EP0860529A2 - Steuermodul zur Steuerung der Nadeln einer Wirk- oder Strickmaschine - Google Patents

Steuermodul zur Steuerung der Nadeln einer Wirk- oder Strickmaschine Download PDF

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EP0860529A2
EP0860529A2 EP98102296A EP98102296A EP0860529A2 EP 0860529 A2 EP0860529 A2 EP 0860529A2 EP 98102296 A EP98102296 A EP 98102296A EP 98102296 A EP98102296 A EP 98102296A EP 0860529 A2 EP0860529 A2 EP 0860529A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control module
bending transducer
bending
module according
active layer
Prior art date
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EP98102296A
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English (en)
French (fr)
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EP0860529B1 (de
EP0860529A3 (de
Inventor
Michael Dipl.-Phys. Riedel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP0860529A3 publication Critical patent/EP0860529A3/de
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Publication of EP0860529B1 publication Critical patent/EP0860529B1/de
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04B—KNITTING
    • D04B15/00—Details of, or auxiliary devices incorporated in, weft knitting machines, restricted to machines of this kind
    • D04B15/66—Devices for determining or controlling patterns ; Programme-control arrangements
    • D04B15/68—Devices for determining or controlling patterns ; Programme-control arrangements characterised by the knitting instruments used
    • D04B15/78—Electrical devices

Definitions

  • the invention relates to a control module for controlling the needles a knitting or knitting machine with a housing and at least one piezoelectric bending transducer arranged therein, wherein the bending transducer comprises a flat support body, which is at least on one side with a piezoelectric active layer and at a rear end is firmly connected to the housing.
  • Such a control module is suitable for controlling the needles or stitch-forming elements of a textile machine, such as a knitting or knitting machine. This is particularly suitable Control module for use on a jacquard machine.
  • a textile machine becomes the information whether a needle is forming a stitch is used or not, via a mechanical Obtained scan of the deflection of the bending transducer. Dependent a mesh is formed from the deflection of the bending transducer or not.
  • a control module is known from US 3,961,501 A, at which the movable end or front end of the piezoelectric Bending converter with a guide part is by which one assigned for the elevation of each needle Depends on part of a knitting machine as it passes from the deflection of the bending transducer to an operative position is pressed or not.
  • the operative position is the stroke of a corresponding cam with the help of the uplifted part, for which also the technical term Circuit board is used on the appropriate needle transfer.
  • every single needle of the Knitting machine can be controlled separately.
  • the positioning speed of known bending transducers is sufficient not out of a theoretically possible knitting speed to reach.
  • control module described in US 3,961,501 A is in similarly also known from EP 0 210 790 A2. Also here a number of bending transducers are combined in the control module, in order to control the working speed of the Increase textile machine.
  • Such a control module is also from DE 39 33 149 C2 known.
  • the bending transducer is at a rear end movably connected to the housing and additionally on one Center area rotatably supported. Through this between the ends of the bending transducer lying area is a reduction the response time of the bending transducer.
  • a however, such a bending transducer must have a certain minimum length exhibit.
  • Such a bending transducer must also be possible be wide and less than Have 200 microns. Only in this way can one Achieve high electrical capacity of the bending transducer, so that with a normal operating voltage of approx. 50 V one can achieve sufficiently high deflection of the bending transducer.
  • the housing of the control module must have a corresponding Have length, resulting in a control module with large dimensions leads. Furthermore, can also be stored with one Bending converter only positioning or response times of no less than 2.5 milliseconds (msec.). The Working speed one with such a control module Equipped textile machine is still by the response time of the bending transducer limited.
  • the object of the invention is to provide a control module based Specify piezoelectric bending transducer, which is a superior Has property in terms of response time.
  • a control module to control the needles of a knitting or knitting machine, with a housing and at least one arranged therein piezoelectric bending transducer, the bending transducer one includes flat support body, which at least on one side provided with a piezoelectrically active layer and on its rear end is fixed to the housing, wherein the ratio of the free length of the bending transducer to its Thickness ranges from 40 to 70. Under The free length of the bending transducer becomes the distance between the front, freely movable end and the location of the fixed connection to the housing at the rear end of the bending transducer Understood.
  • the invention does not take the path according to the opinion a relevant specialist a bending transducer with high electrical capacity and resulting proportionately great length and width for a control module with high Response time to use. Rather, the invention proceeds from considering that the response time of a bending transducer largely determined by its mechanical vibration behavior becomes.
  • the natural or resonant frequency of the bending transducer is a significant factor. The higher the resonant frequency is, the easier a low one can be Response time can be achieved.
  • Do extensive research show that with a bending transducer, in which the Ratio of its free length to its thickness in an area is between 40 and 70, resonance frequencies of more than 150 Hz. Bending transducers common until now however, have a ratio of length to thickness in one Range from 100 to 140, which results in resonance frequencies of not more than 100 Hz.
  • response times of less than 2.5 msec can be based on the resonance frequency. achieve. Such response times are required, for example, to control the needles of a circular knitting machine in accordance with the maximum possible rotation speed of the knitting cylinder.
  • a control module on the basis of such bending transducers, a productivity increase of a knitting machine, ie knitted goods in m 2 per unit time, can be achieved by about 50% compared to control modules which are equipped with conventional bending transducers.
  • Conventional bending transducers only achieve response times of not less than 2.5 msec.
  • the bending transducer is used to control the needles by applying a voltage or a potential difference of more than 100 V to the electrodes of the piezoelectric active layer, for example electrodes in the form of a Metallization, is actuated.
  • a voltage or a potential difference of more than 100 V to the electrodes of the piezoelectric active layer, for example electrodes in the form of a Metallization.
  • energy is proportional to the square of the applied potential difference or voltage.
  • Such a short bending transducer leads to one small housing dimensions of the control module.
  • the support body be electrically conductive and as such an electrode Act.
  • a flat electrode can, for example, have one the metallization applied to the piezoelectrically active layer or a coating made of a conductive plastic be. The application of the potential difference or voltage can via connecting cables contacted with the corresponding electrodes happen.
  • the piezoelectrically active layer all materials are suitable which are piezoelectric or show the electrostrictive effect, it's special advantageous if the piezoelectrically active layer Piezoceramic is.
  • a piezoceramic allows namely through their composition an adaptation to different Requirements, for example with regard to the coefficient of thermal expansion, the size of the piezoelectric effect or asked about flexibility will.
  • certain oxide ceramics e.g. on the base lead zirconate titanium known, which excellent Have properties.
  • the piezoelectric Effect shows is a polarization of the same in one homogeneous electric field of a few KV / mm required.
  • a polar axis in the piezoceramic generated for the occurrence of the piezoelectric effect necessary is.
  • the polar axis which in the direction of the shows the electric field used for polarization defines the so-called polarization direction of the piezoceramic.
  • An increase in the deflection path of the bending transducer can be achieve if the bending transducer with a piezoelectrically active layer is provided. From the rest position of the bending transducer can be alternately Apply a potential difference to both piezoelectrically active ones Layers achieve a deflection on both sides and thus the deflection path compared to a one-sided coating Double the bending transducer.
  • a piezoceramic Bending converter can be used to control the needles of the bending converter by applying a potential difference of more than 100 V.
  • one of the piezoceramic layers is actuated, the electric field in the direction of polarization of the respective piezoceramic layer shows and each potential difference present at the other piezoceramic layer is zero.
  • You can do this between the two outer ones Electrodes of the bending transducer a fixed predetermined potential difference be created and the supporting body or possibly itself between the support body and the respective piezoceramic Alternating internal electrodes switched to the respective potential of the outer electrodes will.
  • the thickness of the bending transducer is advantageously in one Range from 500 to 900 ⁇ m. With such a thickness with a sufficiently high electrical capacity high mechanical resonance frequency and thus a low response time of the bending transducer.
  • the free length of a such a bending transducer can be reduced to 25 mm.
  • the width of the bending transducer it is advantageous if this is in a range of 2 to 10 mm.
  • a high flexibility and a high response time of the bending transducer can be achieved if the support body from a Fiber composite material exists.
  • a fiber composite is, for example, a carbon or glass fiber reinforced Epoxy resin, depending on whether it is an electrically conductive or an electrically non-conductive support body is desired is.
  • all other fiber reinforced Plastics conceivable as long as they are the required Have flexibility.
  • control module provides for the control electronics on an electronic board to arrange and the rear end of the bending transducer on the To attach the electronics board. In this way a compact housing with small dimensions for the control module achieve.
  • FIG. 1 is an advantageous embodiment in supervision of the control module according to the invention for use in a Jacquard circular knitting machine shown.
  • a housing 1 In a housing 1 are 16 piezoelectric bending transducers 2 each with the same distance from each other and arranged parallel to each other. An upper housing part is not for reasons of clarity drawn.
  • Each of the 16 piezoelectric bending transducers 2 is using a groove in a terminal block 6 on the respective rear end 5 firmly connected to the housing 1.
  • Every bending transducer 2 is constructed from an electrically conductive Support body 3 in the form of a flat plate made of a carbon fiber reinforced Epoxy resin, which support body 3 on both sides each provided with a piezoelectrically active layer 4 is.
  • the piezoelectrically active layer 4 is as one Lead-zirconate-titanium oxide ceramics designed so that the supporting body 3 and the respective piezoelectrically active layer 4 one almost identical in wide temperature ranges Have coefficients of thermal expansion.
  • the surface of the piezoelectrically active layer 4 is for electrical contacting each with an electrode in the form of a thin one Provide metallization layer.
  • Each bending transducer 2 is approximate along the entire length with an electrically insulating Surface coating provided for a light Achieve manageability. Only at the rear end 5 are the support body 3 and the two piezoelectric active layers 4 led to the outside, so that there easily control electronics can be connected.
  • the electrical Contacting and the wiring of the bending transducers 2 is shown in detail in Figures 3 and 4.
  • each bending transducer 2 On the front, freely movable end 8 of each bending transducer 2 a cylindrical thickening 14 is clamped.
  • the thickening 14 reaches into the rear part of one with the help of a Axis 12 on the housing 1 rotatably mounted rocker 10, the front End is designed as an elongated finger.
  • the control module is used to control the needles Bore 20 in a vertical position, i.e. with one another piezoelectric bending transducers 2 attached.
  • the corresponding board which has a hub on the assigned Knitting needle transfers, brought into an operative position or not.
  • the corresponding circuit board is used for this of the knitting cylinder in the appropriate place with a Provide cams so that when the Control module one cam or one board exactly one is assigned to piezoelectric bending transducer 2.
  • one of the rockers 10 in the position shown 18 so the cam of the associated board occurs with the Finger of the rocker 10 in contact as it passes and is in contact consequently placed in the operative position.
  • the operational position is a hub on the assigned Transfer knitting needle, which then results in a stitch formation is used.
  • one of the rockers 10 kicks the cam of the associated one Do not use your finger to slide the board over Rocker 10 in contact, so that the board is not in the operational position. Accordingly, no stroke is opened transfer the associated knitting needle and consequently also not used to form a stitch.
  • control electronics via connecting cables, connecting terminals or other electrical contacts with the piezoelectric bending transducers 2 connected.
  • the control electronics can be attached to the housing 1 of the control module or with a corresponding length of the connecting cable attached to another part of the knitting machine will.
  • FIG 2 is a particularly advantageous embodiment in supervision of the control module according to the invention shown.
  • the structure corresponds essentially to the control module, which in Figure 1 is shown.
  • the piezoelectric bending transducers 2 were compared by approximately 1/3 the bending transducers in Figure 1 shortened.
  • control electronics 20 can function integrate the housing 1.
  • Control electronics 20 and control module are compact in this way in a single housing 1 housed.
  • Such a construction has the advantage that the electrical Connection cable between the control electronics 20 and the Bending transducers 2 can be kept very short, so that too Voltage pulses with high frequency applied to the bending transducer 2 can be.
  • the control electronics 20 itself is on an electronics board 21 housed. Are symbolic corresponding to this in Figure 2 without further details electronic components 22 shown.
  • Terminal block 6 For fixing of the respective rear end 5 of the bending transducer 2 is Terminal block 6 attached directly to the electronics board 21.
  • the electronics board 21 itself is with the housing 1, here not shown, screwed.
  • the detailed structure and the electrical contact a bending transducer 2 according to Figures 1 and 2 is based a perspective view shown in Figure 3. Out For reasons of clarity, this is the electrically insulating one Coating of the bending transducer 2 not shown.
  • the bending transducer 2 is fixed at its rear end 5 in one Nut of the terminal block 6 clamped.
  • the freely movable front end of the Bending transducer 2 movable over a cylindrical thickening 14 connected to a rocker 10, which via an axis 12 is rotatably attached to the housing 1.
  • the one for the control module to control the needles of a circular knitting machine provided bending transducer 2 has a thickness 31 of 750 microns and a width 32 of 7 mm.
  • the free length 30 measured from free end of the bending transducer up to its rear attachment point of the bending transducer is 38 mm, so the ratio the free length 30 of the bending transducer 2 to his Thickness 31 is 50.
  • the support body 3 is on both sides with a piezoelectrically active Provide layer of a lead zirconate titanium oxide ceramic. There is a thin metallization on both sides for electrical contacting 7 on the respective piezoelectrically active Layer 4 applied. Both the support body 3 and the extend piezoelectrically active layer 4 applied on both sides facing away from the free end of the bending transducer Side to behind the terminal block 6.
  • For electrical Contacting extends the support body 3 from a carbon fiber reinforced Epoxy over the length of the piezoelectric active layer 4.
  • For electrical contacting are the support body 3 and the outer electrode acting metallization 7 of the respective piezoelectrically active Layer 4 via a solder contact 34 each with connecting cables 32 provided.
  • the bending transducer 2 is with a so-called Provide three

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuermodul zur Steuerung der Nadeln einer Wirk- oder Strickmaschine mit einem Gehäuse (1) und mindestens einem darin angeordneten piezoelektrischen Biegewandler (2), wobei der Biegewandler (2) einen flachen Tragkörper (3) umfaßt, welcher zumindest auf einer Seite mit einer piezoelektrisch aktiven Schicht (4) versehen und an einem hinteren Ende (5) fest mit dem Gehäuse (1) verbunden ist. Beträgt das Verhältnis der freien Länge (30) des Biegewandlers (2) zu seiner Dicke (31) zwischen 40 und 70, so läßt sich eine Ansprechzeit des Biegewandlers von weniger als 2,5 msek. erzielen. Dies führt zu einer hohen Produktivität der angesteuerten Wirk- oder Strickmaschine. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuermodul zur Steuerung der Nadeln einer Wirk- oder Strickmaschine mit einem Gehäuse und mindestens einem darin angeordneten piezoelektrischen Biegewandler, wobei der Biegewandler einen flachen Tragkörper umfaßt, welcher zumindest auf einer Seite mit einer piezoelektrisch aktiven Schicht versehen und an einem hinteren Ende fest mit dem Gehäuse verbunden ist.
Ein derartiges Steuermodul eignet sich zum Ansteuern der Nadeln oder maschenbildenden Elemente einer Textilmaschine, wie einer Wirk- oder Strickmaschine. Insbesondere eignet sich das Steuermodul für den Einsatz an einer Jacquard-Maschine. Zur Musterbildung in der von einer Textilmaschine erzeugten Ware wird dabei die Information, ob eine Nadel zu einer Maschenbildung herangezogen wird oder nicht, über eine mechanische Abtastung der Auslenkung des Biegewandlers erhalten. Abhängig von der Auslenkung des Biegewandlers wird eine Masche gebildet oder nicht.
Hierzu ist aus der US 3,961,501 A ein Steuermodul bekannt, bei welchem das bewegliche Ende oder Vorderende des piezoelektrischen Biegewandlers mit einem Führungsteil versehen ist, durch welches ein für die Erhebung jeder Nadel zugeordnetes Teil einer Strickmaschine beim Vorbeistreichen abhängig von der Auslenkung des Biegewandlers in eine operative Position gedrückt wird oder nicht. In der operativen Position wird der Hub eines entsprechenden Nockens mit Hilfe des für die Hebung vorgesehenen Teils, für welches auch der Fachbegriff Platine verwendet wird, auf die entsprechende Nadel übertragen. Auf diese Weise kann jede einzelne Nadel der Strickmaschine separat angesteuert werden. Nachteiligerweise reicht jedoch die Stellgeschwindigkeit bekannter Biegewandler nicht aus, um eine theoretisch mögliche Strickgeschwindigkeit zu erreichen. Aus der US 3,961,501 ist es hierzu weiter bekannt, in dem Steuermodul eine Anzahl von Biegewandlern parallel zueinander und in vorgegebenen Abständen voneinander anzuordnen. Die entsprechende Anzahl von Nadeln oder Platinen wird an der der Position des jeweiligen Biegewandlers entsprechenden Stelle mit einem Nocken oder Finger versehen, welcher beim Vorbeistreichen mit dem Führungsteil des entsprechenden Biegewandlers in Kontakt kommt. Auf diese Weise läßt sich die Musterinformation für eine vorgegebene Anzahl von Nadeln in einem einzigen Schaltvorgang auf das Steuermodul übertragen. Üblich ist es hierbei, jeweils 8 oder 16 Biegewandler zum Steuern von 8 bzw. 16 Nadeln in dem Steuermodul zusammenzufassen. Die Arbeitsgeschwindigkeit der Strickmaschine läßt sich dadurch erhöhen.
Das in der US 3,961,501 A beschriebene Steuermodul ist in ähnlicher Weise auch aus der EP 0 210 790 A2 bekannt. Auch hier ist eine Anzahl von Biegewandlern in dem Steuermodul zusammengefaßt, um die Arbeitsgeschwindigkeit der anzusteuernden Textilmaschine zu erhöhen.
Auch aus der DE 39 33 149 C2 ist ein derartiges Steuermodul bekannt. Hierbei ist der Biegewandler an einem hinteren Ende beweglich mit dem Gehäuse verbunden und zusätzlich an einem Mittelbereich drehbar gelagert. Durch diesen zwischen den Enden des Biegewandlers liegenden Gelenkbereich wird eine Verringerung der Ansprechzeit des Biegewandlers erzielt. Ein derartig gelagerter Biegewandler muß jedoch eine gewisse Mindestlänge aufweisen. Auch muß ein solcher Biegewandler möglichst breit sein und eine geringe Dicke von weniger als 200 µm aufweisen. Nur auf diese Weise läßt sich nämlich eine hohe elektrische Kapazität des Biegewandlers erzielen, so daß sich mit einer üblichen Betriebsspannung von ca. 50 V eine genügend hohe Auslenkung des Biegewandlers erreichen läßt. Bekanntermaßen ist nämlich die in einem Biegewandler eingebrachte elektrische Energie proportional zu seiner elektrischen Kapazität und proportional zum Quadrat der angelegten Spannung oder Potentialdifferenz. Die Kapazität des Biegewandlers selbst ist proportional zur Fläche der aufgebrachten piezoelektrisch aktiven Schicht und umgekehrt proportional zur Dicke des Biegewandlers.
Bedingt durch die Baugröße eines derart gelagerten Biegewandlers muß das Gehäuse des Steuermoduls eine entsprechende Länge aufweisen, was zu einem Steuermodul mit großen Abmessungen führt. Ferner lassen sich auch mit einem derartig gelagerten Biegewandler lediglich Stell- oder Ansprechzeiten von nicht weniger als 2,5 Millisekunden (msek.) erzielen. Die Arbeitsgeschwindigkeit einer mit einem derartigen Steuermodul ausgerüsteten Textilmaschine ist noch immer durch die Ansprechzeit des Biegewandlers begrenzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuermodul auf der Basis piezoelektrischer Biegewandler anzugeben, welches eine überragende Eigenschaft hinsichtlich der Ansprechzeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Steuermodul zur Steuerung der Nadeln einer Wirk- oder Strickmaschine, mit einem Gehäuse und mindestens einem darin angeordneten piezoelektrischen Biegewandler, wobei der Biegewandler einen flachen Tragkörper umfaßt, welcher zumindest auf einer Seite mit einer piezoelektrisch aktiven Schicht versehen und an seinem hinteren Ende fest mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei das Verhältnis der freien Länge des Biegewandlers zu seiner Dicke in einem Bereich zwischen 40 und 70 liegt. Unter der freien Länge des Biegewandlers wird dabei der Abstand zwischen dem vorderen, frei beweglichen Ende und dem Ort der festen Verbindung mit dem Gehäuse am hinteren Ende des Biegewandlers verstanden.
Die Erfindung beschreitet nicht den Weg, gemäß der Meinung eines einschlägigen Fachmanns einen Biegewandler mit hoher elektrischer Kapazität und daraus resultierender verhältnismäßig großer Länge und Breite für ein Steuermodul mit hoher Ansprechzeit zu verwenden. Vielmehr geht die Erfindung von der Überlegung aus, daß die Ansprechzeit eines Biegewandlers maßgeblich durch sein mechanisches Schwingungsverhalten bestimmt wird. Hierbei ist wiederum die Eigen- oder Resonanzfrequenz des Biegewandlers eine maßgebliche Größe. Je höher die Resonanzfrequenz ist, desto leichter kann eine niedrige Ansprechzeit erzielt werden. Umfangreiche Untersuchungen haben ergeben, daß sich mit einem Biegewandler, bei welchem das Verhältnis seiner freien Länge zu seiner Dicke in einem Bereich zwischen 40 und 70 liegt, Resonanzfrequenzen von mehr als 150 Hz erreichen lassen. Bislang übliche Biegewandler hingegen weisen ein Verhältnis von Länge zu Dicke in einem Bereich von 100 bis 140 auf, woraus sich Resonanzfrequenzen von nicht über 100 Hz ergeben.
Mit einem Biegewandler mit dem bezeichneten Verhältnis aus Länge und Dicke lassen sich, ausgehend von der Resonanzfrequenz, Ansprechzeiten von weniger als 2,5 msek. erzielen. Solche Ansprechzeiten sind erforderlich, um beispielsweise die Nadeln einer Rundstrickmaschine entsprechend der maximal möglichen Umdrehungsgeschwindigkeit des Strickzylinders anzusteuern. Mit einem Steuermodul auf der Basis derartiger Biegewandler läßt sich dadurch gegenüber Steuermodulen, welche mit herkömmlichen Biegewandlern ausgestattet sind, eine Produktivitätserhöhung einer Strickmaschine, d.h. gestrickte Ware in m2 pro Zeiteinheit, um ca. 50 % erzielen. Übliche Biegewandler erreichen nämlich lediglich Ansprechzeiten von nicht unter 2,5 msek.
Vorteilhaft ist es, wenn zur Steuerung der Nadeln der Biegewandler durch Anlegen einer Spannung oder einer Potentialdifferenz von mehr als 100 V an die Elektroden der piezoelektrisch aktiven Schicht, beispielsweise Elektroden in Form einer Metallisierung, betätigbar ist. Auf diese Weise läßt sich auch bei einem relativ kurzen und dicken Biegewandler mit einer dementsprechend niedrigen elektrischen Kapazität die für eine mechanische Auslenkung erforderliche elektrische Energie einbringen. Die in einen Biegewandler eingebrachte elektrische Energie ist nämlich - wie bereits erwähnt - proportional zum Quadrat der anliegenden Potentialdifferenz oder Spannung. Ein derartig beschalteter kurzer Biegewandler führt zu einer kleinen Gehäuseabmessung des Steuermoduls.
Um beim Anlegen der Potentialdifferenz ein möglichst homogenes elektrisches Feld in der piezoelektrisch aktiven Schicht entlang des Biegewandlers zu erzielen, kann die piezoelektrisch aktive Schicht mit flächigen, elektrisch leitfähigen Elektroden versehen sein. Insbesondere kann auch der Tragkörper elektrisch leitfähig sein und als eine solche Elektrode wirken. Eine flächige Elektrode kann beispielsweise eine auf die piezoelektrisch aktive Schicht aufgebrachte Metallisierung oder eine Beschichtung aus einem leitfähigen Kunststoff sein. Das Anlegen der Potentialdifferenz oder Spannung kann über mit den entsprechenden Elektroden kontaktierten Verbindungskabeln geschehen.
Obschon für die piezoelektrisch aktive Schicht prinzipiell alle Materialien geeignet sind, welche den piezoelektrischen oder den elektrostriktiven Effekt zeigen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die piezoelektrisch aktive Schicht eine Piezokeramik ist. Eine derartige Piezokeramik erlaubt nämlich über ihre Zusammensetzung eine Anpassung an unterschiedliche Anforderungen, welche beispielsweise hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten, der Größe des piezoelektrischen Effekts oder aber auch hinsichtlich der Flexibilität gestellt werden. Insbesondere sind bestimmte Oxidkeramiken, z.B. auf der Basis Blei-Zirkonat-Titan bekannt, welche hervorragende Eigenschaften aufweisen.
Damit eine solche Keramik oder Piezokeramik den piezoelektrischen Effekt zeigt, ist eine Polarisation derselben in einem homogenen elektrischen Feld von einigen KV/mm erforderlich. Auf diese Weise wird eine polare Achse in der Piezokeramik erzeugt, die für das Auftreten des piezoelektrischen Effekts notwendig ist. Durch die polare Achse, welche in Richtung des zur Polarisation verwendeten elektrischen Feldes zeigt, ist die sogenannte Polarisationsrichtung der Piezokeramik definiert.
Wird eine Piezokeramik entgegen ihrer Polarisationsrichtung betrieben, d.h. wird ein elektrisches Feld antiparallel zur Polarisationsrichtung angelegt, so führt dies zu einer Depolarisation und letztendlich zu einem Verschwinden des piezoelektrischen Effekts. Es ist daher üblich, herkömmliche Biegewandler, welche mit einer Piezokeramik versehen sind, mit Betriebsspannungen von nicht mehr als 50 V zu betreiben, um bei einem Betrieb entgegen der Polarisationsrichtung die Depolarisation möglichst gering zu halten. Zweckmäßigerweise wird daher beim Betrieb mit einer Potentialdifferenz von mehr als 100 V diese derart an die Piezokeramik angelegt, daß das entstehende elektrische Feld in Polarisationsrichtung der Piezokeramik zeigt.
Eine Erhöhung des Auslenkweges des Biegewandlers läßt sich erzielen, wenn der Biegewandler beidseitig jeweils mit einer piezoelektrisch aktiven Schicht versehen ist. Aus der Ruheposition des Biegewandlers heraus läßt sich durch abwechselndes Anlegen einer Potentialdifferenz an beide piezoelektrisch aktiven Schichten eine Auslenkung nach beiden Seiten hin erzielen und damit der Auslenkweg gegenüber einem einseitig beschichteten Biegewandler verdoppeln.
Für einen beidseitig mit einer Piezokeramik beschichteten Biegewandler kann zur Steuerung der Nadeln der Biegewandler durch Anlegen einer Potentialdifferenz von mehr als 100 V an jeweils eine der piezokeramischen Schichten betätigt werden, wobei das elektrische Feld in Polarisationsrichtung der jeweiligen piezokeramischen Schicht zeigt und die jeweils an der anderen piezokeramischen Schicht anliegende Potentialdifferenz gleich Null ist. Hierzu kann zwischen den beiden äußeren Elektroden des Biegewandlers eine fest vorgegebene Potentialdifferenz angelegt werden und der Tragkörper oder eventuell sich zwischen den Tragkörper und der jeweiligen piezokeramischen Schicht befindliche innere Elektroden abwechselnd auf das jeweilige Potential der äußeren Elektroden geschaltet werden.
Vorteilhafterweise liegt die Dicke des Biegewandlers in einem Bereich von 500 bis 900 µm. Mit einer derartigen Dicke läßt sich bei einer ausreichend hohen elektrischen Kapazität eine hohe mechanische Resonanzfrequenz und damit eine niedrige Ansprechzeit des Biegewandlers erzielen. Die freie Länge eines derartigen Biegewandlers kann bis auf 25 mm herabgesetzt werden.
Für die Breite des Biegewandlers ist es vorteilhaft, wenn diese in einem Bereich von 2 bis 10 mm liegt.
Eine hohe Flexibilität und eine hohe Ansprechzeit des Biegewandlers läßt sich erzielen, wenn der Tragkörper aus einem Faser-Verbundwerkstoff besteht. Ein derartiger Faser-Verbundwerkstoff ist beispielsweise ein kohle- oder glasfaser verstärktes Epoxidharz, je nachdem, ob ein elektrisch leitfähiger oder ein elektrisch nicht leitfähiger Tragkörper gewünscht ist. Prinzipiell sind auch alle anderen faserverstärkten Kunststoffe vorstellbar, solange diese die erforderliche Flexibilität aufweisen.
Da die Gehäuseabmessungen des Steuermoduls aufgrund der möglichen kurzen Bauform des Biegewandler relativ klein sind, ist es zweckmäßig, in ein entsprechendes Gehäuse bereits die Steuerelektronik zum Betätigen des Biegewandlers anzuordnen. Auf diese Weise kann die Verbindungsstrecke zwischen der Steuerelektronik und dem zu steuernden Biegewandler sehr kurz gehalten werden. Dadurch können elektrische Impulse mit hoher Frequenz dem Biegewandler zugeführt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Steuermoduls sieht vor, die Steuerelektronik auf einer Elektronikplatine anzuordnen und das hintere Ende des Biegewandlers an der Elektronikplatine zu befestigen. Auf diese Weise läßt sich ein kompaktes Gehäuse mit kleinen Abmessungen für das Steuermodul erzielen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1
eine Aufsicht auf eine vorteilhafte Ausgestaltung des Steuermoduls für eine Rundstrickmaschine;
FIG 2
eine Aufsicht auf eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Steuermoduls für eine Rundstrickmaschine, wobei die Steuerelektronik in das Gehäuse integriert ist;
FIG 3
eine perspektivische Ansicht eines in dem Steuermodul gelagerten Biegewandlers, welcher beidseitig mit einer Piezokeramik versehen ist, und
FIG 4
die elektrische Beschaltung des in Figur 3 gezeigten Biegewandlers.
In Figur 1 ist in Aufsicht eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuermoduls für die Anwendung in einer Jacquard-Rundstrickmaschine gezeigt. In einem Gehäuse 1 sind 16 piezoelektrische Biegewandler 2 mit jeweils gleichem Abstand voneinander und parallel zueinander angeordnet. Ein Gehäuseoberteil ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet. Jeder der 16 piezoelektrischen Biegewandler 2 ist mit Hilfe einer Nut in einer Klemmleiste 6 am jeweiligen hinteren Ende 5 fest mit dem Gehäuse 1 verbunden. Jeder Biegewandler 2 ist aufgebaut aus einem elektrisch leitfähigen Tragkörper 3 in Form eines flachen Plättchens aus einem kohlefaser-verstärkten Epoxidharz, welcher Tragkörper 3 beidseitig jeweils mit einer piezoelektrisch aktiven Schicht 4 versehen ist. Die piezoelektrisch aktive Schicht 4 ist als eine Blei-Zirkonat-Titan-Oxidkeramik ausgebildet, so daß der Tragkörper 3 und die jeweilige piezoelektrisch aktive Schicht 4 einen in weiten Temperaturbereichen annähernd identischen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Die Oberfläche der piezoelektrisch aktiven Schicht 4 ist zur elektrischen Kontaktierung jeweils mit einer Elektrode in Form einer dünnen Metallisierungsschicht versehen. Jeder Biegewandler 2 ist annähernd über die gesamte Länge mit einer elektrisch isolierenden Oberflächenbeschichtung versehen, um eine leichte Handhabbarkeit zu erreichen. Lediglich am hinteren Ende 5 sind jeweils der Tragkörper 3 und die beiden piezoelektrisch aktiven Schichten 4 nach außen geführt, so daß dort leicht eine Steuerelektronik angeschlossen werden kann. Die elektrische Kontaktierung sowie die Beschaltung der Biegewandler 2 ist detailliert in den Figuren 3 und 4 dargestellt.
Auf das vordere, frei bewegliche Ende 8 jedes Biegewandlers 2 ist eine zylinderförmige Verdickung 14 aufgeklemmt. Die Verdickung 14 greift in den hinteren Teil einer mit Hilfe einer Achse 12 am Gehäuse 1 drehbar gelagerten Wippe 10, deren vorderes Ende als ein langgestreckter Finger ausgebildet ist.
Zum Ansteuern der Nadeln wird das Steuermodul mit Hilfe der Bohrung 20 in senkrechter Lage, d.h. mit untereinanderliegenden piezoelektrischen Biegewandlern 2 befestigt. Während der Rotation des Strickzylinders der Rundstrickmaschine wird entsprechend der Position der Wippe 10 mit Hilfe eines Nockens die entsprechende Platine, welche einen Hub auf die zugeordnete Stricknadel überträgt, in eine operative Position gebracht oder nicht. Hierzu ist jeweils die entsprechende Platine des Strickzylinders an entsprechender Stelle mit einem Nocken versehen, so daß bei der senkrechten Ausrichtung des Steuermoduls jeweils ein Nocken oder eine Platine genau einem piezoelektrischen Biegewandler 2 zugeordnet ist. Befindet sich beispielsweise eine der Wippen 10 in der gezeigten Position 18 so tritt der Nocken der zugeordneten Platine mit dem Finger der Wippe 10 beim Vorbeistreichen in Kontakt und wird infolgedessen in die operative Position gebracht. Entsprechend der operativen Position wird ein Hub auf die zugeordnete Stricknadel übertragen, welche daraufhin zu einer Maschenbildung herangezogen wird. Bei der gezeigten Stellung 16 einer der Wippen 10 tritt hingegen der Nocken der zugeordneten Platine beim Vorbeistreichen nicht mit dem Finger der Wippe 10 in Kontakt, so daß die Platine sich nicht in der operativen Position befindet. Entsprechend wird kein Hub auf die zugeordnete Stricknadel übertragen und diese infolgedessen auch nicht zu einer Maschenbildung herangezogen.
Zum Anschluß des in Figur 1 gezeigten Steuermoduls wird eine entsprechende Steuerelektronik über Verbindungskabel, Verbindungsklemmen oder sonstige elektrische Kontaktierungen mit den piezoelektrischen Biegewandlern 2 verbunden. Die Steuerelektronik kann hierbei an das Gehäuse 1 des Steuermoduls befestigt oder bei einer entsprechenden Länge der Verbindungskabel an einer sonstigen Stelle der Strickmaschine befestigt werden.
In Figur 2 ist in Aufsicht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuermoduls gezeigt. Der Aufbau entspricht im wesentlichen dem Steuermodul, welches in Figur 1 gezeigt ist. Bei gleicher Außenabmessung des Gehäuses 1 wurden die piezoelektrischen Biegewandler 2 um ca. 1/3 gegenüber den Biegewandlern in Figur 1 gekürzt. Bei gleicher Funktionsweise läßt sich dadurch eine Steuerelektronik 20 in das Gehäuse 1 integrieren. Steuerelektronik 20 und Steuermodul sind auf diese Weise kompakt in einem einzigen Gehäuse 1 untergebracht.
Eine solche Bauweise hat den Vorteil, daß die elektrischen Verbindungskabel zwischen der Steuerelektronik 20 und den Biegewandlern 2 sehr kurz gehalten werden können, so daß auch Spannungspulse mit hoher Frequenz an die Biegewandler 2 angelegt werden können. Die Steuerelektronik 20 selbst ist auf einer Elektronikplatine 21 untergebracht. Symbolisch sind hierzu in Figur 2 ohne weitere Einzelheiten entsprechende elektronische Bauelemente 22 eingezeichnet. Zur Befestigung des jeweiligen hinteren Endes 5 der Biegewandler 2 ist die Klemmleiste 6 direkt auf der Elektronikplatine 21 befestigt. Die Elektronikplatine 21 selbst ist mit dem Gehäuse 1, hier nicht näher eingezeichnet, verschraubt.
Der detaillierte Aufbau sowie die elektrische Kontaktierung eines Biegewandlers 2 gemäß den Figuren 1 und 2 ist anhand einer perspektivischen Darstellung in Figur 3 gezeigt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist hierbei die elektrisch isolierende Beschichtung des Biegewandlers 2 nicht gezeichnet. Der Biegewandler 2 ist an seinem hinteren Ende 5 fest in eine Nut der Klemmleiste 6 eingespannt. Wie bereits in den Figuren 1 und 2 gezeigt, ist das frei bewegliche vordere Ende des Biegewandlers 2 über eine zylinderförmige Verdickung 14 beweglich mit einer Wippe 10 verbunden, welche über eine Achse 12 drehbar an dem Gehäuse 1 befestigt ist. Der für das Steuermodul zur Ansteuerung der Nadeln einer Rundstrickmaschine vorgesehene Biegewandler 2 weist eine Dicke 31 von 750 µm und eine Breite 32 von 7 mm auf. Die freie Länge 30, gemessen vom freien Ende des Biegewandlers bis zu seinem hinteren Befestigungspunkt des Biegewandlers beträgt 38 mm, so daß das Verhältnis der freien Länge 30 des Biegewandlers 2 zu seiner Dicke 31 50 beträgt. Der Tragkörper 3 ist, wie bereits beschrieben, beidseitig mit einer piezoelektrisch aktiven Schicht aus einer Blei-Zirkonat-Titan-Oxidkeramik versehen. Beidseitig ist zur elektrischen Kontaktierung eine dünne Metallisierung 7 auf die jeweilige piezoelektrisch aktive Schicht 4 aufgebracht. Sowohl der Tragkörper 3 als auch die beidseitig aufgebrachte piezoelektrisch aktive Schicht 4 erstrecken sich auf der dem freien Ende des Biegewandlers abgewandten Seite bis hinter die Klemmleiste 6. Zur elektrischen Kontaktierung erstreckt sich der Tragkörper 3 aus einem kohlefaser-verstärkten Epoxidharz bis über die Länge der piezoelektrisch aktiven Schicht 4 hinaus. Zur elektrischen Kontaktierung sind der Tragkörper 3 sowie die als äußere Elektrode wirkende Metallisierung 7 der jeweiligen piezoelektrisch aktiven Schicht 4 über einen Lötkontakt 34 jeweils mit Verbindungskabeln 32 versehen. Der Biegewandler 2 ist mit einem sogenannten Drei-Pol-Anschluß versehen.
Entsprechend der Orientierung in Figur 4 wird zwischen die beiden äußeren Elektroden oder zwischen der jeweiligen Metallisierung 7 der beiden piezoelektrisch aktiven Schichten 4 eine Potentialdifferenz von 200 V angelegt. Die Polarisationsrichtung 36 der als Blei-Zirkonat-Titan-Oxidkeramik ausgebildeten piezoelektrisch aktiven Schicht 4 zeigt auf beiden Seiten des Tragkörpers 3 in die eingezeichnete Richtung, d.h. in Richtung des durch die angelegte Potentialdifferenz entstehenden elektrischen Feldes. Für die Ansteuerung des Biegewandlers 2 wird nun an den Tragkörper 3 abwechselnd ein Potential von 0 V und von +200 V angelegt. Bei einer angelegten Spannung von 0 V ist die gemäß Figur 4 an der oben liegenden piezoelektrisch aktiven Schicht 4 abfallende Potentialdifferenz gleich 0 V. Es liegt kein elektrisches Feld an; die piezoelektrisch aktive Schicht wird nicht aktiviert. An der gemäß Figur 4 unten liegenden piezoelektrisch aktiven Schicht 4 hingegen fällt eine Potentialdifferenz von 200 V ab. Das entstehende elektrische Feld zeigt in Richtung der Polarisationsrichtung 36. Die unten liegende piezoelektrisch aktive Schicht 4 wird daher aktiviert und kontrahiert in Richtung senkrecht zum anliegenden elektrischen Feld, d.h. senkrecht zur Polarisationsrichtung 36. Als eine Folge hiervon krümmt sich der in Figur 3 gezeigte Biegewandler 2 an seinem freien Ende nach unten, so daß sich der Finger, der über die Achse 12 drehbar gelagerten Wippe 10 nach oben bewegt. Wird der Tragkörper 3 dagegen auf ein Potential von +200 V gelegt, so kontrahiert entsprechend die gemäß Figuren 3 und 4 oben liegende piezoelektrisch aktive Schicht 4, so daß der Finger der Wippe 10 sich nach unten bewegt.

Claims (10)

  1. Steuermodul zur Steuerung der Nadeln einer Wirk- oder Strickmaschine, mit einem Gehäuse (1) und mindestens einem darin angeordneten piezoelektrischen Biegewandler (2), wobei der Biegewandler (2) einen flachen Tragkörper (3) umfaßt, welcher zumindest auf einer Seite mit einer piezoelektrisch aktiven Schicht (4) versehen und an seinem hinteren Ende (5) fest mit dem Gehäuse (1) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der freien Länge (30) des Biegewandlers (2) zu seiner Dicke (31) in einem Bereich zwischen 40 und 70 liegt.
  2. Steuermodul nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Nadeln der Biegewandler (2) durch Anlegen einer Spannung von mehr als 100 V an die Elektroden der piezoelektrisch aktiven Schicht (4) betätigbar ist.
  3. Steuermodul nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische aktive Schicht (4) eine Piezokeramik ist, und daß das durch Anlegen der Spannung entstehende elektrische Feld in Polarisationsrichtung (36) der Piezokeramik zeigt.
  4. Steuermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Biegewandler (2) beidseitig mit einer piezoelektrisch aktiven Schicht (4) versehen ist.
  5. Steuermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (31) des Biegewandlers (2) in einem Bereich von 500 bis 900 µm liegt.
  6. Steuermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (32) des Biegewandlers (2) in einem Bereich von 2 bis 10 mm liegt.
  7. Steuermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (3) aus einem Faser-Verbundwerkstoff besteht.
  8. Steuermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerelektronik (20) zum Betätigen des Biegewandlers (2) in dem Gehäuse (1) angeordnet ist.
  9. Steuermodul nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (20) auf einer Elektronikplatine (21) angeordnet ist, und daß das hintere Ende (5) des Biegewandlers (2) an der Elektronikplatine (21) befestigt ist.
  10. Steuermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallel zueinander angeordnete Biegewandler (2) vorgesehen sind.
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