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Die Erfindung betrifft einen motorgetriebenen Fadenzwirnkopf
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Herkömmliche Maschinen zum Bearbeiten von Zwirnen, wie z. B.
Spinnmaschinen, Wickelmaschinen, Spiraldeckmaschinen,
Doppelmaschinen, Webmaschinen, Haspeln, et cetera, verwenden
Bearbeitungsköpfe, die dem Ziel dienen, die Spindel oder
Spule mit dem Zwirn zu halten, während der Zwirn aufgewickelt
wird und dabei gedreht, spiralförmig gedeckt, gedoppelt oder
anderweitig ähnlich bearbeitet wird.
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Jeder Kopf ist im wesentlichen mit einer festen Halterung für
die Spindel und mit einem rotierenden Teil ausgestattet, das
den Zwirn mit hoher Geschwindigkeit in der Größenordnung von
15 000 U/min dreht. Bei herkömmlichen Maschinen wird die
Drehung von einem einzigen Motor aufgebracht, der die
Bewegung an eine lange Reihe von Köpfen weitergibt mit
ziemlich antiquirierten Übertragungsvorrichtungen, wie z. B.
ringförmigen Riemen, die in reibschlüssiger Verbindung mit
Wellen stehen, die auf den Achsen der Köpfe vorgesehen sind.
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Der selbe Motor kann auch verwendet werden, um mit Hilfe von
Zahnrädern, Verbindungen und verschiedenen
Übertragungsvorrichtungen andere Bewegungen der Maschine auszulösen, wie z. B. die Oszillation der Stäbe oder der Zwirnführungsaugen oder
die Drehung der Zwirnspuler oder -wickler.
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In diesem Fall wird die Geschwindigkeit des einzigen Motors
gesteuert mit Hilfe eines angepaßten elektrischen
Schaltkreises.
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Um die Geschwindigkeit der Köpfe variieren zu können, um z.
B. die Art der Bearbeitung zu ändern, ist es erforderlich,
die Zahnräder von Hand zu ändern und damit das
Übersetzungsverhältnis zwischen dem Motor und den Achsen der
einzelnen Köpfe.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, daß beim Auftreten eines
Stromausfalls alle Komponenten gleich schnell abbremsen und
daher keine Spannungen oder Risse des Zwirns auslösen. Dies
hat jedoch verschiedene Nachteile: vor allem erzeugen die
herkömmlichen Maschinen laute Geräusche und haben einen
niedrigen mechanischen Wirkungsgrad. Eine Maschine normaler
Größe kann in der Tat 100 bis 300 Köpfe gleichzeitig
antreiben mit diesen Übertragungsvorrichtungen, die
erheblicher Reibung und Erschütterungen unterliegen, und
insgesamt einen Geräuschpegel erzeugen von bis zu 100 dB. Das
zugeordnete Personal muß daher ständig Ohrstopfen oder
Kopfhörer tragen, die jedoch nicht vollständig das Risiko
irreversibler Schäden für die Hörfunktionen ausschließen und
oftmals nicht mit den Gesundheitsbestimmungen übereinstimmen.
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Überdies ist die Effizienz dieser Mechanismen notorisch sehr
niedrig aufgrund der Reibung der sehr großen Anzahl an
beweglichen Teilen und beeinflußt deutlich den Verbrauch an
elektrischer Leistung.
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Drittens gewährleisten die herkömmlichen Übertragungssysteme
keine hohe Präzision, da sie ungenaue
Übertragungsvorrichtungen verwenden, wie z. B. Riemen, mit
denen beträchtlicher Schlupf einhergeht.
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Einige Hersteller haben versucht, diese Probleme so zu lösen,
indem sie einen unabhängigen Motor, z. B. einen asynchronen
Motor, jedem Kopf zuordnen. Die verschiedenen Motoren, die
auf eine Leistung von weniger als 100 W ausgelegt sind,
werden zugunsten einer einfachen Handhabung von einem
einzigen Frequenzwandler versorgt und gesteuert.
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Während diese Lösung einerseits das Geräuschproblem löst,
verbessert sie andererseits nicht die Genauigkeit der
Geschwindigkeitssteuerung, da asynchrone Motoren notorisch
einen hohen Schlupf aufweisen, und es verbessert nicht die
hohe Leistungsaufnahme, da diese Motoren bei geringen
Leistungen Wirkungsgrade in der Größenordnung von 50%
aufweisen.
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In neuerer Zeit haben einige Hersteller überlegt, einen
Frequenzwandler für jeden einzelnen Motor zu verwenden; dies
ermöglicht es, das Ziel hoher Genauigkeit zu erreichen, aber
es löst nicht das Problem der hohen Leistungsaufnahme und das
Problem der Kosten; tatsächlich ist das letztere dieser
Probleme noch vergrößert mit der Zunahme der Anzahl von
Komponenten der Maschine.
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Schließlich schließt diese Lösung nicht den Nachteil der
fehlenden Synchronisation zwischen den verschiedenen
Bewegungen bei einem Stromausfall im Stromnetz aus, wodurch
erhebliche Probleme bei der Zwirnspannung oder -integrität
während der Übergänge der Stromzufuhr verursacht werden.
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US-A 5 161 361 offenbart eine von einem bürstenlosen Motor
angetriebene Anlage für einen Webringspinnrahmen mit allen
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Der Motor dieser
bekannten Anlage ist ein Motor mit variablem Widerstand ohne
Permanentmagneten.
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EP-A 0 389 117 betrifft einen Antrieb für eine Spindel einer
Webmaschine oder eines Ringrahmens ebenfalls mit allen
Merkmalen, die im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben sind.
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Auch in diesem Fall ist der Motor mit variablem Widerstand
ohne Permanentmagneten ausgestattet, woraus die Verwendung
von Rotoren mit relativ großen Durchmessern und Massenkräften
folgt.
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Überdies bietet keine der obengenannten Schriften eine Lösung
für das Problem der Synchronisation der Drehung jeder Spindel
mit den anderen der damit verbundenen Vorrichtungen im Fall
des Versagens oder Lücken in der Versorgung durch das
Stromnetz.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, die oben beschriebenen
Nachteile zu vermeiden, indem ein motorisierter Kopf
vorgesehen wird mit rotierender Spindel, insbesondere für die
Zwirnbearbeitung, der niedrige Geräusche, hohen Wirkungsgrad,
niedrige Kosten, und sehr kompakte Abmessungen ermöglicht,
wobei das Risiko des Reißens des Zwirns minimiert wird bei
den Versorgungsübergängen für die Leistung, die verursacht
sind durch Versagen oder Lücken im Stromnetz.
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Diese Aufgabe und weitere Ziele, die sich aus dem folgenden
ergeben, werden erreicht mit einem motorisierten Kopf mit
rotierender Spindel gemäß Anspruch 1.
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Ein Kopf dieser Art erzeugt wenig Geräusche, da es
herkömmliche Übertragungsvorrichtungen vermeidet, und hat
einen niedrigen Verbrauch, da hoch effiziente, elektrische,
bürstenlose Motoren verwendet werden. Ein Kopf dieser Art ist
auch sehr genau, weil er einen separaten Steuerkreis
verwendet. Überdies löst der vorliegende Kopf das Problem der
fehlenden Synchronisation, die verursacht wird durch
Versorgungsübergänge im Stromnetz.
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Vorzugsweise ist der Steuerkreis für die Geschwindigkeit und
die Leistungsversorgung ein miniaturisierter
Leistungswandler, der in das Gehäuse des Motors eingebaut
ist.
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Der Strom für die Leistungsversorgung des Steuerkreises für
den Leistungswandler und der Strom, der den Motor versorgt,
sind beide von niedriger Spannung, so dass Risiken für das
zugeordnete Personal ausgeschlossen sind.
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Ein Kopf mit diesen Eigenschaften ermöglicht eine Reduktion
der Kosten bei der Herstellung auch mit Hilfe von
Massenproduktion von kundenspezifisch integrierten
Schaltungen (ASICs).
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Weitere Eigenschaften und Vorteile werden offensichtlich aus
der Beschreibung einer Ausgestaltung eines Kopfes gemäß der
Erfindung, das in den beigefügten Figuren dargestellt ist als
nicht beschränkendes Beispiel, wobei
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Fig. 1: eine schematische Ansicht eines Kopfes ist mit
rotierenden Spindeln gemäß der Erfindung,
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Fig. 2: ein elektrisches Diagramm ist einer Maschine
zur Zwirnbearbeitung, die eine Reihe von
Köpfen mit rotierenden Spindeln gemäß der
Erfindung verwendet.
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Fig. 1: Ein Kopf gemäß der Erfindung allgemein bezeichnet mit
der Bezugsziffer 1, umfaßt einen hohlen Lagerzapfen 2, der
als eine Halterung dient für eine Spindel oder Spule 3 eines
Zwirns und offen ist in einem oberen Abschnitt, um den
Durchlaß eines Zwirns 4 zu ermöglichen. Der untere Abschnitt
der Spindel 3 ist umgeben von einem Rotor 5, der eine
zentrale hohle Welle 6 aufweist, die verbunden ist mit dem
Lagerzapfen 2 und einer radialen Öffnung 7 für den Durchlaß
des Zwirns 4.
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Welle 6 von Rotor 5 ist direkt verbunden mit einem
Betätigungsmotor 8. Vorzugsweise ist die Welle 6 einstückig
mit der Welle von Motor 8.
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Motor 8 kann mit Zapfen 9 versehen sein, um den gesamten Kopf
in einem Halterahmen 10 einer Maschine zur Zwirnbearbeitung
zu verankern, z. B. in einer Wickelmaschine, so dass die
Austauschbarkeit von Kopf 1 mit den Köpfen anderer Maschinen
ermöglicht ist.
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Motor 8 hat keine Bürsten mit zylindrischen Permanentmagneten
und mit hohem Wirkungsgrad, zwischen 70% und 85%, sogar bei
niedrigen Leistungsstufen in der Größenordnung von 70 W, wie
es bei den Köpfen gemäß der Erfindung tatsächlich benötigt
wird. Für diesen Zweck werden kleine bürstenlose Motoren mit
zylindrischen Permanentmagneten verwendet, die bisher bei
Computerfestplatten, Compact Disks und ähnlichen
Vorrichtungen verwendet wurden.
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Ein frequenzvariabler Geschwindigkeitswandler 11 ist mit
Motor 8 verbunden, um die Leistungsversorgung und die
Geschwindigkeit des Motors zu steuern, sie direkt anzupassen
ohne jede manuelle oder mechanische Betätigung der Kupplung
zum Motor, in Abhängigkeit von der Art und der Dicke des zu
bearbeitenden Zwirns. Er gewährleistet auch eine äußerst
genaue Steuerung der Geschwindigkeit mit einer Abweichung von
weniger als 1% bezüglich der vorbestimmten Geschwindigkeit.
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Vorzugsweise ist der Wandler 11 miniaturisiert, so dass
dieser eingesetzt und integriert werden kann in das Gehäuse
des Motors 8 und zusammen damit ausgeliefert wird, wodurch
große Kompaktheit im Vergleich zu den vorhergehenden Köpfen
erreicht wird.
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Der Wandler 11 ist mit dem Anschluß für die Stromversorgung
über Kabel 12 verbunden und mit einer
mikroprozessorgesteuerten, zentralen Steuereinheit 14 über Kabel 13. Die
Einheit 14 kann an andere Motoren 15 angeschlossen werden für
die Betätigung verschiedener Vorrichtungen, z. B.
Zwirnführungsaugen oder Wickler, die jedem einzelnen Kopf
zugeordnet sind, mit Hilfe entsprechender Wandler 16.
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Die Zentraleinheit 14 umfaßt intern auch einen Regelkreis 17
mit geschlossener Schleife, der z. B. einen P.I.D. Regler
verwendet, der die Aufgabe hat, das Abbremsen der einzelnen
Köpfe zu synchronisieren mit dem Abbremsen der anderen damit
verbundenen Vorrichtungen, wenn die Stromversorgung ausfällt;
dieser Kreis entspricht dem in der italienischen
Patentanmeldung Nr. VI95A000112 beschriebenen und
beanspruchten Typ des selben Anmelders.
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Vorzugsweise ist der Strom der Leistungsversorgung von Motor
8 auf einer niedrigen Spannung, z. B. 48 V. Auf diese Weise
ist es möglich, den selben Bus zu verwenden auch für die
Versorgung der Wandler, wodurch erhebliche Kosteneinsparungen
bei der Isolierung und eine verbesserte innere Sicherheit der
Einheit erreicht werden, da das zugeordnete Personal die
Köpfe sicher handhaben kann ohne jede Gefahr der
Elektrocution.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung wird klar, dass der
motorisierte Kopf mit rotierender Spindel gemäß der Erfindung
die Aufgaben löst und insbesondere sind dessen hoher
Wirkungsgrad, dessen geringe Geräusche und dessen kompakte
Abmessungen, Flexibilität und Sicherheit hervor zu heben.
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Der motorisierte Kopf gemäß der Erfindung kann in vielfacher
Weise modifiziert und variiert werden, wobei all dies
innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, wie in den
beigefügten Ansprüchen ausgedrückt, ist.