WO2005010257A1 - Antriebsvorrichtung zur erzeugung einer hin- und hergehenden bewegung eines angetriebenen bauteils, insbesondere in webmaschinen - Google Patents

Antriebsvorrichtung zur erzeugung einer hin- und hergehenden bewegung eines angetriebenen bauteils, insbesondere in webmaschinen Download PDF

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WO2005010257A1
WO2005010257A1 PCT/DE2004/000902 DE2004000902W WO2005010257A1 WO 2005010257 A1 WO2005010257 A1 WO 2005010257A1 DE 2004000902 W DE2004000902 W DE 2004000902W WO 2005010257 A1 WO2005010257 A1 WO 2005010257A1
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WO
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drive device
drive
control device
energy storage
movement
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PCT/DE2004/000902
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Dietmar Von Zwehl
Peter Schiller
Valentin Krumm
Original Assignee
Lindauer Dornier Gesellschaft Mbh
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Publication date
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    • D03—WEAVING
    • D03C—SHEDDING MECHANISMS; PATTERN CARDS OR CHAINS; PUNCHING OF CARDS; DESIGNING PATTERNS
    • D03C1/00—Dobbies
    • D03C1/14—Features common to dobbies of different types
    • D03C1/146—Independent drive motor
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D47/00—Looms in which bulk supply of weft does not pass through shed, e.g. shuttleless looms, gripper shuttle looms, dummy shuttle looms
    • D03D47/27—Drive or guide mechanisms for weft inserting
    • D03D47/271—Rapiers
    • D03D47/273—Rapier rods
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D49/00—Details or constructional features not specially adapted for looms of a particular type
    • D03D49/60—Construction or operation of slay
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D51/00—Driving, starting, or stopping arrangements; Automatic stop motions
    • D03D51/005—Independent drive motors

Definitions

  • the heald frames, the sley and the reed, and the weft insertion elements perform in a conventional weaving a reciprocating motion, which, as in the batten with the reed, a reciprocating pivotal movement about a stationary horizontal axis or
  • a linear reciprocating motion may be on a predetermined path.
  • the drives for generating these reciprocating movements are usually derived from a main drive shaft of the loom via eccentric or crank gear.
  • a fundamental disadvantage of these known drive devices is that their efficiency is relatively small because the energy to be applied to accelerate the reciprocating masses. is largely lost in the subsequent delay. Also, these so-called reversing drives in their
  • a reciprocating oscillating motion generating drive means for the shedding means of a loom are described in JP 2002-022747 and DE 10 111 017 A1, while from DE 28 08202 A1 discloses a method and apparatus for controlling the movement of the reed a weaving machine and from DE 3325 591 A1 an arrangement for relieving the drive mechanisms, such as the gripper bar drive and the reed drive on looms are known.
  • the object of the invention is therefore to provide a drive device for generating a reciprocating motion of a driven component, in particular in weaving machines, which is characterized by high efficiency and good dynamic properties at the respective, if necessary. Also changing operating conditions.
  • the drive device according to the invention has the features of claim 1.
  • the new drive device has a drive source coupled to a reciprocating member and reciprocating, which may be of any mechanical, pneumatic or hydraulic or electromechanical nature.
  • the reciprocating, driven component and / or the drive source is associated with an energy store for storing potential energy during at least a portion of the reciprocation of the component.
  • This energy store can have mechanical storage means, for example in the form of spring means or pneumatic and / or hydraulic storage means, or contain electromagnetic or mechanical storage means.
  • This energy store and / or the drive source is or can be controlled in any case. They are assigned a control device for control in dependence on measured and / or predetermined parameters for the movement sequence of the driven component. Measured parameters may be, in particular, the path or angle of rotation, the speed or acceleration of the driven component or a part connected or coupled thereto.
  • the path-time diagram, or the speed-time diagram or the acceleration-time diagram of the driven component freely and / or program influenced, so that it is also adapted to the practical operating requirements even when the Change operating conditions.
  • the drive means coupled to the drive device a drive device forming a vibratory system, is adjustable in its natural frequency by influencing the energy store and by the control device such that the oscillatory system is at least largely in the vicinity of Resonance point works.
  • the invention makes it possible to freely define the movement profile, ie the path-time diagram, in the maximum available reversing area of the reciprocating movement of the actuating means.
  • the control device which engages the drive source and / or in the energy storage takes over the complete control of the vibration system. Taking into account the actual data for position, speed and acceleration of the driven component or of a part connected or coupled thereto, the control device coordinates its entire movement sequence. This also includes, if necessary, the definition of the reversal points of the reciprocating motion, ie the amplitude of the oscillatory motion, which amplitude may also be variable over time.
  • the energy store and the drive source can also be temporarily switched on and off and at least partially continuously adjustable between these two extreme states.
  • the arrangement can be such that the electromagnetic storage means have at least two magnetic poles movably mounted against each other, the polarity and / or the magnetic induction of at least one of the magnetic poles can be influenced by the control device.
  • the arrangement is for example such that an air gap is present between the magnetic poles and that the air gap in the direction of the movement reversal of the component changes in its geometric dimensions.
  • the energy store may also have mechanical storage means that can be influenced by the control device.
  • These mechanical storage means may comprise spring means whose spring characteristic is variable by the control means.
  • the spring means may comprise at least one spring element subjected to bending, the effective bending length of which can be changed by the control device.
  • the energy store may comprise pneumatic and / or hydraulic storage means, which can be influenced by the control device.
  • the storage means have a space enclosed by a movable wall and containing a storage fluid, wherein the movable wall can be influenced by the control device.
  • the drive source may be electrical, hydraulic or pneumatic type.
  • the restoring force / travel characteristic of the energy accumulator can have a linear, progressive, degressive, continuous and / or discontinuous form and can be changeable at least in sections in its steepness by the control device.
  • the Energy storage contain storage means which controlled by the control device, a hysteresis.
  • the drive device may comprise damping means for the reciprocating oscillatory movement, wherein these damping means can be influenced by the control device.
  • the drive device according to the invention can be used in particular for such drive tasks in weaving machines, in which it is important to achieve a reciprocating motion of driven components.
  • This object is posed not only in the drive of the batten with the reed, the rapier of a rapier, the shafts, the breast tree, etc., but also in jacquard drives and the drive flor-forming devices and other reciprocating components, such as. those of a weft insertion device, a weft brake and in case of forming elements of Jacquard machines.
  • the new drive device but also for flat knitting and -Wirkmaschinen and needle felting machines and other machines and devices can be used in which similar tasks occur. Even applications outside the textile industry are conceivable.
  • FIG. 1 shows a drive device according to the invention in a first embodiment, in a schematic sectional view for illustrating the principle of action of an electromagnetic storage medium containing energy storage
  • FIG. 2 shows a diagram for illustrating the basic mode of operation of the drive device according to FIG. 1, illustrating the angle of rotation and the rotational speed as well as the excitation current as a function of time
  • 3 shows a drive device according to the invention in a second embodiment, in a schematic sectional view similar to FIG. 1 for illustrating the active principle of an energy storage device containing mechanical storage means
  • FIG. 4 shows a drive device according to the invention in a third embodiment with an energy storage device containing mechanical storage means, in a schematic side view,
  • FIG. 5 shows a modified embodiment of the drive device according to FIG. 4, in a corresponding schematic side view
  • FIG. 6 shows the drive device according to FIG. 4 with an energy store containing electromagnetic storage means, in a corresponding schematic representation, FIG.
  • FIG. 7 shows the drive device according to FIG. 5 with an energy store containing electromagnetic storage means, in a corresponding embodiment, FIG.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the reed movement in a loom, in cross-section and in a side view, illustrating two different reed positions
  • FIG. 9 shows the drive device according to FIG. 4 together with a reed of a weaving machine driven by it, in a schematic side view according to FIG. 4, FIG.
  • FIG. 10 shows the drive device according to FIG. 5 together with a reed of a weaving machine driven by it, in a schematic side view corresponding to FIG. 5, FIG.
  • FIG. 11 two drive devices of FIG. 9, together with a cutout of a driven from them reed of a loom, in perspective, ⁇ a schematic representation; 12 shows two drive devices according to FIG. 4, together with a weaving sheave of a weaving machine driven by them, in a schematic, perspective representation, FIG.
  • FIG. 13 shows an arrangement similar to FIG. 12, illustrating three drive devices according to FIG. 4 for driving a weaving sheave of a loom, as shown in FIG. 12, FIG.
  • FIG. 14 shows several drive devices according to FIG. 4, arranged in an arrangement plane for driving heald frames of a weaving machine, in a schematic, perspective illustration partly in section, FIG.
  • FIG. 15 shows an arrangement similar to FIG. 14, illustrating drive devices according to FIG. 4 in two arrangement planes, in a schematic perspective view similar to FIG. 14, FIG.
  • FIG. 16 shows the drive device according to FIG. 5 in a design for driving a shaft of a weaving machine, illustrating three different positions in the shed formation, in a schematic side view similar to FIG. 5, FIG.
  • FIG. 17 shows a drive device according to the invention in an embodiment similar to FIG. 4 for driving a gripper bar of a rapier weaving machine, in a schematic side view,
  • FIG. 18 shows a drive device according to the invention in an embodiment for generating a linear reciprocating movement, in axial section, in a side view and in a schematic representation,
  • 19 and 20 show two different pneumatic energy stores for a drive device according to the invention, in axial section, in a side view and in a schematic representation.
  • the illustrated in Fig. 1 embodiment of a drive device according to the invention is in the form of an electric motor reversing drive.
  • the illustration is only schematic and serves in particular to explain the principle of effect of the invention.
  • the device has a fixed cylindrical stator 1, which is at a radial distance is surrounded by a concentric, hollow cylindrical rotor or rotor 2, the storage is not shown in detail.
  • the rotor 2 carries on its inner wall permanent magnetic poles 3, which are arranged in the division ratio of the maximum Reversierhubs the rotor 2.
  • the permanent-magnetic poles 3 Of the permanent-magnetic poles 3, only two diametrically opposite poles 3 are shown in FIG. 1, which corresponds to a reversing stroke of the rotor 2 of slightly less than 180 ° because of the pole width.
  • the permanent magnetic poles 3 are, as indicated in the drawing with the letters "N (ord)" and “S (üd)", polarized in the circumferential direction and have substantially planar pole
  • the rotor poles 3 are arranged on the cylindrical stator 1 arranged magnetic poles 5, which cooperate with the permanent magnetic poles 3 of the rotor 2 in the manner shown in FIG. 1 manner.
  • the stator poles 5 preferably carry flat pole faces 6, which are directed so that they preferably face the pole faces 4 of the permanent magnetic rotor poles 3 with formation of an air gap 9 with a corresponding position of the rotor 2 over a large area, i. are aligned approximately parallel to these.
  • the stator poles 5 are also polarized in the circumferential direction, as indicated by the letters "N" and "S" in Fig. 1. Instead of the illustrated two diametrically opposed stator poles 5 also several such pole pairs may be present.
  • the stator poles 5 are not permanently magnetic, but indicated at 7
  • Excitation coils provided, which allow to generate a magnetic flux, which results in the indicated in Fig. 1 polarization at the pole faces 6.
  • the exciting coils 7 are supplied with an excitation current I e, which is fed by lines indicated at 8 and it allows to control in the air gaps 9 between opposing pole faces 4, 6 prevailing magnetic induction.
  • the rotor 2 is surrounded by a hollow cylindrical, coaxial outer stator 10, which carries on its inside indicated, corresponding stator coils 11 which are distributed uniformly generally around the circumference and of which Fig. 1, only a few are indicated.
  • the stator coils 11 cooperate with the rotor 2 in the manner of a DC or AC motor, such that a torque can be exerted on the rotor 2 whose direction and magnitude can be controlled by appropriate excitation of the stator coils 11.
  • the stator current is supplied to the stator coils 11 via lines 12.
  • a separate drive source coupled to the rotor 2 could also be provided, which is designed, for example, in the form of a separate coaxial electric motor or the like and which allows it to be applied to the rotor 2 timed to exert a torque in one or the other direction of rotation.
  • This separate drive source is indicated schematically at 13; their power supply is indicated by dash-dotted lines at 14.
  • the rotor 2 is also associated with an indicated at 15 sensor, the bpsw. may be formed in the form of a resolver or an encoder and emits electrical signals via a line 16, which are indicative of the angular position and / or the angular velocity or the angular acceleration and / or the respective position of the rotor 2.
  • the sensor 15 may of course be coupled to a coupled to the rotor and driven by this component, so that it does not directly, but indirectly detected the characteristic for the state of motion and the position of the rotor 2 signals.
  • Fig. 1 On the rotor 2 or on a connected or coupled to this driven part damping means can attack, which are indicated in Fig. 1 in the form of a friction brake device 17, the working cylinder 18 can be controlled by electrical signals which are supplied via lines 19.
  • the device has a central electronic control device 20 which operates on a microprocessor basis and is usually program-controlled.
  • the control device 20 is connected to the line 8, 12, 14, 16, 19 and controls in particular the excitation of the excitation coils 7 of the stator poles 5 and the excitation of the stator coils 11 and, if necessary, the damping means 17, 18 and, if present, the separate drive source 13. It receives from the sensor 15 information about the respective rotor position and / or about the respective rotor rotational movement characterizing parameters, as already mentioned above. Alternatively, individual ones of these variables can also be calculated in the control device from the information supplied by the sensor 15, for example, the angular velocity and acceleration can be derived from the rotational angle information of the sensor 15.
  • An input unit 21 connected to the control device 20 makes it possible to intervene from outside into the program of the control device 20 and / or to input predetermined data into the control device.
  • the mode of operation of the drive device basically described so far for generating a reciprocating rotary movement of the rotor 2 is as follows:
  • the rotor 2 has, together with about him coupled to it, driven by him components, a certain mass m, which must be accelerated and decelerated in a reversing movement in each cycle of movement.
  • the mutually facing pole faces 4, 6 of the rotor and the stator poles 3, 5 are polarized in the same direction, so that upon the approach of the rotor poles 3 to the stator poles 6 of the rotational movement counteracting repulsive forces between the rotor and the stator poles 3, 5 occur.
  • the kinetic energy stored in a rotational direction of the rotor 2 in a rotational direction is stored in the approach of the pole faces 4, 6 in the form of magnetic energy in the air gap 9 between the approaching pole faces 4, 6.
  • the magnetic poles 3.5 therefore form an energy store with electromagnetic storage means.
  • the restoring force k which rises sharply with increasing proximity of adjacent pole faces 4, 6, is dependent on the prevailing in the air gap 9 magnetic induction and can thus be controlled by the electrical flooding of the excitation coils 7 of the stator 1.
  • This natural frequency can be varied by changing the excitation of the exciting coils 7 and thus the induction in the air gaps 9 by the control device 20, as shown in the diagram illustrated in FIG. 2:
  • the Drehwinkelhub is about 170 °; he is smaller than 180 ° because of the pole width.
  • the rotor 2 executes a torsional vibration with a certain natural frequency, which is substantially sinusoidal (see Figure a) of Fig. 2).
  • the angular velocity is sinusoidal and the same frequency, as the image b) of FIG. 2 shows.
  • This condition applies to the time ti to which the exciting current l e gem.
  • Figure c) of Figure 2 on the value l e o is constant.
  • the control device 20 increases the flooding of the excitation coils 7, that is, the excitation current increases, as shown in Figure c), to the value l e ⁇ .
  • the restoring force k originating from the energy store formed by the magnetic poles 3, 5 also changes, with the result that the natural frequency of the system increases, as shown in the images a) and b).
  • the amplitude of the oscillatory motion is somewhat reduced, as shown in picture a).
  • the control action on the excitation of the excitation coils 7 and thus on the restoring force / displacement characteristic of the energy accumulator formed by the magnetic poles 3, 5 can in particular also take place at the reversing points of the oscillatory movement. It may also be useful in certain applications to change the properties of the energy storage in the course of a back and / or a movement at a certain time, this time also influenced by the example. From the sensor 15 or from a program information coming or can be determined. In addition, it is still possible by driving the damping device 17, 18 in the oscillating movement of the rotor 2 to introduce a mechanical damping, which can also be controlled by the control device 20 time-dependent.
  • the rotor 2 can carry out essentially free oscillations, wherein it then receives only the energy required to cover the frictional losses via the external stator 10 and its stator coils 11, which means that the torque exerted by the stator coils 11 on the rotor 2 only briefly during an outward or
  • Movement of the rotor 2 comes to act. Basically, the same conditions apply, however, also for purposes in which the stator coils 11 and / or the drive source 13 are controlled so that the rotor 2 performs a forced oscillation.
  • control device 20 it is possible via the control device 20 to set up a virtually arbitrary travel (rotation angle) time diagram of the oscillatory motion of the rotor 2 and the driven parts coupled thereto and thus to take account of different or changing operating conditions of the driven components in a relatively simple manner , In particular, the conditions at the start and end points of the oscillatory motion can be set appropriately.
  • Energy storage can be charged or discharged at the start and end points, which is important for the start-up or stopping process of the loom. If appropriate, the energy store may also be controlled to have hysteresis, i. in the forward movement, there is another course of the restoring force k as in the return movement.
  • a major advantage of the invention is in particular that the natural frequency of the oscillatory system explained above can be influenced, so that in the case of a forced oscillation, the resonance can be conveniently placed so that there are particularly favorable dynamic motion conditions with high efficiency.
  • an electromagnetic energy store formed by the magnetic poles 3, 5 is assigned to the rotor 2
  • a mechanical energy store is present, which is at the reversal points of the oscillating motion of the rotor 2 whose kinetic energy briefly converts into potential energy, then to accelerate the rotor 2 in the other direction of movement.
  • the same parts in Figs. 1 and 3 are provided with the same reference numerals and not explained again.
  • the hollow cylindrical rotor 2 carries in this embodiment on its inner wall radially projecting, mechanical storage means forming leaf springs 22, of which four are arranged in pairs opposite one another.
  • the number of leaf springs 22 may also be chosen differently.
  • the leaf springs 22 are made of spring steel or preferably carbon fiber material. They are firmly clamped at one end to the rotor 2 at 23 and at the other end each received in the nip of a pair of rollers 24, which is mounted on a stationary actuator 26 via corresponding guide means 27.
  • the actuator 26 can be controlled by the control device 20 via a line 8a so that it adjusts the roller pairs 24 in the radial direction of the associated leaf springs 22 and / or changes the clamping force exerted by the pairs of rollers on the clamping line on the respective leaf spring 22 clamping force.
  • the leaf springs 22 form a mechanical energy store which temporarily stores the kinetic energy of the rotor 2 and the parts coupled thereto in the form of potential energy.
  • the actuator 26 the clamping point of the leaf springs 22 and thus the effective bending length of the leaf springs 22 can be changed. This results in an immediate engagement on the spring characteristic, i.
  • the leaf springs 22 may also be arranged in a direction deviating from the radial position alignment with the rotor 2, as it is also conceivable to make it over its length with variable thickness and / or width, for example.
  • the cylindrical stator 1 is formed as a hollow cylinder and provided with an internal spline 29, which allows the stator 1 rotatably set up on a not shown spline.
  • the stator 1 is enclosed at a radial distance from the cylindrical rotor 2, which cooperates with the stator 1 in the manner of a conventional DC or AC motor, wherein the associated electromagnetic poles and / or coils are indicated schematically at 30.
  • This motor, generally designated 31, is an external rotor motor as known per se (see DE 101 11 17 A1).
  • Drive lever 34 is fixed, the end a pivot point 35 for a driven component, in particular a weaving machine having.
  • the leaf spring 22 is received in the vicinity of its free end in the nip 39 of the associated roller pair 24, whose roles together by associated, for example.
  • a spindle or wedge gear formed adjusting devices 40 in the longitudinal direction of the leaf spring 22 between in Fig. 4 with solid lines and the dashed line indicated position are adjustable.
  • the two adjusting devices 40 are controlled by electromechanical actuating means 41, which together with the adjusting devices 40, the actuator 26 of FIG. 3 form.
  • the control device 20, the input part 21 is not shown in Fig. 1, controls on the one hand via the control means 32, the reversing of the rotor 2 and thus the drive lever 34 by determining its amplitude, while on the other hand via the actuating means 41 to the adjusting devices 40 of Roller pair 24 engages to adjust this in the direction of the double arrow 42.
  • the free clamping length of the leaf spring 22 is changed, which has a corresponding change in the spring characteristic of the energy generated by the leaf spring 22 energy storage result.
  • the rollers 24 may otherwise also be braked if necessary, wherein the braking effect can be controlled by the control device 20. In this way, a controlled damping can be introduced into the system, as illustrated by the damping device 17, 18 in Fig. 1, 2.
  • the spring characteristic of the leaf spring 22 is, incidentally, not linear.
  • the embodiment according to FIG. 5 differs from that according to FIG. 4 substantially only by the design of the motor 31.
  • the motor designated here by 31a is designed as a so-called circular sector linear motor.
  • the basic structure and operation of such circular sector linear motors are e.g. known from DE 19849728 A1, so that it need not be discussed in detail.
  • the rotor 2 is rotatably supported in this embodiment on the cylindrical, formed with the internal spline 29 of FIG. 4 stator 1 by means of a rolling bearing 43, wherein its drive lever 34 between the fully extended in Fig. 5 shown angular position and the dashed angle shown there - and is movable.
  • the electromagnetic drive winding 30a is distributed in a circular sector and is controlled by the reversing control means 32 by the control device 20.
  • the rotor 2 is again provided with the radially projecting leaf spring 22 according to FIG. 4, which is accommodated in the clamping point 39 of the associated roller pair 24.
  • the leaf spring 22 is disposed opposite to the drive lever 34 at a different angle from 180 °.
  • the mode of operation of the mechanical energy accumulator formed by the leaf spring is the same as in the embodiment according to FIG. 4.
  • Leaf springs 22 with an electromagnetic energy storage in principle similar to that shown in Fig. 1, are formed.
  • the same parts are again provided with the same reference numerals as in FIGS. 4, 5 and not explained again.
  • FIG. 6 corresponds to that of FIG. 4 with the difference that instead of the leaf spring 22, an elongated, plate-shaped pole piece 44 is connected radially projecting with the rotor 2 on the mounting clamp 36.
  • the sensor 15 is omitted for the sake of simplicity.
  • the pole piece 44 carries a permanent magnetic, plate-shaped magnetic pole 3, whose plane parallel to the radial axis of symmetry 45, lateral, side pole faces are denoted by 4. Symmetrical to the axis of symmetry 45 of standing in the center position shown in Fig.
  • the two excited via excitation coils 7 stationary poles 5 are arranged, the pole faces are denoted by 6 and such an inclination with respect to the axis of rotation of Have rotor 2, that the pole faces 4, 6 in the limit positions of the direction indicated by the double arrow 33 reciprocating oscillating motion over a large area to form an air gap 9 are opposite to each other.
  • the excitation coils 7 are driven by a driver circuit 20a, which forms part of the control device 20 and is controlled by this.
  • the excitation coils 7, controlled by the control device 20 so excited that they at least temporarily during the reversing of the rotor 2 generate the same magnetic polarities, so that the for the oscillatory movement of the rotor 2 to each other facing polar surfaces 4, 6 results in required restoring force, wherein the kinetic energy of the rotor 2 associated mass m is stored in the present in the air gap 9 magnetic field as potential energy.
  • FIG. 7 corresponds to that of FIG. 5 with the already explained with reference to FIG. 6 difference that the energy storage operates with electromagnetic storage means.
  • Function and structure of the energy storage are as in the embodiment of FIG. 6, so that it is sufficient to refer to this extent.
  • Like parts have the same reference numerals.
  • FIG. 8 illustrates a section of a weaving machine with a representation of the movement conditions of the reed during the weft stop.
  • the reed 50 is pivoted between the two pivot positions shown in Fig. 8, of which the left position represents the weft stop position.
  • the weft threads to be attached to the fabric indicated at 51 are indicated at 52.
  • the warp threads are indicated at 53 and are in the open compartment position.
  • Theressbreithalter is indicated schematically at 54.
  • the embodiments of the new drive device shown in FIGS. 4, 5 can be used, for example, as illustrated in FIGS. 9, 10. With these figures, the same components are provided with the same reference numerals and not explained again. Shown is only the rotor 2 with the parts arranged thereon.
  • the stator 1 and the winding 30 serving for coupling to the rotor 2 are not shown again for the sake of simplicity.
  • On the integrally formed on the rotor 2 drive lever 34 of the drive device is a cross-sectionally U-shaped clamping rail 55 is placed, in which the reed 50 is used directly.
  • the reed 50 is fixed to its frame by suitable fastening means, such as clamping screws or the like detachably mounted in the clamping rail 55 so that it can be replaced if necessary.
  • suitable fastening means such as clamping screws or the like detachably mounted in the clamping rail 55 so that it can be replaced if necessary.
  • a plurality of drive devices may be provided, as illustrated in FIG. 11.
  • the stators 1 of these drive devices sit with their internal splines 29 rotationally fixed on a continuous, indicated in Fig.
  • the shaft 56 is rotatably supported in the machine frame, which is not illustrated in detail.
  • the number and the distance of the drive devices depend on the weaving width, ie the length of the reed 50.
  • the drive devices can of course also be designed according to FIG. 7.
  • FIGS. 12 to 15 show the use of the drive devices according to the invention according to FIG. 4 as so-called shaft lever motors for moving the shafts of a weaving machine.
  • a shaft designated 60 is coupled in each case via at least two push-pull rods 61 to the drive lever 34 of the rotor 2 of an associated drive device according to FIG. 4, wherein each push-pull rod 61 is coupled at 35 to its drive lever 34.
  • the rotors 2 execute the reciprocating oscillating movement, as explained with reference to FIG. 1, corresponding to the double arrow 33, as a result of which the coupled shaft 60, corresponding to a double arrow 62, in the dimensions required for shedding and is moved. While the relationships are shown in Fig. 12 for the case that only two drive devices are coupled to the heald 60, Fig.
  • the drive means for the juxtaposed shafts 60 may be arranged alternately on one and on the other side of the respective push-pull rod 61 in an assembly plane, while Fig. 15 shows that also two arrangement planes are used for the drive devices can. In this way, it is possible to increase the axial length of the rotors 2 and the associated stators 1 beyond the limit given by the predetermined distance 63 (usually 12 mm) of adjacent shafts 60, as indicated in FIG. 13 in order to achieve greater lifting power. 12 to 15 it can be seen that the rotors 2 according to the invention associated energy storage, eg.
  • FIG. 17 schematically illustrates the use of a drive device according to the invention according to FIG. 4 for driving the gripper bar of a rapier weaving machine.
  • the same reference numerals as in Fig. 4 are used and not explained again.
  • the rotor 2 carries in this case on the leaf spring 22 of the energy storage opposite side instead of the drive lever 34 of FIG. 4, a lever arm 34a on which a to the rotor axis of rotation coaxial toothed segment 65 is formed with a pinion 66 of a frame part 67 arranged angle gear 68 is engaged.
  • the angle gear 68 drives a drive gear 69, whose axis of rotation is perpendicular to that of the pinion 66 and whose teeth engage in the rack-like teeth of a rapier rod 70, which is indicated in Fig. 17 in cross section.
  • a reciprocating movement of the toothed segment 65 produces a reciprocating rotational movement of the drive gear 69 and thus a reciprocating motion of the rapier bar 70 at right angles to the drawing plane of FIG. 17.
  • the kinetic energy of the moved masses in the areas of the reversal points of the movement in the leaf spring 22 temporarily stored as potential energy, as has already been explained above.
  • the drive device has a driven member formed substantially in the manner of a rod 71, which extends through an electric, pneumatic or hydraulic linear drive source 72, which gives it a linear reciprocating oscillatory motion of predetermined amplitude.
  • an energy store in the form of a cylinder 73 is arranged on both sides, in which a piston 74 provided on the rod 71 is displaceably guided.
  • the cylinder 73 is closed at its two end sides, wherein the closure takes place on the respective outer end side by a cylinder cover 75, which is screwed into the cylinder 73.
  • the cylinder cover 75 By rotating the cylinder cover 75, therefore, the cylinder volume can be changed because the cylinder cover 75 forms a "movable wall" for the cylinder 73.
  • the cylinder 73 is filled with a storage medium that is elastically compressible, for example, air or a gas.
  • the cylinder 73 shown on the right in FIG. 18 is therefore provided with a device 76 which makes it possible to generate a variable intensity electric field in the cylinder space 77 filled with the rheological medium.
  • the associated field generation circuit is indicated at 78.
  • the drive device has an electrical control device 20, which, similarly as explained with reference to FIG. 1, the properties of the pneumatic energy storage in this case depending on parameters of the reciprocating motion of the rod 71 and / or predetermined or programmed parameters to change.
  • the drawn in Fig. 18 according to FIG. 1 sensor 15 is bpsw. path-dependent signals indicative of the reciprocation of the rod 71 and including the information relating to the position, speed, acceleration, the state of motion and the like of the rod 71.
  • leaf springs 22 can also be replaced by differently shaped spring means, for example spiral or torsion springs, whose effective length or

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer hin­und hergehenden Bewegung eines angetriebenen Bauteils, insbesondere in Webmaschinen zu schaffen, die sich durch hohen Wirkungsgrad und gute dynamische Eigenschaften bei den jeweiligen, gegebenenfalls auch sich ändernden Betriebsverhältnissen auszeichnet. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Antriebsvorrichtung umfasst: eine mit einem Bauteil (50) gekoppelte, die hin- und hergehende Bewegung erzeugende Antriebsquelle (2), einen dem Bauteil und/oder der Antriebsquelle zugeordneten Energiespeicher (22) zur Speicherung potentieller Energie während wenigstens eines Teils der Hin- und Herbewegung des Bauteils und eine Steuereinrichtung (20) zur Steuerung zumindest des Energiespeichers und/oder der Antriebsquelle in Abhängigkeit von gemessenen und/oder vorgegebenen Parametern für den Bewegungsablauf des Bauteils.

Description

Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung eines angetriebenen Bauteils, insbesondere in Webmaschinen
Beispielsweise die Webschäfte, die Weblade und das Webblatt, sowie die Schussfadeneintragelemente führen bei einer herkömmlichen Webmaschine eine hin- und hergehende Bewegung aus, die, etwa bei der Weblade mit dem Webblatt, eine hin- und hergehende Schwenkbewegung um eine ortsfeste horizontale Achse oder, wie etwa bei Schussfadeneintragelementen in Gestalt von Greiferstangen bei einer Greiferwebmaschine, eine lineare Hin- und Herbewegung auf einer vorgegebenen Bahn sein kann. Die Antriebe zur Erzeugung dieser hin- und hergehenden Bewegungen werden in der Regel von einer Hauptantriebswelle der Webmaschine über Exzenter- oder Kurbelgetriebe abgeleitet. Ein grundsätzlicher Nachteil dieser bekannten Antriebseinrichtungen besteht darin, dass ihr Wirkungsgrad verhältnismäßig klein ist, weil die zur Beschleunigung der hin und her zu bewegenden Massen aufzubringende Energie. bei der anschließenden Verzögerung großteils verloren geht. Auch sind diese sogenannten Reversierantriebe in ihren
Steuerungsmöglichkeiten konstruktionsbedingt beschränkt, während das dynamische Verhalten der Antriebe nur in sehr engem Rahmen optimiert werden kann. Diese Nachteile fallen mit der Entwicklung zunehmend leistungsfähigerer Webmaschinen mit höheren Drehzahlen verstärkt ins Gewicht. Beispiele solcher Webmaschinenantriebe über eine Hauptantriebswelle sind in verschiedenen Ausführungsformen beschrieben in WO 9831856, EP 1 266 988 A2, EP 0 741 809 B1 und EP 0 514 959 B1, um nur einige zu benennen. Dabei ist es bekannt, die Drehzahl der Hauptantriebswelle der Webmaschine durch einen Regeloder Steuereingriff auf den antreibenden Elektromotor während des Webvorgangs zweckentsprechend zu verändern, um beispielsweise im Langsamlauf eine Berücksichtigung der Belastung und/oder der erforderlichen Geschwindigkeit der jeweils anzutreibenden Teile zu erzielen.
Insbesondere um den Wirkungsgrad solcher Reversierantriebslösungen zu erhöhen, die mechanische Beanspruchung der Bauelemente der Antriebe herabzusetzen und die dynamischen Eigenschaften zu verbessern, wurden schon Antriebseinrichtungen vorgeschlagen, bei denen einem eine hin- und hergehende Bewegung ausführenden Bauteil oder einem mit dem anzutreibenden Bauteil gekuppelten Betätigungsmittel ein Energiespeicher in Form von Federelementen zugeordnet ist, derart, dass sich ein schwingungsfähiges System ergibt. Der Betrieb eines solchen schwingungsfähigen Systems in der Nähe des Resonanzpunkts führt zu einem hohen Wirkungsgrad, weil im Wesentlichen lediglich nur noch die bei der hin- und hergehenden Bewegung in dem System auftretenden Reibungsverluste gedeckt werden müssen. Dieser Vorteil eines hohen Wirkungsgrades geht aber in rasch zunehmendem Maße verloren, wenn die Antriebseinrichtung mit einer Schwingungsbewegung arbeitet, deren Frequenz zunehmend weiter von dem Resonanzpunkt entfernt ist. Beispiele solcher, eine hin- und hergehende Schwingbewegung erzeugenden Antriebseinrichtungen für die Fachbildemittel einer Webmaschine sind in der JP 2002-022747 und der DE 10 111 017 A1 beschrieben, während aus der DE 28 08202 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Bewegung des Webblatts einer Webmaschine und aus der DE 3325 591 A1 eine Anordnung zur Entlastung der Antriebsmechanismen, z.B. des Greiferstangenantriebs und des Webblattantriebs an Webmaschinen bekannt sind.
Gemeinsam ist diesen Antriebseinrichtungen, dass sie mit einem mehr oder minder starr vorgegebenen Weg-Zeit-Diagramm arbeiten und dass die mit Rücksicht auf einen hohen Wirkungsgrad erwünschte Lage des Betriebspunkts nahe beim Resonanzpunkt des schwingungsfähigen Systems in der Praxis deshalb nicht oder nur sehr unvollkommen verwirklicht werden kann, weil sich die Betriebsbedingungen, abhängig von den rein webtechnischen Gegebenheiten, wie verwendetes Garnmaterial, Bindung und dergleichen, aber auch von den mechanischen Betriebsbedingungen, wie Betriebstemperatur, Drehzahl, etc. stark verändern. Mit zunehmendem Abstand des Betriebspunkts von dem Resonanzpunkt verschlechtem sich auch die dynamischen Eigenschaften der die hin- und hergehende Schwingungsbewegung erzeugenden Antriebseinrichtung beträchtlich. Schließlich erfordern viele der bekannten Lösungen einen beträchtlichen konstruktiven Aufwand, der mit einem entsprechenden Platzbedarf in der Webmaschine verbunden ist, welcher in der Praxis häufig nicht befriedigt werden kann.
Grundsätzlich ähnliche Probleme gelten auch für andere Maschinen, insbesondere Textilmaschinen, wie etwa Flachstrickmaschinen oder -Wirkmaschinen mit schnell hin und her zu bewegenden Massen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung eines angetriebenen Bauteils, insbesondere in Webmaschinen zu schaffen, die sich durch hohen Wirkungsgrad und gute dynamische Eigenschaften bei den jeweiligen, ggfs. auch sich ändernden Betriebsverhältnissen auszeichnet.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
Die neue Antriebsvorrichtung weist eine mit einem hin- und herbeweglich gelagerten Bauteil gekoppelte, eine hin- und hergehende Bewegung erzeugende Antriebsquelle auf, die grundsätzlich beliebiger mechanischer, pneumatischer oder hydraulischer oder elektromechanischer Art sein kann. Dem hin- und herbeweglichen, angetriebenen Bauteil und/oder der Antriebsquelle ist ein Energiespeicher zur Speicherung potentieller Energie während wenigstens eines Teiles der Hin- und Herbewegung des Bauteils zugeordnet. Dieser Energiespeicher kann mechanische Speichermittel, bspw. in Form von Federmitteln oder pneumatische und/oder hydraulische Speichermittel aufweisen oder elektromagnetische oder -mechanische Speichermittel enthalten. Dieser Energiespeicher und/oder die Antriebsquelle ist bzw. sind in jedem Fall steuerbar. Ihnen ist eine Steuereinrichtung zur Steuerung in Abhängigkeit von gemessenen und/oder vorgegebenen Parametern für den Bewegungsablauf des angetriebenen Bauteils zugeordnet. Gemessene Parameter können insbesondere der Weg- oder Drehwinkel, die Geschwindigkeit oder Beschleunigung des angetriebenen Bauteils oder eines damit verbundenen oder gekoppelten Teils sein.
Damit ist das Weg-Zeit-Diagramm, bzw. das Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm oder das Beschleunigungs-Zeit-Diagramm des angetriebenen Bauteils frei und/oder programmgemäß beeinflussbar, so dass es unmittelbar an die praktischen Betriebserfordernisse auch dann angepasst ist, wenn sich die Betriebsbedingungen ändern. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich zu erreichen, dass die mit an die Antriebsvorrichtung angekoppelten, angetriebenen Mitteln ein schwingungsfähiges System bildende Antriebsvorrichtung in ihrer Eigenfrequenz durch Beeinflussung des Energiespeichers und durch die Steuereinrichtung so einstellbar ist, dass das schwingungsfähige System zumindest weitgehend in der Nähe des Resonanzpunktes arbeitet.
Die Erfindung erlaubt es, das Bewegungsprofil, d.h. das Weg-Zeit-Diagramm in dem maximal verfügbaren Reversierbereich der hin- und hergehenden Bewegung des Betätigungsmittels frei zu definieren. Die Steuereinrichtung, die auf die Antriebsquelle und/oder in den Energiespeicher Eingriff nimmt, übernimmt die vollständige Kontrolle über das Schwingsystem. Unter Berücksichtigung der Ist-Daten für Lage, Geschwindigkeit und Beschleunigung des angetriebenen Bauteils oder eines mit diesem verbundenen oder gekoppelten Teiles koordiniert die Steuerungseinrichtung dessen gesamten Bewegungsablauf. Dazu zählt auch erforderlichenfalls die Festlegung der Umkehrpunkte der hin- und hergehenden Bewegung, d.h. der Amplitude der Schwingungsbewegung, wobei diese Amplitude auch zeitabhängig veränderlich sein kann. Der Energiespeicher und die Antriebsquelle können auch zeitweise ein- und ausschaltbar und zwischen diesen beiden extremen Zuständen zumindest abschnittsweise kontinuierlich verstellbar sein. Dies ist z.B. für den Start und den Stop einer Webmaschine oder deren Einzelantriebe von Bedeutung. Der Ausgangs- oder Initialszustand (Energieinhalt zum Zeitpunkt t = 0) des Energiespeichers kann frei gewählt werden, während die schon erwähnte freie Gestaltungsmöglichkeit des Weg-Zeit-Diagramms bzw. des Geschwindigkeits-Zeit-Diagramms oder des Beschleunigungs-Zeit-Diagramms es erlauben, Hub, Geschwindigkeit und Beschleunigung der angekoppelten Last als Funktion der Zeit frei zu bestimmen.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform, bei der der Energiespeicher permanent- und/oder elektromagnetische Speichermittel enthält, kann die Anordnung derart getroffen sein, dass die elektromagnetischen Speichermittel wenigstens zwei gegeneinander beweglich gelagerte Magnetpole aufweisen, wobei die Polarität und/oder die magnetische Induktion wenigstens eines der Magnetpole durch die Steuereinrichtung beeinflussbar ist. Praktisch ist die Anordnung zum Beispiel so getroffen, dass zwischen den Magnetpolen ein Luftspalt vorhanden ist und dass der Luftspalt in Richtung der Bewegungsumkehr des Bauteils sich in seinen geometrischen Abmaßen ändert. Durch entsprechende Steuerung der magnetischen Induktion wenigstens eines der Magnetpole Iässt sich so eine sehr feinfühlige Beeinflussung der Bewegung des mit zumindest einem der Magnetpole gekoppelten und angetriebenen Bauteils erreichen. Wenigstens einer der Magnetpole kann permanentmagnetisch ausgebildet sein, während der andere elektromagnetisch über eine Erregerspule erregt wird, deren elektrische Durchflutung durch entsprechende Veränderung des Stroms in weiten Grenzen mit einfachen Mitteln steuerbar ist.
Zusätzlich oder alternativ kann der Energiespeicher auch mechanische Speichermittel aufweisen, die durch die Steuereinrichtung beeinflussbar sind. Diese mechanischen Speichermittel können Federmittel umfassen, deren Federkennlinie durch die Steuereinrichtung veränderbar ist. Dazu können die Federmittel wenigstens ein auf Biegung beanspruchtes Federelement enthalten, dessen wirksame Biegelänge durch die Steuereinrichtung verändert werden kann.
Ebenso alternativ oder zusätzlich kann der Energiespeicher pneumatische und/oder hydraulische Speichermittel aufweisen, die durch die Steuereinrichtung beeinflussbar sind. Dies kann z.B. in der Weise geschehen, dass die Speichermittel einen durch eine bewegliche Wand abgeschlossenen, ein Speicherfluid enthaltenden Raum aufweisen, wobei die bewegliche Wand durch die Steuereinrichtung beeinflusst werden kann.
Diese verschiedenen Speichermittel (hydraulisch, pneumatisch, elektrisch, permanent- oder elektromagnetisch, mechanisch) können jeweils einzeln für sich oder in Kombination miteinander zum Einsatz kommen. Die Antriebsquelle kann elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer Art sein. Abhängig von dem jeweils angestrebten Betriebsverhalten der Antriebsvorrichtung kann die Rückstellkraft-/Weg-Kennlinie des Energiespeichers eine lineare, progressive, degressive, stetige und/oder diskontinuierliche Form aufweisen und zumindest abschnittsweise in ihrer Steilheit durch die Steuereinrichtung veränderbar sein. Auch kann der Energiespeicher Speichermittel enthalten, die gesteuert von der Steuereinrichtung, eine Hysterese aufweisen.
Für gewisse Antriebsaufgaben ist es von Vorteil, wenn bspw. während eines Teiles der hin- und hergehenden Bewegung des angetriebenen Bauteils, eine Dämpfung der Bewegung stattfindet, die insbesondere konstant, geschwindigkeitsabhängig oder zeitabhängig sein kann. Zu diesem Zwecke kann die Antriebsvorrichtung Dämpfungsmittel für die hin- und hergehende Schwingbewegung aufweisen, wobei diese Dämpfungsmittel durch die Steuereinrichtung beeinflussbar sind.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung ist insbesondere für solche Antriebsaufgaben bei Webmaschinen einsetzbar, bei denen es darauf ankommt, eine hin- und hergehende Bewegung angetriebener Bauteile zu erzielen. Diese Aufgabe stellt sich nicht nur beim Antrieb der Weblade mit dem Webblatt, der Greifer einer Greiferwebmaschine, der Schäfte, des Brust- baums, etc., sondern auch bei Jacquardantrieben und dem Antrieb florbildender Einrichtungen sowie bei sonstigen hin- und hergehenden Bauteilen, wie z.B. denen einer Schussfadenhinreicheeinrichtung, einer Schussfadenbremse und bei fachbildenden Elementen von Jacquardmaschinen. Daneben ist die neue Antriebsvorrichtung aber auch für Flachstrick und -Wirkmaschinen und Nadelfilzmaschinen sowie andere Maschinen und Vorrichtungen einsetzbar, bei denen ähnliche Aufgaben auftreten. Auch Anwendungen außerhalb der Textiltechnik sind denkbar.
Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform, in schematischer Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Wirkprinzips eines elektromagnetische Speichermittel enthaltenden Energiespeichers,
Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der grundsätzlichen Wirkungsweise der Antriebsvorrichtung nach Fig. 1 , unter Veranschaulichung des Drehwinkels und der Drehgeschwindigkeit sowie des Erregerstroms jeweils in Abhängigkeit von der Zeit, Fig. 3 eine Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform, in einer schematischen Schnittdarstellung ähnlich Fig. 1 zur Veranschaulichung des Wirkprinzips eines mechanische Speichermittel enthaltenden Energiespeichers,
Fig. 4 eine Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer dritten Ausführungsform mit einem mechanische Speichermittel enthaltenden Energiespeicher, in einer schematischen Seitenansicht,
Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der Antriebsvorrichtung nach Fig. 4, in einer entsprechenden schematischen Seitenansicht,
Fig. 6 die Antriebsvorrichtung nach Fig. 4 mit einem elektromagnetische Speichermittel enthaltenden Energiespeicher, in einer entsprechenden schematischen Darstellung,
Fig. 7 die Antriebsvorrichtung nach Fig. 5 mit einem elektromagnetische Speichermittel enthaltenden Energiespeicher, in einer entsprechenden Ausführungsform,
Fig. 8 ein Prinzipbild zur Veranschaulichung der Webblattbewegung bei einer Webmaschine, im Querschnitt und in einer Seitenansicht, unter Veranschaulichung von zwei verschiedenen Webblattstellungen,
Fig. 9 die Antriebsvorrichtung nach Fig. 4 zusammen mit einem von ihr angetriebenen Webblatt einer Webmaschine, in einer schematischen Seitenansicht entsprechend Fig. 4,
Fig. 10 die Antriebsvorrichtung nach Fig. 5 zusammen mit einem von ihr angetriebenen Webblatt einer Webmaschine, in einer schematischen Seitenansicht entsprechend Fig. 5,
Fig. 11 zwei Antriebsvorrichtungen nach Fig. 9, zusammen mit einem Ausschnitt eines von ihnen angetriebenen Webblatts einer Webmaschine, in perspektivischer, ■ schematischer Darstellung, Fig. 12 zwei Antriebsvorrichtungen nach Fig. 4, zusammen mit einem von ihnen angetriebenen Webschaft einer Webmaschine, in schematischer, perspektivischer Darstellung,
Fig. 13 eine Anordnung ähnlich Fig. 12 unter Veranschaulichung von drei Antriebsvorrichtungen nach Fig. 4 zum Antrieb eines Webschaftes einer Webmaschine in Darstellung entsprechend Fig. 12,
Fig. 14 mehrere Antriebsvorrichtungen nach Fig. 4, angeordnet in einer Anordnungsebene zum Antrieb von Webschäften einer Webmaschine, in schematischer, perspektivischer Darstellung teilweise im Ausschnitt,
Fig. 15 eine Anordnung ähnlich Fig. 14 unter Veranschaulichung von Antriebsvorrichtungen gemäß Fig. 4 in zwei Anordnungsebenen, in einer schematischen, perspektivischen Darstellung ähnlich Fig. 14,
Fig. 16 die Antriebsvorrichtung nach Fig. 5 in einer Ausführung zum Antrieb eines Schaftes einer Webmaschine, unter Veranschaulichung von drei verschiedenen Stellungen bei der Fachbildung, in einer schematischen Seitenansicht ähnlich Fig. 5,
Fig. 17 eine Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Ausführungsform ähnlich Fig. 4 zum Antrieb einer Greiferstange einer Greiferwebmaschine, in einer schematischen Seitenansicht,
Fig. 18 eine Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Ausführungsform zur Erzeugung einer linearen hin- und hergehenden Bewegung, im axialen Schnitt, in einer Seitenansicht und in schematischer Darstellung,
Fig. 19 und 20 zwei verschiedene pneumatische Energiespeicher für eine Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung, im axialen Schnitt, in einer Seitenansicht und in schematischer Darstellung.
Die in Fig. 1 veranschaulichte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist in Form eines elektromotorischen Reversierantriebs ausgebildet. Die Darstellung ist lediglich schematisch und dient insbesondere zur Erläuterung des Wirkprinzips der Erfindung. Die Vorrichtung weist einen feststehenden zylindrischen Stator 1 auf, der im radialen Abstand von einem konzentrischen, hohlzylindrischen Läufer oder Rotor 2 umgeben ist, dessen Lagerung im Einzelnen nicht dargestellt ist. Der Rotor 2 trägt auf seiner Innenwand permanentmagnetische Pole 3, die im Teilungsverhältnis des maximalen Reversierhubs des Rotors 2 angeordnet sind. Von den permanentmagnetischen Polen 3 sind in Fig. 1 lediglich zwei diametral einander gegenüber liegende Pole 3 dargestellt, was wegen der Polbreite einem Reversierhub des Rotors 2 von etwas weniger als 180° entspricht. Die permanentmagnetischen Pole 3 sind, wie in der Zeichnung mit dem Buchstaben „N(ord)" und ,,S(üd)" angedeutet, in Umfangsrichtung polarisiert und weisen im Wesentlichen ebene Polflächen 4 auf.
Den Rotorpolen 3 sind auf dem zylindrischen Stator 1 angeordnete Magnetpole 5 zugeordnet, welche mit den permanentmagnetischen Polen 3 des Rotors 2 in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise zusammenwirken. Die Statorpole 5 tragen bevorzugt ebene Polflächen 6, die so gerichtet sind, dass sie bei entsprechender Stellung des Rotors 2 vorzugsweise großflächig den Polflächen 4 der permanentmagnetischen Rotorpole 3 unter Ausbildung eines Luftspaltes 9 gegenüberstehen, d.h. etwa parallel zu diesen ausgerichtet sind. Die Statorpole 5 sind ebenfalls in Umfangsrichtung polarisiert, wie dies durch die Buchstaben „N" und „S" in Fig. 1 angedeutet ist. Anstelle der dargestellten zwei, diametral einander gegenüberliegenden Statorpole 5 können auch mehrere solcher Polpaare vorhanden sein. Die Statorpole 5 sind nicht permanentmagnetisch, sondern mit bei 7 angedeuteten
Erregerspulen versehen, die es erlauben, einen Magnetfluss zu erzeugen, der die in Fig. 1 angedeutete Polarisierung an den Polflächen 6 ergibt. Die Erregerspulen 7 sind mit einem Erregerstrom le gespeist, der durch bei 8 angedeutete Leitungen zugeführt wird und es erlaubt, die in den Luftspalten 9 zwischen einander gegenüber liegenden Polflächen 4, 6 herrschende magnetische Induktion zu steuern.
Der Rotor 2 ist von einem hohlzylindrischen, koaxialen Außenstator 10 umgeben, der auf seiner Innenseite angedeutete, entsprechende Statorspulen 11 trägt, die in der Regel gleichmäßig rings um den Umfang verteilt sind und von denen Fig. 1 lediglich einige angedeutet sind. Die Statorspulen 11 wirken mit dem Rotor 2 nach Art eines Gleichstromoder Wechselstrommotors zusammen, derart, dass auf den Rotor 2 ein Drehmoment ausgeübt werden kann, dessen Richtung und Größe durch entsprechende Erregung der Statorspulen 11 gesteuert werden kann. Der Statorstrom wird den Statorspulen 11 über Leitungen 12 zugeführt.
Alternativ und/oder zusätzlich zu dem Außenstator 10 könnte auch eine mit dem Rotor 2 gekuppelte getrennte Antriebsquelle vorgesehen sein, die bspw. in Gestalt eines eigenen koaxialen Elektromotors oder dergleichen ausgebildet ist und die es erlaubt, auf den Rotor 2 zeitlich gesteuert ein Drehmoment in der einen oder anderen Drehrichtung auszuüben. Diese getrennte Antriebsquelle ist bei 13 schematisch angedeutet; ihre Stromversorgung ist strichpunktiert bei 14 eingezeichnet.
Dem Rotor 2 ist außerdem ein bei 15 angedeuteter Sensor zugeordnet, der bpsw. in Form eines Drehmelders oder eines Encoders ausgebildet sein kann und der über eine Leitung 16 elektrische Signale abgibt, die für die Winkellage und/oder die Winkelgeschwindigkeit oder die Winkelbeschleunigung und/oder die jeweilige Stellung des Rotors 2 kennzeichnend sind. Der Sensor 15 kann naturgemäß auch mit einem mit dem Rotor gekoppelten und von diesem angetriebenen Bauteil gekoppelt sein, so dass er die für den Bewegungszustand und die Lage des Rotors 2 kennzeichnenden Signale nicht direkt, sondern indirekt erfasst.
An dem Rotor 2 oder an einem mit diesem verbundenen oder angekoppelten angetriebenen Teil können Dämpfungsmittel angreifen, die in Fig. 1 in Gestalt einer Reibungsbremsvorrichtung 17 angedeutet sind, deren Arbeitszylinder 18 über elektrische Signale gesteuert werden kann, die über Leitungen 19 zugeführt werden.
Alle in magnetischen Schließungskreisen liegenden Teile der Statoren 1, 10 und des Rotors 2 sind, ebenso wie die Magnetpole 3, 5, aus einem magnetisch leitfähigen Material hergestellt, wobei sie erforderlichenfalls in an sich bekannter Weise geblecht sein können.
Die Vorrichtung weist eine zentrale, elektronische Steuereinrichtung 20 auf, die auf Mikroprozessorbasis arbeitet und in der Regel programmgesteuert ist. Die Steuereinrichtung 20 ist an die Leitung 8, 12, 14, 16, 19 angeschlossen und steuert insbesondere die Erregung der Erregerspulen 7 der Statorpole 5 und die Erregung der Statorspulen 11 sowie ggfs. die Dämpfungsmittel 17, 18 und, falls vorhanden, die getrennte Antriebsquelle 13. Sie erhält von dem Sensor 15 Informationen über die jeweilige Rotorstellung und/oder über für die jeweilige Rotordrehbewegung kennzeichnende Parameter, wie bereits oben erwähnt. Alternativ können einzelne dieser Größen auch in der Steuereinrichtung aus den von dem Sensor 15 gelieferten Informationen errechnet werden, bspw. kann die Winkelgeschwindigkeit und -beschleunigung aus der Drehwinkelinformation des Sensors 15 abgeleitet werden.
Eine an die Steuereinrichtung 20 angeschlossene Eingabeeinheit 21 erlaubt es von außen her in das Programm der Steuereinrichtung 20 einzugreifen und/oder vorgegebene Daten in die Steuereinrichtung einzugeben.
Die Wirkungsweise der insoweit grundsätzlich beschriebenen Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Drehbewegung des Rotors 2 ist wie folgt: Der Rotor 2 weist, gemeinsam mit etwa an ihn angekoppelten, von ihm angetriebenen Bauteilen, eine bestimmte Masse m auf, die bei einer Reversierbewegung in jedem Bewegungszyklus beschleunigt und verzögert werden muss. Wie Fig. 1 zeigt, sind die einander zugewandten Polflächen 4, 6 der Rotor- und der Statorpole 3, 5 gleichsinnig polarisiert, so dass bei der Annäherung der Rotorpole 3 an die Statorpole 6 der Drehbewegung entgegenwirkende abstoßende Kräfte zwischen den Rotor- und den Statorpolen 3, 5 auftreten.
Die bei einer Drehbewegung des Rotors 2 in einer Drehrichtung gespeicherte kinetische Energie wird bei der Annäherung der Polflächen 4, 6 in Form magnetischer Energie in dem Luftspalt 9 zwischen den sich annähernden Polflächen 4, 6 gespeichert. Die Magnetpole 3,5 bilden deshalb einen Energiespeicher mit elektromagnetischen Speichermitteln. Die Rückstellkraft k, die bei zunehmender Annäherung benachbarter Polflächen 4, 6 steil ansteigt, ist abhängig von der in dem Luftspalt 9 herrschenden magnetischen Induktion und kann damit durch die elektrische Durchflutung der Erregerspulen 7 des Stators 1 gesteuert werden.
Wird der Rotor 2 von der Steuereinrichtung 20 durch entsprechende zeitlich gesteuerte
Erregung der Statorspulen 11 (oder der Antriebsquelle 13) zu Drehschwingungen angeregt, so führt er eine Drehschwingungsbewegung mit der Eigenfrequenz ω = / wm aus
Diese Eigenfrequenz kann durch Veränderung der Erregung der Erregerspulen 7 und damit der Induktion in den Luftspalten 9 von der Steuereinrichtung 20 verändert werden, wie dies das in Fig. 2 veranschaulichte Diagramm zeigt:
Das Diagramm zeigt von oben her den Verlauf des Drehwinkels ω des Rotors 2 in
Abhängigkeit von der Zeit. Der Drehwinkelhub beträgt etwa 170°; er ist wegen der Polbreite kleiner als 180°. Bei einer bestimmten Erregung der Erregerspulen 7 führt der Rotor 2 eine Drehschwingung mit einer bestimmten Eigenfrequenz aus, die im Wesentlichen sinusförmig ist (vgl. Bild a) der Fig. 2). Damit ist auch die Winkelgeschwindigkeit sinusförmig und gleicher Frequenz, wie das Bild b) der Fig. 2 zeigt. Dieser Zustand gilt bis zu dem Zeitpunkt ti bis zu dem der Erregerstrom le gem. Bild c) der Figur 2 auf dem Wert leo konstant ist.
Zum Zeitpunkt erhöht die Steuereinrichtung 20 die Durchflutung der Erregerspulen 7, d.h. der Erregerstrom steigt, wie Bild c) zeigt, auf den Wert leι. Damit ändert sich auch die von dem durch die Magnetpole 3, 5 gebildeten Energiespeicher ausgehende Rückstellkraft k mit der Folge, dass die Eigenfrequenz des Systems sich erhöht, wie dies die Bilder a) und b) zeigen. Gleichzeitig geht aber auch die Amplitude der Schwingbewegung etwas zurück, wie dies Bild a) zum Ausdruck bringt. Der Zeitpunkt t| zu dem der Erregerstrom le der Erregerspulen 7 und damit die Eigenfrequenz des schwingenden Systems verändert werden, kann abhängig von den Erfordernissen des angetriebenen Bauteils programmgemäß oder läge-, geschwindigkeits- oder beschleunigungsabhängig oder generell zeitabhängig gewählt und/oder vorgegeben werden. Der Steuereingriff auf die Erregung der Erregerspulen 7 und damit auf die Rückstellkraft/Weg- Kennlinie des von den Magnetpolen 3, 5 gebildeten Energiespeichers kann insbesondere auch an den Reversierpunkten der Schwingbewegung erfolgen. Dabei kann es bei bestimmten Anwendungsfällen auch zweckmäßig sein, die Eigenschaften des Energiespeichers im Verlaufe einer Hin- und/oder einer Herbewegung zu einem bestimmten Zeitpunkt zu verändern, wobei dieser Zeitpunkt auch durch die bspw. von dem Sensor 15 oder von einem Programm kommenden Informationen beeinflusst oder bestimmt sein kann. Zusätzlich ist es noch möglich durch Ansteuerung der Dämpfungsvorrichtung 17, 18 in die Schwingbewegung des Rotors 2 eine mechanische Dämpfung einzuführen, die ebenfalls von der Steuereinrichtung 20 zeitabhängig gesteuert werden kann.
Der Rotor 2 kann im Wesentlichen freie Schwingungen ausführen, wobei er dann über den Außenstator 10 und dessen Statorspulen 11 lediglich die zur Deckung der Reibungsverluste erforderliche Energie zugeführt erhält, was bedeutet, dass das von den Statorspulen 11 auf den Rotor 2 ausgeübte Drehmoment lediglich kurzzeitig während einer Hin- oder
Herbewegung des Rotors 2 zur Einwirkung kommt. Grundsätzlich gleiche Verhältnisse gelten aber auch für Einsatzzwecke, bei denen die Statorspulen 11 und /oder die Antriebsquelle 13 so gesteuert sind, dass der Rotor 2 eine erzwungene Schwingung ausführt.
In jedem Falle ist es möglich, über die Steuereinrichtung 20 ein praktisch beliebiges Weg(Drehwinkel)-Zeitdiagramm der Schwingbewegung des Rotors 2 und der an diesen angekoppelten angetriebenen Teile einzurichten und damit in verhältnismäßig einfacher Weise unterschiedlichen oder sich ändernden Betriebsbedingungen der angetriebenen Bauteile Rechnung zu tragen. Insbesondere können auch die Bedingungen an den Anfangs- und Endpunkten der Schwingbewegung zweckentsprechend eingestellt werden. Der
Energiespeicher kann an den Anfangs- und Endpunkten aufgeladen oder entladen werden, was für den Anfahr- oder Stoppvorgang der Webmaschine wichtig ist. Falls zweckmäßig, kann der Energiespeicher auch so gesteuert werden, dass er eine Hysterese aufweist, d.h. bei der Hinbewegung gibt es einen anderen Verlauf der Rückstellkraft k wie bei der Rückbewegung.
Ein großer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere auch darin, dass die Eigenfrequenz des oben erläuterten schwingungsfähigen Systems beeinflusst werden kann, so dass im Falle einer erzwungenen Schwingung die Resonanz zweckmäßig so gelegt werden kann, dass sich besonders günstige dynamische Bewegungsverhältnisse bei hohem Wirkungsgrad ergeben.
Dies gilt für erzwungene Schwingungen mit harmonischer Erregung, Stoßerregung, periodischer und nicht periodischer Erregung wie auch für parametererregte Schwingungen.
Während bei dem in Fig. 1 im vorstehend geschilderten Ausführungsbeispiel ein durch die Magnetpole 3, 5 gebildeter elektromagnetischer Energiespeicher dem Rotor 2 zugeordnet ist, ist bei der in Fig. 3 schematisch dargestellten Ausführungsform ein mechanischer Energiespeicher vorhanden, der an den Umkehrpunkten der Schwingbewegung des Rotors 2 dessen kinetische Energie kurzzeitig in potentielle Energie umsetzt, um dann den Rotor 2 in die jeweils andere Bewegungsrichtung zu beschleunigen. Gleiche Teile in den Fig. 1 und 3 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert.
Der hohlzylindrisch ausgebildete Rotor 2 trägt bei dieser Ausführungsform auf seiner Innenwand radial vorstehende, mechanische Speichermittel bildende Blattfedern 22, von denen vier jeweils paarweise einander gegenüber stehend angeordnet sind. Die Zahl der Blattfedern 22 kann auch anders gewählt sein. Die Blattfedern 22 bestehen aus Federstahl oder vorzugsweise Kohlenstofffasermaterial. Sie sind einenends bei 23 an dem Rotor 2 fest eingespannt und andernends jeweils in der Klemmstelle eines Rollenpaars 24 aufgenommen, das an einem ortsfesten Aktuator 26 über entsprechende Führungsmittel 27 gelagert ist. Der Aktuator 26 kann von der Steuereinrichtung 20 über eine Leitung 8a so angesteuert werden, dass er die Rollenpaare 24 in der Radialrichtung der zugeordneten Blattfedern 22 verstellt und/oder die von den Rollenpaaren an deren Klemmlinie auf die jeweilige Blattfeder 22 ausgeübte Klemmkraft verändert. Bei einer über die Statorspulen 11 oder die Energiequelle 13 erregten Drehschwingung des Rotors 2 bilden die Blattfedern 22 einen mechanischen Energiespeicher, der vorübergehend die kinetische Energie des Rotors 2 und der mit diesen gekoppelten Teile in Form potentieller Energie speichert. Durch den Aktuator 26 kann die Einspannstelle der Blattfedern 22 und damit die wirksame Biegelänge der Blattfedern 22 verändert werden. Damit ergibt sich ein unmittelbarer Eingriff auf die Federkennlinie, d.h. die Rückstellkraft/Weg-Kennlinie des Energiespeichers, womit sich eine im Wesentlichen frei Steuer- oder programmierbare Weg(Drehwinkel)-Kennlinie des Rotors 2 bei dessen Schwingbewegungen erzielen lässt. Die Blattfedern 22 können auch in einer von der Radiallage abweichenden Ausrichtung an dem Rotor 2 angeordnet sein, wie es auch denkbar ist, sie über ihre Länge mit veränderlicher Dicke und/oder Breite zu gestalten, bspw. an der
Festeinspannstelle dicker und/oder breiter als irη Bereiche der Klemmlinie der Rollen 24. Praktische Ausführungsformen der in Fig. 3 lediglich schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung sind in den Fig. 4, 5 veranschaulicht, in den Fig. 1, 2 sind gleiche Teile wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der zylindrische Stator 1 hohlzylindrisch ausgebildet und mit einer Innenkeilverzahnung 29 versehen, die es erlaubt den Stator 1 drehfest auf eine nicht weiter dargestellte Keilwelle aufzusetzen. Der Stator 1 wird im radialen Abstand von dem zylindrischen Rotor 2 umschlossen, der mit dem Stator 1 nach Art eines konventionellen Gleichstrom- oder Wechselstrommotors zusammenwirkt, wobei die zugehörigen elektromagnetischen Pole und/oder Spulen bei 30 schematisch angedeutet sind. Dieser allgemein mit 31 bezeichnete Motor ist ein Außenläufermotor, wie er an sich bekannt ist (vgl. DE 101 11 17 A1). Durch entsprechende Erregung seiner elektromagnetisch wirksamen Wicklungen 30 durch ein daran angeschlossenes Reversiersteuermittel 32 wird erreicht, dass der Rotor 2 bezüglich des Stators 1 eine Reversierdrehbewegung vorbestimmter Amplitude ausführt, die durch einen Doppelpfeil 33 angedeutet ist. An dem Rotor 2 ist außen ein
Antriebshebel 34 befestigt, der endseitig eine Anlenkstelle 35 für ein anzutreibendes Bauteil, insbesondere einer Webmaschine, aufweist.
Auf der dem Antriebshebel 34 diametral gegenüber liegenden Seite ist der Rotor 2 mit einer angeformten Befestigungsklemme 36 ausgebildet, in die eine Blattfeder 22 eingesetzt ist, die mittels Schrauben 37 an ihrer Einspannstelle fest verklemmt ist. In der Nähe der Einspannstelle liegen beidseitig der Blattfeder 22 zwei Verstärkungsplatten 38, die die Blattfeder unmittelbar an der Einspannstelle gegen Ermüdungsbruch schützen.
Die Blattfeder 22 ist in der Nähe ihres freien Endes in der Klemmstelle 39 des zugeordneten Rollenpaars 24 aufgenommen, dessen Rollen gemeinsam durch zugeordnete, bspw. als Spindel- oder Keilgetriebe ausgebildete Stellvorrichtungen 40 in Längsrichtung der Blattfeder 22 zwischen der in Fig. 4 mit ausgezogenen Linien und der gestrichelt angedeuteten Stellung verstellbar sind. Die beiden Stellvorrichtungen 40 sind durch elektromechanische Stellmittel 41 angesteuert, die zusammen mit den Stellvorrichtungen 40 den Aktuator 26 der Fig. 3 bilden.
Die Steuereinrichtung 20, deren Eingabeteil 21 in Fig. 1 nicht dargestellt ist, steuert einerseits über die Steuermittel 32 die Reversierbewegung des Rotors 2 und damit des Antriebshebels 34, indem sie dessen Amplitude bestimmt, während sie andererseits über die Stellmittel 41 auf die Stellvorrichtungen 40 des Rollenpaars 24 Eingriff nimmt, um diese in Richtung des Doppelpfeils 42 zu verstellen. Durch diese Verstellung wird die freie Einspannlänge der Blattfeder 22 verändert, was eine entsprechende Veränderung der Federkennlinie des von der Blattfeder 22 gebildeten Energiespeichers zur Folge hat. Die Rollen 24 können im Übrigen erforderlichenfalls auch gebremst sein, wobei die Bremswirkung durch die Steuereinrichtung 20 gesteuert werden kann. Auf diese Weise lässt sich eine gesteuerte Dämpfung in das System einführen, wie dies durch die Dämpfungsvorrichtung 17, 18 in Fig. 1, 2 veranschaulicht ist. Die Federkennlinie der Blattfeder 22 ist, nebenbei bemerkt, nicht linear.
Die Ausführungsform nach Fig. 5 unterscheidet sich von jener nach Fig. 4 im Wesentlichen lediglich durch die Ausbildung des Motors 31. Der hier mit 31a bezeichnete Motor ist als sogenannter Kreissektor-Linearmotor ausgebildet. Der prinzipielle Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Kreissektor-Linearmotoren sind z.B. aus der DE 19849728 A1 bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen werden muss. Der Rotor 2 ist bei dieser Ausführungsform auf dem zylindrischen, mit der Innenkeilverzahnung 29 der Fig. 4 ausgebildeten Stator 1 mittels eines Wälzlagers 43 drehbar gelagert, wobei sein Antriebshebel 34 zwischen der in Fig. 5 voll ausgezogen dargestellten Winkelstellung und der dort gestrichelt gezeigten Winkelstellung hin- und herbewegbar ist. Die elektromagnetische Antriebswicklung 30a ist kreissektorförmig verteilt angeordnet und wird über die Reversiersteuermittel 32 von der Steuereinrichtung 20 angesteuert. Der Rotor 2 ist wieder mit der radial vorstehenden Blattfeder 22 entsprechend Fig. 4 versehen, die in der Klemmstelle 39 des zugeordneten Rollenpaars 24 aufgenommen ist. In diesem Falle ist die Blattfeder 22 gegenüber dem Antriebshebel 34 unter einem von 180° abweichenden Winkel angeordnet.
Die Wirkungsweise des von der Blattfeder gebildeten mechanischen Energiespeichers ist gleich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4.
In den Fig. 6, 7 sind erfindungsgemäße Antriebsvorrichtungen dargestellt, die ähnlich den vorbeschriebenen Ausführungsformen nach den Fig. 4, 5 konstruiert, aber anstelle der
Blattfedern 22 mit einem elektromagnetischen Energiespeicher, im Prinzip ähnlich wie in Fig. 1 dargestellt, ausgebildet sind. Gleiche Teile sind wieder mit gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 4, 5 versehen und nicht nochmals erläutert.
Die Ausführungsform nach Fig. 6 entspricht jener der Fig. 4 mit dem Unterschied, dass anstelle der Blattfeder 22 ein längliches, plattenförmiges Polstück 44 radial vorragend mit dem Läufer 2 an der Befestigungsklemme 36 verbunden ist. Der Sensor 15 ist der Einfachheit halber weggelassen. Unter Verwendung der Bezugszeichen nach Fig. 1 trägt das Polstück 44 einen permanentmagnetischen, plattenförmigen Magnetpol 3, dessen zu der radialen Symmetrieachse 45 parallele, ebene, seitliche Polflächen mit 4 bezeichnet sind. Symmetrisch zu der Symmetrieachse 45 des in der in Fig. 6 dargestellten Mittelstellung stehenden Polstücks 44 sind die beiden über Erregerspulen 7 erregten stationären Pole 5 angeordnet, deren Polflächen mit 6 bezeichnet sind und eine solche Neigung bezüglich der Drehachse des Rotors 2 aufweisen, dass die Polflächen 4, 6 in den Grenzstellungen der durch den Doppelpfeil 33 angedeuteten hin- und hergehenden Schwingbewegung großflächig unter Ausbildung eines Luftspaltes 9 einander gegenüber liegen. Die Erregerspulen 7 sind durch eine Treiberschaltung 20a angesteuert, die einen Teil der Steuereinrichtung 20 bildet und von dieser gesteuert ist.
Wie anhand der Fig. 1 bereits erläutert, werden die Erregerspulen 7, gesteuert von der Steuereinrichtung 20 so erregt, dass sie zumindest zeitweilig während der Reversierbewegung des Rotors 2 gleiche magnetische Polaritäten erzeugen, so dass sich die für die Schwingbewegung des Rotors 2 an den einander zugewandten Polflächen 4, 6 erforderliche Rückstellkraft ergibt, wobei die kinetische Energie der dem Rotor 2 zugeordneten Masse m in dem in dem Luftspalt 9 vorhandenen Magnetfeld als potentielle Energie gespeichert wird.
Die Ausführungsform nach Fig. 7 entspricht jener nach Fig. 5 mit dem bereits anhand der Fig. 6 erläuterten Unterschied, dass der Energiespeicher mit elektromagnetischen Speichermitteln arbeitet. Funktion und Aufbau des Energiespeichers sind wie bei der Ausführungsform nach Fig. 6, so dass es genügt, auf diese insoweit Bezug zu nehmen. Gleiche Teile haben die gleichen Bezugszeichen.
In den nachfolgenden Figuren 8 bis 16 ist der Einsatz der im Vorstehenden erläuterten erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung für typische Antriebsaufgaben in einer Webmaschine beispielhaft dargestellt. In diesem Zusammenhang veranschaulicht Fig. 8 einen Ausschnitt aus einer Webmaschine mit Darstellung der Bewegungsverhältnisse des Webblatts beim Schussfadenanschlag.
Das mit 50 bezeichnete Webblatt ist zwischen den beiden in Fig. 8 dargestellten Schwenkstellungen verschwenkbar, von denen die linke Stellung die Schussfadenanschlagstellung darstellt. Die an das bei 51 angedeutete Gewebe anzuschlagenden Schussfäden sind mit 52 bezeichnet. Die Kettfäden sind bei 53 angedeutet und stehen in der Offenfach-Stellung. Der Warenbreithalter ist bei 54 schematisch angedeutet. Um dem Webblatt 50 die aus Fig. 8 ersichtliche Schwenkbewegung zu erteilen, können bspw. die in den Fig. 4, 5 dargestellten Ausführungsformen der neuen Antriebsvorrichtung verwendet werden, wie dies in den Fig. 9, 10 veranschaulicht ist. Mit diesen Figuren gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. Dargestellt ist lediglich der Rotor 2 mit den an diesem angeordneten Teilen. Der Stator 1 und die zur Kopplung mit dem Rotor 2 dienende Wicklung 30 sind der Einfachheit halber nicht nochmals gezeigt. Auf den an dem Rotor 2 angeformten Antriebshebel 34 der Antriebsvorrichtung ist eine im Querschnitt U-förmige Spannschiene 55 aufgesetzt, in die das Webblatt 50 unmittelbar eingesetzt ist. Das Webblatt 50 ist an seinem Rahmen durch geeignete Befestigungsmittel, wie Spannschrauben oder dergleichen lösbar in der Spannschiene 55 befestigt, so dass es bei Bedarf ausgetauscht werden kann. Über die axiale Länge des Webblatts verteilt, können mehrere Antriebsvorrichtungen vorgesehen sein, wie dies in Fig. 11 veranschaulicht ist. Die Statoren 1 dieser Antriebsvorrichtungen sitzen mit ihrer Innenkeilverzahnung 29 drehfest auf einer durchgehenden, in Fig. 11 bei 56 angedeuteten Keilwelle, deren Außenkeilverzahnungen nicht weiter dargestellt ist und die sich über die Länge des Webblatts 50 erstreckt. Die Welle 56 ist im Maschinengestell drehfest gehaltert, was im Einzelnen nicht veranschaulicht ist. Die Zahl und der Abstand der Antriebsvorrichtungen richten sich nach der Webbreite, d.h. der Länge des Webblatts 50. Die Antriebsvorrichtungen können naturgemäß auch entsprechend Fig. 7 gestaltet sein.
Die Figuren 12 bis 15 zeigen die Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtungen nach Fig. 4 als sogenannte Schafthebelmotoren zur Bewegung der Schäfte einer Webmaschine. Dazu wird Bezug genommen auf die DE 101 11 017 A1, in der die grundsätzliche Ausbildung eines solchen Antriebs für die Fachbildemittel einer Webmaschine veranschaulicht ist.
Ein mit 60 bezeichneter Schaft ist jeweils über wenigstens zwei Schub-Zugstangen 61 mit dem Antriebshebel 34 des Rotors 2 einer zugeordneten Antriebsvorrichtung nach Fig. 4 gekoppelt, wobei jede Schub-Zugstange 61 bei 35 an ihrem Antriebshebel 34 angekoppelt ist. Die Rotoren 2 führen, gesteuert von der Steuereinrichtung 20, die anhand der Fig. 1 erläuterte, hin- und hergehende Schwingbewegung entsprechend dem Doppelpfeil 33 aus, wodurch der angekoppelte Schaft 60, entsprechend einem Doppelpfeil 62, in dem für die Fachbildung erforderlichen Maße auf- und abbewegt wird. Während in Fig. 12 die Verhältnisse für den Fall dargestellt sind, dass an dem Webschaft 60 lediglich zwei Antriebsvorrichtungen angekoppelt sind, zeigt Fig. 13 die Verhältnisse bei einer Webmaschine für größere Webbreite, bei der drei Antriebsvorrichtungen, gleichmäßig über die Schaftlänge verteilt, an dem jeweiligen Webschaft angreifen. Gemäß Fig. 14 können die Antriebsvorrichtungen für die neben einander angeordneten Schäfte 60 in einer Anordnungsebene abwechselnd auf der einen und auf der anderen Seite der jeweiligen Schub-Zugstange 61 angeordnet sein, während Fig. 15 zeigt, dass auch zwei Anordnungsebenen für die Antriebsvorrichtungen verwendet werden können. Auf diese Weise ist es möglich, die axiale Länge der Rotoren 2 und der zugehörigen Statoren 1 über die durch das vorgegeben Abstandsmaß 63 (in der Regel 12 mm) benachbarter Schäfte 60, wie es in Fig. 13 angedeutet ist, gegebene Beschränkung hinaus zu vergrößern, um damit eine größere Hubleistung zu erzielen. Den Fig. 12 bis 15 ist zu entnehmen, dass die den Rotoren 2 erfindungsgemäß zugeordneten Energiespeicher, bspw. in Gestalt der dargestellten Blattfedern 22 mit den zugeordneten Spann- oder Klemmrollen 24, die axiale Breite der Antriebsvorrichtungen in Richtung der die Statoren 1 tragenden, quer zu den Schäften 60 verlaufenden Keilwellen 64 (vgl. Fig. 14, 15) nicht vergrößern. Gleichzeitig zeigen die Figuren, dass die Energiespeicher in der Webmaschine ohne störenden zusätzlichen Platzbedarf untergebracht werden können.
Dies gilt auch für die grundsätzliche Ausführungsform der Antriebsvorrichtungen nach Fig. 7, wie ein Blick auf Fig. 16 zeigt. Bei der Darstellung der Antriebsvorrichtung ist hier der Stator 1 der Einfachheit halber weggelassen. Der Antriebshebel 34, an dem bei 35 die Schub- Zugstange 61 angekoppelt wird, führt zwischen den in Fig. 16 strickpunktiert dargestellten Grenzstellungen eine hin- und hergehende Schwingbewegung aus. Von diesen Grenzstellungen entspricht eine der Ausbildung des Oberfachs und die andere der Ausbildung des Unterfachs. Die Steuerung des Energiespeichers durch die Steuereinrichtung 20 kann auch hier entsprechend den Anforderungen der Fachbewegung innerhalb eines vorgegebenen Rahmens beliebig vorprogrammiert und gesteuert werden.
In Fig. 17 ist schematisch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach Fig. 4 zum Antrieb der Greiferstange einer Greiferwebmaschine veranschaulicht. Für gleiche Teile sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 4 verwendet und nicht nochmals erläutert.
Der Rotor 2 trägt in diesem Falle auf der der Blattfeder 22 des Energiespeichers gegenüber liegenden Seite anstelle des Antriebhebels 34 der Fig. 4 einen Hebelarm 34a, an dem ein zu der Rotordrehachse koaxiales Zahnsegment 65 ausgebildet ist, das mit einem Ritzel 66 eines an einem Gestellteil 67 angeordneten Winkelgetriebes 68 in Eingriff steht. Das Winkelgetriebe 68 treibt ein Antriebszahnrad 69 an, dessen Drehachse rechtwinklig zu der des Ritzels 66 verläuft und dessen Verzahnungen in die zahnstangenartig ausgebildete Verzahnung einer Greiferstange 70 eingreift, die in Fig. 17 im Querschnitt angedeutet ist. Eine hin- und hergehende Bewegung des Zahnsegments 65 erzeugt deshalb eine hin- und hergehende Drehbewegung des Antriebszahnrades 69 und damit eine rechtwinklig zur Zeichenebene der Fig. 17 erfolgende Hin- und Herbewegung der Greiferstange 70. Bei dieser Hin- und Herbewegung wird die kinetische Energie der bewegten Massen im Bereiche der Umkehrpunkte der Bewegung in der Blattfeder 22 als potentielle Energie vorübergehend gespeichert, wie dies im Vorstehenden schon erläutert worden ist.
Wenngleich anhand der beschriebenen Ausführungsformen der neuen Antriebsvorrichtung die Erfindung im Zusammenhang mit der Erzeugung einer hin- und hergehenden Schwenkbewegung um eine zugeordnete Schwenk- oder Drehachse beschrieben worden ist, so ist der erfindungsgemäße Gedanke darauf jedoch nicht beschränkt. Er kann in gleicher Weise bei Antriebvorrichtungen eingesetzt werden, die bspw. eine lineare hin- und hergehende Bewegung erzeugen. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 18 schematisch angedeutet.
Die Antriebsvorrichtung weist ein im Wesentlichen nach Art einer Stange 71 ausgebildetes angetriebenes Bauteil auf, das durch eine elektrische, pneumatische oder hydraulische lineare Antriebsquelle 72 verläuft, die ihm eine lineare hin- und hergehende Schwingbewegung vorbestimmter Amplitude erteilt. Koaxial zu der Antriebsquelle 72 ist auf beiden Seiten jeweils ein Energiespeicher in Gestalt eines Zylinders 73 angeordnet, in dem ein auf der Stange 71 vorgesehener Kolben 74 verschieblich geführt ist. Der Zylinder 73 ist an seinen beiden Stirnseiten verschlossen, wobei der Verschluss auf der jeweils außen liegenden Stirnseite durch einen Zylinderdeckel 75 erfolgt, der in den Zylinder 73 eingeschraubt ist. Durch Verdrehen des Zylinderdeckels 75 kann deshalb das Zylindervolumen verändert werden, weil der Zylinderdeckel 75 eine „bewegliche Wand" für den Zylinder 73 bildet. Der Zylinder 73 ist mit einem Speichermedium gefüllt, das elastisch kompressibel ist, bspw. Luft oder einem Gas.
Als Speichermedium kann aber auch ein sogenanntes rheologisches Medium Verwendung finden, dessen Viskosität sich im elektrischen Feld ändert. Der in Fig. 18 rechts dargestellte Zylinder 73 ist deshalb mit einer Einrichtung 76 versehen, die es erlaubt, in dem mit dem rheologischen Medium gefüllten Zylinderraum 77 ein elektrisches Feld variabler Stärke zu erzeugen. Die zugeordnete Felderzeugungsschaltung ist bei 78 angedeutet.
Die Antriebsvorrichtung weist eine elektrische Steuereinrichtung 20 auf, die es erlaubt, ähnlich wie anhand der Fig. 1 erläutert, die Eigenschaften des in diesem Falle pneumatischen Energiespeichers in Abhängigkeit von Parametern der Hin- und Herbewegung der Stange 71 und/oder von vorgegebenen oder programmgemäßen Parametern zu verändern. Der in Fig. 18 entsprechend Fig. 1 eingezeichnete Sensor 15 gibt bpsw. wegabhängige Signale ab, die für die Hin- und Herbewegung der Stange 71 kennzeichnend sind und die Informationen bezüglich der Lage, Geschwindigkeit, Beschleunigung, des Bewegungszustands und dergleichen der Stange 71 beinhalten.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 18 ist lediglich der rechts der Antriebsquelle 72 angedeutete Energiespeicher durch die Steuereinrichtung 20 gesteuert. In gleicherweise kann auch der den links der Antriebsquelle 72 liegenden Energiespeicher bildende andere Zylinder 73 entsprechend angesteuert sein. Es gibt aber auch Fälle, bei denen der linke Zylinder 73 weggelassen oder mit einem Dämpfungsmedium gefüllt ist, das dann ggfs. wiederum ansteuerbar sein kann. Die Fig. 19, 20 zeigen schematisch weitere Möglichkeiten für einen pneumatischen oder hydraulischen Energiespeicher in Form eines Zylinders 73a, der bspw. durch eine bewegliche Wand in Gestalt einer Membran 75a (Fig. 19) verschlossen ist, die in ihrer Dicke und Steifigkeit, gesteuert von der Steuereinrichtung 20, verändert werden kann, wie sich dies aus einem Vergleich der Fig. 19, 20 ablesen lässt.
Abschließend sei erwähnt, dass die Blattfedern 22 auch durch anders gestaltete Federmittel, bspw. Spiral- oder Torsionsfedern, ersetzt werden können, deren wirksame Länge oder
Federkennlinie entsprechend verändert werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung eines Bauteils (50, 60, 70), insbesondere in Webmaschinen, mit einer mit dem Bauteil gekoppelten, die hin- und hergehende Bewegung erzeugenden Antriebsquelle (2), - einem dem Bauteil und/oder der Antriebsquelle zugeordneten Energiespeicher (3, 5; 22) zur Speicherung potentieller Energie während wenigstens eines Teiles der Hin- und Herbewegung des Bauteils und einer Steuereinrichtung (20) zur Steuerung zumindest des Energiespeichers und/oder der Antriebsquelle in Abhängigkeit von gemessenen und/oder vorgegebenen Parametern für den Bewegungsablauf des Bauteils.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher permament- und/oder elektromagnetische Speichermittel (3, 5) enthält.
3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Speichermittel wenigstens zwei gegen einander beweglich gelagerte Magnetpole (3, 5) aufweisen, und dass die Polarität und/oder die magnetische Induktion wenigstens eines der Magnetpole durch die Steuereinrichtung (20) beeinflussbar ist.
1. Antriebsvorrichtung (3, 5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Magnetpolen (3, 5) ein Luftspalt (9) vorhanden ist und dass der Luftspalt in Richtung der Bewegungsumkehr des Bauteils sich in seinen geometrischen Abmaßen ändert.
5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher mechanische Speichermittel (22) aufweist, die durch die Steuereinrichtung (20) beeinflussbar sind.
6. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Speichermittel Federmittel (22) aufweisen, deren Federkennlinie durch die Steuereinrichtung veränderbar ist.
7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel wenigstens ein auf Biegung beanspruchtes Federelement (22) aufweisen, dessen wirksame Biegelänge durch die Steuereinrichtung (20) beeinflussbar ist.
8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement ein Blattfederelement (22) ist, das zwischen zwei in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung des Bauteils relativ zueinander verstellbaren Einspannstellen (23, 39) angeordnet ist und dass durch die Steuereinrichtung (20) die zwischen den beiden Einspannstellen liegende wirksame Länge des Blattfederelements veränderbar ist.
9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer der Einspannstellen das Blattfederelement (22) zwischen zwei Klemmelementen (24) eingespannt ist, die durch die Steuereinrichtung (20) relativ zu dem Blattfederelement verstellbar gelagert sind.
10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher pneumatische und/oder hydraulische Speichermittel aufweist, die durch die Steuereinrichtung (20) beeinflussbar sind.
11. Antriebseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermittel einen durch eine bewegliche Wand (75, 75a) abgeschlossenen, ein Speichermedium enthaltenden Raum (77) aufweisen, und dass die bewegliche Wand durch die Steuereinrichtung (20) beeinflussbar ist.
12. Antriebseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium über elektromagnetische Felder in seiner physikalischen Charakteristik beeinflussbar ist.
13. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Wand (75a) elastisch nachgiebig ausgebildet ist und dass die von ihr auf das Speichermedium übertragene Rückstellkraft durch die Steuereinrichtung (20) beeinflussbar ist.
14. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermittel einen Zylinder (73) aufweisen, der wenigstens eine das Speichermedium enthaltende Zylinderkammer (77) besitzt und der einen durch die Steuereinrichtung verstellbaren, die Zylinderkammer begrenzenden Deckel (75) enthält.
15. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft/Weg-Kennlinie der Speichermittel (3, 5; 22) zumindest abschnittsweise nicht linear ist.
16. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher Speichermittel enthält, die gesteuert von der Steuereinrichtung, eine Hysterese aufweisen.
17. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Dämpfungsmittel (17, 18) für die hin- und hergehende Bewegung aufweist und dass die Dämpfungsmittel durch die Steuereinrichtung (20) beeinflussbar sind.
18. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit an sie angekoppelten angetriebenen Mitteln ein schwingungsfähiges System bildet, dessen Eigenfrequenz durch Beeinflussung des Energiespeichers (3, 5; 22) durch die Steuereinrichtung (20) veränderbar ist.
19. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest Teil des Webladenantriebs einer Webmaschine ist.
20. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das angetriebene Bauteil(50) unmittelbar auf einen eine hin- und hergehende Drehbewegung ausführenden Teil (2) der Antriebsvorrichtung aufgesetzt ist und der Energiespeicher unmittelbar mit diesem Teil (2) gekoppelt ist.
21. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest Teil des Antriebs der fachbildenden Elemente einer Webmaschine ist.
22. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass sie, gemeinsam mit ihrem zugeordneten Energiespeicher, mit anderen Antriebsvorrichtungen in einer gemeinsamen Anordnungsebene liegend angeordnet ist.
23. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest Teil des Greiferantriebs einer Greiferwebmaschine ist.
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