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Die
Erfindung betrifft eine Arbeitsstelle einer Kreuzspulen herstellenden
Textilmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Um
eine Textilspule herzustellen, ist es bekanntlich erforderlich,
einerseits die betreffende Textilspule in Rotation zu versetzen
und andererseits den auf die Spule auflaufenden Faden längs der
Spulenachse zu traversieren. Dabei kann durch relativ schnelles
Traversieren des Fadens eine sogenannte Kreuzbewicklung erstellt
werden. Textilspulen mit einer derartigen Kreuzbewicklung zeichnen
sich dabei nicht nur durch einen verhältnismäßig stabilen Spulenkörper, sondern
auch durch ein gutes Ablaufverhalten aus.
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Da
moderne Textilmaschinen mit hohen Wickelgeschwindigkeiten arbeiten,
muß auch
die Traversiergeschwindigkeit der Fadenverlegeeinrichtungen derartiger
Textilmaschinen sehr hoch sein.
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Sehr
verbreitet zur Erzeugung der Changierbewegungen des auflaufenden
Fadens sind sogenannte Fadenführungstrommeln,
die bei schnellaufenden Spulmaschinen oftmals gleichzeitig den Umfangsantrieb
für die
Kreuzspule bewirken.
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Bei
derartigen Fadenführungstrommeln
ist jedoch, unabhängig
vom Spulendurchmesser, stets ein gleicher Verlegungswinkel gegeben,
was zur Folge hat, daß es
bei bestimmten Drehzahlverhältnissen zwischen
Spule und Antriebstrommel, wenn keine besonderen Maßnahmen
ergriffen werden, zu sogenannten Wicklungsbildern kommt, die beim
späteren Abspulen
zu erheblichen Problemen führen.
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Deshalb
sind im Stand der Technik bereits eine Vielzahl von sogenannten
Bildstörverfahren
beschrieben.
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Um
ein vorgegebenes Wicklungsbild, zum Beispiel eine Präzisions-
oder Stufen-Präzisionswicklung,
erzeugen zu können,
muß deshalb
der Antrieb der Spule vom Fadenführer
getrennt werden.
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Dies
ist unter anderem dadurch möglich,
daß die
Spule durch einen separaten Spulenantrieb angetrieben und zum Beispiel
beabstandet von der Auflaufspule eine ebenfalls separat angetriebene
Kehrgewindewalze angeordnet ist.
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In
einer Nut dieser Kehrgewindewalze gleitet dann in der Regel ein
Fadenführer.
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Derartige
Systeme sind allerdings aufgrund ihrer trägen Massen für hohe Traversiergeschwindigkeiten
nur bedingt geeignet.
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Für hohe Traversiergeschwindigkeiten
besser geeignet sind sogenannte Fingerfadenführer oder Wischer, bei denen
ein fingerartiger Fadenführer
um eine im wesentlichen senkrecht zur Auflaufspulenachse angeordnete
Achse schwenkbar ist.
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In
der
DE 198 58 548
A1 ist beispielsweise ein Fingerfadenführer beschrieben, der durch
einen elektromagnetischen Antrieb beaufschlagt ist. Die Größe und Richtung
des Antriebsmomentes des Fadenführerantriebes
wird dabei durch Steuern beziehungsweise Regeln des zugeführten Stromes
in jeder Phase der Bewegung eingestellt.
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Dies
erfolgt durch einen Mikroprozessor, der Stromstärke und Stromrichtung nach
einem vorgebbaren Programm winkel- und zeitabhängig so steuert, daß sich über die
Traversierbreite der jeweils gewünschte
Verlegewinkel des Fadens ergibt beziehungsweise auch die Traversierbreite
oder die Traversierendpunkte eingestellt werden können.
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Durch
entsprechende Sensorik wird dabei der jeweilige Winkel erfaßt, die
Einhaltung des Soll-Wertes überprüft und erforderlichenfalls
der Ist-Wert dem Soll-Wert durch Regeln wieder angepaßt. Hierzu
wird ein PID-Regler eingesetzt, während zur Erfassung des Momentanwinkels
eine Infrarotlichtschranke zum Einsatz kommt, die koaxial zur Schwingachse
angeordnete Markierungen abtastet.
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Derartige
optische Sensoreinrichtungen sind aufgrund der bekanntermaßen in Spinnereien
und Spulereien oft erheblich mit Staub und Flusen belasteten Luft
allerdings nicht ganz unproblematisch.
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Das
heißt,
solche optischen Sensoreinrichtungen erfordern, um weitestgehend
störungsfrei
zu arbeiten, einen relativ hohen Reinigungsaufwand.
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Des
weiteren ist in der
DE
100 21 963 A1 eine Arbeitsstelle einer Kreuzspulen herstellenden Textilmaschine
beschrieben, bei der eine in einem Spulenrahmen gehaltene Hülse durch
einen separaten Antrieb rotiert wird, wobei Sensormittel vorhanden
sind, um die Drehzahl und die Winkellage der Hülse zu erfassen.
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Die
Arbeitsstelle verfügt
außerdem über einen
Changierfadenführer,
der an einem endlosen Riemen festgelegt und durch einen Antrieb
innerhalb eines in seiner Länge
veränderbaren
Changierhubes hin- und hergeführt
ist.
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Eine
Steuereinrichtung zum Steuern der Changiergeschwindigkeit und des
Changierhubes des Changierfadenführer
weist einen Datenspeicher zur Aufnahme zumindest eines Atmungszyklusses und
einer Aufwickelgeschwindigkeit sowie eine Recheneinheit zur Ermittlung
der Lagen der Umkehrpunkte des Fadens am Rande der Spule vor und nach
dem Atmungszyklus auf.
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Der
Antrieb des Changierfadenführers
ist außerdem
mit einem Winkelgeber gekoppelt, der die Rotorstellung des Motors
erfaßt
und an die Steuerung meldet.
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In
der
DE 100 21 963
A1 sind allerdings keinerlei Hinweise über die Bauart des eingesetzten Winkelgebers
enthalten.
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Die
bekannten Winkelsensoren sind, insbesondere wenn unter den erschwerten
klimatischen Bedingungen in einer Spinnerei oder in einer Spulerei eine
hohe Meßgenauigkeit
gefordert ist, allerdings recht aufwendig und kostspielig.
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Ausgehend
vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die
Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsstelle einer Kreuzspulen herstellenden
Textilmaschine mit einem Fadenführer
auszustatten, dessen Antrieb einen Winkelsensor aufweist, der einerseits
hoch präzise
und andererseits kostengünstig
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung gelöst,
wie sie im Anspruch 1 beschrieben ist.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Die
im Anspruch 1 beschriebene Ausbildung eines Winkelsensors mit einem
verhältnismäßig kostengünstigen
analogen Hall-IC-Element,
das durch den Magnetfluß eines
schwenkbar gelagerten Permanentmagneten beeinflußt, proportionale Spannungssignale
an einen Arbeitsstellenrechner der betreffenden Arbeitsstelle sendet,
hat dabei mehrere Vorteile.
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Die
beim Traversieren des Fadenführers
abgegebenen Spannungssignale weisen in dem vom Fadenführer abgedeckten
Bereich von -40° bis
+40° weisen
beispielsweise einen nahezu linearen Verlauf auf, wobei die Genauigkeit
der Messung etwa bei 0,04 Winkelgraden liegt.
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Da
solche Winkelsensoren kontaktlos und damit verschleißfrei arbeiten,
zeichnen sie sich außerdem
durch eine lange Lebensdauer aus.
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Positiv
ist des weiteren, daß derartige
Winkelsensoren nur ein relativ geringes Trägheitsmoment aufweisen, so
daß einerseits
ihrer Betätigung nur
ein verhältnismäßig kleines
Drehmoment benötigt
wird und andererseits die Winkelsensoren auch bei hohen Changiergeschwindigkeiten
zuverlässig einsetzbar
sind.
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Wie
in den Ansprüchen
2 und 3 festgelegt, ist in vorteilhafter Ausführungsform vorgesehen, daß der schwenkbar
gelagerte Permanentmagnet so ausgebildet ist, daß eine den magnetischen Nordpol
und den magnetischen Südpol
verbindende Linie durch die Schwenkachse der Motorwelle verläuft.
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Der
Permanentmagnet ist dabei drehfest an der Motorwelle des Antriebes
des Fadenführers
arretiert.
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Das
zugehörige
Hall-IC-Element ist dagegen stationär an einem entsprechenden Sensorhalter
angeordnet.
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Bei
einer solchen Ausführungsform
eines Ringmagneten kommt es zur Ausbildung eines relativ stabilen
magnetischen Feldes, das mit dem Schwenken der Motorwelle seine
Lage ändert.
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Die Änderung
der Lage des Magnetfeldes wird vom Hallsensor erfaßt, in ein
proportionales Spannungssignal gewandelt und zur Ermittlung der jeweiligen
Winkellage der Motorwelle und damit des Fadenführers benutzt.
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In
vorteilhafter Ausführungsform
ist der endseitig der Motorwelle des Fadenführerantriebes angeordnete Winkelsensor
unter einer abnehmbaren Abdeckkappe angeordnet (Anspruch 4). Der
Winkelsensor ist dadurch nicht nur weitestgehend gegen äußere mechanische
Einflüsse
sowie gegen Verschmutzungen durch staub- und faserbehaftete Luft geschützt, sondern
bleibt im Bedarfsfall auch jederzeit gut zugängig.
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Wie
im Anspruch 5 dargelegt, ist der Winkelsensor in bevorzugter Ausführungsform
an eine elektronische Schaltung angeschlossen und programmierbar.
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Der
Winkelsensor kann dadurch auch nachträglich, das heißt, nach
dem Einbau des kompletten Fadenführerantriebes
in die Arbeitsstelle kalibriert werden.
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Dieses
nachträgliche
Kalibrieren des Winkelsensors hat insbesondere den Vorteil, daß Einbautoleranzen,
die nie ganz vermeitbar sind, feinfühlig ausgeglichen werden können.
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dargestellten
Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 schematisch
eine Arbeitsstelle einer Kreuzspulen herstellenden Textilmaschine,
mit einem einzelmotorisch angetriebenen Fadenführer,
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2 den
einen Winkelsensor aufweisenden Antrieb des Fadenführers in
Seitenansicht,
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3 den
erfindungsgemäßen Winkelsensor,
gemäß Schnitt
III-III der 2,
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4 den
erfindungsgemäßen Winkelsensor,
gemäß Schnitt
IV-IV der 2,
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5 ein
Winkelstellung/Ausgangsspannung-Diagramm des Winkelsensors.
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In 1 ist
in Seitenansicht schematisch die Arbeitsstelle 2 einer
Kreuzspulen herstellenden Textilmaschine dargestellt.
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Es
handelt sich im vorliegenden Fall um einen sogenannten Kreuzspulautomaten 1.
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Auf
den Arbeitsstellen 2 derartiger Kreuzspulautomaten 1 werden,
wie bekannt und daher nicht näher
erläutert,
die auf einer Ringspinnmaschine produzierten Spinnkopse 3 zu
großvolumigen
Kreuzspulen 5 umgespult.
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Die
Kreuzspulen 5 werden nach ihrer Fertigstellung mittels
eines (nicht dargestellten) selbsttätig arbeitenden Serviceaggregates,
vorzugsweise eines sogenannten Kreuzspulenwechslers, auf eine maschinenlange
Kreuzspulentransporteinrichtung 7 übergeben und zu einer maschinenendseitig
angeordneten Spulenverladestation oder dergleichen transportiert.
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Solche
Kreuzspulautomaten 1 weisen in der Regel außerdem eine
Logistikeinrichtung in Form eines Spulen- und Hülsentransportsystemes 6 auf.
In diesem Spulen- und Hülsentransportsystem 6 laufen, auf
Transporttellern 11, die Spinnkopse 3 beziehungsweise
Leerhülsen
um.
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Von
dem Spulen- und Hülsentransportsystem 6 sind
in 1 lediglich die Kopszuführstrecke 24, die
reversierend antreibbare Speicherstrecke 25, eine der zu
den Spulstellen 2 führenden
Quertransportstrecken 26 sowie die Hülsenrückführstrecke 27 dargestellt.
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Die
einzelnen Spulstellen verfügen
außerdem,
wie bekannt und daher nur angedeutet, über verschiedene Einrichtungen,
die einen ordnungsgemäßen Betrieb
derartiger Arbeitsstellen gewährleisten.
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Eine
dieser Einrichtungen ist beispielsweise die Spulvorrichtung. Die
insgesamt mit der Bezugszahl 4 gekennzeichnete Spulvorrichtung
weist einen Spulenrahmen 8 auf, der um eine Schwenkachse 12 beweglich
gelagert ist. Der Spulenrahmen 8 kann dabei außerdem,
zum Beispiel zur Fertigung von konischen Kreuzspulen, um eine weitere
orthogonal zur Schwenkachse 12 angeordnete Achse verschwenkbar
sein.
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Während des
Spulprozesses liegt die Kreuzspule 5 mit ihrer Oberfläche beispielsweise
auf einer Stütz-
und Andrückwalze 9 auf
und nimmt diese antriebslose Stütz-
und Andrückwalze 9 über Reibschluß mit. Der
Antrieb der Kreuzspule erfolgt in diesem Fall über eine drehzahlregelbare
Antriebseinrichtung, die vorzugsweise als elektronisch kommutierbarer
Gleichstrommotor ausgebildet und direkt am Spulenrahmen 8 angeordnet
beziehungsweise in den Spulenrahmen 8 integriert ist.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
liegt die Kreuzspule 5 während des Spulprozesses auf
einer einzelmotorisch angetriebenen Antriebswalze auf. In diesem
Fall wird die Kreuzspule 5 durch die angetriebene Walze
reibschlüssig
mitgenommen.
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Zur
Changierung des Fadens 16 während des Spulprozesses ist
eine Fadenchangiereinrichtung 10 vorgesehen. Eine solche
in der 1 nur schematisch angedeutete Fadenchangiereinrichtung 10 besteht
im wesentlichen aus einem fingerartig ausgebildeten Fadenführer 13,
der, durch einen elektromechanischen Antrieb 14 beaufschlagt,
den Faden 16 zwischen den beiden Stirnseiten der Kreuzspule 5 traversiert.
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Der
Antrieb 14 des Fadenführers 13 ist
dabei beispielsweise über
Befestigungslaschen 33 sowie eine (nicht dargestellte)
Konsole am Spulstellengehäuse 34 der
betreffenden Arbeitsstelle 2 festgelegt.
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Wie
aus 2 ersichtlich, weist der Antrieb 14 eine
Motorwelle 17 auf, an der ein fingerartig ausgebildeter
Fadenführer 13 drehfest
angeordnet ist.
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Auf
der dem Fadenführer 13 gegenüberliegenden
Seite des Antriebes 14 ist, geschützt unter einer abnehmbaren
Abdeckkappe 18, ein Winkelsensor 19 montiert,
dessen Aufbau nachfolgend anhand der 3 und 4 näher erläutert wird.
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Die 3 zeigt
dabei eine Rückansicht
des Antriebes 14, das heißt eine Draufsicht auf den
Winkelsensor 19, gemäß Schnitt
III-III der 2, während die 4 eine Seitenansicht
desselben Winkelsensors 19, gemäß Schnitt IV-IV der 2,
zeigt.
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Wie
insbesondere aus der 4 ersichtlich, ist am Gehäuse 35 des
Antriebes 14, auf der dem Fadenführer 13 gegenüberliegenden
Seite, ein Kunststoffformteil 31 festgelegt, das sowohl
eine Befestigungsbohrung 36 für einen Sensorträger 23 als
auch einen Lagerzapfen 37 für eine mit einer elektronischen
Schaltung 32, 38 bestückten Platine aufweist. Die
elektronische Schaltung kann dabei beispielsweise einen Speicherchip 32 sowie
eine elektronische Steuereinrichtung 38 beinhalten.
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Am
Sensorträger 23 ist
ein Hall-IC-Element 29 festgelegt. Das Hall-IC-Element 29 korrespondiert mit
einem Permanentmagneten 20, der über einen Stützring 21 sowie
einen Schraubenbolzen 22 drehfest mit der Motorwelle 17 des
Antriebes 14 verbunden ist.
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Wie
in 3 dargelegt, ist der Permanentmagnet dabei als
zweipolig radial magnetisierter Ringmagnet ausgebildet, dessen Pole
N, S in der dargestellten Mittelstellung des Fadenführers 13,
das heißt,
in der Winkelstellung 0°,
bezüglich
des stationär
angeordneten Hall-IC-Elementes 29 orthogonal angeordnet
sind. Das heißt,
wenn die Winkelstellung des Fadenführers 13 0° beträgt, sind
die Pole N, S des Magnetringes 20 exakt rechtwinklig zum Hall-IC-Element
ausgerichtet.
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In 5 ist
anhand eines Diagrammes der von der Winkelstellung des Fadenführers 13 und
damit vom Magnetfluß des
Permanentmagneten 20 abhängige Spannungsverlauf des
programmierbaren Hall-IC-Elementes 29 angedeutet.
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Auf
der Ordinate sind dabei der vom Fadenführer 13 abdeckbare
Bereich in Winkelgraden dargestellt, während auf der Abszisse die
vom Hallelement generierte Spannung in Volt zeigt.
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Mit 39 ist
der von der Winkelstellung des Fadenführers 13 bzw. der
Motorwelle 17 abhängige Spannungsverlauf
angedeuetet.
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Das
Diagramm zeigt dabei lediglich einen Ausschnitt des bei einer vollen
Umdrehung der Motorwelle sinusförmigen
Spannungsverlaufes des Hall-IC-Elementes 29.
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Der
Magnetfluß,
der beispielsweise folgende Beziehungen aufweist: B
= K·α,B =
Magnetfluß
K
= Gerätekonstante
α = Winkelstellung
des Permanentmagneten
wird im Hallsensor, wie angedeutet, in
eine elektrische Spannung gewandelt, die zwischen 0,5 und 4,5 Volt
liegt. Wie ersichtlich, ist der Spannungsverlauf in dem vom Fadenführer 13 abgedeckten
Bereich weitestgehend linear. In der zum Beispiel äußeren linken Winkelstellung
des Fadenführers,
die hier als -40° gekennzeichnet
ist, beträgt
die vom Hall-IC-Element abgegebene Spannung etwa 0,5 Volt, in der Null-Stellung
des Fadenführers
2,5 Volt und in der äußeren rechten,
mit +40° gekennzeichneten
Winkelstellung, 4,5 Volt.
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Der
vorliegende Winkelsensor 19 ermöglicht dabei ein Erfassen der
Winkelstellung des Fadenführers 13 auf
etwa 0,04 Winkelgrade genau.
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Ein
besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Arbeitsstelle besteht darin,
daß der
Winkelsensor auch noch nach dem Einbau des Fadenführerantriebes 14 in
die Arbeitsstelle 2 kalibriert werden kann, so daß auch Toleranzen,
die sich beim Einbau zwangsläufig
ergeben, feinfühlig
ausgeglichen werden können.
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Bei
der Kalibrierung am fertig montierten Motor kann dabei nach verschiedenen
Verfahren vorgegangen werden.
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Bei
allen Verfahren wird zunächst
die Motorwelle des Fadenführerantriebes
in einer externen Vorrichtung aufgenommen.
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Gemäß einem
ersten Kalibrierverfahren werden anschließend zwei definierte Winkel,
die in der Nähe
des maximalen Arbeitsbereiches (± 37°) des Fadenführers 13 liegen, erfaßt und zum
Beispiel im Speicherchip 32 der elektronischen Schaltung
des Winkelsensors 19 abgelegt.
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Bei
diesem Verfahren bleibt die Nichtlinearität und die Asymmetrie des Magneten
unberücksichtigt,
jedoch wird der Meßbereich
auf die Amplitude des Meßsignales
abgestimmt. Das Verfahren hat den Vorteil, daß der Fehler im Nulldurchgang
und am äußeren Arbeitsbereich
gering ist.
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Außerdem können mit
diesem Verfahren zuverlässig
sämtliche
Fertigungstoleranzen kompensiert werden.
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Bei
einem zweiten Verfahren wird die magnetische Kennlinie des Permanentmagneten 20 vermessen.
Die ermittelten Korrekturwerte werden dann entweder manuell an den
Arbeitsstellenrechner der Spulstelle übermittelt oder in einen zusätzlichen Speicherchip 32 der
elektronischen Schaltung des Winkelsensors abgelegt.
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Auch
durch ein solches Verfahren kann eine Kompensation aller bekannten
Fehlereinschlüsse
erreicht werden.
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Ein
drittes Kalibrierverfahren ist in etwa mit dem zweiten Kalibrierverfahren
vergleichbar, jedoch wird die magnetische Kennlinie nur an diskreten
Winkelstellungen des Fadenführers
gemessen.
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Das
heißt,
es ist mit einer einfachen mechanischen Vorrichtung möglich, den
Winkelsensor im Feld zu kalibrieren, wenn zum Beispiel Bohrungen am
Gehäuse
der Arbeitsstelle angebracht werden, die den Fadenführer über einen
Stift definiert aufnehmen.
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Der
Arbeitsstellenrechner der betreffenden Spulstelle kann dann anhand
dieser Positionen die notwendigen Korrekturwerte ermitteln.