EP0897999A2 - Method and apparatus for contactless energy and signal transfer in textile machines, in particular in twisting machines - Google Patents
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- EP0897999A2 EP0897999A2 EP98110384A EP98110384A EP0897999A2 EP 0897999 A2 EP0897999 A2 EP 0897999A2 EP 98110384 A EP98110384 A EP 98110384A EP 98110384 A EP98110384 A EP 98110384A EP 0897999 A2 EP0897999 A2 EP 0897999A2
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- D—TEXTILES; PAPER
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- D01H7/86—Multiple-twist arrangements, e.g. two-for-one twisting devices ; Threading of yarn; Devices in hollow spindles for imparting false twist
Definitions
- the present invention relates to a method for non-contact energy and signal transmission on textile machines, especially twisting machines with the features from the preamble of claim 1, and a Facility to carry out this procedure with the Features from the preamble of claim 11.
- a Another disadvantage of the known arrangement is that due to the analog control described Functional units (change in the primary voltage of the Transformers) several transformer units required as soon as several functional units (e.g. brake and Motor) to be controlled.
- the disadvantage of an analog control method is that that high-precision controls e.g. accurate speed controls of engines are not feasible, especially when large air gap the tolerances of winding design and air gap adjustment with reasonable effort can be observed with sufficient accuracy and a Data transmission e.g. not possible due to setpoint specification is.
- EP-0 525 495 A1 A contactless transmission of signals and electrical Energy is also described in EP-0 525 495 A1.
- an axial transformer arrangement with a primary winding and a secondary winding and a core made of ferromagnetic material used for additional, contactless transmission of alternating signals in the immediate area of the Primary winding and the secondary winding at least one Sender and at least one receiver are arranged, the alternately to transmitter and receiver electronics connectable, designed as flat antennas and with the primary winding, the secondary winding and / or the core of the transformer are combined into one unit.
- the primary winding and the secondary winding of the transformer rotatably arranged relative to each other be.
- two such, as an axial transmission from well-known, well-known transformers in principle it is possible for a textile machine Energy and signal transmission from a first stationary Component through a rotatable component to one to transfer second stationary component.
- the at Textile machines sometimes very high speeds (> 10,000 rpm), however, there is no reliable construction achieve.
- Experiments with such arrangements repeatedly show the technical limits caused by the lack of centrifugal strength of the brittle and to Cracking ferrite material. This also applies if the transformer is designed as a radial transformer.
- DE 41 25 145 A1 also relates to a device for contactless transmission of electrical energy and Alternating signals with an axial transformer arrangement Primary and secondary winding and a core made of ferromagnetic Material in the immediate area of the Primary winding and the secondary winding at least one Transmitter and a receiver are arranged as flat Antennas are formed, with primary winding and secondary winding together with the assigned antennas be slidable or rotatable can.
- the basic idea of the invention is energy and Data or control signals by means of a common carrier signal to be transmitted as the signals to be transmitted Frequency modulation are impressed, the evaluation the frequency hopping to a bit serial Data stream leads that summarized to data bytes or words and thus any number of $ expensive commands and / or Setpoint specifications for any number of functional elements enable.
- the device for performing the invention Procedure is based on the knowledge that a transfer the required performance is only possible if the one used To the transformer in a very special way conditions are adjusted.
- suitable transformers are described in claim 10, subject to particularly advantageous embodiments of dependent claims 11 to 17. With such a Training and arrangement of primary and secondary parts of the transformer it is possible to achieve higher performances minimized apparent power consumption and low Magnetic loss transfer without additional Cooling measures become necessary.
- Figure 1 shows a highly schematic representation Double wire twisting spindle 1 of the type, as for example is shown and described in DE 43 31 801 C1.
- the spindle has an outer housing 2 in which a spindle rotor disc 3 is rotatably mounted, the thread guide channel 3.1 and can be driven via a whorl 3.4 is.
- On the outer circumference of the spindle rotor disc 3 is as Thread guiding element attached to a balloon limiter 3.2.
- Thread guiding element attached to a balloon limiter 3.2.
- Thread guide channel 3.1 opens as part of the Hollow spindle axis bent at its lower end Thread guide tube 3.3.
- a chamber 8 with the interposition of a bearing 8.1 secured against rotation, which preferably the shape of a cylinder, and a bottom 8.2, an outer wall 8.3 and includes a removable lid, not shown.
- this chamber 8 Within this chamber 8 are two rotor spinning devices R1 and R2 housed, whose spinning rotors each from Electric motors 4 and 5 are driven.
- the electric motors 4 and 5 are over lines 4.1. or 5.1 with one electronic assembly 7 connected to the floor 8.2 the chamber 8 is arranged.
- the electronic assembly 7 is connected to the secondary part 6.2 of a transformer 6, whose primary part 6.1 in the wall of the outer housing 2 is fixed.
- the inside of the spinning rotors according to the usual open-end process Spun threads are made from the above open spinning rotors pulled upwards and not in merged in a way shown in a point of union, from where they work according to the double wire principle be united into a twine by being axially through the double wire twisting spindle along the spindle axis deducted and after exiting the radial Thread guide channel 3.1 to form a thread balloon to an extension of the hollow spindle axis, deducted centering point, not shown, and from there usually continued to a thread winding unit become.
- FIG shown Another embodiment of a twisting spindle is shown in FIG shown, which is different from the embodiment only differs according to Figure 1 in that here is working with a free thread balloon and thus the balloon limiter connected to the spindle rotor disc not applicable.
- Figure 2 are those of the embodiment Figure 1 corresponding components with the same reference numerals referred to, each with an apostrophe are provided.
- Regarding the construction of the spindle refer to the description of Figure 1.
- FIG 3 is easy compared to Figures 1 and 2 enlarged the arrangement of the transformer 6 the twisting spindle, which is only indicated by dashed lines here, shown.
- the primary part of the transformer 6 is in the wall 3.2 of the stationary outer housing, while the secondary part 6.2 in the also stationary Wall 8.3 of the chamber 8 is arranged. Between these an air gap 9, whose The width is such that the thread balloon and the Embodiment according to Figure 1, the balloon limiter through can be moved through it.
- the primary part 6.1 of the transformer 6 has a primary winding 6.11 wound on a bobbin 6.13 is, and preferably a U-core or E-core Ferrite core.
- the secondary part has a secondary winding 6.21 wound on a bobbin 6.23 is, and preferably as a U-core or as an E-core trained ferrite core 6.22.
- the two cores are axially aligned and at a distance of the width of the air gap 9 arranged from each other. As can be seen in FIG. 3, are the two ferrite cores 6.12 and 6.22 in view on the length of their thighs and the formation of the End faces of the legs to the contour of the air gap 9 adjusted and follow its curvature.
- each of the cores 6.12 and 6.22 is several times (preferably> 4) larger than that Width, preferably> 2 mm, of the air gap 9. Since the between the primary and secondary side of the transformer 6 rotating unit made of an electrically non-conductive Material must exist in the embodiment Figure 1 of the balloon limiter 3.2 in the through the transformer 6 passing section a window 3.21 that is sealed with a plastic material.
- both on Primary part 6.1 and the windings on the secondary part 6.2 6.11 and 6.21 are arranged so that their at the air gap 9 adjacent parts also to the contour of the Air gaps are adjusted and follow its curvature.
- the secondary winding 6.21 is also designed that their parts facing away from the air gap 9 also are adapted to the contour of the air gap 9 and in essentially follow its curvature. This is done by a part 6.24 of the coil carrier provided with inclined surfaces reached.
- the electrical energy is transmitted in the medium frequency range (10 to 30 kHz) in order to be able to realize acceptable sizes.
- the use of ferrite cores ensures that the magnetic losses are low and that no additional cooling measures are required even at higher powers.
- the following performance data could be achieved: Width of the air gap 4.5 mm Efficiency 93% Transferable performance approx. 400 - 500 W. Apparent power required approx.2,500 VA
- Figure 4 shows the circuit for Supply of electrical energy, as well as the signals the outside via the transformer 6 in the interior of the Threading spindle 1 or 1 '.
- the only winding of the primary part 6.1 of the transformer 6 is connected to the output of a control unit 10, the one in addition to the mains voltage in not shown Control signals (e.g. start, stop, set speed) are supplied in this way become.
- Control signals e.g. start, stop, set speed
- this control unit 10 here generated carrier signal that has a frequency between Can have 10 and 30 kHz and that for energy transmission serves to assign a control signal specific to the control signals Frequency modulation imprinted.
- the resulting frequency-modulated signal is from the primary part 6.1 of the transformer 6 transferred to the secondary section 6.2. So there is both energy transfer, as well as data transmission over the same winding of the primary part and the secondary part.
- the secondary part 6.2 is via a rectifier bridge 11 and optionally a voltage stabilization 12 to the Energy inputs of components connected in figure 4 referred to as "functional element 1" and “functional element N" are, and in the present example by the two Electric motors 4 and 5 are represented. Of course can also be used here for other functional elements of the Thread spindle connected.
- the secondary part 6.2 of the transformer 6 via a voltage comparator connected amplifier 13 to the "evaluation electronics" designated electronic assembly 7 inside connected to the chamber 8 of the twisting spindle.
- This electronic assembly e.g. a microprocessor contains, evaluates occurring frequency changes accordingly the procedure described below.
- FIG. 5A shows a possible voltage curve over time of the frequency-modulated primary voltage / secondary voltage generated by the control unit 10.
- these signals are designed as square-wave signals. However, it can be both sinusoidal and rectangular.
- the amplifier 13 which is connected as a voltage comparator, a square-wave voltage is present at the input of the evaluation electronics 7, regardless of the rectangular or sine shape of the voltage fed in.
- the supply voltage of frequency f B base frequency
- the frequency of the supply voltage changes according to the bit pattern to be transmitted between the base frequency f B and a second frequency f O (offset frequency).
- the frequency changes such as level changes in asynchronous transmission methods are evaluated in the electronic unit 7.
- the interpretation of the signals in the evaluation electronics is shown in FIG. 5C.
- the frequency f O can optionally be greater or less than the base frequency f B , the frequency / level assignment of course having to be interpreted or evaluated in the same way in the control unit 10 and evaluation unit 7.
- a high-low edge change is interpreted as a start bit.
- FIGS. 5A to 5C A method is illustrated in FIGS. 5A to 5C, in which the frequency change within a period the supplied AC voltage is evaluated.
- N integer period numbers
- the interference immunity of the process e.g. by averaging to increase.
- too a different integer number of consecutive Pulses of the same frequency agreed or defined be the number N and M for the two frequencies can be chosen so differently that approximately same times for the transmission of low and high levels result (this is the usual asynchronous transmission method the next). Because of the inevitable interference signals such a transmission path is sensible in all of the aforementioned variants, thanks to the evaluation electronics Edge changes only in such Evaluate time windows that correspond to the agreed period of base and offset frequencies.
- a 10-bit frame (a start bit, 8 data bits and a Stop bit) is used.
- the bits transmitted are through the evaluation electronics combined into a data word (byte).
- the bits can also be used for data structures consisting of any number of data bytes combined become.
- a transferred Data block can be created in a known manner by checksuming (e.g. CRC check) are saved so that transmission errors recognized and taken into account by the evaluation electronics can. Transmission errors lead to a standstill of the controlled motors. This can be done by simple sensors outside the rotating device unit can be detected.
- the evaluation electronics can modulate the Cause current consumption caused by current sensors in the converter of the primary energy supply evaluated becomes.
- the error-free data transmission can thus be acknowledged become.
- any data blocks are transmitted and detected by current modulation, so that bidirectional data transmission is also possible becomes.
Abstract
Ein Verfahren zur berührungslosen Energie- und Signalübertragung an Textilmaschinen, insbesondere Zwirnmaschinen und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Energie- und Signalübertragung erfolgt von einem ersten stationären Bauteil (2) über einen Luftspalt (9), durch den eine Fadenballon bewegt wird, zu einem zweiten stationären Bauteil (8.3), beispielsweise vom Maschinengestell einer Zwirnmaschine in den vom Fadenballon umschlossenen Innenraum einer Zwirnspindel. Es wird ein Wechselspannungssignal als Trägersignal über einen Transformator (6) übertragen, dessen Primärteil (6.1) am ersten Bauteil (2) und dessen Sekundärteil (6.2) am zweiten Bauteil (8.3) angeordnet ist. Der Luftspalt (9) ist zwischen Primärteil (6.1) und Sekundärteil (6.2) hindurchgeführt. Der Transformator (6) weist nur ein Wicklungspaar auf, über das Energie mittels des Trägersignals und zusätzlich Signale übertragen werden. Hierzu werden dem Trägersignal die zu übertragenden Signale als Frequenzmodulation derart aufgeprägt, daß das Trägersignal zwischen zwei einen festen vorgegebenen Abstand aufweisenden Frequenzwerten springt und Frequenzsprünge sekundärseitig als bitserielle Signale ausgewertet werden, aus denen Steuersignale erzeugt werden. Der Transformator (6) ist derart ausgebildet, daß die gegenüberliegenden Stirnflächen an die Kontur des Luftspalts (9) angepaßt sind. <IMAGE>A method for contactless energy and signal transmission to textile machines, in particular twisting machines, and a device for carrying out the method. The energy and signal transmission takes place from a first stationary component (2) via an air gap (9) through which a thread balloon is moved, to a second stationary component (8.3), for example from the machine frame of a twisting machine into the interior of a thread spindle enclosed by the thread balloon . An alternating voltage signal is transmitted as a carrier signal via a transformer (6), the primary part (6.1) of which is arranged on the first component (2) and the secondary part (6.2) of which is arranged on the second component (8.3). The air gap (9) is passed between the primary part (6.1) and the secondary part (6.2). The transformer (6) has only one pair of windings via which energy is transmitted by means of the carrier signal and additional signals. For this purpose, the signals to be transmitted are impressed on the carrier signal as frequency modulation in such a way that the carrier signal jumps between two frequency values which have a fixed predetermined distance and frequency jumps are evaluated on the secondary side as bit-serial signals from which control signals are generated. The transformer (6) is designed such that the opposite end faces are adapted to the contour of the air gap (9). <IMAGE>
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
berührungslosen Energie- und Signalübertragung an Textilmaschinen,
insbesondere Zwirnmaschinen mit den Merkmalen
aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine
Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit den
Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.The present invention relates to a method for
non-contact energy and signal transmission on textile machines,
especially twisting machines with the features
from the preamble of
Ein Verfahren sowie eine Einrichtung mit den dort aufgeführten Merkmalen ist bekannt und in DE-C- 1 510 854 für eine Zwirnmaschine beschrieben. Bei der bekannten Einrichtung erfolgt die Energieübertragung zwischen der stationär angeordneten Primärseite und der gleichfalls stationär angeordneten Sekundärseite eines Transformators, wobei zwischen den beiden Transformatorhälften der Fadenballon hindurchläuft. Genauere Angaben zur Ausführung des Transformators sind in dieser Druckschrift nicht angegeben. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen aber, daß der Transformator ausschließlich zur Übertragung kleiner Leistungen geeignet ist. Hierauf deutet schon die Verwendung von Eisen-Spulenkernen bei Übertragungsfrequenzen von mehr 1000 Hz hin. Bei höheren Leistungen, also Leistungen oberhalb 50 W wären die aufgrund der hohen Ummagnetisierungsverluste auftretenden Verlustleistungen ohne aufwendige zusätzliche Kühlungsmaßnahmen nicht mehr abführbar. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß aufgrund der analogen Steuerung der beschriebenen Funktionseinheiten (Veränderung der Primärspannung des Transformators) mehrere Transformatoreinheiten erforderlich sind, sobald mehrere Funktionseinheiten (z.B. Bremse und Motor) gesteuert werden sollen. Ein weiterer, prinzipieller Nachteil eines analogen Steuerverfahrens besteht darin, daß hochpräzise Steuerungen z.B. genaue Drehzahlsteuerungen von Motoren nicht realisierbar sind, da insbesondere bei großem Luftspalt die Toleranzen von Wicklungsausführung und Luftspalteinstellung mit vertretbarem Aufwand nicht ausreichend genau eingehalten werden können und eine Datenübertragung z.B. durch Sollwertvorgabe nicht möglich ist.A procedure and a facility with those listed there Features is known and in DE-C-1 510 854 for described a twisting machine. In the known facility the energy transfer takes place between the stationary arranged primary side and also arranged stationary Secondary side of a transformer, being between the thread balloon runs through the two transformer halves. More detailed information on the design of the transformer are not specified in this publication. The described However, embodiments show that the transformer exclusively for the transfer of small services suitable is. The use of Iron coil cores at transmission frequencies of more 1000 Hz. For higher services, i.e. services above That would be 50 W due to the high magnetic loss power losses occurring without expensive additional cooling measures can no longer be removed. A Another disadvantage of the known arrangement is that due to the analog control described Functional units (change in the primary voltage of the Transformers) several transformer units required as soon as several functional units (e.g. brake and Motor) to be controlled. Another, principal The disadvantage of an analog control method is that that high-precision controls e.g. accurate speed controls of engines are not feasible, especially when large air gap the tolerances of winding design and air gap adjustment with reasonable effort can be observed with sufficient accuracy and a Data transmission e.g. not possible due to setpoint specification is.
Eine berührungslose Übertragung von Signalen und elektrischer Energie ist auch in EP-0 525 495 A1 beschrieben. Bei dieser bekannten Anordnung wird eine axiale Transformator-Anordnung mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung sowie einem Kern aus ferromagnetischem Material verwendet, bei dem zur zusätzlichen, kontaktlosen Übertragung von Wechselsignalen im unmittelbaren Bereich der Primärwicklung und der Sekundärwicklung mindestens ein Sender und mindestens ein Empfänger angeordnet sind, die wechselweise an eine Sender- und an eine Empfangselektronik anschließbar, als flächige Antennen ausgebildet und mit der Primärwicklung, der Sekundärwicklung und/oder dem Kern des Transformators zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.A contactless transmission of signals and electrical Energy is also described in EP-0 525 495 A1. In this known arrangement, an axial transformer arrangement with a primary winding and a secondary winding and a core made of ferromagnetic material used for additional, contactless transmission of alternating signals in the immediate area of the Primary winding and the secondary winding at least one Sender and at least one receiver are arranged, the alternately to transmitter and receiver electronics connectable, designed as flat antennas and with the primary winding, the secondary winding and / or the core of the transformer are combined into one unit.
Dabei können die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Transformators relativ zueinander verdrehbar angeordnet sein. Durch die Verwendung von zwei derartigen, als Axialübertrager aus gebildeten, bekannten Transformatoren wäre es prinzipiell möglich, bei einer Textilmaschine eine Energie- und Signalübertragung von einem ersten stationären Bauteil durch ein drehbares Bauteil hindurch zu einem zweiten stationären Bauteil zu übertragen. Bei den bei Textilmaschinen auftretenden zum Teil sehr hohen Drehzahlen (> 10.000 Upm) läßt sich jedoch keine betriebssichere Konstruktion erzielen. Experimente mit derartigen Anordnungen zeigen immer wieder die technischen Grenzen bedingt durch die mangelnde Fliehkraftfestigkeit des spröden und zur Rißbildung neigenden Ferritmaterials. Dies gilt auch dann, wenn der Transformator als Radialübertrager ausgebildet ist.The primary winding and the secondary winding of the transformer rotatably arranged relative to each other be. By using two such, as an axial transmission from well-known, well-known transformers in principle it is possible for a textile machine Energy and signal transmission from a first stationary Component through a rotatable component to one to transfer second stationary component. With the at Textile machines sometimes very high speeds (> 10,000 rpm), however, there is no reliable construction achieve. Experiments with such arrangements repeatedly show the technical limits caused by the lack of centrifugal strength of the brittle and to Cracking ferrite material. This also applies if the transformer is designed as a radial transformer.
Weiterhin erfolgt bei diesen bekannten Anordnungen die Signalübertragung parallel zur Energieübertragung auf getrennten Wegen über zusätzliche Wicklungen oder über, als Antennen ausgebildete, zusätzliche induktive oder kapazitive Koppelelemente. Falls zusätzliche Wicklungen verwendet werden, führt dies zu unerwünscht großem Bauraum. Bei Anordnung von Antennen werden zur Leistungs- und Datenübertragung üblicherweise unterschiedliche Trägerfrequenzen verwendet, daß heißt, die Energieübertragung erfolgt üblicherweise im kHz-Bereich, während die Signalübertragung im MHz-Bereich erfolgt. Der hierzu erforderliche Aufwand an Bauelementen führt zu erhöhten Kosten, die insbesondere bei im Textilmaschinenbau üblichen Vielstellenmaschinen nicht zu vertreten sind.Furthermore, in these known arrangements Signal transmission parallel to energy transmission on separate Because of additional windings or about when Antennas, additional inductive or capacitive Coupling elements. If additional windings are used become, this leads to undesirably large installation space. When arranging antennas for power and Data transmission usually has different carrier frequencies used, that is, the energy transfer usually takes place in the kHz range during signal transmission in the MHz range. The necessary for this Component effort leads to increased costs, which are particularly common in textile machine construction Multi-position machines are not to be represented.
Auch die DE 41 25 145 A1 betrifft eine Einrichtung zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie und Wechselsignalen mit einer axialen Transformatoranordnung mit Primär- und Sekundärwicklung und einem Kern aus ferromagnetischem Material, bei der im unmittelbaren Bereich der Primärwicklung und der Sekundärwicklung mindestens ein Sender und ein Empfänger angeordnet sind, die als flächige Antennen ausgebildet sind, wobei Primärwicklung und Sekundärwicklung zusammen mit den zugeordneten Antennen gegeneinander verschiebbar oder verdrehbar ausgebildet sein können. Bezüglich der Verwendung einer derartigen Einrichtung zur Energie- und Signalübertragung an einer Textilmaschine gilt das zur vorgenannten Druckschrift gesagte.DE 41 25 145 A1 also relates to a device for contactless transmission of electrical energy and Alternating signals with an axial transformer arrangement Primary and secondary winding and a core made of ferromagnetic Material in the immediate area of the Primary winding and the secondary winding at least one Transmitter and a receiver are arranged as flat Antennas are formed, with primary winding and secondary winding together with the assigned antennas be slidable or rotatable can. Regarding the use of such a device for energy and signal transmission on a textile machine what has been said about the above-mentioned document applies.
Aus der DE 195 45 220 A1 ist eine Anordnung zum kontaktlosen Übertragen von Signalen zwischen gegeneinander linear bewegbaren Fahrzeugteilen bekannt, die insbesondere zur Übertragung von Energie- und Steuersignalen zwischen der Karosserie eines Fahrzeugs und dem Fahrer- oder Beifahrersitz gedacht ist. Die Anordnung weist einen Übertrager auf, dessen Primär- und Sekundärwicklung in getrennten Schalenkernen liegen, die als aneinander entlanggleitende Schienen ausgebildet sind, welche solche Profile besitzen, daß sie zusammen einen geschlossenen Kreis für den magnetischen Fluß zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung bilden. Mit dieser Anordnung ist jedoch eine Energie- und Signalübertragung an einer Textilmaschine durch ein drehbares Bauteil hindurch nicht möglich. DE 195 45 220 A1 describes an arrangement for contactless Transfer signals between each other linearly Movable vehicle parts known, in particular for Transmission of energy and control signals between the Body of a vehicle and the driver or front passenger seat is thought. The arrangement has a transformer, its primary and secondary winding in separate shell cores lying as rails sliding along each other are trained, which have such profiles that they together a closed circuit for the magnetic Flow between the primary and secondary windings form. With this arrangement, however, is an energy and Signal transmission on a textile machine through a rotatable Component not possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so
auszugestalten, daß über einen Luftspalt hinweg durch den
mindestens ein Bauteil bzw. ein Fadenballon bewegt wird,
vom ersten stationären Bauteil, z.B. dem Maschinengestell
einer Zwirnmaschine, zu dem zweiten stationären Bauteil, z.B.
einer Zwirnspindel, elektrische Energie und Signale derart
übertragen werden können, daß folgende Bedingungen erfüllt
sind:
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den
Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den
abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben. Eine Einrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand
des Anspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser
Einrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 11 bis 19
beschrieben. This object is achieved according to the invention with the
Features from the characterizing part of the
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, Energie und Daten- bzw. Steuersignale mittels eines gemeinsamen Trägersignals zu übertragen, dem die zu übertragenden Signale als Frequenzmodulation aufgeprägt werden, wobei die Auswertung der auftretenden Frequenzsprünge zu einem bitseriellen Datenstrom führt, die zu Datenbytes bzw. -worten zusammengefaßt werden und somit beliebig viele $teuerbefehle und/oder Sollwertvorgaben für beliebig viele Funktionselemente ermöglichen.The basic idea of the invention is energy and Data or control signals by means of a common carrier signal to be transmitted as the signals to be transmitted Frequency modulation are impressed, the evaluation the frequency hopping to a bit serial Data stream leads that summarized to data bytes or words and thus any number of $ expensive commands and / or Setpoint specifications for any number of functional elements enable.
Als im zweiten stationären Bauteil angeordnete Funktionselemente kommen außer Fadenbremsen, Zwirnflügelbremsen und dergleichen auch Motoren in Frage, die beispielsweise zum Antrieb von Spinnaggregaten dienen, welche in einer Zwirnspindel innerhalb des vom Fadenballon definierten Raumes angeordnet sind. Derartige Vorrichtungen dienen zur Herstellung eines Zwirns in einem integrierten Spinn-Zwirn-Prozeß und sind beispielsweise in DE 43 31 801 C1 beschrieben.As functional elements arranged in the second stationary component come besides thread brakes, double-wing brakes and the like also motors in question, for example serve to drive spinning units, which in one Thread spindle within the one defined by the thread balloon Are arranged space. Such devices are used for Production of a thread in an integrated spin-twist process and are described for example in DE 43 31 801 C1.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens beruht auf der Erkenntnis, daß eine Übertragung
der geforderten Leistung nur möglich ist, wenn der verwendete
Transformator in ganz besonderer Weise an die
vorausgesetzten Bedingungen angepaßt ist. Die Merkmale
des zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeigneten Transformators sind in Anspruch 10 beschrieben,
wobei besonders vorteilhafte Ausführungsformen Gegenstand
der abhängigen Ansprüche 11 bis 17 sind. Mit einer derartigen
Ausbildung und Anordnung von Primär- und Sekundärteil
des Transformators ist es möglich, höhere Leistungen bei
minimierter Scheinleistungsaufnahme und geringen
Ummagnetisierungsverlusten zu übertragen, ohne daß zusätzliche
Kühlmaßnahmen notwendig werden. The device for performing the invention
Procedure is based on the knowledge that a transfer
the required performance is only possible if the one used
To the transformer in a very special way
conditions are adjusted. The characteristics
to carry out the method according to the invention
suitable transformers are described in
Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren sowie Einrichtungen zu dessen Durchführung näher erläutert.The following are based on the attached drawings Exemplary embodiments for the method according to the invention as well as facilities for its implementation.
In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1- in einer stark schematisierten Schnittdarstellung eine Zwirnspindel mit geführtem Fadenballon und zwei innerhalb der Zwirnspindel angeordneten Spinnaggregaten, zu denen aus dem Außenraum Energie und Signale übertragen werden;
Figur 2- in einer Darstellung
analog Figur 1, eine Zwirnspindel mit freiem Fadenballon und zwei vom Außenraum her mit Energie und Signalen versorgten Spinnaggregaten; Figur 3- im Horizontalschnitt die Ausbildung des Transformators
zur Energie- und Signalübertragung bei den
Zwirnspindeln nach
Figur 1 und 2; Figur 4- in einem Prinzipschaltbild die elektrischen Bauelemente
der Einrichtung zur Energie- und Signalübertragung
bei den Zwirnspindeln nach
Figur 1 oder 2; - Die Figuren 5A bis 5C
- erläutern in Zeitdiagrammen ein Ausführungsbeispiel für eine bitserielles Übertragungsverfahren von Signalen mittels Frequenzmodulation.
- Figure 1
- in a highly schematic sectional view, a twisting spindle with a guided thread balloon and two spinning units arranged inside the twisting spindle, to which energy and signals are transmitted from the outside;
- Figure 2
- in a representation analogous to FIG. 1, a twisting spindle with a free thread balloon and two spinning units supplied with energy and signals from the outside;
- Figure 3
- in horizontal section the design of the transformer for energy and signal transmission in the twisting spindles according to FIGS. 1 and 2;
- Figure 4
- in a block diagram the electrical components of the device for energy and signal transmission in the twisting spindles according to Figure 1 or 2;
- Figures 5A to 5C
- explain in time diagrams an embodiment for a bit-serial transmission method of signals by means of frequency modulation.
Figur 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine
Doppeldraht Zwirnspindel 1 der Bauart, wie sie beispielsweise
in DE 43 31 801 C1 dargestellt und beschrieben ist.Figure 1 shows a highly schematic representation
Double
Die Spindel besitzt ein Außengehäuse 2, in dem eine Spindelrotorscheibe
3 drehbar gelagert ist, die einen Fadenleitkanal
3.1 aufweist und über einen Wirtel 3.4 antreibbar
ist. Am Außenumfang der Spindelrotorscheibe 3 ist als
Fadenleitelement ein Ballonbegrenzer 3.2 befestigt. In das
innere Ende des Fadenleitkanals 3.1 mündet als ein Teil der
Spindelhohlachse ein an seinem unteren Ende abgebogenes
Fadenführungsrohr 3.3. Oberhalb der Spindelrotorscheibe 3
ist unter Zwischenschalten eines Lagers 8.1 eine Kammer 8
gegen Drehung gesichert gelagert, die vorzugsweise die Form
eines Zylinders hat, und einen Boden 8.2, eine Außenwand 8.3
und einen nicht dargestellten abnehmbaren Deckel umfaßt.
Innerhalb dieser Kammer 8 sind zwei Rotor-Spinnvorrichtungen
R1 und R2 untergebracht, deren Spinnrotoren jeweils von
Elektromotoren 4 und 5 angetrieben werden. Die Elektromotoren
4 und 5 sind über Leitungen 4.1. bzw. 5.1 mit einer
elektronischen Baugruppe 7 verbunden, die auf dem Boden 8.2
der Kammer 8 angeordnet ist. Die elektronische Baugruppe 7
ist an den Sekundärteil 6.2 eines Transformators 6 angeschlossen,
dessen Primärteil 6.1 in der Wand des Außengehäuses
2 fest angeordnet ist.The spindle has an
Es wird darauf hingewiesen, daß in den Figuren 1 und 2
alle für die Speisung und Ansteuerung der Elektromotoren
4 und 5 unwesentlichen Teile der Zwirnspindel weggelassen
sind.It is pointed out that in FIGS. 1 and 2
all for the supply and control of the
Im Betrieb wird den Rotor-Spinnvorrichtungen R1 und R2 in nicht eigens dargestellter Weise aufgelöstes Fasermaterial von außen durch den Fadenballon hindurch zugeführt. Die innerhalb der Spinnrotoren nach dem üblichen Open-End-Verfahren hergestellten Spinnfäden werden aus den oben offenen Spinnrotoren nach oben hin abgezogen und in nicht eigens dargestellter Weise in einem Vereinigungspunkt zusammengeführt, von wo aus sie entsprechend dem Doppeldraht-Prinzip zu einem Zwirn vereinigt werden, indem sie axial durch die Doppeldraht-Zwirnspindel entlang der Spindelachse abgezogen und nach dem Austritt aus dem radial verlaufenden Fadenleitkanal 3.1 unter Bildung eines Fadenballons bis zu einem in der Verlängerung der Spindelhohlachse liegenden, nicht dargestellten Zentrierpunkt abgezogen und von da aus üblicherweise zu einem Fadenaufwickelaggregat weitergeführt werden. In operation, the rotor spinners R1 and R2 fiber material dissolved in a manner not shown fed from the outside through the thread balloon. The inside of the spinning rotors according to the usual open-end process Spun threads are made from the above open spinning rotors pulled upwards and not in merged in a way shown in a point of union, from where they work according to the double wire principle be united into a twine by being axially through the double wire twisting spindle along the spindle axis deducted and after exiting the radial Thread guide channel 3.1 to form a thread balloon to an extension of the hollow spindle axis, deducted centering point, not shown, and from there usually continued to a thread winding unit become.
Einzelheiten hierzu sind der DE 43 31 801 C1 zu entnehmen.Details of this can be found in DE 43 31 801 C1.
In Figur 2 ist eine andere Ausführungsform einer Zwirnspindel dargestellt, die sich von der Ausführungsform nach Figur 1 lediglich dadurch unterscheidet, daß hier mit einem freien Fadenballon gearbeitet wird und somit der mit der Spindelrotorscheibe verbundene Ballonbegrenzer entfällt. In Figur 2 sind die der Ausführungsform nach Figur 1 entsprechenden Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, die jeweils mit einem Apostroph-Strich versehen sind. Bezüglich des Aufbaus der Spindel wird daher auf die Beschreibung zur Figur 1 verwiesen.Another embodiment of a twisting spindle is shown in FIG shown, which is different from the embodiment only differs according to Figure 1 in that here is working with a free thread balloon and thus the balloon limiter connected to the spindle rotor disc not applicable. In Figure 2 are those of the embodiment Figure 1 corresponding components with the same reference numerals referred to, each with an apostrophe are provided. Regarding the construction of the spindle refer to the description of Figure 1.
In beiden Ausführungsformen wird die elektrische Energie
zum Antrieb der Elektromotoren 4 und 5 bzw. 4' und 5' über
den Transformator 6 bzw. 6' zugeführt. Weiterhin werden
Signale zur Ansteuerung der beiden Elektromotoren ebenfalls
über den Transformator 6 bzw. 6' zugeführt. Dies wird weiter
unten näher erläutertIn both embodiments, the electrical energy
to drive the
In Figur 3 ist in gegenüber den Figuren 1 und 2 leicht
vergrößerter Weise die Anordnung des Transformators 6 an
der Zwirnspindel, die hier nur gestrichelt angedeutet ist,
dargestellt. Der Primärteil des Transformators 6 ist in
der Wand 3.2 des stationären Außengehäuses angeordnet,
während der sekundäre Teil 6.2 in der ebenfalls stationären
Wand 8.3 der Kammer 8 angeordnet ist. Zwischen diesen
beiden stationären Wänden liegt ein Luftspalt 9, dessen
Breite so bemessen ist, daß der Fadenballon und bei der
Ausführungsform nach Figur 1, auch der Ballonbegrenzer durch
ihn hindurchbewegt werden können. In Figure 3 is easy compared to Figures 1 and 2
enlarged the arrangement of the
Der Primärteil 6.1 des Transformators 6 besitzt eine Primärwicklung
6.11, die auf einen Spulenkörper 6.13 aufgewickelt
ist, sowie einen vorzugsweise als U-Kern oder E-Kern ausgebildeten
Ferritkern. Der Sekundärteil besitzt eine Sekundärwicklung
6.21, die auf einen Spulenträger 6.23 aufgewickelt
ist, sowie einen vorzugsweise als U-Kern oder als E-Kern
ausgebildeten Ferritkern 6.22. Die beiden Kerne sind
axial aufeinander ausgerichtet und im Abstand der Breite
des Luftspalts 9 voneinander angeordnet. Wie Figur 3 zu entnehmen,
sind die beiden Ferritkerne 6.12 und 6.22 im Hinblick
auf die Länge ihrer Schenkel und die Ausbildung der
Stirnflächen der Schenkel an die Kontur des Luftspalts 9
angepaßt und folgen dessen Krümmung. Der gegenseitige Abstand
der äußeren Schenkel jedes der Kerne 6.12 und 6.22
ist um ein mehrfaches (vorzugsweise >4) größer als die
Breite, vorzugsweise >2 mm, des Luftspalts 9. Da die
zwischen Primär- und Sekundärseite des Transformators
6 rotierende Einheit aus einem elektrisch nicht leitenden
Material bestehen muß, besitzt bei der Ausführungsform nach
Figur 1 der Ballonbegrenzer 3.2 in dem durch den Transformator
6 hindurchlaufenden Abschnitt ein Fenster 3.21, daß
mit einem Kunststoffmaterial verschlossen ist.The primary part 6.1 of the
Es ist weiterhin aus Figur 3 ersichtlich, daß sowohl am
Primärteil 6.1 als auch am Sekundärteil 6.2 die Wicklungen
6.11 bzw. 6.21 so angeordnet sind, daß ihre an den Luftspalt
9 angrenzenden Teile ebenfalls an die Kontur des
Luftspalts angepaßt sind und seiner Krümmung folgen. Auf
diese Weise sind die Wicklungen 6.11 und 6.22 bis auf den
geringst möglichen Abstand an den Luftspalt 9 herangeführt.
Darüberhinaus ist die Sekundärwicklung 6.21 noch so ausgebildet,
daß ihre vom Luftspalt 9 abgewandten Teile ebenfalls
an die Kontur des Luftspalts 9 angepaßt sind und im
wesentlichen seiner Krümmung folgen. Dies wird durch einen
mit Schrägflächen versehenen Teil 6.24 des Spulenträgers
erreicht. It can also be seen from Figure 3 that both on
Primary part 6.1 and the windings on the secondary part 6.2
6.11 and 6.21 are arranged so that their at the
Die Übertragung der elektrischen Energie erfolgt im mittleren
Frequenzbereich (10 bis 30 kHz), um akzeptable Baugrößen
realisieren zu können. Durch die Verwendung von
Ferritkernen wird erreicht, daß die Ummagnetisierungsverluste
gering sind, und auch bei höheren Leistungen keine
zusätzlichen Kühlmaßnahmen erforderlich sind. Es konnten
beispielsweise folgende Leistungsdaten erzielt werden:
Selbstverständlich ist es möglich, bei der Ausbildung des
Transformators 6 auf den Spulenkörper als Wicklungsträger
zu verzichten, wobei eine vorgefertigte, fixierte Spule
unmittelbar durch Vergießen am Kern befestigt wird.Of course, it is possible in the training of the
Da über den Transformator 6 außer der zum Antrieb der
Elektromotoren 4 und 5 benötigten elektrischen Energie
auch Daten zur Sollwertvorgabe des Motorbetriebes übertragen
werden sollen, wird im folgenden diese Datenübertragung
anhand der Figuren 4, sowie 5A bis 5C erläutert.Because of the
Figur 4 zeigt in einem Prinzipschaltbild die Schaltung zur
Zuführung der elektrischen Energie, sowie der Signale aus
dem Außenraum über den Transformator 6 in den Innenraum der
Zwirnspindel 1 bzw. 1'.Figure 4 shows the circuit for
Supply of electrical energy, as well as the signals
the outside via the
Die einzige Wicklung des Primärteils 6.1 des Transformators
6 ist an den Ausgang einer Steuereinheit 10 angeschlossen,
der außer der Netzspannung in nicht näher dargestellter
Weise Steuersignale (z.B. Start, Stop, Solldrehzahl) zugeführt
werden. In dieser Steuereinheit 10 wird dem hier
generiertem Trägersignal, das eine Frequenz zwischen
10 und 30 kHz aufweisen kann und das zur Energieübertragung
dient, zugeordnet zu den Steuersignalen eine steuersignalspezifische
Frequenzmodulation aufgeprägt. Das
entstandene frequenzmodulierte Signal wird vom Primärteil
6.1 des Transformators 6 auf den Sekundärteil 6.2 übertragen.
Es erfolgen also sowohl die Energieübertragung,
als auch die Datenübertragung über die gleiche Wicklung
des Primärteils und des Sekundärteils.The only winding of the primary part 6.1 of the
Der Sekundärteil 6.2 ist über eine Gleichrichterbrücke 11
und gegebenenfalls eine Spannungsstabilisierung 12 an die
Energieeingänge von Bauteilen angeschlossen, die in Figur
4 als "Funktionselement 1" und "Funktionselement N" bezeichnet
sind, und im vorliegenden Beispiel durch die beiden
Elektromotoren 4 und 5 repräsentiert sind. Selbstverständlich
können hier auch noch weitere Funktionselemente der
Zwirnspindel angeschlossen sein. Weiterhin ist der Sekundärteil
6.2 des Transformators 6 über einen als Spannungskomparator
geschalteten Verstärker 13 an die als "Auswerteelektronik"
bezeichnete elektronische Baugruppe 7 im Innern
der Kammer 8 der Zwirnspindel angeschlossen. Diese
elektronische Baugruppe, die z.B. einen Mikroprozessor
enthält, wertet auftretende Frequenzänderungen entsprechend
dem nachfolgend beschriebenen Verfahren aus.The secondary part 6.2 is via a rectifier bridge 11
and optionally a
Figur 5A zeigt einen möglichen zeitlichen Spannungsverlauf
der durch die Steuereinheit 10 generierten frequenzmodulierten
Primärspannung/Sekundärspannung. Diese Signale
sind im Ausführungsbeispiel als Rechtecksignale ausgebildet.
Sie kann jedoch sowohl sinus- als auch rechteckförmig sein.
Nach Durchlaufen des als Spannungskomparators geschalteten
Verstärkers 13 steht unabhängig von Rechteck- oder
Sinusform der eingespeister Spannung eine Rechteckspannung
am Eingang der Auswerteelektronik 7 an. Solange keine Daten
übertragen werden, liegt an der elektronischen Baueinheit 7
die Versorgungsspannung der Frequenz fB (Basisfrequenz)
an. Sobald Daten übertragen werden, wechselt die Frequenz
der Versorgungsspannung entsprechend dem zu übertragenden
Bitmuster zwischen der Basisfrequenz fB und einer
zweiten Frequenz fO (Offset-Frequenz). Diese durch die
elektronische Baueinheit detektierten Frequenzsprünge
sind in Figur 5B dargestellt. In der elektronischen Baueinheit
7 werden die Frequenzänderungen wie Pegeländerungen
bei asynchronen Übertragungsverfahren ausgewertet. Die
Interpretation der Signale in der Auswerteelektronik ist in
Figur 5C dargestellt. Zur Übertragung eines High-Pegels
(Bit = 1) wird die Frequenz fB und zur Übertragung
eines Low-Pegels (Bit = 0) die Frequenz fO eingespeist.
Dabei kann die Frequenz fO wahlweise größer oder kleiner
als die Basis-Frequenz fB sein, wobei die
Frequenz/Pegelzuordnung natürlich bei Steuereinheit 10
und Auswerteeinheit 7 in gleicher Weise interpretiert bzw.
ausgewertet werden muß. Ein High-Low-Flankenwechsel wird
als Startbit interpretiert.FIG. 5A shows a possible voltage curve over time of the frequency-modulated primary voltage / secondary voltage generated by the
In den Figuren 5A bis 5C ist ein Verfahren dargestellt, bei dem der Frequenzwechsel innerhalb einer Periodendauer der eingespeisten Wechselspannung ausgewertet wird. Natürlich können auch ganzzahlige Periodenanzahlen N zur Detektion des Frequenzwechsels vereinbart bzw. definiert werden, um die Störsicherheit des Verfahrens z.B. durch Mittelwertbildung zu erhöhen. In einer weiteren Variante kann auch eine unterschiedliche ganzzahlige Anzahl aufeinanderfolgender Impulse gleicher Frequenz vereinbart bzw. definiert werden, wobei die Anzahl N und M für die beiden Frequenzen derart unterschiedlich gewählt sein kann, daß sich annähernd gleiche Zeiten für die Übertragung von Low- und High-Pegeln ergeben (dies kommt dem üblichen asynchronen Übertragungsverfahren am nächsten). Aufgrund der unvermeidlichen Störsignale einer derartigen Übertragungsstrecke ist es bei allen vorgenannten Varianten sinnvoll, durch die Auswerteelektronik Flankenwechsel ausschließlich in derartigen Zeitfenstern auszuwerten, die den vereinbarten Periodendauern von Basis- und Offset-Frequenz entsprechen. A method is illustrated in FIGS. 5A to 5C, in which the frequency change within a period the supplied AC voltage is evaluated. Naturally can also use integer period numbers N for detection the frequency change are agreed or defined, the interference immunity of the process e.g. by averaging to increase. In a further variant, too a different integer number of consecutive Pulses of the same frequency agreed or defined be the number N and M for the two frequencies can be chosen so differently that approximately same times for the transmission of low and high levels result (this is the usual asynchronous transmission method the next). Because of the inevitable interference signals such a transmission path is sensible in all of the aforementioned variants, thanks to the evaluation electronics Edge changes only in such Evaluate time windows that correspond to the agreed period of base and offset frequencies.
Bei dem in Figur 5C dargestellten Auswerteverfahren wird ein 10-Bit-Rahmen (ein Startbit, 8 Datenbits und ein Stopbit) verwendet. Die übertragenen Bits werden durch die Auswerteelektronik zu einem Datenwort (Byte) zusammengefaßt. Natürlich können die Bits auch zu Datenstrukturen bestehend aus einer beliebigen Anzahl Datenbytes zusammengefaßt werden. Mit diesem Verfahren sind bei definierten Datenstrukturen beliebig viele, unterschiedliche Sollwertgrößen bzw. Steuerbefehle übertragbar. Ein übertragener Datenblock kann in bekannter Weise durch Prüfsummenbildung (z.B. CRC-Check) gesichert werden, so daß Übertragungsfehler erkannt und durch die Auswerteelektronk berücksichtigt werden können. Übertragungsfehler führen hierbei zum Stillstand der angesteuerten Motoren. Dies kann wiederum durch einfache Sensoren außerhalb der rotierenden Geräteeinheit detektiert werden.In the evaluation method shown in FIG. 5C a 10-bit frame (a start bit, 8 data bits and a Stop bit) is used. The bits transmitted are through the evaluation electronics combined into a data word (byte). Of course, the bits can also be used for data structures consisting of any number of data bytes combined become. With this procedure are defined at Data structures any number of different setpoint sizes or control commands can be transmitted. A transferred Data block can be created in a known manner by checksuming (e.g. CRC check) are saved so that transmission errors recognized and taken into account by the evaluation electronics can. Transmission errors lead to a standstill of the controlled motors. This can be done by simple sensors outside the rotating device unit can be detected.
Alternativ kann die Auswerteelektronik eine Modulation der Stromaufnahme hervorrufen, die durch Stromsensoren im Umrichter der primärseitigen Energieeinspeisung ausgewertet wird. Die fehlerfreie Datenübertragung kann somit quittiert werden.Alternatively, the evaluation electronics can modulate the Cause current consumption caused by current sensors in the converter of the primary energy supply evaluated becomes. The error-free data transmission can thus be acknowledged become.
Bei Einsatz derartiger Stromsensoren können in einer weiteren Variante der Erfindung auch beliebige Datenblöcke durch Strom-Modulation übertragen und detektiert werden, so daß auch eine bidirektionale Datenübertragung möglich wird.When using such current sensors in a Another variant of the invention also any data blocks are transmitted and detected by current modulation, so that bidirectional data transmission is also possible becomes.
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