EP4382653B1 - Spulervorrichtung einer nähmaschine und verfahren zum steuern oder regeln der drehzahl des motors einer spulervorrichtung - Google Patents

Spulervorrichtung einer nähmaschine und verfahren zum steuern oder regeln der drehzahl des motors einer spulervorrichtung

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EP4382653B1
EP4382653B1 EP23214158.0A EP23214158A EP4382653B1 EP 4382653 B1 EP4382653 B1 EP 4382653B1 EP 23214158 A EP23214158 A EP 23214158A EP 4382653 B1 EP4382653 B1 EP 4382653B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motor
voltage
spindle
brake body
bemf
Prior art date
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Active
Application number
EP23214158.0A
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English (en)
French (fr)
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EP4382653C0 (de
EP4382653A1 (de
Inventor
Daniel Rupp
Roland Beer
Alain Capt
Ulrich Bareis
Giovanni Pederzoli
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BERNINA International AG
Original Assignee
BERNINA International AG
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Publication date
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D05—SEWING; EMBROIDERING; TUFTING
    • D05B—SEWING
    • D05B59/00—Applications of bobbin-winding or -changing devices; Indicating or control devices associated therewith

Definitions

  • the subject of the invention is a bobbin winder of a sewing machine and a method for controlling or regulating the speed ( ⁇ ) of the motor of a bobbin winder.
  • Sewing machines generally comprise a bobbin winder for winding sewing thread onto a bobbin thread spool.
  • Such bobbins also called thread spools for short, comprise a cylindrical shaft section that is axially delimited on both sides by a flange.
  • the thread spool is placed onto a motor-driven spindle of the bobbin winder and connected to it in a rotationally fixed manner. By rotating the spindle, the thread or sewing thread is drawn from a thread supply and wound between the flanges onto the shaft section of the thread spool.
  • the outer diameter of the wound sewing thread must not be larger than the outer diameter of the flanges.
  • bobbin winders can include a dedicated bobbin winder motor.
  • a coupling device can be provided for temporarily coupling the spindle to a drive, particularly the main drive of the sewing machine.
  • a bobbin winding device which comprises a pivoting sensor lever and a switch which can be actuated by this sensor lever.
  • the sensor lever is held in a first pivot position by the force of a spring.
  • a contact element protrudes into the space between the flanges of an empty bobbin when the bobbin is placed on the drivable spindle of the bobbin winding device.
  • a further winding device in which a lever is displaced from a first pivoting position when winding sewing thread by contact with the sewing thread against the holding force of a first magnet.
  • the pivoting position of the The lever is detected.
  • the control system sets a lower setpoint to regulate the speed of the bobbin winder motor. The speed is measured using a rotary encoder.
  • An object of the present invention is therefore to provide a comparatively simple, space-saving and cost-effective winding device and a suitable method for controlling the motor speed of such a winding device.
  • the bobbin winding device comprises a bobbin winding motor, hereinafter also referred to as the motor, and a spindle which is directly or indirectly driven by this motor via a transmission device and which is designed for the releasable, rotationally fixed fastening of a bobbin thread.
  • the spindle and preferably also the motor are connected to a A carrier is arranged on which a brake body with a friction surface is also mounted so that the distance of the friction surface from the spindle can be adjusted.
  • the brake body is pivotally mounted on the carrier.
  • the friction surface of the brake body is located radially spaced from the spindle axis, essentially in the area between the two flanges of the thread spool.
  • the force of a spring presses the brake body or the section of the brake body with the friction surface radially in the direction of the spindle axis.
  • Interacting stops can be arranged on the support and the brake body, which limit the range of movement of the brake body in the direction of the spindle axis.
  • the position of at least one of these stops is preferably adjustable, e.g. by means of an adjusting screw. An end position can thus be defined for the brake body, in which it is held by the effect of the spring force.
  • the friction surface of the brake body is then arranged in a reference position at a defined distance from the spindle axis.
  • the reference position is generally specified such that the distance of the friction surface from the spindle axis is slightly smaller than the flange radii of the thread spool. This ensures that the sewing thread comes into contact with the friction surface when wound onto the thread spool, as long as the outer diameter of the wound sewing thread is smaller than or equal to the diameter of the Spool flanges.
  • the brake body is preferably convexly curved in the area of the friction surface. The curvature or the axes of curvature of the friction surface and of the thread spool attached to the spindle can be aligned essentially orthogonally to one another.
  • the front spool flange in the direction of attachment therefore first hits the brake body in an outer area of the friction surface further away from the spindle axis.
  • the spool flange exerts a radially outward force on the brake body.
  • the spool flange displaces the brake body radially outwards against the acting spring force, so that the spool can be pushed further into its desired position and connected to the spindle.
  • the force of the spring moves the brake body back to its end position defined by the stops.
  • thread spools can be easily attached to the spindle and connected to it, and then detached from the spindle in the opposite direction.
  • the friction surface is preferably curved in two dimensions.
  • the friction surface could be formed on an elastically deformable portion of the brake body.
  • the position of the The brake body can be adjusted, for example, using an adjusting screw, so that the friction surface can be positioned at the desired reference distance from the spindle axis.
  • An additional spring for adjusting the position of the brake body is possible, but not necessarily required.
  • the elastically deformable section of the brake body with the friction surface can comprise a leaf spring, for example, and is preferably not preloaded or only slightly preloaded when the friction surface is at the reference distance from the spindle axis.
  • the motor and spindle are arranged coaxially and directly coupled, so their speeds are identical.
  • the motor is preferably a DC motor.
  • the motor and spindle could be coupled in another way, e.g., via a gear or a drive belt with a specified or specifiable step-up or step-down ratio.
  • the motor When winding sewing thread onto the spool, the motor is controlled by a motor controller.
  • the motor controller is usually part of a sewing machine control system, which, in addition to controlling the motor, also controls other functions of the sewing machine.
  • the driving torque of the motor is counteracted by a braking torque of the sewing thread, which increases with increasing outer diameter. If the motor is driven at a constant speed or without control, the rotational speed of the spindle decreases slightly during winding of the sewing thread due to the increasing load on the motor.
  • the rotational speed of the motor and/or its rate of change over time or their amounts can be used as measured variables to detect a fill level of the thread spool defined by the position of the brake body.
  • the brake body is arranged or adjusted in a predeterminable position relative to the spindle axis.
  • a comparison value for the rotational speed and/or a comparison value for the rate of change of the rotational speed of the spindle or motor is defined in the motor control system.
  • measured variables and comparison variables for these measured variables can only be recorded or calculated in terms of their amounts. be specified or alternatively with the respective positive or negative sign.
  • the motor control initiates suitable measures such as the immediate or delayed interruption of the power supply to the motor.
  • the rotational speed of the motor and its rate of change are generally parameters whose values change measurably significantly due to the effect of the brake body.
  • Another parameter that changes depending on the load on the motor is the counter electromotive force, also known as CEMF or BEMF for "counter electromotive force” or “back electromotive force”. It is essentially proportional to the rotational speed of the spindle driven by the motor and thus represents the rotational speed.
  • the BEMF is proportional to a reverse voltage U BEMF , which is induced in the electrically conductive windings of the motor coil due to the relative movement in the motor's magnetic field.
  • the reverse voltage U BEMF is opposite to the driving control voltage U A of the motor controller. When the motor is almost unloaded, it rotates at its idle speed.
  • the magnitude of the reverse voltage U BEMF is then approximately equal to the control voltage U A , and the effective motor voltage U M , i.e. the difference between the voltage magnitudes U A -U BEMF, is small.
  • the reverse voltage U BEMF is zero.
  • the effective motor voltage U M or the voltage difference U A - U BEMF in the motor's control circuit essentially determines the motor current I M and thus also the motor's drive power.
  • the source voltage U Q is the output voltage provided by the voltage source without a connected load.
  • the current flowing in the circuit causes a voltage drop due to the internal resistance R Q of the voltage source, so that the actual output voltage or the drive voltage U A is lower than the source voltage U Q .
  • the motor control can, for example, by means of an electronic switch in the control circuit of the motor, periodically, for example every 20ms, briefly, for example for approximately 2 ms each. During this time window, the voltage component of the motor control voltage source drops to zero.
  • a freewheeling diode is usually arranged in parallel with the motor in the reverse direction so that voltages induced in the motor by the switching operations can be neutralized by discharging via this freewheeling diode.
  • the motor control can directly measure the value of the reverse voltage U BEMF .
  • the voltage on the connecting lines to the motor can be recorded, for example, on the motor side or downstream of the electronic switch using an A/D converter.
  • the charging or discharging time of a capacitor can be determined, for example, which is charged via a resistor with the reverse voltage U BEMF or discharged starting from U BEMF .
  • the time taken to reach a specified reference voltage changes depending on the reverse voltage U BEMF .
  • the corresponding value of the reverse voltage U BEMF can be determined from this, for example using a look-up table.
  • the detection of the reverse voltage U BEMF is also possible in embodiments of the winding device in which the drive voltage U A for the motor is controlled or regulated by pulse width modulation.
  • the drive frequency is preferably in the range of approximately 16 kHz to approximately 32 kHz, i.e. above the range of the human Ear audible range and deep enough to keep switching losses as low as possible.
  • a controlled variable representing the actual rotational speed is generally acquired and processed as a feedback variable, along with a specified target speed as a reference variable, to produce a manipulated variable for controlling the motor.
  • the reverse voltage U BEMF can be used as the feedback variable of the control loop.
  • the reverse voltage U BEMF can be acquired directly in the motor's control circuit and used as an equivalent measured variable to the rotational speed. Winding devices in which the motor speed is determined based on the reverse voltage U BEMF are comparatively simple, small, and cost-effective.
  • the motor control comprises at least one limit or comparison value for the reverse voltage U BEMF that is stored or specified in another way, e.g. by means of a voltage divider.
  • additional monitoring means such as a monitoring process stored as program code of a control program, the motor control can detect when the reverse voltage U BEMF rises above or falls below a comparison value and subsequently initiate suitable further process steps such as e.g. interrupt the power supply to the motor.
  • the reference value can be set sufficiently low so that the motor control reliably detects only a significant drop in motor speed due to the braking effect of the brake body. However, if the speed drops only slightly when winding sewing thread due to the increasing load on the sewing thread, it remains above the specified reference value.
  • the motor control may comprise means for continuously or stepwise changing the drive voltage U A provided for the motor.
  • the pulse/pause ratio of a clocked voltage source can be gradually or continuously reduced by a control program according to predetermined rules, or directly set to zero as soon as the speed or the reverse voltage U BEMF falls below a predetermined limit.
  • Such motor controls in which the motor speed is monitored using the reverse voltage U BEMF , can detect a drop in the motor speed comparatively easily and reliably and, depending on this speed, for example, interrupt the power supply to the motor or adapt or reduce the setpoint for controlling the motor speed.
  • the winding device instead of or in addition to the reverse voltage U BEMF, other electrical measured variables of the motor can be measured, in which typical changes occur due to the action of the brake body.
  • Another measured variable is, for example, the motor current I M .
  • the motor controller can, for example, measure the motor current I M using a shunt, i.e., a small electrical resistor, in the motor circuit. The shunt voltage is evaluated.
  • the motor current IM increases with increasing motor load. Only when the motor is subjected to a significantly higher load due to the effect of the brake body does the motor current IM or a measured variable corresponding to the motor current IM , preferably smoothed using a low-pass filter, exceed a specified reference value. As soon as the motor control detects that the measured variable value is higher than the reference value, it initiates appropriate measures, such as interrupting the power supply to the motor.
  • the motor control system can store characteristic values of the internal resistance R Q of the voltage source and the source voltage U Q provided by the voltage source.
  • the control program can include program code to calculate the magnitude of the reverse voltage U BEMF based on the detected and preferably include averaged motor current I M.
  • Figure 1 shows a perspective partial view of a spooling device
  • Figure 3 a side view of it.
  • the bobbin winding device comprises a bobbin winding motor, hereinafter also referred to as motor 1 for short, and a braking device 3, which are fastened to a common carrier 5.
  • a spindle 7, which can be driven by the motor 1, is arranged coaxially to the motor axis A or to the drive shaft of the motor 1 and is connected to it in a rotationally fixed manner.
  • the spindle axis A' and the motor axis A are identical in this embodiment.
  • the spindle 7 could also be coupled or coupleable to the motor 1 by means of a transmission device such as a gear (not shown).
  • the spindle 7 is rotatably mounted on the carrier 5 directly or indirectly by means of the motor 1.
  • the spindle 7 can, for example, comprise a free end section with a first outer diameter D1 of, for example, approximately 6 mm for inserting and removing a thread spool 9.
  • the spindle 7 Adjacent to this, can, for example, comprise a shoulder with a larger outer diameter D2. This shoulder is a stop for an end flange 9a of the thread spool 9 and defines its axial position when the thread spool 9 is placed on the spindle 7 and is detachably connected to it in a rotationally fixed manner. This is shown in the Figures 2 and 4 shown in the Essentially the Figures 1 and 3 with thread spool 9 attached to spindle 7.
  • Thread spool 9 comprises a substantially cylindrical sleeve 9b, at the ends of which two end flanges 9a project radially at an axial distance H from one another.
  • the axial distance H between end flanges 9a can be, for example, in the order of magnitude of approximately 10mm to approximately 12mm.
  • Sleeve 9b can be arranged flush with the end flanges 9a on the outside.
  • sleeve 9b can project slightly beyond the end flanges 9a, for example by up to 1mm on each side.
  • the height of thread spool 9 can therefore be somewhat greater than the distance H between end flanges 7a.
  • the outer diameters of the end flanges are approximately 20.5mm and the height approximately 11.8mm.
  • the length L of the free end section of the spindle 7 is matched to the height of the thread spools 9 to be accommodated, so that the length L is in the range of 0.5 H to 1.5 H. This saves space and allows for easy insertion and removal of thread spools 9.
  • the braking device 3 comprises a braking body 11 in the form of a hammer-shaped lever, for example, with a pivoting arm which is mounted on the support 5 next to the motor 1 so as to be pivotable about a pivot axis B, and with a head which projects laterally from the pivoting arm at a distance from the pivot axis B.
  • the pivot axis B of the brake body 11 and the spindle axis A' are arranged essentially orthogonally to each other.
  • the spindle axis A' lies in the pivot plane of the brake body 11.
  • the pivot axis B could also be aligned parallel to the spindle axis A', and the pivot plane of the brake body 11 could be arranged in a plane orthogonal to the spindle axis A' (not shown).
  • the brake body 11 comprises a section projecting in the direction of the spindle axis A' with a friction surface 13.
  • the radial distance C of the friction surface 13 from the spindle axis A' can be changed.
  • the brake body 11 can be moved in a guided manner, whereby the distance C of the friction surface 13 from the spindle axis A' changes depending on the respective position of the brake body 11.
  • this distance C is minimal.
  • This minimum distance C is also referred to as the reference distance C 0 .
  • the winding device comprises setting means for adjusting the reference distance C 0 .
  • the reference distance C 0 can also be fixed.
  • the reference distance C 0 is determined by a first stop 15a on the brake body 11 and a second stop 15b on the carrier 5, which together limit the range of motion of the brake body 11 in the direction of the spindle axis A'.
  • the position of at least one of these stops 15a, 15b is variable.
  • the first stop 15a is a shoulder protruding from the brake body 11 and the second stop 15b is the front end of an adjusting screw that is screwed into a thread on the carrier 5. By turning the adjusting screw, the position of the second stop 15b can be easily adjusted.
  • This second stop 15b defines, by contact with the first stop 15a of the brake body 11, its reference position and thus also the reference distance C 0 of the friction surface 13 from the spindle axis A'.
  • the brake body 11 is held in the reference position by the force of a restoring means, for example a spring 17.
  • the spring 17 can, for example, be a helical spring that is held tensioned between the carrier 5 and the lever arm of the brake body 11. In the reference position, the spring 17 is slightly pretensioned so that it can hold the brake body 11 in the reference position. In the illustrations in the Figures 1 to 4 The hook-shaped end of the spring 17 is loose. To use the spooling device, the spring 17 is tensioned by hooking this end into an adjacent hole 18 on the brake body 11.
  • the section of the brake body 11 with the friction surface 13 lies essentially between two planes defined by the parallel end flanges 9a of the thread spool 9.
  • the friction surface 13 of the brake body 11 can be convex, at least in sections.
  • the reference position can be specified such that at least a section of the friction surface 13 slightly extends into the area between the end flanges 9a of the thread spool 9.
  • the reference distance C 0 of the friction surface 13 is then somewhat smaller than the outer radius R ( Fig. 4 ) of each of the end flanges 9a.
  • the reference distance C 0 can, for example, be in the order of 85% to 100% of the outer radius R of the end flanges 9a.
  • the lower end flange 9a of a thread spool 9 displaces the brake body 11 outwards against the acting spring force when the thread spool 9 is placed on the spindle 7 or removed from the spindle 7.
  • the spring constant of the spring 17 is dimensioned such that the force required to displace the brake body 11 from the reference position into a passing position in which the distance C of the friction surface 13 to the spindle axis A' corresponds to the radius R of the coil flanges 9a, is rather small, for example about 0.5N to about 5N.
  • the friction coefficient of the friction surface 13 with conventional sewing threads is sufficiently large so that at least one electrical characteristic in the control circuit of the motor 1 changes significantly or clearly measurably as soon as the friction surface 13 comes into contact with the wound sewing thread during the winding process and exerts a braking force or a braking torque on the wound thread spool 9.
  • the brake body 11 is preferably made of a dimensionally stable plastic. It can, in particular, comprise an injection-molded plastic part.
  • the brake body 11 can be made of a different material in the area of the friction surface 13, depending on the braking effect to be achieved, which, for example, is abrasion-resistant and/or has a higher coefficient of friction.
  • the friction surface 13 may comprise structures such as ribs.
  • the brake body 11 can comprise an integrated blade 14 for easy cutting of the sewing thread after completion of the winding process.
  • the motor 1 or at least one coil of the motor 1 is connected to a motor control 21 via two electrical conductors 22.
  • the motor control 21 comprises, as in Figure 5 shown a voltage source 23, which generates a source voltage U Q , usually controlled by a microcontroller 25. Due to the internal resistance R Q of the voltage source 23, the output voltage or control voltage U A for controlling the motor 1 is load-dependent and thus less than or equal to the source voltage U Q .
  • the voltage source 23 is connected to the motor 1 via the electrical conductors 22 to form a control circuit.
  • At least one of these conductors 22 in the motor control 21 comprises an electronic switch 27 for interrupting and closing this circuit.
  • the motor control 21 may comprise, in the case of such switches 27, means on the voltage source side and/or motor side for detecting the voltage between the conductors 22.
  • a voltage divider comprising two high-value resistors may be arranged between the conductors 22 and connected to a measuring device for the The motor controller 21 can be connected to measure the center voltage (not shown).
  • the center voltage is proportional to the voltage between the conductors 22 in the ratio of the resistance values.
  • a freewheeling diode (diode 24) is arranged between the conductors 22 in the reverse direction. A discharge current from the motor coil can flow through this diode 24 when the circuit is disconnected.
  • motor control 21 can determine the source voltage U Q on the voltage source 23 side. On the motor 1 side, motor control 21 can determine the instantaneous reverse voltage U BEMF of motor 1 shortly after the circuit is interrupted, ie, after a decay time of approximately 1 to 3 ms. This is proportional to the motor speed.
  • the shunt 29 is arranged in series with the motor 1 between the conductors 22 of the motor circuit. The voltage drop across the shunt 29 can be measured using a measuring device (not shown). This is proportional to the motor current I M .
  • the load on the motor 1 increases when winding up sewing thread due to the increasing moment of inertia of the spool arrangement and the growing sewing thread resistance. As soon as the braking body 11 exerts an additional braking force on the spool arrangement, the load suddenly increases. This affects electrical parameters such as the motor current I M , the control voltage U A , the motor voltage U M and the reverse voltage U BEMF .
  • the motor controller 21 is designed to monitor at least one of these parameters by detecting its values using a sensor device in the control circuit of the motor 1 and comparing it with a reference value predetermined for this parameter.
  • the motor controller 21 initiates suitable measures such as interrupting the control circuit with one of the switches 27 and/or reducing the source voltage U Q in one or more steps to 0 V.
  • suitable measures such as interrupting the control circuit with one of the switches 27 and/or reducing the source voltage U Q in one or more steps to 0 V.
  • a clocked voltage source 23 in which the source voltage U Q can be changed by changing the duty cycle or the pulse-pause ratio of voltage pulses.
  • the bold line L1 shows the time course of the speed ⁇ of a spindle 7 in revolutions per Minute (rpm) when winding sewing thread, whereby the motor 1 is controlled with an unregulated DC voltage.
  • rpm revolutions per Minute
  • the speed increases to a maximum value and then decreases continuously due to the increasing load on the motor 1.
  • the braking effect of the brake body 11 sets in.
  • the speed ⁇ then decreases significantly more sharply and shortly thereafter falls below a predetermined comparison value ⁇ S at point P2.
  • the motor control 21 detects this and can cause the motor 1 to be switched off.
  • the bold line L2 shows, in an analogous manner, the time course of the speed ⁇ of the spindle 7, whereby the motor control 21 regulates the speed ⁇ to a predetermined setpoint ⁇ 0 .
  • the reverse voltage U BEMF of the motor 1 is used as the feedback variable.
  • the solid thin line L3 shows the time derivative of the speed or the time course of the speed change ⁇ '.
  • the motor control 21 regulates the control voltage U A for the motor 1 so that its speed ⁇ essentially corresponds to the setpoint ⁇ 0.
  • the motor power is no longer sufficient to maintain the setpoint speed ⁇ 0 .
  • Speed ⁇ decreases rapidly until it falls below the specified reference value ⁇ S at point P2.
  • a comparison value ⁇ ' S can be defined for the speed change ⁇ ', below which the motor control 21 can interrupt the power supply to the motor 1.
  • the sensor device of the motor control 21 comprises a current sensor for detecting the motor current I M and/or a voltage sensor for detecting the control voltage U A .
  • the source voltage U Q provided by the voltage source 23 is variable. This can be achieved, for example, by an electronic switching element periodically establishing and interrupting a connection to a provided operating voltage at a high switching frequency of approximately 16 kHz to approximately 20 kHz.
  • the electronic switches 27 in the connecting conductors 22 to the motor 1 can also be used as switching elements.
  • the pulse-to-pause ratio determines the value of the motor voltage U M thus provided.
  • the motor controller 21 can increase or decrease the motor power and thus the speed ⁇ of the motor 1.
  • the motor controller 21 comprises predetermined rules, stored for example in the microcontroller 25, for controlling the pulse width ratio.
  • the speed ⁇ of the spindle 7 can be influenced as a function of the elapsed winding time and/or the detected motor current I M.
  • the speed ⁇ of the spindle 7 can be reduced as the degree of fill of the thread spool 9 increases.
  • the motor control 21 can, for example, regulate the motor voltage U M or the reverse tension U BEMF to a predetermined setpoint during the winding of sewing thread by detecting this tension as a measured variable and adjusting the pulse/pause ratio so that the motor voltage U M or the reverse tension U BEMF corresponds to the setpoint.
  • the motor voltage U M and/or the reverse tension U BEMF can also be detected and regulated to a predetermined value.
  • Motor controllers 21 can be designed to repeatedly interrupt the power supply to motor 1 for short intervals at least long enough for the motor inductance to be discharged via diode 24 or for the voltage induced by the respective switching operation to be reduced.
  • the duration t 2 of the time intervals depends on the motor inductance and the respective motor current. It is usually in the order of magnitude of approximately 1 ms to approximately 3 ms, in particular approximately 2 ms.
  • the motor voltage U M drops to the value of the reverse voltage U BEMF , which is caused by self-induction in the coil windings of motor 1 and is proportional to the speed ⁇ of motor 1.
  • a motor controller 21 can be designed to determine the reverse voltage U BEMF even in the case of clocked motors 1.
  • the motor 1 is periodically controlled with a series of rectangular voltage pulses during a duration t 1 , which is, for example, in the order of magnitude of approximately 10 ms to approximately 100 ms, in particular approximately 18 ms to 20 ms.
  • the motor controller 21 generates a corresponding control signal U PWM with a specific pulse/pause ratio.
  • an electrical switching element is connected to a provided operating voltage in order to generate a control voltage U A whose value is determined by the pulse/pause ratio.
  • the motor controller 21 interrupts the control circuit.
  • the motor voltage U M measurable on the connecting lines 22 to motor 1 drops to the value of the reverse voltage U BEMF during this measuring interval.
  • the motor controller 21 records the value of this reverse voltage U BEMF at point P4 shortly before the end of the measuring interval.
  • This cycle whose duration t 3 corresponds to the sum of t 1 + t 2 , is then repeated.
  • the period t 3 is in the range of approximately 15 ms to approximately 30 ms, in particular approximately 20 ms.
  • Such motor controls 21 can comprise a speed control.
  • U BEMF is recorded as a measured variable in the control circuit of the motor 1, and the pulse/pause ratio during the control of the motor 1 is controlled such that U BEMF assumes a predetermined value.
  • the speed of the spindle 7 can, for example, be kept constant or adjusted as a function of time according to a function predetermined in the motor control 21.
  • the motor control 21 can, for example, comprise two or more different default values for the speed ⁇ , which are activated at predetermined times during or after the start of the winding process. For example, it is possible to gradually reduce the rotational speed ⁇ of the spindle 7.
  • the peripheral speed of the wound sewing thread can be reduced before the friction surface 13 of the brake body 11 comes into contact with the sewing thread.
  • the spindle 7 can thus be driven at optimized rotational speeds ⁇ in order, for example, to wind sewing thread onto a thread spool 9 in the shortest possible time.
  • the rotational speed ⁇ can be reduced in good time before the friction surface 13 of the brake body 11 comes into contact with the wound sewing thread in order to enable gentle braking by the brake body 11.
  • the delay time until the speed is reduced or the corresponding duration after starting the winding process can be predefined in the motor control 21, for example. Since the time at which the friction surface 13 hits the wound sewing thread depends on various parameters, one or more different times for reducing the speed can optionally be specified depending on at least one of these parameters. Such parameters are, for example, the thread or sewing thread thickness, the average thread length wound per unit of time, dimensions of the Thread spool 9 such as the tube diameter, the radius R or the mutual distance H of the spool flanges 9a, the reference distance C 0 of the friction surface 13 to the spindle axis A' and, if applicable, the outer diameter of wound sewing thread or the degree of filling of the thread spool 9 at the beginning of the winding process.
  • the detection of the reverse voltage U BEMF is particularly advantageous because it can be performed at time intervals in which the control circuit of motor 1 is interrupted. Interference from the voltage source 23 is therefore negligible.
  • the motor controller 21 can include stored control rules for detecting the reverse voltage U BEMF for further purposes.
  • the motor controller 21 can be designed to detect the reverse voltage U BEMF even when the spindle 7 and thus also the drive shaft of the motor 1 are rotated manually, wherein the voltage source 23 is inactive and/or the motor circuit is interrupted. Depending on the direction of rotation of the spindle 7, a reverse voltage U BEMF with a positive or negative sign is then generated, which is detected by a voltage sensor of the motor controller 21.
  • the spindle 7 or the drive shaft of the motor 1 can thus be used as a user interface for controlling the winding device or other parts of the sewing machine.
  • the state of a visual or acoustic display or representations on a graphical user interface can be changed to support required user actions for winding sewing thread onto the thread spool 9 as soon as the spindle 7 is manually rotated.
  • the motor controller 21 can include stored control rules to check the direction of rotation of the motor 1 when manually winding the first turns of sewing thread and to issue an alarm signal if this does not match the direction of rotation of the motor 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Sewing Machines And Sewing (AREA)

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist eine Spulervorrichtung einer Nähmaschine und ein Verfahren zum Steuern oder Regeln der Drehzahl (ω) des Motors einer Spulervorrichtung. Nähmaschinen umfassen in der Regel eine Spulervorrichtung zum Aufwickeln von Nähgarn auf eine Unterfadenspule. Solche Unterfadenspulen, auch kurz Fadenspulen genannt, umfassen einen zylindrischen Wellenabschnitt, der axial beidseits von je einem Flansch begrenzt ist. Die Fadenspule wird auf eine motorisch antreibbare Spindel der Spulervorrichtung gesteckt und drehfest mit dieser verbunden. Durch Rotieren der Spindel wird der Faden bzw. das Nähgarn von einem Fadenvorrat abgezogen und zwischen den Flanschen auf den Wellenabschnitt der Fadenspule aufgewickelt. Der Aussendurchmesser des aufgewickelten Nähgarns darf nicht grösser sein als der Aussendurchmesser der Flansche.
  • Zum Antreiben der Spindel können Spulervorrichtungen einen eigenen Spulermotor umfassen. Alternativ kann auch eine Kupplungsvorrichtung zum temporären Koppeln der Spindel mit einem Antrieb, insbesondere mit dem Hauptantrieb der Nähmaschine vorgesehen sein.
  • Es sind unterschiedliche Vorrichtungen bekannt, mit denen der Antrieb der Spindel beim Erreichen einer in der Regel einstellbaren Maximalfüllung der Fadenspule gestoppt werden kann.
  • Aus der US2020340159A1 ist eine Spulervorrichtung bekannt, die einen schwenkbaren Sensorhebel und einen durch diesen Sensorhebel betätigbaren Schalter umfasst. Der Sensorhebel wird durch die Kraft einer Feder in einer ersten Schwenklage gehalten. Dabei ragt ein Kontaktelement in den Zwischenraum zwischen den Flanschen einer leeren Spule hinein, wenn diese auf die antreibbare Spindel der Spulervorrichtung aufgesteckt ist. Beim Aufwickeln von Nähgarn auf die Spule vergrössert sich der Durchmesser des aufgewickelten Nähgarns. Sobald dieses Nähgarn in Kontakt mit dem Kontaktelement gelangt verdrängt es den Sensorhebel aus der ersten Schwenklage in Richtung einer zweiten Schwenklage. Beim Erreichen dieser vorgebbaren zweiten Schwenklage betätigt der Sensorhebel den Schalter. Sobald eine Steuerung diese Zustandsänderung detektiert, wird der Spulermotor ausgeschaltet. Durch Justieren der Sensorhebelanordnung kann der Schaltpunkt so festgelegt werden, dass der Spulermotor beim Erreichen eines maximalen Füllgrades der Spule gestoppt wird.
  • Aus der JP2021016398A ist eine weitere Spulervorrichtung bekannt, bei der ein Hebel beim Aufwickeln von Nähgarn durch Anlage am Nähgarn entgegen der Haltekraft eines ersten Magneten aus einer ersten Schwenklage verdrängt wird. Mittels eines Hallelements und eines am Hebel angeordneten weiteren Magneten wird die Schwenklage des Hebels erfasst. Sobald dieser eine vorgegebene zweite Schwenklage erreicht, gibt die Steuerung einen tieferen Sollwert zum Regeln der Drehzahl des Spulermotors vor. Die Drehzahl wird mittels eines Drehgebers erfasst. Beim Erreichen der maximalen Füllung der Spule wird der Motor gestoppt. Eine am Hebel ausgebildete Kralle greift dann formschlüssig in eine entsprechende Vertiefung an der Aussenseite des Motors ein.
  • Solche herkömmlichen Vorrichtungen zum Stoppen des Spindelantriebs beanspruchen vergleichsweise viel Platz und sind komplex und teuer.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine vergleichsweise einfache, platzsparende und kostengünstig herstellbare Spulervorrichtung und ein geeignetes Verfahren zum Steuern der Motordrehzahl einer solchen Spulervorrichtung zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Spulervorrichtung gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren gemäss Anspruch 11.
  • Die Spulervorrichtung umfasst einen Spulermotor, fortan auch kurz Motor genannt, und eine direkt oder indirekt mittels einer Übertragungseinrichtung von diesem Motor antreibbare Spindel, die zum wiederlösbaren drehfesten Befestigen einer Unterfadenspule ausgebildet ist. Die Spindel und vorzugsweise auch der Motor sind an einem Träger angeordnet, an dem auch ein Bremskörper mit einer Reibfläche so gehalten ist, dass der Abstand der Reibfläche zur Spindel veränderbar ist. Vorzugsweise ist der Bremskörper schwenkbar am Träger gelagert.
  • Wenn eine Fadenspule koaxial an der Spindel gehalten ist, liegt die Reibfläche des Bremskörpers radial beabstandet zur Spindelachse im Wesentlichen im Bereich zwischen den beiden Flanschen der Fadenspule. Durch die Kraft einer Feder wird der Bremskörper bzw. der Abschnitt des Bremskörpers mit der Reibfläche radial in Richtung der Spindelachse gedrückt. Am Träger und am Bremskörper können zusammenwirkende Anschläge angeordnet sein, die den Bewegungsspielraum des Bremskörpers in Richtung der Spindelachse begrenzen. Vorzugsweise ist die Lage zumindest eines dieser Anschläge z.B. mittels einer Justierschraube einstellbar. Für den Bremskörper kann so eine Endlage festgelegt werden, in der er durch die Wirkung der Federkraft gehalten wird. Die Reibfläche des Bremskörpers ist dann in einer Referenzlage mit einem definierten Abstand zur Spindelachse angeordnet. Die Referenzlage wird in der Regel so vorgegeben, dass der Abstand der Reibfläche zur Spindelachse geringfügig kleiner ist als die Flanschradien der Fadenspule. Dadurch wird sichergestellt, dass das Nähgarn beim Aufwickeln auf die Fadenspule in Kontakt mit der Reibfläche gelangt, solange der Aussendurchmesser des aufgewickelten Nähgarns kleiner oder gleich gross ist wie der Durchmesser der Spulenflansche. Vorzugsweise ist der Bremskörper im Bereich der Reibfläche konvex gewölbt. Die Krümmung bzw. die Krümmungsachsen der Reibfläche und der an der Spindel befestigten Fadenspule können im Wesentlichen orthogonal zueinander ausgerichtet sein. Beim Aufstecken der Fadenspule auf die Spindel trifft deshalb der in Aufsteckrichtung vordere Spulenflansch zuerst in einem weiter von der Spindelachse entfernten äusseren Bereich der Reibfläche auf den Bremskörper. Der Spulenflansch übt dabei eine radial nach aussen wirkende Kraft auf den Bremskörper aus. Dieser wird vom Spulenflansch entgegen der wirkenden Federkraft radial nach aussen verdrängt, sodass die Spule weiter in ihre Solllage geschoben und mit der Spindel verbunden werden kann. Sobald der Spulenflansch das Hindernis bzw. die radial am nächsten bei der Spindelachse gelegene Stelle der Reibfläche überwunden hat, wird der Bremskörper durch die Kraft der Feder wieder in seine durch die Anschläge definierte Endlage bewegt. Bei solchen Anordnungen können Fadenspulen einfach auf die Spindel aufgesteckt und mit dieser verbunden sowie in umgekehrter Richtung auch wieder von der Spindel getrennt werden. Vorzugsweise ist die Reibfläche in zwei Dimensionen gekrümmt.
  • Bei alternativen Ausführungsformen könnte die Reibfläche an einem elastisch verformbaren Abschnitt des Bremskörpers ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Lage des Bremskörpers z.B. mittels einer Justierschraube einstellbar, sodass die Reibfläche im gewünschten Referenzabstand zur Spindelachse positioniert werden kann. Eine zusätzliche Feder zum Einstellen der Lage des Bremskörpers ist zwar möglich, aber nicht notwendigerweise erforderlich. Der elastisch verformbare Abschnitt des Bremskörpers mit der Reibfläche kann z.B. eine Blattfeder umfassen und ist vorzugsweise nicht oder nur wenig vorgespannt, wenn die Reibfläche sich im Referenzabstand zur Spindelachse befindet.
  • In der Regel sind der Motor und die Spindel koaxial zueinander angeordnet und direkt miteinander gekoppelt, sodass deren Drehzahlen identisch sind. Der Motor ist vorzugsweise ein DC-Motor. Alternativ könnten der Motor und die Spindel auch in anderer Weise, z.B. über ein Getriebe oder einen Antriebsriemen mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Über- bzw. Untersetzungsverhältnis miteinander gekoppelt sein.
  • Beim Aufwickeln von Nähgarn auf die Fadenspule wird der Motor von einer Motorsteuerung kontrolliert angesteuert. Die Motorsteuerung ist in der Regel ein Teil einer Nähmaschinensteuerung, die zusätzlich zur Steuerung des Motors weitere Funktionen der Nähmaschine steuert. Der Aussendurchmesser und die Masse des aufgewickelten Nähgarns sowie das Trägheitsmoment dieses Systems vergrössern sich dabei kontinuierlich. Dies gilt auch für die Umfanggeschwindigkeit des aufgewickelten Nähgarns und für den Reibungswiderstand des Nähgarns beim Aufwickeln. Dem antreibenden Drehmoment des Motors wirkt ein bremsendes Drehmoment des Nähgarns entgegen, das mit zunehmendem Aussendurchmesser grösser wird. Falls der Motor gleichbleibend bzw. nicht geregelt angesteuert wird, nimmt die Drehgeschwindigkeit der Spindel beim Aufwickeln des Nähgarns aufgrund der zunehmenden Belastung des Motors leicht ab.
  • Sobald das Bremsmoment des Bremskörpers einsetzt, vergrössert sich die Abnahmerate der Drehgeschwindigkeit. Die Drehgeschwindigkeit des Motors und/oder deren zeitliche Änderungsrate oder deren Beträge können als Messgrössen zum Erkennen eines durch die Lage des Bremskörpers definierten Füllgrades der Fadenspule verwendet werden. Für diesen Zweck wird der Bremskörper in einer vorgebbaren Lage relativ zur Spindelachse angeordnet bzw. justiert. Zusätzlich werden bei der Motorsteuerung ein Vergleichswert für die Drehgeschwindigkeit und/oder ein Vergleichswert für die Änderungsrate der Drehgeschwindigkeit der Spindel bzw. des Motors festgelegt. Messgrössen und Vergleichsgrössen für diese Messgrössen können je nach Ausführungsform der Spulervorrichtung nur betragsmässig erfasst bzw. vorgegeben sein oder alternativ mit dem jeweiligen positiven oder negativen Vorzeichen.
  • Unterschreiten bzw. Überschreiten die erfassten Werte bzw. entsprechende gemittelte Werte die zugehörigen Grenzwerte bzw. Vergleichswerte, veranlasst die Motorsteuerung geeignete Massnahmen wie z.B. das sofortige oder verzögerte Unterbrechen der Stromzufuhr zum Motor.
  • Die Drehgeschwindigkeit des Motors und deren Änderungsrate sind allgemein Parameter, deren Werte sich durch die Wirkung des Bremskörpers messbar signifikant verändern. Ein weiterer Parameter, der sich in Abhängigkeit der Belastung des Motors ändert, ist die elektromotorische Gegenkraft, auch kurz CEMF bzw. BEMF für "counter electromotoric force" bzw. "back electromotoric force" genannt. Sie ist im Wesentlichen proportional zur Drehgeschwindigkeit der vom Motor angetriebenen Spindel und repräsentiert somit die Drehgeschwindigkeit. Die BEMF ist proportional zu einer Rückwärtsspannung UBEMF, die in den elektrisch leitenden Windungen der Motorspule aufgrund der Relativbewegung im Magnetfeld des Motors induziert wird. Die Rückwärtsspannung UBEMF ist der antreibenden Ansteuerspannung UA der Motorsteuerung entgegengerichtet. Wenn der Motor nahezu unbelastet ist, rotiert er mit seiner Leerlaufdrehzahl. Der Betrag der Rückwärtsspannung UBEMF ist dann näherungsweise gleich gross wie die Ansteuerspannung UA, und die wirksame Motorspannung UM, also die Differenz der Spannungsbeträge UA-UBEMF ist klein.
  • Wenn der Motor nicht rotiert, ist die Rückwärtsspannung UBEMF gleich null. Die wirksame Motorspannung UM bzw. die Spannungsdifferenz UA - UBEMF im Ansteuerstromkreis des Motors bestimmt im Wesentlichen den Motorstrom IM und damit auch die Antriebsleistung des Motors.
  • Messgrössen wie z.B. die von der Spannungsquelle der Motorsteuerung erzeugte Quellenspannung UQ, die effektiv am Motor anliegende Motorspannung UM = UA - UBEMF und der Motorstrom IM können z.B. während vorgebbarer Zeitintervalle im Ansteuerstromkreis des Motors erfasst werden. Dies ist vergleichsweise einfach, z.B. mittels Spannungsteilern und/oder Shunts in an sich bekannter Weise möglich. Zusätzliche Sensoren wie z.B. Hallsensoren oder Drehgeber mit optischen Sensoren sind nicht erforderlich.
  • Die Quellenspannung UQ ist die von der Spannungsquelle ohne angeschlossene Last bereitgestellte Ausgangsspannung. Bei angeschlossener Last bewirkt der im Stromkreis fliessende Strom wegen des Innenwiderstandes RQ der Spannungsquelle einen Spannungsabfall, sodass die tatsächliche Ausgangsspannung bzw. die Ansteuerspannung UA kleiner ist als die Quellspannung UQ.
  • Bei einigen Ausführungsformen der Spulervorrichtung kann die Motorsteuerung z.B. mittels eines elektronischen Schalters im Ansteuerstromkreis des Motors die Stromzufuhr zum Motor periodisch, z.B. alle 20ms, kurzzeitig, z.B. während jeweils etwa 2ms, unterbrechen. In diesem Zeitfenster fällt der Spannungsanteil der Spannungsquelle der Motorsteuerung auf null. Parallel zum Motor ist in der Regel eine Freilaufdiode in Sperrrichtung angeordnet, sodass im Motor durch die Schaltvorgänge induzierte Spannungen durch Entladung über diese Freilaufdiode neutralisiert werden können. Gegen Ende jedes Unterbrechungsintervalls kann die Motorsteuerung direkt den Wert der Rückwärtsspannung UBEMF messen. Insbesondere kann z.B. motorseitig bzw. nachgelagert zum elektronischen Schalter mittels eines A/D-Wandlers die Spannung an den Verbindungsleitungen zum Motor erfasst werden. Alternativ kann z.B. die Ladedauer bzw. Entladedauer eines Kondensators ermittelt werden, der über einen Widerstand mit der Rückwärtsspannung UBEMF geladen bzw. ausgehend von UBEMF entladen wird. Die Dauer bis zum Erreichen einer vorgegebenen Referenzspannung ändert sich in Abhängigkeit der Rückwärtsspannung UBEMF. Bei Bedarf kann daraus z.B. über eine Look-up-Tabelle der zugehörige Wert der Rückwärtsspannung UBEMF ermittelt werden.
  • Die Erfassung der Rückwärtsspannung UBEMF ist auch bei Ausführungsformen der Spulervorrichtung möglich, bei denen die Ansteuerspannung UA für den Motor durch Pulsweitenmodulation gesteuert oder geregelt wird. Die Ansteuerfrequenz liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 16kHz bis etwa 32kHz, also oberhalb des vom menschlichen Ohr hörbaren Bereichs und tief genug, um Schaltverluste möglichst gering zu halten.
  • Bei drehzahlgeregelten Spulervorrichtungen wird allgemein eine die tatsächliche Drehgeschwindigkeit repräsentierende Regelgrösse erfasst und als Rückführgrösse zusammen mit einer vorgegebenen Solldrehzahl als Führungsgrösse zu einer Stellgrösse zum Ansteuern des Motors verarbeitet. Anstelle von mittels Drehgebern oder Hallsensoren erfassten Messgrössen kann die Rückwärtsspannung UBEMF als Rückführgrösse des Regelkreises genutzt werden. Bei einer Motorsteuerung kann die Rückwärtsspannung UBEMF direkt im Ansteuerstromkreis des Motors erfasst und als gleichwertige Messgrösse zur Drehgeschwindigkeit verwendet werden. Spulervorrichtungen, bei denen die Drehzahl des Motors basierend auf der Rückwärtsspannung UBEMF ermittelt wird, sind vergleichsweise einfach, klein und kostengünstig.
  • Vorzugsweise umfasst die Motorsteuerung mindestens einen gespeicherten oder in anderer Weise, z.B. mittels eines Spannungsteilers vorgegebenen Grenz- bzw. Vergleichswert für die Rückwärtsspannung UBEMF. Mit zusätzlichen Überwachungsmitteln wie z.B. einem als Programmcode eines Steuerprogramms gespeicherten Überwachungsprozess, kann die Motorsteuerung erkennen, wenn die Rückwärtsspannung UBEMF über einen Vergleichswert steigt oder darunter sinkt und in der Folge geeignete weitere Prozessschritte wie z.B. die Unterbrechung der Stromzufuhr zum Motor veranlassen.
  • Der Vergleichswert kann z.B. ausreichend tief festgelegt werden, sodass die Motorsteuerung nur ein starkes Absinken der Motordrehzahl aufgrund der Bremswirkung des Bremskörpers zuverlässig erkennt. Sinkt die Drehzahl beim Aufwickeln von Nähgarn jedoch nur leicht aufgrund der zunehmenden Last des Nähgarns, so bleibt sie oberhalb des vorgegebenen Vergleichswertes.
  • Die Motorsteuerung kann Mittel zum kontinuierlichen oder schrittweisen Ändern der bereitgestellten Ansteuerspannung UA für den Motor umfassen. Insbesondere kann z.B. das Puls/Pausen-Verhältnis einer getakteten Spannungsquelle nach vorgegebenen Regeln durch ein Steuerprogramm schrittweise oder kontinuierlich verringert oder direkt auf null gesetzt werden, sobald die Drehzahl bzw. die Rückwärtsspannung UBEMF unter einen vorgegebenen Grenzwert sinkt.
  • Solche Motorsteuerungen, bei denen die Motordrehzahl anhand der Rückwärtsspannung UBEMF überwacht wird, können vergleichsweise einfach und zuverlässig ein Absinken der Motordrehzahl erfassen und in Abhängigkeit dieser Drehzahl z.B. die Stromzufuhr zum Motor unterbrechen oder die Sollgrösse zum Regeln der Motordrehzahl anpassen bzw. reduzieren.
  • Bei weiteren Ausführungsformen der Spulervorrichtung können anstelle von oder zusätzlich zur Rückwärtsspannung UBEMF andere elektrische Messgrössen des Motors erfasst werden, bei denen durch das Einwirken des Bremskörpers typische Änderungen auftreten. Eine weitere Messgrösse ist z.B. der Motorstrom IM. Die Motorsteuerung kann z.B. den Motorstrom IM mittels eines Shunts, also eines kleinen elektrischen Widerstandes, im Motorstromkreis erfassen. Dabei wird die Shuntspannung ausgewertet.
  • Der Motorstrom IM nimmt mit zunehmender Belastung des Motors zu. Erst wenn der Motor durch die Wirkung des Bremskörpers signifikant stärker belastet wird, übersteigt der Motorstrom IM bzw. eine dem Motorstrom IM entsprechende Messgrösse, die vorzugsweise mittels eines Tiefpassfilters geglättet ist, einen vorgegebenen Vergleichswert. Sobald die Motorsteuerung erkennt, dass der Wert der Messgrösse höher ist als der Vergleichswert, veranlasst sie geeignete Massnahmen wie das Unterbrechen der Stromzufuhr zum Motor.
  • Optional können in der Motorsteuerung Kennwerte des Innenwiderstands RQ der Spannungsquelle und der von der Spannungsquelle bereitgestellten Quellenspannung UQ gespeichert sein. Bei solchen Motorsteuerungen kann das Steuerprogramm Programmcode zum Berechnen des Betrags der Rückwärtsspannung UBEMF basierend auf dem erfassten und vorzugsweise gemittelten Motorstrom IM umfassen. Es gilt UBEMF = UA - UM , wobei UA = UQ - (RQ x Im).
  • Anhand einiger Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben. Dabei zeigen
    • Figur 1
    ein Detail einer Spulervorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
    Figur 2
    die Vorrichtung aus Figur 1 mit einer Fadenspule,
    Figur 3
    eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäss Figur 1,
    Figur 4
    eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäss Figur 2,
    Figur 5
    ein Blockschaltbild mit einer Motorsteuerung der Spulervorrichtung,
    Figur 6
    ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Spulendrehzahl beim Aufwickeln von Nähgarn bei einer Spulervorrichtung ohne Drehzahlregelung,
    Figur 7
    ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Motordrehzahl und der Änderungsrate der Motordrehzahl beim Aufwickeln von Nähgarn bei einer Spulervorrichtung mit Drehzahlregelung,
    Figur 8
    ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Motorspannung UM beim periodischen Ansteuern mit einer Serie von Spannungspulsen.
  • Figur 1 zeigt perspektivisch eine Teilansicht einer Spulervorrichtung, Figur 3 eine Seitenansicht davon.
  • Die Spulervorrichtung umfasst einen Spulermotor, fortan auch kurz Motor 1 genannt, und eine Bremsvorrichtung 3, die an einem gemeinsamen Träger 5 befestigt sind. Eine vom Motor 1 antreibbare Spindel 7 ist koaxial zur Motorachse A bzw. zur Antriebswelle des Motors 1 angeordnet und drehfest mit dieser verbunden. Die Spindelachse A' und die Motorachse A sind bei dieser Ausführungsform identisch. Alternativ könnte die Spindel 7 auch mittels einer Übertragungsvorrichtung wie z.B. eines Getriebes mit dem Motor 1 gekoppelt oder koppelbar sein (nicht dargestellt). Die Spindel 7 ist direkt oder indirekt mittels des Motors 1 drehbar am Träger 5 gelagert. Sie kann z.B. einen freien Endabschnitt mit einem ersten Aussendurchmesser D1 von beispielsweise etwa 6mm zum Aufstecken und Abziehen einer Fadenspule 9 umfassen. Daran angrenzend kann die Spindel 7 z.B. einen Absatz mit einem grösseren Aussendurchmesser D2 umfassen. Dieser Absatz ist ein Anschlag für einen Endflansch 9a der Fadenspule 9 und definiert deren axiale Lage, wenn die Fadenspule 9 auf die Spindel 7 aufgesteckt und wiederlösbar drehfest mit dieser verbunden ist. Dies ist in den Figuren 2 und 4 dargestellt, die im Wesentlichen den Figuren 1 und 3 mit an der Spindel 7 befestigter Fadenspule 9 entsprechen. Die Fadenspule 9 umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Hülse 9b, an deren Enden in einem axialen Abstand H zueinander zwei Endflansche 9a radial hervorragen. Der axiale Abstand H der Endflansche 9a kann je nach Ausführungsform der Fadenspule 9 z.B. in der Grössenordnung von etwa 10mm bis etwa 12mm liegen. Die Hülse 9b kann aussen bündig zu den Endflanschen 9a angeordnet sein. Alternativ kann die Hülse 9b die Endflansche 9a leicht überragen, z.B. auf jeder Seite bis zu 1mm. Die Höhe der Fadenspule 9 kann deshalb etwas grösser sein als der Abstand H der Endflansche 7a. Bei einer verbreiteten Ausführungsform der Fadenspule 9 betragen die Aussendurchmesser der Endflansche etwa 20.5mm und die Höhe etwa 11.8mm.
  • Vorzugsweise ist die Länge L des freien Endabschnitts der Spindel 7 auf die Höhe der aufzunehmenden Fadenspulen 9 abgestimmt, sodass die Länge L in der Grössenordnung von 0.5 H bis 1.5 H liegt. Dies ist platzsparend und ermöglicht ein einfaches Aufstecken und Abziehen von Fadenspulen 9.
  • Die Bremsvorrichtung 3 umfasst einen Bremskörper 11 in Gestalt eines z.B. hammerförmigen Hebels mit einem Schwenkarm, der um eine Schwenkachse B schwenkbar neben dem Motor 1 am Träger 5 gelagert ist, und mit einem Kopf, der beabstandet zur Schwenkachse B seitlich am Schwenkarm hervorragt. Dies ist in Figur 3 durch den Doppelpfeil P dargestellt. Die Schwenkachse B des Bremskörpers 11 und die Spindelachse A' sind im Wesentlichen orthogonal zueinander angeordnet. Die Spindelachse A' liegt in der Schwenkebene des Bremskörpers 11. Bei alternativen Ausführungsformen könnten die Schwenkachse B auch parallel zur Spindelachse A' ausgerichtet und die Schwenkebene des Bremskörpers 11 in einer Orthogonalebene zur Spindelachse A' angeordnet sein. (nicht dargestellt).
  • Bei einem beabstandet zur Schwenkachse B angeordneten ersten Endbereich des Schwenkarms umfasst der Bremskörper 11 einen in Richtung der Spindelachse A' hervorragenden Abschnitt mit einer Reibfläche 13.
  • Durch Schwenken des Bremskörpers 11 um die Schwenkachse B kann der radiale Abstand C der Reibfläche 13 von der Spindelachse A' verändert werden. Allgemein kann der Bremskörper 11 geführt bewegt werden, wobei sich der Abstand C der Reibfläche 13 zur Spindelachse A' in Abhängigkeit der jeweiligen Lage des Bremskörpers 11 ändert. In einer Endlage, die auch als Referenzlage bezeichnet wird, ist dieser Abstand C minimal. Dieser minimale Abstand C wird auch als Referenzabstand C0 bezeichnet. Vorzugsweise umfasst die Spulervorrichtung Einstellmittel zum Justieren des Referenzabstandes C0. Alternativ kann der Referenzabstand C0 auch fest vorgegeben sein. In der Regel wird der Referenzabstand C0 durch einen ersten Anschlag 15a am Bremskörper 11 und einen zweiten Anschlag 15b am Träger 5 festgelegt, welche gemeinsam den Bewegungsspielraum des Bremskörpers 11 in Richtung der Spindelachse A' begrenzen. Vorzugsweise ist die Lage mindestens eines dieser Anschläge 15a, 15b veränderbar. Bei der Ausführungsform gemäss den Figuren 1 bis 4 ist der erste Anschlag 15a ein am Bremskörper 11 hervorragender Absatz und der zweite Anschlag 15b das vordere Ende einer Justierschraube, die in ein Gewinde am Träger 5 eingeschraubt ist. Durch Drehen der Justierschraube kann die Lage des zweiten Anschlags 15b einfach eingestellt werden. Dieser zweite Anschlag 15b definiert durch Anlage am ersten Anschlag 15a des Bremskörpers 11 dessen Referenzlage und damit auch den Referenzabstand C0 der Reibfläche 13 zur Spindelachse A'. Der Bremskörper 11 wird durch die Kraft eines Rückstellmittels, beispielsweise einer Feder 17, in der Referenzlage gehalten. Die Feder 17 kann z.B. eine Schraubenfeder sein, die zwischen dem Träger 5 und dem Hebelarm des Bremskörpers 11 gespannt gehalten ist. In der Referenzlage ist die Feder 17 leicht vorgespannt, sodass sie den Bremskörper 11 in der Referenzlage zu halten vermag. Bei den Darstellungen in den Figuren 1 bis 4 ist das hakenförmig gebogene eine Ende der Feder 17 lose. Zum Verwenden des Spulervorrichtung wird die Feder 17 gespannt, indem dieses Ende in einer angrenzenden Bohrung 18 am Bremskörper 11 eingehakt wird.
  • Wenn eine Fadenspule 9 an der Spindel 7 befestigt ist, liegt der Abschnitt des Bremskörpers 11 mit der Reibfläche 13 im Wesentlichen zwischen zwei Ebenen, die durch die parallelen Endflansche 9a der Fadenspule 9 definiert sind. Die Reibfläche 13 des Bremskörpers 11 kann zumindest abschnittweise konvex ausgebildet sein. Bei solchen Bremskörpern 11 kann die Referenzlage so vorgegeben werden, dass zumindest ein Abschnitt der Reibfläche 13 geringfügig in den Bereich zwischen den Endflanschen 9a der Fadenspule 9 eintaucht. Der Referenzabstand C0 der Reibfläche 13 ist dann etwas kleiner als der Aussenradius R (Fig. 4) jedes der Endflansche 9a. Der Referenzabstand C0 kann z.B. in der Grössenordnung von 85% bis 100% des Aussenradius R der Endflansche 9a liegen. Beim Aufwickeln von Nähgarn auf die Fadenspule 9 bewirkt dies, dass das auf die Hülse 9b aufgewickelte Nähgarn in Kontakt mit der Reibfläche 13 gelangt, bevor der maximale Wickelradius des Nähgarns den Wert des Aussenradius R der Endflansche 9a erreicht.
  • Bei solchen Anordnungen verdrängt der untere Endflansch 9a einer Fadenspule 9 den Bremskörper 11 entgegen der wirkenden Federkraft nach aussen, wenn die Fadenspule 9 auf die Spindel 7 aufgesteckt oder von der Spindel 7 abgezogen wird. Die Federkonstante der Feder 17 ist so bemessen, dass der Kraftaufwand zum Verdrängen des Bremskörpers 11 aus der Referenzlage in eine Passierlage, bei der der Abstand C der Reibfläche 13 zur Spindelachse A' dem Radius R der Spulenflansche 9a entspricht, eher klein ist, beispielsweise etwa 0.5N bis etwa 5N.
  • Der Reibungskoeffizient der Reibfläche 13 mit üblichen Nähgarnen ist jedoch ausreichend gross, damit sich mindestens eine elektrische Kenngrösse im Ansteuerstromkreis des Motors 1 signifikant bzw. eindeutig messbar verändert, sobald die Reibfläche 13 während des Aufwickelvorgangs in Kontakt mit dem aufgewickelten Nähgarn gelangt und eine Bremskraft bzw. ein Bremsmoment auf die bewickelte Fadenspule 9 ausübt.
  • Durch weiteres Aufwickeln von Nähgarn vergrössert sich der Durchmesser des aufgewickelten Nähgarns weiter, wodurch der Bremskörper 11 entgegen der Kraft der Feder 17 aus der Referenzlage verdrängt wird. Dabei vergrössert sich zunehmend die vom Bremskörper 11 auf die Fadenspule 9 mit dem aufgewickelten Nähgarn ausgeübte Bremskraft. Diese zusätzliche Belastung des Motors 1 kann anhand von elektrischen Messgrössen im Ansteuerstromkreis des Motors 1 detektiert werden.
  • Der Bremskörper 11 ist vorzugsweise aus einem formstabilen Kunststoff gefertigt. Er kann insbesondere ein Spritzgiessteil aus Kunststoff umfassen. Optional kann der Bremskörper 11 im Bereich der Reibfläche 13 entsprechend der zu erzielenden Bremswirkung aus einem anderen Material gefertigt sein, das z.B. abriebfest ist und/oder einen höheren Reibungskoeffizienten hat. Zusätzlich oder alternativ kann die Reibfläche 13 Strukturen wie z.B. Rippen umfassen.
  • Optional kann der Bremskörper 11 eine integrierte Klinge 14 umfassen zum einfachen Durchtrennen des Nähgarns nach dem Abschluss des Aufwickelvorgangs.
  • Der Motor 1 bzw. mindestens eine Spule des Motors 1 ist über zwei elektrische Leiter 22 mit einer Motorsteuerung 21 verbunden. Die Motorsteuerung 21 umfasst wie in Figur 5 dargestellt eine Spannungsquelle 23, die in der Regel von einem Mikrocontroller 25 gesteuert eine Quellenspannung UQ generiert. Aufgrund des Innenwiderstandes RQ der Spannungsquelle 23 ist die Ausgangsspannung bzw. Ansteuerspannung UA zum Ansteuern des Motors 1 lastabhängig und somit kleiner oder gleich der Quellenspannung UQ. Die Spannungsquelle 23 ist über die elektrischen Leiter 22 mit dem Motor 1 zu einem Ansteuerstromkreis verbunden.
  • Vorzugsweise umfasst mindestens einer dieser Leiter 22 in der Motorsteuerung 21 einen elektronischen Schalter 27 zum Unterbrechen und Schliessen dieses Stromkreises. Die Motorsteuerung 21 kann bei solchen Schaltern 27 spannungsquellenseitig und/oder motorseitig Mittel zum Erfassen der Spannung zwischen den Leitern 22 umfassen. Insbesondere kann z.B. zwischen den Leitern 22 ein Spannungsteiler aus zwei hochohmigen Widerständen angeordnet und mit einer Messvorrichtung der Motorsteuerung 21 zum Messen der Mittenspannung verbunden sein (nicht dargestellt). Die Mittenspannung ist im Verhältnis der Widerstandswerte proportional zur Spannung zwischen den Leitern 22. In der Regel ist zwischen den Leitern 22 eine Freilaufdiode kurz Diode 24 in Sperrrichtung angeordnet. Über diese Diode 24 kann beim Trennen des Stromkreises ein Entladestrom der Motorspule fliessen.
  • Ist der Stromkreis durch den Schalter 27 unterbrochen, kann die Motorsteuerung 21 auf Seite der Spannungsquelle 23 die Quellenspannung UQ ermitteln. Auf Seite des Motors 1 kann die Motorsteuerung 21 kurz nach dem Unterbrechen des Stromkreises, d.h. nach einer Abklingzeit von etwa 1 bis 3 ms, die momentane Rückwärtsspannung UBEMF des Motors 1 ermitteln. Diese ist proportional zur Drehzahl des Motors.
  • Vorzugsweise umfasst die Motorsteuerung 21 in einem der Leiter 22 einen Shunt 29 bzw. einen Widerstand RS mit einem kleinen Wert in der Grössenordnung von z.B. einem Ohm, der die Ermittlung des Motorstroms IM anhand des Spannungsabfalls US = IM x RS ermöglicht. Der Shunt 29 ist seriell mit dem Motor 1 zwischen den Leitern 22 des Motorstromkreises angeordnet. Mit einer Messeinrichtung (nicht dargestellt) kann der Spannungsabfall über dem Shunt 29 gemessen werden. Dieser ist proportional zum Motorstrom IM.
  • Die Belastung des Motors 1 nimmt beim Aufwickeln von Nähgarn infolge des sich vergrössernden Trägheitsmoments der Spulenanordnung und des zunehmenden Nähgarnwiderstandes zu. Sobald der Bremskörper 11 eine zusätzliche Bremskraft auf die Spulenanordnung ausübt, nimmt die Belastung plötzlich stärker zu. Dies wirkt sich aus auf elektrische Parameter wie den Motorstrom IM, die Ansteuerspannung UA, die Motorspannung UM und die Rückwärtsspannung UBEMF. Die Motorsteuerung 21 ist dazu ausgebildet, mindestens einen dieser Parameter zu überwachen, indem sie dessen Werte mittels einer Sensoreinrichtung im Ansteuerstromkreis des Motors 1 erfasst und mit einem für diesen Parameter vorgegebenen Vergleichswert vergleicht. Wenn der ermittelte Parameterwert wegen der zunehmenden Belastung des Motors 1 den Vergleichswert übersteigt bzw. darunter sinkt, veranlasst die Motorsteuerung 21 geeignete Massnahmen wie z.B. die Unterbrechung des Ansteuerstromkreises mit einem der Schalter 27 und/oder die Reduktion der Quellenspannung UQ in einem oder mehreren Schritten auf 0V. Dies ist insbesondere möglich mit einer getakteten Spannungsquelle 23, bei der die Quellenspannung UQ durch Änderung des Duty-Cycle bzw. des Puls-Pausen-Verhältnisses von Spannungspulsen verändert werden kann.
  • Bei Figur 6 zeigt die fette Linie L1 den zeitlichen Verlauf der Drehzahl ω einer Spindel 7 in Umdrehungen pro Minute (rpm) beim Aufspulen von Nähgarn, wobei der Motor 1 mit einer nicht geregelten Gleichspannung angesteuert wird. Sobald der Motor 1 mit der Spannungsquelle 23 verbunden ist, steigt die Drehzahl bis zu einem Maximalwert und sinkt dann aufgrund der zunehmenden Belastung des Motors 1 kontinuierlich. Am Punkt P1 setzt die Bremswirkung des Bremskörpers 11 ein. Die Drehzahl ω sinkt danach signifikant stärker und fällt kurz danach bei Punkt P2 unter einen vorgegebenen Vergleichswert ωS. Die Motorsteuerung 21 erkennt dies und kann das Abschalten des Motors 1 veranlassen.
  • Bei Figur 7 zeigt die fette Linie L2 in analoger Weise den zeitlichen Verlauf der Drehzahl ω der Spindel 7, wobei die Motorsteuerung 21 die Drehzahl ω auf einen vorgegebenen Sollwert ω0 regelt. Als Rückkopplungsgrösse wird dabei die Rückwärtsspannung UBEMF des Motors 1 verwendet. Zusätzlich zeigt die ausgezogene dünne Linie L3 die zeitliche Ableitung der Drehzahl bzw. den zeitlichen Verlauf der Drehzahländerung ω'.
  • Während des Aufwickelns von Nähgarn regelt die Motorsteuerung 21 die Ansteuerspannung UA für dem Motor 1 so, dass dessen Drehzahl ω im Wesentlichen dem Sollwert ω0 entspricht. Nach dem Einsetzen der Bremswirkung des Bremskörpers 11 beim Punkt P1 reicht die Motorleistung nicht mehr aus, um die Solldrehzahl ω0 zu halten. Die Drehzahl ω sinkt schnell ab, bis sie beim Punkt P2 unter den vorgegebenen Vergleichswert ωS sinkt.
  • In analoger Weise kann auf für die Drehzahländerung ω' ein Vergleichswert ω'S definiert sein, bei dessen Unterschreitung die Motorsteuerung 21 die Unterbrechung der Stromzufuhr zum Motor 1 veranlassen kann.
  • Bei einigen Ausführungsformen der Spulervorrichtung umfasst die Sensoreinrichtung der Motorsteuerung 21 einen Stromsensor zum Erfassen des Motorstroms IM und/oder einen Spannungssensor zum Erfassen der Ansteuerspannung UA. Diese Messgrössen können einfach während des Betriebs des Motors 1 im Ansteuerstromkreis erfasst und bei Bedarf zusätzlich z.B. mittels eines Tiefpassfilters geglättet werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen der Spulervorrichtung ist die von der Spannungsquelle 23 bereitgestellte Quellenspannung UQ veränderbar. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass ein elektronisches Schaltelement periodisch mit einer hohen Schaltfrequenz von etwa 16kHz bis etwa 20kHz eine Verbindung zu einer bereitgestellten Betriebsspannung herstellt und wieder unterbricht. Als Schaltelemente können auch die elektronischen Schalter 27 in den Verbindungsleitern 22 zum Motor 1 genutzt werden. Das Puls-Pausen-Verhältnis bestimmt den Wert der so bereitgestellten Motorspannung UM. Durch Vergrössern bzw. Verkleinern dieses Puls-Pausen-Verhältnisses kann die Motorsteuerung 21 die Motorleistung und damit die Drehzahl ω des Motors 1 erhöhen bzw. verkleinern. Vorzugsweise umfasst die Motorsteuerung 21 vorgegebene, z.B. im Mikrocontroller 25 gespeicherte Regeln zum Steuern des Pulsweitenverhältnisses. Mittels solcher Vorgaben kann z.B. beim Aufwickeln von Nähgarn auf eine leere Fadenspule 9 die Drehzahl ω der Spindel 7 in Abhängigkeit der verstrichenen Aufwickelzeit und/oder des erfassten Motorstroms IM beeinflusst werden. Insbesondere kann die Drehzahl ω der Spindel 7 mit zunehmendem Füllgrad der Fadenspule 9 reduziert werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen der Spulervorrichtung kann die Motorsteuerung 21 z.B. die Motorspannung UM oder die Rückwärtsspannung UBEMF während des Aufwickelns von Nähgarn auf einen vorgegebenen Sollwert regeln, indem diese Spannung als Messgrösse erfasst und das Puls/Pausen-Verhältnis so angepasst wird, dass die Motorspannung UM bzw. die Rückwärtsspannung UBEMF dem Sollwert entspricht. In analoger Weise können auch die Motorspannung UM und/oder die Rückwärtsspannung UBEMF erfasst und auf einen vorgegebenen Wert geregelt werden.
  • Motorsteuerungen 21 können dazu ausgebildet sein, die Stromzufuhr zum Motor 1 wiederholt während kurzer Intervalle mindestens so lange zu unterbrechen, dass die Motorinduktivität über die Diode 24 entladen bzw. die durch den jeweiligen Schaltvorgang induzierte Spannung abgebaut werden kann. Die Dauer t2 der Zeitintervalle ist abhängig von der Motorinduktivität und vom jeweiligen Motorstrom. Sie liegt meist in der Grössenordnung von etwa 1ms bis etwa 3ms, insbesondere etwa 2ms. Innerhalb dieser Zeitintervalle sinkt die Motorspannung UM auf den Wert der Rückwärtsspannung UBEMF, der durch Selbstinduktion in den Spulenwindungen des Motors 1 bedingt und proportional zur Drehzahl ω des Motors 1 ist.
  • Wie in Figur 8 dargestellt, kann eine Motorsteuerung 21 dazu ausgebildet sein, die Rückwärtsspannung UBEMF auch bei getaktet angesteuerten Motoren 1 zu ermitteln.
  • Der Motor 1 wird dabei periodisch während einer Dauer t1, die z.B. in der Grössenordnung von etwa 10ms bis etwa 100ms, insbesondere etwa 18ms bis 20ms liegt, mit einer Serie von Rechteck-Spannungspulsen angesteuert. Dabei generiert die Motorsteuerung 21 ein entsprechendes Steuersignal UPWM mit einem bestimmten Puls/Pausen-Verhältnis. Im Rhythmus dieses Steuersignals UPWM wird ein elektrisches Schaltelement mit einer bereitgestellten Betriebsspannung verbunden, um eine Ansteuerspannung UA zu erzeugen, deren Wert durch das Puls/Pausen-Verhältnis bestimmt ist.
  • In einem anschliessenden Messintervall, dessen Dauer t2 vorzugsweise in der Grössenordnung von etwa 1ms bis etwa 3ms liegt, unterbricht die Motorsteuerung 21 den Ansteuerstromkreis. Die an den Verbindungsleitungen 22 zum Motor 1 messbare Motorspannung UM sinkt in diesem Messintervall auf den Wert der Rückwärtsspannung UBEMF. Nach einer Verzögerungszeit t4 erfasst die Motorsteuerung 21 kurz vor dem Ende des Messintervalls beim Punkt P4 den Wert dieser Rückwärtsspannung UBEMF.
  • Anschliessend wird dieser Zyklus, dessen Dauer t3 der Summe von t1 + t2 entspricht, wiederholt. Vorzugsweise liegt die Periode t3 im Bereich von etwa 15ms bis etwa 30ms, insbesondere etwa 20ms.
  • Solche Motorsteuerungen 21 können eine Drehzahlregelung umfassen. Dabei wird UBEMF als Messgrösse im Ansteuerstromkreis des Motors 1 erfasst und das Puls/Pausen-Verhältnis bei der Ansteuerung des Motors 1 so geregelt, dass UBEMF einen vorgegebenen Wert annimmt. Beim Aufwickeln von Nähgarn auf eine Fadenspule 9 kann die Drehzahl der Spindel 7 z.B. konstant gehalten oder gemäss einer in der Motorsteuerung 21 vorgegebenen Funktion in Abhängigkeit der Zeit angepasst werden. Die Motorsteuerung 21 kann z.B. zwei oder mehr unterschiedliche Vorgabewerte für die Drehzahl ω umfassen, die zu vorgegebenen Zeiten beim bzw. nach dem Start des Aufwickelvorgangs aktiviert werden. So ist es z.B. möglich, die Drehzahl ω der Spindel 7 stufenweise zu reduzieren. Dadurch kann verhindert werden, dass die pro Zeiteinheit aufgewickelte Fadenmenge aufgrund des zunehmenden Aussendurchmessers des aufgewickelten Nähgarns stetig grösser wird. Insbesondere kann die Umfanggeschwindigkeit des aufgewickelten Nähgarns reduziert werden, bevor die Reibfläche 13 des Bremskörpers 11 in Kontakt mit dem Nähgarn gelangt. Die Spindel 7 kann so mit optimierten Drehzahlen ω angetrieben werden, um z.B. in möglichst kurzer Zeit Nähgarn auf eine Fadenspule 9 aufzuwickeln. Rechtzeitig bevor die Reibfläche 13 des Bremskörpers 11 in Kontakt mit dem aufgewickelten Nähgarn gelangt, kann die Drehzahl ω reduziert werden, um ein schonendes Abbremsen durch den Bremskörper 11 zu ermöglichen.
  • Die Verzögerungszeit bis zum Reduzieren der Drehzahl bzw. die entsprechende Dauer nach dem Starten des Aufwickelvorgangs kann in der Motorsteuerung 21 z.B. fest vorgegeben sein. Da der Zeitpunkt des Auftreffens der Reibfläche 13 auf das aufgewickelte Nähgarn von verschiedenen Parametern abhängt, können optional in Abhängigkeit mindestens eines dieser Parameter ein oder mehrere unterschiedliche Zeitpunkte zum Reduzieren der Drehzahl vorgegeben werden. Solche Parameter sind beispielsweise die Faden- bzw. Nähgarnstärke, die mittlere pro Zeiteinheit aufgewickelte Fadenlänge, Abmessungen der Fadenspule 9 wie z.B. der Hülsendurchmesser, der Radius R oder der gegenseitige Abstand H der Spulenflansche 9a, der Referenzabstand C0 der Reibfläche 13 zur Spindelachse A' sowie gegebenenfalls der Aussendurchmesser von aufgewickeltem Nähgarn bzw. der Füllgrad der Fadenspule 9 zu Beginn des Aufwickelvorgangs.
  • Die Erfassung der Rückwärtsspannung UBEMF ist deshalb besonders vorteilhaft, weil sie in Zeitintervallen vorgenommen werden kann, in denen der Ansteuerstromkreis des Motors 1 unterbrochen ist. Störeinflüsse durch die Spannungsquelle 23 sind deshalb vernachlässigbar.
  • Im Weiteren kann die Motorsteuerung 21 gespeicherte Steuervorschriften zum Erfassen der Rückwärtsspannung UBEMF für weitere Zwecke umfassen. Insbesondere kann die Motorsteuerung 21 dazu ausgebildet sein, die Rückwärtsspannung UBEMF auch dann zu erfassen, wenn die Spindel 7 und damit auch die Antriebswelle des Motors 1 manuell gedreht werden, wobei die Spannungsquelle 23 inaktiv und/oder der Motorstromkreis unterbrochen sind. Je nach Drehrichtung der Spindel 7 wird dann eine Rückwärtsspannung UBEMF mit positivem oder negativem Vorzeichen erzeugt, die mittels eines Spannungssensors der Motorsteuerung 21 erfasst wird. Die Spindel 7 bzw. die Antriebswelle des Motors 1 können auf diese Weise als Benutzerschnittstelle zum Steuern der Spulervorrichtung oder anderer Teile der Nähmaschine verwendet werden. So können z.B. der Zustand einer optischen oder akustischen Anzeige oder Darstellungen auf einem grafischen Benutzerinterface verändert werden, um erforderliche Benutzeraktionen zum Aufspulen von Nähgarn auf die Fadenspule 9 zu unterstützen, sobald die Spindel 7 manuell gedreht wird. Insbesondere kann die Motorsteuerung 21 gespeicherte Steuervorschriften umfassen, um beim manuellen Aufwickeln der ersten Windungen von Nähgarn die Drehrichtung des Motors 1 zu überprüfen und ein Alarmsignal auszugeben, wenn diese nicht mit der Drehrichtung des Motors 1 übereinstimmt.

Claims (11)

  1. Spulervorrichtung einer Nähmaschine, umfassend einen Motor (1), eine um eine Spindelachse (A') drehbar an einem Träger (5) gelagerte und von diesem Motor (1) antreibbare Spindel (7) zum wiederlösbaren Befestigen einer mit Nähgarn zu befüllenden Fadenspule (9) und eine über elektrische Leiter (22) mit dem Motor (1) verbundene Motorsteuerung (21) zum Steuern oder Regeln der Drehgeschwindigkeit (ω) des Motors (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Bremskörper (11) mit einer Reibfläche (13) bewegbar am Träger (5) gehalten ist, wobei der Abstand (C) der Reibfläche (13) zur Spindelachse (A') veränderbar ist, dass die Reibfläche (13) in einer Referenzlage mit einem vorgebbaren, dem maximalen Wickelradius des aufzuwickelnden Nähgarns entsprechenden Referenzabstand (C0) zur Spindelachse (A') neben der Spindel (7) positionierbar und aus dieser Referenzlage entgegen der Kraft eines Rückstellmittels, insbesondere einer Feder (17), bezüglich der Spindelachse (A') radial nach aussen verdrängbar ist, und dass die Motorsteuerung (21) eine Sensoreinrichtung zum Erfassen mindestens einer von der Belastung des Motors (1) abhängigen Messgrösse im Ansteuerstromkreis des Motors (1) und einen gespeicherten Vergleichswert für diese Messgrösse und/oder einen gespeicherten Vergleichswert für die zeitliche Änderungsrate dieser Messgrösse umfasst.
  2. Spulervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskörper (11) einen Schwenkarm umfasst, der um eine Schwenkachse (B) schwenkbar neben dem Motor (1) am Träger (5) gelagert ist, und dass die Reibfläche (13) beabstandet zur Schwenkachse (B) an einem seitlich am Schwenkarm hervorragenden Kopf angeordnet ist.
  3. Spulervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Bremskörper (11) ein erster Anschlag (15a) und am Träger (5) ein zweiter Anschlag (15b) angeordnet sind, die gemeinsam den Bewegungsspielraum des Bremskörpers (11) in Richtung der Spindelachse (A') begrenzen und dadurch die Referenzlage des Bremskörpers (11) und den Referenzabstand (C0) der Reibfläche (13) zur Spindelachse (A') festlegen.
  4. Spulervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Anschläge (15a, 15b) zum Justieren der Referenzlage des Bremskörpers (11) und des Referenzabstandes (C0) der Reibfläche (13) zur Spindelachse (A') verstellbar ist.
  5. Spulervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskörper (11) im Bereich der Reibfläche (13) konvex gewölbt ist.
  6. Spulervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (21) in mindestens einem der Leiter (22) einen elektronischen Schalter (27) zum Unterbrechen und Schliessen des Ansteuerstromkreises umfasst.
  7. Spulervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung der Motorsteuerung (21) mindestens einen Spannungssensor zum Messen der Spannung zwischen den Leitungen (22) im Ansteuerstromkreis des Motors (1) umfasst.
  8. Spulervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungssensor so zwischen den Leitungen (22) angeordnet ist, dass er auch bei unterbrochenem Ansteuerstromkreis mit dem Motor (1) verbunden ist, und dass die Motorsteuerung (21) Steuervorschriften zum periodischen Erfassen der Rückwärtsspannung (UBEMF) des Motors (1) umfasst, wobei periodisch folgende Schritte ausgeführt werden:
    a) Unterbrechen des Ansteuerstromkreises
    b) nach einer Verzögerungszeit (t4) Messen der Rückwärtsspannung (UBEMF) mit dem Spannungssensor
    c) Schliessen des Ansteuerstromkreises.
  9. Spulervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (21) gespeicherte Steuervorschriften zum Vergleichen der erfassten Rückwärtsspannung (UBEMF) des Motors (1) oder der zeitlichen Änderungsrate dieser Rückwärtsspannung (UBEMF) mit einem zugehörigen gespeicherten Vergleichswert umfasst, sowie gespeicherte Steuervorschriften zum Unterbrechen des Ansteuerstromkreises, wenn die Rückwärtsspannung (UBEMF) oder deren zeitliche Änderungsrate den zugehörigen Vergleichswert unterschreitet oder übersteigt.
  10. Spulervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (21) Steuervorschriften zum Erfassen der Rückwärtsspannung (UBEMF) des Motors (1) bei manuellem Drehen der Spindel (7) umfasst.
  11. Verfahren zum Steuern oder Regeln der Drehzahl (ω) des Motors (1) einer Spulervorrichtung gemäss Anspruch 1, wobei Nähgarn auf eine an der Spindel (7) befestigte Fadenspule (9) aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (21) eine von der Belastung des Motors (1) abhängige, durch die Sensoreinrichtung im Ansteuerstromkreis des Motors (1) erfasste Messgrösse überwacht und die Abschaltung des Motors veranlasst, sobald der Wert der erfassten Messgrösse unter den zugehörigen gespeicherten Vergleichswert sinkt.
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