Dinkelmann, Friedrich (Stuifenstrasse 12, Rechberghausen, 73098, DE)
Weber, Friedrich (Sonnenbergstrasse 5, Herzogsweiler, 72285, DE)
Huss, Rolf (Kirchhofweg 5, Lossburg, 72290, DE)
Dinkelmann, Friedrich (Stuifenstrasse 12, Rechberghausen, 73098, DE)
Weber, Friedrich (Sonnenbergstrasse 5, Herzogsweiler, 72285, DE)
| 1. | Fadenliefergerät (1), insbesondere für Strickmaschi nen, mit einem Fadenlieferrad (5), das von dem zu liefern den Faden (9) in wenigstens einer Windung (12) um schlungen ist, um den Faden (9) zu fördern, mit einem Elektromotor (14), der eine Welle (13) auf weist, die mit dem Fadenlieferrad (5) drehfest ver bunden ist, mit einem Winkelgeber (17) zur Erfassung der Drehpo sition des Fadenlieferrads (5), wobei der Winkelgeber (17) eine Winkelauflösung (s) aufweist, die zumindest so groß ist, dass das Verhältnis (s/d) zwischen der Winkelauflösung (s) und dem Durchmesser (d) des Fa denlieferrads (5) größer als 3 mm1 ist. |
| 2. | Fadenliefergerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Winkelgeber (17) mit der Welle (13) verbunden ist. |
| 3. | Fadenliefergerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Welle (13) eine durch den Elektro motor (14) durchgehende Welle ist, an deren einem Ende das Fadenlieferrad (5) und an deren anderem Ende (16) der Winkelgeber (17) befestigt sind. |
| 4. | Fadenliefergerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Winkelgeber (17) ein inkrementaler Geber ist. |
| 5. | Fadenliefergerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Winkelgeber (17) ein Encoder ist. |
| 6. | Fadenliefergerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Winkelgeber (17) ein optischer Stufensensor ist. |
| 7. | Fadenliefergerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Winkelgeber (17) eine Winkelauflö sung (s) aufweist, die zumindest so groß ist, dass das Verhältnis (s/d) zwischen der Winkelauflösung (s) und dem Durchmesser (d) des Fadenlieferrads größer als 5 mm1 ist. |
| 8. | Fadenliefergerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Winkelgeber (17) an einen Istwert Eingang einer Regelschleife (29) angeschlossen ist. |
| 9. | Fadenliefergerät nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die Regelschleife (29) einen Sollwert Eingang aufweist, der zum Empfang externer SollPosi tionssignale eingerichtet ist. |
| 10. | Fadenliefergerät nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die Regelschleife (29) ein PDRegler ist. |
| 11. | Fadenliefergerät nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die Regelschleife (29) ein Spannungs regler (38) mit einer Einrichtung zur Störgrößenauf schaltung verbunden ist. |
| 12. | Fadenliefergerät nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die Regelschleife (29) mit einem Fa denspannungssensor (37) zur Erfassung der Fadenspan nung verbunden ist. |
| 13. | Fadenliefergerät nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, dass an den Fadenspannungssensor (37) eine Vergleicherschaltung (32) angeschlossen ist, die die erfasste Fadenspannung mit einer Sollfadenspannung vergleicht und aus dem Vergleich ein SollPositions ignal ermittelt. |
| 14. | Fadenliefergerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Elektromotor (14) an eine Ansteu erschaltung (34) angeschlossen ist, die für eine Schleppbetriebsart eingerichtet ist, in der die Be stromung des Elektromotors (14) ein zur eigenständi gen Fadenförderung nicht ausreichendes Drehmoment bewirkt. |
| 15. | Fadenliefergerät nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, dass eine Steuerschaltung (34) vorgesehen ist, die die Drehung des Elektromotors (14) in der Schleppbetriebsart mittels des Winkelgebers (17) re gistriert. |
| 16. | Fadenliefergerät nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, dass aus der registrierten Drehung eine Vorgabe für die Positivlieferbetriebsart gewonnen wird. |
| 17. | Fadenliefergerät nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vorgabe aus den registrierten Dre hungen mehrerer Fadenliefergeräte (1, 2,3) gewonnen wird. |
Bei Strickmaschinen wie auch Rundstrickmaschinen wird die Maschengröße der von den einzelnen Stricksystemen zu erzeugenden Maschen durch präzise Zumessung der einzelnen, zu den Strickstellen laufenden Fäden eingestellt. Dieses Prinzip ist zum Stricken von glatter Ware mittels mecha- nisch angetriebener Fournisseure gut etabliert. Dabei wurde schon frühzeitig nach einem elektrischen oder elektroni-
schen Ersatz für die starre mechanische Kopplung zwischen Fadenliefergerät und Strickmaschine gesucht.
Beispielsweise offenbart die US-PS 3 858 416 eine Strickmaschine mit einem elektrischen Fournisseur, der al- ternativ spannungsgeregelt oder synchron zum Hauptzylinder der Strickmaschine betrieben werden kann. Zur Ausführung letzterer Betriebsart ist an dem Hauptantrieb der Strick- maschine ein magnetischer oder sonstiger Sensor vorgesehen, der eine Impulsfolge erzeugt, deren Frequenz der Geschwin- digkeit der Strickmaschine entspricht. Ein Frequenz/Span- nungs-Wandler wandelt diese Impulse in eine Spannung um, die dann die Arbeitsgeschwindigkeit der Strickmaschine kennzeichnet.
Der das Fadenlieferrad antreibende Motor steht mit einem Tachogenerator in Verbindung, der ebenfalls an einen Frequenz/Spannungs-Wandler angeschlossen ist, um eine die Drehzahl des Motors kennzeichnende Spannung zu liefern.
Eine Vergleichschaltung vergleicht die von beiden Fre- quenz/Spannungs-Wandlern gelieferten Spannungen und steuert den Motor des Fournisseurs dementsprechend an.
Bei solchen Anordnungen kann es grundsätzlich zu vor- über gehenden Abweichungen zwischen Solllieferungen und Istlieferungen kommen, die die Qualität des Gestricks be- einflussen.
Es ist auf verschiedene Weise versucht worden, Faden- lieferräder elektrisch anzutreiben. Beispielsweise offen- bart die DE 38 24 034 Cl den Antrieb eines Fadenlieferrads mit einem Schrittmotor.
Schrittmotoren können nicht beliebig ein-und ausge- schaltet werden. Vielmehr muss beim Hochfahren wie beim Herunterfahren ein bestimmtes Betriebsregime eingehalten werden, damit es nicht zu Schrittfehlern kommt.
Aus der DE 15 74 430 gehen weitere Bemühungen hervor, band-oder streifenförmiges Material, insbesondere auch Fäden, mit vorgegebener Geschwindigkeit an eine Verbrauchs- stelle zu liefern. Dazu ist ein elektrischer Antriebsmotor vorgesehen, dessen Welle mit einem Lieferrad verbunden ist.
Eine Kupplungseinrichtung gestattet dabei das willkürliche An-und Abkuppeln des Lieferrads von dem Antriebsmotor. Das Lieferrad dient als Drehzahlmesser. Vor und nach dem Lie- ferrad sind Spannungsmesser angeordnet. In einer Einricht- betriebsart wird das Fadenlieferrad von der Motorwelle ab- gekuppelt und die sich einstellende Drehzahl des Fadenlie- ferrads wird registriert, um für späteren Betrieb des Mo- tors zugrunde gelegt zu werden.
Zur Einnahme der Einrichtbetriebsart ist die Akti- vierung der Kupplung erforderlich. Auch wirken im Faden- laufweg vorhandene Widerstände bremsend auf den Faden ein.
Im Fall von Strickmaschinen ist die sich dadurch einstel- lende Fadenmenge somit vom Zufall beeinflusst. Die Kupplung weist ein Massenträgheitsmoment auf, das zu dem Massenträg- heitsmoment des Fadenlieferrads und des Motors hinzukommt.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Fadenliefergerät zu schaffen, das insbesondere für Strick- maschinen, insbesondere Strickmaschinen mit wechselndem Fadenbedarf geeignet ist, und eine hohe Lieferqualität ge- stattet.
Diese Aufgabe wird mit dem Fadenliefergerät nach An- spruch 1 gelöst : Das erfindungsgemäße Fadenliefergerät weist ein starr mit einem Elektromotor verbundenes Fadenlieferrad auf, das einen gegebenen Durchmesser aufweist. Das Fadenlieferrad kann dabei sowohl einen runden als auch einen polygonalen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise kann es durch einen Stabkäfig gebildet sein. Eine Alternative ist ein einstü- ckiges, aus Blech tiefgezogenes Fadenlieferrad, dessen Um- fang z. B. mit Längsrippen versehen ist, so dass es die äu- ßere Kontur eines Stabkäfigs nachahmt. Auch andere Faden- lieferräder sind möglich. Es kann von einem am gesamten Umfang anliegenden Wickel umschlungen sein. Der Wickel kann auch nur einen Teil des Lieferradumfangs berühren und z. B. über (feste oder bewegliche) Abhebestifte geführt sein.
Außerdem ist ein drehfest mit dem Fadenlieferrad verbunde- ner Winkelgeber vorgesehen, der ein jede Drehposition des Fadenlieferrads kennzeichnendes Signal erzeugt. Wesentlich dabei ist eine hohe Winkelauflösung, die zumindest so groß ist, dass das Verhältnis zwischen der Schrittzahl des Win- kelgebers und dem Durchmesser des Fadenlieferrads größer als Drei pro Millimeter ist. Mit Winkelauflösungen oberhalb dieses Grenzwerts lässt sich das Fadenlieferrad so genau positionieren, dass in allen wesentlichen Betriebszuständen der Strickmaschine Synchronlauf zwischen den Fadenlieferrä- dern und der Strickmaschine erreicht wird. Wenn die Winkel- auflösung des Winkelgebers größer als der genannte Wert ist und wenn die Drehposition des Motors in einer Positions- regelschleife dementsprechend eingestellt wird, lässt sich eine Strickmaschine mit elektronischem Positivfournisseur anfahren sowie stillsetzen, ohne dass die sonst zu befürch- tenden Standreihen gebildet werden. Unter Standreihen wer-
den Maschenzeilen verstanden, deren Maschen eine andere Größe als die übrigen Maschen des Gestricks aufweisen.
Der Winkelgeber ist vorzugsweise mit der Welle des Motors verbunden, wobei bei einer bevorzugten Ausführungs- form eine durch den Motor durchgehende Welle vorgesehen ist, an deren einen Ende das Fadenlieferrad und an deren anderen Ende der Winkelgeber angeordnet ist. Der Winkel- geber ist vorzugsweise ein inkrementaler Geber mit einer hohen Inkrementzahl. Bei einem Durchmesser von 40 mm weist der Winkelgeber mindestens 120 Schritte, d. h. eine Winkel- auflösung von mindestens 3° auf. Bevorzugt werden Ausfüh- rungsformen, bei denen das Verhältnis s/d (Schrittzahl zum Lieferraddurchmesser) größer als Fünf ist. (Unter"Schritt- zahl"wird die Anzahl von Schritten verstanden, die mit dem Winkelgeber in einer Umdrehung unterscheidbar sind. ) In einem solchen Fall löst der inkrementale Geber mehr als 200 Schritte pro Lieferradumdrehung auf. Dies entspricht einer Auflösung von zumindest 1, 8° oder besser. Im bevorzugten Fall ist s/d größer als 5,24. Es werden damit unabhängig von dem jeweiligen Fadenlieferraddurchmesser von der Posi- tionsregelschleife Liefergenauigkeiten hinsichtlich der Fadenlieferung erhalten, bei denen Lieferabweichungen klei- ner als 0,6 mm sind. Dies ergibt fehlerlose Gestricke auch wenn die Strickmaschine ihre Arbeitsgeschwindigkeit ändert, z. B. anhält oder startet.
Mit dem präzisen hoch auflösenden Winkelgeber wird somit ein elektronischer Positivfournisseur geschaffen, der nicht nur präzise liefert sondern darüber hinaus fernsteu- erbar ist. Beispielsweise kann er bei der Erzeugung gemus- terter Gestricke gezielt ein-und ausgeschaltet werden.
Damit macht der erfindungsgemäße elektronische Positivfour- nisseur bisher für diesen Zweck verwendete Friktionsfour-
nisseure überflüssig. Er ermöglicht damit eine bessere Kon- trolle der Maschengröße bei der Erzeugung gemusterter Ware.
Bevorzugterweise erhält der elektronische Positivfournis- seur als Ansteuersignal eine Impulsfolge, wobei jeder Im- puls einem Winkelschritt des Fadenlieferrads entspricht.
Der Winkelschritt entspricht beispielsweise einem Winkel- schritt entsprechend der Winkelauflösung des Positionsge- bers. Er ist vorzugsweise so groß bemessen, dass er einer Fadenlieferstrecke von 1 mm, vorzugsweise 0,6 mm, ent- spricht. Mit jedem Impuls, den das Fadenliefergerät emp- fängt, dreht es das Fadenlieferrad um eine Fadenlänge von 0,6 mm weiter. Auf diese Weise ist eine fortwährende Kon- trolle der Liefermenge entsprechend der Drehung des Haupt- zylinders der Strickmaschine möglich. Der positionsgeregel- te Fournisseur verhält sich virtuell wie ein schrittmotor- getriebener Fournisseur, wobei seine Positionsregelschleife das Anfallen von Schrittfehlern verhindert.
Das Fadenliefergerät kann vorzugsweise einen Posi- tionsregler beherbergen, der die durch den Winkelgeber ex- akt erfasste Winkelposition des Fadenlieferrads zu jedem Zeitpunkt mit einem Sollsignal vergleicht und Abweichungen ausregelt. Der Positionsregler kann bei einer erweiterten Ausführungsform auch Teil eines Zugspannungsreglers sein.
In diesem Fall ist dann zusätzlich ein Fadenspannungssensor vorgesehen, der die Istspannung des Fadens erfasst. Weicht diese von einem vorgegebenen Sollspannungswert ab, werden entsprechende Positioniersignale erzeugt, die der Posi- tionsregler dann umsetzt. Der Spannungsregler ist dabei vorzugsweise als PD-Regler mit Störgrößenaufschaltung aus- gebildet. Dies bedeutet, dass der Regler einen proportio- nalverstärkenden Anteil ("P") sowie einen differenzierenden Anteil (D") aufweist. Aus der erfassten Fadenspannung, der aktuellen Liefergeschwindigkeit und ggf. den Motorströmen
wird eine Korrekturgröße ermittelt, die mit dem Soll-Span- nungswert verknüpft wird, um diesen so zu korrigieren, dass von dem Regler verursachte bleibende Regelabweichungen ver- schwinden.
In einer Weiterbildung weist das erfindungsgemäße Fadenliefergerät eine erste Betriebsart auf, in der es je nach Ausführungsform spannungsgeregelt oder positionsgere- gelt als Positivfournisseur arbeitet. In einer zusätzlichen Betriebsart, die als Schleppbetriebsart bezeichnet werden kann, wird der Strom des Elektromotors so weit reduziert, dass dieser keine aktive Fadenförderung mehr bewirkt. Der Motorstrom wird dabei so eingestellt, dass alle etwaigen Rastmomente des Elektromotors überwunden werden und kein Antriebsmoment oder allenfalls ein Antriebsmoment erzeugt wird das nicht ausreicht, um den Faden zu fördern. Aus Sicht der fadenabnehmenden Maschine ist in diesem Betriebs- zustand kein Positivfournisseur vorhanden. Vielmehr muss sich die fadenverbrauchende Maschine den Faden von einer Fadenquelle, beispielsweise einem Spulengatter holen. Das Antriebsmoment des Elektromotors ist dabei höchstens so groß, dass dieser Vorgang erleichtert wird. Die Kraft zum Abziehen des Fadens von dem Spulengatter wird dabei nur teilweise von dem Fournisseur aufgebracht. Damit ist das Fadenlieferrad virtuell von der Motorwelle abgekuppelt, zumindest insoweit als es keine Förderung bewirkt. Die fa- denverbrauchende Maschine bzw. deren Stricksystem können sich den Faden mit geringem Widerstand holen. Eine an den Elektromotor bzw. den inkrementalen Geber angeschlossene Schaltung kann die geholte Fadenmenge präzise erfassen und für den weiteren Betrieb des Fadenliefergeräts in Positiv- lieferart zugrunde legen.
Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Er- findung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder von Ansprüchen. In der Zeichnung sind Ausführungsbei- spiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen : Figur 1 mehrere elektronische positionsgeregelte Four- nisseure und deren Anschluss an eine zentrale Steuerung in schematisierter Darstellung, Figur 2 die Fournisseure ausgebildet als spannungsgere- gelte Fournisseure, angeschlossen an eine zen- trale Steuereinrichtung in schematisierter Dar- stellung, Figur 3 die Fournisseure gemäß Figur 1 mit einer zusätz- lichen Schleppbetriebsart, angeschlossen an eine zentrale Steuerung in schematisierter Darstel- lung, Figur 4 einen Winkelgeber eines Fournisseurs in schema- tisierter Darstellung, Figur 5 Ausgangssignale des Winkelgebers nach Figur 4, Figur 6 eine alternative Ausführungsform eines Winkel- gebers in schematisierter Darstellung, Figur 7 einen spannungsgeregelten Fournisseur mit Stör- größenaufschaltung in schematisierter Darstel- lung und Figur 8 einen abgewandelten Winkelgeber in schematisier- ter perspektivischer Darstellung.
In Figur 1 ist eine Gruppe von Fadenliefergeräten 1, 2,3 veranschaulicht, die an eine zentrale Steuereinrich- tung 4 angeschlossen sind. Die Steuereinrichtung 4 kann eine zentrale Steuereinrichtung sein, sie kann zu einer Strickmaschine gehören, eine separate Einrichtung sein oder in einem der Fadenliefergeräte 1, 2,3 untergebracht sein.
Lediglich beispielhaft sind drei Fadenliefergeräte 1, 2,3 veranschaulicht. Bedarfsweise kann jedoch auch lediglich ein einziges Fadenliefergerät 1 oder eine größere Gruppe von Fadenliefergeräten vorgesehen werden.
Die Anzahl der Fadenliefergeräte 1, 2,3 entspricht der Anzahl der an eine fadenverbrauchende Maschine, wie beispielsweise eine Rundstrickmaschine, zu liefernden Fäden und somit der Anzahl der Strickstellen. Sie sind unterein- ander im Wesentlichen gleich aufgebaut. Die nachfolgende Beschreibung des Fadenliefergeräts 1 gilt somit stellver- tretend für die übrigen Fadenliefergeräte 2,3 sowie even- tuelle weitere, nicht veranschaulichte Fadenliefergeräte.
Das Fadenliefergerät 1 weist ein Fadenlieferrad 5 auf, das beispielsweise durch ein tiefgezogenes Blechteil gebildet ist. Es kann oben und unten jeweils mit einem aus- gestellten Rand 6,7 versehen sein, die einen Fadeneinlauf- bereich und einen Fadenauslaufbereich bilden. Ein dazwi- schen angeordneter Fadenspeicherbereich kann mit Rippen 8 versehen sein. Vor und hinter dem Fadenlieferrad 5 sind Fadenleitmittel, wie beispielsweise eine Fadeneinlauföse, eine Fadenauslauföse, eine Fadenbremse, ein Knotenfänger und dergleichen angeordnet. Außerdem können bedarfsweise Fadenfühlhebel oder sonstige Fadenüberwachungseinrichtungen vorgesehen sein.
Das Fadenlieferrad 5 ist von einem Faden in zumindest einer, vorzugsweise mehreren Windungen 11 umschlungen. Der so gebildete Wickel 11 umfasst wenigstens einen, vorzugs- weise aber mehrere Windungen 12. Bei einer Drehung des Fa- denlieferrads 5, läuft der Faden 9 an dem oberen Rand 6 auf den Speicherbereich des Fadenlieferrads, bildet dabei ne- beneinander liegende Windungen und schiebt dadurch den Wi- ckel 11 axial nach unten. Das Fadenlieferrad 5 kann eine leichte Konizität aufweisen, um diesen Vorgang zu erleich- tern. Bei laufendem Fadenlieferrad 5 ist der Wickel 11 so- mit auf dem Fadenlieferrad 5 ständig in Bewegung.
Das Fadenlieferrad 5 ist mit einer Welle 13 verbun- den, die zu einem Elektromotor 14 gehört. Die Verbindung ist drehfest und vorzugsweise nicht durch betriebsmäßig ansteuerbare Mittel, wie Kupplungen oder dergleichen, auf- lösbar. Der Elektromotor 14 ist vorzugsweise ein bürstenlo- ser Gleichstrommotor mit geringem Massenträgheitsmoment, wie beispielsweise ein Glockenläufermotor, ein Scheibenläu- fermotor oder dergleichen. Bei geringeren Dynamikanforde- rungen kann auch ein sonstiger Motor, wie beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, ein Synchronmotor oder dergleichen verwendet werden. Im Fall eines bürstenlosen Gleichstrommotors enthält der Elektromotor 14 Hallsensoren zur Positionserfassung seines Ankers z. B. gemäß Figur 8 und entsprechende elektronische Schalter zur Bestromung der Statorwicklungen entsprechend dem Drehwinkel des z. B. per- manentmagnetisch erregten Rotors. Bei einem solchen Motor entspricht das von dem Elektromotor 14 an der Welle 13 er- zeugte Drehmoment dem über eine Zuleitung 15 zugeführten Betriebsstrom.
Die Welle 13 ist entweder in dem Bereich zwischen dem Elektromotor 14 und dem Fadenlieferrad 5 oder alternativ an
ihrem von dem Fadenlieferrad 5 abliegenden, aus dem Elek- tromotor 14 heraus ragenden Ende 16 mit einem Winkelgeber 17 verbunden, der vorzugsweise als inkrementaler Geber oder als analoger Geber mit hoher Auflösung ausgebildet ist.
Seine Schrittzahl s ist die Zahl der Schritte, die eine einzige volle Umdrehung der Welle 13 ergeben. Der Winkel- geber 17 weist dabei vorzugsweise zumindest eine solche Schrittzahl s auf, dass das Verhältnis zwischen der Schrittzahl s und dem Durchmesser d der Windungen 12 größer als drei, vorzugsweise größer als fünf, ist. Damit ist der bei der Erfassung der Drehposition des Fadenlieferrads 5 auftretende Fehler unterhalb einer Grenze, die auch bei besonders harten (unelastischen) Fäden Spuren im Gestrick hervorrufen könnte.
Der Aufbau des Winkelgebers 17 geht beispielhaft aus Figur 4 hervor. Er wird hier durch einen Resolver gebildet, der einen Anker mit einer Ankerspule 18 aufweist, deren Längsachse quer zu seiner Drehachse steht. Die Drehachse steht in Figur 4 senkrecht auf der. Zeichenebene. Die Anker- spule 18 ist mit einer Speisespule 19 verbunden, die axial orientiert ist und über eine ruhende, nicht weiter veran- schaulichte äußere Spule ein Wechselspannungserregungssig- nal erhält. Zwei mit ihren Spulenachsen radial orientierte, um 90° versetzte Statorspulen 21,22 erfassen das von der Ankerspule 18 erzeugte Wechselfeld. Es ergeben sich die in Figur 5 veranschaulichten Signalverläufe. Entsprechend der Position der Ankerspule 8 nehmen die Amplituden der in den Statorspulen 21,22 erzeugten Spannungen sinusförmig bzw. cosinusförmig zu oder ab. Beispielsweise wird bei einem Drehwinkel P in der Statorspule 21 eine positive Spannung U1 und in der Statorspule 22 eine negative Spannung U2 in- duziert. Über die Arcus-sinus-bzw. Arcus-cosinus-Funktion
kann aus den Spannungen auf den Drehwinkel P geschlossen werden.
Eine alternative Ausführungsform eines Winkelgebers ist in Figur 6 veranschaulicht. Dieser arbeitet optisch und weist eine erste ruhende Scheibe 23 und eine zweite, mit der Welle 13 verbundene, Scheibe 24 auf. Beide Scheiben sind jeweils mit einem Muster in Radialrichtung orientier- ter Striche 25,26 versehen. Diese bilden ein Hell-Dunkel- Muster. Die zwischen den Strichen 25 bzw. 26 vorhandenen Zwischenräume sind vorzugsweise durchsichtig. Bei einer bevorzugten Ausführungsform stimmen die Breite von Strichen und dazwischen liegenden Lücken etwa überein. Die Striche 25,26 können auch geringfügig breiter als die Lücken sein.
Sie stimmen außerdem in ihrer Anzahl miteinander überein.
Soll der Winkelgeber nicht nur die Drehzahl sondern auch die Drehrichtung erfassen, unterscheiden sie sich in ihrer Anzahl vorzugsweise um Eins.
Zur Schrittzählung ist eine Lichtquelle 27, bei- spielsweise in Form einer Leuchtdiode vorgesehen, die auf einer Seite der Scheiben 23,24 angeordnet ist. An der ge- genüber liegenden anderen Seite ist ein photoempfindliches Element 28, beispielsweise ein Photowiderstand, ein Photo- transistor oder dergleichen, vorgesehen. Soll die Drehrich- tung erfasst werden, sind ein oder zwei weitere derartige Lichtschranken vorgesehen, die das Scheibenpaar an anderer Stelle durchleuchten.
Figur 8 veranschaulicht eine weitere abgewandelte Ausführungsform eines Winkelgebers mit einem drehbaren Per- manentmagneten M und vier im Feld desselben angeordneten Hallsensoren 21a, 21b, 22a, 22b. Diese sind beispielsweise als Brücke zusammen geschaltet. Derartige Winkelgeber sind
beispielsweise in einigen bürstenlosen Elektromotoren ohne- hin verbaut, um elektronische Schalter zu steuern, die der Ansteuerung der Motorwicklung dienen. Wenn ein solcher Win- kelgeber 17 durch Auswertung der an den Hallsensoren 21a, 21b, 22a, 22b auftretenden Spannungen die Auflösung einer Umdrehung in eine Schrittzahl s gestattet, die gleich oder größer ist als die durch die oben diskutierten Bedingungen festgelegte Schrittzahl, kann dieser motorinterne Winkel- geber als Positionsgeber für die angeschlossene Regel- schleife dienen. Der bürstenlose Gleichstrommotor wird so- mit zu einem virtuellen Schrittmotor, der, allerdings an- ders als bekannte Schrittmotoren, dann keine Schrittfehler macht und zwar auch dann nicht, wenn keine speziellen Rück- sichten auf Drehzahländerungen genommen werden. Ein solcher virtueller Schrittmotor kann ohne Einhaltung besonderer Hochfahrregime bzw. Herunterfahrregime im Start/Stopp-Be- trieb betrieben werden.
Die von dem Resolver gemäß Figur 4 oder dem optischen Sensor gemäß Figur 6 abgegebenen Signale werden als Istpo- sitionssignal einer Regelschleife 29 zugeführt (Figur 1).
Zu dieser gehört ein Vergleicher 31, der die Istpositions- signale des Winkelgebers 17 mit Sollpositionssignalen einer Vorgabeeinheit 32 vergleicht. Jede vorhandene Abweichung zwischen dem Sollpositionssignal und dem Istpositionssignal wird als Winkelfehlersignal über einen Zweig 33 an eine Regelschaltung 34 weiter gegeben, die den Elektromotor 14 entsprechend ansteuert, um das Sollpositionssignal und das Istpositionssignal in Übereinstimmung zu bringen.
Optional können die Istpositionssignale aller Faden- liefergeräte 1 bis 3 über entsprechende Leitungen 35 zu der Steuereinrichtung 4 geleitet werden. Die Leitungen 35 kön- nen dabei die Signale der Winkelgeber 17 unmittelbar wei-
terleiten, indem sie die Winkelgeber 17 mit der Steuerein- richtung 4 verbinden. Es ist auch möglich, die Leitungen 35 als Datenbus auszulegen, der über entsprechende Schnitt- stellen an die Winkelgeber 17 angeschlossen ist. Es sind alle vorhandenen Datenbusse, auch Eindrahtbus inbegriffen.
Die Steuereinrichtung 4 gibt über eine Leitung 36 Steuerimpulse an die Vorgabeeinheit 32. Die parallel zu betreibenden Fadenliefergeräte 1, 2,3 können insoweit par- allel angesteuert werden. Im vorliegenden Ausführungsbei- spiel gibt die Steuereinheit 4 Einzelimpulse ab, wobei je- der Einzelimpuls der Drehung des Elektromotors 14 um einen Schritt der Winkelauflösung des Winkelgebers 17 entspricht.
Ist der Winkelgeber 17 beispielsweise nach Figur 4 aufge- baut und enthält er eine an die Statorspulen 21,22 ange- schlossene Auswerteschaltung, die die von den Statorspulen 21,22 abgeleiteten Signale in ein den Drehwinkel eindeutig kennzeichnendes Signal analoger oder digitaler Natur um- setzt, ist auch die Vorgabeeinheit 32 entsprechend ausge- bildet. Sie weist dann beispielsweise einen Zähler auf, der jeweils von Null bis zur Maximalschrittzahl des Winkelge- bers 17 zählt, um dann wieder von Neuem zu beginnen. Aus den über die Leitung 36 gelieferten Einzelschrittimpulsen wird somit ein analoges oder digitales treppenförmiges Sig- nal entsprechender Stufenzahl. Sobald über die Leitung 36 Impulse geliefert werden dreht der Elektromotor 14. Kommen keine Impulse steht er. Insoweit verhalten sich die Elek- tromotoren 14 von außen gesehen wie Schrittmotoren, die für jeden über die Leitung 36 gelieferten Impuls einen Winkel- schritt ausführen. In Folge der internen Positionsregelung unterliegen sie jedoch keinen Schrittfehlern, so dass sie anders als gewöhnliche Schrittmotoren problemlos gestartet und gestoppt werden können.
Die insoweit gelieferten Fadenliefergeräte 1 bis 3 arbeiten wie folgt : Es wird davon ausgegangen, dass die Fadenliefergeräte 1 bis 3 an einer Strickmaschine vorgesehen sind, die bei- spielsweise als Jacquardstrickmaschine oder als Strickma- schine mit Ringelapparat ausgebildet ist. Jedes Fadenlie- fergerät 1, 2,3 beliefert eine Strickstelle mit einem je- weiligen Faden 9. Sollen die betreffenden Strickstellen mit Faden beliefert werden, liefert die Steuereinrichtung 4 Impulse an die entsprechenden Vorgabeeinheiten 32, worauf- hin die Fadenlieferräder 5 entsprechend drehen. Sie folgen dabei dem Vorgabesignal winkeltreu, wobei vorhandene Win- kelabweichungen bezogen auf den Umfang des Fadenlieferrads kleiner als 1 mm, vorzugsweise aber kleiner als 0,6 mm, sind. Dies ergibt sich aus der Bedingung, dass das Verhält- nis s/d größer als drei, vorzugsweise größer als fünf pro Millimeter ist. Damit wird erreicht, dass etwaige Winkel- fehler unter sonstige Fehlereinflüsse sinken. Zu solchen Fehlereinflüssen kann insbesondere auch die Gleitbewegung des Wickels 11 auf dem Fadenlieferrad 5 gehören. Der Wickel 11 wird, so lange das Fadenlieferrad 5 dreht, durch den zulaufenden Faden 9 fortwährend axial nach unten in Rich- tung des ablaufenden Fadens verschoben. Durch die vorhande- ne Axialgleitbewegung kommt es naturgemäß auch zu einem gewissen Schlupf des Wickels 11 in Umfangsrichtung. Dies bedeutet, dass es zu einem gewissen Schlupf des Fadens auf dem Fadenlieferrad 5 kommt. Es wird bevorzugt, wenn der Quotient aus dem Umfang des Fadenlieferrads und der Winkel- auflösung s kleiner als dieser Schlupf, z. B. kleiner als 1 mm vorzugsweise kleiner als 0,6 mm ist. Eine mit solchen Fadenliefergeräten 1 bis 3 ausgerüstete Strickmaschine kann aus dem Stand angefahren und wieder abgestellt und wieder
angefahren werden, ohne Standreihen, d. h. Maschenreihen mit veränderter Größe zu erzeugen.
Durch gezieltes Liefern von Impulsen über die Leitung 36 kann die Liefergeschwindigkeit der Fäden 9 erhöht, ver- mindert oder auf Null gesetzt werden. Es ist somit positive Fadenlieferung an Jacquardstrickmaschinen möglich.
In Erweiterung der bislang beschriebenen Ausführungs- form können die Fadenliefergeräte 1 bis 3 mit Fadenspan- nungssensoren 37 versehen sein, die die Spannung des ablau- fenden Fadens überwachen. Die Spannungssensoren können bei- spielsweise mit der Vorgabeeinheit 32 verbunden sein, um die Fadenvorgabe zu beeinflussen. Ansonsten gilt die vor- stehende Beschreibung entsprechend. Es werden gleiche Be- zugszeichen zugrunde gelegt. Bei dieser Ausführungsform gelingt es, die Fadenliefergeräte 1, 2,3 bedarfsweise auch in einer spannungsgeregelten Betriebsart zu fahren. Bei- spielsweise wird über die Leitung 36 ein Fadenspannungs- signal geliefert. Die Vorgabeeinheit 32 vergleicht diese Spannung mit der über den Fadenspannungssensor 37 erfassten Istspannung und erzeugt daraus ein entsprechendes Sollposi- tionssignal. Dieses wird wiederum von der Regelschleife 29 in Drehungen des Fadenlieferrads 5 umgesetzt.
Ein solches Fadenliefergerät 1 bis 3 kann alternativ als Positivfournisseur oder als spannungsgeführter Four- nisseur arbeiten, d. h. Faden mit konstanter Lieferrate oder mit konstanter Fadenmenge liefern.
Figur 7 veranschaulicht eine Ergänzung für das Faden- liefergerät 1 bis 3 nach Figur 2. Es sind hier die Vorga- beeinheit 32 und die Regelschaltung 34 zu einem Positions- regler 38 zusammengefasst. Dieser erhält an einem Eingang
39 ein Spannungsvorgabesignal. Von dem Fadenspannungssensor 37 erhält er ein Istspannungssignal. Der Winkelgeber 17 liefert an einem weiteren Eingang ein Istpositionssignal.
Das das Fadenlieferrad 5 antreibende und beschleunigende Moment wird anhand eines Stromfühlers 41 erfasst und an einem Eingang 42 des Spannungsreglers 38 rückgemeldet. Der Spannungsregler 38 erhält somit Signale über die Geschwin- digkeit des laufenden Fadens, das auf den Anker des Motors einwirkende beschleunigende oder bremsende Drehmoment, und die Fadenspannung. Er ist als PD-Regler ausgebildet. Aus der Fadengeschwindigkeit, der Fadenspannung und dem Motor- strom wird ein Fehlersignal gebildet, das dem PD-Regler als Störgröße aufgeschaltet wird. Es wird somit ein robuster Regler geschaffen, dessen Regelabweichung für nahezu alle vorkommenden Garne, unabhängig von deren Elastizität, ge- ring ist und der Änderungen des Vorgabesignals an den Ein- gang 39 sehr schnell folgt.
Figur 3 veranschaulicht eine auf der Ausführungsform gemäß Figur 1 beruhende Fortbildung der Fadenliefergeräte 1 bis 3. Es wird zunächst auf die Beschreibung des Ausfüh- rungsbeispiels gemäß Figur 1 einschließlich Figur 4 bis 6 entsprechend verwiesen. Ergänzend gilt folgendes : Die Regelschaltung 34 weist einen zusätzlichen Steuereingang auf, an dem sie als Regelschaltung deakti- vierbar und in eine Schleppbetriebsart überführbar ist.
Dieser Steuereingang ist über Leitungen 43 oder einen ent- sprechenden Bus mit der Steuereinrichtung 4 verbunden. So- bald die Regelschaltung 34 über die Leitungen 43 ein ent- sprechendes Signal erhält geht sie in eine Schleppbetriebs- art. In dieser wird der Elektromotor 14 mit einem geringen Strom beaufschlagt, der zumindest ausreicht, etwaige Rast- momente des Elektromotors 14 zu überwinden. Dieser ist dann
aus Sicht des Fadenlieferrads 5"unsichtbar", d. h. er be- hindert eine Drehung des Fadenlieferrads 5 in Folge von Zug an dem Faden 9 nicht. Dies entspricht einer virtuellen Ab- kupplung des Elektromotors 14 von dem Fadenlieferrad 5. In diesem Zustand können sich die einzelnen Fadenverbrauchs- stellen (Stricksysteme) Faden selbst holen, ohne durch die Elektromotoren 14 daran gehindert zu sein. Über die Leitun- gen 35 registriert die Steuereinrichtung 4 die geholten Fadenmengen. Aus den erfassten Werten kann ein Vorgabewert bestimmt werden, der bei späterem Positivbetrieb über die Leitung 36 in Form von entsprechenden Ansteuerimpulsen ge- liefert wird.
In der Schleppbetriebsart kann auch ein geringfügig antreibendes Drehmoment erzeugt werden, um es den Strick- stellen zu erleichtern, Faden zu holen. Das Moment bzw. die Ansteuerströme der Elektromotoren 14 sind jedoch so gering, dass keine eigenständige Fadenförderung in Folge von Be- stromung der Elektromotoren 14 auftritt.
Auch bei der Erfassung der von den Strickstellen ge- holten Fadenmengen wirken sich die hohen Auflösungen der Winkelgeber 17, die zusätzlich zu etwaigen an den Elektro- motoren vorhandenen Gebern, wie beispielsweise Hallgebern, vorhanden sind, positiv aus. Hinsichtlich der Messung des natürlichen Fadenverbrauchs in der Schleppbetriebsart lässt sich eine völlige Rastmomentfreiheit herstellen, was mit herkömmlichen Schrittmotoren kaum möglich ist.
Ein Fadenliefergerät ist mit einem motorgetriebenen Fadenlieferrad versehen, wobei die Drehposition des Faden- lieferrads durch einen Winkelgeber mit hoher Präzision er- fasst wird. Der Winkelgeber hat zumindest eine Auflösung s, die größer ist als der Umfang des Fadenlieferrads 5 gemes-
sen in Millimetern. Vorzugsweise ist die Auflösung s größer als der fünffache (vorzugsweise der 5,24-fache) Wert des Durchmessers einer Windung des Fadenlieferrads. Das Faden- lieferrad ist vorzugsweise von mehreren (drei bis zwanzig) Windungen umschlungen.
Bezugszeichenliste : 1, 2,3 4 5 6,7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 21,22 21a, 21b, 22a, 22b 23,24 25,26 27 28 29 31 32 33 34 35 36 37 38 39 41 Fadenliefergeräte Steuereinrichtung Fadenlieferrad Rand Rippen Faden Wickel Windungen Welle Elektromotor Zuleitung Ende Winkelgeber Ankerspule Speisespule Statorspulen Hallsensoren Scheiben Striche Lichtquelle Element Regelschleife Vergleicher Vorgabeeinheit Zweig Regelschaltung Leitungen Leitung Fadenspannungssensoren Spannungsregler Eingang Stromfühler
42 Eingang 43 Leitungen P Drehwinkel d Durchmesser s Schrittzahl M Permanentmagneten Ul, U2 Spannung