纺织机尤其捻线机能量与 信号的传输方法及设备 本发明涉及一种用于在纺织机、尤其在捻线机上，从第一个固定的部件经过规定宽度的空隙向第二个固定的部件进行能量与信号无接触传输的方法，在这里，至少一个由不导电的材料制成的部件或物体被移动穿过空隙，尤其是从一台捻线机的机架移向一个捻线锭子，穿过在空隙内转动的纱线气圈，这时，具有最低为10千赫频率的交流电压信号，通过电感传输过程经一台变压器得到传输，变压器的初级侧被设置在第一个部件上，而次级侧在第二个部件上，在初级部分与次级部分之间存在一段空隙。本发明还涉及用于实施这种方法的设备。
所提及的工艺与设备已被公开，并且在DE-C-1510854中介绍，用于捻线机。对于所公开的设备来说，在变压器位置固定的初级侧与位置同样固定的次级侧之间进行能量输送，这时纱线气圈就在变压器的两个半体之间穿行。解释变压器的详尽说明未在该专利中提及。但所介绍的实施例则显示，该变压器仅适用于输送小功率。在输送1000Hz以上频率时使用铁芯线圈，已预示了这一点。对于更高地功率，也就是50W以上的功率来说，由于高的磁滞损耗而产生的损耗功率，如果不采用昂贵的附加冷却措施，就不能再被散发。所公开的构造另一个缺点在于，根据所述功能单元的模拟控制(改变变压器的初级电压)需要几个变压器单元，就应该控制几个功能单元(例如制动器与电动机)模拟控制过程的另一个原则上的缺点在于，尤其对于大空隙来说，要在合理的费用下，是不能够足够精确地保持卷绕结构及空隙调整的公差，并且数据传输例如通过规定值进行是不可能的，所以电机的高精度控制。例如精确的转数控制不能实现。
在EP-0525495A1中也介绍了一种信号与电能的无接触传输。在这种已公开的构造中，采用了一种带有初级线圈，次级线圈以及铁磁材料芯的轴向变压器结构，为了附加无接触地传输交变信号，在铁磷材料芯紧贴初级线圈与次级线圈的区域内至少设置一个发送器和一个接收器，它们可以交替地与发送和接收电子器件接通，它们被设计为平面天线，并且与初级线圈，次级线圈和/或者变压器的芯一起，被归拢为一个组合单元。
在这种情况下，变压器的初级线圈与次级线圈的布置方式可以是能够互相相对地扭转。通过使用两个这种类型、被设计为轴向传输器形式、已公开的变压器，原则上能够在用于纺织机构时，把能量与信号传输从第一个固定部件通过一个可转动部件送给第二个固定部件。对于在纺织机械上产生的局部很高的转数来说(＞10000转/分)，当然不能实现工作可靠的设计。采用这种构造的试验一再表明，抗离心力强度低的脆性的、并且易于开裂的材料铁，决定了技术的极限。如果变压器被设计为径向的传输器，这一点仍然适用。
此外在这种已公开的构造中，信号传输平行于能量传输，以分开的方式，经过附加的线圈，或者经过被设计为天线形式，附加的电感或电容的耦合元件进行。如果采用附加线圈，这将导致不受欢迎的。太大的结构空间。如果采用天线构造，为了功率与数据传输，通常将采用不同的载波频率，也就是说，能量传输通常在千赫范围内进行，而信号传输则在兆赫范围内进行。为此而需要用于部件费用将导致过高的成本，这尤其对于在纺织机械中通常采用的多锭位机器来说是不可行的。
DE4125145A1也涉及一种用于无接触地传输电能与交变信号的设备，它采用带有初级线圈与次级线圈以及铁磷材料芯的轴向变压器构造方式，其中的紧贴初级线圈与次级线圈的区域内设置至少一个发送器和一个接收器，它们被设计为平面天线形式，这里的初级线圈与次级线圈被设计为能够与附属的天线一起相互移动或转动。关于采用这种设备用于在纺织机械上进行能量与信号传输，对上述专利文件的评价在这里仍然适用。
DE19545220A1公开了一种用于在可互相直线移动的汽车部件之间无接触地传输信号的设备，它尤其被打算用于在汽车的车身与驾驶座及驾驶副座之间的能量及控制信号传输。这种构造拥有一种传输器，传输器的初级及次级线圈位于分离的壳式铁芯内，壳式铁芯被设计为互相沿对方滑动的轨道，它们拥有这样的轮廓，即它以在初级线圈与次级线圈之间为磁流构成一个封闭的磁路。然而采用这种构造，在纺织机械上是不可能穿过某个可转动部件进行能量与信号传输的。
本发明的目的在于，采用下述方式设计一种在权利要求1前序中所述类型的工艺，即经过由至少一个部件，或者说一个纱线气圈移动穿越空隙，从第一个固定部件，例如捻线机的机架，到第二个固定部件，例如捻线锭子，能够以满足下述条件的方式进行电能与信号的传输：
1)移动部件所围绕的第二个固定部件的任意多功能元件能够被控
制；
2)被移动部件能够以高转数(例如大于10000转/分)回转；
3)通过相对大的空隙(＞1mm)能够进行功率＞50瓦的能量传输；
4)不使用附加的、设计为天线形式的电感或电容耦合元件，就能
够进行最好是单向、也可以是双向的数据传输。
按照本发明，在前述方法中，借助下面的方案来解决该任务，即所用的一台变压器仅有一个线圈副，能量与信号通过它借助于一个共用的载波信号得以传输，这里的载波信号自身用于能量传输，而所传输的信号被作为频率调制记载在载波信号上，载波信号就在两个拥有一段固定间隔的频率值之间跃变，并且频率跃变在次级侧被作为串行二进制位的信号求值，并由此得出控制信号。用于实施按照本发明的工艺的设备，至少装有一个基本上被设计为圆柱形的第一固定部件以及至少装有一个第二固定部件，第一固定部件尤其是一个捻线锭子外壳，第二固定部件至少对着第一固定部件内侧的一部分，中间为一段预先规定并确定了空隙距离，即对着捻线锭子内壳布置，在这种情况下，至少一种用不导电材料制的物体、尤其是纱线气圈能够经空隙移动穿行；设备拥有一个变压器，变压器的初级部分被设置在第一部分，而它的次级部分被设置在它的第二个部件上，这里的初级部分与次级部分各自拥有一段设置在芯上的线圈，并且互相在轴向上对准，它们按照在朝第二部件的径向方向上隔着一段空隙宽度的段距离的方式，相对着布置初级部分连接在交流电机上，而次级部分则与布置在第二部件内的电子装置连接，其特征在于，变压器的两个铁芯在它们互相面对的侧面上，尤其是在它们芯臂互相面对的端面上，适应空隙的轮廓，尤其是适应空隙的曲率半径；芯各自两臂的对应距离，比空隙的宽度大数倍。
本发明的主导思路在于，借助于一个共用的载波信号传输能量、数据与控制信号。共用载波信号记载了作为频率调制的待传输信号，在这种情况下所产生频率跃变的计值导致一个串行二进制位的信息流，计值被归纳为二进位数据字节或数据字，因此使任意多的控制指令和/或给定值能够用于任意多的功能元件。
除了纱线制动器、捻线锭翼制动器及其同类物之外，还有电动机适合于作为被设置在第二个固定部件内的功能元件，电动机例如用于驱动纺织设备，它们例如被设置在由纱线气圈确定的空间内部的一个捻线锭子内。这样的设备用于在一个连续的纺纱-捻线过程中生产捻线，这正如在DE4331801cl中所介绍的那样。
用于实施本发明工艺的设备是以下述认识为基础；只有当所用的变压器以完全独特的方式适应前提条件，才有可能进行所需功率的传输。采用变压器初级与次级线圈的这种设计与构造。能够在最少的视在功率消耗与微小的磁滞损耗情况下传输更高的功率，而附加的冷却措施也不再需要。
下面借助附图详细解释按照本发明工艺的实施例，以及用于工艺实施的设备。
图中所示为：
图1采用非常简约的剖面图形式展示了一只捻线锭子，它带有被导引的纱线气圈，以及两个被设置在捻线锭子内部的纺纱装置，能量与信号是从外部空间传输给它们；
图2采用类似图1的图示方式展示了一只捻线锭子，它带有自由的纱线气圈，以及两个从外部空间得到能量与信号输送的纺纱装置；
图3采用水平截面的方式展示了变压器的构造，它在采用如图1和图2所示的捻线锭子时用于能量与信号传输；
图4采用原理电路图展示了设备的电气部件，它们在采用如图1或2所示捻线锭子的用于能量与信号传输；
图5A至5C以运行时间图的形式解释了一个借助于调频用于信号的串行二进制位传输过程的实施例。
图1以非常简约的图示形式展示了一只倍捻捻线锭子1，它的构造正好在DE4331801C1中所表现与介绍的那样。
锭子拥有一个外壳2，壳内放置的锭杆转盘3可以转动，锭杆转盘3拥有一个引线通道3.1，并可以由锭盘3.4驱动。锭杆转盘3的外圈固定了一个气圈控制器3.2作为引线元件。一根在底部末端拐弯了的引线管3.3作为锭子空心轴的一部分，通入到引线通道3.1的内部末端内。在锭杆转盘3的上部，通过轴承8.1的中间连接设置一个锁定不转动的腔体8，它最好采用圆筒形，并且包括底部8.2、外壁8.3以及一个未在图中表现、可以取下的盖。在空腔8的内部安置了两只转杯纺纱装置R1和R2，它们的纺纱转子各自由电机4和5驱动。电机4和5经导线4.1及5.1与电子插件板7连接，后者被设置在腔体8的底板8.2上面。电子插件板7连接在变压器6的次级部分6.2上，变压器的初级部分6.1被固定设置在外壳2的壁内。
应指出的是，在图1和2中，捻线锭子的所有用于电动机4和5的供电与控制来说次要部分均被删除。
在运行过程中，松解了的纤维材料以并未特意表现的方式，从外侧穿过纱线气圈被引向转杯纺纱设备R1和R2。在纺纱转杯内按照通常的气流纺纱工艺生产的纱，从上部敞开的纺纱转杯向上牵引出，并以未曾特意表现的方式被聚拢到一个结合点内，从那里出发它们按照倍捻原理被捻合为一根捻线。这样它们经倍捻捻线锭子轴向地沿锭子轴牵引，并从沿径向延伸的引线通道3.1退出后，在形成纱线气圈的情况下被牵引到一个位于锭子空心轴的延长部分内，未被表现出来的中心点，并从那里出发通常被继续牵引到一个纱线络筒装置上。
对此的细节可由DE4331801cl得知。
在图2中表示了捻线锭子的另一种实施形式，它仅在下述方面区别于如图1所示的实施形式，即在这里采用一个自由纱线气圈进行加工，所以与锭杆转盘连接的气圈控制器被取消。在图2中采用相同的标号表现相应于图1所示实施形式的部件，它们各自加上撇号“′”表示。关于锭子的构造参照图1的说明书。
在这两种实施形式中，用于驱动马达4和5以及4′和5′的电能，由变压器6及6′输送。此外，由于控制两台马达的信号同样经变压器6及6′输送。这将在下面详细解释。
在图3中，采用与图1和2相比略微放大的方式，表现了捻线锭子上的变压器6构造，捻成锭子在这里仅用虚线表示。变压器6的初级部分被设置在固定外壳的壁3.2内，而次级部分6.2被设置在空腔8同样固定的壁8.3内。在这两个固定壁之间存在一段间隙9，其宽度按下述方式安排，即纱线气圈，以及在如图1所示的实施形式情况下还有气圈控制器，能够经过这段间隙穿行。
变压器6的初级部分6.1拥有一个初级线圈6.11，它被缠绕在一个线圈架6.13上，以及在一个最好被设计为U型芯或E型芯的铁芯上。次级部分拥有次级线圈6.21，它被缠绕在线圈架6.23上，以及在一个最好被设计为U型芯或E型芯的铁芯上。两块铁芯沿轴向互相对准，并且位置互相隔开空隙9的宽度这么一段距离。正如从图3得知，两块铁芯6.12和6.22鉴于它们的臂长及臂正面，适应空隙9的轮廓，并且附和空隙9的曲率。铁芯6.12和6.22各条外臂的间距比空隙9的宽度大几倍(最好大于4倍)，空隙的宽度最好大于2mm。由于在变压器6的初级一侧与次级一侧之间转动的单元必须由一种不导电材料构成，在如图1所示的实施形式情况下，气圈控制器3.2在贯穿变压器6的截面内拥有一个窗口3.21，它被一块塑料封闭。
由图3进一步看出，线圈6.11及6.21以下述方式既布置在初级部分6.1上，又布置在次级部分6.2上，即它们邻接空隙9的部分同样适应空隙的轮廓，并且附和着空隙9的曲率。通过这种方式，线圈6.11和6.12以直到最小的可能距离靠近空隙9。此外，次级线圈6.21还被这样设计，即它避开空隙9的部分同样适应空隙9的轮廓，并且基本附合空隙的曲率。这通过线圈架设计为斜面的部分6.24来实现。
电能的传输在中频段(10至30千赫)内进行，目的是能够达到可接受的结构尺寸。应用铁芯可实现，磁滞损耗很小，并且即使在更高功率的情况下也不要求附加冷却措施。例如可以达到下述功率数据：
间隙宽度 4.5mm
效率 93％
可传输功率 约400～500W
所需视在功率约 2.500VA
当然可能在设计变压器6时放弃线圈架作为绕线圈的骨架，在这种情况下，把一个预制的、固定的线圈直接通过浇注固定在铁芯上。
由于通过变压器6除了传输用于驱动电机4和5所需的电能之外，还应该传输作为电动机运行规定值的数据，所以下面借助于图4以及图5A至5C解释这种数据传输。
图4采用原理电路图的方式展示了电路接线法，用于从外部空间通过变压器6向捻线锭子1和1′内部输入电能以及信号的过程。
变压器6初级部分6.1的单独的线圈连接在控制单元10的输出端上，输出端除了线路电压之外，以未详细表现的方式输入了控制信号(例如起动、停止、额定转数)。附属于控制信号，一个供控制信号专用的频率调制被施加在控制单元10内所产生的载频信号上，载频信号可能拥有在10和32千赫之间的频率，并且还用于能量传输。所产生的经频率调制的信号被变压器6的初级部分6.1传输给次级部分6.2。这样也就既进行了能量传输，又经过初级部分与次级部分的同样的线圈进行了数据传输。
次级部分6.2经整流电桥11以及有时经过稳压12连接到部件的能量输入端上，这些部件在图4中被称作“功能元件”，与“功能元件N”，并且在该例中被两个马达4和5代表。显然这里还可以连接捻线锭子的其它功能元件。此外，变压器6的次级部分6.2经过一个作为电压比较器连接的放大器13，连接到位于捻线锭子的腔体8内部、被称作“求值电路”的电子插件板。这个电路单元例如包括一个微处理机，并按照下述方法求出所出现的频率变化。
图5A展示了经控制单元10所产生调频的初级电压与次级电压可能进行的随时间的电压波形。这些信号在实施例中被设计为矩形信号。然而它可能是正弦形状以及类似矩形。经过了作为电压比较器连接的放大器之后，在求值电路7的输入端产生了与输入的电压矩形或正弦形状无关的矩形电压。只要不传输数据，频率fB(基频)的电源电压施加在电子组件7上。只要一传输数据，电源电压的频率按照待传输的位模，在基频fB与第二个频率fO(偏频)之间变化。这种由电子组件7检测到的频率跃变在图5B中表现。在电子组件7内，频率变化同在异步输送过程中电平变化一样被求值。在图5c中表现了求值电路内信号的解读。输入频率fB用于传输高电平(Bit=1)，输入频率fO用于传输低电平(Bit=0)。在这种情况下，频率fO可以选择大于或小于基频fB，这里的频率/电平配置当然必须在控制单元10与求值单元7那里，以相同的方式解释以及求值。一个高低边沿转化被解为起始位。
在图5A到5C中表现了这样一个过程，即对于输入交流电压的一个周期延续时间段内的频率变化进行求值。当然还可以约定或规定整数个周期数，用来检验频率的变化，目的是为了例如借助于取平均值来提高该过程的抗干扰能力。在另一个改动方案中，也可以为约定和规定同一频率的相连续且数目不同的整脉冲，在这里两个频率的数脉冲N和M可以作不同的选择，这样就得出了用于传输高低电平值的几乎相同的时间(这与通常的异步传输最接近)。由于这种传输区段不可避免的干扰信号，对于前述所有的变型来说，都应该仅在下述时间窗口内借助于求值电路对脉冲变化进行求值，这些时间窗口相当于基频与补偿频率已被约定的周期持续时间。
对于在图5C中所表现的求值过程来说，使用一个10位数框(一个起始位，8个数据位和一个停止位)。所传输的位被求值电路归纳为一个数据字(二进位组)。位当然被归纳为由任意数目数据字节所组成的数据结构。使用这种过程，对于所定义的数据结构来说，可以传输任意的、不同的额定值与控制误差。所传输的数据块可以以众所周知的方式通过求校验和(例如CRC检验)得到保证，这样就得知了传输偏差，并且能够借助于求值电路得到顾及。传输偏差在这种情况下会导致所控制的马达停车。这又可以通过回转的仪表单元外面的，简单传感器得到探测。
另外一种可能是，求值电路可以导致电流消耗电流的调制，调制借助于在初级线圈一侧能量输入装置的变流器内的电流传感器得以求值。这样就能够获得无偏差数据传输过程。
当使用这种电流传感器时，在本发明的另一种方案中，也可以通过电流调制传输和探测任意数据块。这样也就能够进行双向数据传输。