DE3705738A1 - Stellelement mit einem piezobiegeschwinger zur nadelsteuerung in jacquard- und jacquarette-webmaschinen - Google Patents
Stellelement mit einem piezobiegeschwinger zur nadelsteuerung in jacquard- und jacquarette-webmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Stellelement mit einem Piezobiegewandler
zum Steuern von in Hoch- und Tiefstellung über Steuernadeln
zu steuernden Kettfäden gemäß einem Programm in einer
Jacquard- und Jacquarette-Webmaschine.
Musterstoffe werden an Webmaschinen durch Lochbandsteuerung
erzeugt. Die Abtastung des Lochbandes erfolgt mit Nadeln, die
über einen mechanischen Verstärker die Fadensteuerung bewirken.
Mit der Einführung von Mikroprozessorsteuerungen ist es
wünschenswert, an den vorhandenen Webanlagen die Lochbandsteuerung
mittels eines elektromechanischen Wandlers zu simulieren
(Loch/kein Loch).
Ein besonderes Problem bei der Ansteuerung von Webmaschinen ist
die Vielzahl der erforderlichen Stellelemente, die einzeln angesteuert
werden müssen, z. B. für 2 × 28 Fäden bei Jacquarette-
Maschinen oder mehr, wobei nur ein begrenzter Platz für die
Stellelemente zur Verfügung steht.
Es werden magnetisch betätigte Stellglieder (Steuerelemente)
eingesetzt. Diese haben nicht nur einen hohen Energieverbrauch,
sondern auch im Dauerbetrieb und bei Reihenanordnung vieler
Elemente eine hohe Erwärmung. Die Wärmeentwicklung verursacht
insbesondere eine ungenügende Dauerfestigkeit des mechanischen
Aufbaus und der Nadelwiderlager.
Aus der DE-OS 29 28 243 ist ein beidseitig eingespannter Piezobiegeschwinger
in Selektionseinrichtungen für Textilmaschinen,
wie Jacquardmaschinen, bekannt, wobei ein Sperrelement gegen
einen Anschlag so bewegt wird, daß ein Stellelement blockiert
oder freigegeben wird. Nachteilig an einer solchen Ausführungsform
ist einerseits der geringe Stellweg des Blockierelements
und andererseits die für größere Stellwege notwendige hohe
Ansteuerspannung.
Ferner ist aus der DE-AS 25 09 217 ein Biegeelement bekannt,
das einen bewegbaren Sperrschieber führt, durch den die Abtastbewegung
der Abdrücknadel sperrbar ist. Es können nur sehr geringe
Kräfte vom Piezo-Biegeelement auf den Schieber übertragen
werden. Korrosion und Verschmutzungen im Webbetrieb können auftreten,
die eine Beeinträchtigung der Beweglichkeit herbeiführen.
In der DE-AS 21 30 502 ist ein Piezoschwinger als Biegeschwinger
beschrieben, wobei zum Erreichen und zur Aufrechterhaltung
von großen Stellkräften, wie sie erforderlich sind, um
die Abdrücknadel zu steuern, eine zusätzliche Nockenwelle mit
einem Schwenkhebel eingefügt ist, der die Verstärkung der Kraft
bewirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei Webmaschinen, die den Webvorgang
von Stoffmustern, die mit Hilfe von Rechnern definiert
werden, nicht mehr über ein aufwendig zu erstellendes und
Handling erforderndes Lochband zu erzeugen, sondern über
direkte Rechneransteuerung. Ferner sollen die bei magnetisch
betätigten Stellgliedern auftretenden Nachteile, wie hoher
Energieverbrauch und starke Erwärmung im Dauerbetrieb, vermieden
werden. Es soll auch bei Reihenanordnung von vielen Elementen
die Dauerfestigkeit des mechanischen Aufbaus und der Nadelwiderlager
erhöht werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Stellelement in
Jacquard- und Jacquarette-Webmaschinen nach dem Oberbegriff mit
Hilfe der im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen
aus den Unteransprüchen hervor.
Mit der durch die Erfindung bewirkten Nadelsteuerung ist eine
Auslenkung der Biegewandler bzw. des Nadelwiderlagers 2 mm
bei vorgegebenen Einbauverhältnissen und eine geringe Ansteuerspannung
von maximal ±60 V möglich. Es wird ein sicherer Betrieb
des Wandlers inklusive des Nadelwiderlagers bis zu einer
Frequenz von maximal 10 Hz erreicht, was eine wesentlich höhere
Resonanzfrequenz des mechanischen Aufbaus voraussetzt. Der
Energieverbrauch ist äußerst gering. Ganz wesentliche Vorteile
liegen schließlich in der Sicherstellung des Dauerbetriebs
(10⁸ Schaltspiele) und den kleinen Abmessungen.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung bewegt ein in einem Sockel
eingespannter piezoelektrischer Biegewandler durch seine Auslenkung
bei der Ansteuerung ein Widerlager, z. B. für die
Nadeln der Nadelsteuerung eines Webstuhles so, daß das Widerlager
einen Lochstreifen simulieren kann, indem es die Zustände
"Loch/kein Loch" nachbildet (Fig. 4).
Die Begrenzung der Auslenkung des Biegewandlers erfolgt durch
einen Anschlag, so daß auch bei größerer Auslenkung des Biegewandlers
als vorgesehen das Widerlager zuverlässig unter bzw.
neben dem Nadelführungsloch positioniert wird und den Zustand
"Loch/kein Loch" simuliert.
Die Berechnung der Auslenkung des einseitig eingespannten
Biegewandlers erfolgt nach der Beziehung
X = W · U
wobei U die angelegte elektrische Spannung bezeichnet. Der
Wandlerfaktor W ergibt sich wie folgt:
mit k eff = effektiver Kopplungsfaktor der verwendeten Piezokeramik;
k eff ≈ 0,75 · k₃₁ bei einem Verhältnis von Metallschichtdicke
zu Keramikdicke von 0,3 bis 0,7; k₃₁ = 0,34 für
Piezokeramik Vibrit 420.
Die elektrische Kapazität C des Biegewandlers bei der für
diesen Betrieb vorzuziehenden Parallelschaltung der beiden
Keramiken ergibt sich zu:
mit ε o = 8,85 · 10¹² ; relative Dielektrizitätskonstante
ε r = 1600; b, l, t K , Breite, Länge, Dicke der verwendeten
Piezokeramiken.
Für die mechanische Biegestreifigkeit des Wandlers gilt:
mit t = Gesamtdicke des Wandlers (t M + 2 t K ).
Der mittlere Elastizitätsmodul E des Verbundes ist
E Metall , E Keramik = Elastizitätsmodul von Metall bzw. Keramik.
Es ist ersichtlich, daß die Auslenkung über die mechanischen
Abmessungen des Wandlers, über die piezoelektrischen Eigenschaften
der Keramik, über die elastischen Eigenschaften von
Metall und Keramik und natürlich über die angelegte Spannung
beeinflußt werden kann.
Für die obige Anwendung sind mindestens 2 mm Auslenkung des
freien Wandlerendes erforderlich. Dies läßt sich nur aufgrund
der Verwendung von sehr dünnen Keramikfolien (ca. 150 µm) bereits
mit einer Spannung von +/-60 V erreichen.
Der Piezowandler kann den Erfordernissen des Einbaus entsprechend
in den äußeren Abmessungen abgewandelt werden. Vorzugsweise
so, daß die bewegte Masse reduziert wird und trapezförmig
oder dreieckig ist oder auch beliebig geformte Seitenkanten
hat.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht
der Piezo-Biegewandler aus einer Dreischichtverbindung, insbesondere
aus Keramik-Metall-Keramik.
Der Piezo-Biegewandler kann im Biegewandlersockel durch Klemmen
befestigt sein. Vielfach hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
die Befestigung durch Verguß mit Kunststoff vorzunehmen und
gleichzeitig dabei zu justieren.
Der Biegewandlersockel ist ein Spritz-/Druckgußteil. Als besonders
günstig hat sich Aluminiumdruckguß erwiesen.
Die Haltestange soll massearm beispielsweise aus Federstahl
oder gehärtetem Stahl ausgeführt sein, um bei ausreichender
Stabilität möglichst wenig bewegte Masse zu benötigen und eine
möglichst hohe Betriebsfrequenz zu erreichen.
Das Verbindungsteil zwischen Biegewandler und Haltestange wird
vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt.
Es ist an der Haltestange beweglich gelagert.
Das Fußteil ist leicht beweglich im Biegewandlersockel gelagert.
Die Lagerung erfolgt vorzugsweise drehbar auf einer Achse
im Biegewandlersockel oder in einer Schneide.
Der Anschlag besteht vorzugsweise aus einem Material mit
dämpfenden Eigenschaften, um eine Rückfederung des Widerlagers
zu vermeiden oder zu vermindern. Auflagen aus Filz oder einem
plastischen Kunststoff haben sich bewährt.
Das Widerlager ist durch einen beweglich gelagerten, vom Biegewandler
mitgeführten Aufbau gehalten, wobei der Aufbau aus
einem drehbar am Biegewandlersockel befestigten Fußteil, der
daran befestigten Haltestange und einem Verbindungsteil
zwischen Biegewandler und Haltestange besteht. Das Widerlager
ist möglichst massearm aufgebaut und besteht vorzugsweise aus
Edelstahl oder gehärtetem Stahl. Um das Widerlager und die
Nadeln vor Verschleiß zu schützen, kann ein aufpralldämpfendes
Zwischenlager, beispielsweise Filz oder Gummi, angebracht sein
(Fig. 5 bis 8).
Das Widerlager kann an der Auftreffstelle der Steuernadel eine
Kunststoffauflage aus vorzugsweise glasfaserverstärktem Kunststoff
aufweisen, wobei der Kunststoff durch eine Metalleinfassung
vor Randbeschädigungen geschützt sein kann. Das Widerlager,
das rund oder vorzugsweise rechteckig ausgebildet ist,
kann auf die Haltestange aufgesteckt sein. Die Befestigung erfolgt
durch Einklemmen, Einrasten und vorzugsweise durch
Kleben.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können mehrere
der erfindungsgemäßen Stellelemente zu einem Modul angeordnet
werden. So können z. B. sieben Stellelemente in einer Reihe als
7fach-Modul - vorzugsweise im Abstand der Nadeln der Webmaschinensteuerung
aneinandergereiht sein (Fig. 4). Die Anordnung der
Stellelemente kann aber auch gegenüberliegend erfolgen, so daß
eine Doppelreihe von Nadeln bedient werden kann. Auch eine versetzte
Anordnung der Stellelemente für den Fall einer Doppelreihe
von sich gegenüberliegenden Nadeln ist möglich, um nur
eine Ausführung des Biegewandlersockels zu benötigen; andernfalls
wäre ein spiegelbildlicher Sockel nötig. Um eine größere
Anzahl von Nadeln (z. B. 2 × 28) ansteuern zu können, können beispielsweise
mehrere 7fach-Module (1- oder 2reihig), in Reihe
angeordnet sein.
Die erfindungsgemäßen Stellelemente werden vornehmlich als
Module zur Nadelsteuerung in Jacquard- und Jacquarette-Webmaschinen
eingesetzt.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfinder anhand von
Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 einen Schnitt eines piezoelektrischen Biegewandlers,
Fig. 2 einen trapezförmigen Biegewandler im Schnitt,
Fig. 3 eine Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Stellelements,
Fig. 4 eine Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Moduls (teilweise),
Fig. 5 bis 8 Schnitte von geeigneten Ausführungsformen des
Nadelwiderlagers.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Biegewandlers 1. Ein
Dreischichtverbund-Piezowandler mit den Keramiken 12 und der
Metalleinlage 13 ist in einem Sockel 5 eingespannt.
Fig. 2 zeigt einen trapezförmigen Biegewandler 1 mit den Seitenkanten
14.
In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßes Stellelement dargestellt.
Der Piezo-Biegewandler 1 ist mit einer Vergußmasse 15 einseitig
im Sockel 5 befestigt und bewegt über ein Verbindungsteil 8 ein
Widerlager 2. Das Widerlager 2 ist über eine Haltestange 7 und
ein Fußteil 6 im Sockel 5 gelagert. Mit 16 sind die Anschläge
bezeichnet, die die Auslenkung des Widerlagers 2 begrenzen. In
der Nadelführungsplatte 19 sind die Nadelführungsbohrungen 20
für die Steuernadeln angebracht. Mit 3 ist die Rückwand bezeichnet.
Gemäß einer Ausführung nach Fig. 4 sind mehrere Stellelemente
nach Fig. 3 in Reihe zu einem Modul 18 angeordnet.
In den Fig. 5 bis 8 sind die auf das Widerlager 2 bzw. eine
Kunststoffauflage 11 auftreffenden Steuernadeln jeweils mit 10
bezeichnet. Gemäß Fig. 5 kann das Nadelwiderlager 2 aus Vollmaterial
bestehen oder gemäß Fig. 6 und 7 ein aufpralldämpfendes
Zwischenlager 9 aufweisen. Mit 7 ist jeweils die Haltestange
bezeichnet.
Claims (13)
1. Stellelement mit einem Piezobiegeschwinger zum Steuern
von in Hoch- und Tiefstellung über Steuernadeln zu steuernden
Kettfäden gemäß einem Programm in einer Jacquard- oder
Jacquarette-Webmaschine, dadurch gekennzeichnet,
daß ein in einem Sockel (5) einseitig
eingespannter piezoelektrischer Biegewandler (1) über ein
Verbindungsteil (8) ein Widerlager (2) bewegt und daß das
Widerlager (2) über eine Haltestange (7) und ein Fußteil
(6) beweglich gelagert ist und daß die Auslenkung des Widerlagers
(2) durch die Anschläge (16) begrenzt ist.
2. Stellelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Biegewandler (1) mit
Keramikfolien von ca. 150 µm Dicke aufgebaut ist.
3. Stellelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Widerlager (2) ein
aufpralldämpfendes Zwischenlager (9) aufweist.
4. Stellelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Widerlager (2) an der
Auftreffstelle der Steuernadeln (10) eine Kunststoffauflage
(11) aufweist.
5. Stellelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß im Sockel (5) ein Fußteil
(6), das die Haltestange (7) aufnimmt, beweglich gelagert
ist.
6. Stellelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Widerlager (2) aus Edelstahl
oder gehärtetem Stahl besteht, massearm ist und auf
der Haltestange (7) fest oder wechselbar angebracht ist.
7. Stellelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Biegewandler (1) als Dreischichtverbund
aus Piezokeramik (12), Metall (13), Piezokeramik
(12) ausgebildet ist.
8. Stellelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Biegewandler (1)
trapezförmig oder dreieckförmig ausgebildet ist, so daß die
bewegte Masse des Biegewandlers (1) verkleinert wird.
9. Stellelement nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Biegewandler (1) nach
Justierung in einem Sockel (5) durch eine Vergußmasse (15)
befestigt ist.
10. Stellelement nach Anspruch 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (8)
zwischen dem Biegewandler (1) und der Haltestange (7) an der
Haltestange (7) beweglich gelagert ist.
11. Anordnung mehrerer Stellelemente (17) nach den vorangegangenen
Ansprüchen zu Modulen (18), die aufgereiht und/oder
gegenüberliegend angeordnet sind.
12. Modul nach Anspruch 11, gekennzeichnet
durch eine für die Gesamtzahl der Stellelemente (17) gemeinsame
Rückwand (3) und eine gemeinsame Nadelführungsplatte
(19).
13. Anordnung nach Patentanspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Module (18) bei gegenüberliegender
Bauform gegeneinander verschoben sind.
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