DE602006000440T2

DE602006000440T2 - Fadenliefergerät mit positiver Fadenlieferung für Textilmaschinen

Info

Publication number: DE602006000440T2
Application number: DE602006000440T
Authority: DE
Inventors: Rosario Castelli; Luca Gotti; Andrea Gotti
Original assignee: LGL Electronics SpA
Current assignee: LGL Electronics SpA
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2026-02-14
Also published as: ITTO20050225A1; EP1710334A1; US20060237567A1; CN1847496A; EP1710334B1; DE602006000440D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen aktiven Garnzuführer für Textilmaschinen und ähnliches, insbesondere der Art, die mit einem spannungsgeregelten oder stromgeregelten Motor versehen ist.
Die vorgenannten Zuführer ziehen üblicherweise das Garn von einer Spule ab und führen es einer stromabwärts angeordneten Maschine, wie etwa einem Webstuhl, einer Strickmaschine, einer Spulvorrichtung und ähnlichem, mit einer geregelten Geschwindigkeit und Spannung zu.
Der Zuführer umfasst einen Motor, der eine garnzuführende Spule antreibt, auf der eine Anzahl von Garnschlaufen aufgewickelt ist. Der Motor wird durch eine elektronische Stromversorgungseinheit angetrieben, die aus einer Brücke elektronischer Schalter besteht, die durch eine Steuereinheit gesteuert werden, die verschiedene Signale von externen Sensoren verarbeitet, wie etwa Garnspannungssignale, von dem Antreiben des Motors stammende elektrische Spannungssignale und/oder Stromsignale, Rückkopplungssignale von dem Motor zugeordneten Drehzahlsensoren und/oder Positionssensoren, usw. Auf der Basis derartiger Signale schließt die Steuereinheit zyklisch die Schalter der elektronischen Stromversorgungseinheit, um die Motordrehzahl und folglich die Garngeschwindigkeit zu steuern, die proportional zu der Motordrehzahl ist. Die vorgenannten Steuereinheiten vermögen es vermittels Schaltungen, die verschachtelte Spannungs-/Strom-Steuerschleifen implementieren, die geschwindigkeitsgesteuerte Schleifen oder positionsgesteuerte Schleifen sein können, im Wesentlichen in Echtzeit zu arbeiten.
Ein Beispiel für diese Art von Garnzuführer ist in DE 10 234 545 A1 beschrieben.
Die aktiven Garnzuführer des Stands der Technik verwenden Schrittmotoren oder vorzugsweise bürstenlose Motoren, die für Anwendungen geeigneter sind, bei denen hohe Drehzahlen und hohe Beschleunigungen erforderlich sind, wie etwa bei der vorliegenden Anwendung. Insbesondere haben die derzeit für Schussfadenzuführer verwendeten bürstenlosen Motoren einen hohlen, zylindrischen Stator, der mit Feldwicklungen versehen ist, die in einem in die innere Oberfläche des Stators geschnittenen feinen Rillenmuster aufgenommen sind.
Wie jedoch Fachleuten gut bekannt ist, sind zum Ausführen der oben genannten Anordnung von Rillen und Wicklungen sehr teure und genaue maschinelle Bearbeitungen notwendig, hauptsächlich aufgrund der geringen Größe der für Garnzuführer verwendeten Motoren, die einen Durchmesser von etwa 45 bis 50 mm aufweisen. Darüber hinaus erschwert es diese Anordnung, Positionssensoren innerhalb des Stators einzubauen, was erforderlich ist, um den Motor einer Drehzahl/Positionsregelung zu unterziehen.
Darüber hinaus führt der Einsatz bürstenloser Motoren des oben genannten Typs bei aktiven Garnzuführern dazu, dass das Antriebsmoment durch das sogenannten "Welligkeits"-Phänomen (englisch: "ripple") beeinträchtigt wird. Derartige Phänomene beschränken die Bandbreite des Steuersystems, wodurch die Genauigkeit des Garnzuführvorgangs beeinträchtigt wird, mit nachfolgenden Fehlern bei der Gleichmäßigkeit des Gewebes oder Netzes. Diese Probleme wurden mit zunehmenden Geschwindigkeiten der garnverarbeitenden Maschinen, etwa 1000 m Garn pro Minute zum gegenwärtigen Zeitpunkt, immer bedeutender.
Eine besondere Art eines bürstenlosen Motors ist der sogenannte Reluktanzmotor, von dem ein Beispiel in US 6,351,053 B1 beschrieben ist. Der Motor in US 6,351,053 B1 umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen Stator mit sechs Statorpolen, die je eine zugehörige darauf gewickelte Spule aufweisen. Der Rotor hat eine säulenähnliche Form mit vier Rotorpolen, die von dem äußeren Umfang des säulenähnlichen Rotors nach außen vorstehen. Rotoren von Reluktanzmotoren sind herkömmlicherweise aus Eisen, um durch das durch die Spulen erzeugte Magnetfeld beeinflusst zu werden. Wie im Hintergrundteil der US 6,351,053 B1 aufgeführt, sind Reluktanzmotoren ebenfalls Problemen der Drehmomentwelligkeit unterworfen.
Daher besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen aktiven Garnzuführer für Textilmaschinen und ähnliches bereitzustellen, bei dem die Steuerung des Garnzuführvorgangs regelmäßiger und genauer als bei den bekannten Zuführern ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen aktiven Garnzuführer bereitzustellen, bei dem die Drehmomentwelligkeit des die Garnzuführspule antreibenden Motors, verglichen mit mit bürstenlosen Motoren ausgerüsteten bekannten Zuführern, beträchtlich verringert oder sogar aufgehoben ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den oben erwähnten Garnzuführer im Hinblick auf niedrige Herstellungskosten und eine geringe Gesamtgröße zu verbessern.
Die obige Aufgabe und weitere Ziele und Vorteile, die nachfolgend deutlicher werden, werden durch einen aktiven Garnzuführer mit den im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen erreicht, während andere vorteilhafte Merkmale in den weiteren Ansprüchen angegeben sind.
Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein allgemeines Schema eines aktiven Garnzuführers des Typs ist, auf den sich die Erfindung bezieht;
2 eine schematische Vorderansicht eines aktiven Garnzuführers des Typs ist, auf den die Erfindung sich bezieht;
3 eine Ansicht des in dem Zuführer eingebauten Motors im Querschnitt gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
4 eine perspektivische Ansicht des in dem Zuführer eingebauten Motors gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
5 eine Ansicht des Stators des Motors der 4 im Querschnitt ist;
6 eine Darstellung ist, welche das Antriebsmoment des Motors als eine Funktion der Winkelstellung mit verschiedenen Werten des Ankerstroms zeigt;
7 eine Ansicht des in dem Zuführer eingebauten Motors gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt ist.
Unter Bezugnahme auf 1, 2 zieht ein aktiver Garnzuführer AP ein Garn F von einer Garnrolle RO ab und führt das Garn einer Maschine MF, wie etwa einem Webstuhl, einer Strickmaschine, einer Spulvorrichtung oder ähnlichem, mit einer geregelten Geschwindigkeit und Spannung zu. Das von der Garnrolle RO abgezogene Garn F wird in mehreren Schlaufen auf eine Spule R aufgewickelt, die mit der Antriebswelle eines Motors M verblockt ist, läuft dann durch einen elektronischen Zugspannungssensor ST, und wird schließlich der Maschine MF zugeführt.
Der Motor M ist ein synchroner bürstenloser Permanentmagnet-Motor, der durch eine elektronische Stromversorgungseinheit über eine mit elektronischen Schaltern versehene dreiphasige Schaltbrücke SP angetrieben ist. Eine Steuereinheit UC empfängt von dem Sensor ST ein Garnspannungssignal T, von dem Antreiben des Motors stammende elektrische Spannungssignale V und Stromsignale I, Rückkopplungssignale FB von dem Motor zugeordneten Positionssensoren, die nachfolgend genauer beschrieben werden, und allgemeine externe Signale S, und erzeugt eine Sequenz von Befehlen C, welche die Brücke SP dazu antreiben, das Garn mit einer gewünschten Geschwindigkeit und Spannung zuzuführen.
Nunmehr unter Bezug auf 3, ist der Motor M gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem Stator STA versehen, der aus einem hohlen zylindrischem Gehäuse mit neun länglichen radial nach innen vorstehenden Polschuhen besteht, von denen drei E1, E2, E3 voneinander gleichmäßig um 120° beabstandet sind und zugehörige Anregungsspulen A, B, C lagern. Der Rotor des Motors besteht aus einem dünnen zylindrischen Magnet MC, der über eine Lagerung SM koaxial auf der Antriebswelle AM gelagert ist. Der zylindrische Magnet MC ist radial mit alternierenden Nord- N und Südpolen S polarisiert. Die zwei nebeneinanderliegenden Polschuhe jedes spulenlosen Paares weisen einen dazwischen angeordneten zugehörigen Hall-Sensor H1, H2, H3 auf, der zum Senden von Positionssignalen zur Steuereinheit UC angeschlossen ist.
Gemäß einer in den 4 und 5 gezeigten zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Motor M' einen Stator STA' in der Form eines im Wesentlichen zylindrischen, hohlen Gehäuses auf, mit einer scheibenförmigen Basis BD und neun länglichen Polschuhen, die sich von der Basis in einer Richtung parallel zu der Achse der Basis erheben, wobei jedes Teil die Form eines länglichen Zylinderteils aufweist. Drei der genannten Teile E1', E2', E3' sind gleichmäßig um 120° voneinander beabstandet und lagern zugehörige Anregungsspulen A', B', C'. Der Rotor besteht aus einer Antriebswelle AM' mit einem damit verblockten koaxialen, scheibenförmigen Magnet D, der mit alternierenden Nord- N und Südpolen S in Längsrichtung polarisiert ist. Der Magnet D ist vor den Spulen nahe deren freien Enden angeordnet. Die beiden nebeneinanderliegenden Polschuhe jedes spulenlosen Paares weisen einen dazwischen angeordneten zugehörigen Hall-Sensor H1', H2', H3' auf, der zum Senden von Positionssignalen zur Steuereinheit UC angeschlossen ist.
Bei beiden der oben genannten Anordnungen kann das magnetische Element, d. h. der Zylinder oder die Scheibe, vier oder fünf Polschuhpaare (fünf in den Figuren) oder eine Anzahl von Paaren aufweisen, die ein Mehrfaches von vier oder fünf ist, abhängig von die Geschwindigkeitssteuerung oder die Positionssteuerung des Motors betreffenden Ausgestaltungserfordernissen, wie Fachleuten gut bekannt ist.
Die Darstellung der 6 zeigt das Antriebsmoment als eine Funktion der Winkelstellung mit verschiedenen Ankerströmen (in Ampere), wobei der Motor einem trapezförmigen Antreiben unterzogen ist. Wie der Fachmann erkennen wird, haben die Kurven eine sinusförmige Gestalt und das remanente Drehmoment, d. h. das bei Nullstrom gemessene Widerstandsmoment, ist sehr niedrig.
Bei einer in 7 gezeigten dritten Ausführungsform der Erfindung ist der Aufbau des Motors ähnlich der zweiten Ausführungsform, jedoch ist der Motor ein Zweiphasenmotor und hat einen mit acht Polschuhen versehenen Stator, von denen vier E1'b, E2'b, E3'b, E4'b voneinander gleichmäßig in rechten Winkeln beabstandet sind und zugehörige Anregungsspulen A'b, B'b, C'b, D'b lagern. Die magnetische Scheibe Db weist fünf Polschuhe auf.
Bei einem erfindungsgemäßen Motor ist es nicht nötig, die Anregungsspulen direkt auf die Polschuhe des Stators zu wickeln, wie es bei den herkömmlichen Motoren erforderlich ist. Im Gegenteil können die Spulen separat gewickelt und dann innerhalb des Stators eingebaut werden, mit einer verbesserten Installationsleichtigkeit.
Darüber hinaus liegen im Fall dreiphasiger Motoren nur drei Statoranregungsspulen vor, oder im Fall zweiphasiger Motoren vier, mit der daraus resultierenden Möglichkeit, klein bauende Motoren preiswert herzustellen.
Ferner ist das Antriebsmoment verglichen mit den herkömmlichen Motoren bei gleicher Größe erhöht, da die vorgenannten Motoren einen hohen Leistungskoeffizienten haben, mit einer hohen Effizienz beim Umwandeln der elektrischen Leistung in Antriebsmoment.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das durch den Motor bereitgestellte Antriebsmoment durch einen niedrigen Wert harmonischer Verzerrung und remanenten Drehmoments beeinträchtigt wird und durch ein sehr niedriges Niveau von Drehmomentwelligkeit, wenn es einem sinusförmigen Antreiben unterzogen wird, mit sich daraus ergebender verbesserter Leistungsfähigkeit des gesamten Systems.
Da ferner die Hall-Sensoren in den Winkellücken zwischen den Spulen angeordnet sind, erfordern sie nicht, dass irgendein zusätzliches Gehäuse eingebaut wird, was eine weitere Möglichkeit bietet, klein bauende Motoren preiswert herzustellen.
Hierin wurde eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, aber selbstverständlich können innerhalb des Rahmens des erfinderischen Konzepts viele Veränderungen vorgenommen werden.

Claims

Garnzuführer für Textilmaschinen, mit einer Garnwickelspule (R), die durch einen synchronen bürstenlosen Motor mit Permanentmagnet angetrieben ist, um das Garn von einer Garnrolle (RO) zu ziehen und das Garn einer stromabwärts angeordneten Textilmaschine (MF) zuzuführen, wobei der Motor (M, M') einen Stator (STA, STA') umfasst, der aus einem im Wesentlichen zylindrischen, hohlen Gehäuse mit mindestens drei länglichen Polschuhen (E1–E3, E1'–E3') mit zugehörigen darauf gewickelten Anregungsspulen (A, B, C, A', B', C') und einem magnetischen Rotor besteht, der nahe den Spulen koaxial auf der Antriebswelle (AM, AM') gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein länglicher Polschuh ohne Anregungsspulen zwischen jedem Paar benachbarter, durch Spulen besetzter Polschuhe angeordnet ist, und dass der magnetische Rotor ein magnetisches Element mit einem kreisförmigen Profil mit mehreren alternierenden Polen umfasst.
Garnzuführer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Element aus einem dünnen Zylinder (MC) besteht, der aus einem radial polarisierten magnetischen Material mit alternierenden Polen hergestellt ist, und dass die Polschuhe (E1, E2, E3) von dem Stator um die Drehachse des Rotors radial nach innen vorstehen.
Garnzuführer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Element aus einer dünnen Scheibe (D) besteht, die aus einem magnetischen Material hergestellt ist, das in Längsrichtung mit alternierenden Polen in der Richtung seiner Dicke polarisiert ist, und dass die Polschuhe (E1'–E3', E1'b–E4'b) parallel zu der Drehachse des Rotors vorstehen.
Garnzuführer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator neun längliche Polschuhe umfasst, von denen drei (E1–E3, E1'–E3') voneinander gleichmäßig um 120° beabstandet sind und zugehörige Anregungsspulen (A, B, C, A', B', C') lagern, und dass das magnetische Element vier Polschuhpaare aufweist.
Garnzuführer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Element eine Anzahl von Polschuhpaaren aufweist, die ein Mehrfaches von vier ist.
Garnzuführer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator neun längliche Polschuhe umfasst, von denen drei (E1–E3, E1'–E3') voneinander gleichmäßig um 120° beabstandet sind und die Anregungsspulen (A, B, C, A', B', C') lagern, und dass das magnetische Element fünf Polschuhpaare aufweist.
Garnzuführer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Element eine Anzahl von Polschuhpaaren aufweist, die ein Mehrfaches von fünf ist.
Garnzuführer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator acht Polschuhe umfasst, von denen vier (E1'b, E2'b, E3'b, E4'b) voneinander gleichmäßig in rechten Winkeln beabstandet sind und zugehörige Anregungsspulen (A'b, B'b, C'b, D'b) lagern, und dass die dünne Scheibe (Db) fünf Polschuhpaare aufweist.
Garnzuführer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Motor (M, M') durch eine Steuereinheit (UC) über eine elektronische Stromversorgungseinheit gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Hall-Sensoren (H1–H3, H1', H3') in den Winkellücken zwischen den Spulen nahe dem magnetischen Element angeordnet und dazu angeschlossen sind, Positionssignale an die Steuereinheit zu senden.