DE19820464A1

DE19820464A1 - Elektrischer Schwenkmotor, insbesondere für eine Textilmaschine

Info

Publication number: DE19820464A1
Application number: DE19820464A
Authority: DE
Inventors: Silvan Borer
Original assignee: Textilma AG
Current assignee: Textilma AG
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1998-05-07
Publication date: 1999-09-23
Also published as: AU3244699A; CH692624A5; WO1999047739A1

Abstract

Der Schwenkmotor enthält einen glockenartigen Läufer (4) aus einer eisenlosen Wicklung (6). Der Läufer (4) ist in einem glockenförmigen Spalt (38) des Ständers um weniger als 360 DEG oszillierend verschwenkbar angeordnet. Die Wicklung (6) ist mit einer fest angeschlossenen Zuleitung (8) versehen, die aus dem ein Magnetsystem aufweisenden Ständer (2) nach außen geführt ist. Dadurch ergibt sich ein besonders wirkungsvoller Schwenkantrieb, der insbesondere für textilmaschinen geeignet ist.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schwenkmotor insbe sondere für eine Textilmaschine gemäß Oberbegriff des Anspru ches 1. Solche Schwenkmotoren können für verschiedenste Steu erzwecke verwendet werden, besonders vorteilhaft sind sie jedoch zur Steuerung von Bauteilen von Textilmaschinen, wie Spul-, Wirk- oder Webmaschinen. Dabei kommen die Schwenkmotore insbesondere zum Antrieb von Bauteilen zur Führung mindestens eines Fadens zum Einsatz.

Stand der Technik

Ein elektrischer Schwenkmotor der eingangs genannten Art ist aus der EP-A-0 708 190 bekannt, wobei mehrere solcher Schwenk motoren gestaffelt angeordnet sind und zum Antrieb von Lege stangen einer Wirkmaschine dienen. Die Schwenkmotoren sind als Schrittmotoren ausgebildet, die wegen ihres massiven, perman entmagnetischen Läufers ein hohes Massenträgheitsmoment auf weisen, so daß sie in ihrer Schwenkfrequenz begrenzt sind. Eisenverluste bewirken eine Verringerung des Drehmoments.

Es sind ferner elektrische Motoren mit eisenlosen, glockenför migen Läufern bekannt, deren freitragende Wicklungen sich in einem Spalt eines magnetischen Ständers drehen. Solche Motoren haben keine Eisenverluste und ein kleines Massenträgheitsmo ment. Allerdings haben sie einen relativ komplizierten Aufbau, da sie einen Kommutator benötigen, dem über Bürsten der Strom zugeführt wird. Für einen oszillierenden Schwenkantrieb sind sie nicht geeignet.

Aus der EP-A-0 347 626 ist ein Schwenkmotor für einen Faden führer einer Textilmaschine bekannt, bei dem der Läufer eines Linearmotors an einem Habel angeordnet ist, der um eine mit Abstand vom Läufer angeordnete Achse schwenkbar ist. Dadurch ergibt sich eine relativ große Bauform, die relativ träge ist und dementsprechend auch keine hohen Schwingungszahlen ermög licht. Wegen der offenen Bauform des Linearmotors ist auch sein Antriebsdrehmoment begrenzt.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Schwenkmotor der eingangs genannten Art zu verbessern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeich nenden Merkmale des Anspruches 1. Durch die eisenlose Wicklung und die glockenartige Ausbildung des Läufers ergibt sich ein verlustarmer Läufer mit geringem Trägheitsmoment, der hohe Antriebskräfte und schnelle Lastwechsel ermöglicht. Es hat sich in überraschender Weise herausgestellt, daß mit der erfindungsgemäßen Lösung eine mehrfache beispielsweise 3 bis 4fach größere Leistung erzielbar ist als mit einem ver gleichbaren Linearmotor. Der Schwenkmotor zeichnet sich überdies durch einen außerordentlich einfachen und raumspa renden Aufbau aus, da er durch den festen Anschluß der Zulei tung an den Wicklungen keinen Kommutator und keine Schleifbür sten benötigt. Dadurch ist ein solcher elektrischer Schwenkmo tor insbesondere zum Antrieb von Bauteilen von Textilmaschinen geeignet, die mit hoher Leistung arbeiten sollen. Ein solcher Schwenkmotor ist beispielsweise für Wirkmaschinen, vorzugswei se zum Antrieb von Legestangen, und für Webmaschinen, vorzugs weise für die Fachbildung, geeignet. Besonders vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Linearmotor zum Antrieb eines Fadenfüh rers für Spulmaschinen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Schwenkmotors sind in den Ansprüchen 2 bis 17 beschrieben.

Die Schwenkbewegungen können über ein Rädergetriebe, bei spielsweise ein Zahnrad und eine Zahnstange auf anzutreibende Glieder übertragen wird. Vorzugsweise kann an der Welle des Schwenkmotors direkt ein Antriebshebel befestigt werden insbe sondere dann, wenn der Schwenkwinkel nach Anspruch 2 kleiner als 180°, vorzugsweise kleiner als 90° ist.

Grundsätzlich ist es möglich, den Schwenkweg und seine Begren zung elektrisch zu steuern, dabei kann der Schwenkmotor auch aus einem Überdrehen der Sollstellungen elektrisch in diese zurückgeführt werden. Gegebenenfalls kann auch eine Ausgestal tung nach Anspruch 3 zweckmäßig sein, um ein Überdrehen der zu vermeiden oder zu begrenzen.

Die geschlossene Bauform des Schwenkmotors ermöglicht eine hohe Antriebskraft, dies insbesondere dann, wenn gemäß An spruch 4 eine Wicklung des Läufers nur im gleichen Magnetfeld schwenkbar ist und dabei praktisch jeder Leiter Drehmoment erzeugt.

Gemäß Anspruch 5 kann der Schwenkmotor mindestens zwei Pole aufweisen, jedoch sind auch mehrere Pole, wie beispielsweise vier oder sechs Pole möglich.

Das Magnetsystem des Ständers kann elektrisch erzeugt sein, vorteilhafter ist jedoch eine Ausgestaltung nach Anspruch 6 als dauermagnetisches System. Der Ständer kann beispielsweise nach Anspruch 7 ausgebildet sein. Vorteilhaft ist jedoch auch eine Ausgestaltung nach Anspruch 8, wobei die magnetischen Pole des Ständers in einem Blechpaket angeordnet sind, welches eine der Form des Läufers angepaßte Ausnehmung aufweist.

Der Läufer kann eine nicht metallische Tragkonstruktion auf weisen, an der die Wicklung angeordnet ist. Eine solche Trag konstruktion kann sich beispielsweise im wesentlichen auf eine Stirnseite des Läufers beschränken. Vorteilhaft ist jedoch eine Ausbildung nach Anspruch 9, wodurch die Masse des Läufers besonders klein gehalten werden kann und sich eine hohe An triebskraft ergibt, insbesondere, wenn die Wicklung auch über die Stirnseite des Läufers verläuft oder gar diese bildet.

Der Anspruch 10 beschreibt eine vorteilhafte Ausgestaltung des Schwenkmotors, wobei ein zentraler, in den Läufer hineinragen der Zentralteil mit einem äußeren Teil des Ständers einen zur Aufnahme des glockenartigen Läufers dienenden glockenförmigen Spalt bildet. Der Läufer kann an einer durch den ganzen Stän der verlaufenden Welle angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Ausgestaltung nach Anspruch 11, wodurch eine besonders stabile Lagerung des Läufers insbesondere auch an seinem offenen Ende erreicht ist.

Zur Abführung der beim Antrieb erzeugten Erwärmung ist eine Ausgestaltung des Schwenkmotors nach Anspruch 12 und/oder 13 von Vorteil.

Die Zuleitung für die Wicklung des Läufers kann gegebenenfalls durch die Welle des Läufers von außen erfolgen. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung nach Anspruch 14 durch einen Zentralkanal des Zentralteiles des Ständers.

Der Leiter der Wicklung besteht vorzugsweise aus einem gut leitenden Material wie Kupfer. Besonders vorteilhaft ist gemäß Anspruch 15 auch ein Leiter aus Leichtmetall, wodurch das Trägheitsmoment dem Läufers weiter reduzierbar ist.

Für die Einrichtung zur Ermittlung der Läuferstellung ergeben sich die verschiedensten elektrischen und optischen Ausgestal tungen. So kann der Läufer beispielsweise mit einem Signalge ber versehen sein, der ortsfeste Sensoren aktivieren kann, die entsprechend den verschiedenen Winkelstellungen angeordnet sind. Eine besonders einfache Vorrichtung beschreibt Anspruch 16.

Die Schwenkbewegung des Läufers kann direkt oder mittels verschiedener Hilfsmittel an anzutreibende Glieder weitergege ben werden. Der Antrieb kann beispielsweise über ein Räderge triebe insbesondere ein Zahnrad und eine Zahnstange, aber auch durch ein Hebelgetriebe oder eine Kombination verschiedener Getriebearten erfolgen. Eine besonders vorteilhafte Antriebs art beschreibt Anspruch 17, wobei ein Faden in einem Führungs schlitz eines Hebels geführt ist. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere für eine Spulmaschine geeignet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind nachfolgend anhand von Zeichnungen beschrieben, dabei zeigen:

Fig. 1 einen ersten Schwenkmotor im Längs schnitt;

Fig. 2 den Schwenkmotor der Fig. 1 bei abgenommener Stirnplatte;

Fig. 3 den Schwenkmotor der Fig. 1 in Ansicht auf die Abtriebsseite;

Fig. 4 einen zweiten Schwenkmotor in Ansicht auf die Abtriebsseite mit abgenomme ner Stirnplatte;

Fig. 5 den Schwenkmotor der Fig. 4 in An sicht auf die Abtriebsseite; und

Fig. 6 einen dritten Schwenkmotor mit elek tromagenetischem Ständer in Ansicht auf die Abtriebsseite und teilweise geschnitten.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines elektrischen Schwenkmotors, bei dem in einem 2poligen magnetischen Ständer 2 ein ebenfalls 2poliger, glockenartiger Läufer 4 angeordnet ist, der eine eisenlose Wicklung 6 auf weist, die mit einer fest angeschlossenen Zuleitung 8 versehen ist, welche aus dem Ständer 2 nach außen geführt ist. Der Läufer 4 ist um seine Achse 10 schwenkbar und zwar um einen Schwenkwinkel, der kleiner ist als 360°.

Der Ständer 2 wird gebildet durch ein Blechpaket 12, welches eine zylindrische Ausnehmung 14 zur Aufnahme des Läufers 4 aufweist. Das Blechpaket 12 ist im Grundriß viereckig ausge bildet, wobei es überdies Schlitze 16, 18, 16a, 18a aufweist, in denen Permanentmagnete 20, 20a, 22, 22a angeordnet sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß eine Paar gegenpoliger Per manentmagnete von einer Ecke 24 des Blechpaketes ausgehend tangential an die zylindrische Ausnehmung 14 verlaufen und dort vor einer Ausnehmung 26 endigen, die mit der zylindri schen Ausnehmung 14 in Verbindung steht. Von der der Ecke 24 gegenüberliegenden Ecke 28 des Blechpaketes 12 verläuft das zweite Paar der gegenpoligen Permanentmagnete in analoger Weise gegen die Ausnehmungen 26. Das Blechpaket 12 ist an beiden Enden durch Stirnplatten 30, 32 abgeschlossen, die unter Einschluß des Blechpaketes 12 über Schrauben 34 an den Ecken gegeneinander verspannt sind. Die Stirnplatten 30, 32 dienen gleichzeitig auch zum Schließen des magnetischen Flusses der Permanentmagneten 20, 20a, 22, 22a des Blechpaketes 12. Die zweite Stirnplatte 32 trägt überdies einen Zentralteil 36 des Ständers 2, der in die zylindrische Ausnehmung 14 des Blechpa ketes 12 hineinragt und mit letzterem sowie der ersten Stirn platte 30 einen glockenförmigen Spalt 38 bildet, in dem der glockenartige Läufer 4 angeordnet ist. Der glockenförmige Spalt kann mit einer ferrofluiden Flüssigkeit gefüllt sein, um die Wärmeabfuhr zu verbessern. Vorteilhafter ist es, wenn in diesen glockenförmigen Spalt 38 eine Zuleitung 40 und eine Ableitung 42 für ein zirkulierendes Kühlfluid beispielsweise die oben erwähnte ferrofluide Flüssigkeit oder Druckluft münden, wobei diese Zuleitung 40 und die Ableitung 42 vorzugs weise an den Stirnplatten 30, 32 angeordnet sind.

Der Läufer 4 ist glockenartig ausgebildet und besteht im vorliegenden Beispiel aus einer selbsttragenden glockenartig ausgebildeten Wicklung 44, die vorzugsweise auch die Stirn seite 45 am geschlossenen Ende des Läufers 4 bildet. Die Stirnseite 45 ist mit einem Wellenteil 46 versehen, der über ein Lager 48, beispielsweise ein Nadellager, in der ersten Stirnplatte 30 des Ständers 2 gelagert ist. Das gegenüberlie gende offene Ende des Läufers 4 stützt sich über ein weiteres Lager 50, beispielsweise ein Kugellager, an der zweiten Stirn platte 32 des Ständers 2 ab. Die Zuleitung 8 zur Wicklung 6 des Läufers 4 erfolgt durch einen Zentralkanal 52 im Zentral teil 36 des Ständers 2, der koaxial zu diesem angeordnet ist. Die Zuleitung 8 verläuft durch die zweite Stirnplatte 32 in vorzugsweise abgedichteter Form nach außen.

Der Schwenkmotor ist überdies mit einer Einrichtung 54 zur Ermittlung der Schwenkstellung des Läufers 4 ausgerüstet. Hierzu ist der Wellenteil 46 mit einer beispielsweise sek torartigen Scheibe 56 versehen, die Markierungen 58 entspre chend der Schwenkstellung des Läufers enthält, die von einem Sensor 60 abgetastet werden. Letzterer ist über eine Leitung 62 mit einer Steuereinheit 64 verbunden, an der auch die Zuleitung 8 des Läufers 4 über einen Verstärker 66 angeschlos sen ist. Die Steuereinheit 64 dient zur Steuerung der Schwenk bewegungen des Schwenkmotors in Abhängigkeit von vorzugebenden Steuergrößen.

Am Wellenteil 46 ist ein Abtriebsglied 68 befestigt, das im vorliegenden Beispiel als Schwenkhebel ausgebildet ist, der über eine Koppelstange 70 mit einem anzutreibenden Glied 72 wie einem Bauteil einer Textilmaschine, beispielsweise der Legestange einer Wirkmaschine in Verbindung steht.

Zur Begrenzung des Schwenkwinkels des Läufers sind an der Stirnplatte 30 Anschläge 74, 76 angeordnet, an denen die Schei be 56 in den Extremstellungen der Schwenkbewegung ansteht. Diese Extremstellungen können beispielsweise Arbeitsstellun gen, Freistellungen oder Überdrehungen begrenzende Stellungen sein, die erst nach Arbeits- oder Freistellungen wirksam sind.

Die Fig. 4 zeigt einen weiteren Schwenkmotor, bei dem der Ständer 78 einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Der 4po lige Ständer wird gebildet durch ein Blechpaket 80, das aus Ringelementen 82 gebildet ist. Die Ausnehmung 84 des Ständers 78 ist mit vier schalenförmigen Permanentmagneten 86 ausge legt, in denen der Läufer 88 drehbar angeordnet ist. Die Wicklung 90 des Läufers 88 besteht aus zwei Spulen 92, 94, so daß der Läufer 88 4polig ist.

Der Schwenkmotor der Fig. 4 ist gemäß Fig. 5 mit einem Abtriebsglied 96 versehen, das wiederum als Schwenkhebel ausgebildet ist und Führungsschlitze 98 aufweist, der Füh rungsflächen 100 aus einem abriebfesten Werkstoff enthält. Dieser Führungsschlitz kann beispielsweise zur Steuerung eines dünnen Gliedes, beispielsweise eines Bauteiles einer Textilma schine oder insbesondere eines laufenden Fadens 102 einer Spulmaschine dienen. Der Schwenkmotor enthält Anschläge 104, welche den Schwenkwinkel des Abtriebsgliedes 96 und damit des Läufers 88 begrenzen.

Die Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schwenkmotors mit einem in einem Ständer 106 angeordneten Läufer 108. Der Ständer 106 wird durch ein ringförmiges Blech paket 110 gebildet, in dem zwei Elektromagnete 112, 114 an geordnet sind, deren Polschuhe 116, 118 teilzylindrische Flä chen aufweisen, die mit einem Zentralteil 120 des Ständers 106 zusammen wirken und mit diesem zusammen einen Spalt 122 bil den, in dem der Läufer 108 in der bereits oben beschriebenen Weise verschwenkbar angeordnet ist.

Bezugszeichenliste

2

Ständer

4

Läufer

6

Wicklung

8

Zuleitung

10

Achse

12

Blechpaket

14

zylindrische Ausnehmung

16

Schlitze

16

a Schlitze

18

Schlitze

18

a Schlitze

20

Permanentmagnet

20

a Permanentmagnet

22

Permanentmagnet

22

a Permanentmagnet

24

Ecke

26

Ausnehmung

28

Ecke

30

Stirnplatte

32

Stirnplatte

34

Schraube

36

Zentralteil

38

glockenförmiger Spalt

40

Zuleitung

42

Ableitung

44

Wicklung

45

Stirnseite

46

Wellenteil

48

Lager

50

Lager

52

Zentralkanal

54

Einrichtung

56

Scheibe

58

Markierung

60

Sensor

62

Leitung

64

Steuereinheit

66

Verstärker

68

Abtriebsglied

70

Koppelstange

72

Bauteil

74

Anschlag

76

Anschlag

78

Ständer

80

Blechpaket

82

Ringelement

84

Ausnehmung

86

Permanentmagnet

88

Läufer

90

Wicklung

92

Spule

94

Spule

96

Abtriebsglied

98

Führungsschlitz

100

Führungsfläche

102

Faden

104

Anschlag

106

Ständer

108

Läufer

110

Blechpaket

112

Elektromagnete

114

Elektromagnete

116

Polschuhe

118

Polschuhe

120

Zentralteil

122

Spalt

Claims

1. Elektrischer Schwenkmotor insbesondere für eine Textilma schine, mit einem ein Magnetsystem aufweisenden Ständer (2, 78, 106), in dem ein Läufer (4, 88, 108) angeordnet ist sowie mit einer Einrichtung (54) zur Ermittlung der Läu ferstellung, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (4, 88, 108) eine eisenlose Wicklung (44) aufweist und glockenartig ausgebildet und um seine eigene Achse (10) um weniger als 360° oszillierend verschwenkbar ist, wobei die Wicklung (44) mit einer fest angeschlossenen, längs der Achse (10) des Läufers (4, 88, 108) aus dem Ständer (2, 78, 106) nach außen geführten Zuleitung (8) versehen ist.

2. Schwenkmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkwinkel kleiner als 180° ist.

3. Schwenkmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Schwenkwinkel durch Anschläge (74, 76, 104) begrenzt ist.

4. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spule des Läufers (4, 88, 108) immer im gleichen Magnetfeld verschwenkbar ist.

5. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens 2polig ausgebildet ist.

6. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem dauermagnetisch ausgebildet ist.

7. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Pole (86) des Stän ders (78) schalenförmig ausgebildet sind.

8. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Pole (20, 20a, 22, 22a) des Ständers (4) plattenförmig ausgebildet sind und unter einem Winkel zueinander geneigt angeordnet sind.

9. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (4, 88, 108) durch eine glockenartig verfestigte Wicklung (6) gebildet ist, welche vorzugsweise auch die Stirnseite (45) am geschlossenen Ende des Läufers bildet.

10. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (2, 78) einen in den Läufer (4, 88) hineinragenden Zentralteil (36) aufweist, der mit dem äußeren Teil (12, 80) des Ständers (2, 78) ein zur Aufnahme des glockenartigen Läufers (4, 88) dienenden glockenförmigen Spalt (38) bildet.

11. Schwenkmotor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich net, daß der glockenartige Läufer (4, 88, 108) am geschlos senen Ende einen im Ständer (2, 78, 106) gelagerten und aus diesem hervorragenden Wellenteil (46) aufweist und mit dem offenen Ende vorzugsweise am Zentralteil (36) des Ständers gelagert ist.

12. Schwenkmotor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn zeichnet, daß in dem glockenförmigen Spalt (38) eine wärmeübertragende ferrofluide Flüssigkeit angeordnet ist.

13. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den Spalt (38) ein Einlaß (40) und ein Auslaß (42) für ein Kühlfluid, vorzugsweise Druckluft mündet.

14. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralteil (36, 120) des Ständers (2, 78, 106) einen von außen bis zu dem glockenförmigen Spalt (38) führenden koaxialen Zentralkanal (52) aufweist, in dem die Zuleitung (8) angeordnet ist.

15. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter der Wicklung (44) aus Leichtmetall besteht.

16. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (54) zur Ermittlung der Schwenklage des Läufers (4, 88, 108) eine mit dem Läufer verbundene, Lagemarkierungen (58) enthaltene Scheibe (56) aufweist, der ein mit einer Steuereinheit (64) verbundener ortsfester Sensor (60) zur Bestimmung der Schwenkstellung zugeordnet ist.

17. Schwenkmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (4, 88, 108) mit einem Schwenkhebel (96) verbunden ist, der einen Führungsschlitz (98) aufweist, welcher an seinen Führungsflächen (100) mit einem abriebresistenten Werkstoff versehen ist.