[0001] Die Erfindung betrifft eine Stopvorrichtung für ein Faserband an einer Textilmaschine,
insbesondere einer Spinnmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die Erfindung
betrifft ebenfalls einen Energiespeicher.
[0002] Als eines der vielen Beispiele für eine Stoppvorrichtung für Faserband, bei einer
Ringspinnmaschine Luntenstoppvorrichtung genannt, sei die US-PS 4,683,712 erwähnt.
Hier wird eine Druckfeder in ihrer gespannten Stellung durch einen Riegel gehalten,
wobei dieser durch einen Elektromagneten entriegelt wird, wodurch die Feder ein
bewegbares Klemmglied zwecks Klemmung der Lunte aufwärts gegen eine ortsfeste Klemmfläche
drückt. Es leuchtet ein, dass ein solcher Elektromagnet wegen der Ueberwindung der
Verriegelungskräfte eine hohe Stromstärke benötigt. Um eine Ueber lastung der Energiequelle
bei einem gleichzeitigen Auslösen von einer Mehrzahl von Luntenstoppvorrichtungen
zu vermeiden, wird in der o.g. Schrift jeweils pro Luntentstoppvorrichtung ein Kondensator
als Energiespeicher vorgeschlagen. Für die Lade- und Speicherschaltung ist aber
ein hoher schaltungstechnischer Aufwand notwendig.
[0003] Die DE-OS 36 06 609, deren Aufgabe es ist, eine Auslösung im Bedarfsfall mit Sicherheit
zu gewährleisten, beinhaltet eine Luntenstoppvorrichtung, wobei durch die elektromagnetische
Auslösung die Lunte gegen eine nicht angetriebene Vorverzugswalze eines Streckwerkes
geklemmt und gleichzeitig ein Keil zwischen das Vorverzugswalzenpaar getrieben wird.
Zur Auslösung wird ein bewegbarer Permanentmagnet von einem ortsfesten Elektromagneten
umschlossen, welcher "die Haltekraft des Permanentmagneten so weit schwächt," dass
der Permanentmagnet sich nicht mehr halten kann. Mit anderen Worten wird das magnetische
Feld des Permanentmagneten in Richtung Umpolung abgeschwächt. Der Permanentmagnet
muss ständig die Spannkraft einer Feder überwinden, welche das Gewicht der Verbindungsstangen
zu dem Keil aufwärts drücken und zudem den Keil zwischen die Vorverzugswalzen treiben
soll, so dass dieser Permanentmagnet verhältnissmässig gross ausgelegt werden muss.
Die ihn umschliessende Spule wird nochmals voluminöser, so dass ein solcher Auslöser
für den praktischen Einsatz schon aus Kostengründen ausser Betracht fällt. Ein Indiz
dafür, wie schwierig die Realisierung dieser angeblich sicheren Auslösung tatsächlich
ist, geht aus der nachträglich publizierten Schrift "Zinser Novum 8" hervor, in welcher
beschrieben ist, dass eine Luntenstoppvorrichtung ganz konventionell mittels eines
Hubmagneten und mittels ei ner dadurch freigegebenen Zugstange ausgelöst wird.
[0004] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stoppvorrichtung für ein Faserband
bzw. eine Lunte vorzuschlagen, die durch eine extrem niedrige Stromstärke ausgelöst
werden kann, und die eine kleine Dimensionierung der Magneten gewährleisten soll.
Ausserdem soll der Schaltungsaufwand wesentlich kleiner sein. Diese Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des Kennzeichens im Anspruch 1.
[0005] Ein typischer, effektiver Wert für die benötigte Energie zum Auslösen lediglich
einer Verriegelung mittels Hubmagneten einer Stoppvorrichtung liegt bei 0,2 Ws (Wattsekunden).
Der Permanentmagnet der erfindungsgemässen Stoppvorrichtung wird in Anlehnung der
bei Fehlerstromschutzschaltern angewandten Prinzipien nicht umgepolt, bzw. dessen
Magnetfeld nicht abgeschwächt, sondern mit intaktem Magnetfeld abgestossen und es
werden keine Eisenkerne im Elektromagneten verschoben. Messungen haben ergeben, dass
eine Energiemenge für die Abstossung von weniger als 0,02 Ws ausreicht. Dementsprechend
klein kann der Elektromagnet gestaltet werden. Durch die Herabsetzung des Strombedarfes
der einzelnen Stoppvorrichtungen ist es nunmehr möglich, alle Stoppvorrichtungen
ohne Gefahr einer Ueberlastung der Energiequelle direkt von einer einzelnen Speiseleitung
zu speisen, ohne Zuhilfenahme von Kondensatoren pro Spinnstelle. Bei einer gleichzeitigen
Auslösung von 1000 Luntenstoppvorrichtungen braucht man nämlich 10 A bei einer Speisespannung
von 48 V. Auch besondere Verzögerungsvorrichtungen für eine zeitliche gestaffelte
Auslösung, wie bspw. in der DE-OS 35 26 305 beschrieben, sind nicht notwendig, so
dass der Schaltungsaufwand sehr geringt ist. Da ge mäss Anspruch 2 der Permanentmagnet
lediglich das Gewicht des beweglichen Teiles halten muss, kann das gesamte Magnetsystem
klein gestaltet werden. Da die Klemmung der Lunten durch die Schwerkraft bewerkstelligt
wird, ist eine Feder für diesen Zweck entbehrlich. Weitere vorteilhafte Ausführungen
gehen aus den sonstigen Unteransprüchen hervor.
[0006] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen an einer Ringspinnmaschine
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Luntenstoppvorrichtung in der Betriebsstellung,
Fig. 2 eine Vorrichtung der Fig. 1 in der Klemmstellung,
Fig. 3 das Zusammenwirken des aus der Vorrichtung der Fig. 1 herausgelösten Permanentmagneten
und des Elektromagneten in der Betriebsstellung,
Fig. 4 das Zusammenwirken des Permanentmagneten und des Elektromagneten zum Zeitpunkt
des Beginns der Trennung,
Fig. 5 den Permanentmagneten und den Elektromagneten der Fig. 3, 4 nach der Trennung,
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsvariante des elektromagnetischen
Teiles der Vorrichtung nach Fig. 1, 2,
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsvariante des elektromagnetischen
Teiles der Vorrichtung nach Fig. 1, 2 und
Fig. 8 ein anderes Blockschaltbild nach Fig. 6.
[0007] Fig. 1 zeigt eine Luntenstoppvorrichtung 10, welche vor einem Streckwerk 11 angeordnet
ist. Die Luntenstoppvorrichtung 10 sowie das Streckwerk 11 gehören zu einer Spinnstelle
einer Ringspinnmaschine (nicht gezeigt) oder einer anderen Spinnmaschine mit über
ein Streckwerk gespeisten Spinnstellen, z.B. einem Flyer oder einer Falschdrall-Spinnmaschine.
Das von einer Vorgarnspule oder einer Kanne (nicht gezeigt) über entsprechende Führungen
(ebenfalls nicht gezeigt) kommende Faserband 12, hier Vorgarn oder Lunte genannt,
gleitet über eine Führungsfläche 13 der Luntenstoppvorrichtung 10 und wird an einer
Führungswalze 14 umgelenkt, bevor es in das Streckwerk 11 hineinläuft. Der Transport
der Lunte 12 erfolgt aufgrund der Drehung der Vorverzugswalzen 15, 16 des Streckwerkes
11. Danach wird die Lunte 12 durch die umlaufenden Riemchen 17, 18 im Hauptverzugsfeld
des Streckwerkes weitergestreckt und anschliessend (nicht gezeigt) zu einem Garn
gesponnen. Die Luntenstoppvorrichtung 10 hat einen ortsfesten Teil, einen Träger 19,
an dem ein beweglicher Teil, ein Klemmhebel 20, mittels einer Schwenkachse 21 schwenkbar
gelagert ist. Die Lunte 12 läuft in der Betriebsstellung zwischen einer ortsfesten
Führungsfläche 13 und der Klemmfläche 22 des Klemmhebels 20, wobei die Klemmfläche
22 in der Betriebsstellung einen Abstand von der Führungsfläche 13 aufweist, so dass
die Bewegung der Lunte 12 zwischen diesen beiden Flächen 13, 22 nicht beeinträch
tigt wird.
[0008] Der Klemmhebel 20 ist mit drei Armen versehen, nämlich einem ersten, in der Betriebsstellung
etwa horizontal verlaufenden Arm 23, der mittels eines an diesem angebrachten Permanentmagneten
24 an einem magnetisierbaren Jochteil 25 eines am Träger 19 befestigten Elektromagneten
26 haftet; einem zweiten, dem ersten Arm 23 abgewandten Arm 27, der die Klemmfläche
22 aufweist, sowie einem dritten aufwärtsgerichteten Arm 28, welcher eine Signalflagge
29 in der Betriebsstellung tragen kann. In der Betriebsstellung ist die Signalflagge
29 vorzugsweise durch andere Strukturteile (nicht gezeigt) vor der Bedienung (ob
menschliche oder automatische - Roboter -) versteckt.
Nach der Auslösung der Luntenstoppvorrichtung 10, d.h. nach der Trennung der Magnete
24, 26, fällt der Klemmhebel 20 unter den Einfluss der Schwerkraft in die Klemmstellung
(Fig. 2). In dieser Stellung wird die Lunte 12 zwischen der Führungsfläche 13 und
der Klemmfläche 22 festgeklemmt und reisst aufgrund des Zuges der Vorverzugswalzen
15, 16. In der Klemmstellung schwenkt die Signalflagge 29 nach vorne, in eine Lage,
in der sie von der Bedienperson bzw. von einem Roboter zur Erkennung einer Störung
leicht gesehen werden kann.
[0009] Durch die Wahl und somit durch das Gewicht des Materiales des Hebels 20, durch die
Massenverteilung innerhalb des Hebels (Position des Schwerpunktes bezüglich der
Schwenkachse 21) und durch den Bewegungsbereich des Hebels (Länge des Armes 23, Winkelbereich)
zwischen der Betriebs- und der Klemmstellung ist die Klemmkraft auf die Lunte 12 veränderbar.
[0010] Das die Magnete 24, 26 aufweisende Magnetsystem ist in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellt,
wobei die magnetischen Flusslinien des Permanentmagneten 24 in der Betriebsstellung
ausschliesslich durch einen aus Weicheisen oder ähnlichem Material hoher Permeabilität
gebildeten Magnetkreis verlaufen, so dass bereits bei einem sehr kleinen Permanentmagneten
und einem entsprechend kleinen Elektromagneten eine hohe Haltekraft erzeugt werden
kann. Der Elektromagnet 26, der auf dem Träger 19 montiert ist, weist einen C-förmigen
Kern aus Weicheisen auf, um den eine Stromwicklung 30 gewickelt ist. Der Kern ist
beidseits mit zwei magnetisierbaren, das Jochteil bildenden Schenkeln 25 verbunden.
Die beiden Schenkel 25 haben jeweilige Stirnflächen 32, an denen in der Betriebsstellung
nach Fig. 3 alle Stirnflächen 33 zweier Polstücke 34 des Permanentmagneten 24 nur
aufgrund der Magnetisierung durch den Permanentmagneten 24 anhaften, denn die Wicklung
30 führt noch keinen Strom. Die magnetischen Flusslinien des Permanentmagneten 24
in dieser Betriebsstellung, bei der der Elektromagnet 26 unerregt ist, sind in Fig.
3 durch den Pfad 39 schematisch gezeigt. Hier bildet z.B. das linke Polstück 34 einen
Nordpol, das rechte Polstück 34 einen Südpol und die magnetischen Flusslinien führen
nur durch Eisenteile, so dass die Haltekraft bzw. Haftkraft verhältnismässig hoch
ist.
[0011] Fig. 4 zeigt dasselbe Magnetsystem nunmehr unter der Einwirkung eines Stromes, der
die Wicklung 30 des Elektromagneten 26 durchfliesst. Dieser Strom erzeugt seinerseits
ein magnetisches Feld (Pfad 36), welches dem des Permanentmagneten 24 derart im Verhältnis
zu steht, dass die Schenkel 25 des Elektromagneten 26 gleich gepolt, wie die Polstücke
34 des Permanentmag neten 24 gepolt werden. Die Flusslinien des Permanentmagneten
24 werden von dem Pfad 39 auf den Pfad 37 weggedrängt. Die Trennflächen 33, 32 werden
demzufolge nicht mehr von magnetischen Flusslinien durchdrungen, die vom Permanentmagneten
24 herrührende Haltekraft verschwindet und die Magnete 24, 26 trennen sich sowohl
unter dem Einfluss der Schwerkraft als auch unter der Abweisungskraft bzw. der gegenseitigen
Abstossung der gleichgepolten Trennflächen 32, 33.
[0012] Fig. 5 zeigt die Magnete 24, 26 in der abgefallenen bzw. getrennten Stellung. Der
Abstand zwischen den Polstücken 34 und den Schenkeln 25 ist so gross, dass die magnetischen
Flusslinien des Permanentmagneten 24 nunmehr teilweise durch die Luft (gemäss dem
Pfad 38) fliessen. Es kann daher keine Haltekraft zwischen dem Kern des Elektromagnets
und dem Permanentmagnet erzeugt werden. Das Magnetsystem bleibt somit auch ohne Stromfluss
in der Wicklung 30 in der abgefallenen Klemmstellung. Die Aufrechterhaltung des Stromflusses
in der Wicklung 30 ist deshalb nicht erforderlich. Das Schliessen des Magnetsystemes,
d.h. die Wiederherstellung der Haftung der Magneten 24, 26 muss durch eine äussere
Krafteinwirkung, zur Reduzierung des Abstandes zwischen dem Kern und dem Permanentmagnet
z.B durch eine Bedienperson oder einen Bedienroboter erfolgen. Dabei sollte die Wicklung
30 stromlos gehalten werden (oder gegebenenfalls so erregt werden, dass sie den Permanentmagnet
anzieht). Sobald der bewegliche Teil, d.h. der Klemmhebel 20, in der geschlossenen
Stellung (Betriebsstellung) am Elektromagneten 26 wieder anliegt, stellt sich der
Flusslinienverlauf von Fig. 3 wieder ein und die Haltekraft zwischen den Magneten
24, 26 ist wieder in vollem Umfang vorhanden.
[0013] Wenn der Bedarf bestehen sollte, die Energiequelle zu entlasten oder die Speisespannung
auf herabzusetzen, z.B. auf 24 V, wird auf Fig. 6 verwiesen. Sie zeigt im wesentlichen
einen Kondensator 40, ein schaltbares Element, z.B. einen Transistor 41, einen Ladewiderstand
42 und eine Ansteuerschaltung 43. Der Permanentmagnet 24 haftet unter dem Einfluss
des Eigenfeldes in der Betriebsstellung der Luntenstoppvorrichtung am Kern des Elektromagneten
26.1. Der Kondensator 40 wird von einer Stromquelle 44 über den Ladewiderstand 42
aufgeladen und speichert nun eine gewisse Energiemenge, die etwa 0,02 Ws beträgt.
Der Transistor 41 ist zu dieser Zeit von der Ansteuerschaltung aus gesperrt. Sollte
der dieser Spinnstelle zugeordnete Fadenwächter einen Fadenbruch feststellen, so erhält
die Ansteuerschaltung 43 ein Signal und gibt einen Stromimpuls an den Transistor 41
ab, der ihn leitend macht. Der Kondensator 40 entlädt sich dann über die Wicklung
30 und den Transistor 41. Der betreffende kurze Stromimpuls erzeugt in der Wicklung
30 das Magnetfeld, das entgegen dem Feld des Permanentmagneten 24 wirkt. Wie beschrieben,
wird der Permanentmagnet 24 dann vom Kern des Elektromagneten 26.1 abgestossen, und
bewirkt so das Schliessen der Luntenstoppvorrichtung. Weil der Stromverbrauch des
Elektromagneten 26 kleingehalten werden kann, kann auch der Kondensator 40 klein
gestaltet werden. Eine Ladeleistung von ca. 0,03 W reicht aus, um ihn in genügend
kurzer Zeit aufzuladen.
[0014] Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungvariante des Magnetsystems, bei dem der Elektromagnet
26.2 einen E-förmigen Kern aufweist mit drei mittels eines Steges verbundenen Schenkeln
25. Die Stromwicklung 30 des Elektromagneten 26.2, welche auf einem Spulenträger
45 angeordnet ist, umfasst den mittleren Schenkel. Der Haltemagnet besteht aus drei
Weicheisen-Polstücken 34, sowie zwei je an einer Seite des mittleren Polstückes
angeordneten Permanentmagneten 35, wobei die Polarität der beiden Permanentmagnete
35 entgegengesetzt ist. Vom Steg des E-förmigen Kerns steht eine Schraube 46 weg,
und zwar in einer Richtung, welche dem mittleren Schenkel 25 entgegengesetzt ist.
Das mittlere Polstück 36 ist vorteilhafterweise breiter als die beiden Auesseren
ausgebildet, um sicherzugehen, dass im mittleren Polstück keine magnetische Sättigung
eintritt. Es hat sich gezeigt, dass eine dünne metallische Scheibe (nicht gezeigt)
aus Aluminium oder einem anderem nicht magnetischen bzw. diamagnetischen Material
zwischen den Polen der (des) Permanentmagneten und den Schenkeln des Kernes des Elektromagneten
mit Vorteil eingesetzt werden kann. Diese Scheibe macht die Anordnungen weniger toleranzempfindlich.
[0015] Fig. 8 zeigt eine andere Möglichkeit der Energiespeicherung. Es ist eine einstufige
Spannungsverdoppelungskaskade, angeschlossen an eine Wechselspannungsquelle 55 mit
der effektiven Spannung Ueff. Ist die Wechselspannung negativ, so wird die Diode 51.1
leitend und der Kondensator 50.2 wird auf die Spitzenspannung der Quelle (2 1/2
mal Ueff) aufgeladen. Während der positiven Halbwelle der Quelle 55 sperrt die Diode
51.1 und am Knoten 53 summieren sich die Spitzenspannung der Quelle 55 und die Spannung
am Kondensator. Wenn Schalter 52 offen ist, wird der Kondensator 50.1 allmählich
auf die Spannung 2 mal 2 1/2 mal Ueff aufgeladen.
[0016] Der Kondensator 50.1 übt eine Funktion aus, welche derjenigen des Kondensators 40
(Fig. 6) entspricht, wobei der Schalter 52 in Fig. 8 dem Transistor 41 der Fig. 6
entspricht. Dementsprechend entlädt sich der kondensator über die nicht gezeigte Wicklung
des Elektromagneten, sobald der Schalter 52 geschlossen wird.
[0017] Bei gleicher Eingangsspannung kann wesentlich mehr Energie im Kondensator 50.1 gespeichert
werden als im Kondensator 40 mit der Schaltung nach Fig. 6, oder für die gleiche Energiemenge
ist ein kleinerer Kondensator notwendig. Durch die Verwendung einer Wechselspannungsquelle
wird der Ladestrom bei ungeladenen Kondensatoren automatisch begrenzt, auf den verlustbehafteten
Widerstand 42, Fig. 6 zur Ladestrombegrenzung kann deshalb verzichtet werden.
[0018] Die erfinderische Vorrichtung kann eingesetzt werden, wo ein längliches Fasergebilde
(Vorgarn von einem Flyer, Faserband von einer Karde oder Strecke) gespiesen und gegebenenfalls
plötzlich angehalten werden muss. Sie ist aber besonders da nützlich, wo viele Spinnstellen
nebeneinander angeordnet werden müssen und jede mit der eigenen Vorrichtung ausgerüstet
werden muss.
1. Stoppvorrichtung für ein Faserband (12) an einer Textilmaschine, insbesondere einer
Ringspinnmaschine, mit einem beweglichen, einen Magneten aufweisenden Teil (20)
und mit einem festen, ebenfalls einen Magneten aufweisenden Teil (19), wobei einerder
Magnete ein Elektromagnet (26) und der andere Magnet ein Permanentmagnet (24) ist,
welche Teile in der Betriebsstellung (Fig. 1) durch das Feld des Permanentmagnets
verbunden und durch elektrische Beaufschlagung des Elektromagneten trennbar sind,
wodurch der bewegliche Teil in die Klemmstellung (Fig. 2) gelangt, dadurch gekennzeichnet,
dass die Trennung der aneinander haftenden Magnete durch magnetische Abstossung erfolgt.
2. Stoppvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche
Teil als ein schwenkbar gelagerter Hebel (20) mit einem ersten, den Permanentmagneten
(24) aufweisenden Arm (23) ausgebildet ist und dass der bewegliche Teil nach der
Abstossung unter Einwirkung der Schwerkraft in die Klemmstellung gelangt.
3. Stoppvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel einen
zweiten Arm (27) mit einer Klemmfläche (22) aufweist, die zwecks Klemmung des Faserbandes
(12) mit einer ortsfesten Führungsfläche (13) zusammenwirkt.
4. Stoppvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkraft
auf das Faserband durch die Massenverteilung innerhalb des Hebels (20) bezüglich der
schwenkbaren Lagerung (21) und durch den Bewegungsbereich des Hebels zwischen Betriebs-
und Klemmstellung veränderbar ist.
5. Stoppvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel einen
dritten Arm (28) mit einer Signalflagge (29) aufweist.
6. Stoppvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet
(26) beidseits seines Kernes magnetisierbare Schenkel (25) mit je einer Stirnfläche
(32) und dass der Permanentmagnet (24) zwei Polstücke (34) mit je einer Stirnfläche
(33) aufweist, wobei die Stirnflächen (32, 33) in der Betriebsstellung aneinander
haften.
7. Stoppvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet
(26) einen E-förmigen Kern aufweist mit drei mittels eines Steges verbundenen Schenkeln
(25), dass die Stromwicklung (30) des Elektromagneten den mittleren Schenkel umfasst,
dass der Haltemagnet aus drei Weicheisen-Polstücken (34) sowie zwei je an einer Seite
des mittleren Polstücks angeordnete Permanentmagneten (35) besteht, wobei die Polarität
der beiden Permanentmagnete (35) entgegengesetzt ist.
8. Stoppvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mittlere Polstück
(34) breiter ausgebildet ist als die beiden äusseren Polstücke.
9. Stoppvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schraube (46)
zur Befestigung des Elektromagneten (26) vom Steg des E-förmigen Kerns in der den
mittleren Schenkel (25) entgegengesetzten Richtung wegsteht.
10. Energiespeicher für Stoppvorrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Stromwicklung (30) des Elektromagnetes mittels eines gesteuerten Schalters
(41, 52) an einem Kondensator (40, 50.1) angeschlossen ist, und dass der Kondensator
von einer Stromquelle (44, 55) über eine Ladeschaltung (42; 50.2, 51.1, 51.2) aufladbar
ist.
11. Energiespeicher gemäss Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische
Schaltung zur Aufladung des Kondensators (50.1) aus nahezu verlustfreien Komponenten
aufgebaut ist, bspw. in Form einer Spannungsverdopplerschaltung, bestehend aus Dioden
(51.1 und 51.2), sowie dem Kondensator 50.2.