Flechtvorgangs an der Fadenspule verringert wird. Die Abwicklung des Fadens geht mit einer Verringerung des Radius des aufgewickelten Fadens einher. Durch eine Verringerung des Radius des Fadens erhöht sich - bei gleichbleibender Zuführgeschwindigkeit des Fadens zum Flechtkern - die Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Fadenspule
Durch die Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule erhöht sich die Induktionsspannung, vorzugsweise proportional, sodass anhand der Messung der Induktionsspannung auf die (verbleibende) Menge an aufgewickelten Faden und/oder die Fadenfüllstandshöhe der Fadenspule geschlossen werden kann. Separate Druck- und/oder Gewichtssensoren zur Bestimmung der Fadenmenge sind nicht notwendig, stattdessen basiert die Bestimmung der Fadenfüllstandshöhe ausschließlich auf einer induktiven, berührungslosen Messung der Rotation der Fadenspule. Das Messprinzip hat sich als besonders verschleißarm, zuverlässig und robust erwiesen, um während des Betriebs der Flechtmaschine eine kontinuierliche Messung oder Approximation der Fadenfüllstandshöhe zu ermöglichen.
Darüber hinaus kann vorteilhafterweise die Anordnung umfassend mindestens eine Elektrospule und mindestens ein Permanentmagnet an dem Trägergestell und/oder an der Fadenspule des Klöppels auf besonders einfache Weise implementiert werden. Vorteilhafterweise eignet sich der erfindungsgemäße Aufbau des bevorzugten Klöppels für eine Vielzahl von Flechtmaschinen und ist nicht auf eine bestimmte Art von Flechtmaschinen beschränkt. Auch der erfindungsgemäße Klöppel ist nicht auf eine bestimmte Bauart beschränkt ist. Der bevorzugte Aufbau umfassend Elektrospule und Permanentmagnet eignet sich sowohl für Vertikalklöppel als auch für Horizontalklöppel, sodass für sämtliche Bauarten eine effiziente Fadenbruchkontrolle ermöglicht wird.
Weiterhin können vorteilhaft auch bereits vorhandene Klöppel und/oder Flechtmaschinen durch den Aufbau der mindestens einen Elektrospule und des mindestens einen Permanentmagneten mit geringem Aufwand nachgerüstet werden. Dies stellt eine besonders wirtschaftliche Möglichkeit zur Digitalisierung konventioneller Klöppel dar. Neben der Ausstattung mit Komponenten, wie z. B. eine Recheneinheit, Kommunikationseinheit, Sensoren wie MEMS-Sensoren etc., kann auf einfache Weise gleichzeitig eine Stromversorgung gewährleistet werden. Komponenten wie Sensoren können bevorzugt mit einer Recheneinheit und/oder Kommunikationseinheit in Verbindung stehen, sodass eine effiziente und zuverlässige Zustandsüberwachung während des Flechtvorgangs möglich ist.
Vorzugsweise wird durch eine Anordnung umfassend mindestens eine Elektrospule und mindestens ein Permanentmagnet gegenüberliegend durch die Rotation der Fadenspule eine Induktionsspannung erzeugt. Die Induktionsspannung ergibt sich durch den Induktionseffekt. Dabei kann es bevorzugt sein, dass die mindestens eine Elektrospule an der Fadenspule und gegenüberliegend am Trägergestell mindestens ein Permanentmagnet angebracht ist. Auch eine umgekehrte Anordnung kann bevorzugt sein.
Durch den Permanentmagneten wird ein Magnetfeld erzeugt, dessen Feldlinien sich durch die Elektrospule erstrecken. Da die Fadenspule während des Betriebs der Flechtmaschine rotiert, bewegt sich die mindestens eine Elektrospule durch das Magnetfeld des Permanentmagneten, sodass sich eine elektrische Spannung, die Induktionsspannung, an der Elektrospule bildet. Dabei kann sich die Elektrospule durch das Magnetfeld des Permanentmagneten bewegen (Elektrospule an Fadenspule und Permanentmagnet an Trägergestell) oder das Magnetfeld bewegt sich (Permanentmagnet an Fadenspule). In beiden Fällen verändert sich die Querschnittsfläche der mindestens einen Elektrospule, die vom Magnetfeld des Permanentmagneten durchdrungen bzw. durchsetzt wird. Vorzugsweise ist die Induktionsspannung abhängig ist von der zeitlichen Veränderung der vom Magnetfeld durchdrungenen Querschnittfläche der Elektrospule und mithin auch von der Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule.
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.
Im Sinne der Erfindung meint bevorzugt eine Anbringung mindestens eines Permanentmagneten (oder mindestens einer Elektrospule) am Trägergestell oder eine Anbringung mindestens einer Elektrospule (oder mindestens eines Permanentmagneten) an der Fadenspule, eine Befestigung (Fixierung) beispielsweise über Verbindungsmittel. Die Begriffe angebracht, fixiert oder befestigt können daher in dem Kontext synonym verwandt werden. Die Verbindung kann stoffschlüssig, kraft- oder formschlüssig erfolgen. Die Anbringung der Permanentmagneten bzw. Elektrospulen am Trägergestell oder der Fadenspule kann gleichermaßen unmittelbar erfolgen oder mittelbar wie beispielsweise über eine Verbindungsschicht, ein Zwischenstück oder einen Adapter. Erfindungsgemäß wird durch die Anbringung des mindestens einen Permanentmagneten bzw. der mindestens einer Elektrospule am Trägergestell oder der Fadenspule bevorzugt gewährleistet, dass der mindestens eine Permanentmagnete bzw. die mindestens eine Elektrospule derart fest mit dem Trägergestell oder der Fadenspule verbunden sind, dass keine Relativbewegung zwischen dem Permanentmagneten bzw. Elektrospule und dem Trägergestell oder der Fadenspule auftritt. Ein Permanentmagnet bzw. eine Elektrospule, welche an der Fadenspule angebracht vorliegt, rotiert mit dieser, während ein Permanentmagneten bzw. eine Elektrospule, welche am Trägergestell angebracht vorliegt im Koordinatensystem des Klöppels stillsteht.
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. Vorzugsweise ist die Grundfläche ein Boden und/oder eine Decke der Fadenspule. Die Fadenspule führt bevorzugt entlang ihrer Längsachse eine Rotation aus, um den Faden in Richtung des Flechtkerns abzuwickeln.
In bevorzugten Ausführungsformen kann die Fadenspule eine Verbindungsoption mit einem Adapter aufweisen. Vorzugsweise kann über den Adapter eine Verbindung zwischen dem Trägergestell und der Fadenspule bereitgestellt werden. Dabei kann es auch bevorzugt sein, dass am Adapter die mindestens eine Elektrospule und gegenüberliegend an der Fadenspule der mindestens eine Permanentmagnet angebracht ist. Eine umgekehrte Anordnung kann ebenfalls bevorzugt sein.
Zum Erhalt einer Induktionsspannung ist es bevorzugt, dass sich der mindestens eine Permanentmagnet und die mindestens eine Elektrospule hinreichend nah gegenüberliegend voneinander positioniert sind. Bevorzugt ist eine der beiden Komponenten an der Fadenspule angeordnet, um durch die Rotation der Fadenspule in Bewegung gesetzt zu werden und damit den Induktionseffekt zu nutzen. Der durchschnittliche Fachmann ist in der Lage, eine hinreichend nahe Positionierung zu gewährleisten, sodass bevorzugt eine nutzbare Induktionsspannung erhalten werden kann. In einigen Beispielen kann eine nahe Positionierung einen Abstand zwischen 0,1 mm und 2 cm, vorzugweist zwischen 0,5 mm und 1 cm meinen.
Eine Elektrospule bezeichnet bevorzugt einen aufgewickelten Draht umfassend elektrisch leitfähiges Material. Daher entspricht bevorzugt die Elektrospule bevorzugt einem aufgewickelten elektrisch leitfähigen Draht. Die Formulierung „aufgewickelter Draht“ meint bevorzugt, dass der Draht Windungen aufweist, wobei bevorzugt die Windungen voneinander isoliert sind. Eine Windung bezeichnet bevorzugt einen Umlauf des Drahtes. In bevorzugten Ausführungsformen ist der elektrisch leitfähige Draht um einen Wickelkörper gewickelt, wobei der Wickelkörper eine Komponente bezeichnet, an dessen Oberfläche die Elektrospule gewickelt und bevorzugt damit der mechanischen Stabilisierung der Elektrospule gilt. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist der Draht ohne einen Wickelkörper gewickelt. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist der Wickelkörper magnetisch. Darüber hinaus kann in weiteren bevorzugten Ausführungsformen innerhalb des Wickelkörpers ein magnetisches Material, ein Spulenkern, vorliegen, um einen Einfluss auf die Induktivität auszuüben. Die Elektrospule kann bevorzugt in Spiralform und/oder mit rechteckigem oder beliebig geformten Querschnitt vorliegen. Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass die Elektrospule in Form einer Scheibenspule, Zylinderspule oder Ringspule angebracht ist. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Elektrospule einen Anker aufweist, wobei der Anker bevorzugt eine elektrisch leitfähige Komponente bezeichnet, um die Induktionsspannung abgreifen zu können. Ebenfalls kann es bevorzugt sein, dass die Elektrospule keinen Anker aufweist. Zur Bereitstellung der Induktionsspannung wird bevorzugt ein Querschnitt der Elektrospule vom Magnetfeld des Permanentmagneten durchsetzt.
Ein Permanentmagnet bezeichnet bevorzugt einen Magnet, der sich durch beständige langanhaltende magnetische Kräfte auszeichnet. Insbesondere können Permanentmagneten ferromagnetische Stoffe (z. B. Eisen) anziehen. Bevorzugt muss kein elektrischer Strom durch den Permanentmagnet fließen, um ein Magnetfeld bereitzustellen. Stattdessen kann vorteilhaft durch den Permanentmagnet selbst ein Magnetfeld bereitgestellt werden. Permanentmagnete haben sich als vorteilhaft erwiesen, um über den Induktionseffekt eine Induktionsspannung und darüber einen elektrischen Strom zu erzeugen. Vorzugsweise bildet sich die Induktionsspannung durch die Wechselwirkung der mindestens einen Elektrospule und des mindestens einen Permanentmagneten über die Rotation der Fadenspule während des Betriebs der Flechtmaschine.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenspule eine Grundfläche und eine Mantelfläche aufweist, wobei der Faden um die Mantelfläche auf- und abwickelbar ist, wobei an der Grundfläche der Fadenspule die mindestens eine Elektrospule angebracht vorliegt und der mindestens eine Permanentmagnet gegenüberliegend an dem Trägergestell fixiert vorliegt, wobei bevorzugt mehrere Elektrospulen entlang eines Umfangs der Grundfläche und/oder mehrere Permanentmagneten an dem Trägergestell beabstandet zueinander vorliegen.
Bevorzugt führt während des Betriebs der Flechtmaschine die Fadenspule eine Rotation durch. Durch die Rotation der Fadenspule wird der Faden abgewickelt, sodass sich ein Geflecht am Flechtkern bildet. Dabei ist es bevorzugt, dass der Faden auf der Mantelfläche aufgewickelt ist, bevor die Bildung des Geflechts während eines Flechtvorgangs erfolgt. Bevorzugt befindet sich an der Grundfläche der Elektrospule die mindestens eine Elektrospule.
Durch die bevorzugte Rotation der Fadenspule zur Abwicklung des Fadens führt auch die mindestens eine Elektrospule eine Rotation durch. Bevorzugt ist gegenüberliegend am Trägergestell mindestens ein Permanentmagnet fixiert. Vorzugsweise erzeugt der Permanentmagnet ein statisches Magnetfeld. Durch die Rotation der mindestens einen Elektrospule, bevorzugt bedingt durch die Rotation der Fadenspule, ändert sich der Querschnitt der Elektrospule, der vom Magnetfeld des Permanentmagneten durchdrungen wird, sodass sich an der Elektrospule eine Induktionsspannung bildet. Mit der Formulierung „Querschnitt der Elektrospule“ ist bevorzugt zumindest eine Teiloberfläche der Elektrospule gemeint, die von senkrecht verlaufenen Magnetfeldlinien des Permanentmagneten durchdrungen wird. Durch die Rotation der Fadenspule ändert sich insbesondere die senkrechte Komponente des Querschnitts.
Durch die Änderung des Querschnitts der Elektrospule, der vom Magnetfeld des Permanentmagneten durchsetzt wird, ändert sich bevorzugt die Induktionsspannung. In bevorzugten Ausführungsformen können sich mehrere Elektrospulen auf der Grundfläche befinden, beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 15, 20, 30, 50, 100 oder mehr.
Bevorzugt werden mehrere Elektrospulen im Wesentlichen entlang eines Umfangs der Grundfläche beabstandet voneinander angeordnet. Weiterhin ist es bevorzugt, dass sich mehrere Permanentmagneten, bevorzugt beabstandet voneinander, gegenüberliegend der Grundfläche am Trägergestell des Klöppels angeordnet werden.
Vorzugsweise entspricht der Verlauf der Anordnung der Permanentmagneten am Trägergestellt im Wesentlichen der Anordnung bevorzugt mehrerer Elektrospulen auf der Grundfläche der Fadenspule. Ebenfalls kann es bevorzugt sein, dass sich beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 15, 20, 30, 50, 100 oder mehr Permanentmagneten gegenüberliegend der Fadenspule am Trägergestell des Klöppels angebracht sind. Somit wird durch die bevorzugte Anordnung bzw. Wechselwirkung der mindestens einen Elektrospule an der Grundfläche der Fadenspule und des mindestens einen Permanentmagneten gegenüberliegend der Grundfläche am Trägergestell eine Induktionsspannung erzeugt, die durch die Rotation der Fadenspule resultiert. Da lediglich eine relative Bewegung von Permanentmagnet und Elektrospule für die Erzeugung der Induktionsspannung entscheidend ist, kann auch eine umgekehrte Anordnung der mindestens einen Elektrospule und des mindestens einen Permanentmagneten bevorzugt sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenspule eine Grundfläche und eine Mantelfläche aufweist, wobei der Faden um die Mantelfläche auf- und abwickelbar ist, wobei an der Grundfläche der Fadenspule der mindestens eine Permanentmagnet angebracht vorliegt und die mindestens eine Elektrospule gegenüberliegend an dem Trägergestell fixiert vorliegt, wobei bevorzugt mehrere Permanentmagneten entlang eines Umfangs der Grundfläche und/oder mehrere Elektrospulen an dem Trägergestell beabstandet zueinander vorliegen.
Auch mit einer Anordnung durch bevorzugt mindestens einen Permanentmagneten an der Grundfläche der Fadenspule kann durch die Rotation der Fadenspule eine Induktionsspannung an der Elektrospule erzeugt werden. Die Bildung der Induktionsspannung erfolgt auf äquivalente Weise wie bei der Anordnung der mindestens einen Elektrospule an der Grundfläche der Fadenspule. Nunmehr führt bevorzugt allerdings nicht die mindestens eine Elektrospule, sondern der mindestens eine Permanentmagnet eine Rotation durch. Gegenüberliegend des mindestens einen Permanentmagneten liegt bevorzugt mindestens eine Elektrospule am Trägergestell des Klöppels vor. Durch die Rotation der Fadenspule während der Abwicklung des Fadens ändert sich mithin der vom Magnetfeld des Permanentmagneten durchsetzte Querschnitt der mindestens einen Elektrospule. Folglich wird eine Induktionsspannung an der mindestens einen Elektrospule am Trägergestell erzeugt. In bevorzugten Ausführungsformen können sich mehrere Permanentmagneten auf der Grundfläche befinden, beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 15, 20, 30, 50, 100 oder mehr.
Bevorzugt werden mehrere Permanentmagenten im Wesentlichen entlang eines Umfangs der Grundfläche beabstandet voneinander angeordnet. Weiterhin ist es bevorzugt, dass sich mehrere Elektrospulen, bevorzugt beabstandet voneinander, gegenüberliegend der Grundfläche am Trägergestell des Klöppels angeordnet werden.
Vorzugsweise entspricht der Verlauf der Anordnung der Elektrospulen am Trägergestellt im Wesentlichen der Anordnung bevorzugt mehrerer Permanentmagneten auf der Grundfläche der Fadenspule. Ebenfalls kann es bevorzugt sein, dass beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 15, 20, 30, 50, 100 oder mehr Elektrospulen am Trägergestell angeordnet sind. Vorteilhaft kann durch eine Anordnung der mindestens einen Elektrospule und des mindestens einen Permanentmagneten eine Induktionsspannung erzeugt werden, durch die vorteilhaft eine effiziente Überwachung und/oder Energiebereitstellung ermöglicht wird. Durch eine Erhöhung der Anzahl an Permanentmagneten und/oder Elektrospulen kann vorteilhaft die erzeugbare Induktionsspannung intensiviert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass anhand der erzeugten Induktionsspannung eine Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule feststellbar ist, wobei bevorzugt anhand der Winkelgeschwindigkeit eine Füllhöhe des Fadens auf der Fadenspule und/oder ein Riss des Fadens feststellbar ist.
Vorteilhafterweise kann durch die Induktionsspannung ein Wert der Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule approximiert und/oder berechnet werden. Bevorzugt erfolgt dies über einen Wert der Induktionsspannung. Hierbei wird ausgenutzt, dass die Induktionsspannung proportional zur zeitlichen Änderung des vom Magnetfeld des Permanentmagneten durchsetzten Querschnitts der Elektrospule ist, welche von der Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule abhängt. Je höher die Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule ist, desto höher ist auch die zeitliche Änderung des vom Magnetfeld durchsetzten Querschnitts der Elektrospule.
Die Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule ist wiederum abhängig von der Fadenfüllstandshöhe, da eine höhere Fadenfüllstandshöhe mit einem größeren Radius der Fadenmenge einhergeht. Weist die Fadenspule eine erhöhte Fadenfüllstandshöhe auf, ist die Winkelgeschwindigkeit niedriger, als wenn bereits ein erhöhter Anteil des Fadens von der Fadenspule abgewickelt wurde.
Vorteilhafterweise kann durch die Anzahl der Elektrospulen und der Permanentmagneten, der Windungszahlen der Elektrospulen, des Abstandes zueinander und der Induktionsspannung eine Winkelgeschwindigkeit approximiert und/oder berechnet werden und darüber wiederrum die entsprechende Fadenfüllstandshöhe. Vorteilhafterweise kann durch die Induktionsspannung somit auch die Menge, beispielsweise als Restmasse, des übriggebliebenen Fadens auf der Fadenspule ermittelt werden. Insbesondere kann vorteilhaft durch die Beschleunigung in Folge der Verringerung des Durchmessers des aufgewickelten Fadens beim Abwickeln unter Kenntnis des ursprünglichen Durchmessers der Fadenspule und des Durchmessers der Mantelfläche der Fadenspule eine (verbleibende) Fadenfüllstandshöhe approximiert werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass ein eventuell entstandener Fadenbruch besonders einfach und effizient erkannt werden kann. Wird nach einigen Sekunden, beispielsweise nach ca. 5 Sekunden, keine Induktionsspannung mehr erfasst, so deutet dies auf einen Fadenbruch hin. Bei einem Fadenbruch wird der Faden zwischen Fadenspule und Flechtkern durchtrennt, d. h. gerissen, sodass keine Fadenverbindung mehr zwischen der Fadenspule und dem Flechtkern vorliegt. Durch einen Fadenbruch hört auch die Rotation der fadenspule entsprechend auf, sodass unmittelbar nach einem Fadenbruch die Induktionsspannung verringert wird, bis die Rotation der Fadenspule gänzlich gestoppt wird und keine Induktionsspannung messbar ist. Die Induktionsspannung hat sich als ein besonders als zuverlässiges und störungsfreies Signal erwiesen, um einen Fadenbruch und/oder eine Fadenfüllstandshöhe zu ermitteln. Die durch die Rotation der Fadenspule resultierende Induktionsspannung kann bevorzugt ebenfalls für den Betrieb von Komponenten wie Sensoren genutzt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel einen Sensor aufweist, ausgewählt aus einer Gruppe umfassend einen Spannungssensor zur Messung einer Spannung des Fadens, einen Gewichtssensor, einen Geschwindigkeitssensor und/oder einen Beschleunigungssensor. Vorteilhaft können auch diese Sensoren mittels der erfindungsgemäß bereitgestellten Induktionsspannung betrieben werden. Ein separater Energiespeicher, wie eine Batterie oder ein Akkumulator ist vorteilhaft nicht notwendig, um beispielsweise Sensoren zu betreiben, die bevorzugt dazu eingerichtet sind, Parameter zu messen, die für den Flechtvorgang relevant sind.
In bevorzugten Ausführungsformen sind die genannten Sensoren MEMS-Sensoren, d. h. Sensoren, welche auf der MEMS-Technologie beruhen. 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.
Bevorzugt werden die genannten Sensoren am Klöppel selbst verbaut und können vorzugsweise durch die an der Fadenspule resultierende Induktionsspannung betrieben werden. Die Betriebstauglichkeit der Sensoren kann beispielsweise durch eine elektrische Verbindung, beispielsweise über Leiterbahnen, zwischen der mindestens einen Elektrospule und den einen oder mehreren genannten Sensoren ermöglicht werden.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der Sensor ein Spannungssensor zur Messung der Spannung des Fadens, bevorzugt ein MEMS-Spannungssensor. Mit der Spannung des Fadens ist bevorzugt die mechanische Spannung gemeint. In bevorzugten Ausführungsformen wird der Spannungssensor an einer Fadenführungseinheit des Klöppels angebracht. Mit der Fadenführungseinheit ist bevorzugt eine Komponente gemeint, über die der Faden hindurch gelangt, um bevorzugt zielgerichtet in Richtung des Flechtkerns gebracht zu werden.
In bevorzugten Ausführungsformen ist eine Fadenführungseinheit eine Öffnung des Gestells durch die der Faden geführt wird und der Spanungssensor positioniert wird, beispielsweise am Rand der Öffnung, um bevorzugt durch Berührungen des Fadens mit einem Gehäuse und/oder Substrat des Spannungssensors eine Spannung zu messen.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist der Spannungssensor an einer Welle oder einer Achse verbunden, die für eine mechanische Verbindung zwischen dem Trägergestell und der Fadenspule sorgt.
Vorzugsweise ist der Spanungssensor ein MEMS-Spannungssensor. Vorzugsweise umfasst der MEMS-Spannungssensor Sensorelemente, wie beispielsweise piezoresistive Strukturen. Vorzugsweise liegen mehrere Sensorelemente vor, wobei die Sensorelemente an unterschiedlichen Positionen auf einem Substrat angeordnet sein können, sodass eine besonders präzise Messung der Fadenspannung ermöglicht wird. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass ein Faden eine Kraft beispielsweise auf eine Welle oder Achse der Fadenspule überträgt, welche auf das Substrat wirkt und von den Sensorelementen erfasst wird, die abhängig ist von der Fadenspannung, sodass eine Fadenspannung gemessen werden kann. Durch die Vielzahl von Sensorelemente kann eine besonders präzise Messung einer Verteilung von Verformungen und/oder Spannungen vorgenommen werden, welche aufgrund in Abhängigkeit der Fadenspannung auf den MEMS Spannungssensor wirkt.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist Spannungssensor ein Dehnungsmessstreifen (abgekürzt mit DMS). DMS basieren bevorzugt auf der Änderung des elektrischen Widerstands durch Längen- und Querschnittsänderung. Wird ein DMS gedehnt, so nimmt sein Widerstand zu. Wird er gestaucht, so nimmt sein Widerstand ab. Die Längenänderung ist ebenfalls abhängig von der Fadenspannung. Je höher die Fadenspannung ist, desto höher ist auch eine Längenänderung des DMSs.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor ein Gewichtssensor oder ein Drucksensor. Mittels eines Gewichts- oder Drucksensors kann bevorzugt eine Gewicht der Fadenspule festgestellt werden, um Rückschlüsse auf die Menge an aufgewickeltem Flechtmaterial zu ermöglichen. Bevorzugt wird der Druck- oder Gewichtssensor an bzw. unterhalb der Fadenspule oder einer Halterung angebracht, um die Verringerung des Spulengewichts während der Abwicklung des Fadens zu überwachen. Vorteilhaft kann auch der Druck- oder Gewichtssensor durch die an der Elektrospule erzeugte Induktionsspannung betrieben werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor ein Geschwindigkeitssensor. Ein Geschwindigkeitssensor misst vorzugsweise die zurückgelegte Strecke oder den zurückgelegten Winkel pro Zeiteinheit. Somit wird durch den Geschwindigkeitssensor bevorzugt für die Bestimmung einer Bahngeschwindigkeit und/oder die Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule genutzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor ein Beschleunigungssensor ist. Bevorzugt arbeiten Beschleunigungssensoren und/oder Sensoren zur Messung der Winkelgeschwindigkeit nach einem Feder-Masse- oder Stimmgabelprinzip. Beim Feder-Masse-Prinzip wird bevorzugt die Verformung und/oder Bewegung einer Feder über Kapazitätsveränderungen oder den Piezoeffekt gemessen. Beim Stimmgabelprinzip schwingen vorzugsweise magnetisch angeregte Kammstrukturen, deren Auslenkung erfasst werden, beispielsweise durch eine elektronische Schaltung und/oder MEMS-Bauteil.
Die genannten Sensoren eignen sich besonders gut, um eine umfassend Überwachung des Flechtprozesses zu gewährleisten. Vorteilhafterweise können durch die genannten Sensoren bereits während des Flechtvorgangs relevanter Parameter gemessen werden. Ebenfalls ist die Anbringung der bevorzugten Sensoren am Klöppel selbst besonders vorteilhaft, da typischerweise nachteilige Effekte vom Klöppel ausgehen, beispielsweise eine unerwünschte Fadenspannung. Vorteilhaft können durch die Sensoren somit Fehler deutlich früher erkannt werden, nämlich bevorzugt bereits während des Flechtvorgangs, als im Stand der Technik, wo es üblich war, eine Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) in der Peripherie vorzunehmen. Die Peripherie meint bevorzugt eine oder mehrere Komponenten der Flechtmaschine, die nicht Teil des Klöppels sind. So konnte im Stand der Technik beispielsweise eine niedrige Materialqualität nach dem Flechtvorgang am Geflecht selbst erkannt werden. Der bevorzugte Klöppel, insbesondere in Kombination mit einem oder mehreren der genannten Sensoren, kann vorteilhafterweise Fehler oder unerwünschte Effekte bereits während des Flechtvorgangs erkennen. Vorteilhaft können somit besonders schnell Maßnahmen ergriffen werden, um die Fehler zu beheben.
Besonders bevorzugt werden eine oder mehrere der genannten Sensoren in Kombination mit der Recheneinheit und/oder der Kommunikationseinheit am Klöppel verbaut. So kann es bevorzugt sein, dass die Recheneinheit eine Auswertung der durch die Sensoren gemessenen Parameter vornimmt. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die Auswertung der mit einem oder mehreren Sensoren gemessenen Parameter in Kombination mit einem Wert der Induktionsspannung erfolgen. Ebenfalls ist es bevorzugt, dass durch die Sensoren gemessene Werte über die Kommunikationseinheit an eine externe Datenverarbeitungseinheit und/oder eine Steuerung der Flechtmaschine übertragen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel eine Kommunikationseinheit aufweist, wobei die Induktionsspannung für eine Energieversorgung der Kommunikationseinheit nutzbar ist, wobei bevorzugt die Kommunikationseinheit dazu eingerichtet ist, eine Information über die erzeugte Induktionsspannung an eine Steuerung, vorzugsweise eine programmierbare Steuerung, der Flechtmaschine und/oder eine externe Datenverarbeitungseinheit zu senden.
Die Kommunikationseinheit dient bevorzugt dem drahtlosen Senden von aufgenommenen Informationen der Induktionsspannung, die durch die Rotation der Fadenspule an der Elektrospule erzeugt wird. Bevorzugt wird durch das Erzeugen der Induktionsspannung die Energieversorgung der Kommunikationseinheit ermöglicht, die bevorzugt dazu eingerichtet ist, eine Information an eine Steuerung der Fadenflechtmaschine und/oder externe Datenverarbeitungseinheit zu übermitteln. Demnach ist die Kommunikationseinheit bevorzugt eine Sendeeinheit. So kann es bevorzugt sein, durch die an der Elektrospule resultierende Induktionsspannung insofern eine Betriebstauglichkeit der Kommunikationseinheit zu ermöglichen, dass eine elektrische Verbindung zwischen der Elektrospule und der Kommunikationseinheit gebildet wird, um die Induktionsspannung zur Energieversorgung der Kommunikationseinheit zu nutzen.
Bevorzugt ist die Kommunikationseinheit dazu eingerichtet, durch das Erzeugen der Induktionsspannung ein Signal, bevorzugt ein elektromagnetisches Signal, an eine Steuerung der Flechtmaschine und/oder externe Datenverarbeitungseinheit zu senden. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Kommunikationseinheit dazu eingerichtet, ein von der Induktionsspannung abhängiges Signal zu emittieren. Vorteilhafterweise kann durch das emittierte Signal eine besonders effiziente Informationsübermittlung über die Induktionsspannung und/oder Überwachung des Flechtvorgangs während des Betriebs der Flechtmaschine ermöglicht werden. Vorteilhaft kann beispielsweise ein momentaner Wert, ein Durchschnittswert und/oder ein Verlauf der Induktionsspannung an eine Steuerung der Flechtmaschine und/oder eine externe Datenverarbeitungseinheit kabellos versendet werden. In bevorzugten Ausführungsformen kann die Auswertung eines Werts und/oder eines Verlaufs der Induktionsspannung von der Steuerung der Flechtmaschine und/oder der externen Datenverarbeitungseinheit vorgenommen werden, sodass beispielsweise eine Winkelgeschwindigkeit und/oder eine Fadenfüllstandshöhe durch bevorzugte Rechenschritte ermittelt werden können.
Vorteilhafterweise kann besonders einfach über das bevorzugte Anbringen einer Kommunikationseinheit ein Fadenbruch erkannt und an einen Nutzer kommuniziert werden. Da es bevorzugt ist, dass durch die Induktionsspannung eine Energiequelle für die Kommunikationseinheit bereitgestellt wird, wird während der Bereitstellung der Kommunikationseinheit ein elektromagnetisches Signal ausgehend von der Kommunikationseinheit emittiert. Liegt ein Fadenbruch vor, hört die Rotation der Fadenspule nach einer gewissen Zeit auf, beispielsweise nach ca. 5 - 10 Sekunden. Wird entsprechend kein elektromagnetisches Signal nach ca. 5 - 10 Sekunden von der Steuerung der Flechtmaschine und/oder externen Datenverarbeitungseinheit durch die Kommunikationseinheit empfangen, ist dies ein sicheres Indiz für einen Fadenbruch. Somit kann vorteilhafterweise eine besonders effiziente Überwachung ermöglicht werden, sodass beispielsweise ein Nutzer an der Steuerung der Flechtmaschine und/oder der externen Datenverarbeitungseinheit durch ein Fernbleiben des Signals über einen Fadenbruch informiert wird. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass eine kontinuierliche Überwachung des Betriebs der Flechtmaschine ermöglicht wird.
Begriffe wie im Wesentlichen, ungefähr, etwa, ca. etc. beschreiben bevorzugt einen Toleranzbereich von weniger als ± 40 %, bevorzugt weniger als ± 20 %, besonders bevorzugt weniger als ± 10 %, noch stärker bevorzugt weniger als ± 5 % und insbesondere weniger als ± 1% und umfassen stets den exakten Wert. Ähnlich beschreibt bevorzugt Größen, die ungefähr gleich sind.
Durch die Kommunikationseinheit können bevorzugt auch Messwerte der Sensoren und/oder ausgewertete Informationen auf Basis der Messung der Sensoren an eine Steuerung der Flechtmaschine und/oder eine externe Datenverarbeitungseinheit übermittelt werden. Hierdurch kann 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 Fadenspannung, hingewiesen. Die kontinuierliche Überwachung relevanter Parameter des Flechtprozesses am Klöppel und deren drahtlose Übertragung mittels einer Kommunikationseinheit erlaubt somit darüber hinaus ein effektives Eingreifen zur Vorbeugung und/oder Behebung von Prozessstörungen.
In einer weiteren Ausführungsform ist Kommunikationseinheit insbesondere eine Sendeeinheit zur Übermittlung eines Signals, das bevorzugt Informationen über die an der Elektrospule erzeugte Induktionsspannung enthält. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die Kommunikationseinheit eine Empfangseinheit sein, um beispielsweise Signale zu empfangen. 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 programmierbare 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 Induktionsspannung erhalten.
In bevorzugten Ausführungsformen kann ein Datenaustausch, insbesondere über die an der Elektrospule erzeugte Induktionsspannung, zwischen der Kommunikationseinheit und einer externen Datenverarbeitungseinheit. 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 Induktionsspannung 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 Induktionsspannung beispielsweise zur Überwachung und/oder Protokollierung des Betriebs der Flechtmaschine erfolgen.
Anhand der Auswertung und Überprüfung durch den Nutzer kann beispielsweise im Anschluss eine besonders effiziente Anpassung der Flechtmaschine, beispielsweise durch einen Wechsel einer Fadenspule bei Fadenbruch, erfolgen. Vorteilhaft kann ein Nutzer zudem mehrere Klöppel mithilfe einer externen Datenverarbeitungseinheit besonders einfach überwachen, sodass beispielsweise auch Fadenspulenwechsel bei Fadenbrücken besonders schnell durchgeführt und vorteilhaft auch Stillstandszeiten verringert werden.
Durch eine bevorzugte Recheneinheit können vorteilhaft auch Parameter, die mit bevorzugten Sensoren gemessen werden können, ausgewertet werden. So kann vorteilhaft bereits im Klöppel selbst bereits eine (Vor-)Auswertung der mit den Sensoren messbaren Parameter ermöglicht werden, bevor diese an eine externe Datenverarbeitungseinrichtung oder Steuerung der Tablettenpresse übermittelt werden. Vorteilhafterweise können zudem durch die Sensoren kontinuierlich relevante Prozessdaten gewonnen, die mit Datenverarbeitungsmethoden erfasst und/oder ausgewertet werden, um Prozessverbesserungen zu realisieren (Big Data).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel eine Recheneinheit aufweist, wobei die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, eine Auswertung der Induktionsspannung vorzunehmen, wobei vorzugsweise die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, anhand der erzeugten Induktionsspannung eine Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule festzustellen.
Vorteilhaft kann durch die bevorzugte Bereitstellung einer Recheneinheit am Klöppel eine (Vor-)Auswertung der Induktionsspannung vorgenommen werden. Mit der Auswertung der Induktionsspannung ist bevorzugt gemeint, dass Rechenschritte durchgeführt werden, um anhand der Induktionsspannung Informationen, wie z. B. (jedoch nicht darauf beschränkt) eine Winkelgeschwindigkeit, eine Fadenfüllstandshöhe und/oder ein Fadenbruch, zu ermitteln. Bevorzugt wird die Betriebstauglichkeit der Recheneinheit durch die an der Elektrospule resultierende Induktionsspannung ermöglicht, wobei bevorzugt die Recheneinheit mit der Elektrospule elektrisch verbunden ist, bevorzugt durch Leiterbahnen.
Bevorzugt ist die Recheneinheit dazu konfiguriert, entsprechende Rechenoperationen auszuführen, um aus der Induktionsspannung die Winkelgeschwindigkeit und somit die Füllhöhe der Fadenspule zu berechnen. Vorzugsweise ist die Induktionsspannung proportional zur Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule, die wiederrum antiproportional zum Radius ist, wobei sich der Radius bevorzugt durch den Radius der Mantelfläche der Fadenspule in Kombination mit dem Radius des auf der Mantelfläche aufgewickelten Fadens ergibt. Bevorzugt ist die Änderungsrate des vom Magnetfeld des Permanentmagneten durchsetzten Querschnitts der Elektrospule (Fläche pro Zeit) abhängig von der Winkelgeschwindigkeit, wobei bevorzugt die Änderungsrate des vom Magnetfeld durchsetzten Querschnitts der Elektrospule relevant ist für die Induktionsspannung, insbesondere ist diese proportional zur Induktionsspannung. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu konfiguriert, durch mathematische Zusammenhänge ausgehend von der Induktionsspannung einen für den Flechtvorgang relevanten Parameter, wie z. B. die Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule, die Fadenfüllstandshöhe etc., zu berechnen.
Der Begriff „Recheneinheit“ bezieht sich vorzugsweise auf ein beliebiges Gerät, das dazu konfiguriertet werden kann, Rechenoperationen durchzuführen. Bevorzugt ist die Recheneinheit ein Prozessor, ein Prozessorchip, ein Mikroprozessor und/oder ein Mikrocontroller, das vorzugsweise dazu konfiguriert ist, eine Auswertung der Induktionsspannung vorzunehmen. Die Recheneinheit kann auch bevorzugt eine programmierbare Leiterplatte sein, um die Induktionsspannung oder Daten weiterer Sensoren wie beispielweise eines Druck- oder Gewichtssensors verarbeiten zu können. Die Recheneinheit kann auch vorzugsweise ein computerverwendbares oder computerlesbares Medium, wie eine Festplatte, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), einen Flash-Speicher usw. umfassen.
Die Formulierung „Recheneinheit dazu konfiguriert ist“ meint bevorzugt, dass um bestimmte Rechenschritte vorzunehmen, beispielsweise durch die Induktionsspannung eine Winkelgeschwindigkeit und/oder eine Fadenfüllstandshöhe zu approximieren, auf der Recheneinheit ein Computercode und/oder eine Software installiert ist, die bevorzugt in der Lage ist, solche Rechenoperationen durchzuführen. Der Computercode und/oder die Software zur Auswertung der Induktionsspannung kann in einer beliebigen Programmiersprache oder einer modellbasierten Entwicklungsumgebung geschrieben sein, z. B. in C/C++, C#, Objective-C, Java, Basic/VisualBasic, MATLAB, Simulink, StateFlow, Lab View oder Assembler.
Der Computercode und/oder die Software, welche bevorzugt auf der Recheneinheit installiert ist, um beispielsweise ausgehend von der Induktionsspannung einen für den Flechtvorgang relevanten Parameter zu bestimmten, kann als technisches Merkmale betrachtet werden, da eine direkte physische Wirkung des Klöppels, beispielsweise die Induktionsspannung bedingt durch die Rotation der Fadenspule 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 steht dem Fachmann zur Verfügung und kann mit Hilfe von Standardwissen entsprechend installiert werden.
In bevorzugten Ausführungsformen kann auf der Recheneinheit auch Referenzdaten gespeichert vorliegen, welche vorzugsweise eine Korrelation der Induktionsspannung oder Daten anderer Sensoren mit relevanten Parameter für den Flechtprozess, wie z.B. eine Fadenfüllstandshöhe, eine Fadenspannung etc. ermöglichen.
Referenzdaten können mithin Daten betreffen, die eine Korrelation der Induktionsspannung mit einer Winkelgeschwindigkeit und/oder Füllhöhe ermöglichen.
Die Referenzdaten können z. B. als Nachschlagetabelle oder als Parameter für eine mathematische Beziehung bereitgestellt werden, die eine Korrelation der physikalischen Größen ermöglicht. Die Referenzdaten können beispielsweise durch die Durchführung geeigneter Kalibrierungsexperimente gewonnen werden, bei denen die Beziehung zwischen der Induktionsspannung und einer Fadenfüllstandshöhe (oder anderer relevanter Flechtparameter) gemessen werden.
Typischerweise können die Referenzdaten auf einem rechnernutzbaren oder rechnerlesbaren Medium in der Steuereinheit 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 auf der Recheneinheit installiert vorliegt.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die Recheneinheit kombiniert mit einer Kommunikationseinheit vorliegen. Vorteilhaft kann dann eine Auswertung der Induktionsspannung an eine Steuerung der Flechtmaschine und/oder externe Datenverarbeitungseinheit übermittelt werden. Vorteilhafterweise kann somit ein Auswerteergebnis direkt an eine programmierbare Steuerung der Flechtmaschine und/oder eine externe Datenverarbeitungseinheit übermittelt werden, ohne dass eine Auswertung von der programmierbaren Steuerung der Flechtmaschine und/oder der externen Datenverarbeitungseinheit vorgenommen werden muss. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die Kommunikationseinheit mit der Recheneinheit in einer Bauelement vorliegen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel als Horizontalklöppel oder Vertikalklöppel ausgestaltet ist, wobei bevorzugt bei einem Horizontalklöppel die Fadenspule in einer Seitenfläche des Trägergestells rotierbar gelagert vorliegt und eine im Wesentlichen parallele Ausrichtung zu einer Basisfläche des Trägergestells aufweist, wobei bevorzugt bei einem Vertikalklöppel die Fadenspule in einer Basisfläche des Trägergestells rotierbar gelagert vorliegt und zu dieser eine im Wesentlichen senkrechte Ausrichtung aufweist.
Vorteilhafterweise kann durch die bevorzugt resultierende Induktionsspannung an der Elektrospule durch die Rotation der Fadenspule während der Abwicklung des Fadens eine Überwachung und/oder die Auswertung der Induktionsspannung vorgenommen werden, unabhängig von der Ausführung des Klöppels. Somit ist das erfindungsgemäße Prinzip auf Klöppel verschiedenster Bauweise und mithin Flechtmaschinen übertragbar.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der Klöppel als Horizontalklöppel ausgeführt. Ein Horizontalklöppel bezeichnet bevorzugt einen Klöppel, der vorzugsweise dazu eingerichtet ist, eine Fadenspule in im Wesentlichen horizontaler Ausrichtung zu tragen.
Bevorzugt weist der Horizontalklöppel Seitenflächen auf, wobei die Fadenspule vorzugsweise in oder an einer Seitenfläche befestigt wird. Bevorzugt weist die Fadenspule eine im Wesentlichen parallele Ausrichtung zur Basisfläche des Trägergestells auf. Mit der Basisfläche des Trägergestells ist bevorzugt ein Bereich des Trägergestells gemeint, der vorzugsweise einen Stellabschnitt bildet. An dem Stellabschnitt kann sich beispielsweise der Klöppelfuß befinden, der bevorzugt auf einem Flügelrad anbringbar ist. Vorzugsweise ist die Fadenspule oberhalb der Basisfläche angeordnet.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die Seitenfläche im Wesentlichen senkrecht zur Basisfläche gerichtet. Weiterhin ist es bevorzugt, dass eine Grundfläche der Fadenspule gegenüberliegend der Seitenfläche des Trägergestells vorliegt. Vorzugsweise befindet sich an der Seitenfläche des Trägerstell mindestens eine Elektrospule, bevorzugt eine Vielzahl von Elektrospulen. Entsprechend ist es bevorzugt, dass an der Grundfläche der Fadenspule mindestens ein Permanentmagnet, bevorzugt mehrere Permanentmagneten, angeordnet ist, sodass durch eine Rotation der Fadenspule während der Abwicklung des Fadens beim Betrieb der Flechtmaschine sich eine Induktionsspannung an der Elektrospule bildet. Auch kann eine umgekehrte Anordnung bevorzugt sein, d. h. eine Anbringung von mindestens einer Elektrospule, bevorzugt von mehreren Elektrospulen, an der Grundfläche der Fadenspule und entsprechend mindestens ein Permanentmagnet, bevorzugt von mehreren Permanentmagneten, an der Seitenfläche des Trägergestells.
Vorteilhaft wird eine Energiebereitstellung für weiteren Komponenten und/oder eine Überwachung, insbesondere eine Fadenbruchkontrolle, einfach und effizient für Horizontalklöppel ermöglicht, was im Stand der Technik nicht ohne weiteres möglich war. Bevorzugt werden Horizontalklöppel für anspruchsvolle Fasern eingesetzt, z. B. feine Carbonfasern und/oder Keramikfasern, deren Überwachung besonders bestrebt. Vorteilhafterweise wird dies durch den bevorzugten Klöppel erreicht.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist der Klöppel als Vertikalklöppel ausgeführt. Ein Vertikalklöppel bezeichnet bevorzugt einen Klöppel, der vorzugsweise dazu eingerichtet ist, eine Fadenspule in im Wesentlichen vertikaler Ausrichtung zu tragen. Bevorzugt weist der Vertikalklöppel eine Basisfläche auf, wobei die Fadenspule bevorzugt entlang einer im Wesentlichen senkrechten Achse auf der Basisfläche rotierbar angebracht vorliegt.
Mit einer im Wesentlichen senkrechten Achse auf der Basisfläche ist bevorzugt gemeint, dass die Fadenspule mit einer Längsachse, die bevorzugt durch die Länge der Mantelfläche gegeben ist, im Wesentlichen senkrecht zur Basisfläche angebracht wird. Auch beim bevorzugten Fall eines Vertikalklöppels ist mit dem Ausdruck „Basisfläche“ bevorzugt ein Stellabschnitt gemeint, der bevorzugt auf einem Flügelrad positionierbar ist. An dem Stellabschnitt kann sich beispielsweise der Klöppelfuß befinden, der bevorzugt auf einem Flügelrad anbringbar ist. Bevorzugt ist die Fadenspule oberhalb der Basisfläche angeordnet, wobei bevorzugt eine Grundfläche der Fadenspule gegenüber der Basisfläche des Klöppels angebracht ist.
In bevorzugten Ausführungsformen befindet sich die mindestens eine Elektrospule auf der Basisfläche und gegenüberliegend auf der Grundfläche der Fadenspule der mindestens eine Permanentmagnet. Ebenfalls kann auch eine umgekehrte Anordnung bevorzugt sein, wonach der mindestens eine Permanentmagnet an der Basisfläche und gegenüberliegend an der Grundfläche der Fadenspule die mindestens eine Elektrospule angeordnet wird. Durch die Rotation der Fadenspule wird bevorzugt eine Induktionsspannung erzeugt, über die für den Flechtvorgang relevante Parameter und/oder ein Fadenbruch erkannt werden kann. Vorteilhaft können mit der Induktionsspannung auch weitere Komponenten betrieben werden, wie beispielsweise Sensoren, die ebenfalls durch elektrische Verbindungen mit der Elektrospule die Induktionsspannung nutzen können.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Klöppel einen Signalgeber, vorzugsweise einen optischen und/oder akustischen Signalgeber, wobei eine Recheneinheit vorzugsweise dazu konfiguriert ist, bei Feststellung eines Fadenbruchs und/oder einer von einem Normbereich abweichenden Fadenspannung, den Signalgeber zur Ausgabe eines Warnsignales anzusteuern. Ebenso kann es bevorzugt sein, dass der Signalgeber hardwarebasiert, beispielsweise unter Verwendung eines Kondensators, direkt von der Induktionsspannung angesteuert wird, um fehlerhafte Klöppel zu signalisieren. Als Signalgeber eignen sich insbesondere Leuchtdioden (LEDs), welche sich einerseits durch einen geringeren Energieverbrauch auszeichnen und andererseits optisch gut wahrnehmbare Warnsignale generieren können. Vorteilhaft kann hierdurch eine optimierte Überwachung des Flechtvorgangs bereitgestellt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Klöppel dadurch gekennzeichnet, dass der Faden ein Flechtmaterial umfasst, wobei bevorzugt das Flechtmaterial einen Verbundwerkstoff, bevorzugt einen Faserverbundwerkstoff, besonders bevorzugt einen Faserverbundkunststoff, ganz besonders bevorzugt eine Faserverbundkeramik oder einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff umfasst.
Die vorstehend genannten Materialien sind vorteilhafterweise im Rahmen von Flechtvorgängen besonders einfach und kostengünstig zu bearbeiten und eignen sich ebenfalls gut für eine Massenherstellung. Insbesondere haben sich die vorgenannten Materialien als vorteilhaft erwiesen, um Geflechte mit hoher Materialqualität zu bieten.
Faserverbundwerkstoffe sind diesbezüglich besonders vorteilhaft. Durch den Einsatz von Faserverbundwerkstoffen kann vorteilhafterweise ein im Wesentlichen elastisches Materialverhalten des Geflechts bereitgestellt werden. Weiterhin kann vorteilhaft eine hohe Festigkeit und damit besonders hohe Stabilität und Robustheit des Geflechts erzielt werden. Vorteilhafterweise ist damit das Geflecht dynamisch belastbar und weist somit eine überaus hohe Alterungs- und Korrosionsbeständigkeit auf.
Ein Faserverbundwerkstoff bezeichnet bevorzugt ein Verbundwerkstoff, der im Wesentlichen zwei Hauptkomponenten aufweist, nämlich Fasern sowie eine bettende Matrix. Die Fasern dienen bevorzugt der Festigkeit, während bevorzugt die Matrix als Füll- und/oder Klebstoff zwischen den Fasern eingesetzt wird. Durch die gegenseitige Wechselwirkung der beiden Komponenten erhält der Gesamtwerkstoff vorteilhafterweise höherwertige Eigenschaften als die beteiligten Komponenten in einzelner Betrachtung.
Die Fasern sind bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Glasfasern, Kohlenstofffasern (Carbonfasern), Keramikfasern, Aramidfasern, Borfasern, Basaltfasern, Stahlfasern, Naturfasern und/oder Nylonfasern.
Eine Faser ist bevorzugt ein lineares, elementares Gebilde umfassend ein Fasermaterial und eine äußere Faserform. Vorzugsweise ist die Längsform schlicht oder kraus und/oder die Querschnittsform rund oder eckig. Die Faser kann bevorzugt längenbegrenzt sein. Vorzugsweise ist das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Faser mindestens zwischen 3:1 und 1 000:1 liegen, bevorzugt zwischen 3:1 und 100:1, besonders bevorzugt zwischen 5:1 und 10:1.
Ein Faden bezeichnet bevorzugt ein Gebilde, das eine dominierende eindimensionale Erstreckung und eine Gleichmäßigkeit in der Längsrichtung aufweist. Bevorzugt zeichnet sich der Faden dadurch aus, dass dessen Längsachse um ein Vielfaches größer als ist dessen Querachse. Beispielsweise kann der Faden eine Länge aufweisen, die um einen Faktor von ca. 5, 10, 15, 20, 50,100, 1 000, 10 000, 100 000 oder mehr größer ist als dessen Breite. Bevorzugt umfasst der Faden eine Vielzahl von Fasern. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der Faden eine Faser mit endloser Länge (Filament) sein.
Die Wahl der Matrix teilt die Faserverbundwerkstoffe bevorzugt in zwei Gruppen ein, nämlich vorzugsweise in Faser-Kunststoff-Verbunde und andere Faserverbundwerkstoffe. Im Falle eines Faser-Kunststoff-Verbundes ist es bevorzugt, Duromere, Elastomere und/oder Thermoplaste als Matrix einzusetzen. Bei anderen Faserverbundwerkstoffen ist es bevorzugt, als Matrix Metalle, Keramiken und/oder Kohlenstoff einzusetzen. Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei Keramiken erwiesen, was auch als keramischer Faserverbundwerkstoff oder Faserverbundkeramik bezeichnet wird oder Metallmatrix-Verbundwerkstoff erwiesen.
Vorteilhafterweise können Faserverbundkeramiken oder Metallmatrix-Verbundwerkstoff bei der Herstellung auf bestimmte Anforderungen beispielsweise einen besonders geringen Verschleiß oder Korrosionsbeständigkeit eingestellt werden. Faserverbundkeramiken oder Metallmatrix-Verbundwerkstoff zeichne sich zudem durch hohe Festigkeit bei vergleichsweise niedriger Masse aus.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung bevorzugt eine Flechtmaschine umfassend mindestens einen bevorzugten Klöppel.
Der durchschnittliche Fachmann erkennt, dass technische Merkmale, Definitionen und Vorteile bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Klöppel auch für eine Flechtmaschine umfassend einen Klöppel gelten, und umgekehrt.
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 werden. Bevorzugt sind die Klöppel als Horizontalklöppel ausgestaltet und der Flechtkern befindet vorzugsweise 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 Gestellt 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 Ausführungsform ist die Flechtmaschine dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel eine Kommunikationseinheit aufweist, wobei die Induktionsspannung für eine Energieversorgung einer Kommunikationseinheit nutzbar ist, wobei bevorzugt die Kommunikationseinheit dazu eingerichtet ist, eine Information über die Induktionsspannung an eine Steuerung der Flechtmaschine und/oder eine externe Datenverarbeitungseinheit zu senden.
Bevorzugt wird die Induktionsspannung durch die Rotation der Fadenspule bereitgestellt. Dabei kann es bevorzugt sein, dass sich auf einer Grundfläche der Fadenspule mindestens eine Elektrospule befindet, bevorzugt eine Vielzahl von Elektrospulen. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass gegenüberliegend der Fadenspule mindestens ein Permanentmagnet angeordnet ist, bevorzugt eine Vielzahl von Permanentmagneten. Durch die Rotation der Fadenspule wird auch die mindestens eine Elektrospule an der Grundfläche rotiert. Hierbei ändert sich durch die Rotation der vom Magnetfeld des Permanentmagneten Querschnitt der Elektrospule, sodass sich durch den Induktionseffekt eine Induktionsspannung an der Elektrospule bildet. Die Induktionsspannung kann bevorzugt an einem Ende der mindestens eine Elektrospule abgegriffen werden, bevorzugt durch eine elektrische Verbindung, wie beispielsweise Leiterbahnen.
Ebenfalls ist eine umgekehrte Anordnung im erfindungsgemäßen Sinne bevorzugt, d. h., dass der mindestens eine Permanentmagnet an der Grundfläche der Fadenspule angeordnet sein kann, bevorzugt mehrere Permanentmagneten und entsprechend die mindestens eine Elektrospule gegenüberliegend am Trägergestell, bevorzugt mehrere Elektrospulen. Das Prinzip des Induktionseffektes für die Erzeugung der Induktionsspannung ändert sich durch diese Anordnung nicht, sodass auch hierüber eine Induktionsspannung an der Elektrospule erzeugbar ist.
Vorteilhafterweise kann die durch die Rotation der Fadenspule erzeugte Induktionsspannung beispielsweise für die Energiebereitstellung einer Kommunikationseinheit dienen, die bevorzugt an dem Klöppel angebracht ist. Vorzugsweise ist die Kommunikationseinheit mit der mindestens einen Elektrospule elektrisch verbunden, bevorzugt über Leiterbahnen. Vorzugsweise wird durch die Kommunikationseinheit bedingt durch die Induktionsspannung eine Information über die Induktionsspannung an eine programmierbare Steuerung der Flechtmaschine und/oder eine externe Datenverarbeitungseinheit gesendet, sodass vorteilhaft besonders effizient ein Zustand des Klöppels überwacht werden kann.
Durch die Intensität des gesendeten Signals ausgehend von der Induktionsspannung kann vorteilhaft auf die Winkelgeschwindigkeit, Bahngeschwindigkeit und/oder Beschleunigung der Fadenspule geschlossen werden. Vorteilhaft ist ebenfalls, dass durch die Beschleunigung in Folge der Verringerung des Spulendurchmessers beim Abwickeln des Fadens unter Kenntnis des Fadenspulendurchmessers mit dem Durchmesser oder dem Radius des aufgewickelten Fadens die Fadenfüllstandshöhe approximiert werden kann. Besonders vorteilhaft ist auch, dass einfach ein Fadenbruch erkannt werden kann, bevorzugt durch ein ca. 5 sekundenlanges Ausbleiben des Signals, da eine Rotation der Fadenspule nach einem Fadenbruch (allmählich) zum Stoppen kommt. Vorteilhaft kann ein Nutzer und/oder Personal wesentlich mehr Flechtmaschinen beispielsweise mit einem Tablet überwachen und den Spulenwechsel genau timen, um Stillstandszeiten zu minimieren. Vorteilhaft wird somit eine besonders effiziente Überwachung des Flechtvorgangs ermöglicht.
In einem zusätzlichen Aspekt betrifft die Erfindung ein Kit zur Nachrüstung einer Flechtmaschine dadurch gekennzeichnet, dass der Kit eine Fadenspule für eine Zuführung eines Fadens an einen Flechtkern, mindestens eine Elektrospule sowie mindestens einen Permanentmagnet aufweist, wobei die Fadenspule, die mindestens eine Elektrospule und der mindestens eine Permanentmagnet derart an dem Trägergestell des Klöppels anbringbar sind, dass die mindestens eine Elektrospule und der mindestens eine Permanentmagnet gegenüberliegend am Trägergestell und der Fadenspule positioniert vorliegen, dass während einer Rotation der Fadenspule zur Zuführung eines Fadens an einen Flechtkern in der mindestens einen Elektrospule eine Induktionsspannung erzeugbar ist.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Kit eine Fadenspule mit einem Adapter für einen Trägergestell eines Klöppels, wobei mindestens eine Elektrospule und der mindestens eine Permanentmagnet gegenüberliegend an einer rotierbaren Grundfläche der Fadenspule und dem (im Gebrauchszustand nicht rotierenden) Adapter angebracht vorliegen.
In bevorzugten Ausführungsformen liegt die mindestens eine Elektrospule an einer Grundfläche der Fadenspule angebracht vor und der mindestens eine Permanentmagnet am Adapter. Eine umgekehrte Anordnung ist ebenfalls denkbar.
Der Adapter kann einen Reibbelag oder eine Klemme aufweisen zur Anbringung der Fadenspule an einem Trägerstell eines Klöppels. Während die Grundfläche der Fadenspule und mithin eine dort angebrachte Elektrospule (oder ein dort angebrachter Permanentmagnet) beim Abwickeln des Fadens rotiert, rotiert ein am nicht rotierenden Adapter angebrachter Permanentmagnet (oder eine angebrachte Elektromagnet) nicht. Wie obig erläutert, wird mithin eine Induktionsspannung erzeugt, welche gleichermaßen zur Energieversorgung von elektronischen Komponenten des Klöppels (z.B. einer Kommunikationseinheit oder eines Sensors) oder als Messsignal (für einen Fadenbruch oder Fadenfüllstandshöhe) genutzt werden kann.
Mittels der Komponenten des Kits kann ein besonders einfaches Umrüsten eines konventionellen Klöppels zu einem digitalen Klöppel mit einer erfindungsgemäßen Anordnung von Permanentmagneten) und Elektrospule(n) erfolgen.
Vorteilhaft können zudem verschiedene Arten von Klöppeln mit unterschiedlichen Ausmaßen mittels des bevorzugten Kits nachgerüstet werden
In bevorzugten Ausführungsformen kann der Kit auch eine Modularität aufweisen, sodass die Anordnung von Elektrospulen und/oder Permanentmagneten mit wenig Aufwand geändert werden kann, um ein Nachrüsten verschiedener Klöppelbauarten zu ermöglichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kit ein Computerprogrammprodukt enthält, umfassend Befehle zur Auswertung einer erzeugten Induktionsspannung, vorzugsweise zur Bestimmung einer Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule, besonders bevorzugt zur Feststellung eines Füllstands der Fadenspule und/oder eines Fadenrisses.
Das Computerprogrammprodukt kann, wie obig beschrieben, in bevorzugten Ausführungsformen eine Auswertung der Induktionsspannung vornehmen, welche durch die Rotation der Fadenspule an der Elektrospule erzeugbar ist, um für den Flechtvorgang relevante Parameter, wie beispielsweise eine Fadenfüllstandshöhe, zu bestimmen.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Flechtverfahren zum Flechten eines Fadens entlang eines Flechtkerns unter Verwendung des erfindungsgemäßen Klöppels oder bevorzugten Ausführungsformen davon dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrospule und der mindestens eine Permanentmagnet gegenüberliegend an dem Trägergestell und der Fadenspule derart angebracht sind, dass während der Rotation der Fadenspule zur Zuführung des Fadens an den Flechtkern eine Induktionsspannung an der mindestens einen Elektrospule erzeugt wird.
Die bevorzugte Rotation der Fadenspule dient vorzugsweise der Zuführung des Fadens an einem Flechtkern, auf dessen Oberfläche das Geflecht gebildet wird. Durch die bevorzugte Wechselwirkung der mindestens einen Elektrospule und des mindestens einen Permanentmagneten bildet sich eine Induktionsspannung durch die Rotation der Fadenspule. Dabei kann es bevorzugt sein, die mindestens eine Elektrospule an der Grundfläche der Fadenspule und den mindestens einen Permanentmagneten gegenüberliegend am Trägergestell anzuordnen, oder umgekehrt. Mittels der Induktionsspannung kann vorteilhaft eine besonders zuverlässige Fadenbruchkontrolle ermöglicht werden, da ein Fernbleiben der Induktionsspannung auf einen Fadenbruch hindeutet. Weiterhin können für den Flechtvorgang relevante Parameter, wie beispielsweise die Fadenfüllstandshöhe oder die Winkelgeschwindigkeit, der Fadenspule auf effiziente Weise approximiert und/oder berechnet werden.
Der durchschnittliche Fachmann erkennt, dass technische Merkmale, Definitionen und Vorteile bevorzugter Ausführungsformen, welche für den erfindungsgemäßen Klöppel beschrieben wurden, gleichermaßen für die erfindungsgemäße Flechtmaschine, den Kit 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 A - F Schematische Darstellung aus mehreren Ansichten eines bevorzugten Klöppels
2 A - C Schematische Darstellung aus mehreren Ansichten einer weiteren Ausführungsform des bevorzugten Klöppels
3 Schematische Darstellung von bevorzugten Komponenten eines Kits zum Nachrüsten eines konventionellen Klöppels

Detaillierte Beschreibung der Figuren
Die 1 A - F veranschaulichen schematisch einen Aufbau eines bevorzugten Klöppels 1 aus mehreren Perspektiven.
In 1 A wird der Klöppel 1 für eine Flechtmaschine aus einer dreidimensionalen Ansicht gezeigt. Der Klöppel 1 ist als Horizontalklöppel ausgestaltet, sodass eine Fadenspule 3 derart am Klöppel 1 anbringbar ist, dass die Längsachse der Fadenspule 3 entlang der horizontalen Achse angeordnet ist. Die Fadenspule 3 umfasst eine Grundfläche 13 und eine Mantelfläche 15. Weiterhin ist die Fadenspule 3 an einem Trägergestell 7 rotierbar befestigt, sodass während des Betriebs der Flechtmaschine ein Faden 5 (in 1 A vorerst nicht abgebildet) ausgehend von der Fadenspule 3 am Flechtkern das Geflecht bildet. Hierbei ist der Faden 5 an der Mantelfläche 15 aufgewickelt und wickelt sich durch die Rotation während des Betriebs der Flechtmaschine ab.
1 B zeigt eine Seitenansicht des Klöppels 1 aus 1 A. Der Klöppel 1 weist Elektrospulen 9 und Permanentmagneten 11 auf, die gegenüberliegend am Trägergestell 7 und an der Grundfläche 13 der Fadenspule 3 angeordnet sind. Hierbei befinden sich an der Grundfläche 13 mehrere Elektrospulen 9 und an einer Seitenfläche 19 des Trägergestells 7 Permanentmagneten 11. Durch die Rotation der Fadenspule 3 während der Abwicklung des Fadens 5 wird an den Elektrospulen 9 eine Induktionsspannung erzeugt. Vorteilhafterweise kann die erzeugte Induktionsspannung genutzt werden, um beispielsweise anhand der erzeugten Induktionsspannung eine Winkelgeschwindigkeit und/oder Fadenfüllstandshöhe der Fadenspule 3 festzustellen. Hierzu wird ausgenutzt, dass sich die Induktionsspannung mit der Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule 3 erhöht und die Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule 3 umso mehr steigt, je mehr Faden 5 von der Fadenspule 3 abgewickelt wird. Mithin ist mit der Induktionsspannung eine Fadenfüllstandshöhe feststellbar. Ebenfalls kann vorteilhaft durch die Induktionsspannung ermittelt werden, ob ein Fadenbruch vorliegt, da nach einem Fadenbruch des Fadens die Rotation der Fadenspule 3 aufhört, sodass keine Induktionsspannung mehr erzeugt werden kann.
1 C zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Grundfläche 13 der Fadenspule 3. Auf der Grundfläche 13 sind mehrere Elektrospulen 9 entlang des Umfangs der Grundfläche 13 beabstandet zueinander angeordnet. Durch die Rotation der Fadenspule 3 zur Zuführung des Fadens 5 an den Flechtkern wird eine Induktionsspannung erzeugt, die vorteilhafterweise für eine Energieversorgung von weiteren Komponenten bereitgestellt werden kann.
Insbesondere kann die Induktionsspannung für eine Energieversorgung einer Kommunikationseinheit 17 oder weiterer Sensoren genutzt werden. Dabei wird eine elektrische Verbindung zwischen einer Elektrospule 9 und der Kommunikationseinheit 17 sowie ggf. weiterer Sensoren gebildet, beispielsweise über Leiterbahnen. Die Kommunikationseinheit 17 kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine Information über die erzeugte Induktionsspannung an eine Steuerung der Flechtmaschine zu versenden. Ebenso ist es möglich, dass die Kommunikationseinheit 17 Informationen über die Induktionsspannung an eine externe Datenverarbeitungseinheit zu senden. Vorteilhaft kann hierdurch eine besonders prozesseffiziente Überwachung des Flechtvorgangs ermöglicht werden. Insbesondere gibt die Intensität des übermittelten Signals der Induktionsspannung einen Hinweis auf die Winkelgeschwindigkeit und/oder Beschleunigung der Fadenspule 3. Ein Nutzer kann wesentlich mehr Flechtmaschinen beispielsweise mit einem Tablet überwachen und einen eventuellen Wechsel der Fadenspulen 3 zeitlich präzise abstimmen, sodass vorteilhaft Stillstandszeiten minimiert werden. Auch eine besonders einfache Möglichkeit der Fadenbruchkontrolle ergibt sich hierüber, da beispielsweise ein ca. 5 sekundenlanges Ausbleiben des Signals an einer programmierbaren Steuerung der Flechtmaschine und/oder der externen Datenverarbeitungseinheit als Fadenbruch bewertet werden kann.
Die 1 D stellt eine dreidimensionale Ansicht der Grundfläche 13 dar, auf welche die Elektrospulen 9 angeordnet sind. Die Elektrospulen 9 sind hierbei entlang des Umfangs der Grundfläche 13 positioniert. Vorteilhaft kann durch eine Mehrzahl von Elektrospulen 9 die Induktionsspannung erhöht werden, und damit beispielsweise die bereitstellbare Energie oder die Intensität eines ausgesendeten Signals erhöht werden.
Die 1 E bildet eine Schnittansicht des Klöppels 1 ab, wobei hierbei insbesondere auch eine Innenansicht der Fadenspule 3 veranschaulicht wird. Die Permanentmagneten 11 sind gegenüberliegend an der Seitenfläche 19 des Trägergestells 7 angeordnet, sodass durch eine Rotation der Fadenspule 3 eine Induktionsspannung an den Elektrospulen 9 erzeugt wird.
In 1 F wird eine Nahansicht der Anordnung der Kommunikationseinheit 17 sowie ggf. weiterer Sensoren gezeigt, die mit einer oder mehreren der Elektrospulen 9 in elektrischer Verbindung liegt, um eine Information über die Induktionsspannung an eine programmierbare Steuerung der Flechtmaschine und/oder externe Datenverarbeitungseinheit zu verschicken. Durch die Induktionsspannung kann auch ein Sensor, insbesondere auch ein MEMS-Sensor, mit elektrischer Energie versorgt werden. Beispielsweise kann der Sensor ein Drucksensor, ein Gewichtssensor, ein Sensor zur Überwachung der Fadenspannung, ein Geschwindigkeitssensor und/oder ein Beschleunigungssensor sein. Mit den Sensoren kann vorteilhaft eine effizientere Überwachung ermöglicht werden. Beispielsweise kann durch einen Spannungssensor zur Überwachung der Fadenspannung diese gemessen werden und Informationen darüber, beispielsweise durch die Kommunikationseinheit 17, an einen Nutzer versendet werden. So kann vorteilhafterweise ein Nutzer in Erfahrung bringen, ob und/oder wann ein kritischer Wert der Fadenspannung erreicht wird, sodass vorteilhaft Maßnahmen ergriffen werden können, um die Fadenspannung zu regulieren oder einen Fadenbruch zu verhindern. Vorteilhaft kann durch den Klöppel 1 eine besonders effiziente Überwachung des Flechtvorgangs ermöglicht werden.
Die 2 A - C veranschaulichen schematisch einen Aufbau einer weiteren Ausführungsform des bevorzugten Klöppels 1 aus mehreren Perspektiven.
2 A zeigt eine Seitenansicht des Klöppels 1. Der Klöppel 1 weist hierbei Permanentmagneten 11 und Elektrospulen 9 auf, die gegenüberliegend am Trägergestell 7 und an der Grundfläche 13 der Fadenspule 3 angeordnet sind. Hierbei befinden sich an der Grundfläche 13 mehrere Permanentmagneten 11 und an einer Seitenfläche 19 des Trägergestells 7 Elektrospulen 9. Durch die Rotation der Fadenspule 3 während der Abwicklung des Fadens 5 wird an den Elektrospulen 9 eine Induktionsspannung erzeugt. Vorteilhafterweise kann die erzeugte Induktionsspannung genutzt werden, um beispielsweise anhand der erzeugten Induktionsspannung eine Winkelgeschwindigkeit und/oder Fadenfüllstandshöhe der Fadenspule 3 festzustellen. Hierzu wird ausgenutzt, dass sich die Induktionsspannung mit der Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule 3 erhöht und die Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule 3 umso mehr steigt, je mehr Faden 5 von der Fadenspule 3 abgewickelt wird. Folglich ist mit der Induktionsspannung eine Fadenfüllstandshöhe feststellbar. Ebenfalls kann vorteilhaft durch die Induktionsspannung ermittelt werden, ob ein Fadenbruch vorliegt, da nach einem Fadenbruch des Fadens die Rotation der Fadenspule 3 aufhört, sodass keine Induktionsspannung mehr erzeugt werden kann.
2 B zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Grundfläche 13 der Fadenspule 3. Auf der Grundfläche 13 sind mehrere Permanentmagneten 11 entlang des Umfangs der Grundfläche 13 beabstandet zueinander angeordnet. Durch die Rotation der Fadenspule 3 zur Zuführung des Fadens 5 an den Flechtkern wird eine Induktionsspannung erzeugt, die zur energieautarken Versorgung von weiteren Komponenten bereitgestellt werden kann.
Die 2 C stellt eine dreidimensionale Ansicht der Grundfläche 13 dar, auf welche die Permanentmagneten 11 angeordnet sind. Die Permanentmagneten 11 sind hierbei entlang des Umfangs der Grundfläche 13 positioniert. Vorteilhaft kann durch eine Mehrzahl von Permanentmagneten 11 die Induktionsspannung erhöht werden, und damit beispielsweise die bereitstellbare Energie oder die Intensität eines ausgesendeten Signals erhöht werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung von bevorzugten Komponenten eines Kits, die für ein Nachrüsten konventionelle Klöppel eingesetzt werden können. Das Kit kann als Fadenspule 3 bereitgestellt werden und umfasst einen Adapter 23, der an einem Trägergestell eines Klöppels angebracht werden kann. Eine Komponente des Adapters 23 umfasst Permanentmagneten 11, die gegenüberliegend der Grundfläche 13 der Fadenspule 3 positioniert sind. Auf der Grundfläche 13 befinden sich Elektrospulen 9, sodass während einer Rotation der Fadenspule 3 sich auch die Grundfläche 13 mit den Elektrospule 9 dreht, jedoch nicht der Bereich des Adapters, der Permanentmagneten 11 aufweist. Durch die Rotation der Fadenspule 3 wird eine Induktionsspannung erzeugt, die zur Energieversorgung von Komponenten, wie Sensoren, insbesondere MEMS-Sensoren, der Kommunikationseinheit etc. eingesetzt werden kann. Vorteilhaft können bereits bestehende Klöppel besonders einfach nachgerüstet werden. Insbesondere können konventionelle Klöppel durch die Bereitstellung des bevorzugten Kits auf besonders wirtschaftliche Weise digitalisiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Klöppel
3: Fadenspule
5: Faden
7: Trägergestell
9: Elektrospule
11: Permanentmagnet
13: Grundfläche
15: Mantelfläche
17: Kommunikationseinheit
19: Seitenfläche
21: Basisfläche
23: Adapter

LITERATURVERZEICHNIS
Maidl, S., et al. „Development of a novel type of online monitoring system for the braiding process." ECCM18-18th European Conference on Composite Materials. 2018a.
Maidl, Stephan, et al. „Development of sensor integrated braiding rings for the automated detection of braiding defects." Materials Today: Proceedings 34 (2021): 74-81.
Maidl, S., et al. „Investigating the unwinding behavior of technical yarns and development of a new sensor system for the braiding process." IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vol. 406. No. 1. IOP Publishing, 2018b.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19730965 C1 [0006]
DE 102014016381 A1 [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Maidl, S., et al. „Development of a novel type of online monitoring system for the braiding process.“ ECCM18-18th European Conference on Composite Materials. 2018a [0151]
Maidl, Stephan, et al. „Development of sensor integrated braiding rings for the automated detection of braiding defects.“ Materials Today: Proceedings 34 (2021): 74-81 [0152]
Maidl, S., et al. „Investigating the unwinding behavior of technical yarns and development of a new sensor system for the braiding process.“ IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vol. 406. No. 1. IOP Publishing, 2018b [0153]

Claims

Klöppel (1) für eine Flechtmaschine umfassend eine Fadenspule (3) für eine Zuführung eines Fadens (5) an einen Flechtkern, wobei die Fadenspule (3) an einem Trägergestell (7) des Klöppels (1) rotierbar befestigt vorliegt und dazu eingerichtet ist, bei einem Betrieb der Flechtmaschine für die Zuführung des Fadens (5) an den Flechtkern eine Rotation durchzuführen dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel (1) mindestens eine Elektrospule (9) und mindestens einen Permanentmagnet (11) umfasst, wobei die mindestens eine Elektrospule (9) und der mindestens eine Permanentmagnet (11) gegenüberliegend an dem Trägergestell (7) und der Fadenspule (3) derart angebracht vorliegen, dass während einer Rotation der Fadenspule (3) zur Zuführung des Fadens (5) an den Flechtkern in der mindestens einen Elektrospule (9) eine Induktionsspannung erzeugbar ist.
Klöppel (1) nach dem vorherigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenspule (3) eine Grundfläche (13) und eine Mantelfläche (15) aufweist, wobei der Faden (5) um die Mantelfläche (15) auf- und abwickelbar ist, wobei an der Grundfläche (13) der Fadenspule (3) die mindestens eine Elektrospule (9) angebracht vorliegt und der mindestens eine Permanentmagnet (11) gegenüberliegend an dem Trägergestell (7) fixiert vorliegt, wobei bevorzugt mehrere Elektrospulen (9) entlang eines Umfangs der Grundfläche (13) und/oder mehrere Permanentmagneten (11) an dem Trägergestell (7) beabstandet zueinander vorliegen.
Klöppel (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenspule (3) eine Grundfläche (13) und eine Mantelfläche (15) aufweist, wobei der Faden (5) um die Mantelfläche (15) auf- und abwickelbar ist, wobei an der Grundfläche (13) der Fadenspule (3) der mindestens eine Permanentmagnet (11) angebracht vorliegt und die mindestens eine Elektrospule (9) gegenüberliegend an dem Trägergestell (7) fixiert vorliegt, wobei bevorzugt mehrere Permanentmagneten (11) entlang eines Umfangs der Grundfläche (13) und/oder mehrere Elektrospulen (9) an dem Trägergestell (7) beabstandet zueinander vorliegen.
Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass anhand der erzeugten Induktionsspannung eine Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule (3) feststellbar ist, wobei bevorzugt anhand der Winkelgeschwindigkeit eine Füllhöhe des Fadens auf der Fadenspule und/oder ein Riss des Fadens feststellbar ist.
Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel (1) einen Sensor aufweist ausgewählt aus einer Gruppe umfassend einen Spannungssensor zur Messung einer Spannung des Fadens, einen Gewichtssensor, einen Geschwindigkeitssensor und/oder einen Beschleunigungssensor.
Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel (1) eine Kommunikationseinheit (17) aufweist, wobei die Induktionsspannung für eine Energieversorgung der Kommunikationseinheit (17) nutzbar ist, wobei bevorzugt die Kommunikationseinheit (17) dazu eingerichtet ist, eine Information über die erzeugte Induktionsspannung an eine programmierbare Steuerung der Flechtmaschine und/oder eine externe Datenverarbeitungseinheit zu senden.
Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel (1) eine Recheneinheit aufweist, wobei die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, eine Auswertung der Induktionsspannung vorzunehmen, wobei vorzugsweise die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, anhand der erzeugten Induktionsspannung eine Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule festzustellen.
Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel (1) als Horizontalklöppel oder Vertikalklöppel ausgestaltet ist, wobei bevorzugt bei einem Horizontalklöppel die Fadenspule (3) in einer Seitenfläche (19) des Trägergestells rotierbar gelagert vorliegt und eine im Wesentlichen parallele Ausrichtung zu einer Basisfläche (21) des Trägergestells (7) aufweist, wobei bevorzugt bei einem Vertikalklöppel die Fadenspule (3) in einer Basisfläche (21) des Trägergestells (7) rotierbar gelagert vorliegt und zu dieser eine im Wesentlichen senkrechte Ausrichtung aufweist.
Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Faden (5) ein Flechtmaterial umfasst, wobei bevorzugt das Flechtmaterial einen Verbundwerkstoff, bevorzugt einen Faserverbundwerkstoff, besonders bevorzugt einen Faserverbundkunststoff, ganz besonders bevorzugt eine Faserverbundkeramik oder einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff umfasst.
Flechtmaschine umfassend mindestens einen Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1-9.
Flechtmaschine nach dem vorherigen Anspruch umfassend einen Klöppel (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1-9 dadurch gekennzeichnet, dass der Klöppel (1) eine Kommunikationseinheit (17) aufweist, wobei die Induktionsspannung für eine Energieversorgung einer Kommunikationseinheit (17) nutzbar ist, wobei bevorzugt die Kommunikationseinheit (17) dazu eingerichtet ist, eine Information über die Induktionsspannung an eine programmierbare Steuerung der Flechtmaschine und/oder eine externe Datenverarbeitungseinheit zu senden.
Kit zur Nachrüstung eines Klöppel (1) einer Flechtmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Kit eine Fadenspule (3) für eine Zuführung eines Fadens (5) an einen Flechtkern, mindestens eine Elektrospule (9) sowie mindestens einen Permanentmagnet (11) aufweist, wobei die Fadenspule (3), die mindestens eine Elektrospule (9) und der mindestens eine Permanentmagnet (11) derart an dem Trägergestell (7) des Klöppels (1) anbringbar sind, dass die mindestens eine Elektrospule (9) und der mindestens eine Permanentmagnet (11) gegenüberliegend am Trägergestell (7) und der Fadenspule (3) positioniert vorliegen, dass während einer Rotation der Fadenspule (3) zur Zuführung eines Fadens (5) an einen Flechtkern in der mindestens einen Elektrospule (9) eine Induktionsspannung erzeugbar ist.
Kit nach dem vorherigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass der Kit ein Computerprogrammprodukt enthält, umfassend Befehle zur Auswertung einer erzeugten Induktionsspannung, vorzugsweise zur Bestimmung einer Winkelgeschwindigkeit der Fadenspule (3), besonders bevorzugt zur Feststellung eines Füllstands der Fadenspule (3) und/oder eines Fadenrisses.
Flechtverfahren zum Flechten eines Fadens (5) entlang eines Flechtkerns unter Verwendung eines Klöppels (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9 dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrospule (9) und der mindestens eine Permanentmagnet (11) gegenüberliegend an dem Trägergestell (7) und der Fadenspule (3) derart angebracht sind, dass während der Rotation der Fadenspule (3) zur Zuführung des Fadens (5) an den Flechtkern eine Induktionsspannung an der mindestens einen Elektrospule (9) erzeugt wird.