DE3339698A1 - Stopspindel fuer textilmaschinen - Google Patents
Stopspindel fuer textilmaschinenInfo
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Description
3 339638
DiPL.-PHYS. DR. WALTHER JUNIUS 3 Hannover
3o. Oktober 1983
Dr. J/J
Meine Akte: 2756
ELITEX koncera textilniho strojirenstvi, Idberec
(Tschechoslowakei)
Stopspindel für Textilmaschinen
Die vorliegende Erfindung "betrifft eine Stopspindel
für Textilmaschinen, insbesondere Peinspinn- sowie Zwirnmaschinen,
mit einer mittels eines Elektromagneten angetriebenen Bremsvorrichtung.
Auf bekannten Textilmaschinen werden Spindeln verschiedener Bauart benutzt, welche dem Textilgarn Drall erteilen
und zugleich das gedrallte Garn auf die erwählte Spule aufwickeln. Die Stopspindeln ermöglichen ein Abstellen der
Spindel während des Betriebs der Textilmaschine und können entweder mechanisch oder elektrisch sein.
Bei mechanischen Stopspindeln wird die Spindel z.B. mittels eines komplizierten Wechselgetriebes außer Bewegung
gesetzt. Dieses Wechselgetriebe ist außerhalb der eigentlichen Spindel installiert. Das Wechselgetriebe
wird in den Ausgangszustand durch die Krafteinwirkung
von Rückholfedern versetzt. Die Spindel wird durch Kraft-
— 2 —
einwirkung auf den Hebelmechanismus in Gang versetzt,
welcher nach dem Aufziehen durch Einfallen der Fallklinke arretiert wird. Im Bedarfsfalle des Äbstellens der Spindel
wird die Fallklinke mechanisch oder elektromechanisch, z.B mittels eines Elektromagneten, entsichert und die Spindel
durch Einwirkung der Rückholfedern abgebremst.
Die mechanischen Stopspindeln erfordern viel Bauraum, wodurch die Bewegungsmechanismen sehr dicht aneinander angeordnet
werden müssen, was vom Standpunkt der Wartung sowie Instandhaltung ein Nachteil ist, denn der Zugang zu den
einzelnen Bestandteilen der Stopspindel wird dadurch erschwert. Die erforderliche große Anzahl miteinander verbundener
Bauteile stellt hohe Anforderungen an die Herstellung, die Montage sowie die Einstellung der Maschine
bei der Montage. Die Wechselgetriebe sind störungsanfällig was besonders durch die Schwingungen der Maschine verursacht
wird.
Bei elektrischen Stopspindeln wird die Spindel mittels ein<;s Elektromagneten gesteuert, welcher einen Bestandteil
der Stopspindel bildet. Der Elektromagnet wirkt auf ein Bre'ns-Kupplungs-System ein, welches die Bewegung der
Spiidel ein- und ausschaltet. IPalls der Elektromagnet der
Spiidel nicht unter Spannung steht, wird die Spindel vom
Wirsei mitgenommen und übt eine Drehbewegung aus. Durch
Zubringen der Speisespannung auf die Spule des Elektromagneten
wird durch. Krafteinwirkung des magnetischen Kraftflusses
das Brems-Kupplungs-System umgestellt, die Spindel vom Antriebswirtel abgetrennt und mittels Krafteinwirkung
des Elektromagneten durch die Reibungsbremsflächen abgebremst .
Bei elektrischen Stopspindeln erfordert die Spule des Slek·
troiiagneten eine hohe Anzahl von Wicklungen, wobei sie
üblicherweise während der ganzen Zeit der Bremsung unter
BAD ORIGINAL
Spannung steht und durch die zugeführte Speisespannung
erwärmt wird. Zusätzlich wird "bei der Bremsung mechanische Wärme erzeugt. Zwecks Herabsetzung dieser Erhitzung und
des Verbrauches elektrischer Energie ist es wünschenswert, die Steuerung der Spindel mit Hilfsstromkreisen zu versehen,
die zeitlich die Höhe des Stromdurchflusses durch die Spule des Elektromagneten, und somit auch den gesamten
Energieverbrauch herabsetzen. Doch das ist aufwendig und teuer, zumal bei den großen Zahlen von Spindeln auf einer
Maschine sich die Mehrkosten entsprechend vervielfachen.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine einfache, billig herstellbare anspruchslose
Stopspindel zu schaffen, deren Stopeinrichtung auch nur
sehr wenig Bauraum benötigt, und die lediglich durch kurze Stromimpulse ein- und ausschaltbar ist.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß der Spindelantrieb mit einem magnetisch leitfähigen kupplungselement
versehen ist, welches axial verschiebbar zwischen dem Wirtel und dem Bremsbelag gelagert ist, hinter welchem der
Elektromagnet angeordnet ist und daß der Bremsbelag, weL eher aus magnetisch nicht leitfähigem Material angefertigt
ist, zwischen den Polschuhen des Permanentmagneten gelagert ist.
Durch einen kurzen Impuls läßt sich diese Vorrichtung zum Bremsen einschalten, durch einen ebenso kurzen Impuls
entgegengesetzter Polarität läßt sich die Bremsvorrichtung abschalten. Beim Bremsen wird nur sehr wenig zusätzliche
Wärme durch den kurzen Impuls erzeugt. Daher arbeitet die Vorrichtung nicht nur energetisch sehr günstig, sondern ist
auch durch einfachen Aufbau und sichere Wirkung ausgezeichnet.
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Der Bauraum wird "besonders klein, wenn der Elektromagnet
zwischen den Polschuhen des Permanentmagneten gelagert ist.
Mir einen einfachen raumsparenden Aufbau der Vorriehtun, ist es vorteilhaft, wenn zwischen die Pulschuhe des Per
manentmagneten ein magnetischer Widerstand eingelegt
ist, dessen Wert kleiner ist als der Wert des magnetischen Widerstandes des Luftspaltes zwischen der magnetisch
leitfähigen, axial verschiebbaren kreisförmigen Scheibe und den Polschuhen des Permanentmagneten währen
des Laufes der Spindel.
Für die schnelle und sichere Wirkung der Vorrichtung is
es vorteilhaft, wenn der magnetische Widerstand zwisehe: den Polschuhen des Permanentmagneten durch einen luftspalt
gebildet wird, dessen Breite zwischen den Polschuhen enger ist als die maximale Breite des Luftspalt
zwischen der kreisförmigen Scheibe und den Polschuhen, und breiter als die minimale Entfernung zwischen der
kreisförmigen Scheibe und den Polschuhen.
Der Vorteil der Stopspindel der vorliegenden Erfindung besteht im ökonomischen Beitrag, welcher durch Herabsetzung
der Fertigungskosten bei der Fertigung der eige liehen Spindel, sowie bei der Fertigung jener Teile bedingt
ist, welche mit dem Betrieb der Stopspindel verbunden sind. Ein weiterer Vorteil besteht in den niedri
gen Energieansprüchen bei der Steuerung. Die Stoipspinde verbraucht abgesehen von den kurzen Steuerimpulsen kein
elektrische Energie, selbst nicht im Bremszustand, ebensowenig wie während des Laufes der Spindel. Die
Konstruktion der Spindel ist einfach und beinhaltet eine kleinstmögliche Anzahl beweglicher Bestandteile. I
Stopspindel der vorliegenden Erfindung ist sehr verläß-
BAD QR1GINAL
lieh -und ermöglicht die Steuerung mittels Computern
oder Mikroprozessoren.
Das Wesen der Erfindung sowie weitere Vorteile und Merkmale der Stopspindel der Erfindung sind nachfolgend
anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Pig. 1 die Grundausführung,
Pig. 2 eine Alternativausführung mit kegelförmigen Kupplungsflächen,
Pig. 3 ein Schaubild der Abhängigkeit der Betätigungsspannung von der Zeit in Zusammenhang mit dem
Schaubild der Abhängigkeit der Drehbewegung der Spindel von der Zeit,
Pig. 4 eine Darstellung der Übertragung des Torsionsmoments auf die ungebremste Spindel,
Pig. 5 eine Darstellung der Übertragung des Torsionsmoments
auf die gebremste Spindel.
Der Schaft 1 der Spindel ist drehbar in der elastischen Lagerung der Einlage 2 gelagert. Auf dem Schaft 1 der
Spindel ist der Mitnehmer 3 befestigt. Auf dem Umfang des Mitnehmers 3 sind Radialvorsprünge 31 ausgebildet, zwischen
welche Axialvorsprünge 41 der Buchse 4 eingreifen. Die Buchse 4 ist axial verschiebbar auf dem Mitnehmer
gelagert. Mit der Buchse 4 ist an deren unterem Ende entweder fest, wie im gezeichneten Ausführungsbeispiel,
oder elastisch, die kreisförmige Scheibe 5 verbunden, welche als Kupplungselement dient. Auf dem Mitnehmer 3
ist mittels der lager 6 drehbar der Wirtel 7 gelagert, auf welchem der Plansch 8 des Wirteis 7 befestigt ist.
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Im unteren Teil ist auf dem Mitnehmer 3 die Druckfeder 9 gelagert, deren eines Ende auf dem Sicherungsring Io abgestützt
ist, welcher auf dem unteren Ende des Mitnehmer 3 befestigt ist, während das zweite Ende auf der Stirnfläche
der Buchse 4 abgestützt ist. Die Druckfeder 9 dient zum Anpressen der kreisförmigen Scheibe 5» die fes
oder elastisch mit der Buchse 4 verbunden ist, an den Plansch 8 des Wirteis 7.
Die Einlage 2 ist verstellbar, jedoch mit der Möglichkeit, in einer erwählten Stellung fixiert zu werden, mit
dem magnetisch leitfähigen Hing 11 verbunden, welcher
fest mit der magnetisch leitfähigen G-rundscheibe 12 verbunden ist, mittels welcher das ganze System der Stopspindel
eingestellt bzw. auf dem Spindelträger 13 der nicht dargestellten Textilmaschine befestigt wird.
Auf der Grundscheibe 12 ist mindestens ein Permanentmagnet 14 befestigt, z.B. ein ringförmiger Magnet,
zwischen dessen Innenmantel und der Außenfläche des magnetisch leitfähigen Ringes 11 ein Luftspalt oder ein
anderer magnetisch nicht leitfähiger Spalt 15 liegt. Di€ magnetisch leitfähige Grundseheibe 12 und der mit diesel
fest verbundene magnetisch leitfähige Ring 11 bilden einen Polschuh des Permanentmagneten 14.
Den zweiten Polschuh bildet eine magnetisch leitfähige, ringförmige Buchse 16, die fest auf der oberen Stirnfläc
des Permanentmagneten 14 gelagert ist. In der ringförmig Buchse 16 ist die Spule mit dem Magnetkern gelagert, die
einen Elektromagneten 17 bilden. Im oberen Teil ist zwischen der magnetisch leitfähigen ringförmigen Buchse
16 und dem magnetisch leitfähigen Ring 11 der magnetise! nicht leitfähige Bremsbelag 18 befestigt.
Zwischen dem magnetisch leitfähigen Ring 11 und der magnetisch
leitfähigen ringförmigen Buchse 16 ist ein magnetisch nicht leitfähiger Spalt, z.B. ein Luftspalt 15
ausgebildet.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Hg. 2 ist der Flansch 8 des Wirteis 7 mit einer kegelförmigen Innenfläche versehen,
während auf der kreisförmigen Scheibe 5 eine äußere Kegelfläche vom gleichen Scheitelwinkelwert ausgebildet
ist.
Der Luftspalt 15 zwischen der äußeren Oberfläche des magnetisch leitfähigen Ringes 11 und dem Innenmantel der
magnetisch leitfähigen ringförmigen Buchse 16 sowie des Permanentmagneten 14 ist kleiner als der Luftspalt 19
zwischen den freien Enden des magnetisch leitfähigen Ringes 11 und der magnetisch leitfähigen ringförmigen
Buchse 16 und der Bremsfläche der kreisförmigen Scheibe 5
im nicht gebremsten Zustand der Spindel.
Im abgebremsten Zustand der Spindel ist der Spalt 19 zwischen den freien Enden des magnetisch leitfähigen
Ringes 11 und der magnetisch leitfähigen ringförmigen Buchse 16 sowie der Bremsfläche der kreisförmigen Scheibe
5 kleiner als der Luftspalt 15 zwischen der äußeren Oberfläche des magnetisch leitfähigen Ringes 11 und dem
Innenmantel der magnetisch leitfähigen ringförmigen Buchse 16 und dem Permanentmagneten 14.
Der Wirtel 7 wird mittels eines nicht dargestellten endlosen Riemens angetrieben. Im nicht gebremsten Zustand
der Spindel wird die kreisförmige Scheibe 5 von dem sich drehenden Wirtel 7 mitgenommen, an welchen sie durch die
Druckfeder 9 angepreßt wird. Zugleich mit der kreisförmigen Scheibe 5 dreht sieh die Buchse, welche dem Mitnehmer
3 des Schaftes 1 der Spindel eine Drehbewegung erteilt.
BAD ORIGINAL
Der magnetische Kreis des ringförmigen Permanentmagnet« 14 wird in diesem Palle von einem Pol des Permanentmagneten
14 über die magnetisch leitfähige Grundscheib«
12, den magnetisch leitfähigen Ring 11, den Luftspalt 15, die magnetisch leitfähige ringförmige Buchse 16
auf den zweiten Pol des Permanentmagneten 14 geschlosst Der magnetische Fluß des Permanentmagneten 14 wird ebei
falls über den Luftspalt 19 und die magnetisch leitfähige kreisförmige Scheibe 5 geschlossen. Im Hinblick ai
das Verhältnis der Breite des Luftspaltes 15 zwischen dem Innenumfang der ringförmigen Buchse 16, des ringförmigen
Permanentmagneten 14 und dem äußeren Umfang des magnetisch leitfähigen Ringes 11 zum Luftspalt 19
zwischen den freien Enden des magnetisch leitfähigen Ringes 11 sowie der magnetisch leitfähigen ringförmige]
Buchse 16 und der Bremsfläche der ringförmigen Scheibe 5 bei nicht gebremstem Zustand der Spindel, ist die Kr<
einwirkung des Permanentmagneten 14 auf die kreisförmig Scheibe 5 klein und wird durch die Kraft der Druekfede]
9 überwunden. Die kreisförmige Scheibe 5 wird an den Plansch 8 gedruckt und wirkt wie eine Kupplung zur Übe:
tragung des Drehmomentes zwischen dem Wirtel 7 und dem Schaft 1 der Spindel.
Eine Darstellung der Übertragung des Drehmomentes bei < nicht gebremsten Spindel ist in Pig. 4 dargestellt, wo
die dicke Pfeil-Linie die Richtung der Übertragung . bestimmt.
Durch Zubringen eines elektrischen Gleichspannungsimpulses bestimmter Polarität mittels nicht dargestellte:
Leiter in die Spule des Elektromagneten 17 wird der magnetische Pluß des Elektromagneten 17 sowie des Permanentmagneten
14 addiert. Der Krafteffekt in dem Luftspalt 19 zwischen den freien Enden des magnetisch leit-
/14*
fähigen Ringes 11 und der magnetisch leitfähigen Buchse
16 sowie der Bremsfläche der kreisförmigen Scheibe 5 erweitert sich, die auf die kreisförmige Scheibe 5 einwirkende
magnetische Kraft überwindet die Kraft der Feder 9» wodurch die Buchse 4 axial verschoben vird und die Feder
zusammendrückt. Die kreisförmige Seheibe 5 sitzt auf der Fläche des Bremsbelages 18 auf, wodurch der Schaft
der Spindel abgebremst wird· Zugleich entfernt sich die kreisförmige Scheibe 5 von dem Flansch 8 des Wirteis 7,
wodurch das Kupplungssystem ausgekuppelt wird, und der Wirtel 7 sich frei dreht. Der Schaft 1 der Spindel bleibt
abgebremst auch nach dem Erlöschen des elektrischen Kippimpulses, da der Luftspalt 19 zwischen den freien Enden
des magnetisch leitfähigen Ringes 11 und der magnetisch leitfähigen ringförmigen Buchse 16, sowie der Bremsfläche
der kreisförmigen Scheibe verkleinert wurde und das Verhältnis der Luftspalte 15 und 19 derart verändert
wurde, daß nun der Spalt 19 kleiner is~ als der Spalt Der Krafteffekt des magnetischen Flusses des Permanent- Ί
magneten 14 hält die kreisförmige Scheibe 5 an den Bremsbelag 18 gepreßt. *
Die Übertragung des Bremsmomentes bei abgebremster Spindel ist in Fig. 5 dargestellt, wo die dicke Pfeil-Mnie
die Richtung der Übertragung bestimmt.
Die Aufhebung der am Schaft 1 wirksamen Bremsung der Spindel wird durch Zufuhr eines elektrischen Gleichstromimpulses
in die Spule des Elektromagneten 17 durchgeführt, wobei dieser Impuls entgegengesetzter Polarität als der
zur Bremsung des Schaftes 1 der Spindel bestimmte Impuls ist. Der magnetische Fluß der Spule des Elektromagneten
17 unterdrückt den Effekt des magnetischen Flusses des Permanentmagneten 14 und die Feder 9 drückt die Buchse
in Axialrichtung ab, wodurch die kreisförmige Scheibe 5
- Io -
BAD
von dem Bremsbelag 18 entfernt wird und ein Luftspalt 1 entsteht, welcher ein wiederholtes Anziehen der kreisförmigen
Scheibe 5 an den Bremsbelag 18 mittels der Kraft des Permanentmagneten 14 verhindert· Die kreisförmige
Scheibe 5 wird dtirch Einwirkung der Feder 9 an
den Plansch 8 des Wirteis 7 gedrückt, wodurch das Kupplungssystem in Tätigkeit versetzt wird, welches den
Schaft 1 der Spindel mitnimmt, auf welchem eine nicht dargestellte Spule aufgesteckt ist.
In Hg. 3 ist der theoretische Verlauf der Steuerungsimpulse im Koordinatensystem Spannung-Zeit und die Über
gangszustände der gesteuerten Stopspindel im Koordinate: system Umdrehungszahl-Zeit dargestellt· Sin positiver
Spannungsimpuls 2o bestimmter Breite 21 bringt den Schaft 1 der Spindel in Bewegung. Die Spindel wird
während der Anlaufzeit 22 beschleunigt, bis sie die glei Drehzahl wie der Wirtel 7 erreicht. Während der Zeit 23
dreht sich der Schaft 1 der Spindel synchron mit dem Wirtel 7. Nach Zubringen eines Spannungsimpulses entgegengesetzter
Polarität 24 beginnt äße Herabsetzung der Drehzahl des Wirteis 7 durch Bremsen. Die Bremszeit
25 ist jene Zeit, während welcher die Drehzahl des Schaftes 1 der Spindel bis zum Nullwert herabgesetzt
wird. Im Intervall 26 befindet sich der Schaft 1 der Spindel gebremst in Ruhestellung. Diese dauert bis zu
einem weiteren Impuls, welcher die Spindel wieder in Bewegung versetzt.
Die Anlaufs- sowie Bremsintervalle können im benötigten
Bereich durch Auswahl des zu benützenden Reibungsmaterials sowie durch Änderung der Konstante der Feder 9
geändert werden.
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Claims (4)
- Patentansprüche :1, Stopspindel für Textilmaschinen, insbesondere Peinspinnmaschinen und Zwirnmaschinen mit e iner mittels eines Elektromagneten angetriebenen Bremsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet,daß der Spindelantrieb mit einem magnetisch leitfähigen Kupplungselement versehen ist, welches axial verschiebbar zwischen dem Wirtel und dem Bremsbelag gelagert ist, hinter welchem der Elektromagnet angeordnet ist,und daß der Bremsbelag (18), welcher aus magnetisch nicht leitfähigem Material angefertigt ist, zwischen den Polschuhen des Permanentmagneten (14) gelagert ist·
- 2. Stopspindel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,daß der Elektromagnet (17) zwischen len Polschuhen des Permanentmagneten (14) gelagert ist· - 3· Stopspindel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,daß zwischen die Polschuhe des Permanentmagneten (14) ein magnetischer Widerstand eingelegt ist, dessen Wert kleiner ist als der Wert des magnetischen Widerstandes des luftspaltes (19) zwischen der magnetisch leitfähigen, axial verschiebbaren kreisförmigen Scheibe (5) und den Polschuhen des Permanentmagneten (14) während des Laufes der Spindel.
- 4. "Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der magnetische Widerstand zwischen den Polschuhen- 12 -: .X. *: 3333698Cz- 'des Permanentmagneten (14·) durch einen Luftspalt (15) gebildet wird, dessen Breite zwischen den Polschuhen enger ist als die maximale Breite des Luftspaltes (19) zwischen der kreisförmigen Scheite (5) und den Polschuhen, und breiter als die minimale Entfernung zwisch der kreisförmigen Scheibe (5) und den Polschuhen*
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