DE3705738A1 - Stellelement mit einem piezobiegeschwinger zur nadelsteuerung in jacquard- und jacquarette-webmaschinen - Google Patents

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.