[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufwickeln eines Fadens auf eine
Spule gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
[0002] Es ist ein gattungsgemässes Verfahren bekannt (EP 0 311 784 A1, Ausführungen gemäss
Fig. 15 ff), bei welchem der zum Antrieb des Fadenführers dienende Elektromotor, wenn
sich der erstere einem Umkehrpunkt nähert, mittels eines Relais ausgeschaltet und
erst, nachdem die Bewegungsrichtung durch mechanische Mittel umgekehrt worden ist,
wieder eingeschaltet wird. Bei dieser Verfahrensweise wird die prinzipiell vorhandene
Flexibilität der Antriebseinheit nicht ausgenützt. Insbesondere können die Umkehrpunkte
der Fadenführerbewegung nur durch manuelles Verschieben der die Bewegungsumkehr bewirkenden
mechanischen Mittel variiert werden, was Hubatmung ausschliesst.
[0003] Die angesprochenen mechanischen Mittel sind drehbar aufgehängte Schwungmassen, welche
die kinetische Energie der Antriebseinheit aufnehmen und, nachdem der Fadenführer
den Umkehrpunkt durchlaufen hat, wieder an dieselbe abgeben. Die Energieübertragung
zwischen der Antriebseinheit und der Schwungmasse erfolgt dabei durch unmittelbare
mechanische Einwirkung, die mit einer streifenden Kollision beginnt. Dass dabei -
abgesehen von der prinzipiellen Unerwünschtheit relativ massereicher beweglicher Teile
- beträchtliche Kräfte auf Teile wirken, deren gegenseitige Lage im Interesse einer
einigermassen glatten Energieübertragung unter Vermeidung von Kollisionen unter ungünstigen
Winkeln genau eingestellt sein muss, lässt eine geringe Lebensdauer der Vorrichtung
befürchten.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemässes Verfahren zu schaffen, das
bezüglich des Aufbaus der Wicklung volle Freiheit bietet sowie eine Vorrichtung zu
seiner Durchführung. Das Verfahren soll insbesondere die Möglichkeit bieten, ohne
irgendwelche Eingriffe in den mechanischen Teil der Spulvorrichtung Wicklungen nach
beliebigen Wickelgesetzen herzustellen wie wilde Wicklungen, Präzisionswicklungen,
Stufenpräzisionswicklungen, wilde Wicklungen mit Bildstörung, Wicklungen mit Hubatmung,
konische Wicklungen etc., ausserdem sollen Fadenreserven oder Bauchbinden angelegt
werden können.
[0005] Durch die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, wird eine Flexibilität
in der Herstellung von Wicklungen erreicht, die praktisch nur durch die Phantasie
des Benutzers beschränkt ist. Gängige Wicklungsarten können deswegen natürlich von
vornherein als fest eingebaute, eventuell unter Ergänzung bestimmter Parameter durch
den Benutzer aufrufbare Programme vorgesehen werden.
[0006] Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich Ausführungswege darstellenden
Zeichenungen erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- eine teilweise schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemässen Verfahrens,
- Fig. 2
- einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1, der dort z. T. nicht sichtbar ist,
- Fig. 3a
- Kräfteverläufe in Abhängigkeit von der Position des Fadenführers bei der Vorrichtung
gemäss Fig. 1, 2 und
- Fig. 3b
- den Betrag der Stromstärke in Abhängigkeit von der Position des Rotors des Elektromotors
bei der Vorrichtung gemäss Fig. 1, 2, wobei untereinanderliegende Rotorpositionen
und Fadenführerpositionen (Fig. 3a) einander entsprechen.
[0007] Eine Spule 1, auf die ein Faden gewickelt wird, ist um ihre Achse drehbar aufgehängt
und wird über eine Treibwalze 2, von der sie längs einer Mantellinie kontaktiert wird,
angetrieben. Der Faden, der auf die Spule 1 gewickelt wird, wird von einem Fadenführer
3 geführt, der im Normalfall eine mindestens über einen Teilbereich eines durch einen
Pfeil 4 angedeuteten Changierintervalls meist um einen die Mitte desselben bezeichnenden
Nullpunkt oszillierende Bewegung parallel zur Spulenachse ausführt. Der Fadenführer
3 ist auf einem Fadenführerträger 5 befestigt, der in einer T-förmigen Nut 6 geführt
wird. Die Bewegung des Fadenführers 3 wird von einer Antriebseinheit bewirkt, die
eine Saite 7 umfasst, an der der Fadenführerträger 5 befestigt ist und die über Umlenkrollen
8a,b und ein Treibrad 9 eines elektrischen Schrittmotors 10 läuft. Statt des Schrittmotors
10 können auch, je nach den gegebenen Anforderungen, andere Typen von Elektromotoren
eingesetzt werden, insbesondere Scheibenläufermotoren mit elektronischer Kommutierung.
[0008] Erfindungsgemäss wird der Schrittmotor 10 von einer programmierbaren Steuerung gesteuert,
welche im vorliegend beschriebenen Fall eine lokale Steuereinheit 11 umfasst, die
ihrerseits über Datenleitungen 12, 13 von einer Maschinenzentrale 14 dirigiert wird,
der mehrere Spulvorrichtungen der beschriebenen Art angeschlossen sein können. Der
Steuereinheit 11 werden die Drehzahlen der Spule 1 und der Treibwalze 2, die durch
Drehzahlmesser überwacht werden, zugeleitet, aus denen sich leicht der momentane Spulendurchmesser
ermitteln lässt, der bei bestimmten Wicklungstypen berücksichtigt werden muss. Ausserdem
ist ein Sensor 15, der den Durchgang des Fadenführers 3 durch eine Referenzposition,
die mit dem Nullpunkt in der Mitte des Changierintervalls zusammenfällt, feststellt,
ebenfalls mit der Steuereinheit 11 verbunden.
[0009] Die Grundprogramme für übliche Wicklungen oder Wicklungsabschnitte (wilde Wicklung,
Präzisionswicklung, konische Wicklungen mit entsprechenden Geschwindigkeitsprofilen,
d. h. Funktionen, die die Geschwindigkeit des Fadenführers in Abhängigkeit von seiner
Position festlegen, Fadenreserve, Bauchbinde, Endwindungen irgendwelcher Form etwa
im Bereich des der Fadenreserve gegenüberliegenden Endes der Hülse, Einlegen des Fadens
in eine ausserhalb des Changierintervalls liegende Schere nach Beendigung des Wickelvorgangs
etc.) sind in der Steuereinheit 11 gespeichert und können von der Maschinenzentrale
14 über die Datenleitungen 12 und 13 aufgerufen werden. Parameter wie etwa bei bestimmten
Wicklungstypen der Grundhub und die Grundhubvariation zur Erzeugung weicher Spulenkanten
können an die Steuereinheit 11 übermittelt werden. In der Steuereinheit 11 erfolgt
die Berechnung der Wege, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen für die Motorbewegung
aufgrund der jeweils zur Anwendung kommenden Wickelgesetze. Bei einem Schrittmotor
wird diese Information in Impulse mit bestimmten Zeitabständen umgesetzt und an die
den Motor ansteuernde Leistungsendstufe weitergegeben. Bei konstanter Fadenführerbewegung
sind diese Zeitabstände konstant, während sie sich bei Verzögerung und Beschleunigung
entsprechend verlängern bzw. verkürzen. Ausser den Schrittimpulsen werden in der Steuereinheit
11 auch noch logische Signale zur Steuerung der Drehrichtung und des Strompegels erzeugt
und über die Endstufe dem Motor zugeführt. Der zeitliche Ablauf der Steuerung ist
in möglichst kurzen aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten organisiert, wobei jeweils
zugleich die die Bewegungen des laufenden Abschnitts steuernden Impulse abgegeben
und die Messungen und Berechnungen für den folgenden Abschnitt durchgeführt werden.
[0010] Es ist natürlich möglich, über die Grundprogramme hinaus weitere Programme von der
Maschinenzentrale 14 auf die Steuereinheit 11 zu übertragen, sodass nachträgliche
Erweiterungen des Repertoires stets möglich bleiben.
[0011] Es ist im allgemeinen vorteilhaft, die Steuerung des Wickelvorgangs so zu organisieren,
dass Durchgänge des Fadenführers 3 durch den Nullpunkt - durch den Sensor 15 festgestellt
und von der Steuereinheit 11 registriert - Sequenzen von Steuersignalen auslösen,
nach deren fehlerfreier Ausführung die Fadenführerposition jeweils wieder den Nullpunkt
erreicht, insbesondere kann eine Sequenz von Steuersignalen den Fadenführer vom Nullpunkt
zu einem der Umkehrpunkte seiner oszillierenden Bewegung, von dort zum gegenüberliegenden
Umkehrpunkt und zurück zum Nullpunkt führen. Das erlaubt, die Programmausführung zu
kontrollieren und aufgetretene Fehler z. B. durch zusätzliche Schritte, wenn der Nullpunkt
am Ende einer Steuersequenz noch nicht erreicht ist oder umgekehrt durch vorzeitigen
Abbruch der Steuersequenz, falls er vorzeitig erreicht wurde, zu korrigieren oder,
wenn sie nicht korrigierbar sind, anzuzeigen.
[0012] Die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Vorrichtung genügt etwa bei Verwendung
geeigneter heute erhältlicher Schrittmotoren für die Herstellung von Parallelwicklungen
auf Flanschspulen oder Kreuzwicklungen bei langsamen Spulvorgängen wie sie etwa bei
Zwirn-, Offenend- oder Luftspinnmaschinen auftreten. Bei höheren Changiergeschwindigkeiten
erfordert jedoch die meist sehr abrupte Umkehr der Bewegungsrichtung an den Umkehrpunkten,
bei der die Massenträgheit der beweglichen Teile der Antriebseinheit - hier des Fadenführers
3, des Fadenführerträgers 5, der Saite 7, der Umlenkrollen 8a,b, des Treibrads 9 und
des Rotors des Schrittmotors 10 - überwunden werden muss, zusätzliche Massnahmen.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist das Treibrad 9 über Zahnräder 16, 17a,b mit den Kopfenden
zweier Torsionsstäbe 18a,b kraftschlüssig verbunden, deren gegenüberliegende Enden
fixiert sind. Jeder der Torsionsstäbe 18a,b weist jeweils in einiger Entfernung von
seinem Kopfende eine Manschette 19a,b auf, welche zusammen mit einem an einer Magnetspule
20a,b befestigten Teil eine Stirnzahnkupplung bildet. Jede der Magnetspulen 20a,b
kann durch die Steuereinheit 11 betätigt werden und bewirkt das Schliessen der entsprechenden
Kupplung und damit eine Verkürzung der wirksamen Länge des entsprechenden Torsionsstabs
18a,b.
[0013] Fig. 3a zeigt die Rückstellkräfte der beiden Torsionsstäbe 18a,b als Funktion der
Position des Fadenführers 3 im Changierintervall, wobei die mit a bezeichnete gestrichelte
Linie die des Torsionsstabs 18a, die mit b bezeichnete die des Torsionsstabs 18b und
die durchgezogene Linie die Summe der beiden, d. h. die Rückstellkraft des von beiden
Torsionsstäben 18a,b gebildeten Federelements darstellen. Die Gleichgewichtsposition
des letzteren liegt in der Mitte des Changierintervalls und deckt sich mit dem Nullpunkt.
[0014] Bewegt sich nun der Fadenführer 3 ausgehend vom Nullpunkt nach rechts, so muss der
Schrittmotor 10 eine Zusatzkraft, die der Rückstellkraft des Federelements entgegengesetzt
ist und ihr dem Betrag nach entspricht, aufbringen, um das Federelement zu spannen.
Die Rückstellkraft steigt linear mit einer gegebenen Federkonstante, bis der Fadenführer
3 einen Umschaltpunkt erreicht, an dem die Magnetspule 20b aktiviert und durch Verkürzung
der wirksamen Länge des Torsionsstabs 18b dessen Federkonstante erhöht wird. Zugleich
wird, wie in Fig. 3b dargestellt, die Stromzufuhr an den Schrittmotor 10 auf etwa
das Dreifache des Nennstroms In, was ungefähr dem Sättigungsstrom entspricht, erhöht.
Im weiteren wird die Frequenz der an den Schrittmotor 10 geleiteten Ansteuerimpulse
kontinuierlich so verkleinert, dass sein Rotor eine konstante Verzögerung erfährt
und der Fadenführer 3 im Umkehrpunkt zum Stillstand kommt. Durch Umkehrung der Reihenfolge
in der Bestromung der Phasen des Schrittmotors erfolgt unmittelbar anschliessend eine
Beschleunigung des Rotors und damit des Fadenführers 3 in Gegenrichtung. Durch die
Erhöhung des Stromes und damit des Motordrehmoments sowie die Wirkung des Federelments
erfolgen Verzögerung und Beschleunigung des Fadenführers 3 im Bereich des Umkehrpunktes
sehr rasch. Wenn die Rückbewegung den Umschaltpunkt wieder erreicht, wird die Magnetspule
20b deaktiviert und die Kupplung gelöst. Zugleich wird die Stromzufuhr an den Schrittmotor
10 gedrosselt. Nach Durchgang durch den Nullpunkt wiederholt sich der eben beschriebene
Vorgang, wobei die Torsionsstäbe 18a,b etc. die Rollen tauschen. Zum Ausgleich für
die kurzzeitig hohe Belastung im Bereich der Umkehrpunkte wird der Schrittmotor 10
im übrigen Bereich mit einem unterhalb des Nennstroms In liegenden Strom betrieben.
[0015] Wie aus Fig. 3a ersichtlich ist, wirken die beiden Torsionsstäbe 18a,b stets gegensinnig,
wobei bei einer Fadenführerposition links vom Nullpunkt der Torsionsstab 18a stärker
tordiert ist, wodurch seine Rückstellkraft überwiegt, rechts vom Nullpunkt dagegen
der Torsionsstab 18b. Jeder der beiden Torsionsstäbe 18a,b behält, solange sich der
Fadenführer 3 innerhalb des Changierintervalls befindet, eine Auslenkung - bezogen
auf seine Gleichgewichtsposition -, die einen positiven Mindestwert nicht unterschreitet.
Mit anderen Worten, jeder der beiden Torsionsstäbe 18a,b bleibt während der oszillierenden
Bewegung des Fadenführers 3 stets tordiert und erreicht seine Gleichgewichtsposition
nicht. Dadurch werden Lastwechsel, die ein abruptes Greifen des Zahnrads 16 mit dem
Zahnrad 17a bzw. 17b zur Folge hätten, vermieden und es treten auch bei hohen Changiergeschwindigkeiten
keine gefährlichen Stossbelastungen der Antriebseinheit, des Federelements und der
beide verbindenden Zahnräder 16, 17a,b auf.
1. Verfahren zum Aufwickeln eines Fadens auf eine Spule (1), bei welchem der aufzuwickelnde
Faden von einem Fadenführer (3), dessen Position über ein im wesentlichen parallel
zur Spulenachse ausgerichtetes Changierintervall variiert, geführt wird, der von einer
Antriebseinheit mit einem Elektromotor derart angetrieben wird, dass die Position
des Rotors des Elektromotors über einen begrenzten Winkelbereich variiert und die
Fadenführerposition eindeutig von der Rotorposition abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor von einer programmierbaren Steuerung in Abhängigkeit von einem vorgewählten
Wickelgesetz gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Fadenführer (3) im wesentlichen eine um
einen Nullpunkt in der Mitte des Changierintervalls oszillierende Bewegung ausführt,
dadurch gekennzeichnet, dass Durchgänge der Fadenführerposition durch eine Referenzposition von der Steuerung
registriert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder registrierte Durchgang durch die Referenzposition eine Sequenz von Steuersignalen
auslöst, die bei fehlerfreier Ausführung den Fadenführer wieder in die Referenzposition
führt und dass bei Nichterreichen der Referenzposition am Ende der Sequenz zusätzliche
Schritte bis zum Erreichen derselben eingeschoben werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch jede Sequenz von Steuersignalen der Fadenführer bei fehlerfreier Ausführung
von der Referenzposition zu einem Umkehrpunkt seiner oszillierenden Bewegung, von
dort zum gegenüberliegenden Umkehrpunkt derselben und von dort zurück zur Referenzposition
geführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzposition mit dem Nullpunkt übereinstimmt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welchem mindestens während eines Teils
der Bewegung des Fadenführers (3) vom Nullpunkt auf einen Umkehrpunkt zu aus der Antriebseinrichtung
des Fadenführers (3) stammende Zusatzenergie gespeichert und nach Erreichen des Umkehrpunkts
wieder an dieselbe abgegeben wird, dadurch gekennzeichnt, dass die Speicherung der Zusatzenergie durch elastische Deformation mindestens eines Federelements
erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Erzeugung der Zusatzenergie aufgewendete Zusatzkraft eine mindestens linear
steigende Funktion der Auslenkung des Fadenführers (3) ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzkraft eine jeweils zwischen dem Nullpunkt und einem Umschaltpunkt und zwischen
dem Umschaltpunkt und dem Umkehrpunkt mindestens annähernd lineare Funktion der Fadenführerauslenkung
ist, deren Steigung im zweiten Bereich höher ist als im ersten.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzkraft eine um den Nullpunkt antisymmetrische Funktion der Fadenführerposition
ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor, während sich der Fadenführer (3) in der Nähe eines Umkehrpunktes
befindet, mit höherem als dem Nennstrom (In) betrieben wird.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Grenzen des Bereichs der Fadenführerposition, in welchem der Elektromotor
mit höherem als dem Nennstrom (In) betrieben wird, im wesentlichen mit den Umschaltpunkten
übereinstimmen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Elektromotors auch Parameter berücksichtigt, die vom Zustand der
Spule abhängen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung den jeweiligen Spulendurchmesser berücksichtigt.
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit
einem Fadenführer (3), dessen Position über ein Changierintervall variierbar ist sowie
einer Antriebseinheit mit einem Elektromotor, mit welcher der Fadenführer derart verbunden
ist, dass seine Position eindeutig von der Rotorposition des Elektromotors abhängt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein Schrittmotor (10) ist.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit
einem Fadenführer (3), dessen Position über ein Changierintervall variierbar ist sowie
einer Antriebseinheit mit einem Elektromotor, mit welcher der Fadenführer derart verbunden
ist, dass seine Position eindeutig von der Rotorposition des Elektromotors abhängt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein Scheibenläufermotor mit elektronischer Kommutierung ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Aufbau einer zum Nullpunkt der Fadenführerbewegung weisenden Rückstellkraft
mindestens ein mit der Antriebseinheit kraftschlüssig verbundenes Federelement aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement mit einer elektrisch betätigbaren Kupplung versehen
ist, mittels derer seine wirksame Länge zwecks Erhöhung der Federkonstante verringert
werden kann.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement ein Torsionsstab (18a, 18b) ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Paar von gegensinnig wirkenden Federelementen enthält, deren Auslenkungen
bezogen auf die jeweilige Gleichgewichtsposition einen positiven Mindestwert jeweils
nicht unterschreiten, solange sich der Fadenführer (3) innerhalb des Changierintervalls
befindet.