EP0790208B1

EP0790208B1 - Vorrichtung zum Umlenken eines Fadens

Info

Publication number: EP0790208B1
Application number: EP97102302A
Authority: EP
Inventors: Patrik Jonas Magnussson; Ulf Raudberget
Original assignee: Iro AB
Current assignee: Iro AB
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 1999-06-16
Anticipated expiration: 2017-02-13
Also published as: DE59700204D1; DE19605844A1; EP0790208A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

In EP-A-0 268 550 ist das Umlenkelement eine hakenförmige Federstahl-Lamelle, deren hakenförmiger Endbereich den Faden aus einem geraden Fadenweg umlenkt. Zusätzlich zur in Umlenkrichtung wirkenden Rückstellkraft wird die Lamelle mit Druckluft beaufschlagt. Die Bremswirkung für den Faden ist veränderbar durch Regulieren der Druckluftbeaufschlagung.(Fremdgesteuerte Fadenbremse).

In US-A-4 715 411 ist die Faden-Bremskraft umgekehrt proportional zur Fadengeschwindigkeit. Die Bremswirkung nimmt mit zunehmender Fadengeschwindigkeit ab. (Fremdgesteuerte Fadenbremse).

Beim Weben, Stricken oder Spinnen ist die Fadenspannung ein wichtiger Parameter für die ordnungsgemäße Funktion der fadenverarbeitenden Geräte, z.B. Fadenliefergeräte, Eintragvorrichtungen oder Webmaschinen. Die Fadenspannung verhält sich häufig proportional zur Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Fadens. Krasse Fadenspannungs-Variationen sind schädlich (Fadenbruch). Für eine Fadengrundspannung werden oft Umlenkbremsen eingesetzt, in denen die Bremswirkung von der Reibung und in stärkerem Maß vom Umlenkwinkel abhängt. Mit gesteuerten Faden-Umlenkbremsen läßt sich die Bremswirkung zurücknehmen. Hierfür ist hoher baulicher und steuerungstechnischer Aufwand erforderlich. Umlenkbremsen ohne Steuerung mit im wesentlichen konstanter Umlenkkraft geben zwar bei steigender Fadenspannung nach, so daß der Umlenkwinkel kleiner wird; jedoch bleibt dann die Bremskraft dennoch unerwünscht hoch.

Zum Ermitteln der Fadenspannung werden Umlenk-Vorrichtungen verwendet(Tensiometer). Das Maß, mit dem das Umlenkelement vom Faden verlagert wird, korrespondiert mit der Fadenspannung. Zum Abgreifen der Spannung ist hoher steuerungstechnischer Aufwand erforderlich. Es bleibt als Nachteil, daß das Umlenkelement bei hoher Fadenspannung den Faden mit der gleichen Rückstellkraft belastet wie bei niedriger Spannung, deshalb bei hoher Fadenspannung einen unzweckmäßigen Beitrag zur Spannungserhöhung leistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die baulich einfach, funktionssicher und in der fadenverarbeitenden Technik universell einsetzbar ist, um einen Faden abzubremsen oder die Fadenspannung festzustellen, wobei die Vorrichtung ohne Fremdsteuerung ein intelligentes Ansprechverhalten besitzen soll, mit dem der Faden bei geringer Fadenspannung und starker Umlenkung stärker beaufschlagt wird als bei hoher Fadenspannung und geringer Umlenkung. Die Vorrichtung soll als Fadenbremse oder/und als Fadenspannungsfühler verwendbar sein.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die selbständigen Unteransprüche 16 und 21 betreffen konkrete Ausführungsbeispiele mit besonderer erfinderischer Bedeutung.

Die Knickfeder erfüllt dank einer ausgeprägten Hyteresis ohne fremde Hilfe die Forderungen nach einem starken Widerstand bei starker Fadenumlenkung, einem schwachen Widerstand bei schwacher Fadenumlenkung, einem exakt vorbestimmbaren Umschaltpunkt, und einer selbsttätigen Rückstellung aus jeder ausgelenkten Lage.

Mit der Knickfeder und dem Knick-Druckpunkt, bis zu dem die Rückstellkraft des Umlenkelements hoch und ab dessen Überschreitung die Rückstellkraft wesentlich niedriger ist, ist die Vorrichtung gemäß Anspruch 2 ohne Fremdsteuerung in der Lage, selbsttätig den Faden kräftig und weit umzulenken oder eine starke Beaufschlagung vom Faden aufzunehmen, solange dies gebraucht wird, und nach Überschreiten des Knick-Druckpunktes auf den Faden nur mehr eine wesentlich schwächere Beaufschlagung auszuüben bzw. den Faden wesentlich schwächer umzulenken. Dies läßt sich in einer Fadenumlenkbremse (gemäß Anspruch 16) gewinnbringend einsetzen, weil das Umlenkelement den Faden bis zum Erreichen hoher Fadenspannung kräftig abstützt, bei Erreichen eines kritischen Fadenspannungswerts den Druckpunkt überschreitet, und dann schlagartig bei verringerter Umlenkung nur mehr eine vernachlässigbare Rückstellkraft erzeugt. Nach Überschreiten des Druckpunktes ist die Bremswirkung so weit reduziert, daß sie nur einen vernachlässigbaren Beitrag zu der dann im Faden vorliegenden, hohen Spannung leistet. Die Vorrichtung besitzt deshalb eine material- und/oder formbedingte Selbst-Kompensationswirkung und paßt sich selbsttätig an die Fadenspannung an. In einer Spannungsfühl-Vorrichtung (gemäß Anspruch 21) gibt das Umlenkelement bei Erreichen einer als kritisch angesehenen, vorherbestimmbaren Fadenspannung schlagartig nach. Dieses schlagartige Abknicken läßt sich einfach zum Ableiten eines aussagefähigen Signals zur Fadenspannung nutzen. Nach Überschreiten des Druckpunktes ist der bremsende Einfluß auf den laufenden Faden sehr gering. Die Vorrichtung bedarf für diese eingebaute Mehrstufen-Funktion keiner Fremdsteuerung.

Gemäß Anspruch 3 ergibt sich ein gespreizter Ansprechbereich, da in Reihenanordnung nacheinander oder einander überlappend zur Wirkung kommende Knickfedern über einen längeren Verlagungshub des Umlenkelementes kräftigen Widerstand leisten, ehe nach Überschreiten des Knickdruckpunktes der in der Reihe letzten Knickfeder der Widerstand sehr stark abfällt. Durch Kombination zunehmend knicksteiferer oder knickweicherer, identisch ansprechender oder unterschiedlich ansprechender Knickfedern läßt sich die Ansprechcharakteristik der Vorrichtung an die jeweiligen Anforderungen anpassen. Es läßt sich bis zum Nachlassen des Widerstands eine gleichbleibende, eine ansteigende, oder eine fallende bzw. sogar eine variable Charakteristik vorbestimmen.

Gemäß Anspruch 4 definiert die Knickfeder entweder direkt das Umlenkelement oder ist die Knickfeder nur ein Teil des Umlenkelements.

Gemäß Anspruch 5 ist das Umlenkelement - ausgenommen im Bereich der Knickfeder - biegesteif.

Dank der gewölbten oder gekanteten Form der Federlamelle erhält diese gemäß Anspruch 6 bis zum Erreichen des Druckpunktes und bis zum Abknicken einen integrierten hohen Abknickwiderstand, der ab dem Druckpunkt schlagartig bis auf eine vernachlässigbare Rückstellkraft zusammenbricht, ausreichend zum Rückstellen des Umlenkelements nach Abfallen der Fadenspannung (starke Hysteresis). Die Federlamelle verhält sich wie ein aufrollbares Metall- oder Kunststoff-Maßband, das quer zu seiner Längsrichtung gewölbt ist. Ein in etwa horizontal ausgezogener Teil des Maßbandes steht auch ohne Unterstützung bei nach oben weisender, konkaver Wölbungsseite gestreckt und knickt erst unter dem Einfluß einer Fremdkraft oder der Schwerkraft nahezu haltlos ab, sobald der Knickdruckpunkt des gewölbten Profils überwunden wird. Bei einer Kraft auf die konvexe Wölbungsseite läßt sich das Maßband hingegen ganz leicht biegen. Es ergeben sich symmetrische Umlenkverhältnisse. In speziellen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Breitenerstreckung der Knickfeder schräg zur Fadenlaufrichtung zu wählen, um asymmetrische Umlenkverhältnisse zu erzielen.

Gemäß Anspruch 7 läßt sich das Ansprechverhalten einfach variieren, beispielsweise läßt sich die entstehende Knickstelle der Knickfeder möglichst weit vom Faden weg verlegen.

Weitere Variationsmöglichkeiten für das Ansprechverhalten ergeben sich gemäß Anspruch 8.

Gemäß Anspruch 9 ist die Position einer Soll-Knickstelle baulich vorgegeben.

Das Umlenkelement knickt gemäß Anspruch 10 unter der Beaufschlagung durch den Faden an einer bestimmten Stelle bei einer exakt vorbestimmten spannungsabhängigen Beaufschlagungskraft ab, die sich aus der Materialspezifikation, dem Breiten/Stärkenverhältnis und der freien Auskraglänge ergeben. Die konkave Wölbungsseite soll zum Faden weisen.

Durch Verändern der Kraglänge und/oder der Wölbung mittels oder in der Abstützung läßt sich gemäß Anspruch 11 das Ansprechverhalten in einem breiten Bereich variieren. Die wirksame Kraglänge könnte auch dadurch verändert werden, daß die Beaufschlagungsstelle des Fadens zur Abstützung oder von der Abstützung weg verstellt wird.

Gemäß Anspruch 12 ist das Umlenkelement wie ein beidseitig abgestützter Träger in zwei beabstandeten Abstützungen gelagert. Nach Überschreiten des Knick-Druckpunkt knickt das Umlenkelement unter dem Faden durch. Die konvexe Wölbungsseite sollte hier zum Faden weisen, der ggfs. direkt auf der Knickfeder aufliegt.

Gemäß Anspruch 13 läßt sich vorteilhaft durch eine Vorspannfeder oder einen stationären Anschlag der Hub des Umlenkelements bis zum Knick-Druckpunkt einstellen. Gegebenenfalls ist die Knickfeder fast bis zum Druckpunkt vorgespannt, so daß sie ohne nennenswerten Hub schlagartig nachgibt.

Gemäß Anspruch 14 werden durch die Materialauswahl oder eine Materialkombination hohe Standzeiten, exakt vorherbestimmbare Ansprechverhalten und eine hohe Immunität gegen Verschmutzungen, z.B. Flusen aus dem Faden, erreicht.

Gemäß Anspruch 15 werden für den Faden gleichbleibende Angriffsverhältnisse garantiert. Die Fadenöse kann zum Verändern der Wirklänge des Arms in Längsrichtung des Arms verstellbar sein.

Gemäß Anspruch 16 wird durch die konstruktive Ausbildung des Umlenkelements ein Ansprechverhalten mit zwei Stufen bzw. zwei deutlich unterschiedlichen Bremswirkungen erreicht. Die Bremse arbeitet ohne aufwendige Fremdsteuerung wie eine mit Fremdsteuerung fadenspannungsabhängig fremdgesteuerte Fadenbremse und wirkt bei hoher Fadenspannung kompensierend, weil die Umlenkung weitgehend beseitigt und die Bremskraft vernachlässigbar gering ist, d.h. sie trägt aktiv zur Vermeidung unerwünschter, großer Fadenspannungsvariationen bei. Dies ist besonders zweckmäßig für eine Einlaufbremse eines Fadenlieferers für Luftdüsenwebmaschinen. Starke Spannungsvariationen im von der Vorratsspule kommenden Faden werden in den Fadenwindungen auf den Speicherkörper des Fadenlieferers eingefroren und im Webfach wieder freigesetzt. Die abziehbare Schußfadenlänge wird deshalb auf den schlechtesten Fall eingestellt, d.h. auf die stärkste Fadenspannung, unter der ein, insbesondere elastischer Faden, unter Entspannen im Webfach zurückspringt. Dies vermeidet zu kurze Schußfäden (short-picks), führt bei geringer Spannung in den Fadenwindungen auf dem Speicherkörper des Fadenlieferers jedoch zu zu langen Schußfäden und zu einer signifikanten Fadenvergeudung. Exzessive Fadenspannungsänderungen an der Einlaufseite sollen aus diesen Gründen vermieden werden, und zwar beim Mehrfarbenweben oder bei einem Webprinzip mit mehreren den gleichen Faden liefernden Fadenlieferern, von denen ein Fadenlieferer die Lieferfunktion eines anderen, gestörten Fadenlieferers übernehmen muß und dann mit doppelter Frequenz liefert. Dies steigert die Einlaufspannung des Fadens. Mit der neuen Fadenumlenkbremse läßt sich dann ein Beitrag zur Vermeidung solcher exzessiver Fadenspannungsänderungen an der Einlaufseite des Fadenlieferers erreichen, wenn die Fadenumlenkbremse als selbstkompensierende Einlaufbremse wirkt und bei einem durch externe Einflüsse (Geschwindigkeit, Beschleunigung) bedingten, starken Faden-Spannungsanstieg schlagartig nur mehr schwach bremst und schwach umlenkt.

Gemäß Anspruch 17 bewirken stationäre Fadenführorgane eine Stabilisierung des Fadens in für die Bremswirkung wichtigen Reibstellen und eine exakt vorherbestimmte Fadengeometrie. Zweckmäßigerweise sind die Abstände zwischen dem Umlenkelement und den stationären Fadenführorganen einstellbar, wie auch die Versetzung quer zur Fadenlaufrichtung.

Gemäß Anspruch 18 bestimmt der Anschlag den Hub des Umlenkelements bis zum Knick-Druckpunkt. Der Anschlag mindert ferner Pendelbewegungen des Umlenkelements.

Gemäß Anspruch 19 wird eine Endlage vorherbestimmt und wird ein Schwingen des verlagerten Umlenkelements unterdrückt.

Gemäß Anspruch 20 wird bei niedriger Fadenspannung und starker Umlenkung eine hohe Fadengrundspannung erreicht oder wird der Faden stillgesetzt. Das Umlenkelement klemmt den Faden unter der Kraft der Knickfeder gegen den Anschlag. Steigt die Fadenspannung, dann wird der Knick-Druckpunkt überschritten (sofort oder nach einem einstellbaren Anfangshub), und die klemmende Bremswirkung hört auf. Diese Umlenkbremse arbeitet sozusagen mit drei Bereichen, d.h., einem anfänglichen Bereich mit klemmender Fadenbremsung, einem anschließenden Bereich mit hoher Rückstellkraft und starker Umlenkung, und einem Endbereich mit extrem schwacher Rückstellkraft und schwacher Umlenkung. Die drei Stufen sind ohne Fremdsteuerung baulich in die Umlenkbremse integriert.

Der Fadenspannungsfühler gemäß Anspruch 21 nutzt den Knick-Druckpunkt der Knickfeder, um die Fadenspannung zu melden. Da sich der Druckpunkt einstellen läßt, läßt sich der Fadenspannungsfühler einfach an die festzustellende Fadenspannung anpassen. Es wird durch das schlagartige Nachgeben ein kräftiges Nutzsignal erzeugt. Der Spannungsfühler meldet in einer Schwarz/Weiß-Funktion (Digital 1-0) das Erreichen bzw. Überschreiten eines bestimmten Fadenspannungswertes, wobei danach die mechanische Belastung des Fadens günstig niedrig bleibt.

Die Ermittlung der Fadenspannung gestaltet sich gemäß Anspruch 22 baulich und steuerungstechnisch einfach. Der mechanische Sensor kann ein elektrischer, vom Umlenkelement betätigter Schalter sein. Ein optoelektronischer oder optischer Sensor, z.B. eine Lichtschranke oder ein Reflektionssensor, stellt eine vorbestimmte Position des Umlenkelements und/oder des Fadens fest oder überwacht deren Bewegungen. Ein kapazitiver Sensor spricht auf Abstandsänderungen des Umlenkelements vom Sensor an, was sich besonders zweckmäßig bei einem aus Metall bestehenden Umlenkelement realisieren läßt. Ein magnetischer Sensor spricht auf die Veränderung des Magnetfeldes durch die Bewegung an. Der piezoelektrische Sensor reagiert entweder auf einen Aufschlag des Umlenkelements oder, besonders zweckmäßig, auf die beim Überschreiten des Knick-Druckpunktes der Knickfeder auftretende Erschütterung, die sich beispielsweise in der Abstützung baulich einfach abtasten läßt.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Schemaansicht einer Vorrichtung zum Umlenken eines Fadens, wobei additive oder alternative Varianten angedeutet sind,
Fig. 2,2A: eine Seitenansicht und einen Schnitt einer alternativen Ausführungsform,
Fig. 3: ein Kraft-Weg-Diagramm,
Fig. 4A,B: Schemata zu den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2,
Fig. 5A-E: Detailvariationen einer Knickfeder der vorhergehenden Ausführungsformen,
Fig. 6: eine Ausführungsvariante zu Fig. 1,
Fig. 7: eine weitere Ausführungsvariante,
Fig. 8: eine Ausführungsform mit Reihenanordnung von Knickfedern,
Fig. 9: einen Teilschnitt einer Fadenumlenkbremse, und
Fig.10A,B: Diagramme zur Fadenspannung über der Geschwindigkeit.

Eine Vorrichtung V zum Umlenken eines Fadens Y gemäß Fig. 1 kann beispielsweise eine Fadenumlenkbremse T oder/oder ein Fadenspannungsfühler T' sein. Ein langgestrecktes Umlenkelement 1 ist in einer Abstützung 2 frei auskragend festgelegt und als Knickfeder mit integrierter Knickstelle ausgebildet, beispielsweise als quer zur Längsachse gewölbte Federlamelle 3 aus Federstahl und/oder federndem Kunststoff. Verwendbar sind hierfür Materialien, die das Federverhalten und Rückstellvermögen sowie die Dauerfestigkeit etwa einer Metallfeder haben. Die Wölbung 4 folgt z.B. einem Kreisbogenteil. In Fig. 1 ist die Wölbung über die Länge des Umlenkelements 1 gleichbleibend. Es wäre aber auch denkbar, die Wölbung in Richtung zur Abstützung 2 hin zu verstärken oder abzuschwächen. Ferner ist die Breite der Federlamelle 3 ein Vielfaches der Stärke, und beides über die Länge gleichbleibend. Die Breite könnte über die Länge variieren (s. Fig. 5, Keilform). Im Bereich des freien Endes der Federlamelle 3 ist ein Fadenführelement 5 angebracht, z.B. angeklebt oder angenietet, das als geschlossene oder - wie gezeigt - offene Fadenöse ausgebildet sein kann. Das Fadenführelement 5 könnte in Längsrichtung verstellbar sein. Die Abstützung 2 besteht beispielsweise aus gegeneinander spannbaren Komponenten, die es ermöglichen, die Federlamelle 3 in Richtung eines Doppelpfeiles 6 zu verstellen, um die Kraglänge zu verändern und/oder in Richtung der Pfeile 7 die Wölbung 4 zu variieren.

Die Federlamelle 3, deren Wölbung 4 mit der konkaven Wölbungsseite dem Faden Y zugewandt ist und deren Breitenachse in etwa parallel zum Fadenweg liegt, bildet die Knickfeder K. Diese enthält, z.B. aufgrund ihrer Formgebung und Materialauswahl eine integrierte Knickstelle. Gemäß Fig. 3 gibt das Umlenkelement 1 unter der der Fadenspannung proportionalen Beaufschlagungskraft F des Fadens Y aus der gezeigten Ausgangslage gegen einen zunächst hohen Knickwiderstand im Uhrzeigersinn relativ zur Abstützung 2 nach, wobei sich aufgrund des physikalischen und mechanischen Verhaltens der Knickfeder die Wölbung 4 im Bereich der sich ausbildenden Knickstelle verflacht (Fig. 5 strichliert). Diese Verformung bedingt den zunehmenden und am Fadenführelement 5 wirkenden hohen Knickwiderstand. Bei Erreichen eines Knick-Druckpunktes (DR, Fig. 3) fällt der Widerstand schlagartig auf den Biegewiderstand des flachen Querschnitts der Knickfeder, so daß das Umlenkelement 1 abknickt und das Fadenführelement 5 nur mehr eine sehr geringe Rückstellkraft auf den Faden Y ausübt. Bis zum Knick-Druckpunkt DR hat das Umlenkelement einen Bremsbereich I mit starker Bremswirkung. Ab dem Knick-Druckpunkt DR arbeitet das Umlenkelement 1 in einem Bremssbereich II mit deutlich geringerer Bremswirkung. Läuft der Faden Y in Fadenlängsrichtung, dann arbeitet die Vorrichtung V als Fadenumlenkbremse T mit Selbstkompensation bei hoher Fadenspannung.

Die Vorrichtung V kann auch ein Fadenspannungsfühler T' für einen laufenden oder einen stehenden Faden Y sein, da das Überschreiten des Knick-Druckpunktes DR mit schlagartigem Nachgeben eine deutliche Aussage zur erreichten Fadenspannung erzeugt. Der Fadenspannungsfühler T' ist mit wenigstens einem Sensor 8, 8', 8'' versehen, der aus der Bewegung des Umlenkelements 1, des Fadenführelements 5, des Fadens Y oder aus dem Überschreiten des Knick-Druckpunkts ein die Fadenspannung repräsentierendes Signal erzeugt.

Beispielsweise ist in der Kippabstützung 2 ein piezoelektrischer Sensor 8 angeordnet, der auf die beim Überschreiten des Knick-Druckpunktes DR ergebende Erschütterung mit einem Spannungssignal anspricht. Alternativ könnte ein optoelektronischer, kapazitiver oder magnetischer Sensor 8' vorgesehen sein, der die Bewegung des Umlenkelements 1 oder dessen Ab- oder Anwesenheit in einer festgelegten Abtastzone überwacht. Ein mechanischer Sensor 8''' könnte ein Schalter sein, der durch den Anschlag des Umlenkelements im Bremssbereich II betätigt wird. Ein optoelektronischer oder optischer Sensor 8'' könnte die Bewegung des Fadens Y oder des Umlenkelements 1 überwachen.

Ein stationärer Anschlag 9 (Fig. 1) spannt das Umlenkelement 1 bzw. die Knickfeder in Richtung zum Knick-Druckpunkt DR vor. Der Anschlag 9 ist zweckmäßigerweise einstellbar. Alternativ könnte auch eine Vorspannfeder 9' mit begrenztem Wirkhub das Umlenkelement 1 in Richtung zum Knick-Druckpunkt vorspannen. Die Feder 9' könnte als Blattfeder in der Abstützung 2 festgelegt sein.

Die Fadenbremsfunktion und Fadenspannungsfühlfunktion können in einer Vorrichtung V kombiniert sein.

In der Fig. 2, 2A ist das Umlenkelement 1 eine langgestreckte Knickfeder mit integrierter Knickstelle, die in zwei beabstandeten Abstützungen 2, 2' abgestützt ist. Der Faden Y greift zwischen den beiden Kipp-Abstützungen 2, 2' an. Die Knickfeder ist eine quer zur Längsrichtung gewölbte Federlamelle 3, deren konvexe Wölbungsseite dem Faden Y zugewandt ist. Ein Fadenführelement 5 ist nicht unbedingt erforderlich, kann jedoch zur eindeutigen Festlegung der Beaufschlagungsstelle und zur Gewährleistung vorherbestimmter Reibverhältnisse zweckmäßig sein. In der im wesentlich gestreckten Lage von Fig. 2 arbeitet das Umlenkelement 1 im ersten Bremsbereich I. Unter zunehmender Beaufschlagung durch den Faden Y (bei zunehmender Fadenspannung) verflacht sich die Wölbung im Bereich der Knickstelle, bis der Knick-Druckpunkt erreicht ist und die Knickfeder unter der Beaufschlagungsstelle des Fadens Y abknickt. Das Umlenkelement 1 könnte nur in einem kurzen Längsabschnitt eine Knickfeder enthalten.

Bei beiden Ausführungsformen (Fig. 1 und 2) stellt sich das Umlenkelement 1 nach entsprechendem Absinken der Fadenspannung selbsttätig in die Ausgangslage zurück, und zwar mit einer spürbaren Schnappfunktion, sobald sich die bis dahin flachgedrückte Wölbung in der Knickstelle rückverformt. Der Knickwiderstand bis zum Druckpunkt ist hoch und nimmt zu, während der ab dem Druckpunkt wirksame Biegewiderstand wesentlich niedriger und ggfs. im wesentlichen konstant ist.

Die Vorrichtung V der Fig. 2, 2A kann als Fadenumlenkbremse T oder/und als Fadenspannungsfühler T' (mit wenigstens einem der Sensoren der Fig. 1) verwendet werden. Ein einstellbarer Anschlag 9 oder eine Vorspannfeder 9' (oder Vorspannfedern bei beiden Abstützungen 2, 2') könnten vorgesehen sein (analog zu Fig. 1).

In Fig. 3 ist das Ansprechverhalten des Umlenkelements 1 der Fig. 1 oder 2 in einem Kraft/Weg-Diagramm (F/S) dargestellt. Die Kurve 10 zeigt, wie der Knickwiderstand des Umlenkelements 1 bis zum Druckpunkt DR zunimmt, dann nahezu schlagartig abfällt und anschließend annähernd konstant bleibt. Die Kraft F am Druckpunkt DR ist der Fadenspannung proportional. Da der Druckpunkt DR bezüglich der Kraft F und des Wegs S einstellbar ist, läßt sich festlegen, bei welcher Fadenspannung und nach welchem Weg die Knickfeder den Druckpunkt überschreitet und nachgibt. Die gestrichelte Kurve 11 verdeutlicht die Rückstellkraft über einen Rückstell-Druckpunkt DR' zur Ausgangslage. H ist die relativ große Hysteresis der Knickfeder K, die sich auch in einer auf den Faden bzw. die Fadenspannung bezogenen charakteristisch deutlich abzeichnet.

Die Fig. 4A, 4B verdeutlichen, daß stromauf und stromab des Umlenkelements 1 stationäre, vorzugsweise einstellbare, Fadenösen 12 und 13 vorgesehen sind, so daß der Faden Y in eine Zick-Zack-Form umgelenkt wird. Im Bremsbereich I ist das Fadenführelement 5 quer zur Fadenlaufrichtung gegenüber den stationären Fadenösen 12, 13 versetzt. Der Druckpunkt DR der Knickfeder K liegt zwischen den Positionen des Fadenführelementes 5, die dieses zwischen Fig. 4a und Fig. 4B durchfährt (Bremsbereiche I und II). Strichliert ist in Fig. 4A angedeutet, daß mehr als nur ein Umlenkelement 1 und ggfs. zwischen zwei Umlenkelementen 1 eine weitere stationäre Fadenöse 12' vorliegen (Mehrfachumlenkung). In Fig. 4B ist angedeutet, daß zur Schaffung asymmetrischer Umlenkverhältnisse das Umlenkelement 1 schräg zur Fadenlängsrichtung nachgibt (Hubweg 1').

Fig. 5 (5A bis 5E) verdeutlicht eine Auswahl von Ausbildungsmöglichkeiten des Umlenkelements 1 bzw. dessen Knickfeder K.

In Fig. 5A entspricht der Querschnitt des Umlenkelements 1 bzw. der Knickfeder K dem der Fig. 1 und 2. Die Knickfeder K ist eine Federlamelle 3 und quer zur Längsachse gerundet gewölbt. Gestrichelt ist die flachgedrückte Wölbung an der Knickstelle (beim Knickdruckpunkt DR) angedeutet. Fig. 5B zeigt eine Federlamelle 3 mit weit geöffnetem V-Querschnitt, d.h. einer V-förmig gekanteten Wölbung 4'. In Fig. 5C ist eine trogartig gekantete Wölbung 4'' gezeigt.

In Fig. 5D nimmt die Stärke der Knickfeder K von der Mitte zu den Randbereichen zu. Es ergibt sich eine konkave Wölbung 4 und eine plane Rückseite 14. Es sind andere Querschnittsformen, z.B. eine doppelt konvexe Querschnittsform oder dgl., denkbar. In Fig. 5E ist die Federlamelle 3 als Knickfeder K mit einer Sollknickstelle 17 (Ausnehmungen 15, 16) in einer Frontansicht gezeigt. Die Federlamelle 3 kann oben (Angriffsstelle des Fadens) breiter als unten sein (keilförmig), um (auch ohne Randausnehmungen 15, 16) die Knickstelle 17 nahe zur Abstützung zu verlegen. Denkbar wäre auch eine Knickfeder K in Form einer Scheibe mit Wölbung, die sich über einen Knick-Druckpunkt verformen läßt und wieder zurückspringt. Die Abstützung könnte dann am Scheibenumfang angreifen.

In Fig. 6 arbeitet das Umlenkelement 1 bzw. sein Fadenführorgan 5 mit dem in der Knickfeder K eine Vorspannung in Richtung zum Knick-Druckpunkt bewirkenden Anschlag 9 nach Art einer mechanischen Fadenklemme zusammen, die den Faden Y nicht nur umlenkt, sondern auch kraftschlüssig einklemmt. Die Knickfeder ist in Richtung auf ihren Knick-Druckpunkt vorgespannt. Wird die Ausführungsform gemäß Fig. 6 in einer Umlenkbremse verwendet, dann hat diese Umlenkbremse drei Bremsbereiche, zwischen den sie in Abhängigkeit von der Fadenspannung selbsttätig hin- und herschaltet. Im ersten Bremsbereich wird der Faden umgelenkt und am Anschlag 9 geklemmt. Es läßt sich entweder eine hohe Grundspannung erzeugen oder der Faden festhalten. Sobald die Fadenspannung steigt, wird die Knickfeder K in Richtung auf ihren Knick-Druckpunkt gebogen; die Klemmung des Fadens Y wird aufgegeben. Die Bremse arbeitet in einem zweiten Bremsbereich mit Umlenkung und starker Reibungsbeaufschlagung bis zum Knick-Druckpunkt DR. Ab dem Knick-Druckpunkt DR arbeitet die Bremse im dritten Bremsbereich mit geringer Bremswirkung, d.h. geringer Umlenkung und geringen Reibungskräften aufgrund der extrem niedrigen Rückstellkraft. Sinkt die Fadenspannung wieder entsprechend, dann stellt die Knickfeder K das Umlenkelement 1 wieder in die in Fig. 6 gezeigte Ausgangsstellung zurück. Es wäre denkbar, den Anschlag 9 mit einem reibungsaktiven Belag zu versehen, um die Klemmbremswirkung zu erhöhen.

Bei dem Umlenkelement 1 gemäß Fig. 7 ist die als gewölbte Federlamelle 3 ausgebildete Knickfeder K nur ein Teil des Umlenkelementes 1, das in den restlichen Bereichen seiner Länge aus biegesteifen (und leichtgewichtigen) Teilen 1'' und 1''' ausgebildet ist. In den Teil 1'' kann das Fadenführelement 5 integriert sein. Der Teil 1''' ist in der Abstützung 2 festgelegt. Die Knickfeder definiert eine bestimmte Knickstelle im Umlenkelement 1. Die Teile 1'', 1''' sind Kraftübertragungselemente zwischen dem Faden Y, der Abstützung 2 und der Knickfeder K. Dieses Bauprinzip des Umlenkelementes 1 könnte auch bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen benutzt werden.

In Fig. 8 sind mehrere Knickfedern K in Beaufschlagungsrichtung eines ersten Umlenkelements 1 durch die Kraft F des Fadens am Fadenführelement 5 in einer Reihenanordnung hintereinander gesetzt. Die Knickfedern können gleichartig wirken oder mit zunehmender oder abnehmender Knickfestigkeit ausgebildet sein. Bei der gezeigten Ausführungsvariante sind die beiden hinteren Knickfedern jeweils kürzer als die Knickfeder des Umlenkelements 1. Es läßt sich je nach Anwendungsfall eine progressive oder degressive oder gleichbleibende Charakteristik der Umlenkvorrichtung erzielen. Die Knick-Druckpunkte der mehreren Knickfedern können nacheinander oder überlappend oder zueinander willkürlich versetzt überschritten werden. Es ergibt sich dadurch eine Spreizung des Hubbereiches der Umlenkvorrichtung, innerhalb dessen der Beaufschlagungskraft F durch den Faden Y ein hoher Widerstand entgegengesetzt wird, ehe am Knick-Druckpunkt der letzten Knickfeder der Gesamtwiderstand schlagartig abfällt. Es ist möglich, mit einer derartigen Reihenanordnung eine Ansprechcharakteristik für die Umlenkvorrichtung vorzugeben, die an ein bestimmtes Spannungsprofil des umgelenkten Fadens relativ genau angepaßt ist.

In Fig. 9 ist die Vorrichtung V eine Fadenumlenkbremse T. Ein Grundkörper 28 trägt aufrechte Wände 32 und 33. An der Wand 32 ist eine runde Abschirmplatte 29 angebracht. Der Faden Y durchsetzt die Abschirmplatte 29 und die Wand 32 in einer stationären Fadenöse 30. In der Wand 33 ist eine weitere stationäre Fadenöse 34 vorgesehen, die entweder gegenüber der Fadenöse 30 versetzt oder zu dieser koaxial 34' angeordnet ist. Eine Wand 31 bildet einen rechten Anschlag für das Umlenkelement. Der Begrenzungsanschlag 31 ist in Fig. 6 auf dem Grundkörper 28 verstellbar gehaltert. Bei der Abstützung 2 des Umlenkelements 1 ist ein Gegenhalter 35 vorgesehen, der von einem Ring 36 umfaßt wird. Der Ring 36 läßt sich mit einer Madenschraube 37 gegen den Gegenhalter 35 ziehen, um ein Ende des Umlenkelements 1 bzw. der Knickfeder K einzuklemmen. Eine Aussparung 38 im Grundkörper 28 erlaubt es, das Umlenkelement 1 zur Verstellung weiter einzuschieben. Die Abstützung 2 läßt sich in einer Öffnung 39 im Grundkörper 28 querverstellen und trägt den stationären verstellbaren Anschlag 9, an dem das Fadenführelement 5 unter Vorspannung in der Ausgangsstellung anliegt. Der in Fig. 6 nicht gezeigte Faden Y tritt durch die Fadenöse 30 ein, wird quer zur Fadenlaufrichtung umgelenkt zum Fadenführelement 5 und verläuft von diesem durch die Fadenöse 34 oder 34'. Es wird der laufende Faden Y an drei Umlenkstellen gebremst (abhängig von den Reibungsverhältnissen und den Umlenkwinkeln). Steigt die Fadenspannung auf einen vorbestimmten Wert, dann wird das Fadenführelement 5 vom Anschlag 9 abgehoben und die Knickfeder unter zunehmendem Widerstand bis zum Knick-Druckpunkt gebogen. Bei Überschreiten des Druckpunktes fällt der Widerstand ab und das Fadenführelement 5 gibt weiter nach. Die Bremswirkung läßt hierbei stark nach, da der Biegewiderstand wesentlich geringer ist als der Knickwiderstand und da die Umlenkwinkel wesentlich größer sind. Sinkt die Fadenspannung entsprechend, dann verlagert sich das Umlenkelement 1 unter Rückverformung der Knickfeder K selbsttätig wieder in die in Fig. 9 gezeigte Ausgangsstellung.

Die Fadenumlenkbremse T gemäß Fig. 9 ist als sogenannte Einlaufbremse für ein Fadenliefergerät zweckmäßig, bei dem eine bestimmte Grundspannung des von einer Vorratsspule abgezogenen Fadens benötigt wird, hingegen die Fadenspannung bei erhöhtem Abzugswiderstand von der Vorratsspule und/oder starker Beschleunigung des Fadenliefergerätes so wenig wie möglich steigen soll. Die selbstkompensierende Fadenumlenkbremse T gemäß Fig. 6 spricht auf einen Spannungsanstieg im Faden an und verringert schlagartig die Bremswirkung auf ein nahezu vernachlässigbares Maß (Selbstkompensation von Spannungsanstiegen).

Die Fadenumlenkbremse gemäß Fig. 9 könnte mit Komponenten ergänzt sein, die gleichzeitig oder alternativ die Fadenspannungs-Fühlfunktion ermöglichen, wobei es von Vorteil ist, daß der die Fadenspannung erhöhende Beitrag der Knickfeder ab Erreichen der abgetasteten Fadenspannung weitgehend verschwindet bzw. nur mehr gering ist. Die Fadenspannungs-Fühlfunktion ist auch bei einem ruhenden Faden möglich, in dem die Fadenspannung variiert.

In den Fig. 10A und 10B ist die Wirkung der Fadenumlenkbremse T anhand von Fadenspannungs/Geschwindigkeits-Diagrammen verdeutlicht. In Fig. 10A ist erkennbar, wie die Fadenspannung t mit zunehmender Geschwindigkeit v (Beschleunigungsphase) von einer Grundspannung t1 an in einer Kurve 18 zunimmt (durch die Beschleunigung und durch die Umlenk- und Reibwirkung der Umlenkbremse), bis am Knick-Druckpunkt DR die Knickfeder abknickt und die Fadenspannung t stark abfällt, ehe sie bei weiterem Geschwindigkeitsanstieg wieder moderat wächst.

Strichliert ist angedeutet, daß die Fadenspannung t ohne die Knickfeder weiter progressiv steigen würde.

In Fig. 10B ist die Verzögerungsphase angedeutet (Kurve 19). Die Fadenspannung nimmt zunächst allmählich ab, bis sich die Knickfeder über den Rückstell-Knickdruckpunkt DR' rückverformt, wodurch die Fadenspannung etwas ansteigt und danach nur mehr allmählich sinkt.

Als Tendenz ist den Fig. 10A und 10B zu entnehmen, daß gemäß der Kurve 18 der Fadenspannungsanstieg mit zunehmender Geschwindigkeit ab dem Knick-Druckpunkt DR verringert wird (Abschalten der Fadenbremse am Druckpunkt), und daß ein frühzeitiger, zu starker Fadenspannungsabfall bei abnehmender Fadengeschwindigkeit durch den Rückstell-Knick-Druckpunkt DR' gemindert wird. Insgesamt werden Fadenspannungsschwankungen (starke Anstiege bzw. starke Abfälle) deutlich gemildert. Die Fadenbremse T erbringt diese selbstkompensierende Wirkung dank des nur durch die Materialauswahl und Formgebung der Knickfeder inkorporierten automatischen Umschaltmechanismus, der selbsttätig auf die jeweilige Fadenspannung anspricht.

Claims

Vorrichtung zum Umlenken eines Fadens, insbesondere Fadenbremse (T) oder Fadenspannungsfühler (T'), mit mindestens einem vom Faden (Y) quer zur Fadenlängsachse beaufschlagten, langgestreckten Umlenkelement (1), das durch den Faden (Y) gegen eine elastische Rückstellkraft relativ zu einer Abstützung (2) verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung wenigstens eine Knickfeder (K) aufweist, die unter einer Biegebeaufschlagung bis zu einem Knick-Druckpunkt (DR) selbsttätig eine höhere Rückstellkraft erzeugt als nach Überschreiten des Knick-Druckpunkts (DR).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkelement (1) die selbsttätig elastisch rückstellfähige Knickfeder (K) aufweist, die unter der Biegebeaufschlagung aus einer in etwa gestreckten Ausgangslage relativ zur Abstützung (2) an dem Knickdruckpunkt (DR) abknickbar ist, und deren Rückstellkraft bis Erreichen des Knickdruckpunkts (DR) wesentlich höher ist als ab Überschreiten des Knickdruckpunkts (DR).
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Knickfeder (K) des Umlenkelements (1) in einer mechanisch koppelbaren Reihenanordnung und in Knickrichtung mit wenigstens einer weiteren, nacheilend über ihren Knick-Druckpunkt (DR) abknickbaren Knickfeder (K) kombiniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Knickfeder (K) zumindest über einen, eine Knickstelle des Umlenkelements (1) enthaltenden Teil der Längserstreckung des Umlenkelements (1) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkelement (1) - ausgenommen im Bereich der Knickfeder (K) - mit wenigstens einem biegesteifen Teil (1'', 1''') ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Knickfeder (K) eine quer zur Längsachse gewölbte oder gekantete Federlamelle (3) mit gegenüber in Beaufschlagungsrichtung gemessener Stärke wesentlich größerer Breite ist, wobei, vorzugsweise, die Breitenachse der Knickfeder (K) in etwa parallel zur Fadenlängsachse liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung (4, 4', 4'') über die Wirklänge der Federlamelle (3) gleichbleibend ist oder variiert.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Federlamelle (3) über die Breite konstant ist oder variiert.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Randbereiche der Federlamelle (3) zur Ausbildung einer Soll-Knickstelle (17) zumindest bereichsweise ausgespart (bei 15, 16) sind.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Knickfeder (K) frei auskragend in der Abstützung (2) festgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung (2) zur Veränderung der Kraglänge und/oder der Wölbung (4) bzw. der Knicksteifigkeit der Knickfeder (K) verstellbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkelement (1) eine, vorzugsweise durchgehende, in zwei beabstandeten Abstützungen (2, 2') gelagerte Knickfeder (K), insbesondere eine gewölbte oder gekantete Federlamelle (3), aufweist, an der die Beaufschlagungsstelle des Fadens (Y) zwischen den Abstützungen (2, 2') angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Knickfeder (K) in Richtung zum Knick-Druckpunkt (DR) vorgespannt ist, vorzugsweise durch eine Vorspannfeder (9') mit begrenztem Wirkhub oder durch einen stationären Anschlag (9).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Knickfeder (K) bzw. die Federlamelle (3) aus Federstahl und/oder aus federelastischem Kunststoff besteht.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Umlenkelement (1) ein Fadenführungsorgan (5), vorzugsweise eine offene oder geschlossene Fadenöse, angeordnet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Fadenumlenkbremse (T) ist, die als Bremssteuerglied wenigstens ein Umlenkelement (1) mit wenigstens einer Knickfeder (K) aufweist und selbsttätig und in Abhängigkeit von der Fadenspannung (t, F) des am Umlenkelement (1) aus einem geraden Laufweg abgelenkten Fadens (Y) unter Zunehmen der Fadenspannung über wenigstens einen Knick-Druckpunkt (DR) der Knickfeder (K) zwischen einem ersten Bremsbereich (I) mit starker Bremswirkung und einem zweiten Bremsbereich (II) mit deutlich verminderter Bremswirkung umstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf und stromab des Umlenkelements (1) ein stationäres Fadenführorgan (30, 34, 34') vorgesehen ist, das zumindest im ersten Bremsbereich (I) gegenüber dem Umlenkelement (1) in Fadenumlenkrichtung versetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in Rückstellrichtung des Umlenkelements (1) ein, vorzugsweise einstellbarer, Anschlag (9) vorgesehen ist, an dem das Umlenkelement (1) in der Ausgangslage innerhalb des ersten Bremsbereiches (I) unter Vorspannung gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, vorzugsweise einstellbarer, Anschlag (31) als Begrenzung für die Kippbewegung des Umlenkelements (1) in den zweiten Bremsbereich (II) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Vorspannung am Anschlag (9) gehaltene Umlenkelement (1) mit dem Anschlag (9) eine Fadenklemme (C) mit von der Vorspannung der Knickfeder (K) in Richtung auf ihren Knick-Druckpunkt (DR) abhängiger Klemmkraft bildet.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (V) ein selbsttätig ansprechender, vorzugsweise einstellbarer, Fadenspannungsfühler (T') ist, der in einem Umlenkelement (1) als Spannungsfühlglied eine über einen Knick-Druckpunkt (DR) abknickbare Knickfeder (K) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadenspannungsfühler (T') einen auf das Überschreiten des Knick-Druckpunktes (DR) der Knickfeder (K) mit einem Signal ansprechenden Sensor (8, 8', 8'', 8''') aufweist, vorzugsweise einen mechanischen, einen optoelektronischen, einen kapazitiven, einen magnetischen oder einen piezoelektrischen Sensor, der die Bewegung und/oder die Abwesenheit bzw. die Anwesenheit des Umlenkelements (1), des Fadenführelementes (5) oder des Fadens (Y) in einer Abtastzone überwacht.