DE10331916A1

DE10331916A1 - Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung eines angetriebenen Bauteil, insbesondere in Webmaschinen

Info

Publication number: DE10331916A1
Application number: DE10331916A
Authority: DE
Inventors: Dietmar von Dr. Zwehl; Peter Schiller; Valentin Krumm
Original assignee: Lindauer Dornier GmbH
Current assignee: Lindauer Dornier GmbH
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2005-02-24
Also published as: JP4198731B2; CN1853009A; WO2005010257A1; EP1644562A1; JP2007506868A

Abstract

Eine Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung eines Bauteils, insbesondere in Webmaschinen, weist eine mit dem Bauteil gekoppelte, die hin- und hergehende Bewegung erzeugende Antriebsquelle und einen dem Bauteil und/oder der Antriebsquelle zugeordneten Energiespeicher (3, 5) zur Speicherung potentieller Energie während wenigstens eines Teiles der Hin- und Herbewegung des Bauteils auf. Eine Steuereinrichtung (20) dient zur Steuerung mindestens des Energiespeichers und/oder der Antriebsquelle in Abhängigkeit von gemessenen und/oder vorgegebenen Parametern für den Bewegungsablauf des Bauteils.

Description

Beispielsweise die Webschäfte, die Weblade und das Webblatt, sowie die Schussfadeneintragelemente führen bei einer herkömmlichen Webmaschine eine hin- und hergehende Bewegung aus, die, etwa bei der Weblade mit dem Webblatt, eine hin- und hergehende Schwenkbewegung um eine ortsfeste horizontale Achse oder, wie etwa bei Schussfadeneintragelementen in Gestalt von Greiferstangen bei einer Greifer webmaschine, eine lineare Hin- und Herbewegung auf einer vorgegebenen Bahn sein kann. Die Antriebe zur Erzeugung dieser hin- und hergehenden Bewegungen werden in der Regel von einer Hauptantriebswelle der Webmaschine über Exzenter- oder Kurbelgetriebe abgeleitet. Ein grundsätzlicher Nachteil dieser bekannten Antriebseinrichtungen besteht darin, dass ihr Wirkungsgrad verhältnismäßig klein ist, weil die zur Beschleunigung der hin und her zu bewegenden Massen aufzubringende Energie bei der anschließenden Verzögerung grossteils verloren geht. Auch sind diese sogenannten Reversierantriebe in ihren Steuerungsmöglichkeiten konstruktionsbedingt beschränkt, während das dynamische Verhalten der Antriebe nur in sehr engem Rahmen optimiert werden kann. Diese Nachteile fallen mit der Entwicklung zunehmend leistungsfähigerer Webmaschinen mit höheren Drehzahlen verstärkt ins Gewicht. Beispiele solcher Webmaschinenantriebe über eine Hauptantriebswelle sind in verschiedenen Ausführungsformen beschrieben in WO 9831856, EP 1 266 988 A2 , EP 0 741 809 B1 und EP 0 514 959 B1 , um nur einige zu benennen. Dabei ist es bekannt, die Drehzahl der Hauptantriebswelle der Webmaschine durch einen Regel- oder Steuereingriff auf den antreibenden Elektromotor während des Webvorgangs zweckentsprechend zu verändern, um beispielsweise im Langsamlauf eine Berücksichtigung der Belastung und/oder der erforderlichen Geschwindigkeit der jeweils anzutreibenden Teile zu erzielen.
Insbesondere, um den Wirkungsgrad solcher Reversierantriebslösungen zu erhöhen, die mechanische Beanspruchung der Bauelemente der Antriebe herabzusetzen und die dynamischen Eigenschaften zu verbessern, wurden schon Antriebseinrichtungen vorgeschlagen, bei denen einem eine hin- und hergehende Bewegung ausführenden Bauteil oder einem mit dem anzutreibenden Bauteil gekuppelten Betätigungsmittel ein Energiespeicher in Form von Federelementen zugeordnet ist, derart, dass sich ein schwingungsfähiges System ergibt. Der Betrieb eines solchen schwingungsfähigen Systems in der Nähe des Resonanzpunkts führt zu einem hohen Wirkungsgrad, weil im Wesentlichen lediglich nur noch die bei der hin- und hergegenden Bewegung in dem System auftretenden Reibungsverluste gedeckt werden müssen. Dieser Vorteil eines hohen Wirkungsgrades geht aber in rasch zunehmendem Maße verloren, wenn die Antriebseinrichtung mit einer Schwingungsbewegung arbeitet, deren Frequenz zunehmend weiter von dem Resonanzpunkt entfernt ist. Beispiele solcher, eine hin- und hergehende Schwingbewegung erzeugenden Antriebseinrichtungen für die Fachbildemittel einer Webmaschine sind in der JP 2002-022747 und der DE 10 111 017 A1 beschrieben, während aus der DE 28 08 202 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Bewegung des Webblatts einer Webmaschine und aus der DE 33 25 591 A1 eine Anordnung zur Entlastung der Antriebsmechanismen, z.B. des Greiferstangenantriebs und des Webblattantriebs an Webmaschinen bekannt sind.
Gemeinsam ist diesen Antriebseinrichtungen, dass sie mit einem mehr oder minder starr vorgegebenen Weg-Zeit-Diagramm arbeiten und dass die mit Rücksicht auf einen hohen Wirkungsgrad erwünschte Lage des Betriebspunkts nahe beim Resonanzpunkt des schwingungsfähigen Systems in der Praxis deshalb nicht oder nur sehr unvollkommen verwirklicht werden kann, weil sich die Betriebsbedingungen, abhängig von den rein webtechnischen Gegebenheiten, wie verwendetes Garnmaterial, Bindung und dergleichen, aber auch von den mechanischen Betriebsbedingungen, wie Betriebstemperatur, Drehzahl, etc. stark verändern. Mit zunehmendem Abstand des Betriebspunkts von dem Resonanzpunkt verschlechtern sich auch die dynamischen Eigenschaften der die hin- und her gehende Schwingungsbewegung erzeugenden Antriebseinrichtung beträchtlich. Schließlich erfordern viele der bekannten Lösungen einen beträchtlichen konstruktiven Aufwand, der mit einem entsprechenden Platzbedarf in der Webmaschine verbunden ist, welcher in der Praxis häufig nicht befriedigt werden kann.
Grundsätzlich ähnliche Probleme gelten auch für andere Maschinen, insbesondere Textilmaschinen, wie etwa Flachstrickmaschinen oder -wirkmaschinen mit schnell hin und her zu bewegenden Massen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb eine Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer hin und hergehenden Bewegung eines angetriebenen Bauteils, insbesondere in Webmaschinen zu schaffen, die sich durch hohen Wirkungsgrad und gute dynamische Eigenschaften bei den jeweiligen, ggfs. auch sich ändernden Betriebsverhältnissen auszeichnet.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
Die neue Antriebsvorrichtung weist eine mit einem hin- und herbeweglich gelagerten Bauteil gekoppelte, eine hin- und hergehende Bewegung erzeugende Antriebsquelle auf, die grundsätzlich beliebiger mechanischer, pneumatischer oder hydraulischer oder elektromechanischer Art sein kann. Dem hin- und herbeweglichen, angetriebenen Bauteil und/oder der Antriebsquelle ist ein Energiespeicher zur Speicherung potentieller Energie während wenigstens eines Teiles der Hin- und Herbewegung des Bauteils zugeordnet. Dieser Energiespeicher kann mechanische Speichermittel, bspw. in Form von Federmitteln oder pneumatische und/oder hydraulische Speichermittel aufweisen oder elektromagnetische oder – mecha nische Speichermittel enthalten. Dieser Energiespeicher und/oder die Antriebsquelle ist bzw. sind in jedem Fall steuerbar. Ihnen ist eine Steuereinrichtung zur Steuerung in Abhängigkeit von gemessenen und/oder vorgegebenen Parametern für den Bewegungsablauf des angetriebenen Bauteils zugeordnet. Gemessene Parameter können insbesondere der Weg- oder Drehwinkel, die Geschwindigkeit oder Beschleunigung des angetriebenen Bauteils oder eines damit verbundenen oder gekoppelten Teils sein.
Damit ist das Weg-Zeit-Diagramm, bzw. das Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm oder das Beschleunigungs-Zeit-Diagramm des angetriebenen Bauteils frei und/oder programmgemäß beeinflussbar, so dass es unmittelbar an die praktischen Betriebserfordernisse auch dann angepasst ist, wenn sich die Betriebsbedingungen ändern. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich zu erreichen, dass die mit an die Antriebsvorrichtung angekoppelten, angetriebenen Mitteln ein schwingungsfähiges System bildende Antriebsvorrichtung in ihrer Eigenfrequenz durch Beeinflussung des Energiespeichers und durch die Steuereinrichtung so einstellbar ist, dass das schwingungsfähige System zumindest weitgehend in der Nähe des Resonanzpunktes arbeitet.
Die Erfindung erlaubt es, das Bewegungsprofil, d.h. das Weg-Zeit-Diagramm in dem maximal verfügbaren Reversierbereich der hin- und hergehenden Bewegung des Betätigungsmittels frei zu definieren. Die Steuereinrichtung, die auf die Antriebsquelle und/oder in den Energiespeicher Eingriff nimmt, übernimmt die vollständige Kontrolle über das Schwingsystem. Unter Berücksichtigung der Ist-Daten für Lage, Geschwindigkeit und Beschleunigung des angetriebenen Bauteils oder eines mit diesem verbundenen oder gekoppelten Teiles koordiniert die Steuerungseinrichtung dessen gesam ten Bewegungsablauf. Dazu zählt auch erforderlichenfalls die Festlegung der Umkehrpunkte der hin- und hergehenden Bewegung, d.h. der Amplitude der Schwingungsbewegung, wobei diese Amplitude auch zeitabhängig veränderlich sein kann. Der Energiespeicher und die Antriebsquelle können auch zeitweise ein- und ausschaltbar und zwischen diesen beiden extremen Zuständen zumindest abschnittsweise kontinuierlich verstellbar sein. Dies ist z.B. für den Start und den Stop einer Webmaschine oder deren Einzelantriebe von Bedeutung. Der Ausgangs- oder Initialszustand (Energieinhalt zum Zeitpunkt t = 0) des Energiespeichers kann frei gewählt werden, während die schon erwähnte freie Gestaltungsmöglichkeit des Weg-Zeit-Diagramms bzw. des Geschwindigkeits-Zeit-Diagramms oder des Beschleunigungs-Zeit-Diagramms es erlauben, Hub, Geschwindigkeit und Beschleunigung der angekoppelten Last als Funktion der Zeit frei zu bestimmen.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform, bei der der Energiespeicher permanent- und/oder elektromagnetische Speichermittel enthält, kann die Anordnung derart getroffen sein, dass die elektromagnetischen Speichermittel wenigstens zwei gegeneinander beweglich gelagerte Magnetpole aufweisen, wobei die Polarität und/oder die magnetische Induktion wenigstens eines der Magnetpole durch die Steuereinrichtung beeinflussbar ist. Praktisch ist die Anordnung zum Beispiel so getroffen, dass zwischen den Magnetpolen ein Luftspalt vorhanden ist und dass der Luftspalt in Richtung der Bewegungsumkehr des Bauteils sich in seinen geometrischen Abmaßen ändert. Durch entsprechende Steuerung der magnetischen Induktion wenigstens eines der Magnetpole lässt sich so eine sehr feinfühlige Beeinflussung der Bewegung des mit zumindest einem der Magnetpole gekoppelten und angetriebenen Bauteils erreichen. Wenigstens einer der Magnetpole kann permanentmagnetisch ausgebildet sein, während der andere elektromagnetisch über eine Erregerspule erregt wird, deren elektrische Durchflutung durch entsprechende Veränderung des Stroms in weiten Grenzen mit einfachen Mitteln steuerbar ist.
Zusätzlich oder alternativ kann der Energiespeicher auch mechanische Speichermittel aufweisen, die durch die Steuereinrichtung beeinflussbar sind. Diese mechanischen Speichermittel können Federmittel umfassen, deren Federkennlinie durch die Steuereinrichtung veränderbar ist. Dazu können die Federmittel wenigstens ein auf Biegung beanspruchtes Federelement enthalten, dessen wirksame Biegelänge durch die Steuereinrichtung verändert werden kann.
Ebenso alternativ oder zusätzlich kann der Energiespeicher pneumatische und/oder hydraulische Speichermittel aufweisen, die durch die Steuereinrichtung beeinflussbar sind. Dies kann z.B. in der Weise geschehen, dass die Speichermittel einen durch eine bewegliche Wand abgeschlossenen, ein Speicherfluid enthaltenden Raum aufweisen, wobei die bewegliche Wand durch die Steuereinrichtung beeinflusst werden kann.
Diese verschiedenen Speichermittel (hydraulisch, pneumatisch, elektrisch, permanent- oder elektromagnetisch, mechanisch) können jeweils einzeln für sich oder in Kombination miteinander zum Einsatz kommen. Die Antriebsquelle kann elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer Art sein. Abhängig von dem jeweils angestrebten Betriebsverhalten der Antriebsvorrichtung kann die Rückstellkraft-/Weg-Kennlinie des Energiespeichers eine lineare, progressive, degressive, stetige und/oder diskontinuierliche Form aufweisen und zumindest abschnittsweise in ihrer Steilheit durch die Steuereinrichtung veränderbar sein. Auch kann der Energiespeicher Speichermittel enthalten, die gesteuert von der Steuereinrichtung, eine Hysterese aufweisen.
Für gewisse Antriebsaufgaben ist es von Vorteil, wenn bspw. während eines Teiles der hin- und hergehenden Bewegung des angetriebenen Bauteils, eine Dämpfung der Bewegung stattfindet, die insbesondere konstant, geschwindigkeitsabhängig oder zeitabhängig sein kann. Zu diesem Zwecke kann die Antriebsvorrichtung Dämpfungsmittel für die hin- und hergehende Schwingbewegung aufweisen, wobei diese Dämpfungsmittel durch die Steuereinrichtung beeinflussbar sind.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung ist insbesondere für solche Antriebsaufgaben bei Webmaschinen einsetzbar, bei denen es darauf ankommt, eine hin- und hergehende Bewegung angetriebener Bauteile zu erzielen. Diese Aufgabe stellt sich nicht nur beim Antrieb der Weblade mit dem Webblatt, der Greifer einer Greiferwebmaschine, der Schäfte, des Brustbaums, etc., sondern auch bei Jacquardantrieben und dem Antrieb florbildender Einrichtungen sowie bei sonstigen hin- und hergehenden Bauteilen, wie z.B. denen einer Schussfadenhinreicheeinrichtung, einer Schussfadenbremse und bei fachbildenden Elementen von Jacquardmaschinen. Daneben ist die neue Antriebsvorrichtung aber auch für Flachstrick und -wirkmaschinen und Nadelfilzmaschinen sowie andere Maschinen und Vorrichtungen einsetzbar, bei denen ähnliche Aufgaben auftreten. Auch Anwendungen außerhalb der Textiltechnik sind denkbar.
Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 eine Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform, in schematischer Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Wirkprinzips eines elektromagnetische Speichermittel enthaltenden Energiespeichers,
2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der grundsätzlichen Wirkungsweise der Antriebsvorrichtung nach 1, unter Veranschaulichung des Drehwinkels und der Drehgeschwindigkeit sowie des Erregerstroms jeweils in Abhängigkeit von der Zeit,
3 eine Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform, in einer schematischen Schnittdarstellung ähnlich 1 zur Veranschaulichung des Wirkprinzips eines mechanische Speichermittel enthaltenden Energiespeichers,
4 eine Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer dritten Ausführungsform mit einem mechanische Speichermittel enthaltenden Energiespeicher, in einer schematischen Seitenansicht,
5 eine abgewandelte Ausführungsform der Antriebsvorrichtung nach 4, in einer entsprechenden schematischen Seitenansicht,
6 die Antriebsvorrichtung nach 4 mit einem elektromagnetische Speichermittel enthaltenden Energiespeicher, in einer entsprechenden schematischen Darstellung,
7 die Antriebsvorrichtung nach 5 mit einem elektromagnetische Speichermittel enthaltenden Energiespeicher, in einer entsprechenden Ausführungsform,
8 ein Prinzipbild zur Veranschaulichung der Webblattbewegung bei einer Webmaschine, im Querschnitt und in einer Seitenansicht, unter Veranschaulichung von zwei verschiedenen Webblattstellungen,
9 die Antriebsvorrichtung nach 4 zusammen mit einem von ihr angetriebenen Webblatt einer Webmaschine, in einer schematischen Seitenansicht entsprechend 4,
10 die Antriebsvorrichtung nach 5 zusammen mit einem von ihr angetriebenen Webblatt einer Webmaschine, in einer schematischen Seitenansicht entsprechend 5,
11 zwei Antriebsvorrichtungen nach 9, zusammen mit einem Ausschnitt eines von ihnen angetriebenen Webblatts einer Webmaschine, in perspektivischer, schematischer Darstellung,
12 zwei Antriebsvorrichtungen nach 4, zusammen mit einem von ihnen angetriebenen Webschaft einer Webmaschine, in schematischer, perspektivischer Darstellung,
13 eine Anordnung ähnlich 12 unter Veranschaulichung von drei Antriebsvorrichtungen nach 4 zum Antrieb eines Webschaftes einer Webmaschine in Darstellung entsprechend 12,
14 mehrere Antriebsvorrichtungen nach 4, angeordnet in einer Anordnungsebene zum Antrieb von Webschäften einer Webmaschine, in schematischer, perspektivischer Darstellung teilweise im Ausschnitt,
15 eine Anordnung ähnlich 14 unter Veranschaulichung von Antriebsvorrichtungen gemäß 4 in zwei Anordnungsebenen, in einer schematischen, perspektivischen Darstellung ähnlich 14,
16 die Antriebsvorrichtung nach 5 in einer Ausführung zum Antrieb eines Schaftes einer Webmaschine, unter Veranschaulichung von drei verschiedenen Stellungen bei der Fachbildung, in einer schematischen Seitenansicht ähnlich 5,
17 eine Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Ausführungsform ähnlich 4 zum Antrieb einer Greiferstange einer Greiferwebmaschine, in einer schematischen Seitenansicht,
18 eine Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Ausführungsform zur Erzeugung einer linearen hin- und hergehenden Bewegung, im axialen Schnitt, in einer Seitenansicht und in schematischer Darstellung,
19 zwei verschiedene pneumatische Energiespeicher und 20 für eine Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung, im axialen Schnitt, in einer Seitenansicht und in schematischer Darstellung.
Die in 1 veranschaulichte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist in Form eines elektromotorischen Reversierantriebs ausgebildet. Die Darstellung ist lediglich schematisch und dient insbesondere zur Erläuterung des Wirkprinzips der Erfindung. Die Vorrichtung weist einen feststehenden zylindrischen Stator 1 auf, der im radialen Abstand von einem konzentrischen, hohlzylindrischen Läufer oder Rotor 2 umgeben ist, dessen Lagerung im Einzelnen nicht dargestellt ist. Der Rotor 2 trägt auf seiner Innenwand permanentmagnetische Pole 3, die im Teilungsverhältnis des maximalen Reversierhubs des Rotors 2 angeordnet sind. Von den permanentmagnetischen Polen 3 sind in 1 lediglich zwei diametral einander gegenüber liegende Pole 3 dargestellt, was wegen der Polbreite einem Reversierhub des Rotors 2 von etwas weniger als 180° entspricht. Die permanentmagnetischen Pole 3 sind, wie in der Zeichnung mit dem Buchstaben „N(ord)" und „S(üd)" angedeutet, in Umfangsrichtung polarisiert und weisen im Wesentlichen ebene Polflächen 4 auf.
Den Rotorpolen 3 sind auf dem zylindrischen Stator 1 angeordnete Magnetpole 5 zugeordnet, welche mit den permanentmagnetischen Polen 3 des Rotors 2 in der aus 1 ersichtlichen Weise zusammenwirken. Die Statorpole 5 tragen bevorzugt ebene Polflächen 6, die so gerichtet sind, dass sie bei entsprechender Stellung des Rotors 2 vorzugsweise großflächig den Polflächen 4 der permanentmagnetischen Rotorpole 3 unter Ausbildung eines Luftspaltes 9 gegenüberstehen, d.h. etwa parallel zu diesen ausgerichtet sind. Die Statorpole 5 sind ebenfalls in Umfangsrichtung polarisiert, wie dies durch die Buchstaben „N" und „S" in 1 angedeutet ist. Anstelle der dargestellten zwei, diametral einander gegenüberliegenden Statorpole 5 können auch mehrere solcher Polpaare vorhanden sein.
Die Statorpole 5 sind nicht permanentmagnetisch, sondern mit bei 7 angedeuteten Erregerspulen versehen, die es erlauben, einen Magnetfluss zu erzeugen, der die in 1 angedeutete Polarisierung an den Polflächen 6 ergibt. Die Erregerspulen 7 sind mit einem Erregerstrom I_e gespeist, der durch bei 8 angedeutete Leitungen zugeführt wird und es erlaubt, die in den Luftspalten 9 zwischen einander gegenüber liegenden Polflächen 4, 6 herrschende magnetische Induktion zu steuern.
Der Rotor 2 ist von einem hohlzylindrischen, koaxialen Außenstator 10 umgeben, der auf seiner Innenseite bei 11 angedeutete, entsprechende Polstücke umgebende Wicklungen 11 trägt, die in der Regel gleichmäßig rings um den Umfang verteilt sind und von denen 1 lediglich einige angedeutet sind. Die Wicklungen 11 wirken mit dem Rotor 2 nach Art eines Gleichstrom- oder Wechselstrommotors zusammen, derart, dass auf den Rotor 2 ein Drehmoment ausgeübt werden kann, dessen Richtung und Größe durch entsprechende Erregung der Statorwicklungen 11 gesteuert werden kann. Der Statorstrom wird den Statorwicklungen 11 über Leitungen 12 zugeführt.
Alternativ und/oder zusätzlich zu dem Außenstator 10 könnte auch eine mit dem Rotor 2 gekuppelte getrennte Antriebsquelle vorgesehen sein, die bspw. in Gestalt eines eigenen koaxialen Elektromotors oder dergleichen ausgebildet ist und die es erlaubt, auf den Rotor 2 zeitlich gesteuert ein Drehmoment in der einen oder anderen Drehrichtung auszuüben. Diese getrennte Antriebsquelle ist bei 13schematisch angedeutet; ihre Stromversorgung ist strichpunktiert bei 14 eingezeichnet.
Dem Rotor 2 ist außerdem ein bei 15 angedeuteter Sen sor zugeordnet, der bswp. in Form eine Drehmelders oder eines Encoders ausgebildet sein kann und der über eine Leitung 16 elektrische Signale abgibt, die für die Winkellage und/oder die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelbeschleunigung und/oder die jeweilige Stellung des Rotors 2 kennzeichnend sind. Der Sensor 15 kann naturgemäß auch mit einem mit dem Rotor gekoppelten und von diesem angetriebenen Bauteil gekoppelt sein, so dass er die für den Bewegungszustand und die Lage des Rotors 2 kennzeichnenden Signale nicht direkt, sondern indirekt erfasst.
An dem Rotor 2 oder an einem mit diesem verbundenen oder angekoppelten angetriebenen Teil können Dämpfungsmittel angreifen, die in 1 in Gestalt einer Reibungsbremsvorrichtung 17 angedeutet sind, deren Arbeitszylinder 18 über elektrische Signale gesteuert werden kann, die über Leitungen 19 zugeführt werden.
Alle in magnetischen Schließungskreisen liegenden Teile der Statoren 1, 10 und des Rotors 2 sind, ebenso wie die Magnetpole 3, 5, aus einem magnetisch leitfähigen Material hergestellt, wobei sie erforderlichenfalls in an sich bekannter Weise geblecht sein können.
Die Vorrichtung weist eine zentrale, elektronische Steuereinrichtung 20 auf, die auf Mikroprozessorbasis arbeitet und in der Regel programmgesteuert ist. Die Steuereinrichtung 20 ist an die Leitung 8, 12, 14, 16, 19 angeschlossen und steuert insbesondere die Erregung der Erregerspulen 7 der Statorpole 5 und die Erregung der Statorwicklungen 11 sowie ggfs. die Dämpfungsmittel 17, 18 und, falls vorhanden, die getrennte Antriebsquelle 13. Sie erhält von dem Sensor 15 Informationen über die jeweilige Rotorstellung und/oder über für die jeweilige Rotordrehbe wegung kennzeichnende Parameter, wie bereits oben erwähnt. Alternativ können einzelne dieser Größen auch in der Steuereinrichtung aus den von dem Sensor 15 gelieferten Informationen errechnet werden, bspw. kann die Winkelgeschwindigkeit und -beschleunigung aus der Drehwinkelinformation des Sensors 15 abgeleitet werden.
Eine an die Steuereinrichtung 20 angeschlossene Eingabeeinheit 21 erlaubt es von außen her in das Programm der Steuereinrichtung 20 einzugreifen und/oder vorgegebene Daten in die Steuereinrichtung einzugeben.
Die Wirkungsweise der insoweit grundsätzlich beschriebenen Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Drehbewegung des Rotors 2 ist wie folgt:
Der Rotor 2 weist, gemeinsam mit etwa an ihn angekoppelten, von ihm angetriebenen Bauteilen, eine bestimmte Masse m auf, die bei einer Reversierbewegung in jedem Bewegungszyklus beschleunigt und verzögert werden muss. Wie 1 zeigt, sind die einander zugewandten Polflächen 4, 6 der Rotor- und der Statorpole 3, 5 gleichsinnig polarisiert, so dass bei der Annäherung der Rotorpole 3 an die Statorpole 6 der Drehbewegung entgegenwirkende abstoßende Kräfte zwischen den Rotor- und den Statorpolen 3, 5 auftreten.
Die bei einer Drehbewegung des Rotors 2 in einer Drehrichtung gespeicherte kinetische Energie wird bei der Annäherung der Polflächen 4, 6 in Form magnetischer Energie in dem Luftspalt 9 zwischen den sich annähernden Polflächen 4, 6 gespeichert. Die Magnetpole 3, 5 bilden deshalb einen Energiespeicher mit elektromagnetischen Speichermitteln. Die Rückstellkraft k, die bei zunehmender Annäherung be nachbarter Polflächen 4, 6 steil ansteigt, ist abhängig von der in dem Luftspalt 9 herrschenden magnetischen Induktion und kann damit durch die elektrische Durchflutung der Erregerspulen 7 des Stators 1 gesteuert werden.
Wird der Rotor 2 von der Steuereinrichtung 20 durch entsprechende zeitlich gesteuerte Erregung der Statorspulen 11 (oder der Antriebsquelle 13) zu Drehschwingungen angeregt, so führt er eine Drehschwingungsbewegung mit der Eigenfrequenz ω = √k/m aus. Diese Eigenfrequenz kann durch Veränderung der Erregung der Erregerspulen 7 und damit der Induktion in den Luftspalten 9 von der Steuereinrichtung 20 verändert werden, wie dies das in 2 veranschaulichte Diagramm zeigt:
Das Diagramm zeigt von oben her den Verlauf des Drehwinkels φ des Rotors 2 in Abhängigkeit von der Zeit. Der Drehwinkelhub beträgt etwa 170°; er ist wegen der Polbreite kleiner als 180°. Bei einer bestimmten Erregung der Erregerspulen 7 führt der Rotor 2 eine Drehschwingung mit einer bestimmten Eigenfrequenz aus, die im wesentlichen sinusförmig ist (vgl. Bild a) der 2). Damit ist auch die Winkelgeschwindigkeit sinusförmig und gleicher Frequenz, wie das Bild b) der 2 zeigt. Dieser Zustand gilt bis zu dem Zeitpunkt t₁ bis zu dem der Erregerstrom I_e auf dem Wert I_e0 konstant ist.
Zum Zeitpunkt t₁ erhöht die Steuereinrichtung 20 die Durchflutung der Erregerspulen 7, d.h. der Erregerstrom steigt auf den Wert I_e1. Damit ändert sich auch die von dem durch die Magnetpole 3, 5 gebildeten Energiespeicher ausgehende Rückstellkraft k mit der Folge, dass die Eigenfrequenz des Systems sich erhöht, wie dies die Bilder a) und b) zeigen. Gleichzeitig geht aber auch die Amplitude der Schwingbewegung etwas zurück, wie dies Bild a) zum Ausdruck bringt.
Der Zeitpunkt t₁ zu dem der Erregerstrom I_e der Erregerspulen 7 und damit die Eigenfrequenz des schwingenden Systems verändert werden, kann abhängig von den Erfordernissen des angetriebenen Bauteils programmgemäß oder lage-, geschwindigkeits- oder beschleunigungsabhängig oder generell zeitabhängig gewählt und/oder vorgegeben werden. Der Steuereingriff auf die Erregung der Erregerspulen 7 und damit auf die Rückstellkraft/Weg-Kennlinie des von den Magnetpolen 3, 5 gebildeten Energiespeichers kann insbesondere auch an den Reversierpunkten der Schwingbewegung erfolgen. Dabei kann es bei bestimmten Anwendungsfällen auch zweckmäßig sein, die Eigenschaften des Energiespeichers im Verlaufe einer Hin- und/oder einer Herbewegung zu einem bestimmten Zeitpunkt zu verändern, wobei dieser Zeitpunkt auch durch die bspw. von dem Sensor 15 oder von einem Programm kommenden Informationen beeinflusst oder bestimmt sein kann. Zusätzlich ist es noch möglich durch Ansteuerung der Dämpfungsvorrichtung 17, 18 in die Schwingbewegung des Rotors 2 eine mechanische Dämpfung einzuführen, die ebenfalls von der Steuereinrichtung 20 zeitabhängig gesteuert werden kann.
Der Rotor 2 kann im Wesentlichen freie Schwingungen ausführen, wobei er dann über den Außenstator 10 und dessen Statorspulen 11 lediglich die zur Deckung der Reibungsverluste erforderliche Energie zugeführt erhält, was bedeutet, dass das von den Statorspulen 11 auf den Rotor 2 ausgeübte Drehmoment lediglich kurzzeitig während einer Hin- oder Herbewegung des Rotors 2 zur Einwirkung kommt. Grundsätzlich gleiche Verhältnisse gelten aber auch für Einsatzzwe cke, bei denen die Statorspulen 11 und/oder die Antriebsquelle 13 so gesteuert sind, dass der Rotor 2 eine erzwungene Schwingung ausführt.
In jedem Falle ist es möglich, über die Steuereinrichtung 20 ein praktisch beliebiges Weg (Drehwinkel)-Zeitdiagramm der Schwingbewegung des Rotors 2 und der an diesen angekoppelten angetriebenen Teile einzurichten und damit in verhältnismäßig einfacher Weise unterschiedlichen oder sich ändernden Betriebsbedingungen der angetriebenen Bauteile Rechnung zu tragen. Insbesondere können auch die Bedingungen an den Anfangs- und Endpunkten der Schwingbewegung zweckentsprechend eingestellt werden. Der Energiespeicher kann an den Anfangs- und Endpunkten aufgeladen oder entladen werden, was für den Anfahr oder Stoppvorgang der Webmaschine wichtig ist. Falls zweckmäßig, kann der Energiespeicher auch so gesteuert werden, dass er eine Hysterese aufweist, d.h. bei der Hinbewegung gibt es einen anderen Verlauf der Rückstellkraft k wie bei der Rückbewegung.
Ein großer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere auch darin, dass die Eigenfrequenz des oben erläuterten schwingungsfähigen Systems beeinflusst werden kann, so dass im Falle einer erzwungenen Schwingung die Resonanz zweckmäßig so gelegt werden kann, dass sich besonders günstige dynamische Bewegungsverhältnisse bei hohem Wirkungsgrad ergeben.
Dies gilt für erzwungene Schwingungen mit harmonischer Erregung, Stoßerregung, periodischer und nicht periodischer Erregung wie auch für parametererregte Schwingungen.
Während bei der in 1 im Vorstehenden geschilderten Ausführungsform ein durch die Magnetpole 3, 5 gebilde ter elektromagnetischer Energiespeicher dem Rotor 2 zugeordnet ist, ist bei der in 3 schematisch dargestellten Ausführungsform ein mechanischer Energiespeicher vorhanden, der an den Umkehrpunkten der Schwingbewegung des Rotors 2 dessen kinetische Energie kurzzeitig in potentielle Energie umsetzt, um dann den Rotor 2 in die jeweils andere Bewegungsrichtung zu beschleunigen. Mit 1 gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert.
Der hohlzylindrisch ausgebildete Rotor 2 trägt bei dieser Ausführungsform auf seiner Innenwand radial vorstehende, mechanische Speichermittel bildende Blattfedern 22, von denen vier jeweils paarweise einander gegenüber stehend angeordnet sind. Die Zahl der Blattfedern 22 kann auch anders gewählt sein. Die Blattfedern 22 bestehen aus Federstahl oder vorzugsweise Kohlenstofffasermaterial. Sie sind einenends bei 23 an dem Rotor 2 fest eingespannt und andernends jeweils in der Klemmstelle eines Rollenpaars 24 aufgenommen, das an einem ortsfesten Aktuator 26 über entsprechende Führungsmittel 27 gelagert ist. Der Aktuator 26 kann von der Steuereinrichtung 20 über eine Leitung 8a so angesteuert werden, dass er die Rollenpaare 24 in der Radialrichtung der zugeordneten Blattfedern 22 verstellt und/oder die von den Rollenpaaren an deren Klemmlinie auf die jeweilige Blattfeder 22 ausgeübte Klemmkraft verändert. Bei einer über die Statorspulen 11 oder die Energiequelle 13 erregten Drehschwingung des Rotors 2 bilden die Blattfedern 22 einen mechanischen Energiespeicher, der vorübergehend die kinetische Energie des Rotors 2 und der mit diesen gekoppelten Teile in Form potentieller Energie speichert. Durch den Aktuator 26 kann die Einspannstelle der Blattfedern 22 und damit die wirksame Biegelänge der Blattfedern 22 verändert werden. Damit ergibt sich ein unmittelbarer Eingriff auf die Federkennlinie, d.h. die Rückstellkraft/-Weg-Kennlinie des Energiespeichers, womit sich eine im Wesentlichen frei steuer- oder programmierbare Weg(Drehwinkel)-Kennlinie des Rotors 2 bei dessen Schwingbewegungen erzielen lässt. Die Blattfedern 22 können auch in einer von der Radiallage abweichenden Ausrichtung an dem Rotor 2 angeordnet sein, wie es auch denkbar ist, sie über ihre Länge mit veränderlicher Dicke und/oder Breite zu gestalten, bspw. an der Festeinspannstelle dicker und/oder breiter als im Bereiche der Klemmlinie der Rollen 24.
Praktische Ausführungsformen der in 3 lediglich schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung sind in den 4, 5 veranschaulicht. Mit den 1, 2 gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei der Ausführungsform nach 4 ist der zylindrische Stator 1 hohlzylindrisch ausgebildet und mit einer Innenkeilverzahnung 29 versehen, die es erlaubt den Stator 1 drehfest auf eine nicht weiter dargestellte Keilwelle aufzusetzen. Der Stator 1 wird im radialen Abstand von dem zylindrischen Rotor 2 umschlossen, der mit dem Stator 1 nach Art eines konventionellen Gleichstrom- oder Wechselstrommotors zusammenwirkt, wobei die zugehörigen elektromagnetischen Pole und/oder Spulen bei 30 schematisch angedeutet sind. Dieser allgemein mit 31 bezeichnete Motor ist ein Außenläufermotor, wie er an sich bekannt ist (vgl. DE 101 11 17 A1 ). Durch entsprechende Erregung seiner elektromagnetisch wirksamen Wicklungen 30 durch ein daran angeschlossenes Reversiersteuermittel 32 wird erreicht, dass der Rotor 2 bezüglich des Stators 1 eine Reversierdrehbewegung vorbestimmter Amplitude ausführt, die durch einen Doppelpfeil 33 angedeutet ist. An dem Rotor 2 ist außen ein Antriebshebel 34 befestigt, der endseitig eine Anlenkstelle 35 für ein anzutreibendes Bauteil, insbesondere einer Webmaschine, aufweist.
Auf der dem Antriebshebel 34 diametral gegenüber liegenden Seite ist der Rotor 2 mit einer angeformten Befestigungsklemme 36 ausgebildet, in die eine Blattfeder 22 eingesetzt ist, die mittels Schrauben 37 an ihrer Einspannstelle fest verklemmt ist. In der Nähe der Einspannstelle liegen beidseitig der Blattfeder 22 zwei Verstärkungsplatten 38, die die Blattfeder unmittelbar an der Einspannstelle gegen Ermüdungsbruch schützen.
Die Blattfeder 22 ist in der Nähe ihres freien Endes in der Klemmstelle 39 des zugeordneten Rollenpaars 24 aufgenommen, dessen Rollen gemeinsam durch zugeordnete, bspw. als Spindel- oder Keilgetriebe ausgebildete Stellvorrichtungen 40 in Längsrichtung der Blattfeder 22 zwischen der in 4 mit ausgezogenen Linien und der gestrichelt angedeuteten Stellung verstellbar sind. Die beiden Stellvorrichtungen 40 sind durch elektromechanische Stellmittel 41 angesteuert, die zusammen mit den Stellvorrichtungen 40 den Aktuator 26 der 3 bilden.
Die Steuereinrichtung 20, deren Eingabeteil 21 in 1 nicht dargestellt ist, steuert einerseits über die Steuermittel 32 die Reversierbewegung des Rotors 2 und damit des Antriebshebels 34, indem sie dessen Amplitude bestimmt, während sie andererseits über die Stellmittel 41 auf die Stellvorrichtungen 40 des Rollenpaars 24 Eingriff nimmt, um diese in Richtung des Doppelpfeils 42 zu verstellen. Durch diese Verstellung wird die freie Einspannlänge der Blattfeder 22 verändert, was eine entsprechende Veränderung der Federkennlinie des von der Blattfeder 22 gebildeten Ener giespeichers zur Folge hat. Die Rollen 24 können im Übrigen erforderlichenfalls auch gebremst sein, wobei die Bremswirkung durch die Steuereinrichtung 20 gesteuert werden kann. Auf diese Weise lässt sich eine gesteuerte Dämpfung in das System einführen, wie dies durch die Dämpfungsvorrichtung 17, 18 in 1, 2 veranschaulicht ist. Die Federkennlinie der Blattfeder 22 ist, nebenbei bemerkt, nicht linear.
Die Ausführungsform nach 5 unterscheidet sich von jener nach 4 im Wesentlichen lediglich durch die Ausbildung des Motors 31. Der hier mit 31a bezeichnete Motor ist als sogenannter Kreissektor-Linearmotor ausgebildet. Der prinzipielle Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Kreissektor-Linearmotoren sind z.B. aus der DE 198 49 728 A1 bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen werden muss. Der Rotor 2 ist bei dieser Ausführungsform auf dem zylindrischen, mit der Innenkeilverzahnung 29 der 4 ausgebildeten Stator 1 mittels eines Wälzlagers 43 drehbar gelagert, wobei sein Antriebshebel 34 zwischen der in 5 voll ausgezogen dargestellten Winkelstellung und der dort gestrichelt gezeigten Winkelstellung hin- und herbewegbar ist. Die elektromagnetische Antriebswicklung 30a ist kreissektorförmig verteilt angeordnet und wird über die Reversiersteuermittel 32 von der Steuereinrichtung 20 angesteuert. Der Rotor 2 ist wieder mit der radial vorstehenden Blattfeder 22 entsprechend 4 versehen, die in der Klemmstelle 39 des zugeordneten Rollenpaars 24 aufgenommen ist. In diesem Falle ist die Blattfeder 22 gegenüber dem Antriebshebel 34 unter einem von 180° abweichenden Winkel angeordnet.
Die Wirkungsweise des von der Blattfeder gebildeten mechanischen Energiespeichers ist gleich wie bei der Aus führungsform nach 4.
In den 6, 7 sind erfindungsgemäße Antriebsvorrichtungen dargestellt, die ähnlich den vorbeschriebenen Ausführungsformen nach den 4, 5 konstruiert, aber anstelle der Blattfedern 22 mit einem elektromagnetischen Energiespeicher, im Prinzip ähnlich wie in 1 dargestellt, ausgebildet sind. Gleiche Teile sind wieder mit gleichen Bezugszeichen wie in den 4, 5 versehen und nicht nochmals erläutert.
Die Ausführungsform nach 6 entspricht jener der 4 mit dem Unterschied, dass anstelle der Blattfeder 22 ein längliches, plattenförmiges Polstück 44 radial vorragend mit dem Läufer 2 an der Befestigungsklemme 36 verbunden ist. Der Sensor 15 ist der Einfachheit halber weggelassen. Unter Verwendung der Bezugszeichen nach 1 trägt das Polstück 44 einen permanentmagnetischen, plattenförmigen Magnetpol 3, dessen zu der radialen Symmetrieachse 45 parallele, ebene, seitliche Polflächen mit 4 bezeichnet sind. Symmetrisch zu der Symmetrieachse 45 des in der in 6 dargestellten Mittelstellung stehenden Polstücks 44 sind die beiden über Erregerspulen 7 erregten stationären Pole 5 angeordnet, deren Polflächen mit 6 bezeichnet sind und eine solche Neigung bezüglich der Drehachse des Rotors 2 aufweisen, dass die Polflächen 4, 6 in den Grenzstellungen der durch den Doppelpfeil 33 angedeuteten hin- und hergehenden Schwingbewegung großflächig unter Ausbildung eines Luftspaltes 9 einander gegenüber liegen. Die Erregerspulen 7 sind durch eine Treiberschaltung 20a angesteuert, die einen Teil der Steuereinrichtung 20 bildet und von dieser gesteuert ist.
Wie anhand der 1 bereits erläutert, werden die Erregerspulen 7, gesteuert von der Steuereinrichtung 20 so erregt, dass sie zumindest zeitweilig während der Reversierbewegung des Rotors 2 gleiche magnetische Polaritäten erzeugen, so dass sich die für die Schwingbewegung des Rotors 2 an den einander zugewandten Polflächen 4, 6 erforderliche Rückstellkraft ergibt, wobei die kinetische Energie der dem Rotor 2 zugeordneten Masse m in dem in dem Luftspalt 9 vorhandenen Magnetfeld als potentielle Energie gespeichert wird.
Die Ausführungsform nach 7 entspricht jener nach 5 mit dem bereits anhand der 6 erläuterten Unterschied, dass der Energiespeicher mit elektromagnetischen Speichermitteln arbeitet. Funktion und Aufbau des Energiespeichers sind wie bei der Ausführungsform nach 6, so dass es genügt, auf diese insoweit Bezug zu nehmen. Gleiche Teile haben die gleichen Bezugszeichen.
In den nachfolgenden 8 bis 16 ist der Einsatz der im Vorstehenden erläuterten erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung für typische Antriebsaufgaben in einer Webmaschine beispielhaft dargestellt. In diesem Zusammenhang veranschaulicht 8 einen Ausschnitt aus einer Webmaschine mit Darstellung der Bewegungsverhältnisse des Webblatts beim Schussfadenanschlag.
Das mit 50 bezeichnete Webblatt ist zwischen den beiden in 8 dargestellten Schwenkstellungen verschwenkbar, von denen die linke Stellung die Schussfadenanschlagstellung darstellt. Die an das bei 51 angedeutete Gewebe anzuschlagenden Schussfäden sind mit 52 bezeichnet. Die Kettfäden sind bei 53 angedeutet und stehen in der Offenfach-Stellung. Der Warenbreithalter ist bei 54 schematisch angedeutet.
Um dem Webblatt 50 die aus 8 ersichtliche Schwenkbewegung zu erteilen, können bspw. die in den 4, 5 dargestellten Ausführungsformen der neuen Antriebsvorrichtung verwendet werden, wie dies in den 9, 10 veranschaulicht ist. Mit diesen Figuren gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. Dargestellt ist lediglich der Rotor 2 mit den an diesem angeordneten Teilen. Der Stator 1 und die zur Kopplung mit dem Rotor 2 dienende Wicklung 30 sind der Einfachheit halber nicht nochmals gezeigt.
Auf den an dem Rotor 2 angeformten Antriebshebel 34 der Antriebsvorrichtung ist eine im Querschnitt U-förmige Spannschiene 55 aufgesetzt, in die das Webblatt 50 unmittelbar eingesetzt ist. Das Webblatt 50 ist an seinem Rahmen durch geeignete Befestigungsmittel, wie Spannschrauben oder dergleichen lösbar in der Spannschiene 55 befestigt, so dass es bei Bedarf ausgetauscht werden kann. Über die axiale Länge des Webblatts verteilt, können mehrere Antriebsvorrichtungen vorgesehen sein, wie dies in 11 veranschaulicht ist. Die Statoren 1 dieser Antriebsvorrichtungen sitzen mit ihrer Innenkeilverzahnung 29 drehfest auf einer durchgehenden, in 11 bei 56 angedeuteten Keilwelle, deren Außenkeilverzahnungen nicht weiter dargestellt ist und die sich über die Länge des Webblatts 50 erstreckt. Die Welle 56 ist im Maschinengestell drehfest gehaltert, was im Einzelnen nicht veranschaulicht ist. Die Zahl und der Abstand der Antriebsvorrichtungen richten sich nach der Webbreite, d.h. der Länge des Webblatts 50. Die Antriebsvorrichtungen können naturgemäß auch entsprechend 7 gestaltet sein.
Die 12 bis 15 zeigen die Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtungen nach 4 als soge nannte Schafthebelmotoren zur Bewegung der Schäfte einer Webmaschine. Dazu wird Bezug genommen auf die DE 101 11 017 A1 , in der die grundsätzliche Ausbildung eines solchen Antriebs für die Fachbildemittel einer Webmaschine veranschaulicht ist.
Ein mit 60 bezeichneter Schaft ist jeweils über wenigstens zwei Schub-Zugstangen 61 mit dem Antriebshebel 34 des Rotors 2 einer zugeordneten Antriebsvorrichtung nach 4 gekoppelt, wobei jede Schub-Zugstange 61 bei 35 an ihrem Antriebshebel 34 angekoppelt ist. Die Rotoren 2 führen, gesteuert von der Steuereinrichtung 20, die anhand der 1 erläuterte, hin- und hergehende Schwingbewegung entsprechend dem Doppelpfeil 33 aus, wodurch der angekoppelte Schaft 60, entsprechend einem Doppelpfeil 62, in dem für die Fachbildung erforderlichen Maße auf- und abbewegt wird. Während in 12 die Verhältnisse für den Fall dargestellt sind, dass an dem Webschaft 60 lediglich zwei Antriebsvorrichtungen angekoppelt sind, zeigt 13 die Verhältnisse bei einer Webmaschine für größere Webbreite, bei der drei Antriebsvorrichtungen, gleichmäßig über die Schaftlänge verteilt, an dem jeweiligen Webschaft angreifen. Gemäß 14 können die Antriebsvorrichtungen für die neben einander angeordneten Schäfte 60 in einer Anordnungsebene abwechselnd auf der einen und auf der anderen Seite der jeweiligen Schub-Zugstange 61 angeordnet sein, während 15 zeigt, dass auch zwei Anordnungsebenen für die Antriebsvorrichtungen verwendet werden können. Auf diese Weise ist es möglich, die axiale Länge der Rotoren 2 und der zugehörigen Statoren 1 über die durch das vorgegeben Abstandsmaß 63 (in der Regel 12 mm) benachbarter Schäfte 60, wie es in 13 angedeutet ist, gegebene Beschränkung hinaus zu vergrößern, um damit eine größere Hubleistung zu erzielen.
Den 12 bis 15 ist zu entnehmen, dass die den Rotoren 2 erfindungsgemäß zugeordneten Energiespeicher, bspw. in Gestalt der dargestellten Blattfedern 22 mit den zugeordneten Spann- oder Klemmrollen 24, die axiale Breite der Antriebsvorrichtungen in Richtung der die Statoren 1 tragenden, quer zu den Schäften 60 verlaufenden Keilwellen 64 (vgl. 14, 15) nicht vergrößern. Gleichzeitig zeigen die Figuren, dass die Energiespeicher in der Webmaschine ohne störenden zusätzlichen Platzbedarf untergebracht werden können.
Dies gilt auch für die grundsätzliche Ausführungsform der Antriebsvorrichtungen nach 7, wie ein Blick auf 16 zeigt. Bei der Darstellung der Antriebsvorrichtung ist hier der Stator 1 der Einfachheit halber weggelassen. Der Antriebshebel 34, an dem bei 35 die Schub-Zugstange 61 angekoppelt wird, führt zwischen den in 15 strickpunktiert dargestellten Grenzstellungen eine hin- und hergehende Schwingbewegung aus. Von diesen Grenzstellungen entspricht eine der Ausbildung des Oberfachs und die andere der Ausbildung des Unterfachs. Die Steuerung des Energiespeichers durch die Steuereinrichtung 20 kann auch hier entsprechend den Anforderungen der Fachbewegung innerhalb eines vorgegebenen Rahmens beliebig vorprogrammiert und gesteuert werden.
In 17 ist schematisch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach 4 zum Antrieb der Greiferstange einer Greiferwebmaschine veranschaulicht. Für gleiche Teile sind die gleichen Bezugszeichen wie in 4 verwendet und nicht nochmals erläutert.
Der Rotor 2 trägt in diesem Falle auf der der Blattfeder 22 des Energiespeichers gegenüber liegenden Seite anstelle des Antriebhebels 34 der 4 einen Hebelarm 34a, an dem ein zu der Rotordrehachse koaxiales Zahnsegment 65 ausgebildet ist, das mit einem Ritzel 66 eines an einem Gestellteil 67 angeordneten Winkelgetriebes 68 in Eingriff steht. Das Winkelgetriebe 68 treibt ein Antriebszahnrad 69 an, dessen Drehachse rechtwinklig zu der des Ritzels 66 verläuft und dessen Verzahnungen in die zahnstangenartig ausgebildete Verzahnung einer Greiferstange 70 eingreift, die in 17 im Querschnitt angedeutet ist. Eine hin- und hergehende Bewegung des Zahnsegments 65 erzeugt deshalb eine hin- und hergehende Drehbewegung des Antriebszahnrades 69 und damit eine rechtwinklig zur Zeichenebene der 17 erfolgende Hin- und Herbewegung der Greiferstange 70. Bei dieser Hin- und Herbewegung wird die kinetische Energie der bewegten Massen im Bereiche der Umkehrpunkte der Bewegung in der Blattfeder 22 als potentielle Energie vorübergehend gespeichert, wie dies im Vorstehenden schon erläutert worden ist.
Wenngleich anhand der beschriebenen Ausführungsformen der neuen Antriebsvorrichtung die Erfindung im Zusammenhang mit der Erzeugung einer hin- und hergehenden Schwenkbewegung um eine zugeordnete Schwenk- oder Drehachse beschrieben worden ist, so ist der erfindungsgemäße Gedanke darauf jedoch nicht beschränkt. Er kann in gleicher Weise bei Antriebvorrichtungen eingesetzt werden, die bspw. eine lineare hin- und hergehende Bewegung erzeugen. Ein Beispiel dafür ist in 18 schematisch angedeutet.
Die Antriebsvorrichtung weist ein im Wesentlichen nach Art einer Stange 71 ausgebildetes angetriebenes Bauteil auf, das durch eine elektrische, pneumatische oder hydraulische lineare Antriebsquelle 72 verläuft, die ihm eine lineare hin- und hergehende Schwingbewegung vorbestimmter Amplitude erteilt. Koaxial zu der Antriebsquelle 72 ist auf beiden Seiten jeweils ein Energiespeicher in Gestalt eines Zylinders 73 angeordnet, in dem ein auf der Stange 71 vorgesehener Kolben 74 verschieblich geführt ist. Der Zylinder 73 ist an seinen beiden Stirnseiten verschlossen, wobei der Verschluss auf der jeweils außen liegenden Stirnseite durch einen Zylinderdeckel 75 erfolgt, der in den Zylinder 73 eingeschraubt ist. Durch Verdrehen des Zylinderdeckels 75 kann deshalb das Zylindervolumen verändert werden, weil der Zylinderdeckel 75 eine „bewegliche Wand" für den Zylinder 73 bildet. Der Zylinder 73 ist mit einem Speichermedium gefüllt, das elastisch kompressibel ist, bspw. Luft oder einem Gas.
Als Speichermedium kann aber auch ein sogenanntes rheologisches Medium Verwendung finden, dessen Viskosität sich im elektrischen Feld ändert. Der in 18 rechts dargestellte Zylinder 73 ist deshalb mit einer Einrichtung 76 versehen, die es erlaubt, in dem mit dem rheologischen Medium gefüllten Zylinderraum 77 ein elektrisches Feld variabler Stärke zu erzeugen. Die zugeordnete Felderzeugungsschaltung ist bei 78 angedeutet.
Die Antriebsvorrichtung weist eine elektrische Steuereinrichtung 20 auf, die es erlaubt, ähnlich wie anhand der 1 erläutert, die Eigenschaften des in diesem Falle pneumatischen Energiespeichers in Abhängigkeit von Parametern der Hin- und Herbewegung der Stange 71 und/oder von vorgegebenen oder programmgemäßen Parametern zu verändern. Der in 18 entsprechend 1 eingezeichnete Sensor 15 gibt bpsw. wegabhängige Signale ab, die für die Hin- und Herbewegung der Stange 71 kennzeichnend sind und die Informationen bezüglich der Lage, Geschwindigkeit, Beschleunigung, des Bewegungszustands und dergleichen der Stange 71 beinhalten.
Bei der Ausführungsform nach 18 ist lediglich der rechts der Antriebsquelle 72 angedeutete Energiespeicher durch die Steuereinrichtung 20 gesteuert. In gleicher Weise kann auch der den links der Antriebsquelle 72 liegenden Energiespeicher bildende andere Zylinder 73 entsprechend angesteuert sein. Es gibt aber auch Fälle, bei denen der linke Zylinder 73 weggelassen oder mit einem Dämpfungsmedium gefüllt ist, das dann ggfs. wiederum ansteuerbar sein kann.
Die 19, 20 zeigen schematisch weitere Möglichkeiten für einen pneumatischen oder hydraulischen Energiespeicher in Form eines Zylinders 73a, der bspw. durch eine bewegliche Wand in Gestalt einer Membran 75a (19) verschlossen ist, die in ihrer Dicke und Steifigkeit, gesteuert von der Steuereinrichtung 20, verändert werden kann, wie sich dies aus einem Vergleich der 19, 20 ablesen lässt.
Abschließend sei erwähnt, dass die Blattfedern 22 auch durch anders gestaltete Federmittel, bspw. Spiral- oder Torsionsfedern, ersetzt werden können, deren wirksame Länge oder Federkennlinie entsprechend verändert werden kann.

Claims

Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung eines Bauteils (50, 60, 70), insbesondere in Webmaschinen, mit – einer mit dem Bauteil gekoppelten, die hin- und hergehende Bewegung erzeugenden Antriebsquelle (2), – einem dem Bauteil und/oder der Antriebsquelle zugeordneten Energiespeicher (3, 5; 22) zur Speicherung potentieller Energie während wenigstens eines Teiles der Hin- und Herbewegung des Bauteils und – einer Steuereinrichtung (20) zur Steuerung zumindest des Energiespeichers und/oder der Antriebsquelle in Abhängigkeit von gemessenen und/oder vorgegebenen Parametern für den Bewegungsablauf des Bauteils.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher permament- und/oder elektromagnetische Speichermittel (3, 5) enthält.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Speichermittel wenigstens zwei gegen einander beweglich gelagerte Magnetpole (3, 5) aufweisen, und dass die Polarität und/oder die magnetische Induktion wenigstens eines der Magnetpole durch die Steuereinrichtung (20) beeinflussbar
Antriebsvorrichtung (3, 5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Magnetpolen (3, 5) ein Luftspalt (9) vorhanden ist und dass der Luftspalt in Richtung der Bewegungsumkehr des Bauteils sich in seinen geometrischen Abmassen ändert.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher mechanische Speichermittel (22) aufweist, die durch die Steuereinrichtung (20) beeinflussbar sind.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Speichermittel Federmittel (22) aufweisen, deren Federkennlinie durch die Steuereinrichtung veränderbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel wenigstens ein auf Biegung beanspruchtes Federelement (22) aufweisen, dessen wirksame Biegelänge durch die Steuereinrichtung (20) beeinflussbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement ein Blattfederelement (22) ist, das zwischen zwei in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung des Bauteils relativ zueinander verstellbaren Einspannstellen (23, 39) angeordnet ist und dass durch die Steuereinrichtung (20) die zwischen den beiden Einspannstellen liegende wirksame Länge des Blattfederelements veränderbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer der Einspannstellen das Blattfederelement (22) zwischen zwei Klemmelementen (24) eingespannt ist, die durch die Steuereinrichtung (20) relativ zu dem Blattfederelement verstellbar gelagert sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher pneumatische und/oder hydraulische Speichermittel aufweist, die durch die Steuereinrichtung (20) beeinflussbar sind.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermittel einen durch eine bewegliche Wand (75, 75a) abgeschlossenen, ein Speichermedium enthaltenden Raum (77) aufweisen, und dass die bewegliche Wand durch die Steuereinrichtung (20) beeinflussbar ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium über elektromagnetische Felder in seiner physikalischen Charakteristik beeinflussbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Wand (75a) elastisch nachgiebig ausgebildet ist und dass die von ihr auf das Speichermedium übertragene Rückstellkraft durch die Steuereinrichtung (20) beeinflussbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermittel einen Zylinder (73) aufweisen, der wenigstens eine das Speichermedium enthaltende Zylinderkammer (77) besitzt und der einen durch die Steuereinrichtung verstellbaren, die Zylinderkammer begrenzenden Deckel (75) enthält.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft/Weg-Kennlinie der Speichermittel (3, 5; 22) zumindest abschnittsweise nicht linear ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher Speichermittel enthält, die gesteuert von der Steuereinrichtung, eine Hysterese aufweisen.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Dämpfungsmittel (17, 18) für die hin- und hergehende Bewegung aufweist und dass die Dämpfungsmittel durch die Steuereinrichtung (20) beeinflussbar sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit an sie angekoppelten angetriebenen Mitteln ein schwingungsfähiges System bildet, dessen Eigenfrequenz durch Beeinflussung des Energiespeichers (3, 5; 22) durch die Steuereinrichtung (20) veränderbar ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest Teil des Webladenantriebs einer Webmaschine ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das angetriebene Bauteil (50) unmittelbar auf einen eine hin- und hergehende Drehbewegung ausführenden Teil (2) der Antriebsvorrichtung aufge setzt ist und der Energiespeicher unmittelbar mit diesem Teil (2) gekoppelt ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest Teil des Antriebs der fachbildenden Elemente einer Webmaschine ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass sie, gemeinsam mit ihrem zugeordneten Energiespeicher, mit anderen Antriebsvorrichtungen in einer gemeinsamen Anordnungsebene liegend angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest Teil des Greiferantriebs einer Greiferwebmaschine ist.