DE102004058920B4

DE102004058920B4 - Rundstrickmaschine und Elektromotor

Info

Publication number: DE102004058920B4
Application number: DE102004058920A
Authority: DE
Inventors: Stig-Arne Blom
Original assignee: Memminger IRO GmbH
Current assignee: Memminger IRO GmbH
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2024-12-08
Also published as: DE102004058920A1; US20080173047A1; DE602005016455D1; US7490488B2; CN101087910A; TWI294003B; EP1819858B1; WO2006061190A1; TW200639285A; CN101087910B; EP1819858A1

Abstract

Rundstrickmaschine (RM), mit Fadenliefergeräten (F1, F2), die in wenigstens einen Riementrieb (R1, R2) eingegliedert sind, der von zumindest einem Elektromotor (M1, M2) angetrieben wird, und mit einem elektronischen Elektromotor-Geschwindigkeitssteuersystem (7), das zumindest mit einem Maschinen-Encoder (E) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass in den Elektromotor (M1, M2) ein Motor-Geschwindigkeits-Controller (C1, C2) mit Leistungs- und Steuerelektronik baulich eingegliedert, intern direkt mit den Elektromotor-Wicklungen, und extern über einen Kabelstrang (K1, K2) mit einer vom Elektromotor (M1, M2) baulich getrennten Schnittstelleneinheit (U) an der Rundstrickmaschine (RM) verbunden ist, an die der Maschinen-Encoder (E) angeschlossen ist, und dass mit der Schnittstelleneinheit (U) über den Kabelstrang (K1, K2) jeweils der Motorversorgungsstrom und ein zumindest von den Signalen des Maschinen-Encoders (E) abgeleiteter Soll-Wert (i) für die Elektromotor-Soll-Geschwindigkeit bereitstellbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rundstrickmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie einen Elektromotor gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 9.

Aus der technischen Informationsschrift "Motorbelt Drive" Nr. 027.900.000.01 vom 15.12.2003, der Firma Memminger-Iro GmbH, D-72277 Dornstetten, ist es bekannt, in einem neben der Basis der Rundstrickmaschine auf dem Boden stehenden Gehäuse, das die Maschinensteuerung enthalten kann, eine der Anzahl der Elektromotoren in den Riementrieben entsprechende Anzahl Inverter unterzubringen. Jeder Inverter ist über einen Kabelstrang mit einem Elektromotor verbunden und wandelt unter Berücksichtigung eines von den Maschinen-Encoder-Signalen abgeleiteten Soll-Werts für jeden Elektromotor den Netzstrom in einen Gleichstrom variabler Frequenz um. Dieses Geschwindigkeits- und Antriebsstromsignal korrespondiert mit dem jeweiligen Soll-Wert. Der Maschinen-Encoder und ein Steuerterminal zum Eingeben von Arbeitsparametern, beispielsweise der Fadenliefermenge für jeden Riementrieb, sind an die Inverter angeschlossen. Die Kabelstränge sind wegen der relativ hoch platzierten Elektromotoren lang. Die Geschwindigkeits- und Antriebsstromsignale sind jedoch sehr störungsanfällig und können selbst Gründe für Störungen sein, sogar wenn erhebliche Abschirmmaßnahmen getroffen sind. Zum Soll-Wert/Ist-Wert-Vergleich stehen zumindest einigen Elektromotoren zugeordnete Motoren-Encoder über Signalkabel mit den Invertern im Gehäuse in Verbindung. Übertragungsstörungen und/oder durch die Übertragung über die langen Kabelstränge hervorgerufene Störungen gefährden die Betriebssicherheit der Rundstrickmaschine und können die Qualität der Strickware beeinträchtigen.

Bei der aus EP 0 078 550 B1 bekannten Rundstrickmaschine wird der jeweilige Antriebsriemen für eine Gruppe von Fadenliefergeräten über eine Antriebsrolle mit variablem Durchmesser, einem sogenannten QAP-Rad, entweder mit der Antriebsdrehzahl der Rundstrickmaschine oder mit einer zur Drehzahl der Rundstrickmaschine strikt proportionalen Drehzahl angetrieben. Um gegenüber der Antriebsdrehzahl der den Riemen trei benden Rolle unterschiedliche Riemengeschwindigkeiten einstellen zu können, wird der Wirkdurchmesser der Rolle geändert, jedoch nur nach vorherigem Abstellen der Rundstrickmaschine. Jedes Fadenliefergerät enthält eine elektronische Steuereinrichtung zum Einstellen unterschiedlicher Betriebsmodii und strickmusterabhängiger oder farbabhängiger Funktionen, wobei jedes Fadenliefergerät bis zu vier verschiedene oder gleiche Fäden verarbeitet. Die Fadenliefergeräte sind in ein Bussystem integriert und an eine zentrale Steuereinheit angeschlossen, die am gleichen Tragring montiert sein kann, wie die Fadenliefergeräte selbst.

Die zentrale Bereitstellung der Geschwindigkeits- und Antriebsstromsignale für die Elektromotoren im Geschwindigkeitssteuersystem und deren Übertragung über lange Kabelstränge hat sich in der jüngsten Vergangenheit als Ersatz für die bisherigen, sogenannten Qualitätsräder (QAP) durchgesetzt. Beispiele solcher Konzepte sind zu finden in DE 28 20 747 A1 , US 2004/0237600 A1, US 6 301 938 B1 , WO 02/02856 A2.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit einer Rundstrickmaschine mit Elektromotoren in den Riementrieben zu verbessern und eine hohe Strickwarenqualität sicherzustellen.

Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.

Dank des Kunstgriffs, den Motor-Geschwindigkeits-Controller mit seiner Steuer- und Leistungselektronik, beispielsweise mit einem PWM-Modulator, direkt in den Elektromotor einzugliedern und über den Kabelstrang nur den Motor-Versorgungsstrom und zumindest den auf die Maschinen-Ist-Geschwindigkeit bezogenen Soll-Wert zu übertragen, entfällt die Notwendigkeit, störungsanfällige oder störungsaktive Geschwindigkeits- und Antriebsstromsignale über lange Kabelwege an der Rundstrickmaschine zu übertragen. Dem Elektromotor wird nur der Motorversorgungsstrom, z.B. Gleichstrom, zugeführt. Diese Übertragung ist störungsunanfällig und auch kaum Grund für Störungen bei anderen elektronischen oder elektrischen Komponenten. Auch der Soll-Wert, der hauptsächlich zur Geschwindigkeitsinformation dient, gegebenenfalls auch eine Positions-Information umfasst, lässt sich störungsfrei übertragen. Die erforderlichen Geschwindigkeits- und Antriebsstromsignale werden dezentral erst im Elektromotor vom Motor-Geschwindigkeitscontroller generiert und auf kürzestem Wege störungssicher und intern an die Motorwicklungen übertragen. Dort erfolgt auch der Soll-Wert/Ist-Wert-Abgleich. Die Schnittstelleneinheit lässt sich kompakt gestalten und beansprucht deshalb an der Rundstrickmaschine relativ wenig Platz. Die Schnittstelleneinheit kann sogar optimal nahe an den Elektromotoren platziert werden. Inder Schnittstelleneinheit werden anhand der Signale des Maschinen-Encoders, und gegebenenfalls eingegebener Parameter vom Einstellterminal, die jeweiligen Soll-Werte abgeleitet und an die Motor-Geschwindigkeits-Controller übertragen. Die Soll-Werte können beispielsweise Strom- oder Spannungspegel sein, und im Falle eines der Rundstrickmaschine zugeordneten Feldbussystems sogar als digitale Nachrichten konfiguriert werden.

Der übertragene Soll-Wert repräsentiert zweckmäßig ein für den jeweiligen Riementrieb ausgewähltes Verhältnis zwischen der Maschinen-Ist-Geschwindigkeit, wie vom Maschinen-Encoder gemeldet, und der Motor-Soll-Geschwindigkeit.

Zweckmäßig ist für alle an der Strickmaschine vorgesehenen, in Riementriebe eingegliederte Elektromotoren eine gemeinsame Schnittstelleneinheit vorgesehen, die beispielsweise eine Gleichrichterschaltung, z.B. einen getakteten Netzteil (switched power supply) enthalten kann. Die Schnittstelleneinheit könnte sogar oberhalb der Rundstrickmaschine, gegebenenfalls von dieser separiert, angeordnet werden, um den Zugang, z.B. zum Nadelzylinder oder zur Basis, wenn überhaupt, nur minimal zu beeinträchtigen.

Da sich die Schnittstelleneinheit kompakt gestalten lässt, kann sie an der Rundstrickmaschine oberhalb des Bodens, vorzugsweise sogar in einem oberen Bereich der Strickmaschine, oder allgemein strategisch günstig für die Elektromotoren platziert sein, um möglichst kurze Kabelstränge zu erzielen.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform enthält die Schnittstelleneinheit einen Netzstromeingang, mehrere Kabelstrang-Ausgänge, sowie, vorzugsweise, eine Gruppe Ein- und/oder Ausgänge für ein Maschinen-Encoder-Anschlusskabel, ein Einstell-Terminal-Anschlusskabel und dgl., wenigstens einen Gleichrichter, und einen Logikschaltkreis zum Ableiten der Soll-Werte. Jeder Soll-Wert kann nicht nur eine Geschwindigkeitsinformation oder direkt Encoderdaten enthalten, sondern gegebenenfalls auch Informationen für die momentane Position der Rundstrickmaschine. Ein Einstellterminal-Anschlusskabel kann entfallen, falls die Schnittstellen-Einheit mit dem Einstellterminal zusammengefasst oder gegebenenfalls sogar in dieses integriert ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Kabelstrang ein Gleichstromkabel und ein, vorzugsweise sogar separates, Signalkabel. Über das Gleichstromkabel wird der aus dem Netzstrom erzeugte Gleichstrom übertragen, während das Signalkabel den Soll-Wert überträgt.

Um, z.B. in einem der Rundstrickmaschine zugeordneten Feldbussystem, hohe Übertragungsgeschwindigkeiten und hohe Störungssicherheit zu gewährleisten, können zumindest die Kabel für Informationen und/oder Soll-Werte und/oder Encoder-Daten z.B. ein CAN-Bus, oder sogar optische Faserkabel sein. Zweckmäßig werden hierfür sogenannte Toshiba-Links, abgekürzt TOS-Links, verwendet.

Um den Verkabelungsaufwand zu minimieren, ist bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ein dem Elektromotor zugeordneter, zweckmäßig direkt mit eingegliederter, Motor-Encoder direkt mit dem Motor-Geschwindigkeits-Controller verbunden, um dort den Soll-Wert/Ist-Wert-Abgleich dezentralisiert in jedem Elektromotor auszuführen.

Ein Elektromotor mit mit der Leistungs- und der Steuerelektronik direkt in den Elektromotor eingegliedertem Motor-Geschwindigkeits-Controller stellt eine maßgeschneiderte Antriebseinheit für einen Riementrieb einer Rundstrickmaschine dar, und beseitigt Probleme, die bisher bei der Übertragung störungsanfälliger und selbst Störungen hervorrufender Geschwindigkeits- und Antriebssignale in Kauf zu nehmen waren.

Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Perspektivansicht einer Rundstrickmaschine,
2 eine Perspektivansicht eines Elektromotors,
3 eine Perspektivansicht einer Schnittstellen-Einheit, und
4 ein vereinfachtes Blockdiagramm.
Eine in 1 nur schematisch mit ihren Grundkomponenten angedeutete Rundstrickmaschine RM steht mit einer beispielsweise polygonalen Basis 1 auf dem Boden und enthält einen Nadelzylinder 2, oberhalb dessen ein Liefergeräts-Tragsystem 3 platziert ist. Jeweils mehrere gleichartige oder verschiedenartige Fadenliefergeräte F1, F2 sind an Tragringen 4, 5 festgelegt und in je einen Riementrieb R1, R2 eingegliedert, der mittels wenigstens einen Elektromotors M1, M2 die eingegliederten Liefergeräte F1, F2 antreibt.
Die Elektromotoren M1, M2 sind z.B. Permanent-Magnet-Motoren, d.h. Synchron-Wechselstrom-Motoren. In jeden Elektromotor ist ein Geschwindigkeits-Controller C1, C2 mit seiner Steuerelektronik und Leistungselektronik (2) eingegliedert. Der Elektromotor M1, M2 steht über einen Kabelstrang K1, K2 mit einer allen Elektromotoren gemeinsamen Schnittstelleneinheit U in Verbindung, die beispielsweise an angehobener Position an der Basis 1 der Rundstrickmaschine RM montiert ist, oder sogar separiert von der Rundstrickmaschine oberhalb des Tragsystems 3 oder gegebenenfalls sogar integriert in das Tragsystem 3. Bei einer anderen, nicht gezeigten Variante könnte die Einheit U auf dem Boden platziert sein. Die Schnittstellen-Einheit U könnte noch weiter oben, z.B. an einem Ringträger 27 platziert sein (gestrichelt gezeigt). Die Schnittstellen-Einheit U ist an ein Netzkabel 6 angeschlossen.
Ein in die Rundstrickmaschine RM integrierter oder nachgerüsteter Maschinen-Encoder E tastet die Maschinen-Ist-Geschwindigkeit ab und ist über ein Signalkabel 8 mit der Schnittstellen-Einheit U verbunden. Bei der z.B. in einem Gehäuse 26 untergebrachten Schnittstellen-Einheit U oder mit dieser kombiniert ist ein Einstellterminal T vorgesehen. Die Schnittstellen-Einheit U bildet mit den Kabelsträngen K1, K2 und den Motor-Geschwindigkeitscontrollern C1, C2 ein Geschwindigkeits-Steuersystem 7, in das über das Einstellterminal T Funktionsparameter eingebbar sind und das mit der Rundstrickmaschine RM z.B. nur über den Maschinen-Encoder E kommuniziert. In der Schnittstellen-Einheit U ist eine Logikschaltung enthalten, die anhand der Maschinen-Encoder-Signale und eingegebener Funktionsparameter (z.B. die Fadenliefermenge und dgl.) Soll-Werte i1, i2 für die jeweiligen Motor-Geschwindigkeits-Controller C1, C2 generiert, d.h. hauptsächlich Geschwindigkeitsinformationen, ggfs. auch Positionsinformationen. Diese Sollwerte i sind z.B. Strom- oder Spannungspegel.
Der in 2 gezeigte Elektromotor M1 hat ein Gehäuse 9 und eine abnehmbare, zweckmäßig verrippte Gehäusekappe 10, hinter der der Maschinen-Geschwindigkeits-Controller C1 angeordnet und mit den nicht gezeigten Motor-Wicklungen verbunden ist. Am Motorgehäuse 9 bzw. der Gehäusekappe 10 ist eine Klemmvorrichtung 11 zum Festlegen des Elektromotors M1 beispielsweise an dem Tragring 7 der Tragkonstruktion 3 angebracht. Für den Antrieb des Riementriebs R2 dienen beispielsweise gezahnte oder stabkäfigartige Antriebsrollen 12.
Der Kabelstrang K1, K2 umfasst beispielsweise ein Gleichstrom-Kabel 18 und ein Signalkabel 24 zum Übertragen des jeweiligen Soll-Werts i. Das Signalkabel 24 kann von dem Kabel 18 separiert verlaufen. An der Gehäusekappe 10 ist ein Konnektor 13 für den Kabelstrang K1, K2 montiert.
In 2 ist ein Motor-Encoder E1 direkt in das Motorgehäuse 9 eingegliedert, beispielsweise am unteren, den Antriebsrollen 12 abgewandten Ende. Der Motor-Encoder E1 steht über eine Signalverbindung 14 direkt mit dem Motor-Geschwindigkeits-Controller C1 in Verbindung. Der mit dem Motor-Geschwindigkeits-Controller C1 verbundene Motor-Encoder E1 könnte getrennt vom Elektromotor M1 angeordnet und beispielsweise über eine Antriebsrolle direkt vom jeweiligen Riementrieb R1, R2 angetrieben werden, um dessen Ist-Geschwindigkeit abzutasten.
Die Schnittstellen-Einheit U ist in der gezeigten Ausführungsform ein annähernd quaderförmiger Kasten 25, dessen eine Stirnseite eine Einführtülle 15 für das Netzkabel 6 und in angrenzenden Schmalseiten durch Abdeckungen 17 gesicherte Auslässe 16 für in dem gezeigten Fall mehrere (z.B. zwei x drei) Kabelstränge K1, K2 zu den Elektromotoren M1, M2 aufweist. Die Kabelstränge K1, K2, die aus den Ausgängen 16 kommen, bestehen entweder nur aus den dicken Kabeln 18, während die Signalkabel 24 getrennt verlegt sind, oder jeweils aus dem Kabel 18 und dem Signalkabel 24.
An einer Oberseite des Gehäuses 25 sind mehrere Ein- oder Ausgänge 20 vorgesehen, an die beispielsweise das Signalkabel 8 vom Maschinen-Encoder E, ein Anschluss-Kabel 21 von dem Einstellterminal T, ein Signalkabel 23 beispielsweise zu einer Schmiervorrichtungs-Steuerung, und ein Signalkabel 22 angeschlossen sind, das beispielsweise nacheinander zu allen Motor-Encodern E1 oder den Elektromotoren M1, M2 führt und für übergeordnete Überwachungs- oder Steueraufgaben nutzbar ist, z.B. zur Fadenverbrauchsmessung oder dgl.
Die Signalkabel 8, 21, 22, 23 und 24 sind zweckmäßigerweise Faseroptikkabel, weil Lichtsignale weniger störungsanfällig als elektrische Signale sind und die Übertragungsgeschwindigkeit hoch ist. Besonders geeignet haben sich als Signalübertragungskabel sogenannte Toshiba-Links, kurz TOS-Links. Die Ein- oder Ausgänge 20 sind durch eine Platte 19 abgedeckt, hinter der sich beispielsweise gedruckte Leiterplatten mit Leistungskomponenten der logischen Schaltung befinden.
4 zeigt als Blockschaltbild das Geschwindigkeits-Steuersystem 7 der Rundstrickmaschinen RM für beispielsweise zwei Elektro-Motoren M1, M2. Jeder Kabelstrang K1, K2 aus dem Kabel 18 für den Motor-Versorgungsstrom, beispielsweise Gleichstrom, und dem Signalkabel 24 für einen ggfs. individuellen Soll-Wert i1, i2 ist an die gemeinsame Schnittstellen-Einheit U angeschlossen, die im Falle Wechselstrom/Gleichstrom eine Gleichrichter-Sektion G, z.B. einen getakteten Netzteil (switching Power supply) sowie für die Ableitung des Soll-Werts i1, i2 eine Logikschaltung L enthält, die zentral u.a. die Informationen oder Maschinen-Encoder-Daten e und der Funktionsparameter p verarbeitet. Der notwendige Soll-Wert/Ist-Wert-Vergleich zwischen dem Soll-Wert i1, i2 und den Motor-Encoder-Daten e1, e2 wird jeweils direkt im Motor-Geschwindigkeits-Controller C1, C2 durchgeführt, und, falls eine Abweichung detektiert wird, in eine entsprechende Steuerroutine umgesetzt. Der Motor-Geschwindigkeits-Controller C1, C2 ist hierfür mit der notwendigen Leistungs- und Steuerelektronik ausgestattet.

Claims

Rundstrickmaschine (RM), mit Fadenliefergeräten (F1, F2), die in wenigstens einen Riementrieb (R1, R2) eingegliedert sind, der von zumindest einem Elektromotor (M1, M2) angetrieben wird, und mit einem elektronischen Elektromotor-Geschwindigkeitssteuersystem (7), das zumindest mit einem Maschinen-Encoder (E) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass in den Elektromotor (M1, M2) ein Motor-Geschwindigkeits-Controller (C1, C2) mit Leistungs- und Steuerelektronik baulich eingegliedert, intern direkt mit den Elektromotor-Wicklungen, und extern über einen Kabelstrang (K1, K2) mit einer vom Elektromotor (M1, M2) baulich getrennten Schnittstelleneinheit (U) an der Rundstrickmaschine (RM) verbunden ist, an die der Maschinen-Encoder (E) angeschlossen ist, und dass mit der Schnittstelleneinheit (U) über den Kabelstrang (K1, K2) jeweils der Motorversorgungsstrom und ein zumindest von den Signalen des Maschinen-Encoders (E) abgeleiteter Soll-Wert (i) für die Elektromotor-Soll-Geschwindigkeit bereitstellbar sind.
Rundstrickmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Wert (i), vorzugsweise in Form wenigstens eines Spannungs- oder Stromniveaus, einen Wert für ein Verhältnis zwischen der Maschinen-Ist-Geschwindigkeit und der Elektromotor-Soll-Geschwindigkeit repräsentiert.
Rundstrickmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für alle Elektromotoren (M1, M2) der Riementriebe (R1, R2) eine gemeinsame Schnittstelleneinheit (U) vorgesehen ist.
Rundstrickmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelleneinheit (U) oberhalb des Bodens, vorzugsweise in einem oberen Bereich der Rundstrickmaschine (RM), platziert ist.
Rundstrickmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens einen Gleichrichter z.B. einen getakteten Netzteil, enthaltende Schnittstelleneinheit (U) einen Netzstromeingang (15) und mehrere Kabelstrang-Ausgänge (16), sowie, vorzugsweise, eine Gruppe von Ein- und/oder Ausgängen (20) unter anderem für ein Maschinen-Encoder-Anschluss-Kabel (8), ein Einstell-Terminal-Anschlusskabel (21), sowie eine Logik-Schaltung (L) zum Ableiten des jeweiligen Soll-Werts (i) aufweist.
Rundstrickmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelstrang (K1, K2) ein Stromkabel (18), insbesondere ein Gleichstromkabel, und ein, vorzugsweise separates, Signalkabel (24) umfasst.
Rundstrickmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Kabel (8, 21, 23, 24) für Informationen und/oder Signale und/oder Soll-Werte (i) als optische Faserkabel ausgebildet sind, vorzugsweise als TOS-Links.
Rundstrickmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Elektromotor (M1) ein Motor-Encoder (E1) zugeordnet, vorzugsweise in den Elektromotor (M1) eingegliedert, ist und zumindest zum Soll-Wert/Ist-Wert-Abgleich mit dem Motor-Geschwindigkeits-Controller (C1) verbunden ist.
Elektromotor zum Einbau in einen Fadenliefergeräte (F1, F2) mit variabler Geschwindigkeit antreibenden Riementrieb (R1, R2) einer Rundstrickmaschine (RM), dadurch gekennzeichnet, dass in den Elektromotor (M1, M2) ein an einen Kabelstrang (K1, K2) zur Bereitstellung des Motorversorgungsstroms und eines Soll-Werts (i) für die Elektromotor-Soll-Geschwindigkeit angeschlossener Motor-Geschwindigkeits-Controller (C1, C2) mit Leistungs- und Steuerelektronik baulich eingegliedert ist.