DE2222279A1

DE2222279A1 - Anordnung zur ermittlung der erwaermung von bearbeitungselementen sowie zu deren temperaturabhaengigen beeinflussung

Info

Publication number: DE2222279A1
Application number: DE19722222279
Authority: DE
Inventors: Kessler Karl H; Oskar Mohilo
Original assignee: KESSLER KARL H
Current assignee: Pfaff Industriemaschinen GmbH
Priority date: 1972-05-06
Filing date: 1972-05-06
Publication date: 1973-11-22
Also published as: DE2222279B2; DE2222279C3

Description

Anordnung zur Ermittlung der Erwärmung von Bearbeitungselementen sowie zu deren temperaturabhängigen Beeinflussung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur laufenden Ermittlung der reibungsbedingten Erwärmung von auf Gegenstände aller Art einwirkenden Bearbeitungselementen sowie zu deren temperaturabhängigen Beeinflussung. Unter Bearbeitungselementen sind dabei Bohrer, Drehstähle, Nähmaschinennadeln und dgl. zu verstehen, die bekanntlich. bei den für sie charakteristischen Bearbeitungsvorgängen unter Umständen erhebliche Temperaturen annehmen können.
Ausgehend von der Überlegung, daB eine optimale Arbeitsleistung beim Einsatz derartiger Bearbeitungselemente dann erzielbar bzw.
gewährleistet ist, wenn die Drehzahl oder die Schwingfrequenz der Bearbeitungselemente ständig auf einem erwärmungsmäßig gesehen noch vertretbaren Wert gehalten werden kann, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Temperatur des betreffenden Bearbeitungseiements ständig zu überwachen bzw. zu messen und abhängig vom jeweiligen Temperaturwertw durch unmittelbare oder mittelbare Einwirkung auf das Bearbeitungselement und/oder auf den Werkstoff einerseits die mögliche optimale Leistung zu gewährleisten und andererseits sicherzustellen, daß die noch zulässige Erwärmung des Bearbeitúngselements nicht überschritten wird.
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß wenigstens eine der temperaturbedingten Änderungen der physikalischen und/ oder elektrischen Eigenschaften des Bearbeitungseiements durch einen diesem berührungslos zugeordneten Meßwertaufnehmer laufend erfaßt und mit einem Be#ugswert verglichen wird und ababhängig vom Differenzweft der augenblicklichen Meßgröße vom Bezugiwert die Geschwindigkeit und/oder die Eiihlung des Bearbeitungselements selbsttätig ao gesteuert wird, daß dessen Erwärmung einen Grenzwert nicht überschreitet. Dabei kann, sofern die Voraussetzungen dafür vorliegen, auch der zu bearbeitende Gegenstand oder Werkstoff abhängig von der Erwärmung des Bearbeitungselements gesteuert werden.
Da im allgemeinen die heißesten Zonen der Bearbeitungselemente einer unmittelbaren Messung nicht oder nur sehr schlecht zugänglich sind, ist nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen, die Temperaturverteilung im Bearbeitungselement zu ermitteln, um die im der Messung zugänglichen Bereich geltenden Temperaturgrefizwerte zu kennen, die als Sollwert für den Regelvorgang dienen können. Des weiteren hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als wesentlich erwiesen, den Moßwertaufnehmer als Spule oder als Eondensator auszubilden, die bzw. der als Eiern oder Dielektrikum das zu überwachende Bearbeitungselement enthält. Ein kapazitiver Meßwertaufnehmer ist dabei besonders in den Fällen zweckmäßig, in denen die Bearbeitungselemente einen dielektrischen Werkstoff oder wenigstens einen solchen Werkstoffanteil enthalten, dessen Wert £ sich mit der Temperatur ändert.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand einer beispielsweisen Meß- und Regel- bzw. Steueranordnung zur temperaturbedingten Optimierung der Stichfrequenz von in Nähmaschinen eingesetzten Nadeln noch näher erläutert.
In der Prinzipschaltung stellt 1 eine in Pfeilrichtung oszillierende Nähnadel dar, die zum Vernähen der auf einer Unterlage 2 und zwischen dieser und dem Niederhalter 3 geführten Materialbahn 4 dient. Besonders im Falle der Verwendung eines Nähfaden 5 und/oder einer Materialbahn 4 aus Kunststoff oder mit einem Kunststoffanteil wird die Erwärmung der Nadel und damit auch die Erwärmung des Nähfadens bei entsprechend hoher Stichfrequenz zu hoch, so daß unerwünschte Raffeffekte infolge eines zusammenziehen des Nähfadens nach dessen Erkalten auftreten. Um derartige Verwerfungen oder Faltungen der vernähten Materialbahn zu vermeiden, mußte bisher die Stichfrequenz der Nähnadel unter Umständen beträchtlich herabgesetzt werden.
Der Nähnadel 1 ist eine Luftspule 6 so zugeordnet, daß sie die Nähnadel als Kern aufnimmt und diese konzentrisch und so umgibt, daß eine Beeinträchtigung der Nadelbewegung ausgeschlossen ist.
Die Spule 6 bildet dabei einen Zweig einer Wechselstrombräoke, deren andere Zweige die Widerstände 7, 8 und 9 enthalten. Der Widerstand 9 ist durch eine der Spule 6 gleichwertige Spule verkörpert, welche eine stationär angeordnete Nähnadel 10 als Kern aufnimmt. Die aus der Nähnadel 10 und der Spule 9 gebildete, als Bezugssystem dienende Kombination entspricht genau der aus der Spule 6 und der Nadel bestehenden Vorrichtung, lediglich mit dem Unterschied, daß die Nähnadel 1 Bearbeitungselement ist und daher in der Nähmaschine sitzt und oszilliert, wogegen die Nähnadel 10 in Ruhe bleibt und einer geeigneten Stelle außerhalb der eigentlichen Nähvorrichtung angeordnet ist.
Der zwischen den beiden Brückenzweigen 7 und 8 liegende Widerstand 11 ist ein Abgleichwiderstand. Die Meßbrücke wird über einen Anpassungsübertrager 12 vom Generator 13 gespeist. Der Ausgang der Meßbrücke ist an einen Trägerfrequenzverstärker 14 geführt, dem ein Maiimalwertgleichrichter 15 nachgeschaltet ist.
Die Vergleichsnadel 10 ist in einer Aufnahme 16 gehaltert und mittels des Verstellgliedes 17 axial, d.h., relativ zur Spule 9, verschiebbar. Der Verstellweg ist dabei durch eine Skala 18 kontrollierbar. Zum Abgleich der Brücke wird die Nadel 10 in eine zweckmäßige Lage bezogen auf die Spule 9 gebracht. Bei gleichen Temperaturverhältnissen (Nadeltemperaturen und Umgebungstemperatur) und bei gleicher, der Lage der Nadel 10 zur Spule 9 entsprechender Augenblickslage der Nadel 1 bezogen auf die Spule 6 ist die Brücke abgeglichen. Dieser Zustand wird unter den angegebenen Voraussetzungen pro Arbeitstakt zweimal erreicht.
Erwärmt sich nun während des Nähvorgangs die Nadel 1 auf solche Temperaturwerte, daß eine Brückenverstimmung auftritt, dann steht zum Vergleichszeitpunkt am Ausgang der Meßbrücke jeweils eine der Brückenverstimmung entsprechende Spannung an. Um den Vergleichszeitpwikt stets reproduzierbar sicher zu erhalten, ist im Ausgangskreis des Verstärkers 14 ein Schalter 19 sorgesehen, der über am Schwungrad 20 der Nähmaschine oder an einem sonst geeigneten Teil angebrachte Markierungen 21 gesteuert wird. Zu diesem Zweck wird das Schwungrad 2o von einem Impulsgeber 22 in Form einer Reflexlichtschranke oder dgl. abgetastet. Die #bfrageimpulse gelangen im Beispiel zu einem Verzögerungsglied 23, dem ein Verstärker 24 nachgeschaltet ist, in dessen Ansgangskreis ein Betätigungs- oder Auslöseglied 25 für den Schalter 19 liegt. Je nach der Frequenz oder der Drehzahl des Bearbeitungselements, in diesem Falle also der Nähnadel, kommt ein mechanischer oder ein elektronischer Schalter infrage.
Die jeweils mit dem Schließen des Schalters 19 am Verstärker 14 zur Verfügung stehende Ausgangsspannung, deren Wert jeweils der augenblicklichen Nähnadelübertemperatur an der betreffenden Stelle der Nähnadel 1 entspricht, wird nunmehr für Steuer-oder Regelzwecke ausgenützt. Dies kann in der Weise geschehen, daß die Drehzahl des Mitriebsmotors 26 über einen Verstärker 27 und eine diesem nachgeschaltete einordnung 28 zur Steuerung des Phasenanschnitts oder dgl. beeinflußt wird und gleichzeitig eine entsprechende Steuerung der Intensität der Kühlung der Nähnadel 1 über eine geeignete Verstärker und Steueranordnung 29, 30 erfolgt, indem die Kühlmittelzufuhr zur Vorrichtung 31 abhängig von der Temperatur der Nähnadel verstärkt oder gedrosselt wird.
Wird der Brückenabgleich so vorgenommen, daß die Brücke gerade auf den für den entsprechenden Nähvorgang höchst zulässigen Wert der Nähnadel 1 abgestimmt ist und wird dieser Temperaturwert als Sollwert vorgegeben, so läßt sich mittels der die Motordrehzahl und/odor die Kühlung beeinflussenden Regeleinrichtungen dieser Temperaturwert selbsttätig konstant halten. Das heißt, liegt die Augenblickstemperatur der Nähnadel 1 unter dem höchstzulässigen Wert, so erhöht sich automatisch die Motordrehzahl und damit die Stichfrequenz der Nadel und/odor es wird die Kühlmittelzufuhr zur Vorrichtung 31 selbsttätig gedrosselt. Uberschreitet dagegen die Temperatur der Nähnadel 1 den zulässigen Wert, so geht die Motordrehzahl und damit die Stichfrequenz der Nadel zurück und/oder es wird die Kühlung automatisch verstärkt.
Die noch zulässige Temperatur der Nähnadel 1 wird dabei so gewählt, daß eine nennenswerte ausdehnung des Nähfadens verhindert wird, so daß eine Raffung der Nähte beim Erkalten des Wädfadens vermieden wird.
Die jeweilige Temperatur der Nähnadel 1 kann durch ein geeichtes Meßinstrument 32 zur Anzeige gebracht werden. Der A-triebsiotor 26 kann auch mittels des Fußsehaltere 33 über die Regelanordnung 28 betätigt werden. Um im Falle der Ixialverschiebung der Nadel 10 hinsichtlich des ibfragezeitpunkts (Vorrichtung 21 und 22) keine Schwierigkeiten zu erhalten, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine entsprechende Eupplung zwischen dem Verstellglied 17 und der Verzögerungsglied 23 vorzusehen, beispielsweise derart, daß das Verstellglied 17 über das Verzögerungsglied 23 ansteuerbar ist oder umgekehrt das Verstellglied 17 die Verzögerung zweckmäßig beeinflußt.
Ansprüche:

Claims

A n s p r ü c h e 0 Anordnung zur laufenden Ermittlung der reibungsbedingten Erwärmung von auf Gegenstände aller Art einwirkenden Bearbeitungselementen sowie t zu deren temperaturabhängigen Beeinflussung, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der temperaturbedingten Änderungen der physikalischen und/ oder elektrischen Eigenschaften des Bearbeitungselements (1) durch einen diesem beri#hrungslos zugeordneten Meßwertaufnehmer (6) laufend erfaßt und mit einem Bezugswert verglichen wird und abhängig vom Differenzwert der augenblicklichen Meßgröße vom Bezugswert die Geschwindigkeit und/oder die Kühlung des Bearbeitungselements selbsttätig so gesteuert wird, daß die Erwärmung des Bearbeitungselements einen Vorgabewert nicht überschreitet.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungselement durch eine ossillierende Nähmaschinennadel (i) verkörpert ist, der eine sie konzentrisch umschließat de Spule zugeordnet ist, und daß der Bezugswert durch eine gleiche, vom Arbeitssystem räumlich getrennte stationäre Nadel-Spulenkombination (9, 10) vorgegeben wird und daß beide Spulen (6, 9) Zweige einer Wechsel strombrücke bilden.
3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Wechselstrombrücke selbsttätig taktweise und jeweils bei derjenigen Relativlage der Nahnadel (1) bezogen auf die Spule (6) abgefragt wird, welche dem ursprünglichen Abgleichßzustand entspricht.
4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die taktweise Abfrage mittels eines Schalters (19) erfolgt, der durch entsprechende Markierungen (21) am Schwungrad (20) oder an einem sonst geeigneten Teil der Nähmaschine, die durch einen Impulsgeber abgetastet werden, gesteuert wird.
5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfrageimpuls einem Verzögerungsglied (23) zugeführt wird, dem ein Verstärker (24) nachgeschaltet ist, der ein Betätigungsglied (25) für den Schalter (19) steuert.
6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig vom Wert und/oder der Phasenlage des Abfrageimpulses die Drehzahl des Antriebsiirotors (26) der Nähmaschine und/oder die Intensität der Kühlung der Nadel (1) über eine Phasenanachnittsteuerung gesteuert wird.
7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Nähnadel (1) selbsttätig auf einen vorgegebenen Wert eingeregelt wird.
8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsnadel (10) mittels eines Verstellgliedes (17) relativ zur Spule (9) verschiebbar ist.
9. Anordnung nach den Ansprüchen 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellglied (17) über das Ver#ögerungsglied (23) ansteuerbar ist, oder umgekehrt daß Verstellglied (17) die Verzögeruag (23) zweckmäßig beeinflußt.