横向往复移动地将纱线输送给旋转驱动的卷绕筒管的导纱器

摘要

本发明涉及一种用于使纱线(5)横向往复移动并输送给一个旋转驱动的卷绕筒管(1)以便在纺织机的卷绕装置里形成一个交叉卷绕筒管的导纱器(6)。本发明的任务是改进这种导纱器的传动。按照本发明,该项任务的解决办法是使机电传动装置(15,15’,15”,16,16’,18,18’)具有一个位于磁场内的气隙(17),沿着其相同的磁铁(18,18’)布置。在导纱器(6)上至少布置有一个浸入气隙(17)里的电气线圈(15)。这种电气线圈(15)可以有控制地通以电流。

说明书

本发明涉及一种具有第一项权利要求的前序中所述特征的用于使纱线横向往复移动地输送给一个旋转驱动的卷绕筒管以便在纺织机的卷绕装置里形成一个交叉卷绕筒管的导纱器。

为了生成纺织筒管，原理上来说必须一方面使筒管旋转，另一方面使卷绕到旋转的筒管上的纱线沿着筒管轴线往复移动。若纱线的横向往复移动很慢，那么筒管上形成的卷绕很大程度上是平行的。若这样的筒管具有较大的体积，而且平的端面基本上与筒管轴线成直角布置，那么卷绕线的两侧必须要有限位盘。若纱线横向往复移动得很快，以致形成了一种交叉卷绕的话，那就可以不用此限位盘了。高的卷绕速率那么也就要求很高的横向往复移动速率。

为此可以使用平行于筒管轴线取向的驱动装置，例如皮带。EP0311827A2就描述了这样一种导纱器，其中皮带是借助于一个微处理器控制的步进电机来驱动的。此时可以实现高的往复移动速率，而且能够相对精确地来控制导纱器。

很普遍地应用于产生横向往复移动运动的也有所谓的回旋螺纹辊，对于快速卷绕机来说，这种回旋螺纹辊常常又同时使交叉卷绕筒管实现圆周驱动。但与筒管充满度无关，总是有一个相同的移动布线角度，其中在筒管和驱动辊之间一定的转速比时就形成了所谓的卷绕图形，它们在以后的退绕时产生很大的问题。因此根据目前技术就描述了许多所谓的防叠方法。

为了能够产生予先给定的卷绕图形，例如一种精确卷绕或者分段精确卷绕，因此必须使筒管的驱动装置与导纱器分离开。另外由于使已经提到的回旋螺纹辊与单独驱动的卷绕筒管成一定间隔布置也就使之成为可能。在回旋螺纹槽内一般是一个导纱器在滑动。这种系统的承载取决于惯性，具有缺点。

很久以来也已知有所谓的指形导纱器(例如DE-AS 1131575，DE-OS 1560360)，其中有一个指状的导纱器可以围绕一个基本上垂直于卷绕筒管轴线布置的轴旋转。这时已建议用机电的驱动装置来代替此处所描述的这种用作为导纱器的手指的传统机械驱动，例如在EP 0808 791 A2或者此类的EP 0 838 442 A1已经指明了。但是在这些资料里只是提到了一种电动机。可以由此出发，或者使电动机的旋转运动经由提高调节惯性的传动装置转变为导纱器指的摆动运动，或者使用一个电动机，它直接驱动导纱器手指；而且若是一个步进电机则经由一个可予先规定的步进数量产生所希望的摆转角度。当速度高而且运动方向的换向很频繁时就可能出现步进误差，这就会导致驱动装置的持续不断地调整，从而导致移动布线的误差。

此外，对于传统的电动机，例如电子整流的电动机来说难于一方面在反向点产生必要的较高的转矩，而另一方面又要使得仅实现一种摆动运动的转子的质量足够地小，从而使合成的质量惯性并不进一步提高必要的转矩。

因此本发明的任务就是改进此类导纱器的传动装置。

该项任务按本发明是通过第一项权利要求的特征性特征来解决的。

本发明可以有利地通过权利要求2至19所述的特征形成其它的改进方案。

在按本发明所述的气隙之内可以达到相对较高的磁通量密度，其中当气隙的几何尺寸较小，而且当具有较小磁阻的磁轭的几何尺寸足够时，损失是比较小的。通过向位于磁力线范围里的线圈通电流就可以达到必要的转矩使导纱器偏转。

线圈的几何尺寸与对于按本发明的通过磁力线而磁化了的气隙的宽度的匹配有密切关系。线圈在气隙里布置的绕组段至导纱器摆动轴线的间距就规定了可以由驱动装置产生的转矩大小。该转矩与线圈的质量惯性相比是比较高的。参与此摆动的物体的其余零部件可以用很轻的材料制造，而且必须只是具有对于所出现的力来说必要的稳定性，从而得到较小的惯量。

气隙以及还有所产生磁场的元件都需要只是在电气线圈的摆动范围上布置，这个范围相当于导纱器的最大可调定的往复移动行程。因而相应地限制了结构方面的花费。同样只需要有一个电气线圈，在摆动期间它就沿着相应尺寸大小的沟槽来回运动。如前所述，参与这摆动运动的元件具有尽可能小的质量具有特殊的意义，这是由于在导纱器摆动的死点范围内实现了很大的角度加速度，并因而当摆动元部件的惯量较高时就会产生较大的转矩。这里必须考虑到在卷绕机上制造交叉卷绕筒管时必须使导纱器的摆动频率在不大于30Hz的范围内。

若在气隙的一侧布置了磁铁，那么就足以产生磁场。然后在气隙的位于对面一侧直接布置了一个磁轭，同样在磁铁装置的背面布置了一个磁轭。因而磁力线经过了良磁导体之内的绝大部分。如前已进一步所述的那样，该气隙的尺寸可以设计得较小，从而同样限制住磁阻。

但也可以在气隙的两侧都布置磁铁，这样就进一步提高了磁通量密度并能获得较大的转矩。

磁铁可以是永久磁铁，它不必须连接到供电电源上，或者可以是电磁铁，采用电磁铁可以实现较高的磁通量密度并因而还可以获得较大的功率。

在权利要求7所述的装置配置中就确保了在电气线圈的两个绕组上分别使得具有相同定向的相同的转矩起作用。这是由相反的电流方向以及相反的磁向而得出的。同时必须指出，虽然转矩必须要有相同的方向，以便使系统以高的效率来工作，但是使二个绕组段里转矩的值也一致不是绝对必要的。举例来说，若磁场强弱不同，或者绕组段在各自对应它的磁场内的分布相互有区别，那么就可能得到不同的数值。

相对于一种电子整流的电机来说，因为此时在使驱动转矩保持相同的作用方向时必须要有整流，那么对本发明来说就直接导致驱动转矩的符号换向。这又简化了摆动的导纱器的直接驱动的控制。

气隙的一种特别有利的布置以及配属的电气线圈在权利要求8和9里叙述。而用于产生转矩所必要的以及在气隙里伸展的电气线圈的绕组段完整地与导纱器的旋转点成相对较大的间距布置，由于杠杆作用从而能够产生一个相对较大的转矩。

与之相反，对于例如在权利要求10和11中所描述的按本发明的结构方案来说，电气线圈的一部分产生转矩的绕组段比较靠近于导纱器的旋转点而布置。此时应该指出，关于与旋转点的距离必须遵照这里相应的极限，因为与旋转点之间具有变得更大的间距的线圈也渐增地产生了一个与驱动装置反作用的惯性矩。但在此实例中并未参与产生转矩的一大部分电气线圈的绕组比参与产生转矩的绕组段位于径向较外处。但是线圈的关于驱动转矩来说被动的部分由于其与导纱器之间有较大的距离而使导纱器有较高的惯性矩。

但即使对于本发明的这种方案来说都涉及到一种驱动装置，这种装置可以很容易地控制，或者说调节，结构简单，而且具有较高的效率。

转矩的大小和方向通过控制或者说调节在每种运动状态时的电流来调定。这可以经由一个微处理器形式的控制装置来实现；这种装置按照一种可先规定的程序与角度有关地和与时间有关地控制电压或电流和电流方向，从而在横向往复移动的宽度上得出各自所要的纱线的移动布线角度，或者这往复移动的宽度或往复移动的点也可以调定。通过相应的传感器技术检测了各角度，它用来检查遵守额定值的情况，而且在必要时看实际值通过调节是否又匹配于额定值。此外使用了已知的PID(比例积分微分)-调节器，而为了检测瞬时的角度例如可以使用一种已公开的红外光栅，它对与摆动轴同轴布置的标记进行扫描。

如上所述，在绝大部分行程上所产生的转矩是很小的，而在导纱器转向点处由于角加速度很大因而在此范围内可以产生很大的转矩。为了借助一个已知的输出端产生相应较高的电压值用于使电气线圈实现跳跃式的比较强烈的通电，该输出端必须用较高的工作电压工作。此外，在一个已知的输出端之内产生一种冲击性的电压变化(如它在这里所必需的)证明是比较困难的。在通过脉冲宽度调制对输出级进行通常的数字化控制时基于所要求的电压峰值必须用脉冲宽度极大值更换极小值。这些极小的脉冲宽度对控制技术提出了更高的要求。另外，在对于绝大部分工作时间来说明显过高的工作电压时，用于调定必要的低电压所要求的脉冲宽度调制就引起很大的损失功率。

为了对付这些缺点，按照本发明还要建议采用第二个供电源，此处供备用的工作电压与第一个供电源相比达到数倍之多。在导纱器的换向点时这第二个供电源就接入电气线圈上，从而产生了这里所必要的冲击状所需的高转矩，而不需要一起考虑高的损失功率。

由于应用了相应结构尺寸的电容器就可以在第二个供电源上冲击性地为必要的电压作好准备。由于此电容器也确保了使电压不会提前损失。

若借助一个充电泵分别在电容器的两次释放之间对电容器进行充电，那就是特别有利的。根据摆动系统的频率，可以这样调定此充电泵，从而使必需的充电持续时间相当于前后两次释放之间的时间。这样就可能使充电泵连续地工作。

可实现的较高的角加速度缩短了导纱器的停留时间，并因而也缩短了纱线在往复运动宽度的终端点范围的停留时间。由于使纱线在边缘区内的停留时间接近于在交叉卷绕筒管的其余范围里的停留时间，这又使交叉卷绕筒管的密度变得均衡了。

按照本发明所述的机电驱动装置还具有以下优点：在这电气线圈上可以作用一个很高的电压，其后果是作用一个很大的转矩，但不会如普通的电动机那样产生饱和现象。由于这借助于第二个供电源或者电容器卸荷而冲击状供使用的高电压使流经电气线圈的电流明显加快地增高，因而成比例的转矩也就能相应快速地增高。

为了支持运动方向的变换，在本发明范围内也可以按本身就已知的方式在换向点处使用机械储能器。用这种办法就减小了在这些范围内必要的转矩最大值。如上所述，导纱器应该尽可能容易地使惯性矩最小化，但这种导纱器必须设计得更稳固，因而也就更重。此外这导纱器发生的噪声也变大了，寿命较短。尤其是当导纱器进入储能器里时引起的转矩突变使调节器的调节质量受到损害。

储能器与导纱器构成了一个基本上为谐波振荡的机械系统，采用这样的储能器就使驱动装置卸荷了，这就是说，使待输给驱动装置的能量减少，并且不再有所述的只是布置在边缘范围内的弹簧的缺点。储能器就使驱动转矩平方的曲线图中的面积减少至如若没有这样一个储能器所必要的数值的三分之一，这首先意味着，即使当负载较大时驱动装置也不会过热。同时要考虑到，在许多情况下即使驱动装置具有足够的尺寸大小也不能解决这个问题，这是由于线圈的质量加大了摆动元部件的惯量并因而又加大了对产生摆动所必要的转矩。

作为储能器考虑用一种弹簧，尤其是一种扭力弹簧。在此处感兴趣的向左和向右30°的偏转里可以优选使用一种螺旋弹簧，尤其是由带状材料制成的螺旋弹簧，因为在此范围内在两个方向上都必须从一种相同升高的弹簧特性曲线出发。

也可使用两个螺旋弹簧来替代一个螺旋弹簧，这样可以使合成的弹簧特性曲线的所希望的变化走向调定得更好。另外，这些例如布置在摆动零部件两侧的弹簧还可以用来给电气线圈输入电流。

为了确保在两个摆动方向上都达到有相同的弹簧力的变化，这些螺旋弹簧应该具有相反的绕制方向。只有当导纱器从静止位置偏转的角度超过了一个极限值时，这种要求才有意义，因为在弹簧开启和关闭时弹簧特性曲线的变化情况是不同的。

但是当摆动振幅较小时就可能是这种情况，即在运动方向发生反向的范围内出现了一种渐进形状的弹簧特性曲线。这种弹簧选择有利于在这必需要有最大转矩的范围内的传动。

以下按照实施例对本发明进行详细的说明。

附图所示为：图1：按本发明的具有机电驱动装置的导纱器的前视图，在图2的I-I处局部剖切；图2：图1的II-II剖视；图3：图1的变型方案的前视图，在图4的III-III处剖切；图4：图3的IV-IV剖视；图5：图1的另一种变型方案，无侧板9；图6：导纱器驱动装置的一种可供选择的结构方案，按图7中VI-VI剖切线的前视图；图7：附属于图6的VII-VII处的侧视图，图8：输出端的方块图；图9：图8的一种变型方案。

由图1所示的卷绕筒管装置的剖视图中可见到一个交叉卷绕筒管1，它放置在一个支承辊3上。交叉卷绕筒管1的套筒2支承在一个未表示出来的筒管架里。交叉筒管可以经由筒管架的其中一个套筒夹头实现传动，这些夹头将这筒管套筒2夹在它们之间。另一种方案可以采用一种驱动辊来代替支承辊3，与所述的交叉筒管1的直接驱动相比，通过这驱动辊可实现圆周传动。

输给交叉筒管1的纱线5在导纱器6的一个叉形导向元件6’里实现导向。往复运动用直尺4使纱线保持直线导向，这种直线导向是必需的，以便使纱线总是与支承辊3和交叉筒管1之间的夹紧线保持相等的并且尽可能短的距离输送给交叉筒管。这对于实现一种满意的交叉卷绕筒管1的绕组结构是必需的。

也可以考虑不用经由往复运动用直尺4来实现直线导向，而是用一种对应于导纱器6的杠杆来驱动一个包含有纱线导向环的、沿着往复运动用直尺4的位置可滑移地支承住的物体。但此时也要考虑，必须克服由此引起的附加的惯性力和摩擦力，这些力在往复运动频率较高时就会不利地作用于整个系统。

导纱器6经由一个支承架6”而固定在轴7上。如图2可见，该轴7支承在滚动轴承12和13里，这些轴承则布置在外壳8的侧板9和10里。为了限制当导纱器6的运动方向变换时滚动体发生的取决于惯性的继续旋转，可以比通常更强烈地夹紧住滚动轴承。但也可以考虑另一种方案，例如使用另外的轴承，例如磁性基础上的轴承。

同样固定在轴7上的有一个摇架式的筒子架14。该筒子架的侧面舌状悬臂14’和14”与金属带材制成的螺旋弹簧20和21的一个向里凸起的舌部抗扭地连接。这两个螺旋弹簧20和21是以相反的旋转方向绕制的。线圈15就这样缠绕在这筒子架14上，从而使其中心轴线与导纱器的旋转轴线相交。

在外壳8的侧板9和10上固定了扭力弹簧20和21的支持物20’和21”。这两个扭力弹簧20和21就牢固地夹紧在这些支持物20’和21’里。

如图2双箭头所示，通过在长孔41和41’内移动可以调整支持物相对于侧壁9和10的位置。这种可调整性至少对于两个支持物中的一个来说是必需的，以便达到使导纱器6在其静止位置时占据摆动振幅范围内的中间位置。调整两个扭力弹簧就可以使这中间位置同时表示出了两个弹簧特性线的零点。

给线圈15输送电流是按如下步骤进行的：经输入线路38和38’至支持物20’和21’，经扭力弹簧20和21直至其在轴7上的固定点并从那里经输送线路37和37’输给线圈15。按这种方式就保证了，每个固定的输入线路并不产生相对的运动。这种相对运动由螺旋弹簧20和21吸收了。当然也可以考虑具有很大弹性的其它输入线路。为了在此时限制住这运动，这些线路应尽可靠近轴7布设。

如图1所示，由铁磁性材料制成的内磁轭16具有弓形段的形状，并如图2所示，有一个矩形的横断面。相对于弓形内磁轭16的外圆周在一个同样为弓形的外磁轭16’上固定了一个磁铁装置18，18’。在内磁轭16的外圆周和磁铁装置18，18’之间设计了一个气隙17，它具有一个在其长度上保持相同的间隙宽度。但这保持相同的间隙宽度并不是强制性的要求。因而例如气隙17各自在气隙17的左半部分和右半部分的中间可能是较宽的，并因而削弱了这磁场，这是由于当导纱器6处在其中间位置上时，主动绕组段15和15’就位于那里，而在导纱器中间位置只需要较小的或者不需要驱动转矩。

在线圈15的摆动行程中点的左面和右面磁铁具有不同的极性因此在磁铁18和范围内就产生了磁通线19，它基本上指向导纱器的旋转点，而在磁铁18’的范围内则形成了磁力线19’，它们则离开导纱器的旋转点向外指向。

通过磁轭16和16’的磁力线由于是概图而并未表示出来。但它们在两个磁轭16和16’里构成了搭桥，其中所有的磁力线都通过U形磁轭的中心而布置。因此也可以在边缘部位设计这些磁轭，其横断面明显小于在中间的。

在导纱器6的整个摆动运动期间电气线圈15分别有两个绕段15’或者说15”之一布置在由于磁力线的方向而区别的气隙17的其中一个部分里。由于根据线圈15的绕组平面在这两个绕组段15’和15”里强制地也形成了不同的电流方向，因而由磁力线19和19’所表示的磁场作用于绕组段15和15’上的转矩具有相同的符号。两个绕组段15和15’相互之间的弧距大于在导纱器6处在一个最大摆动角时沿着气隙17所经过的路程。因此在整个摆动行程期间其中每一个绕组臂15’和15”就留在气隙的一个范围内，在此范围内磁力线19或19’都指向相同的方向。因此在整个摆动行程上电流和力矩是成正比的，尤其是涉及到符号。因此可以降低控制或者调节的费用。

外壳8有一个盖11，它有一个槽，导纱器6则可以在此槽内运动。也可以将此导纱器6固定在外壳8之外轴7上，而不是把导纱器6对中心地安装在轴7上，这样就使外壳8可以完全封闭。

在导纱器6的支承架6”的范围里在轴7上布置有一个圆盘39，它与轴7的中心轴线同心，上面设有标记。这些标记用两个红外光栅40，40’来扫描。通过一个相对于标记的刻度偏置的两个红外光栅40，40’就可以测定圆盘运动的各自的方向。因而可以通过计算增量来确定导纱器6的各个角度位置。为了进一步增高在摆动行程上的增量数，可以设置另外的红外光栅，其中因此使对于相同摆动角度的增量数相应地增高。但为了在导纱器换向点范围内对于调节器也具有足够高的分辨率，可以用一个观察员，例如在DE19735581A1里就对此作了描述。由红外传感器40所测量的增量继续传至一个未表示出来的微处理器上，在这微处理器里既存储了导纱器摆动的额定变化情况，还连接了一个调节器，该调节器输出作为调节参数流过线圈15的电流I。因而可以在整个摆动变化过程中产生所希望的驱动转矩。调节器可以设计为PID(比例积分微分式)调节器，或者也可以设计为状态调节器，用来使调节更精细，而且使调节质量保持相同，此外调节器可以设计成适配式的，也就是说，总是适应于当前所给定的条件(例如有偏差的纱线张力、轴承摩擦等)。同样也可以进行一种评价性调节，也就是说考虑了事先已知的变化。通过其它已知的调节原理可以实现调节质量的越来越精细。

纱线布设的额定变化情况可以用不同的对交叉筒管的绕组结构有利的参数来调定。例如，通过变化的振幅可以获得导纱器的行程变化，并因而减小交叉筒管的边缘硬度或者边缘拱起。此外，不用机械的调定工作就可以实现各种最不相同的卷绕结构，如精密的或者分段精密的卷绕。同样，调整交叉筒管所希望的宽度时其花费也极少。

选择螺旋弹簧20和21时可以使得弹簧特性曲线的变化并不是直至死点都是直线形的，而是渐进式变化的，这样就使机电驱动装置卸载以实现相同的摆动。那么通过这种办法也还只是使摆动接近于谐振，但这并不干扰，因为摆动的变化保持均衡。

在图3和图4所示的本发明一种变型方案中气隙17的两侧都布置有磁铁18，18’和22，22’。因此进一步提高了气隙17里的磁通密度，并因而在对线圈15通以相同电流而且尺寸大小相同时也可能有一个较大的转矩作用在导纱器上。不言而喻，在气隙17的左右各有具有不同极性的磁铁18，22和18’和22’相互位于对面。

在一个只是在图5中前视图所表示的本发明的另一种变型方案里与第一种变型方案相比是用电磁铁代替了永久磁铁18和18’，电磁铁由线圈24，24’与芯25，25’构成。向这些线圈的电流输入此处并没有专门表示出。这些线圈相对于侧板9和10是绝缘的，或者这些侧板由非导体材料，例如塑料制成。

通过这些所形成的电磁铁来生成具有对应于以前实例指向的磁力线。但可以实现一个更强的磁场，该磁场例如可以根据导纱器6的载荷来调定，也可以各不相同。

图6和图7所示是一种与以前的实施例明显不同的方案。此处这气隙相对于已描述过的方案旋转了90°，也就是说，它位于一个与导纱器26的摆动轴相交的平面里。电磁铁31和31’设计成圆弓形并经由例如螺钉连接30，30’和30”而固定在电磁铁支座36上，该支座同时设计为用作磁轭的侧板。因此在磁铁装置31和31’的两侧有磁轭35和36(图7)，它们应该传导磁通而尽可能没有明显的损失。

在导纱器26上同样也布置有一个电气线圈28，它类似于磁铁31和31’很大程度上具有一种圆弓形状。输入线路42和42’在这里是中心通过轴29而向外，导纱器26则是固定在此轴上。在此轴29里为此设有孔29’和29”。由于布置靠近旋转点处，此处未表示出的外部输电线路因导纱器26的摆动而引起偏转只有很小，因此对于输电线的弹性并没有太高的要求。

压力弹簧34’和34”有助于使导纱器26在死点范围内实现运动方向的换向。这些压力弹簧34’和34”可以机械调整用于改变行程。

不言而喻，对于最后表示的移动布线系统来说同样也可以用螺旋弹簧来代替压力弹簧34’和34”，如在前面例子中，这种螺旋弹簧的优点已在前面提到过了。

驱动的调节参照以前的实例进行。一种增量计数器形式的角度接收器此处未表示出，同样也可以对应于以前的实例。

图8简化表示了一个输出级44，如它可用于给线圈15或28供给电压。

用45表示一个供电源，而例如由场效应晶体管所构成的开关46至48则规定用于控制线圈15，28的供电。这些开关46至48由控制装置43控制，如用箭头简明表示的那样。而开关46和48以及47和48总是以同样的方式接合。通过各自接通时间的变化就按照要求模拟了由供电源的45所给定的工作电压。这种模拟既包括了所加电压的大小也包括了符号，以便产生出在导纱器摆动运动的每个点上所需要的转矩。

图9所示的输出级44’补充了第二个供电源52，它经由开关56和57同样也可以与线圈15，28连接。这些开关56和57，同样也是场效应晶体管，也是由控制装置43来控制，如前所述它最好是一个微处理器。它们交替地在导纱器6，26的换向点处理行操作。

第二个供电源52准备提供了一个比第一个供电源45大几倍的电压。此时或者从一开始就在输入处55作用有一个较高的工作电压，或者借助一个充电泵54在电容器53里产生这较高的工作电压。充电泵应这样有利地调定，从而使它给电容器53充上必需的电，分别直至其中一个开关56(或57)的下一次操作过程。同时，充电泵54同样也可以由控制装置43根据导纱器的频率来调定。

通过这修改的具有第二个供电源52的输出级44’就可以在导纱器的转向点冲击状地提供一个较高的电压，它可以使通过电流并因而使产生的转矩都更快速地增高。由于这第二个供电源52都只是很短时地接通，因而几乎在导纱器6，26的整个摆动范围上都是无例外地可以用供电源45以很高的效率来工作。

为了避免在接通第二个供电源52时经过开关47或48有一个强电流流出至第一个供电源45，并可能导致损伤这供电源，其间接入了相应的二极管50和51。