DE4008155C2 - Piezoelektrische Nadelauswahleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische Nadelauswahleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der GB-PS 1 227 169 ist eine Nadelauswahleinrichtung dieser Art bekannt. Zum Betätigen der Musterplatinen dient jeweils ein Resonanzkörper, der einen zwischen einer Membran und einem Gegengewicht befindlichen piezoelektrischen Wandler aufweist. Zum Bewegen der Musterplatine wird der Resonanzkörper mit einer seiner natürlichen Resonanz entsprechenden Frequenz gespeist, so daß der Resonanzkörper zum Schwingen angeregt wird und mit dem verschiebbaren Kolben in die Bewegungsbahn der Musterplatinen reicht. Der Aufbau dieses Resonanzkörpers ist kompliziert, sein Betriebsverhalten ist im Hinblick auf die Bewegungsgeschwindigkeit des Nadelzylinders nicht unproblematisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine piezoelektrische Nadelauswahleinrichtung für eine Rundstrickmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß bei hoher Ansprechempfindlichkeit ein genügend hoher Bewegungshub des verschiebbaren Kolbens erreicht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Die naturgemäß sehr geringen Bewegungshübe der piezoelektrischen Wandler werden zunächst dadurch vergrößert, daß ein Stapel von linear wirkenden piezoelektrischen Elementen vorgesehen wird. Eine weitere Vergrößerung des Bewegungshubs erfolgt durch die mechanische Verstärkungseinrichtung aus einarmigen Hebeln, deren freies Ende jeweils in der Nähe des Schwenkpunkts eines benachbarten Hebels angreift. Abhängig von dem Verhältnis der Hebelarme und der Anzahl von Hebeln ergibt sich dann eine entsprechend große Verstärkung des durch den Stapel der piezoelektrischen Elemente erreichten Bewegungshubs.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht mit teilweise geschnitten dargestellten Teilen einer piezoelektrischen Nadelauswahlrichtung;

Fig. 2 eine Vertikal-Schnittansicht durch die Nadelauswahleinrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Nadelauswahleinrichtung nach Fig. 1 von links;

Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, die jedoch in vergrößertem Maßstab;

Fig. 5 eine auseinandergezogene Darstellung eines Paars von piezoelektrischen Aktuatoren und einer dazugehörigen Einrichtung in der Nadelauswahleinrichtung nach Fig. 1;

Fig. 5A eine Vertikal-Schnittansicht eines Paares piezoelektrischer Aktuatoren; und

Fig. 6 eine perspektivische Teildarstellung einer geringfügigen Modifizierung der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5.

Fig. 1 und 2 zeigen einen aufrecht stehenden Nadel- oder Strickzylinder 1, der an einer nicht dargestellten Plattform einer Rundstrickmaschine um seine eigene Achse drehbar montiert ist. Der Strickzylinder 1 besitzt auf seiner Oberfläche mehrere nutenartige Führungen 2, die sich parallel zur Zylinderachse erstrecken. In den Führungen 2 sind verschieblich Musterplatinen 3 aufgenommen, an denen Nadelfüße 3a ausgebildet sind, die selektiv an dem Strickzylinder 1 mit im folgenden näher erläuterten Mitteln nach oben und nach unten bewegbar sind. Die Auf- und Abbewegung der Musterplatinen 3 führt zu der gleichen Bewegung der üblichen, nicht dargestellten, Stricknadeln der Maschine.

Wie auch in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ist ein etwa rechtwinkliges Traggestell 4 an einer Unterlage B in unmittelbarer Nachbarschaft des Strickzylinders 1 montiert, um die verschiedenen Komponenten des piezoelektrischen Nadelwählers zu lagern. Das Gestell 4 besitzt eine relativ dicke Rückenplatte 6, an der fest in Form eines Kragbalkens mehrere Paare oberer und unterer, als Halter ausgebildete Gehäuse 14 und 15 für Paare piezoelektrischer Aktuatoren 17 und 18 festgelegt sind. Die Paare von Aktuatorhaltern 14 und 15 erstrecken sich bei dieser Ausführungsform horizontal, oder, allgemeiner gesprochen, in rechtem Winkel zur Richtung der Drehachse des Streckzylinders 1.

Fig. 5 zeigt ein solches Paar oberer und unterer Gehäuse 14 und 15 zusammen mit den piezoelektrischen Aktuatoren 17 und 18, und einigen weiteren, direkt dazugehörigen Teilen. Aus dieser Figur ersieht man ebenso wie aus den Fig. 1, 2 und 4, daß jedes Paar von Gehäusen 14 und 15 einstellbar beweglich ist bezüglich des Gestells 4 in Richtung auf den Strickzylinder 1 und von diesem weg, indem Stellschrauben 16 manipuliert werden, die von ihren Enden hinter der Rückplatte 6 abstehen.

Die von den Gehäusen 14 und 15 getragenen piezoelektrischen Aktuatoren 17 und 18 bestehen jeweils aus einem Schichtaufbau, der eine geeignete Anzahl von flachstückartigen piezoelektrischen Elementen aufweist, die vertikal orientiert sind und zu einem horizontalen Stapel erforderlicher Länge gestapelt sind. Das Anlegen von Spannungsimpulsen an die piezoelektrischen Aktuatoren 17 und 18 über Leitungspaare 17a und 18a führt zu momentanen Änderungen in den Längsabmessungen der Stapel von piezoelektrischen Elementen, wie im folgenden detailliert erläutert werden wird. Die piezoelektrischen Aktuatoren 17 und 18 werden von einem elektronischen Steuersystem E (Fig. 5) gesteuert.

An die zu dem Strickzylinder 1 orientierten vorderen Enden der piezoelektrischen Aktuatoren 17 und 18 sind Kolben 19a und 19b zylindrischer Form gekoppelt, die durch Führungslöcher in den vorderen Enden der Aktuatorhalter 14 und 15 nach hinten und nach vorn beweglich sind. jedes Paar von Kolben 19a und 19b wird durch das zugehörige Paar von piezoelektrischen Aktuatoren 17 und 18 nach vorn verlagert in Anlage mit einem Paar von Anschlägen 21a und 21b eines zugehörigen Nadelwählhebels 21, der noch zu beschreiben ist. Die horizontalen Positionen der Kolben 19a und 19b bezüglich des zugehörigen Nadelwählhebels 21 sind justierbar mit Hilfe der Justierschrauben 16, um einen exakten Kontakt mit den Anschlägen 21a und 21b zu erreichen.

Wie aus den Fig. 2, 4 und 5 hervorgeht, besitzt jedes Paar von Aktuatorhaltern 14 und 15 Magnete 20a und 20b flacher, quadratischer Form, die an ihren Vorderenden angebracht sind, um das Paar von Anschlägen 21a und 21b eines zugehörigen Nadelwählhebels 21 anzuziehen. Es ist deshalb wesentlich, daß mindestens die Anschläge 21a und 21b jedes Nadelwählhebels 21 aus magnetischem Material bestehen. Die Magnete 20a und 20b sind zentrisch mit einer Bohrung versehen, durch die hindurch die Kolben 19a und 19b lose oder in Gleiteingriff hindurchgehen, um etwas nach vorne vor die Magnete vorzustehen. angetrieben durch die piezoelektrischen Aktuatoren 17 und 18 drückt jedes Paar von Kolben 19a und 19b abwechselnd die Anschläge 21a und 21b eines der Nadelwählhebel 21 über die Magnete 20a und 20b.

Vorzugsweise sollten die Kolben 19a und 19b etwa 0,10 bis 0,15 mm über die Magnete 20a bzw. 20b nach vorne vorstehen, wenn die piezoelektrischen Aktuatoren 17 und 18 nicht erregt sind. Deshalb wird jeder Nadelwählhebel 21 dann, wenn er zu einem der Magnete 20a und 20b hingezogen wird, entsprechend der Distanz von den Magneten in Abstand gehalten. Dieser Abstand trägt wesentlich bei zu dem raschen, gezielten und fehlerfreien Betrieb der Nadelwählhebel 21 ansprechend auf die Stoßwirkung durch die Kolben 19a und 19b, die aus der folgenden Beschreibung deutlicher hervorgeht.

Fig. 2 zeigt am besten mehrere, im vorliegenden Fall acht, Wellen oder Schwenkstifte 22, die starr an dem vorderen Ende des Gestells 4 gelagert sind. Jede Welle 22 erstreckt sich in horizontaler Richtung, und sämtliche Wellen befinden sich in einer vertikalen Ebene. An diesen Wellen 22 sind schwenkbar die genannten Nadelwählhebel 21 montiert, die die Aufgabe haben, die horizontale Bewegung der Kolben 19a und 19b umzusetzen in die Vertikalbewegung der Nadelplatinen am Strickzylinder 1. Jeweils in Form eines flachgelegten "T" in der Darstellung nach Fig. 4, besitzen die Nadelwählhebel 21 jeweils ein Paar von Anschlägen 21a und 21b an ihrem hinteren Ende. Jedes Paar von Anschlägen 21a und 21b ist mit einem geeigneten stumpfen Winkel zueinander ausgebildet, damit ein korrekter Kontakt mit dem Paar von Kolben 19a und 19b eines zugehörigen Paares piezoelektrischer Aktuatoren 17 und 18 zustandekommt. Man sieht also, daß jeder Nadelwählhebel 21 auf einer der Wellen 22 bidirektional verschwenkt wird, wenn das zugehörige Paar von Kolben die Anschläge 21a und 21b abwechselnd stößt.

Jeder Nadelwählhebel 21 läuft am anderen Ende aus in einen Finger 21c, der aus einem verschleißbeständigen Material besteht, z. B. aus einer ultraharten Legierung oder aus Keramikmaterial. Die Finger 21c der Nadelwählhebel 21 kommen selektiv in Eingriff mit den Nadelfüßen 3a der Musterplatinen 3, wenn eine Schwenkbewegung der Nadelwählhebel um die Wellen 22 stattfindet.

Der Strickzylinder 1 mit in darauf befindlichen Musterplatinen 3 dreht sich mit hoher Geschwindigkeit in Richtung des Pfeils in Fig. 1, wenn die Rundstrickmaschine in Betrieb ist. Das elektronische Steuersystem E dient dazu, die piezoelektrischen Aktuatoren 17 und 18 selektiv zu erregen, abhängig von einem gewünschten Muster, welches das Strickgut aufweisen soll. Jedes ausgewählte Paar von piezoelektrischen Aktuatoren 17 und 18 wird abwechselnd mit elektrischen Impulssignalen erregt.

Es sei nun angenommen, daß an den einen piezoelektrischen Aktuator 17 soeben ein Spannungsimpuls angelegt wurde. Augenblicklich setzt der piezoelektrische Aktuator diese elektrische Energie um in mechanische Energie, so daß sich der Aktuator um etwa 20 bis 50 µm ausdehnt. Dieser Ausdehnung des piezoelektrischen Aktuators 17 stößt impulsartig den zugehörigen Kolben 19a und Richtung auf den Strickzylinder 1. Auf diese Weise nach vorn gestoßen, drückt der Kolben 19a gegen den Anschlag 21a des zugehörigen Nadelwählhebels 21, und zwar gegen die Anziehungskraft des Magneten 20a. Da der andere piezoelektrische Aktuator 18 nun im nicht-erregten Zustand ist, dreht sich der Nadelwählhebel 21 im Gegenuhrzeigersinn (Fig. 2 und 4) um die Welle 22. Daraufhin wirkt der Finger 21c des Nadelwählhebels 21 auf den Nadelfluß 3a an einem der Nadelplatinen 3 am Strickzylinder 1 ein.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß das Erregen des anderen piezoelektrischen Aktuators 18 jedes Paars von Aktuatoren 17, 18 zu einer Schwenkbewegung des zugehörigen Nadelwählhebels 21 im Uhrzeigersinn (Fig. 2 und 4) führt.

Dadurch wirken die Nadelwählhebel 21 auf die gewünschten Musterplatinen 3 ein und veranlassen sie, sich am Strickzylinder 1 nach oben oder nach unten zu bewegen.

Das Ausmaß der Verlängerung der Aktuatoren ist proportional zu der ursprünglichen Länge, die durch die vorhandenen Elemente in jedem gestapelten piezoelektrischen Aktuator definiert wird. Folglich lassen sich die piezoelektrischen Aktuatoren in einfacher Weise so konstruieren, daß ein ausreichend großer Hub für die Längsbewegung der Nadelplatinen 3 zwischen ihrer Arbeitsstellung und ihrer Ruhestellung gewährleistet ist.

Ein anderer hervorzuhebender Vorteil der Erfindung liegt in der Verwendung von Magneten 20a und 20b in Kombination mit den piezoelektrischen Aktuatoren 17 und 18. Diese Magnete besitzen eine Bohrung, durch die hindurch die Kolben 19a und 19b normalerweise um etwa 0,10 bis 0,15 mm nach vorn vorstehen. Selektiv durch den jeweiligen Magneten 20a und 20b angezogen, sind also die Anschläge 21a und 21b gleichwohl von den Magneten beabstandet, so daß die Nadelwählhebel 21 leicht in entgegengesetzte Richtungen verschwenkt werden können, wenn die Kolben 19a und 19b durch die piezoelektrischen Aktuatoren 18 und 19 nach vorn gestoßen werden. Dieses rasche Ansprechen der Nadelwählhebel 21 führt zu ihrem exakten Betrieb ohne Fehler.

Fig. 5A zeigt Mittel zum Erhöhen des Hubs der Kolben 19a und 19b. Das Gehäuse 14 enthält eine mechanische Verstärkungseinrichtung 30a zwischen dem piezoelektrischen Aktuator 17 und dem Kolben 19a, und in ähnlicher Weise enthält das Gehäuse 15 in sich eine Verstärkungseinrichtung 30b zwischen dem piezoelektrischen Aktuator 18 und dem Kolben 19b.

Die Verstärkungseinrichtung 30a umfaßt ein als Hebel dienendes erstes vertikales Biegeelement 31a, das an der oberen Wand des Gehäuses 14 durch einen verdünnten Abschnitt befestigt ist, ein zweites vertikales Biegeelement 32a, das an der unteren Wand des Gehäuses 14 über einen verdünnten Abschnitt befestigt ist und ein drittes vertikales Biegeelement 33a, das an der oberen Wand des Gehäuses 14 durch einen verdünnten Abschnitt befestigt ist. Das erste Biegeelement 33a besitzt einen einstückig mit ihm ausgebildeten und über einen verdünnten Abschnitt verbundenen Abschnitt 34a, der an der Stirnseite des piezoelektrischen Aktuators 17 anliegt. Das erste Biegeelement 31a trägt an seinem freien Ende ein Anschlagstück 35a, welches in gleitender Anlage mit dem zweiten Biegeelement 32a steht. In ähnlicher Weise trägt das zweite Biegeelement 32a an seinem freien Ende ein Anschlagstück 36a, welches in gleitender Anlage mit dem dritten Biegeelement 33a steht. Das hintere Ende des Kolbens 19a ist in das dritte Biegeelement 33a eingepaßt, und ein elastischer O-Ring 37a befindet sich zwischen dem Element 33a und der Vorderwand des Gehäuses 14.

Die Verstärkungseinrichtung 30b umfaßt die gleichen Elemente, die oben beschrieben wurden, mit der Ausnahme, daß diese Elemente symmetrisch zu den Elementen in dem Halter 14 in bezug auf eine horizontale Ebene zwischen den beiden Gehäusen 14 und 15 angeordnet sind. Die äquivalenten Merkmale innerhalb des Gehäuses 15 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei jedoch statt des Zusatzes "a" der Zusatz "b" verwendet ist.

Wenn der piezoelektrische Aktuator 17 erregt wird und sich ausdehnt, so veranlaßt seine Vorwärtsbewegung eine Drehung oder eine Verschwenkung des ersten Biegeelements 31a im Uhrzeigersinn, wodurch wiederum das zweite Biegeelement 32a durch das Anschlagstück 35 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt wird. In ähnlicher Weise wird über das Anschlagstück 36a das dritte Biegeelement 33a im Uhrzeigersinn verschwenkt. Deshalb wird der Kolben 19a um ein Stück nach vorne gestoßen, welches von der Einrichtung 30 vervielfacht ist, weil die Einrichtung 30a aufgrund ihrer Hebelwirkung die Bewegung vervielfacht. Der O-Ring 37a dient zum Zurückdrücken der Biegeelemente, wenn der piezoelektrische Aktuator 17 entregt wird. Die gleiche Funktion kommt der Bewegungs-Vervielfachung 30b zu. Es versteht sich, daß die Bewegungs-Verstärkungseinrichtungen 30a und 30b eine raschere und zuverlässige Strickweise ermöglichen.

Fig. 6 zeigt eine geringfügige Modifizierung der Ausführungsform nach Fig. 1 bis Fig. 5. Der modifizierte Nadelwähler weist Platten 23a und 23b aus Weicheisen oder dergleichem magnetischen Material auf, die an den Vorderseiten der Magneten 20a und 20b in jedem Paar von Gehäusen 14 und 15 befestigt sind. Jedes paar von Magneten 20a und 20b übt Kräfte auf die Anschläge 21a bzw. 21b des zugehörigen Nadelwählhebels 21 über die magnetischen Platten 23a und 23b aus. Die anderen Einzelheiten des Aufbaus entsprechen der Ausführungsform, die in den Fig. 1 bis 5 dargestellt ist.

Die magnetischen Platten 23a und 23b sind dafür vorgesehen, die Effekte der magnetischen Flüsse zu mildern, die zurückzuführen sind auf die auf den Kolben 19a und 19b sitzenden Magnete 20a und 20b, damit ein Zurückprellen der Anschläge 21a und 21b verändert wird. Untersuchungen haben gezeigt, daß die Magnetplatte 23a und 23b eine gezieltere, fehlerfreiere Betriebsweise der Nadelwählhebel 21 gewährleisten.

Claims (4)

1. Piezoelektrische Nadelauswahleinrichtung für eine Rundstrickmaschine mit einem drehbaren Nadelzylinder und darin verschieblich gelagerten Musterplatinen, welche von piezoelektrischen, ein Gehäuse und einen darin gelagerten, radial zum Nadelzylinder verschiebbaren Kolben (19a, 19b) aufweisenden Wandlern betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (14) ein Stapel von linear wirkenden piezoelektrischen Elementen (17, 18), welche bei Anlegen einer elektrischen Spannung eine Längenänderung ausführen, und eine mechanische Verstärkungseinrichtung vorgesehen sind, welche mit einer Abfolge von jeweils in der Nähe ihres Schwenklagers betätigten einarmigen Hebeln (31a, 32a, 33a, 34a) diese Längenänderung in eine zur Nadelauswahl geeignete Bewegungsgröße des Kolbens (19a, 19b) umsetzt.

2. Piezoelektrische Nadelauswahleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Paar von Gehäusen (14, 15) mit einem schwenkbar gelagerten Auswahlelement (21, 21a, 21b) zusammenwirkt.

3. Piezoelektrische Nadelauswahleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen elastischen O-Ring (37a, 37b), der zwischen dem am weitesten vorn gelegenen einarmigen Hebel (33a, 33b) und einer Vorderwand des Gehäuses (14) liegt.

4. Piezoelektrische Nadelauswahleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der am weitesten vorn liegende einarmige Hebel (33a, 33b) den zugehörigen verschiebbaren Kolben (19a) trägt.