DE19735651C1

DE19735651C1 - Verfahren zur berührungslosen Energie- und Signalübertragung an Textilmaschinen, insbesondere Zwirnmaschinen sowie Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19735651C1
Application number: DE19735651A
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl Ing Schroers; Guido Dipl Ing Spix; Stefan Dipl Ing Kros
Original assignee: Volkmann GmbH and Co KG
Current assignee: Volkmann GmbH and Co KG
Priority date: 1997-08-16
Filing date: 1997-08-16
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2017-08-17
Also published as: CN1214523A; EP0897999A2; CZ261198A3; EP0897999B1; EP0897999A3; US6047535A; JPH11176674A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Energie- und Signalübertragung an Textil maschinen, insbesondere Zwirnmaschinen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.

Ein Verfahren sowie eine Einrichtung mit den dort aufge führten Merkmalen ist bekannt und in DE-PS 15 10 854 für eine Zwirnmaschine beschrieben. Bei der bekannten Einrich tung erfolgt die Energieübertragung zwischen der stationär angeordneten Primärseite und der gleichfalls stationär ange ordneten Sekundärseite eines Transformators, wobei zwischen den beiden Transformatorhälften der Fadenballon hindurch läuft. Genauere Angaben zur Ausführung des Transformators sind in dieser Druckschrift nicht angegeben. Die beschrie benen Ausführungsbeispiele zeigen aber, daß der Transfor mator ausschließlich zur Übertragung kleiner Leistungen geeignet ist. Hierauf deutet schon die Verwendung von Eisen-Spulenkernen bei Übertragungsfrequenzen von mehr 1000 Hz hin. Bei höheren Leistungen, also Leistungen ober halb 50 W wären die aufgrund der hohen Ummagnetisierungs verluste auftretenden Verlustleistungen ohne aufwendige zusätzliche Kühlungsmaßnahmen nicht mehr abführbar. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß aufgrund der analogen Steuerung der beschriebenen Funktionseinheiten (Veränderung der Primärspannung des Transformators) mehrere Transformatoreinheiten erforderlich sind, sobald mehrere Funktionseinheiten (z. B. Bremse und Motor) gesteuert werden sollen. Ein weiterer, prinzipieller Nachteil eines analogen Steuerverfahrens besteht darin, daß hochpräzise Steuerungen z. B. genaue Drehzahlsteuerungen von Motoren nicht realisierbar sind, da insbesondere bei großem Luftspalt die Toleranzen von Wicklungsausführung und Luftspalteinstellung mit vertretbarem Aufwand nicht ausreichend genau eingehalten werden können und eine Datenübertragung z. B. durch Sollwertvorgabe nicht möglich ist.

Eine berührungslose Übertragung von Signalen und elek trischer Energie ist auch in EP-0 525 495 A1 beschrieben. Bei dieser bekannten Anordnung wird eine axiale Transfor mator-Anordnung mit einer Primärwicklung und einer Sekun därwicklung sowie einem Kern aus ferromagnetischem Material verwendet, bei dem zur zusätzlichen, kontaktlosen Über tragung von Wechselsignalen im unmittelbaren Bereich der Primärwicklung und der Sekundärwicklung mindestens ein Sender und mindestens ein Empfänger angeordnet sind, die wechselweise an eine Sender- und an eine Empfangselektronik anschließbar, als flächige Antennen ausgebildet und mit der Primärwicklung, der Sekundärwicklung und/oder dem Kern des Transformators zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.

Dabei können die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Transformators relativ zueinander verdrehbar angeordnet sein. Durch die Verwendung von zwei derartigen, als Axial übertrager ausgebildeten, bekannten Transformatoren wäre es prinzipiell möglich, bei einer Textilmaschine eine Energie- und Signalübertragung von einem ersten stationären Bauteil durch ein drehbares Bauteil hindurch zu einem zweiten stationären Bauteil zu übertragen. Bei den bei Textilmaschinen auftretenden zum Teil sehr hohen Drehzahlen (< 10.000 Upm) läßt sich jedoch keine betriebssichere Kon struktion erzielen. Experimente mit derartigen Anordnungen zeigen immer wieder die technischen Grenzen bedingt durch die mangelnde Fliehkraftfestigkeit des spröden und zur Rißbildung neigenden Ferritmaterials. Dies gilt auch dann, wenn der Transformator als Radialübertrager ausgebildet ist.

Weiterhin erfolgt bei diesen bekannten Anordnungen die Signalübertragung parallel zur Energieübertragung auf ge trennten Wegen über zusätzliche Wicklungen oder über, als Antennen ausgebildete, zusätzliche induktive oder kapazi tive Koppelelemente. Falls zusätzliche Wicklungen ver wendet werden, führt dies zu unerwünscht großem Bauraum. Bei Anordnung von Antennen werden zur Leistungs- und Datenübertragung üblicherweise unterschiedliche Träger frequenzen verwendet, daß heißt, die Energieübertragung erfolgt üblicherweise im kHz-Bereich, während die Signal übertragung im MHz-Bereich erfolgt. Der hierzu erforder liche Aufwand an Bauelementen führt zu erhöhten Kosten, die insbesondere bei im Textilmaschinenbau üblichen Vielstellenmaschinen nicht zu vertreten sind.

Auch die DE 41 25 145 A1 betrifft eine Einrichtung zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie und Wechselsignalen mit einer axialen Transformatoranordnung mit Primär- und Sekundärwicklung und einem Kern aus ferromag netischem Material, bei der im unmittelbaren Bereich der Primärwicklung und der Sekundärwicklung mindestens ein Sender und ein Empfänger angeordnet sind, die als flächige Antennen ausgebildet sind, wobei Primärwicklung und Sekun därwicklung zusammen mit den zugeordneten Antennen gegen einander verschiebbar oder verdrehbar ausgebildet sein können. Bezüglich der Verwendung einer derartigen Einrich tung zur Energie- und Signalübertragung an einer Textil maschine gilt das zur vorgenannten Druckschrift gesagte.

Aus der DE 195 45 220 A1 ist eine Anordnung zum kontakt losen Übertragen von Signalen zwischen gegeneinander linear bewegbaren Fahrzeugteilen bekannt, die insbesondere zur Übertragung von Energie- und Steuersignalen zwischen der Karosserie eines Fahrzeugs und dem Fahrer- oder Beifahrer sitz gedacht ist. Die Anordnung weist einen Übertrager auf, dessen Primär- und Sekundärwicklung in getrennten Schalen kernen liegen, die als aneinander entlanggleitende Schienen ausgebildet sind, welche solche Profile besitzen, daß sie zusammen einen geschlossenen Kreis für den magnetischen Fluß zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung bilden. Mit dieser Anordnung ist jedoch eine Energie- und Signalübertragung an einer Textilmaschine durch ein dreh bares Bauteil hindurch nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszugestalten, daß über einen Luftspalt hinweg durch den mindestens ein Bauteil bzw. ein Fadenballon bewegt wird, vom ersten stationären Bauteil, z. B. dem Maschinengestell einer Zwirnmaschine, zu dem zweiten stationären Bauteil, z. B. einer Zwirnspindel, elektrische Energie und Signale derart übertragen werden können, daß folgende Bedingungen erfüllt sind:

1. Es können beliebig viele Funktionselemente des von dem bewegten Bauteil umschlossenen zweiten stationären Bauteils gesteuert werden;
2. das bewegte Bauteil kann mit hoher Drehzahl (z. B. mehr als 10.000 Upm) rotieren;
3. es ist eine Energieübertragung mit Leistungen < 50 W über einen relativ großen Luftspalt (< 1 mm) möglich;
4. es ist eine bevorzugt unidirektionale alternativ auch bidirektionale Datenübertragung ohne zu sätzliche, als Antennen ausgebildete induktive bzw. kapazitive Koppelelemente möglich.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben. Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegen stand des Anspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Einrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 11 bis 19 beschrieben.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, Energie und Daten- bzw. Steuersignale mittels eines gemeinsamen Träger signals zu übertragen, dem die zu übertragenden Signale als Frequenzmodulation aufgeprägt werden, wobei die Auswertung der auftretenden Frequenzsprünge zu einem bitseriellen Datenstrom führt, die zu Datenbytes bzw. -worten zusammen gefaßt werden und somit beliebig viele Steuerbefehle und/oder Sollwertvorgaben für beliebig viele Funktionselemente ermöglichen.

Als im zweiten stationären Bauteil angeordnete Funktions elemente kommen außer Fadenbremsen, Zwirnflügelbremsen und dergleichen auch Motoren in Frage, die beispielsweise zum Antrieb von Spinnaggregaten dienen, welche in einer Zwirnspindel innerhalb des vom Fadenballon definierten Raumes angeordnet sind. Derartige Vorrichtungen dienen zur Herstellung eines Zwirns in einem integrierten Spinn-Zwirn- Prozeß und sind beispielsweise in DE 43 31 801 C1 beschrie ben.

Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Erkenntnis, daß eine Übertragung der geforderten Leistung nur möglich ist, wenn der ver wendete Transformator in ganz besonderer Weise an die vorausgesetzten Bedingungen angepaßt ist. Die Merkmale des zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Transformators sind in Anspruch 10 beschrieben, wobei besonders vorteilhafte Ausführungsformen Gegenstand der abhängigen Ansprüche 11 bis 17 sind. Mit einer derar tigen Ausbildung und Anordnung von Primär- und Sekundärteil des Transformators ist es möglich, höhere Leistungen bei minimierter Scheinleistungsaufnahme und geringen Ummagnetisierungsverlusten zu übertragen, ohne daß zusätz liche Kühlmaßnahmen notwendig werden.

Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren sowie Einrichtungen zu dessen Durchführung näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 in einer stark schematisierten Schnittdarstellung eine Zwirnspindel mit geführtem Fadenballon und zwei innerhalb der Zwirnspindel angeordneten Spinn aggregaten, zu denen aus dem Außenraum Energie und Signale übertragen werden;

Fig. 2 in einer Darstellung analog Fig. 1, eine Zwirn spindel mit freiem Fadenballon und zwei vom Außen raum her mit Energie und Signalen versorgten Spinn aggregaten;

Fig. 3 im Horizontalschnitt die Ausbildung des Transforma tors zur Energie- und Signalübertragung bei den Zwirnspindeln nach Fig. 1 und 2;

Fig. 4 in einem Prinzipschaltbild die elektrischen Bauele mente der Einrichtung zur Energie- und Signalüber tragung bei den Zwirnspindeln nach Fig. 1 oder 2;

Die Fig. 5A bis 5C erläutern in Zeitdiagrammen ein Aus führungsbeispiel für ein bitserielles Übertragungs verfahren von Signalen mittels Frequenzmodulation.

Fig. 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine Doppeldraht Zwirnspindel 1 der Bauart, wie sie beispiels weise in DE 43 31 801 C1 dargestellt und beschrieben ist.

Die Spindel besitzt ein Außengehäuse 2, in dem eine Spin delrotorscheibe 3 drehbar gelagert ist, die einen Faden leitkanal 3.1 aufweist und über einen Wirtel 3.4 antreib bar ist. Am Außenumfang der Spindelrotorscheibe 3 ist als Fadenleitelement ein Ballonbegrenzer 3.2 befestigt. In das innere Ende des Fadenleitkanals 3.1 mündet als ein Teil der Spindelhohlachse ein an seinem unteren Ende abgebogenes Fadenführungsrohr 3.3. Oberhalb der Spindelrotorscheibe 3 ist unter Zwischenschalten eines Lagers 8.1 eine Kammer 8 gegen Drehung gesichert gelagert, die vorzugsweise die Form eines Zylinders hat, und einen Boden 8.2, eine Außenwand 8.3 und einen nicht dargestellten abnehmbaren Deckel umfaßt. Innerhalb dieser Kammer 8 sind zwei Rotor-Spinnvorrichtungen R1 und R2 untergebracht, deren Spinnrotoren jeweils von Elektromotoren 4 und 5 angetrieben werden. Die Elektromo toren 4 und 5 sind über Leitungen 4.1. bzw. 5.1 mit einer elektronischen Baugruppe 7 verbunden, die auf dem Boden 8.2 der Kammer 8 angeordnet ist. Die elektronische Baugruppe 7 ist an den Sekundärteil 6.2 eines Transformators 6 ange schlossen, dessen Primärteil 6.1 in der Wand des Außen gehäuses 2 fest angeordnet ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß in den Fig. 1 und 2 alle für die Speisung und Ansteuerung der Elektromotoren 4 und 5 unwesentlichen Teile der Zwirnspindel weggelassen sind.

Im Betrieb wird den Rotor-Spinnvorrichtungen R1 und R2 in nicht eigens dargestellter Weise aufgelöstes Faser material von außen durch den Fadenballon hindurch zugeführt. Die innerhalb der Spinnrotoren nach dem üblichen Open-End- Verfahren hergestellten Spinnfäden werden aus den oben offenen Spinnrotoren nach oben hin abgezogen und in nicht eigens dargestellter Weise in einem Vereinigungspunkt zu sammengeführt, von wo aus sie entsprechend dem Doppeldraht- Prinzip zu einem Zwirn vereinigt werden, indem sie axial durch die Doppeldraht-Zwirnspindel entlang der Spindelachse abgezogen und nach dem Austritt aus dem radial verlaufenden Fadenleitkanal 3.1 unter Bildung eines Fadenballons bis zu einem in der Verlängerung der Spindelhohlachse liegenden, nicht dargestellten Zentrierpunkt abgezogen und von da aus üblicherweise zu einem Fadenaufwickelaggregat weitergeführt werden.

Einzelheiten hierzu sind der DE 43 31 801 C1 zu ent nehmen.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform einer Zwirn spindel dargestellt, die sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 lediglich dadurch unterscheidet, daß hier mit einem freien Fadenballon gearbeitet wird und somit der mit der Spindelrotorscheibe verbundene Ballonbegrenzer entfällt. In Fig. 2 sind die der Ausführungsform nach Fig. 1 entsprechenden Bauteile mit den gleichen Bezugs ziffern bezeichnet, die jeweils mit einem Apostroph-Strich versehen sind. Bezüglich des Aufbaus der Spindel wird daher auf die Beschreibung zur Fig. 1 verwiesen.

In beiden Ausführungsformen wird die elektrische Energie zum Antrieb der Elektromotoren 4 und 5 bzw. 4' und 5' über den Transformator 6 bzw. 6' zugeführt. Weiterhin werden Signale zur Ansteuerung der beiden Elektromotoren ebenfalls über den Transformator 6 bzw. 6' zugeführt. Dies wird weiter unten näher erläutert.

In Fig. 3 ist in gegenüber den Fig. 1 und 2 leicht vergrößerter Weise die Anordnung des Transformators 6 an der Zwirnspindel, die hier nur gestrichelt angedeutet ist, dargestellt. Der Primärteil des Transformators 6 ist in der Wand 3.2 des stationären Außengehäuses angeordnet, während der sekundäre Teil 6.2 in der ebenfalls stationären Wand 8.3 der Kammer 8 angeordnet ist. Zwischen diesen beiden stationären Wänden liegt ein Luftspalt 9, dessen Breite so bemessen ist, daß der Fadenballon und bei der Ausführungsform nach Fig. 1, auch der Ballonbegrenzer durch ihn hindurchbewegt werden können.

Der Primärteil 6.1 des Transformators 6 besitzt eine Primär wicklung 6.11, die auf einen Spulenkörper 6.13 aufgewickelt ist, sowie einen vorzugsweise als U-Kern oder E-Kern ausge bildeten Ferritkern. Der Sekundärteil besitzt eine Sekundär wicklung 6.21, die auf einen Spulenträger 6.23 aufgewickelt ist, sowie einen vorzugsweise als U-Kern oder als E-Kern ausgebildeten Ferritkern 6.22. Die beiden Kerne sind axial aufeinander ausgerichtet und im Abstand der Breite des Luftspalts 9 voneinander angeordnet. Wie Fig. 3 zu ent nehmen, sind die beiden Ferritkerne 6.12 und 6.22 im Hin blick auf die Länge ihrer Schenkel und die Ausbildung der Stirnflächen der Schenkel an die Kontur des Luftspalts 9 angepaßt und folgen dessen Krümmung. Der gegenseitige Ab stand der äußeren Schenkel jedes der Kerne 6.12 und 6.22 ist um ein mehrfaches (vorzugsweise < 4) größer als die Breite, vorzugsweise < 2 mm, des Luftspalts 9. Da die zwischen Primär- und Sekundärseite des Transformators 6 rotierende Einheit aus einem elektrisch nicht leitenden Material bestehen muß, besitzt bei der Ausführungsform nach Fig. 1 der Ballonbegrenzer 3.2 in dem durch den Transfor mator 6 hindurchlaufenden Abschnitt ein Fenster 3.21, daß mit einem Kunststoffmaterial verschlossen ist.

Es ist weiterhin aus Fig. 3 ersichtlich, daß sowohl am Primärteil 6.1 als auch am Sekundärteil 6.2 die Wicklungen 6.11 bzw. 6.21 so angeordnet sind, daß ihre an den Luft spalt 9 angrenzenden Teile ebenfalls an die Kontur des Luftspalts angepaßt sind und seiner Krümmung folgen. Auf diese Weise sind die Wicklungen 6.11 und 6.22 bis auf den geringst möglichen Abstand an den Luftspalt 9 herangeführt. Darüberhinaus ist die Sekundärwicklung 6.21 noch so ausge bildet, daß ihre vom Luftspalt 9 abgewandten Teile eben falls an die Kontur des Luftspalts 9 angepaßt sind und im wesentlichen seiner Krümmung folgen. Dies wird durch einen mit Schrägflächen versehenen Teil 6.24 des Spulenträgers erreicht.

Die Übertragung der elektrischen Energie erfolgt im mitt leren Frequenzbereich (10 bis 30 kHz), um akzeptable Bau größen realisieren zu können. Durch die Verwendung von Ferritkernen wird erreicht, daß die Ummagnetisierungsver luste gering sind, und auch bei höheren Leistungen keine zusätzlichen Kühlmaßnahmen erforderlich sind. Es konnten beispielsweise folgende Leistungsdaten erzielt werden:

Breite des Luftspalts: 4,5 mm
Wirkungsgrad: 93%
Übertragbare Leistung: ca. 400-500 W
Benötigte Scheinleistung: ca. 2.500 VA

Selbstverständlich ist es möglich, bei der Ausbildung des Transformators 6 auf den Spulenkörper als Wicklungsträger zu verzichten, wobei eine vorgefertigte, fixierte Spule unmittelbar durch Vergießen am Kern befestigt wird.

Da über den Transformator 6 außer der zum Antrieb der Elektromotoren 4 und 5 benötigten elektrischen Energie auch Daten zur Sollwertvorgabe des Motorbetriebes übertragen werden sollen, wird im folgenden diese Datenübertragung anhand der Fig. 4, sowie 5A bis 5C erläutert.

Fig. 4 zeigt in einem Prinzipschaltbild die Schaltung zur Zuführung der elektrischen Energie, sowie der Signale aus dem Außenraum über den Transformator 6 in den Innenraum der Zwirnspindel 1 bzw. 1'.

Die einzige Wicklung des Primärteils 6.1 des Transformators 6 ist an den Ausgang einer Steuereinheit 10 angeschlossen, der außer der Netzspannung in nicht näher dargestellter Weise Steuersignale (z. B. Start, Stop, Solldrehzahl) zuge führt werden. In dieser Steuereinheit 10 wird dem hier generiertem Trägersignal, das eine Frequenz zwischen 10 und 30 kHz aufweisen kann und das zur Energieübertra gung dient, zugeordnet zu den Steuersignalen eine steuer signalspezifische Frequenzmodulation aufgeprägt. Das entstandene frequenzmodulierte Signal wird vom Primärteil 6.1 des Transformators 6 auf den Sekundärteil 6.2 über tragen. Es erfolgen also sowohl die Energieübertragung, als auch die Datenübertragung über die gleiche Wicklung des Primärteils und des Sekundärteils.

Der Sekundärteil 6.2 ist über eine Gleichrichterbrücke 11 und gegebenenfalls eine Spannungsstabilisierung 12 an die Energieeingänge von Bauteilen angeschlossen, die in Fig. 4 als "Funktionselement 1" und "Funktionselement N" bezeich net sind, und im vorliegenden Beispiel durch die beiden Elektromotoren 4 und 5 repräsentiert sind. Selbstverständ lich können hier auch noch weitere Funktionselemente der Zwirnspindel angeschlossen sein. Weiterhin ist der Sekundär teil 6.2 des Transformators 6 über einen als Spannungskom parator geschalteten Verstärker 13 an die als "Auswerte elektronik", bezeichnete elektronische Baugruppe 7 im Innern der Kammer 8 der Zwirnspindel angeschlossen. Diese elektronische Baugruppe, die z. B. einen Mikroprozessor enthält, wertet auftretende Frequenzänderungen entsprechend dem nachfolgend beschriebenen Verfahren aus.

Fig. 5A zeigt einen möglichen zeitlichen Spannungsverlauf der durch die Steuereinheit 10 generierten frequenzmodu lierten Primärspannung/Sekundärspannung. Diese Signale sind im Ausführungsbeispiel als Rechtecksignale ausgebildet. Sie kann jedoch sowohl sinus- als auch rechteckförmig sein. Nach Durchlaufen des als Spannungskomparators geschalteten Verstärkers 13 steht unabhängig von Rechteck- oder Sinusform der eingespeister Spannung eine Rechteckspannung am Eingang der Auswerteelektronik 7 an. Solange keine Daten übertragen werden, liegt an der elektronischen Baueinheit 7 die Versorgungsspannung der Frequenz f_B (Basisfrequenz) an. Sobald Daten übertragen werden, wechselt die Frequenz der Versorgungsspannung entsprechend dem zu übertragenden Bitmuster zwischen der Basisfrequenz f_B und einer zweiten Frequenz f_O (Offset-Frequenz). Diese durch die elektronische Baueinheit detektierten Frequenzsprünge sind in Fig. 5B dargestellt. In der elektronischen Bau einheit 7 werden die Frequenzänderungen wie Pegeländerungen bei asynchronen Übertragungsverfahren ausgewertet. Die Interpretation der Signale in der Auswerteelektronik ist in Fig. 5C dargestellt. Zur Übertragung eines High-Pegels (Bit = 1) wird die Frequenz f_B und zur Übertragung eines Low-Pegels (Bit = 0) die Frequenz f_O eingespeist. Dabei kann die Frequenz f_O wahlweise größer oder kleiner als die Basis-Frequenz f_B sein, wobei die Frequenz/Pegelzuordnung natürlich bei Steuereinheit 10 und Auswerteeinheit 7 in gleicher Weise interpretiert bzw. ausgewertet werden muß. Ein High-Low-Flankenwechsel wird als Startbit interpretiert.

In den Fig. 5A bis 5C ist ein Verfahren dargestellt, bei dem der Frequenzwechsel innerhalb einer Periodendauer der eingespeisten Wechselspannung ausgewertet wird. Natür lich können auch ganzzahlige Periodenanzahlen N zur Detek tion des Frequenzwechsels vereinbart bzw. definiert werden, um die Störsicherheit des Verfahrens z. B. durch Mittelwert bildung zu erhöhen. In einer weiteren Variante kann auch eine unterschiedliche ganzzahlige Anzahl aufeinanderfolgen der Impulse gleicher Frequenz vereinbart bzw. definiert werden, wobei die Anzahl N und M für die beiden Frequenzen derart unterschiedlich gewählt sein kann, daß sich annähernd gleiche Zeiten für die Übertragung von Low- und High-Pegeln ergeben (dies kommt dem üblichen asynchronen Übertragungs verfahren am nächsten). Aufgrund der unvermeidlichen Stör signale einer derartigen Übertragungsstrecke ist es bei allen vorgenannten Varianten sinnvoll, durch die Auswerte elektronik Flankenwechsel ausschließlich in derartigen Zeitfenstern auszuwerten, die den vereinbarten Perioden dauern von Basis- und Offset-Frequenz entsprechen.

Bei dem in Fig. 5C dargestellten Auswerteverfahren wird ein 10-Bit-Rahmen (ein Startbit, 8 Datenbits und ein Stopbit) verwendet. Die übertragenen Bits werden durch die Auswerteelektronik zu einem Datenwort (Byte) zusammen gefaßt. Natürlich können die Bits auch zu Datenstrukturen bestehend aus einer beliebigen Anzahl Datenbytes zusammen gefaßt werden. Mit diesem Verfahren sind bei definierten Datenstrukturen beliebig viele, unterschiedliche Sollwert größen bzw. Steuerbefehle übertragbar. Ein übertragener Datenblock kann in bekannter Weise durch Prüfsummenbildung (z. B. CRC-Check) gesichert werden, so daß Übertragungsfehler erkannt und durch die Auswerteelektronk berücksichtigt wer den können. Übertragungsfehler führen hierbei zum Still stand der angesteuerten Motoren. Dies kann wiederum durch einfache Sensoren außerhalb der rotierenden Geräteeinheit detektiert werden.

Alternativ kann die Auswerteelektronik eine Modulation der Stromaufnahme hervorrufen, die durch Stromsensoren im Um richter der primärseitigen Energieeinspeisung ausgewertet wird. Die fehlerfreie Datenübertragung kann somit quittiert werden.

Bei Einsatz derartiger Stromsensoren können in einer weiteren Variante der Erfindung auch beliebige Datenblöcke durch Strom-Modulation übertragen und detektiert werden, so daß auch eine bidirektionale Datenübertragung möglich wird.

Claims

1. Verfahren zur berührungslosen Energie- und Signal übertragung an Textilmaschinen, insbesondere Zwirn maschinen von einem ersten stationären Bauteil über einen Luftspalt vorgegebener Breite zu einem zweiten stationären Bauteil, wobei durch den Luftspalt mind destens ein Bauteil oder Gegenstand aus elektrisch nicht leitendem Material bewegt wird, insbesondere vom Maschi nengestell einer Zwirnmaschine zu einer Zwirnspindel, durch den in einem Luftspalt rotierenden Fadenballon hindurch, bei welchem ein Wechselspannungssignal mit einer Frequenz von mindestens 10 kHz durch induktive Übertragung über einen Transformator übertragen wird, dessen Primärseite am ersten Bauteil und dessen Sekun därseite am zweiten Bauteil angeordnet ist, wobei sich zwischen Primärteil und Sekundärteil ein Luftspalt be findet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator mit nur einem Wicklungspaar verwendet wird, über welches Energie und Signale mittels eines gemeinsamen Trägersig nals übertragen werden, wobei das Trägersignal selbst zur Energieübertragung dient, während die zu übertragen den Signale im Trägersignal als Frequenzmodulation derart aufgeprägt werden, daß das Trägersignal zwischen zwei einen festen vorgegebenen Abstand aufweisenden Frequenzwerten springt und Frequenzsprünge sekundär seitig als bitserielle Signale ausgewertet werden, aus denen Steuersignale erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzsprünge des Trägersignals innerhalb einer Periodendauer des Trägersignals ausgewertet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzsprünge dem Trägersignal mit einer vorge gebenen Anzahl von Perioden aufgeprägt und innerhalb der Dauer dieser Perioden ausgewertet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Perioden, mit denen die Frequenzsprünge dem Trägersignal aufgeprägt werden, für die beiden vor gegebenen Frequenzwerte die gleiche ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Perioden, mit denen die Frequenzsprünge dem Trägersignal aufgeprägt werden, für die beiden vor gegebenen Frequenzwerte unterschiedlich ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Perioden, mit denen die Frequenzsprünge dem Trägersignal aufgeprägt werden, für die beiden vor gegebenen Frequenzwerte derart unterschiedlich gewählt wird, daß sich annähernd gleiche Zeiten für die Über tragung der beiden Frequenzwerte ergeben.

7. Verfahren nach einem der Ansprüch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragenen Bits bei der Auswertung zu Datenworten bzw. -blöcken zusammenge faßt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenworte bzw. -blöcke durch Prüfsummenbildung ge sichert werden und beim Erkennen eines Übertragungs fehlers Schaltvorgänge ausgelöst oder unterbunden und/oder Alarmsignale ausgelöst werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromaufnahme der Energieeinspeisung überwacht und Stromänderungen zur Erzeugung von Quittungssignalen aus gewertet werden.

10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 an einer Anlage mit mindestens einem, im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten ersten stationären Bauteil, insbesondere dem Außengehäuse einer Zwirnspindel und mindestens einem zweiten stationären Bauteil, das mindestens einen Teil der Innenseite des ersten Bauteils in einem vorgegebenen, einen Luftspalt definierenden Abstand gegenüberliegt, insbesondere dem Innengehäuse einer Zwirnspindel, wobei durch den Luft spalt mindestens ein Gegenstand aus elektrisch nicht leitendem Material, insbesondere ein Fadenballon beweg bar ist, die einen Transformator aufweist, dessen Pri märteil am ersten Bauteil angeordnet ist, und dessen Sekundärteil am zweiten Bauteil angeordnet ist, wobei Primärteil und Sekundärteil jeweils eine auf einem Kern angeordnete Wicklung aufweisen und axial aufeinander ausgerichtet, in radialer Richtung zum zweiten Bauteil im Abtand der Breite des Luftspalts einander gegenüber liegen, und der Primärteil an einen Wechselstromgenera tor angeschlossen ist, während der Sekundärteil mit im zweiten Bauteil angeordneten elektrischen Einrichtungen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kerne (6.12, 6.22) des Transformators (6) an ihren einander gegenüberliegenden Seiten, insbesondere den einander gegenüberliegenden Stirnflächen ihrer Schenke an die Kontur des Luftspalts (9), insbesondere an seinem Krümmungsradius angepaßt sind, und der gegenseitige Abstand der beiden Schenkel jeweils eines Kerns (6.12, 6.22) um ein mehrfaches größer ist, als die Breite des Luftspalts (9).

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der beiden Kerne (6.12, 6.22) des Transformators (6) die an den Luftspalt (9) angren zenden Teile der Wicklung (6.11, 6.21) an die Kontur des Luftspalts (9), insbesondere an seinem Krümmungs radius angepaßt und auf der ganzen Breite des Kerns bis auf den geringsmöglichen Abstand an den Luftspalt herangeführt sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Luftspalt (9) abgewandten Teile von Kern und Wicklung des Transformators (6) an die Kontur des Luftspalts (9), insbesondere an seinem Krümmungs radius angepaßt sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt < 2 mm beträgt.

14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne U- oder E-Form haben.

15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schenkelabstand < 4 × Luftspalt ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius zwischen 40-100 mm liegt.

17. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kerne (6.12, 6.22) des Transformators (6) als Ferritkerne ausgebildet sind.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, gekenn zeichnet durch eine an dem Sekundärteil (6.2) des Trans formators (6) angeschlossene Auswerteelektronik (7) zur Erzeugung der Steuersignale, die z. B. einen Mikropro zessor enthält und an welche im zweiten stationären Bauteil angeordnete Funktionselemente (4, 5) ange schlossen sind.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionselemente Elektromotoren (4, 5) sind, die innerhalb einer Zwirnspindel angeordnete Rotor- Spinnvorrichtungen (R1, R2) antreiben.