DE69604590T2

DE69604590T2 - MOTORIZED THREADED HEAD

Info

Publication number: DE69604590T2
Application number: DE69604590T
Authority: DE
Inventors: Ezio Bertotto
Original assignee: Reel SRL
Current assignee: Reel SRL
Priority date: 1995-07-26
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 2000-07-13
Anticipated expiration: 2016-07-19
Also published as: WO1997005310A1; IT1281615B1; ITVI950122A0; DE69604590D1; ITVI950122A1; JPH11509897A; EP0840815B1; AU6734396A; EP0840815A1

Description

Die Erfindung betrifft einen motorgetriebenen Fadenzwirnkopf mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a motor-driven thread twisting head with the features of the preamble of claim 1.

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.Conventional machines for processing twisted yarns, such as spinning machines, winding machines, spiral covering machines, double machines, weaving machines, reels, etc., use processing heads which serve the purpose of holding the spindle or bobbin with the twisted yarn while the twisted yarn is wound up and twisted, spiral covered, doubled or otherwise similarly processed.

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.Each head is essentially equipped with a fixed support for the spindle and with a rotating part which turns the thread at high speed, of the order of 15 000 rpm. In conventional machines, the rotation is provided by a single motor which transmits the movement to a long series of heads by rather antiquated transmission devices such as ring-shaped belts which are frictionally connected to shafts provided on the axes of the heads.

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.The same motor can also be used to trigger other movements of the machine, such as the oscillation of the rods or the thread guide eyes or the rotation of the thread spools or winders, by means of gears, links and various transmission devices.

In diesem Fall wird die Geschwindigkeit des einzigen Motors gesteuert mit Hilfe eines angepaßten elektrischen Schaltkreises.In this case, the speed of the single motor is controlled by means of a customized electrical circuit.

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.In order to be able to vary the speed of the heads, for example to change the type of machining, it is necessary to manually change the gears and thus the gear ratio between the motor and the axes of the individual heads.

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.This arrangement has the advantage that in the event of a power failure, all the components slow down at the same rate and therefore do not cause tension or breakage of the thread. However, this has several disadvantages: first of all, the traditional machines generate loud noises and have low mechanical efficiency. A normal-sized machine can in fact drive 100 to 300 heads simultaneously with these transmission devices, which are subject to considerable friction and vibrations, and generate a total noise level of up to 100 dB. The staff involved must therefore constantly wear earplugs or headphones, which, however, do not completely eliminate the risk of irreversible damage to hearing and often do not comply with health regulations.

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.Moreover, the efficiency of these mechanisms is notoriously very low due to the friction of the very large number of moving parts and significantly affects the consumption of electrical power.

Drittens gewährleisten die herkömmlichen Übertragungssysteme keine hohe Präzision, da sie ungenaue Übertragungsvorrichtungen verwenden, wie z. B. Riemen, mit denen beträchtlicher Schlupf einhergeht.Third, traditional transmission systems do not ensure high precision because they use inaccurate transmission devices such as belts, which involve considerable slippage.

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.Some manufacturers have tried to solve these problems by associating an independent motor, such as an asynchronous motor, with each head. The various motors, designed for a power of less than 100 W, are powered and controlled by a single frequency converter for ease of use.

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.While this solution solves the noise problem on the one hand, it does not improve the accuracy of the speed control on the other hand, since asynchronous motors notoriously have high slip, and it does not improve the high power consumption, since these motors have efficiencies of the order of 50% at low powers.

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.Recently, some manufacturers have considered using a frequency converter for each individual motor; this makes it possible to achieve the goal of high accuracy, but it does not solve the problem of high power consumption and the problem of cost; in fact, the latter of these problems is magnified with the increase in the number of components of the machine.

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.Finally, this solution does not eliminate the disadvantage of the lack of synchronization between the different movements in the event of a power failure in the power grid, causing significant problems in the tension or integrity of the thread during power supply transitions.

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.US-A 5 161 361 discloses a brushless motor-driven system for a weaving ring spinning frame with all the features of the preamble of claim 1. The motor of this known system is a variable resistance motor without permanent magnets.

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.EP-A 0 389 117 relates to a drive for a spindle of a weaving machine or a ring frame, also with all features specified in the preamble of claim 1.

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.Also in this case, the motor is equipped with variable resistance without permanent magnets, which results in the use of rotors with relatively large diameters and inertia forces.

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.Moreover, none of the above documents offers a solution to the problem of synchronizing the rotation of each spindle with the other associated devices in the event of failure or interruptions in the power supply from the electrical network.

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.The object of the invention is to avoid the above-described disadvantages by providing a motorized head with rotating spindle, in particular for the twisting process, which allows low noise, high efficiency, low cost, and very compact dimensions, minimizing the risk of the twist breaking during the power supply transitions caused by failures or gaps in the electrical network.

Diese Aufgabe und weitere Ziele, die sich aus dem folgenden ergeben, werden erreicht mit einem motorisierten Kopf mit rotierender Spindel gemäß Anspruch 1.This object and further objects which will become apparent from the following are achieved with a motorized head with a rotating spindle according to claim 1.

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.A head of this type generates little noise because it avoids traditional transmission devices and has low consumption because it uses highly efficient electric brushless motors. A head of this type is also very precise because it uses a separate control circuit. Moreover, the present head solves the problem of lack of synchronization caused by supply transitions in the power grid.

Vorzugsweise ist der Steuerkreis für die Geschwindigkeit und die Leistungsversorgung ein miniaturisierter Leistungswandler, der in das Gehäuse des Motors eingebaut ist.Preferably, the speed and power supply control circuit is a miniaturized power converter built into the motor housing.

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.The current for supplying the power converter control circuit and the current supplying the motor, are both of low voltage, so that risks for the assigned personnel are excluded.

Ein Kopf mit diesen Eigenschaften ermöglicht eine Reduktion der Kosten bei der Herstellung auch mit Hilfe von Massenproduktion von kundenspezifisch integrierten Schaltungen (ASICs).A head with these properties enables a reduction in manufacturing costs, even with the help of mass production of custom integrated circuits (ASICs).

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, wobeiFurther characteristics and advantages will become apparent from the description of an embodiment of a head according to the invention, which is shown in the attached figures as a non-limiting example, in which

Fig. 1: eine schematische Ansicht eines Kopfes ist mit rotierenden Spindeln gemäß der Erfindung,Fig. 1: a schematic view of a head with rotating spindles according to the invention,

Fig. 2: ein elektrisches Diagramm ist einer Maschine zur Zwirnbearbeitung, die eine Reihe von Köpfen mit rotierenden Spindeln gemäß der Erfindung verwendet.Fig. 2: an electrical diagram of a machine for twisting yarn using a series of heads with rotating spindles according to the invention.

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.Fig. 1: A head according to the invention, generally designated by the reference numeral 1, comprises a hollow journal 2 which serves as a support for a spindle or bobbin 3 of a thread and is open in an upper portion to allow the passage of a thread 4. The lower portion of the spindle 3 is surrounded by a rotor 5 which has a central hollow shaft 6 connected to the journal 2 and a radial opening 7 for the passage of the thread 4.

Welle 6 von Rotor 5 ist direkt verbunden mit einem Betätigungsmotor 8. Vorzugsweise ist die Welle 6 einstückig mit der Welle von Motor 8.Shaft 6 of rotor 5 is directly connected to an actuating motor 8. Preferably, shaft 6 is integral with the shaft of motor 8.

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.Motor 8 can be provided with pins 9 to mount the entire head in a support frame 10 of a machine for twisting to anchor it, e.g. in a winding machine, so that the interchangeability of head 1 with the heads of other machines is possible.

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.Motor 8 has no brushes with cylindrical permanent magnets and with high efficiency, between 70% and 85%, even at low power levels of the order of 70 W, as is actually required in the heads according to the invention. For this purpose, small brushless motors with cylindrical permanent magnets are used, which have been used up to now in computer hard disks, compact disks and similar devices.

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.A frequency variable speed converter 11 is connected to motor 8 to control the power supply and the speed of the motor, adjusting them directly without any manual or mechanical operation of the clutch to the motor, depending on the type and thickness of the yarn to be processed. It also ensures extremely precise control of the speed with a deviation of less than 1% with respect to the predetermined speed.

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.Preferably, the converter 11 is miniaturized so that it can be inserted and integrated into the housing of the motor 8 and delivered together with it, thereby achieving great compactness compared to the previous heads.

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.The converter 11 is connected to the power supply connection via cable 12 and to a microprocessor-controlled central control unit 14 via cable 13. The unit 14 can be connected to other motors 15 for the actuation of various devices, e.g., thread guide eyes or winders, associated with each individual head, by means of corresponding converters 16.

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.The central unit 14 also comprises internally a closed loop control circuit 17 using, for example, a P.I.D. controller, which has the task of synchronizing the braking of the individual heads with the braking of the other devices connected to them in the event of a power failure; this circuit corresponds to the type described and claimed in the Italian patent application No. VI95A000112 of the same applicant.

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.Preferably, the power supply current of motor 8 is at a low voltage, e.g. 48 V. In this way, it is possible to use the same bus also for the supply of the converters, thus achieving significant cost savings in insulation and improved internal safety of the unit, since the assigned personnel can handle the heads safely without any risk of electrocution.

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.From the foregoing description it is clear that the motorized head with rotating spindle according to the invention solves the problems and in particular its high efficiency, its low noise and its compact dimensions, flexibility and safety are to be emphasized.

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.The motorized head according to the invention is susceptible to numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the invention as expressed in the appended claims.

Claims

1. Motor-driven thread twisting head for multi-head spinning machines for spinning or twisting yarns or the like, each head comprising a bearing pin (2) for a thread spindle or thread spool, a motor connected to the rotor (5) and setting it in rotation, the rotor (5) being arranged coaxially to the bearing pin (2) and serving to wind and twist the yarn, and the motor consisting of a single, brushless high-performance motor (8) coupled to the rotor (5), an electronic control circuit (11) for the speed and the voltage supply of the motor (8) independent of the circuits of the other heads, which control circuit (11) consists of a miniaturized frequency converter integrated into the motor housing, characterized in that each head is equipped with other motor-driven devices such as thread guide eyelets or winding elements, that the brushless motor (8) has cylindrical permanent magnets and that the electronic circuit (11) has means for connection to an external, closed control circuit (17) which synchronizes the speed of the head with the speeds of the other devices connected to it in the event of failures or holes in the power supply.

2. Motor-driven head according to claim 1, characterized in that the rotor (5) has a shaft (6) formed integrally with the shaft of the motor (8).

3. Motor-driven head according to claim 1, characterized in that the shaft (6) is hollow and is formed with a radial bore (7) for the passage of the thread (4).

4. Motor-driven head according to claim 2, characterized in that the power supply for both the electronic control circuit (11) and the motor (8) has a low voltage.

5. Motor-driven head according to claim 4, characterized in that the electronic control circuit (11) and the external, closed control circuit (17) are connected to a programmable central unit (14) for controlling the operating parameters of the individual heads.

6. Motor-driven head according to claim 1, characterized in that the means for the connection between the electronic control circuit (11) and the external, closed control circuit (17) are of serial type or shift register connections.

7. Motor-driven head according to claim 4 or 6, characterized in that the electronic control circuit (11), the external, closed-loop control circuit (17) and the central unit (14) are microprocessors.