[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufspulen von Garn, bestehend aus einer
frei antreibbaren und von einer Verschiebeeinrichtung verschiebbaren Changiereinrichtung
und einem pneumatischen Fühler zum Abtasten des Abstandes zwischen dem Umfang des
Wickels und der Changiereinrichtung, welcher Fühler über eine Regeleinrichtung mit
der Verschiebeeinrichtung verbunden ist und eine Strahlund Fangdüse aufweist, wobei
die Strahldüse an eine Druckluftquelle angeschlossen ist und einen Hauptluftstrom
führt, welcher zumindest teilweise von der Fangdüse eingefangen wird.
[0002] Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist nach der veröffentlichten niederländischen
Patentanmeldung Nr. 7 305 826 bekannt. Bei dieser bekannten Spuleinrichtung wird das
Garn durch einen Fadenführer, der von einer Changierwalze mit schraubenlinienförmiger
Nut angetrieben wird, changiert. Der Changiermechanismus, der einen Fadenführer und
eine Changierwalze umfaßt, kann von einer durch einen pneumatischen Fühler gesteuerten
Verschiebeeinrichtung radial zum Garnwickel bewegt werden. Dieser Fühler ist an dem
Changiermechanismus befestigt und hat eine oder mehrere nahe der Umfangsfläche des
Garnwickels angeordnete Öffnungen, aus denen Luft von einer Druckluftquelle strömt,
an die der Fühler angeschlossen ist. Die aus dem Fühler ausströmende Luft trifft auf
den Garnwickel; ein Teil dieser Luft prallt zurück in eine Lufteinlaßöffnung des Fühlers,
welche mit der Verschiebeeinrichtung verbunden ist. Bei einem bestimmten Minimalabstand
zwischen dem Garnwickel und dem Changiermechanismus erreicht der Druck der in den
Fühler zurückprallenden Luft einen Wert, bei dem die Verschiebeeinrichtung in Betrieb
gesetzt wird, um den Abstand zwischen dem Garnwickel und dem Changiermechanismus zu
vergrößern.
[0003] Diese bekannte Spuleinrichtung hat den Nachteil, daß nur ein Teil der ausströmenden
Luft in den Fühler zurückprallt. Deshalb ist, wenn eine wirkungsvolle Arbeitsweise
des Fühlers erreicht werden soll, ein hoher Luftverbrauch notwendig.
[0004] Darüberhinaus ist der von dem Druckfühler erfaßte Druck von der Umfangsgeschwindigkeit
des Garnwickels abhängig. Bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten resultiert der von der
Düse erfaßte Druck einmal aus dem Druck der zurückgeprallten Luft und zum anderen
aus dem Druck des vom Umfang des Garnwickels mitgerissenen Luftstromes. Der Druck
ist vollends undefiniert durch die Verwirbelungen, die beim Aufeinandertreffen der
aus den Austrittsdüsen des Druckfühlers austretenden Luftströme und des durch die
Rotation des Garnwickels erzeugten Luftstromes entstehen. Ein weiterer Nachteil der
bekannten Spulvorrichtung besteht darin, daß eine kleine Veränderung des Abstandes
zwischen dem Garnwickel und dem Changiermechanismus bereits einen großen Unterschied
im Druck der zurückprallenden Luft hervorruft. Hieraus ergibt sich die Gefahr für
eine unruhige Aussteuerung der Verschie beeinrichtung.
[0005] Bei der Aufwickelvorrichtung nach der Erfindung werden diese Nachteile für einen
weiten Bereich von vorgebbaren Umfangsgeschwindigkeiten technisch vermieden. Sie ist
dadurch gekennzeichnet, daß an dem Umfang des Garnwickels ein im wesentlichen radial
angeordneter Luftspalt gebildet wird, durch den ein an den Garnwickel im wesentlichen
tangentialer Luftstrom gerichtet ist, welcher zumindest teilweise in einen Luftkanal
gelangt, an dem die Strahl- und Fangdüse derart angeordnet sind, daß der Hauptluftstrom
von dem im Luftkanal gefangenen tangentialen Luftstrom geschnitten wird. Die Aufwickelvorrichtung
nach der Erfindung hat gegenüber den oben genannten bekannten Einrichtungen den Vorteil
des geringeren Luftverbrauchs; sie reagiert weniger heftig auf Veränderungen des Luftspaltes,
so daß sich daraus eine ruhigere Positionierung ergibt.
[0006] Der tangentiale Luftstrom durch den Luftspalt kann durch einen Ventilator oder andere
ähnliche Luftstromquellen erzwungen werden. Nach einer einfachen Lösung, die als sehr
geeignet erkannt wurde, wird der durch die Rotation des Garnwickels an dessen Mantelfläche
sich bildende tangentiale Luftstrom dazu ausgenutzt. Der Fühler fängt nunmehr die
vom Garnwickel mitgeschleppte Luft auf und steuert damit den Hauptluftstrom von Strahl-
und Fangdüse. Der Hauptluftstrom wird in Abhängigkeit von der Stärke des tangentialen
Luftstromes im Luftspalt mehr oder weniger stark unterbrochen.
[0007] Im Gegensatz zu der Anordnung bei der bekannten Einrichtung, bei der der Eingang
des Druckfühlers im Verwirbelungsbereich des tangentialen Luftstromes, des aus den
Austrittdüsen austretenden Luftstromes und der zurückprallenden Luft liegt, sind nach
der Erfindung der tangentiale Luftstrom und der Hauptluftstrom voneinander getrennt.
Die Auffangdüse liegt somit im Bereich eines beruigten, laminaren Luftstromes. Daraus
resultiert der Vorteil, daß die Regeleinrichtung nach der Erfindung von der Stärke
des tangentialen Luftstromes in weiten Bereichen unabhängig ist. Da die Umfangsgeschwindigkeit
während der Spulreise gleichbleibend gehalten wird, können, bei vorgegebenen sehr
hohen Umfangsgeschwindigkeiten die Schwellwertdrücke entsprechend voreingestellt werden.
Außerdem ist der Hauptluftstrom in seiner Stärke beeinflußbar.
[0008] Das Organ, das mit dem Garnwickel zusammen einen schmalen Luftspalt bildet, kann
z.B. eine flache oder gebogene Platte sein, die von der Verschiebeeinrichtung in einem
geringen Abstand zum Umfangsmantel des Garnwickels gehalten wird. Vorteilhafterweise
wird der Luftspalt zwischen dem Umfang des Garnwickels und der Changiereinrichtung
gebildet. Für den Fall, daß die Changiereinrichtung eine Changierwalze und einen von
dieser angetriebenen Fadenführer umfaßt, kann das mit dem Garnpaket zusammen den Luftspalt
begrenzende Organ von dieser Changierwalze gebildet sein. Wenn die Changiereinrichtung
eine Nutwalze umfaßt - gegebenenfalls in Verbindung mit einer einen hin- und hergehenden
Fadenführer antreibenden Changierwalze-, so kann der Luftspalt von dieser Nutwalze
und dem Umfang des Garnwickels begrenzt sein.
[0009] Eine bevorzugte Ausführungsform, der Einrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß sich der Luftkanal des pneumatischen Fühlers wenigstens über einen
beträchtlichen Teil der axialen Ausdehnung des Garnwickels erstreckt, mit anderen
Worten: Die Breite der Einlaßöffnung des Luftkanals ist der Länge des Garnwickels
angepaßt. Diese Ausführung hat den Vorteil gegenüber den bekannten Einrichtungen,
daß der tangentiale Luftstrom nicht durch stellenweise Unregelmäßigkeiten des Garnwickels
beeinflußt wird, sondern lediglich von der über die axiale Länge des Garnwickels gemittelte
Spaltbreite abhängt. Andere bevorzugte Ausführungen der Vorrichtung nach der Erfindung
werden dadurch erzielt, daß der Luftkanal durch ein langgestrecktes Rohr gebildet
ist, dessen eines Ende nahe dem Luftspalt liegt und mit der Umgebung in offener Verbindung
steht, und daß die Strahldüse und die Fangdüse an einer von diesem Ende entfernten
Stelle befestigt sind und zwar derart, daß der Hauptstrom quer zur Längsrichtung des
Kanals gerichtet ist und der Luftkanal zwischen dem besagten Ende und den Strahl-
und Fangdüsen einen Luftpuffer bildet. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich durch
die Pufferwirkung des Luftkanals des Fühlers, daß über die Zeit auftretende Druckschwankungen
gemittelt werden. Dieses bewirkt eine gedämpfte Ansteuerung der Verschiebeeinrichtung.
[0010] Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Einrichtung nach der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung aus der Strahl- und Fangdüse, die über eine
Drossel miteinander verbunden sind und aus einem gemeinsamen Druckluftnetz versorgt
werden und aus Schwellwertschaltern für einen oberen und unteren Druckwert besteht,
welche Schalter am Ausgang der Fangdüse angeordnet sind und ein Drei/Zwei-Wegeventil
für die Verschiebeeinrichtung steuern, wobei in einer Leitung von den Schwellwertschaltern
zu dem Wegeventil ein NICHT-Glied angeordnet ist.
[0011] Diese Ausführung unterscheidet sich von der bekannten Einrichtung nach der niederländischen
Patentanmeldung 7 305 826 vorteilhaft in folgender Hinsicht: Bei der bekannten Einrichtung
befindet sich zwischen dem Fühler und der Verschiebeeinrichtung für den Changiermechanismus
ein pneumatischer Verstärker. Der Verstärker spricht bei einem bestimmten ersten Druck
der aufgefangenen zurückprallenden Luft an und liefert darauf Druckluft an das Verschiebeorgan,
um den Abstand zwischen dem Changiermechanismus und dem Garnwickel zu vergrößern.
Bei einem bestimmten zweiten Druck, der kleiner ist als der erste, schließt der Verstärker
die Zuführung für die Druckluft zu dem Verschiebeorgan, wodurch die Verschiebung des
Changiermechanismus angehalten wird.
[0012] Der Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Druck - verursacht durch die
Hysterese des pneumatischen Verstärkers - ist so groß, daß die Korrekturbewegung zu
lange anhält, wodurch der Changiermechanismus weiter als notwendig vom Garnwickel
entfernt zum Stillstand kommt. Um dieser Schwierigkeit zu begegnen, wurden spezielle
Vorkehrungen getroffen, die in einem zwischen dem Fühler und dem Verstärker angebrachten
Relaisventif. und einem Luftpolster zwischen dem Ausgang des Verstärkers und dem Relaisventil
bestanden. Wenn das Drucksignal des Fühlers den Ansprechwert ("erster Druck") des
Verstärkers überschreitet, wodurch dieser letztere die Druckluftzufuhr zum Verschiebeorgan
öffnet, dann wird auch Druckluft zu dem Luftpolster geführt. Dieses letztere ist nach
ungefähr 1 Sekunde gefüllt und schließt dann das Relaisventil, wodurch das Fühlersignal
zum pneumatischen Verstärker unterbrochen wird und ebenso die Zufuhr von Druckluft
zum Luftpolster und zum Verschiebeorgan. Die Verschiebung des Changiermechanismus
wird darauf gestoppt und der Druck im Luftpolster wird wieder abfallen. Endlich öffnet
das Relaisventil wieder, so daß das Drucksignal des Fühlers wieder Zugang zum Verstärker
bekommt. Falls der Changiermechanismus sich während dieses 1 Sekunde dauernden Zeitraums
nicht genügend weit vom Garnwickel entfernt hat, wird sich der oben deschriebene Vorgang
wiederholen. Der Changiermechanismus wird darauf während einer zweiten Periode von
einer Sekunde weiter vom Garnwickel entfernt. Dieses wiederholt sich so lange, bis
der Changiermechanismus einen ausreichenden Abstand zum Garnwickel hat. Die Dauer
der Periode (in diesem Fall 1 Sekunde), während welcher die Verstellung stattfindet,
ist natürlich so gewählt worden, daß die in dieser Periode auftretende Verschiebung
kleiner ist als in dem Zustand ohne die besagten speziellen Vorkehrungen. Auf diese
Weise wird verhindert, daß die Hysterese des pneumatischen Verstärkers die Verstellung
des Changiermechanismus beeinflußt. Jedesmal, wenn das Drucksignal des Fühlers den
Ansprechwert des Verstärkers überschreitet, führt der Changiermechanismus einen Korrekturschritt
von bestimmter Größe aus, der kleiner ist als die Verschiebung, die ohne die beschriebenen
speziellen Vorkehrungen auftreten. Ein Nachteil dieser bekannten Ausführung besteht
darin, daß das Fühlersignal während der Korrekturschritte keinen Einfluß auf die Verschiebung
hat. Es kann nicht die Rede sein von einer Steuerschaltung, durch welche der Abstand
zwischen dem Changiermechanismus und dem Garnwickel während der Korrekturbewegung
kontinuierlich mit dem gewünschten Abstand verglichen wird. Die bekannte Einrichtung
führt Korrekturschritte von festgelegter Größe aus und entscheidet nach jeder Korrektur,
ob ein nächster Korrekturschritt gemacht werden soll. Dagegen kann bei der zuletzt
beschriebenen Ausführung der Einrichtung nach der Erfindung das Fühlersignal während
der Verschiebung der Changiereinrichtung fortdauernd Einfluß darauf nehmen; sobald
der Druck des Fühlersignals unter den zweiten Schwellwertdruck abfällt, wird die Verschiebung
der Changiereinrichtung in Bezug zum Garnwickel angehalten. Von weiterem Vorteil ist,
daß sowohl der Ansprechwert (= erster Schwellwertdruck) als auch der zweite Schwellwertdruck
einstellbar sind, so daß beide Werte auf einen optimalen Wert zum Korrigieren der
Spaltbreite eingestellt werden können.
[0013] Wenn der Druck in der Fangdüse unter den zweiten Schwellwertdruck abfällt, kann die
Verschieberichtung der Changiereinrichtung umgekehrt werden. Einfacher ist jedoch
eine Ausführung der Vorrichtung nach der Erfindung, bei der die logische Steuereinrichtung,
beim Abfallen des Drucks in der Fangdüse unter den zweiten Schwellwertdruck, die Verschiebung
der Changiereinrichtung in Bezug auf den Garnwickel beendet. Es sei darauf aufmerksam
gemacht, daß, wenn hier von "Entfernen" bzw. "Verschieben" der Changiereinrichtung
die Rede ist, hiermit stets eine Relativbewegung der Changiereinrichtung in Bezug
auf den Garnwickel gemeint ist. Diese Relativbewegung kann eine translatorische Bewegung
allein der Changiereinrichtung oder auch allein des Garnwickels sein. Im ersten Fall
ist die Changiereinrichtung mit der Verschiebeeinrichtung verbunden, im zweiten Fall
der Garnwickel.
[0014] Da die Erfindung bezweckt, daß der Gamwickel während des Aufwickelns nicht von der
Changiereinrichtung berührt wird, kann es zweckmäßig sein, anstelle des allgemein
gebräuchlichen Antriebs des Garnwickels an seinem Umfang, den Garnwickel über seine
Welle anzutreiben und die Drehzahl der Antriebswelle so zu steuern, daß die Umfangsgeschwindigkeit
des Garnwickels während seines Anwachsens dieselbe bleibt. Für den Fall, daß das Garn
vor seinem Aufwickeln über ein eine Geschwindigkeit erteilendes Organ läuft - wie
z. B. eine Galette - kann die Drehzahlregelung irgendwie auf einer Spannungsmessung
beruhen. Die Drehzahl wird so gesteuert, daß die Garnspannung zwischen dem geschwindigkeiterteilenden
Organ und dem Garnwickel konstant bleibt. Wenn jedoch die Anwendung eines geschwindigkeiterteilenden
Organs vor dem Aufwickeln nicht erwünscht ist, so daß die Garngeschwindigkeit einzig
durch die Aufwickelgeschwindigkeit des Garnwickels bestimmt ist, und es weiterhin
erwünscht ist, daß die Geschwindigkeit gesteuert wird, ohne daß der Faden berührt
wird, dann kann die Geschwindigkeitssteuerung auf einer Geschwindigkeitsmessung des
Garnes anstelle einer Spannungsmessung des Garnes basieren. Dieses bringt jedoch einige
Probleme mit sich, wenn es notwendig ist, daß das Garn frei - d.h. unberührt - von
der Geschwindigkeitsmeßeinrichtung laufen soll. Eine derartige Situation tritt beim
Schnellspinnen von synthetischen Garnen auf. Bei Geschwindigkeiten von einigen tausend
Metern pro Minute ist es erwünscht, daß das Garn soviel wie möglich geschont wird,
indem man es vor dem Aufwickeln mit so wenigen Organen wie möglich in Berührung bringt.
[0015] Um ein Garn mit konstanter Geschwindigkeit aufwickeln zu können, ohne daß es vor
dem Garnwickel mit einem geschwindigkeiterteilenden oder einem geschwindigkeitmessenden
Organ in Berührung kommt, kann die Aufwickelvorrichtung nach der Erfindung eine Antriebseinrichtung
aufweisen, die einen Antriebsmotor mit regelbarer Drehzahl umfaßt. Die Antriebseinrichtung
kann deshalb weiterhin ausgestattet werden mit, a) zwei Detektoren, die mit einem
gegebenen Abstand L zueinander nahe dem Gamweg angeordnet sind und in Abhängigkeit
von der Bewegung des Garnes elektronische Signale x (t) bzw. y (t) abgeben; b) einem
Correlator, der ein elektrisches Signal liefert, das mit der gegenseitigen Wechselbeziehung
der von den Detektoren abgegebenen Signalen für einen festgesetzten eingestellten
Wert für die Verzögerungszeit, die definiert ist durch
übereinstimmt, wobei V die gewünschte Garngeschwindigkeit bedeutet; c) Mitteln zur
Feststellung, ob die Wechselbeziehung (crosscorrelation) ihr Maximum erreicht hat
und d) Korrekturmitteln, die mit den obengenannten Mitteln gekuppelt sind und dazu
dienen, die Drehzahl des Antriebmotors zu korrigieren bis die Wechselbeziehung (crosscorrelation)
ihr Maximum erreicht hat.
[0016] Unter "Wechselbeziehung" (crosscorrelation) ist hier im allgemeinen Sinn jede geeignete
Funktion zu verstehen, welche die Beziehung zwischen den Signalen x(t) und y(t), bzw.
zwischen den davon abgeleiteten Signalen in Abhängigkeit von der Verzögerungszeit
wiedergibt. Als Detektoren können z. B. optischelektronische Abtaster verwendet werden,
die das von Garn zurückgestrahlte Licht in ein elektronische Signal umwandeln. Vorzugsweise
werden jedoch Detektoren zum Messen elektrostatischer Ladungen (im folgenden auch
kurz Detektoren genannt) angewendet, welche elektrische Signale x(t) bzw. y(t) abgeben,
die durch die auf dem Garn vorhandene elektrische Ladung hervorgerufen werden.
[0017] Drückt man die Wechselbezeihung durch die Funktion aus:
worin x(t) und y(t) die mittleren Werte von x(t) bzw. y(t) darstellen, dann ist zur
Bestimmung des Maximums von Φ
xy diese Funktion für unterschiedliche Werte von τ zu berechnen. Dies ist jedoch in
Fällen wie im vorliegenden zu zeitaufwendig, da es notwendig ist, die Aufwickeldrehzahl
bei Abweichungen der Garngeschwindigkeit vom gewünschten Wert augenblicklich zu korrigieren.
[0018] In diesem Zusammenhang wird vorzugsweise eine Ausführung der Vorrichtung verwendet,
bei der die Mittel zur Bestimmung, ob die Wechselbeziehung ihr Maximum erreicht, einen
Differentiator zur Differenzierung zweier Detektorsignale über die Zeit umfassen,
so daß ein differenziertes Detektorsignal y'(t) erhalten wird und wobei die Signale
x(t) und y'(t) dem Korrelator zugeführt werden. Die Wechselbeziehung nimmt dann die
folgende Form an:
Die Funktion Φ
xy, (τ) ist O für Φ
xy (τ) = max., so daß das Problem der Bestimmung des max. Wertes von Φ
xy (τ) reduziert ist auf die einfachere Bestimmung des Nulldurchgangs der Funktion Φ
xy, (τ).
[0019] Eine weitere Vereinfachung der Geschwindigkeitssteuerung kann durch eine Einrichtung
erreicht werden, bestehend aus a) Polaritätsdetektoren, denen die signale x(t) und
y'(t) zugeführt werden und welche die Ausgangssignale sign. x(t) bzw. sign. y'(t)
liefern, welche die Polarität der signale x(t) und y'(t) in Bezug auf einen Vergleichswert
wiedergeben; b) ein Schieberegister, dessen Eingang das Signal sign x(t) zugeführt
wird; c) einen Schiebeimpuls-Generator, der mit dem Schieberegister verbunden ist,
welches Schiebeimpulse von einstellbarer Frequenz f
s dem Schieberegister zuführt, so daß das Schieberegister an seinem n-ten Element ein
Ausgangssignal sign
liefert; d) einen Multiplizierer zum logischen Multiplizieren des Ausgangssignals
sign
mit dem Signal sign y'(t); und e) einen Integrator, der mit dem Ausgang des Multiplizierers
verbunden ist und einen Teil des Korrekturmittels zum Einstellen der Motordrehzahl
bildet.
[0020] Hier wird das bei der Messung der Geschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten bekannte
Prinzip der Polaritätscorrelation angewandt. Dies besagt, daß die Wechselbeziehung
der Signale x(t) und y(t) mit nach der Gauß'schen Kurve verteilten Amplituden für
denselben Wert von τ Nulldurchgänge und Extremwerte zeigt wie die Wechselbeziehungen
von sign x(t) und sign y(t). Die beziehung kann mit einfachen digitalen Mitteln verwirklicht
werden, wobei ein Schieberegister für die Zeitverzögerungs τ sorgt (s. Meßtechnik
7, 1971, Seiten 152 bis 157). Bei einer ersten Ausführungsform der letztgenannten
Vorrichtung kann ein automatischer Regler zum Regeln der Drehzahl des Antriebsmotors
vorgesehen sein, welcher Regler einen Eingang für die gemessenen Werte der Garngeschwindigkeit
und einen Eingang zum Einstellen des gewünschten Wertes der Garngeschwindigkeit aufweist
und bei welcher der Schiebeimpuls-Generator von einem Impulsgenerator mit einer von
einer Steuerspannung abhängigen Pulswiederholungsfrequenz gebildet ist. Dabei ist
der mit dem Ausgang des Multiplizierers verbundene Integrator mit seinem Ausgang an
einen Steuereingang des Impulsgenerators zum Liefern einer Steuerspannung und weiterhin
am Eingang (für die gemessenen Werte) des Reglers angeschlossen.
[0021] Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung weist einen Regler zum Regeln der Drehzahl
des Antriebsmotors auf, bei welcher der mit dem Ausgang des Multiplizierers verbundene
Integrator einen Teil des Reglers ausmacht und bei welcher der Schiebeimpuls-Generator
von einem Impulsgenerator gebildet ist, der dem Schieberegister Schiebeimpulse mit
einer Frequenz
zuführt.
[0022] Bei einer bezonders vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung - die eine Differenzierung
des analogen Detektorsignals überflüssig macht - umfaßt der Korrelator: a) Polaritätsdetektoren,
denen die Signale x(t) und y(t) zugeführt werden und die Ausgangssignale sign x(t)
bzw. sign y(t) liefern, welche die Polarität der Signale x(t) und y(t) in Bezug auf
einen Vergleichswert angeben; b) ein N-bits-Schieberegister, dessen Eingang das Signal
x(t) zugeführt wird; c) einen mit dem Schieberegister verbundenen Schiebeimpuls-Generator,
der dem Schieberegister Schiebeimpulse von einstellbarer Frequenz f
. zuführt, so daß das Schieberegister in seinem i-ten Element ein Ausgangssignal sign.
liefert; d) einen ersten Multiplizierer, der mit dem Ausgang des (n-2)-ten Elementes
des Schieberegisters und mit dem Ausgang des Polaritätsdetektors für das Signal y(t)
zum logischen Multiplizieren der Signale sign
und y(t) verbunden ist, wobei n:9 N ist; e) einen zweiten Multiplizierer, der mit
dem Ausgang des n-ten Elementes des Schieberegisters und mit dem Ausgang des Polaritätdetektors
für das Signal y(t) zum logischen Multiplizieren der Signale sign
und y(t) verbunden ist; f) einen Taktimpulsgenerator; g) einen an dem Taktimpulsgenerator
angeschlossenen elektronischen Differentialzähler, dessen Subtraktionseingang durch
Ansteuerung des ersten Multiplizierers, und dessen Additionseingang durch Ansteuerung
des zweiten Multiplizierers geöffnet wird zum Rückwärtszählen bzw. Vorwärtszählen
der angelieferten Taktimpulse; und h) eine an den Zähler angeschlossenen Digital-Analog-Wandler
zum Wandeln des Zählerstandes in ein Analogsignal, welches dem Schiebeimpuls-Generator
zugeführt wird. Als Polaritätsdetektoren wird vorzugsweise ein Vergleicher verwendet,
der Ausgangsspannungen auf einem von zwei logischen Niveaus "1" bzw. "0" liefert,
und zwar auf dem einen Niveau, wenn die Eingangsspannung des Vergleichers über dem
Vergleichswert und auf dem anderen Niveau, wenn die Eingangsspannung unter dem Vergleichswert
liegt. Als Multiplizierer kann eine logische Schaltung verwendet werden, welche die
Funktion X-:V + X.Y hat, worin X und Y Signale am Eingang des Multiplizierers sind.
[0023] Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Multiplizierer als logische Schaltung
mit der Funktion X.Y + X.Y ausgebildet, wobei X und Y Signale am Ausgang des Multiplizierers
sind.
[0024] Die Erfindung wird anhand von in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
erläutert.
[0025] Es zeigen:
Fig. 1 Eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Spulvorrichtung;
Fig. 2 in perspektifischer Darstellung einen Teil der Spulvorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine Prinzipskizze der pneumatischen Steuerung für die erfindungsgemäße Spulvorrichtung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Geschwindigkeitssteuerung für diue erfindungsgemäße
Spulvorrichtung;
Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der Geschwindigkeitssteuerung gemäß Fig.
4;
Fig. 6 und 7 die Geschwindigkeitssteuerung gemäß Fig. 4 und 5, jedoch für digitale
Arbeitsweise bzw.
Fig. 8 eine abweichende Ausführungsform der Konstruktionen gemäß Fig. 6 und 7;
Fig. 9 die Impulssignale, die mit der Ausführungsform gemäß Fig. 8 abgegeben werden.
[0026] Anhand der Fig. 1 wird vor allem die Lage der Changiereinrichtung relativ zum Garnwickel
erklärt. Aus der schematisch angedeuteten Schmelzspinneinrichtung 1 tritt eine große
Anzahl von gesponnenen Fasern aus, die anschließend zu einem Bündel 2 zusammengefaßt
sind. Es soll darauf hingewiesen sein, daß die Erfindung nicht nur für das Aufwickeln
von multifilem Garn, sondern auch zum Aufwickeln von Einzelfäden geeignet ist. Das
Bündel 2 - im folgenden als Garn bezeichnet - wird zu einer Changiereinrichtung geführt.
Unter einer "Changiereinrichtung" ist eine Einrichtung zu verstehen, die dem Garn
eine zu seiner Laufrichtung quergerichtete Changier bewegung erteilt, um das Aufwickeln
des Gams auf eine Spule zu ermöglichen. Es können zu diesem Zweck unterschiedliche
Konstruktionen für die Changiereinrichtung verwendet werden. Z. B. kann sie als ein
von einer Stange hinund hergeführter Fadenführer ausgebildet sein. Oder die Changiereinrichtung
kann einen Fadenführer aufweisen, der teilweise in eine schraubenlinienförmige Nut
eingreift, die in den Mantel einer Walze eingelassen ist. Durch Drehung der Walze
wird dem Fadenführer eine hinund hergehende Bewegung erteilt. Desgleichen ist denkbar,
daß die Changiereinrichtung außber der oben erwähnten Kombination von Fadenführer
und zugehörigem Antrieb (Changierwalze) zusätzlich eine angetriebene Nutwalze umfaßt.
Diese Nutwalze kann dem Garn unmittelbar bevor es auf die Hülse aufgewickelt wird,
eine hin- und hergehende Bewegung erteilen. Im Falle einer derartigen Anordnung läuft
das Garn zunächst durch den hin- und hergehenden Fadenführer und anschließend durch
die Nut der angetriebenen Nutwalze. Durch geeignete Abstimmung der hin- und hergehenden
Bewegung des Fadenführers mit der Drehung der Nutwalze kann gewährleistet werden,
daß die Länge des jeweils an der Changierbewegung teilnehmenden Fadenabschnitts während
eines Hin- und Herganges soweit wie möglich konstant gehalten wird. Dadurch wird erreicht,
daß kein plötzlicher Spannungswechsel während des Changierens auftritt. Spulvorrichtüngen
mit Changiereinrichtungen der oben beschriebenen Konstruktion sind bekannt, z.B. nach
den niederländischen Patentanmeldungen Nr. 6 917 046; 7 110 991 und 7 115 530.
[0027] Für die Konstruktion gemäß Fig. 1 wird angenommen, daß die Changiereinrichtung einen
hin- und hergehenden Fadenführer 3 umfaßt, der von einer Changierwalze 4 mit gewindeartiger
Nut angetrieben wird, und eine Nutwalze 5, die von einem in Fig. 1 nicht dargestellten
Motor angetrieben wird. In einiger Entfernung von der Nutwalze ist ein Garnwickel
6, welcher auf einer Hülse 7 aufgewickelt ist, auf einer Antriebswelle 8 angeordnet.
Die Antriebswelle 8 wird vom Motor 9 drehend angetrieben. Der Garnwickel 6 bildet
zusammen mit der Changiereinrichtung - in diesem Falle mit der Nutwalze 5 - die Begrenzung
eines schmalen Luftspaltes 10, der sich in axialer Richtung des Garnwickels erstreckt.
Nahe der Umfangsoberfläche des Garnwickels ist ein pneumatischer Fühler angeordnet,
der aus einem Luftkanal 11 besteht, dessen linkes Ende 12 nahe dem Luftspalt 10 liegt.
Am anderen Ende 13 des Luftkanals 11 sind beidseitig zwei Luftleitungen angeschlossen,
von denen die eine in Fig. 1 mit der Bezugsziffer 14 bezeichnet ist. Beide Luftanschlüsse
sind jeweils über eine Leitung mit einer pneumatischen Steuereinrichtung 15 verbunden,
so der Anschluß 14 über die Leitung 16.
[0028] Wie aus Fig. 2 zu ersehen, wird ein Hauptluftstrom durch eine der leitungen dem Kanal
11 zugeführt, durch welchen er quer zur Längsrichtung des besagten Kanales hindurchgeht,
über eine andere Luftleitung wird er danach zu der Steuereinrichtung 15 zurückgeführt.
Die Drehung des Garnwickels in der vom Pfeil 17 in Fig. 1 angegebenen Richtung bewirkt
einen tangentialen Luftstrom, der mit 18 bezeichnet ist. Die Stärke des tangentialen
Luftstromes 18, der im Luftkanal 11 strömt, verändert sich mit der Weite des Luftspaltes
10.
[0029] Daraus ergibt sich eine Unterbrechung des Hauptluftstromes in größerem oder kleinerem
Maße, und der Druck der zu der Steuereinrichtung zurückgeführten Luft wird sich entsprechend
verändern. Dieser Druck ist daher ein Maß für die Weite des Luftspaltes 10, so daß
er als Grundlage zum Steuern der Weite des Luftspaltes 10 dienen kann. Zu diesem Zweck
ist die pneumatische Steuereinrichtung 15 mit einer Verschiebeeinrichtung 19 verbunden,
welche die Nutwalze 5 vom Garnwickel fortbewegt, wenn letzterer im Durchmesser wächst.
Die dazu erforderliche Verbindung zwischen der Verschiebeeinrichtung 19 und der Nutwalze
5 ist in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie 20 schematisch angedeutet. Auch der
pneumatische Fühler 11 und die Changierwalze 4 mit dem Fadenführer 3 sind mit der
Verschiebeeinrichtung 19 verbunden, wie entsprechend durch die gestrichelten Linien
21 und 22 gezeigt ist. Wenn die Verschiebeeinrichtung 19 in Tätigkeit ist, werden
die Nutwalze 5, der pneumatische Fühler 11 und die Changierwalze 4 mit dem Fadenführer
3 als Ganzes weiter bewegt. Die Steuerung der Verschiebeeinrichtung 19 durch die Steuereinrichtung
15 erfolgt über die Leitung 23. Diese Steuerung kann pneumatisch, hydraulisch oder
elektrisch ausgeführt werden.
[0030] Anhand der Fig. 2 und 3 wird die Lage der Changiereinrichtung 3, 4 und 5 und des
Pneumatikfühlers 11, der schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, weiter beschrieben.
Gleiche Teile sind mit denselben Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet. Auf seinem
Weg zum Garnwickel 6 läuft das Garn 2 über den Fadenführer 3 (in Fig. 2 nicht dargestellt)
und danach durch die schrauben linien förmige Nut 24 in der Mantelfläche der Nutwalze,5.
Der Weg der zuletzt auf den Garnwickel gelegten Garnwindung ist in Fig. 2 mit der
Bezugsziffer 25 bezeichnet. Nutwalze 5 ist mit ihren Wellenenden in Tragplatten 26
und 27 einer Tragbrücke 28 gelagert. Das linke, sichtbare Wellenende ist mit der Bezugsziffer
29 bezeichnet. Die Nutwalze ist durch einen Elektromotor 30 angetrieben, dessen Stator
31 an der Tragbrücke 28 befestigt ist. Die Tragbrücke 28 trägt die Changierwalze 4
mit dem Fadenführer 3 (in Fig. 2 nicht sichtbar).
[0031] Die Tragbrücke 28 kann sich unter der Wirkung des Pneumatikzylinders (Verschiebeeinrichtung)
19 aufwärts bewegen. Der Kolben des Pneumatikzylinders 19 ist mittels einer Kolbenstange
20 mit der Tragbrücke 28 verbunden. Die Tragbrücke 28 ist durch Führungsstäbe 32 und
33 geführt. In der Nähe des Luftspaltes 10 zwischen dem Garnwickel 6 und der Nutwalze
5 mündet das linke Ende 12 des Luftkanals 11, welches als pneumatischer Fühler wirkt.
Besagtes Ende 12 erstreckt sich über einen beträchtlichen Teil der Länge des Garnwickels
6, um den Einfluß örtlicher Schwankungen auf der Länge des Luftspaltes soweit wie
möglich auszugleichen. Am rechten Ende 13 des Luftkanals 11 sind eine Strahldüse 14
und eine Fangdüse 34 befestigt. Diese beiden Düsen sind über flexible Rohre (Schläuche)
16 und 35 entsprechend mit der pneumatischen Steuereinrichtung 15 verbunden, die einen
Satz von auf einem Gestell 42 angeordneten Einheiten 36 bis 41 umfaßt. Die Steuereinrichtung
ist über Druckluftleitungen 43 und 44 an eine Druckluftquelle (nicht dargestellt)
angeschlossen, die durch die Einheit 41 und die Luftleitung 23 mit dem Pneumatikzylinder
(Verschiebeeinrichtung) 19 verbunden sein kann.
[0032] Eine andere Druckluftleitung 45 fördert Druckluft zu der Einheit 36. Der im Luftkanal
11 gesammelte tangentiale Luftstrom 18 trifft dann am Kanalende 13 auf den Hauptluftstrom
46 zwischen der Strahldüse 14 und der Fangdüse 34. Aus dem Schaubild gemäß Fig. 3
geht hervor, in welcher Weise der tangentiale Luftstrom 18 die Lage der Tragbrücke
28 steuert, an welcher die Changiereinrichtung befestigt ist. Durch die Luftleitung
45 fließt Druckluft über die Drossel 36 und eine Leitung 16 zu der Strahldüse 14 an
dem pneumatischen Fühler 11. Die aus der Strahldüse 14 austretende Luft fließt in
Richtung auf die Fangdüse 34, die am Fühler 11 gegenüber der Fangdüse angeordnet ist.
Der Eintritt der Strahldüse steht über die Leitung 47, eine Drossel 37, die Leitungen
48 und 35 mit dem Auslaß der Fangdüse 34 in Verbindung. Die Leitung 35 ist außerdem
mit einem ersten Schwellwertschalter 38 und durch eine Leitung 49 mit einem zweiten
pneumatischen Schwellwertschalter 39 verbunden. Der Schwellwertschalter 38 stellt
über eine Leitung 50, ein NICHT-Element 40 und eine Leitung 51 eine Verbindung zum
Steuerventil 41 her. Der Schwellwertschalter 39 stellt über die Leitung 52 eine Verbindung
zum Ventil 41 her. Die Schwellwertschalter 38 und 39 und das NICHT-Element 40 sind
mit einer Druckluftquelle verbunden, die in Fig 3 nicht im einzelnen gezeigt ist.
[0033] Es sei angenommen, der Garnwickel 6 sei derart angewachsen, daß der Luftspalt 10
einen Mindestwert von z. B. 1 mm angenommen hat. Dementsprechend hat der tangentiale
Luftstrom 18 seine Mindeststärke. Der Hauptluftstrom 46 zwischen der Strahldüse 14
und der Fangdüse 34 wird somit sehr wenig gestört werden, so daß der Luftdruck in
der Fangdüse seinen höchsten Wert hat. Es sei angenommen, der max. Druck P, sei "1".
Dann wird am Ausgang des Schwellwertschalters 38 in der Leitung 50 ein Mindestdruck
vorherrschen, der durch "0" dargestellt sei. Das NICHT-Element 40 bewirkt, daß der
Druck in der Leitung 51 auf den max. Wert, der "1" entspricht, zurückgebracht wird.
Dadurch wird das Steuerventil 41 veranlaßt, die in Fig. 3 gezeigte Stellung einzunehmen,
in welcher die Druckluftleitung 44 mit der Leitung 23 verbunden ist. Durch die zuletzt
erwähnte Leitung fließt nun Druckluft zum Pneumatikzylinder (Verschiebeeinrichtung)
19, der darauf mittels seines Kolbens 20 die Tragbrücke mit der Changiereinrichtung
aufwärts bewegt, so daß die Breite des Luftspaltes 10 größer wird. Während der Luftdruck
in der Leitung 35 und somit auch in der Leitung 49 den Wert "1" hat, entspricht der
Luftdruck in der Leitung 52 hinter dem zweiten Schwellwertschalter 39 dem Wert "0".
[0034] Die Verstellung der Changiereinrichtung bewirkt, daß die Breite des Luftspaltes 10
größer wird, wodurch die Stärke des tangentialen Luftstromes 18 wächst. Hierdurch
nimmt der Luftdruck in der Fangdüse 34 und infolgedessen auch der Druck in den Leitungen
35 und 49 ab und erreicht gegebenenfalls einen Schwellwert
p2 (P
2 < P
1), der "0" entspricht.
[0035] Der zweite Schwellwertschalter 39 bringt nun den Druck in der Leitung 52 auf den
Wert "1". Da auch der Druck in der Leitung 51 inzwischen auf den Wert "0" zurückgefallen
ist, wird das Steuerventil 41 unter dem Einfluß des Druckes in der Leitung 52 eine
Position einnehmen, in welcher die Verbindung der Druckluftleitung 44 mit der Leitung
23 unterbrochen ist.
[0036] Die Bewegung der Changiereinrichtung von dem Garnwickel fort wird nun angehalten.
Es ist auch möglich, die Breite des Luftspaltes 10 dadurch zu steuern, daß neben der
Korrekturbewegung der Changiereinrichtung in Richtung von dem Spulenwinkel fort, eine
Korrekturbewegung auf den Garnwickel zu ausgeführt wird.
[0037] Wie bereits vorher erwähnt, geben die Schwellwertschalter 38 und 39 eine logische
Umkehrung ihrer Eingangssignale. So liefern sie im Falle des Eingangssignales "1"
das Ausgangssignal "0" - und umgekehrt. Im Grunde könnte deshalb die Kombination des
Schwellwertschalters 38 und des NICHT-Elementes 40 ersetzt werden durch einen Schwellwertschalter,
der keine Umkehrung bewirkt. Es wurde jedoch gefunden, daß mit der besagten Kombination
von Bauelementen eine stabilere Positionierung erreicht wird. Als Elemente 38 und
39 werden pneumatische Schwellwertschalter eingesetzt. Dann ist der Schwellwert (P
bzw. P 2) einstellbar.
[0038] Dadurch, daß man den Hauptluftstrom in einigem Abstand von der Einlaßöffnung 12 durch
den Luftkanal 11 fließen läßt, werden Schwankungen im tangentialen Luftstrom durch
die Pufferwirkung des Luftkanales gemittelt.
[0039] Es sei hinzugefügt, daß die vorbeschriebene Anwendung von Strahl- und Fangdüse im
Rahmen der vorliegenden Vorrichtung nicht als Einschränkung betrachtet werden soll.
Als derartige Vorrichtungen sind solche zu verstehen, die es ermöglichen, einen Hauptluftstrom
zu erhalten, der quer zu einem Tangentialluftstrom fließt und den letzteren wirksam
beeinflußt. Was den Tangentialluftstrom anbetrifft, so besteht keine absolute Notwendigkeit,
ihn dadurch hervorzurufen, daß man Luft verwendet, die durch die Drehbewegung des
Garnwickels mitgerissen wird. Es können andere Mittel zur Erzeugung eines im Luftspalt
tangential gerichteten Luftstromes verwendet werden. Es ist z. B. möglich, einen künstlich
erzeugten Luftstrom mit Hilfe eines Lüfters in dem Luftspalt zu erhalten. Mit Hilfe
des oben besprochenen Steuersystems kann eine Breite des Luftspaltes von nur wenigen
Millimetern - bei Garngeschwindigkeiten von 3.000 bis 5.000 m/min - eingehalten werden.
[0040] Anhand der Fig. 4 bis 7 wird ein System der Geschwindigkeitssteuerung des Antriebsmotors
9 erläutert.
[0041] In Fig. 4 bezeichnet 1 eine Spinnvorrichtung, durch welche eine Anzahl von Fasern
zu einem Garn 2 gesponnen wird. Ohne eine geschwindigkeiterteilende Vorrichtung -
wie z.B. eine Galette - zu überlaufen, wird das Garn zu einem Wickel 6 aufgespult,
der von einem Motor 9 drehend angetrieben wird.
[0042] Nahe dem Laufweg des Garnes 2 sind zwei Detektoren 53 und 54 zum Messen statischer
Elektrizität in einem Abstand L zueinander angeordnet. Die beiden Detektoren bestehen
aus Elektroden 55 und 56 und entsprechend aus Signalverstärkern 57 und 58. Die Detektoren
berühren das Garn nicht.
[0043] Eine auf dem Garn vorhandene elektrostatische Ladung induziert in den Elektroden
55 und 56 Wechselspannungen, die von den Verstärkern 57 und 58 verstärkt werden. Diese
verstärkten Spannungen x(t) bzw. y(t) werden über die Anschlüsse 59 und 60 zu einer
Korrelationseinrichtung 61 geführt. Die Korrelationseinrichtung 61 leitet hiervon
ein Signal ab, das wenigstens annähernd die Korrelationsfunktion
[0044] Dieses Signal wird über den Anschluß 62 zu der extremwertsuchenden Schaltung 63 geleitet,
die dazu dient, den Wert τ zu finden, für den die Funktion Φ
xy (
T) ein Maximum hat.
[0045] Systeme zum Feststellen des max. Wertes einer Funktion sind an sich bekannt. Im vorliegenden
Falle verstellt die Schaltung 63 über eine Korrektureinrichtung 64 und die Leitungen
65 und 66 die Einstellung der Verzögerungszeit im Korrelator 61. Das die Verzögerungszeit
τ darstellende Signal wird außerdem über einen Anschluß 67 an den Rechner 68 geleitet.
Der letztere gibt ein Signal an den Anschluß 69 ab, welches dem Quotienten
entspricht, wobei L der Abstand zwischen den Fühlern 53 und 54,
T die eingestellte Verzögerungszeit und V die zu berechnende Garngeschwindigkeit ist.
[0046] Das Signal des Rechners 68 wird an eine automatisch arbeitende Steuereinheit 70 geleitet,
die dazu dient, die Drehzahl des Motors 9 so zu regulieren, daß die Aufwickelgeschwindigkeit
Vg des Garns auf einem gewünschten Wert V gehalten wird. Dieser Wert ist an der Steuereinheit
eingestellt, wie durch die Leitung 71 schematisch angedeutet. Die Verbindung des Reglers
70 mit dem Aufwickelmotor 9 ist durch die Bezugsziffer 72 und die Antriebswelle für
den Garnwickel durch die gestrichelte Linie 8 angezeigt.
[0047] Ein anderes Ausführungsbeispiel des Steuersystems ist in Fig. 5 gezeigt. In dem Korrelator
61 dieser Einrichtung ist ein fester Wert für die Verzögerungszeit
T eingegeben, welcher der gewünschten Garngeschwindigkeit V entspricht und die Gleichung
erfüllt, wie durch den Pfeil 73 angedeutet. Bei dieser Ausführungsform ist die extremwertsuchende
Einrichtung 63 über einen Anschluß 74 mit einer automatischen Steuereinrichtung 70
verbunden. Die Steuereinrichtung 70 dient dazu, den Antriebsmotor 9 auf solch eine
Geschwindigkeit einzustellen, daß die Korrelationsfunktion Φ
xy (τ) ihr Maximum erreicht. Von der Feststellung der tatsächlichen Garngeschwindigkeit
V und ihrem Vergleich mit dem gewünschten Wert V - wie in dem System nach Fig. 4 -
ist hier nicht die Rede. Die Ausführungsform nach Fig. 5 in ihrer Gesamtheit stellt
sich dar wie eine extremwertsuchende Einrichtung, die auf das Maximieren der Korrelationsfunktion
Φ
xy (τ) durch Variieren der Drehzahl des Motors 9 gerichtet ist.
[0048] Eine mögliche Konstruktion, der das Prinzip der Geschwindigkeitssteuerung gemäß Fig.
4 zugrunde liegt, soll nun anhand der Fig. 6 näher erläutert werden.
[0049] Die Signale der Detektoren 53 und 54 zur Feststellung elektrostatischer Ladungen
werden wieder an den Korrelator 61 geleitet. Jedoch wird das Signal y(t) des Detektors
54 zuerst durch das RC-Glied 75-76 zu y'(t) differen-. ziert. Der Korrelator 61 hat
zwei Polaritätsdetektoren in Form von Vergleichern 77 und 78,; denen die Signale x(t)
und y'(t) zugeleitet' werden. Die Vergleicher sind auf eine Bezugsspannung "0" eingestellt,
bei denen sie eine Rechteckspannung liefern, die positiv ("1") ist, wenn das Eingangssignal
positiv ist und welche Null ("0") ist, wenn das Eingangssignal negativ ist. Auf diese
Weise zeigen also die Ausgangssignale der Vergleicher die Polarität der entsprechenden
Eingangssignale an. Sie sollen mit sign x(t) und sign y'(t) bezeichnet werden.
[0050] Es sei darauf hingewiesen, daß das Ausgangssignal der Vergleicher nicht notwendigerweise
zwischen einem positiven Wert und "0" variieren muß, wie es der Fall ist, wen das
angewendete Logiksystem vom Typ TTL ist. Es ist auch möglich, die Schaltung so auszubilden,
daß dieses Signal zwischen einem positiven und einem negativen Wert variiert. Zum
Beispiel kann das Ausgangssignal des Vergleichers positiv sein, wenn das Eingangssignal
positiv ist und negativ sein, wenn das Eingangssignal negativ ist. Es ist weiterhin
denkbar, an den Vergleichern eine Bezugsspannung einzustellen, die einen von "0" abweichenden
Wert hat. Hierbei wird davon ausgegangen, daß abgesehen von der Verzögerungszeit,
die durch den Abstand der beiden Detektoren 53 und 54 bedingt ist, die Eingangssignale
der beiden Vergleicher sowohl in der Form als auch in der Amplitude große Ähnlichkeit
zeigen. Im Korrelator werden die Ausgangssignale der Vergleicher 77 und 78 über die
Leitungen 79 bzw. 80 zu einem Schieberegister 81 und einem Multiplizierer 82 geführt.
Das Schieberegister 81 dient dazu, den Durchgang des mit sign x(t) bezeichneten Signals
zum Multiplizierer 82 für eine Zeit τ zu verzögern. Zu diesem Zweck sind die Elemente
des Schieberegisters durch eine schematisch angedeutete Linie 83 mit einem Impulsgenerator
84 verbunden. Der letztere ist von der Art, der eine Spannung in eine Impulsfolge
umwandelt, deren Impulswiederholungsfrequenz proportional der Höhe der Eingangsspannung
ist.
[0051] Angenommen, daß das Schieberegister 81 aus n Elementen besteht und die Wiederholungsfrequenz
der vom Generator 84 gelieferten Schiebeimpulse f
s ist, so wird das Ausgangssignal des Vergleichers 77 nach einer Verzögerungszeit
am Auslaß des Schieberegisters 81 erscheinen. Dieses Auslaßsignal sign
wird über die Leitung 85 zum Multiplizierer 82 geschickt. Der Multiplizierer 82 ist
eine Logikschaltung, die ein über die Leitung 86 weiterzugebendes Ausgangssignal Z
liefert. Dieses Ausgangssignal ist abhängig von den Eingangssignalen, x, y gemäß der
folgenden Tabelle:
[0052] Der Multiplizierer 82 gibt nur dann ein Ausgangssignal "1" ab, wenn die Polarität
der beiden Eingangssignale über die Anschlüsse 85 und 80 gleich ist. Die Logikschaltung
sollte darum die Funktion haben:
wobei X und Y die Signale an den Eingängen des Multiplizierers darstellen. Es wird
nunmehr klar sein, daß, je näher die Zeitverzögerung
des Schieberegisters am Wert
liegt, der Ausgang des Multiplizierers 82 umso länger den Wert "1" haben wird. Damit
der Wert
dem Wert
so nahe wie möglich kommt, sollte der Schiebeimpulsgenerator 84 Impulse liefern, deren
Frequenz dem Wert
entspricht.
[0053] Zu diesem Zweck ist der Eingang des Schiebeimpulsgenerators 84 über Leitungen 88
und 87, Integrator 89 und Leitung 86 mit dem Ausgang des Multiplizierers 82 verbunden.
Solange die Impulse am Eingang des Multiplizierers 82 nicht gleichzeitig erscheinen,
wird der Multiplizierers 82 ein Ausgangssignal "0" liefern. Dieses wird durch den
Integrator 89 als Abweichung festgestellt, welche am Ausgang 87 integriert erscheint.
Die Frequenz des Schiebeimpulsgenerators 84 wird dadurch in einem derartigen Sinne
geändert, daß der Wert von
dem Wert von
näher kommt. Schließlich stellt sich ein Zustand ein, bei dem der Integrator 89 eine
Spannung U an den Schiebeimpuls-Generator mit
liefert. Da die Spannung U proportional zu f
. ist, ist U auch ein Maß für die Garngeschwindigkeit Vg. Aus U = c.f
s folgt, daß
ist. Um die Drehzahl des Antriebsmotors 9 auf einen Wert zu bringen, der der gewünschten
Garngeschwindigkeit V entspricht, wird die Ausgangsspannung U über die Anschlüsse
87 und 69 an Regler 70 weitergegeben. An diesem Regler wurde der Sollwert für die
gewünschte Garngeschwindigkeit eingestellt. Diese Einstellmöglichkeit ist in Fig.
6 durch den Pfeil 71 schematisch angedeutet. Der Regler 70 - vom PI-Typ - ist über
den Anschluß 72 mit einem Inverter 90 für die Speisung des Antriebsmotor 9 verbunden.
Der Drehstrommotor 9 ist ein Drehstrom-Synchronmotor. Er wird über ein Kabel 91 vom
Inverter 90 gespeist. Der Inverter 90 gibt einen Dreiphasenstrom ab, dessen Frequenz
von der Höhe der von der Steuereinrichtung 70 abgegebenen Gleichspannung abhängt.
Die Drehzahl des Antriebsmotors 9 ist folglich mit der über den Anschluß 72 kommenden
Eingangsspannung zu steuern. Der Inverter ist von an sich bekanntem Typ und besteht
aus einem Wandler, der Gleichspannung in ein Dreiphasensignal von bestimmter Frequenz
umwandelt, und aus einem Leistungsverstärker. So lang nun die Garngeschwindigkeit'Vg,
ausgedrückt durch die vom Integrator 89 abgegebene Spannung U, gleich dem gewünschten
Wert V ist, bleiben die Eingangsspannung des Inverters 90 und damit die Frequenz des
Dreiphasenstromes und die Drehzahl des Antriebsmotors 9 konstant. In dem Moment jedoch,
wenn Vg von V abweicht, ändert der Pl-Regler 70 die Eingangsspannung des Inverts so,
daß die Garngeschwindigkeit V auf den gewünschten Wert V zurückgeführt wird. Auf diese
Weise kann die Garngeschwindigkeit in der Spinnzone auf einen gewünschten Wert V gehalten
wurden, ohne daß das Garn, bevor es den Garnwickel erreicht, über eine Galette laufen
muß, die ihm die Geschwindigkeit V erteilen würde.
[0054] Um die Spannung des auf den Wickel 6 aufgespulten Garnes zu reduzieren, kann die
Nutwalze 5 als sogenannte Voreilwalze fungieren. Das bedeutet, daß die Umfangsgeschwindigkeit
der Nutwalze 5 größer ist als die Garngeschwindigkeit, wodurch die Garnspannung, nachdem
das Garn die Nutwalze passiert hat, kleiner ist als davor. Eine derartige Spannungsreduzierung
kann natürlich nur dann erreicht werden, wenn die Nutwalze sich frei - d.h. ohne Berührung
mit dem Garnwickel - drehen kann. Mit anderen Worten: Eine Spannungsverminderung kann
nicht mit einer Walze erreicht werden, die in Berührung mit dem Garnwickel steht.
[0055] Dasselbe gilt - mit der nötigen Abänderung - für den Fall, daß die Aufwickelspannung
zu niedrig ist, und deshalb erhöht werden muß. Dieses kann durch eine Spannungserhöhungswalze
erreicht werden, z.B. mit einer Nacheilwalze, deren Umfangsgeschwindigkeit kleiner
ist als die Geschwindigkeit des zugeführteri Garns. In beiden Fällen, also sowohl
bei Anwendung einer Voreilwalze als auch einer Nacheilwalze ist ein Umschlingungswinkel
von 240° oder größer zu empfehlen.
[0056] Ein anderes abgewandeltes Ausführungsbeispiel, das auf dem Prinzip der Geschwindigkeitssteuerungseinrichtung
gemäß Fig. 5 basiert, ist in Fig. 7 dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet
sich von der gemäß Fig. 6 darin, daß der Schiebeimpuls-Generator 84 das Schieberegister
71 mit Schiebeimpulsen von festgelegter Frequenz speist. Diese Frequenz gehorcht der
Gleichung:
in der n wieder die Anzahl der Elemente des Schieberegisters 81, L der Abstand zwischen
den Detektoren 53 und 54 zum Messen der statischen Elektrizität und V die gewünschte
Garngeschwindigkeit sind. Die Zeit, die das Garn benötigt, um den Abstand zwischen
den beiden Detektoren 53 und 54 zu durchqueren, ist
[0057] Die Zeit, die das Signal sign x(t) benötigt, um die n Elemente des Schieberegisters
zu durchlaufen, ist
[0058] So lang diese beiden Zeiten von einander differieren, erkennt der Multiplizierer,
wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6, daß die Sig-' nale sign
und sign y'(t) nicht übereinstimmen. In Abweichung von der Anordnung gemäß Fig. 6
wird nun das resultierende "Fehlsignal" von Multiplizierer 82 direkt über den Anschluß
86 an den PI-Regler 70 geleitet. Regler 70 ändert die Frequenz des vom Inverter 90
gelieferten Dreiphasenstromes, bis das Fehlsignal vom Multiplizierer 82 eliminiert
ist. In dem Augenblick, in dem die Zeiten
gleich sind, und da
ist auch die Garngeschwindigkeit V
9 wieder auf ihrem gewünschten Wert V.
[0059] In der Ausführung gemäß Fig. 7 gilt als gewünschter Wert die Zeit, die dem Garn zur
Verfügung steht, um den Abstand L zwischen den beiden Fühlern 53 und 54 zu durchlaufen.
Dieser gewünschte Wert wird fixiert durch Einstellung der Frequenz
des Schiebeimpuls-Generators 84. Für den Multiplizierer 82 kann - sowohl in der Anordnung
gemäß Fig. 6 als auch in der gemäß Fig. 7 - eine Logikschaltung angewendet werden,
die anstelle der Funktion
deren Umkehrfunktion
darstellt, die als "EXCLUSIV ODER"-Funktion bekannt ist:
[0060] Eine Drehzahlregelung mit einem als "EXCLU-. SIV ODER" arbeitenden Multiplizierer
unterscheidet sich insofern von den anhand der Fig. 6 und 7 beschriebenen Systemen
als nun Z = "1 anstelle von Z = "0" als "Fehlsignal" dient.
[0061] Eine andere Variante des Drehzahlsteuersystems zeigt Fig. 8. Dieses System unterscheidet
sich von den vorbeschriebenen dadurch daß das Signal y(t) des Detektors 54 nicht differenziert
wird. Hier ist der Eingang des vorletzten Elementes 92 des n-bits Schieberegisters
81 über den Anschluß 83 mit einem ersten Multiplizierer 94 verbunden. Der andere Eingang
des Multiplizierers 94 ist mittels der Anschlüse 95 und 80 am Ausgang des Vergleichers
78 angeschlossen. Ebenso wie in den Ausführungen nach den Fig. 6 und 7 sind das letzte
Schieberregisterelement.96 und der Vergleicher 78 an einen Multiplizierer 82 angeschlossen.
Die Ausgänge der Multiplizierer 82 und 94 sind über Anschlüsse 86 bzw. 97 mit einem
elektronischen Zähler 98 verbunden, dem über eine Leitung 99 Impulse mit sehr konstanter
Frequenz von einem Taktimpulsgenerator 100 zugeführt werden. Der Zähler 98 gibt sein
Signal über eine Leitung 101 an einen Digital-Analog-Wandler 102, der seinerseits
sein analoges Ausgangs-Signal über Anschlüsse 103 und 104 an einen Verstärker 105
abgibt. Der Verstärker 105 liefert das verstärkte Analog-Signal über einen Anschluß
106 an den Schiebeimpuls-Generator 84. Dieser ImpulsGenerator sendet Schiebeimpulse
über die Leitung 83 an das Schieberegister 81.
[0062] Der Digital-Analog-Wandler 102 ist über einen Anschluß 107 mit dem Regler 70 verbunden.
[0063] Die Einrichtungen gemäß Fig. 8 arbeiten wie folgt: Es sei angenommen, daß der Korrelator
61 auf eine Garngeschwindigkeit V
9 eingestellt ist. Dann liefert der Digital-Analog-Wandler 102 ein der Garngeschwindigkeit
v
9 entsprechendes Signal an die automatische Steuereinrichtung 70. Falls der Wert dieses
Signals dem am Anschluß 71 eingestellten gewünschten. Wert V gleich ist, wird die
Drehzahl des Antriebsmotors 9 auf dem vorgewählten Wert gehalten. Die Zeit, die das
Garn zum Durchlaufen des Abstandes L zwischen den Fühlern 53 und 54 benötigt, beträgt
dann, wie sich hiernach ergibt,
Die von den ersten n-1 Elementen des Schieberegisters verursachte Verzögerung ist
mithin gleich
Die Zeitverzögerung der ersten n-2 Elemente des Schiebregisters beträgt
und für alle n Elemente
[0064] Das Signal am Anschluß 93 ist somit sign
das Signal am Anschluß 85 ist sign
[0065] Zwischen den Elementen 92 und 96 ist das Signal sign
[0066] Das letztgenannte Signal stimmt überein mit dem Signal sign
da angenommen ist, daß
und
[0067] Das Signal am Anschluß 93 liegt somit gerade soviel vor dem Signal sign
wie das Signal am Anschluß 85 hinter diesem liegt (siehe Fig. 9). Die Multiplizierer
94 und 82, die beide durch ein "EXCLUSIV-ODER"-Glied gebildet sind, liefern Signale
Z
1 und Z
2, wie in Fig. 9 angedeutet. Der Zähler 98 arbeitet derart, daß die Impulse Z
2 am Anschluß 86 den Zählerstand erhöhen, die Impulse Z, am Anschluß 97 dagegen den
Zählerstand vermindern. Bei dem in Fig. 9 dargestellten Zustand, bei dem jedem Impuls
Z, ein Impuls Z
2 von gleicher Dauer folgt, bleibt der Zählerstand des Zählers vom Inhalt her unverändert.
Die Anzahl der vom Taktimpulsgenerator 100 kommenden taktimpulse, die während der
Dauer eines Impulses Z, den Zählerstand erhöht, ist immer gleich der Anzahl von Taktimpulsen,
mit denen der Zählerstand während eines darauffolgenden Impulses Z
2 wieder vermindert wird. Der Digital-Analog-Wandler 102 wandelt den Zählerstand des
Zählers 98 in ein proportionales analoges Signal, welches nach Verstärkung im Verstärker
105 die Frequenz f
s des Schiebeimpuls- Generators 84 auf einen dem Zählerstand entsprechenden Wert einstellt.
Entsprechend dem Maße, um das der Garnwickel wächst, steigt auch die Umfangsgeschwindigkeit
des Wickels und damit die Garngeschwindigkeit allmählich an. Die Zeitverschiebung
zwischen den am Multiplizierer 94 ankommenden Signalen
and y(t) nimmt nunmehr ab, während die Verschiebungszeiten zwischen den Eingangssignalen
und y(t) am Multiplizierer 82 zunehmen. Demzufolge wird die Breite der Impulse Z
1 kleiner, während die der Impulse Z
2 dagegen größer wird. Dem Zähler 98 werden dann pro Zeiteinheit mehr Taktimpulse zugeführt,
die den Zählerstand erhöhen als solche, die ihn vermindern. Der Zählerstand wird daher
vom Inhalt her höher, so daß auch das Geschwindigkeitssignal am Anschluß 107 zunimmt.
Der Regler 70 reagiert auf diese Abweichung durch Verminderung der Frequenz des Inverters
90, wodurch die Garngeschwindigkeit auf ihren gewünschten Wert zurückgebracht wird.
Die Anordnung gemäß Fig. 8 hat den Vorteil, daß dort kein Analogdifferentiator gebraucht
wird; und mittels des Taktimpulsgenerators 100 mit genau bestimmter Frequenz kann
eine hohe Maß-und Steuergenauigkeit erreicht werden. Ein dritter Multiplizierer, dessen
Eingäge mit dem Auslaß des (n-1)ten Element des Schieberegisters verbunden sind und
der Leitung 80, ermöglicht optisch und/oder akustisch zu signalisieren, wenn die Gleichheit
erreicht ist. In diesem Fall wird das Ausgangssignal des dritten Multiplizierers praktisch
dauernd die Höhe "0" oder "1" haben, abhängig davon, ob die logische Funktion X.Y
+ X.Y oder X.Y + X.Y dargestellt wird.