DE69205897T2

DE69205897T2 - Kartenflorkammantriebssystem in Maschinen für die Textilindustrie.

Info

Publication number: DE69205897T2
Application number: DE69205897T
Authority: DE
Inventors: Paolo Finocchi
Original assignee: MONTENERO O M T P OFFICINA MEC
Current assignee: MONTENERO O M T P OFFICINA MEC
Priority date: 1991-06-18
Filing date: 1992-06-09
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2012-06-10
Also published as: PL170177B1; ITFI910150A1; PL294526A1; ES2080475T3; ITFI910150A0; JP2759020B2; JPH06200420A; IT1248897B; EP0519878A1; DE69205897D1; EP0519878B1; US5274315A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kardenflor-Kammantriebssystem für die Textilindustrie.
Kardenflor-Kämme sind Vorrichtungen, die in der Textilindustrie am Ende des Kardierzyklus eingesetzt werden, und die dazu dienen, den Flor ausgerichteter Fasern, der sich auf der letzten Trommel der Karde befindet, abzunehmen.
Die Abnahme des Flors aus Fasern wird durch die Winkelschwingung eines Kammelementes erreicht, das sich mit einer relativ hohen Frequenz in der Größenordnung von 40 bis 50 Hertz abwechselnd in einer Winkelrichtung bewegt, wobei der Kamm mit einem Blatt versehen ist, das über die Zähne bzw. Haken streicht, die am Umfang der Kardiertrommel angeordnet sind.
Es gibt zwei bekannte Verfahren zum Antreiben des Florkamms bei den in Frage kommenden Maschinen. Das erste Verfahren ist ein mechanisches, bei dem der Kamm durch ein gelenkig angebrachtes Viereck (quadrilateral) angetrieben wird, das einen mit einem Motor verbundenen Exzenter umfaßt, um das gewünschte Bewegungsgesetz für den Webkamm zu erreichen. Dafür ist eine relativ komplizierte mechanische Struktur mit zahlreichen Bauteilen erforderlich, die sich hin- und herbewegen, wodurch die maximal erreichbare Arbeitsfrequenz beschränkt wird.
Das zweite Verfahren ist in dem französischen Patent Nr. 1351572 dargestellt, das am 28. Dezember 1962 eingereicht und am 30. Dezember 1963 im Namen von A. Thibeau & Cie. ausgestellt wurde. Bei diesem Verfahren wird ein Einphasen-Induktionsmotor ohne Hilfsfeld, d.h., ohne Selbstanlauf, eingesetzt, wobei der Rotor desselben mit einem mechanischen Element, in diesem Fall einem Torsionsstab, verbunden ist, das elastische Energie speichert.
Wenn man die Tatsache nutzt, daß ein Einphasen-Induktionsmotor ohne Hilfsfeld sich sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn drehen kann, wenn ihm ein Anlaufmoment zugeführt wird, wenn die Elastizitätskonstante des Torsionsstabes, das Trägheitsmoment des Rotors sowie der mit ihm starr verbundenen Strukturen und das Blockiermoment des Rotors in geeigneter Weise ausgelegt werden, tritt eine Situation ein, in der sich der Rotor sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, wobei die Amplitude und die Frequenz der Schwingung durch das Trägheitsmoment, die Elastizitätskonstante des Torsionsstabes und den Wert des Blockiermomentes des Motors bestimmt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektromechanische Konstruktion zu schaffen, die es ermöglicht, die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kardenflor-Kammantriebssystem für Maschinen in der Textilindustrie geschaffen, das eine Kammstruktur umfaßt, die so angebracht ist, daß sie von einer elastischen Einrichtung, die mechanische Energie speichert und mit einer Elektromotoreinrichtung verbunden ist, gesteuert um eine Ruheposition herum schwingt, wobei das Kardenflor-Kammantriebssystem dadurch gekennzeichnet ist, daß die Elektromotoreinrichtung von dem Typ ist, bei dem die Bewegungsrichtung durch eine Änderung eines elektrischen Signals umgekehrt werden kann, wobei die Elektromotoreinrichtung mit einem Sensor für die momentane Position oder die momentane Geschwindigkeit eines sich drehenden Elementes des Motors und damit für die Winkelposition oder die momentane Winkelgeschwindigkeit der Kammstruktur verbunden ist, wobei der Aufbau bewirkt, daß das von dem Sensor kommende Signal zu einer Stromversorgungseinheit des Motors geleitet wird, so daß ein Zustand anhaltender Schwingung des sich drehenden Elementes des Motors und damit der Kammstruktur hergestellt wird.
Des weiteren umfaßt gemäß der vorliegenden Erfindung die elektrische Maschine, die ein Antriebsmoment erzeugt, vorzugsweise einen bürstenlosen Motor, und der Positions- oder Winkelgeschwindigkeits-Sensor wird durch eine elektromagnetische Aufnehmervorrichtung gebildet, die eine elektrische Umschalteinrichtung antreiben kann, die das Vorzeichen des von dem Bürstenmotor zugeführten Antriebsdrehmomentes umkehrt, um so einen Zustand anhaltender mechanischer Schwingung mit einer Frequenz herzustellen, die lediglich durch die mechanischen Parameter des Schwingungssystems bestimmt wird.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf eine ihrer möglichen, derzeit bevorzugten Ausführungen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei Fig. 1 den allgemeinen Aufbau eines Kardenflorkamms zeigt, bei dem die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann;
Fig. 2 die Beziehung zwischen dem Antriebsmoment und der Winkelgeschwindigkeit bei einem Einphasen-Induktionsmotor zeigt, der mit Konstantfrequenzstrom und ohne Anlauffelder angetrieben wird;
Fig. 3 die Beziehung zwischen dem Biegemoment und der Winkelgeschwindigkeit bei einem bürstenlosen Motor bzw. bei einem Gleichstrommotor mit einem konstanten Rotorfeld, der eine Konstantstromquelle aufweist, zeigt;
Fig. 4 schematisch die Motoranordnung für einen Kardenflorkamm gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ein elektrisches Blockschaltbild der Anordnung in Fig. 4 zeigt;
Fig. 6
und 7 schematische Beispiele zur Veranschaulichung der in Fig. 4 und 5 dargestellten Funktion zeigen.
In Fig. 1 ist eine Anordnung eines Kardenflorkamms für eine Maschine in der Textilindustrie dargestellt, bei der die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann. Der Kardenflor 10 wird von einer Kardiertrommel 11 abgezogen, die sich in der Richtung des Pfeils F auf einer Achse 12 dreht. Am Umfang der Trommel 12 arbeiten mit 13 gekennzeichnete Kämme, die von einem Arm 14 getragen werden, der sich, wie durch die Pfeile 15 angedeutet, hin- und herbewegt, und die an einer mit 16 gekennzeichneten, in Winkelrichtung schwingenden Welle angebracht sind. Der von dem Umfang der Trommel 11 abgenommene Kardenflor 10 wird auf ein Förderband 17 aufgelegt, das sich auf bekannte Weise auf Walzen 18 bewegt.
Bei einer aus dem erwähnten französischen Patent bekannten Anordnung ist für den Antrieb der Kaminbaugruppe 13, die von der Welle 16 getragen wird, der Einsatz eines Einphasen-Induktionsmotors vorgesehen, der mit Konstantfrequenzstrom und ohne Anlauffelder angetrieben wird und mit einem elastischen Rückkehrelement verbunden ist, das mechanische Energie speichert, und aufgrund der besonderen Eigenschaften eines Elektromotors dieser Art zu schwingen beginnt. Die Eigenschaften eines Elektromotors dieser Art sind schematisch in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 ist ein Kartesisches Diagramm des durch den Motor erzeugten Antriebsmomentes als Funktion der Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Motors dargestellt. Es ist zu sehen, daß bei einer Winkelgeschwindigkeit 0 das erzeugte Moment 0 beträgt. Wenn der Rotor einen "Anlauf"-Vorgang ausführt, der dem gestrichelten Abschnitt um den Ursprung der Abszisse herum entspricht, der mit 5 gekennzeichnet ist, nimmt die Geschwindigkeit des Motors zu, der sich je nach dem Vorzeichen des Anlaufmomentes im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, bis die Abgabe eines maximalen Drehmomentes, die den Punkten A, Al entspricht, erzielt wird, bis ein Punkt + ωs, - ωs erreicht wird, bei dem das durch den Motor erzeugte Moment 0 ist, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Rotors der Winkelgleichlaufgeschwindigkeit entspricht. Die Gleichlaufgeschwindigkeit ist, wie bereits dargestellt, die, bei der die Drehgeschwindigkeit der Drehgeschwindigkeit des sich drehenden Feldes des Motors entspricht. Bei Winkelgeschwindigkeiten mit einem höheren absoluten Wert als ωs, die den schraffierten Bereichen B, B1 entsprechen, absorbiert der Elektromotor das Antriebsmoment, statt es abzugeben und führt dem elektrischen Netz Strom zu. Bei der in dem oben erwähnten französischen Patent beschriebenen Anordnung schwingt der Rotor des Induktionsmotors unter Einwirkung des Rückstellmomentes eines elastische Energie speichernden Elementes, wie beispielsweise eines Torsionsstabes, zwischen den Bereichen B1, B2 hin und her. Eine Anordnung dieses Typs weist verschiedene Nachteile auf. Zunächst bleibt, wenn sich zum Zeitpunkt des Einwirkens von elektrischer Energie alle Teile in Ruhe befinden, das heißt, ein Stillstand des Rotors des Elektromotors vorliegt, er bei sehr hoher Leistungsaufnahme im Stillstand, da ein Elektromotor in diesem Zustand mit einem Transformator verglichen werden kann, dessen Sekundärwindung kurzgeschlossen ist. Darüber hinaus ist aus dem Profil des Antriebsmomentes M als Funktion der Drehgeschwindigkeit ω des Motors zu sehen, daß das abgegebene Antriebsmoment nicht konstant ist, sondern erhebliche Schwankungen aufweist, und daß an den Endpunkten der Zyklen der Rotor zum Stillstand kommt, bevor er seine Drehrichtung umkehrt, wobei erneut eine erhebliche Leistungsaufnahme vorliegt, da der Rotor stillsteht. Dies führt zu einem übermäßigen Verbrauch an elektrischer Energie, einer erheblichen Erwärmung des Motors, die durch die starken Ströme verursacht wird, die ihn passieren, und damit zur Notwendigkeit, den Motor selbst in Bezug auf die mechanische Energie, die den Kardenflorkämmen tatsächlich zugeführt werden muß, überzudimensionieren.
Daher kann die in dem oben aufgeführten franzosischen Patent dargestellte und beschriebene Anordnung, auch wenn sie unter einem bestimmten Aspekt dahingehend vernünftig ist, daß komplizierte und Verschleiß unterliegende Mechanismen wegfallen, unter energetischem Aspekt nicht als vorteilhaft angesehen werden.
Die vorliegende Erfindung sieht, wie bereits beschrieben, den Einsatz eines bürstenlosen Motors oder eines Gleichstrommotors mit Konstantfeld-Magnetfluß vor, der beispielsweise mittels eines Zerhacker-Verfahrens, das Fachleuten bekannt ist, mit Konstantstrom gespeist wird. Bei einem Motor dieses Typs sind die Kennlinien des Antriebsmomentes als Funktion der Winkelgeschwindigkeit von der in Fig. 3 dargestellten Art. Das Antriebsmoment M ist, wie zu sehen ist, als eine Funktion der Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Motors konstant, und wird durch Scharen von geraden Linien + M1, +M2, +M3 sowie -Ml, -M2, -M3 dargestellt. Die positiven und negativen Ausgangsmomente entsprechen der Umkehrung der Polarität der Spannungsversorgung des Motors, die bei einem bürstenlosen Motor auf bekannte Weise durch Umkehr der Anschlüsse der Feldspulen oder durch Umkehr der Polarität der Spannungsversorgung des Motors bei einem Stromwender-Gleichstrommotor erreicht werden kann.
Für einen Fachmann auf dem Gebiet ist sofort ersichtlich, daß keine kritischen Winkelgeschwindigkeiten vorliegen, bei denen es zu zu übermäßiger Absorption elektrischer Energie ohne "Löcher" beim Antriebsmoment kommt, da bei einer Anordnung diesen Typs keine kritischen Winkelgeschwindigkeiten für den beweglichen Teil des Motors vorhanden sind. Die bürstenlosen bzw. Stromwender-Gleichstrommotoren verhalten sich wie ein Drehmomenterzeuger, dessen Vorzeichen auf die oben beschriebene Weise umgekehrt werden kann.
Da die Stromversorgung vom Konstantstromtyp ist, wobei eine Abweichung des Nennbetriebsstroms vorliegt, lassen sich unterschiedliche Werte des durch den Motor in jeder Drehrichtung abgegebenen Antriebsmomentes erreichen, so daß es, wie weiter unten zu sehen ist, möglich ist, die Änderung der Amplitude der Schwingungen des Kardenflorkamms zu erreichen, die durch die Pfeile 15 in Fig. 1 angedeutet ist.
In Fig. 4 ist der elektromechanische Aufbau des erfindungsgemäßen Antriebssystems dargestellt. Es ist, wie in Fig. 4 zu sehen ist, ein bürstenloser Motor 20 vorhanden, der mitttels einer Stromquelle 21, vorzugsweise vom Zerhackertyp, wie er dem Fachmann bekannt ist, mit Konstantstrom gespeist wird. Der Rotor des Elektromotors 20 ist über ein Gelenk 22 mit einer Torsionsfeder 23 verbunden, die an einem Ende an einem Gegenwirkungsblock (reaction block) 24 befestigt ist. Die Torsionsfeder 23 ist in 25 mit einer hohlen Welle 26 verbunden, die die Kardenflorkämme 27 trägt. Die hohle Welle 26 ist auf bekannte Weise drehbar auf Kugellagern 28, 29 angebracht.
Die Welle des Motors 20 wirkt mit einem Positions- oder Winkelgeschwindigkeitssensor zusammen, der einen beweglichen Teil 30, der fest mit der Motorwelle verbunden ist, sowie einen stationären Teil 31 umfaßt. Die Baugruppe 30, 31 kann auf viele unterschiedliche Weisen ausgeführt werden. Der Sensor 30 kann beispielsweise aus einem Hall-Effekt-Magnetsensor oder einem elektromagnetischen Sensor, einem Dreh-Differentialtransformator oder dergleichen bestehen. Sensoren dieser Art sind auf dem technischen Gebiet bekannt, und eine ausführliche Beschreibung derselben wird nicht als erforderlich angesehen. Die wichtige Eigenschaft der Baugruppe 30, 31 besteht darin, daß sie ein Signal erzeugt, das dem Drehwinkel oder der Drehgeschwindigkeit des Rotors des Motors 20 und damit des freien Endes der Torsionsfeder 23 und der Kardenflorkämme 27 proportional ist, um so ein Signal zu erzeugen, das die Schwingung des Systems in Gang setzt. Das Element 30 oder das Element 31 können in Bezug zueinander winklig verschoben sein, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das mit der entsprechenden Phase zu der Stromversorgung 21 geleitet wird, um die Auslösung von Winkelschwingungen des Kardenflorkamms zu gewährleisten. Wenn ein Positionssensor eingesetzt wird, muß sein Signal differenziert werden, da das Vorzeichen der Speisespannung des Motors eine Funktion der Bewegungsrichtung, und daher der Geschwindigkeit und nicht der Position ist. Damit wird unter anderem das Problem der Winkelphaseneinstellung des Sensors gelöst, da bei der Differenzierung die durch die Phase repräsentierte Konstante verschwindet.
In Fig. 5 sind das elektrische und das funktionelle Blockschaltbild der erf indungsgemäßen Anordnung dargestellt. Ein Motor 30, beispielsweise ein Bürstenmotor oder ein Stromwender-Gleichstrommotor mit Konstantfeld-Flußerregung ist, wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, über die Stromleitungen 31 mit einer Steuereinheit 32 verbunden, die dem Antrieb und der Umkehrung der Drehrichtung dient. Die Steuereinheit 32 ist in 33 mit einer Quelle elektrischen Stroms (nicht dargestellt) verbunden, und empfängt über eine Leitung 34 ein Steuersignal von dem Schalter zum Umkehren der Drehrichtung des Motors 30, das durch eine Recheneinheit 35 für das vom Block 36, der den Elementen 30, 31 in Fig. 4 enspricht, kommende Signal verarbeitet wird. Der Block 35, der das von der Einheit 36 kommende Signal verarbeitet, kann beispielsweise Phasenverzögerungsoder Phasenschieberschaltungen (Differenziereinrichtungen bezüglich der Zeit oder Integratoren) enthalten, wie dies einem Fachmann auf dem Gebiet der Regelungsautomatik bekannt ist. Der mechanische Ausgang des Motors 30, der durch die gestrichelte Linie 37 angedeutet ist, geht, wie ersichtlich ist, zur Gruppe 36 über und in 38 weiter zum Verbraucher 39, der aus der zusammengesetzten Konstruktion besteht, die den Kardenflorkamm und die Torsionsfeder umfaßt.
Fig. 6 und 7 stellen die funktionellen Kriterien der in Fig. 5 abgebildeten Einrichtung dar. Unter Bezugnahme auf die Verfahren der Regelung ist zu sehen, daß ein Block 40 vorhanden ist, der die Stromversorgung des Elektromotors und den Schaltungsaufbau für die Umkehrung seiner Drehrichtung darstellt. Der Ausgang von Block 40 geht zum oben beschriebenen Block 39 und zu Block 41, der die oben beschriebenen Elemente 35 und 36 umfaßt, um so ein Signal zu erzeugen, das in 42 an die Steuereingänge der Einheit 40 angelegt wird. Dies ist der klassische Aufbau eines Rückkoppelsystems, das nicht, wie bei herkömmlichen Regelungen dazu dient, Stabilität zu erzeugen, sondern einen Schwingungszustand herstellt. Unter mathematischem Gesichtspunkt ist dies in Fig. 7 dargestellt, in der die Koordinaten der realen und imaginärer Teile der Übertragungsfunktion des Systems in dem bekannten Nyquist-Diagramm dargestellt sind. Die Beschreibungsfunktion muß bei der Änderung der momentanen Winkelgeschwindigkeit des Motors 30 den klassischen Punkt "-1" enthalten, um eine Situation anhaltender Schwingung für die gesamte bewegliche Einrichtung des Systems herzustellen.
Bei einer Abwandlung der vorliegenden Erfindung könnte die Steuereinheit 32 des Motors 30 eine Einrichtung zum Begrenzen der Amplitude der Schwingungen umfassen, die funktioniert, indem sie auf die Konstantstrom-Stromversorgung des Motors 30 (siehe in Fig. 3 dargestellte Scharen von Kurven) einwirkt, sowie Hilfseinrichtungen, die den Kardenflorkamm mit der Kardiertrommel in Eingriff bringen, bzw. ihn von ihr trennen. Diese Hilfseinrichtungen sind nicht ausführlich beschrieben, da ihr Aufbau und ihre Konstruktionskriterien dem Fachmann bekannt sind.
Aus dem Obenstehenden ist zu ersehen, daß die erfindungsgemäße Anordnung zahlreiche Vorteile im Vergleich zu den bekannten Verfahren aufweist, die in dem oben beschriebenen früheren französchen Patent beispielhaft dargestellt sind, da sie den Einsatz einer Elektromotorkonstruktion ermöglicht, die genau auf die durch die Kardenflorkämme auszuführende Arbeit zugeschnitten ist, und sie des weiteren eine genauere Regulierung der Funktionsparameter der Kardenflorkämme ermöglicht, da der Bereich anhaltender Schwingungen leicht mit elektrischen Mitteln reguliert werden kann, um ihn an verschiedene Arbeitsbedingungen anzupassen.
Die vorliegende Erfindung ist unter Bezugnahme auf eine ihrer möglichen und derzeit bevorzugten Ausführungen beschrieben worden, es versteht sich jedoch, daß in der Praxis Veränderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Kardenflor-Kammantriebssystem für Maschinen in der Textilindustrie von der Art, die eine Kammstruktur (13) umfaßt, die so angebracht ist, daß sie von einer elastischen Einrichtung, die mechanische Energie speichert und mit einer Elektromotoreinrichtung (20) verbunden ist, gesteuert um eine Ruheposition herum schwingt, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromotoreinrichtung (20) von dem Typ ist, bei dem die Bewegungsrichtung durch eine Änderung eines elektrischen Signals umgekehrt werden kann, wobei die Elektromotoreinrichtung (20) mit einem Sensor für die momentane Position oder die momentane Geschwindigkeit eines sich drehenden Elementes (30) des Motors (20) und damit für die Winkelposition oder die momentane Winkelgeschwindigkeit der Kammstruktur (13) verbunden ist, wobei der Aufbau bewirkt, daß das von dem Sensor kommende Signal zu einer Stromversorgungseinheit (21) des Motors (20) geleitet wird, so daß ein Zustand anhaltender Schwingung des sich drehenden Elementes (30) des Motors (20) und damit der Kammstruktur (13) hergestellt wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (20) ein bürstenloser Motor ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (20) ein Gleichstrommotor mit einem konstanten Erregerfeld ist.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (20) ein Induktionsmotor ist.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (20) ein Linearmotor ist.

6. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (20) mit Gleichstrom bei "Konstantstrom" gespeist wird.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine Hall-Effekt-Winkelpositionssensor ist.

8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein induktiver Sensor ist.

9. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Dreh-Differentialtransformator-Sensor ist.

10. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor vom Tachogeneratortyp ist.

11. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor durch einen Drehmelder gebildet wird.

12. System nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Stromversorgungseinheit (21) des Elektromotors (20), durch den Positions- oder Winkelgeschwindigkeitssensor, durch die elastische Einrichtung (23), die eine Rückstellkraft erzeugt, und durch die Kammstruktur (13) gebildete Kette ein schwingendes System mit anhaltenden Schwingungen bildet.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Elektromotor (20) erzeugte Drehmoment beim Anfangsantriebszustand einen von 0 verschiedenen Wert hat.

14. System nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung (21) für den Elektromotor (20) dem Motor (20) veränderliche elektrische Energie zuführt, um die Amplitude der anhaltenden Schwingungen in dem System zu ändern.

15. System nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstrom-Stromversorgung (21) mittels eines Zerhackersystems ausgeführt wird.