[0001] Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet des Aufwickelns eines Fadens in Form
einer Spule, welcher Prozess auch als Aufspulen oder als Herstellung einer Wicklung
bezeichnet wird. Wenn aus einer ersten Spule eine zweite Spule hergestellt wird, spricht
man auch von Umspulen, wobei in der Spulerei eines Textilbetriebs vorwiegend dieses
Umspulen stattfindet.
[0002] Das Aufwickeln oder Aufspulen eines Fadens erfolgt bekanntlich mit Spulmaschinen,
die nach verschiedenen Wickelgesetzen arbeiten und dabei entweder eine wilde Wicklung
oder eine Präzisionswicklung oder eine Stufenpräzisionswicklung herstellen. Die relevanten
Spulparameter sind insbesondere das sogenannte Windungsverhältnis (Anzahl Spulenumdrehungen
pro Doppelhub), der durch das Windungsverhältnis bestimmte Steigungswinkel der Fadenverlegung,
der dem halben Kreuzungswinkel entspricht, und die Geschwindigkeit.
[0003] Unter wilder Wicklung versteht man Wicklungen, deren Windungsverhältnis mit wachsendem
Spulendurchmesser kontinuierlich abnimmt, wobei der Kreuzungswinkel konstant bleibt.
Der konstante Kreuzungswinkel über den ganzen Spulendurchmesser hat eine gute Formstabilität
und Transportfähigkeit der so hergestellten Spule zur Folge. Nachteile entstehen durch
ungünstige Windungszahlen, die sich während des Spulenaufbaus bei bestimmten Spulendurchmessern
als sogenannte Bilder oder Bildzonen bemerkbar machen. In diesen Zonen wird Faden
dicht neben Faden oder sogar Faden auf Faden direkt übereinandergelegt. Die Folge
dieser Bildzonen ist eine ungleichmässige Garnabwicklung, was später zu Fadenzugkraftspitzen
beim Abwickeln führen kann. Da bei den folgenden Verarbeitungsprozessen fast durchweg
mit hohen bis sehr hohen Abzugsgeschwindigkeiten gearbeitet wird, stellen die Bildzonen
einen sehr gravierenden Nachteil dar.
[0004] Bei der Präzisionswicklung bleibt das Windungsverhältnis während des gesamten Spulvorgangs
konstant. Der Kreuzungswinkel ändert sich und wird mit zunehmendem Spulendurchmesser
spitzer. Eine präzisionsgewickelte Spule kennt bei optimal gewählter Windungszahl
keine Bildzonen, was sehr gute Abzugseigenschaften zur Folge hat. Dagegen ist die
Formstabilität wegen des sich über den Spulenaufbaus ändernden Steigungswinkels der
Fadenverlegung nicht so gut.
[0005] Die Stufenpräzisionswicklung stellt eine Kombination der beiden Wickelgesetze, wilde
Wicklung und Präzisionswicklung, dar. Bei der in der DE-A-33 32 382 beschriebenen
Spulmaschine wird die Verbindung der Vorteile dieser beiden Wickelgesetze dadurch
erreicht, dass bei einer Spulmaschine mit einer durch einen motorischen Antrieb antreibbaren
Treibwalze und mit einer durch ein Getriebe mit variabler Übersetzung angetriebenen
Fadenverlegung zur Herstellung einer Präzisionswicklung die Treibwalze von einem Antrieb
mit fester Übersetzung angetrieben und das Getriebe für die Fadenverlegung durch ein
von einem Rechner geregeltes Stellglied verstellt wird, wobei je ein Drehzahlgeber
für die Messung der Drehzahl der Kreuzspule und der Fadenverlegung mit dem Rechner
verbunden ist.
[0006] Bei Spulbeginn ist das Windungsverhältnis vorgegeben und nach Abnahme des Kreuzungswinkels
um einen vorgegebenen Betrag schaltet der Rechner aufeine vorgegebene tiefere Windungszahl
um. Es entstehen so konzentrische Ringe mit Präzisionswicklung, wobei von Ring zu
Ring mit zunehmendem Spulendurchmesser die Windungszahl sprunghaft diskrete vorgegegebene
Wert so annimmt, dass der Kreuzungswinkel nur in engen Grenzen variiert. Der angenähert
konstante Kreuzungswinkel entspricht einer wilden Wicklung und die Beibehaltung des
Windungsverhältnisses in Durchmesserstufen einer Präzisionswicklung.
[0007] Es besteht schon lange der Wunsch, die Spulen direkt aufder gamerzeugenden Maschine,
insbesondere der Spinnmaschine, herzustellen und so auf Umspulprozesse verzichten
zu können. Auf Spinnmaschinen werden mit den bisher bekannten Mitteln nur wilde Wicklungen,
und auch diese nur von mässiger Qualität, hergestellt. Die bekannten Verfahren ermöglichen
keine richtige Präzisionswicklung, weil der Kreuzungswinkel nur in einem relativ engen
Bereich über die gesamte Spule variiert werden kann, wobei dieser Bereich so gewählt
sein muss, dass er durch die Dehnungseigenschaften des Fadens verkraftbar ist. Bei
solchen minimalen Änderungen des Kreuzungswinkels hat aber die Spule nicht mehr die
geforderte Qualität und weist insbesondere in den Randbereichen innen an der Hülse
und aussen am Spulenumfang relativ starke Qualitätsabweichungen auf.
[0008] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwickeln eines mit konstanter Geschwindigkeit
gelieferten Fadens mittels einer Fadenchangiereinrichtung zu einer Spule mit Präzisions-
oder Stufenpräzisionswicklung. Das erfindungsgemässe Verfahren soll zum Einsatz an
garnerzeugenden oder garnbehandelnden Maschinen, insbesondere an Spinnmaschinen aller
Art, geeignet sein und es soll die Herstellung von Präzisions- oder Stufenpräzisionswicklungen
direkt aufdiesen Maschinen ermöglichen. Dabei soll die Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemässen Verfahrens so kostengünstig sein, dass sie aufden genannten
Maschinen in grossen Stückzahlen eingesetzt werden kann.
[0009] Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Geschwindigkeit
der Spule und die Geschwindigkeit der Fadenchangierung so gesteuert sind, dass die
Geschwindigkeit des Fadens unabhängig vom Steigungswinkel der Fadenverlegung konstant
bleibt.
[0010] Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen
Verfahrens, mit einem Spulenantrieb, einem Antrieb für die Fadenchangiereinrichtung
und mit einer diesen Antrieben zugeordneten Steuerung. Die erfindungsgemässe Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerung die Werte für die Fadengeschwindigkeit
und die Spulparameter zugeführt sind, und dass in der Steuerung eine Berechnung des
Steigungswinkels der Fadenverlegung sowie der für die Einhaltung einer konstanten
Fadengeschwindigkeit bei sich änderndem Steigungswinkel der Fadenverlegung erforderlichen
Geschwindigkeit der Spule und der Fadenchangierung erfolgt.
[0011] Die Erfindung betrifft ausserdem eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen
Verfahrens aufeiner eine zentrale Antriebswelle für die einzelnen Produktionseinheiten
enthaltenden Prozessmaschine, mit einem von der zentrale Antriebswelle antreibbaren
Treibzylinder für die Spule und einem Antrieb für die Fadenchangiereinrichtung.
[0012] Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass jedem Treibzylinder
ein Servomotor zugeordnet ist, durch welchen der von der zentralen Antriebswelle gelieferten
Drehzahl des Treibzylinders eine Drehzahl so überlagert ist, dass eine der gewünschten
Umfangsgeschwindigkeit der Spule entsprechende Drehzahl des Treibzylinders resultiert.
[0013] Eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, dass der Treibzylinder aufder zentralen Antriebswelle gelagert und
über ein Planetenrad von einem mit der zentralen Antriebswelle fest verbundenen Sonnenrad
angetrieben ist, und dass das Planetenrad vom Servomotor zusätzlich antreibbar ist.
[0014] Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass alle Übertragungen der Bewegungen formschlüssig,
also ohne Schlupf realisiert und dadurch keine Sensoren zur Drehzahlüberwachung erforderlich
sind. Ausserdem kann das Planetengetriebe so ausgelegt werden, das der Servomotor
nur einen kleinen Teil der für den Spulenantrieb benötigten Leistung liefern muss.
Dies erlaubt die Verwendung eines relativ schwachen Motors mit entsprechend tiefen
Kosten.
[0015] Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, dass der Treibzylinder auf der zentralen Antriebswelle gelagert und
von einem Konoidgetriebe angetrieben ist, von dem das eine Konoid mit der zentralen
Antriebswelle fest verbunden ist und über einen durch den Servomotor verschiebbaren
Riemen das mit dem Treibzylinder verbundene andere Konoid antreibt.
[0016] Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert; es zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips einer erfindungsgemässen Spulvorrichtung
zum Aufwickeln eines mit konstanter Geschwindigkeit gelieferten Fadens aufeine Spule,
- Fig. 2
- ein Diagramm zur Funktionserläuterung,
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung einer Spulvorrichtung, die auf einer mit einer zentralen
Antriebswelle für die einzelnen Produktionseinheiten ausgerüsteten Prozessmaschine
angeordnet ist,
- Fig. 4
- ein Detail von Fig. 3; und
- Fig. 5
- eine Variante von Fig. 4.
[0017] Die in Fig 1 schematisch dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem
Fadenlieferwerk 1, welches einen aufzuwickelnden Faden F von einem Prozess P bezieht
und an eine Fadenchangiereinrichtung 2 liefert, welche den Faden F auf eine durch
einen Motor 3 angetriebene Spulenhülse 4 aufwickelt, wodurch eine Spule 5 gebildet
wird. Die Fadenchangiereinrichtung 2 umfasst darstellungsgemäss einen Fadenführer
6, der über eine Saite oder einen Riemen 7 von einem Motor 8 angetrieben wird. Die
Fadenchangiereinrichtung 2 und die Spulenhülse 4 mit dem Motor 3 bilden ein Spulaggregat,
das hier nicht näher beschrieben wird.
[0018] Es wird in diesem Zusammenhang auf die EP-A-0 453 622, die EP-A-0 828 444, die EP-A-0
838 422 und auf die von der Schärer Schweiter Mettler AG vertriebene
preciflex Fadenverlegung verwiesen.
[0019] Der Motor 3 für den Spulenantrieb und der Motor 8 der Fadenchangiereinrichtung 2
sind mit einer Steuereinheit 9 verbunden, welche unter anderem einen Microprozessor
oder Microcontroller enthält, und in welche die verschiedenen Spulparameter eingebbar
sind. Ausserdem sind nicht dargestellte Sensoren für die Drehzahl des Motors 8 und
die Position des Fadenführers 6 und für Drehzahl und Position des Motors 3 vorgesehen,
welche ebenfalls mit der Steuereinheit 9 verbunden sind.
[0020] Der in Fig. 1 mit P bezeichnete Prozess steht für ein beliebiges Garnherstellungs-
oder Garnbehandlungsverfahren, beispielsweise ein Spinn- bzw. Texturierverfahren,
durch welches der Faden F mit einer konstanten Geschwindigkeit V
G geliefert wird. Aus diesem Faden wird nun beispielsweise auf einer Spinnmaschine
direkt und unter Umgehung des bisher erforderlichen Umspulprozesses eine Spule mit
Präzisions- oder Stufenpräzisionswicklung hergestellt, wobei Präzisionswicklung bedeutet,
dass das Windungsverhältnis während des Spulvorgangs konstant bleibt. Entsprechend
dem konstanten Windungsverhältnis ändert sich der Steigungswinkel der Fadenverlegung
oder Kreuzungswinkel und wird mit zunehmendem Spulendurchmesser spitzer. Dieser Kreuzungswinkel
ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 2α bezeichnet und an der Spule 5 eingezeichnet.
[0021] Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in welchem auf der Abszisse die Geschwindigkeit V
F des Fadenführers 6, auf der Ordinate die Rotationsgeschwindigkeit V
S der Spule 5 und die durch diese beiden Geschwindigkeiten bestimmte Fadengeschwindigkeit
V
G eingetragen sind, wobei die Fadengeschwindigkeit mit der Abszisse den Steigungswinkel
α einschliesst. Wenn sich nun der Steigungswinkel α ändern und beispielsweise den
Wert α

annehmen soll, dann müssten die genannten Geschwindigkeiten entsprechend geändert
werden. Wie leicht zu sehen ist, müssen zwei der Geschwindigkeiten geändert werden
und eine kann konstant bleiben. Gemäss Fig. 2 wird die Fadengeschwindigkeit V
G konstant gehalten und die Geschwindigkeiten V
F und V
S des Fadenführers 6 bzw. der Spule 5 werden an die durch die Änderung des Steigungswinkels
α bedingte geänderte Orientierung des Vektors V
G angepasst.
[0022] Diese Anpassung erfolgt dadurch, dass der in der Steuereinheit 9 enthaltene Microprozessor
aus den eingegebenen Spulparametern und aus dem Durchmesser der Spule 5 den jeweiligen
Momentanwert des Steigungswinkels und die entsprechende Lage des Vektors der Fadengeschwindigkeit
V
G und aus dieser und aus dem vom Fadenlieferwerk 1 gelieferten Betrag von V
G die jeweiligen Werte für die Geschwindigkeit V
F des Fadenführers 6 und die Geschwindigkeit V
S der Spule 5 berechnet und die Motoren 8 bzw. 3 entsprechend ansteuert.
[0023] Auf diese Weise kann mit relativ geringem Aufwand direkt auf einer Spinnmaschine
eine Spule mit beispielsweise Präzisionswicklung hergestellt und in der nächsten Garnverarbeitungsstufe,
beispielsweise in der Weberei, verwendet werden.
[0024] Wie in Fig. 1 durch einen gestrichelten Fadenverlauf angedeutet ist, kann als Option
im Fadenlauf zwischen dem Fadenlieferwerk 1 und der Fadenchangiereinrichtung 2 eine
in Richtung des Doppelpfeils A verstellbare Rolle 10 vorgesehen sein, über welche
der Faden F geführt ist. Diese Rolle dient ausschliesslich zum Ausgleich von geringen
Schwankungen der Fadenspannung und hat in keinem Fall die Funktion eines Fadenspeichers.
Als weitere Option kann man über eine von der Steuereinheit gesteuerte Bewegung der
Rolle 10 die Fadenspannung nicht bloss ausgleichen sondern gezielt beeinflussen.
[0025] Da heute übliche Spinnmaschinen oder Texturiermaschinen oder allgemein Prozessmaschinen
eine zentrale Antriebswelle für den Antrieb der einzelnen Produktionseinheiten aufweisen,
ist es wirtschaftlicher, beim Einsatz der beschriebenen Spulvorrichtung an derartigen
Prozessmaschinen für den Antrieb der Spulen nicht den in Fig. 1 dargestellten Motor
sondern einen von der zentralen Antriebswelle abgeleiteten Antrieb zu verwenden.
[0026] Dabei ist aber selbstverständlich zu beachten, dass das Prinzip der konstanten Fadengeschwindigkeit
für jeden gewünschten Steigungswinkel der Fadenverlegung beibehalten werden muss.
Das bedeutet, dass der Antrieb von der zentralen Antriebswelle auf die Spule so ausgebildet
sein muss, dass eine individuelle Regelung der Drehzahl der Spule möglich ist.
[0027] In Fig. 3 ist die Anordnung der Spulvorrichtung an einer eine zentrale Antriebswelle
aufweisenden Prozessmaschine dargestellt, und die Figuren 4 und 5 zeigen je ein Ausführungsbeispiel
für den von der zentralen Antriebswelle abgeleiteten Spulenantrieb.
[0028] Die in Fig. 3 dargestellte Spulvorrichtung unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten
im wesentlichen dadurch, dass die Spule 5 nicht von einem die Spulenhülse 4 antreibenden
Motor (Fig. 1) angetrieben ist, sondern von einem von der zentralen Antriebswelle
11 der betreffenden Prozessmaschine angetriebenen Treibzylinder 12. Die Prozessmaschine
ist eine Garnerzeugungs- oder Garnbehandlungsmaschine, beispielsweise eine Spinn-
oder Texturiermaschine. Mit dem Bezugszeichen A ist der in den Fig. 4 und 5 näher
dargestellte, individuell regelbare Antrieb des Treibzylinders 12 bezeichnet. Der
Treibzylinder 12 ist in beiden Fällen auf der zentralen Antriebswelle 11 drehbar gelagert
und weist eine Innenverzahnung auf.
[0029] Gemäss Fig. 4 erfolgt der individuell regelbare Antrieb der Spule 5 über ein Planetengetriebe
zwischen der zentralen Antriebswelle 11 und dem Treibzylinder 12. Mit der zentralen
Antriebswelle 11 ist ein Sonnenrad 13 fest verbunden, dessen Drehung mit einem Planetenrad
14 auf den Treibzylinder 12 übertragen wird. Das Planetenrad 14 ist von einem Steg
14' getragen, der von einem Servomotor 15 über ein Antriebsrad 16 zusätzlich antreibbar
ist. Die Drehzahl des Servomotors 15 wird so gewählt, dass über das Antriebsrad 16
für den Steg 14' des Planetenrades 14 diesem eine Drehzahl so überlagert wird, dass
die Drehzahl des Treibzylinders 112und damit die Umfangsgeschwindigkeit der Spule
5 den für die konstante Fadengeschwindigkeit V
G (Fig. 2) erforderlichen Wert erreicht.
[0030] Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass alle Bewegungsübertragungen
formschlüssig, also ohne Schlupf realisiert sind. Da sich die Übersetzungen eines
Planetengetriebes genau berechnen lassen, sind somit keine Sensoren zur Drehzahlüberwachung
erforderlich. Ausserdem braucht der Servomotor 15 bei optimaler Auslegung des Planetengetriebes
nur einen kleinen Teil der für den Spulenantrieb benötigten Leistung zu liefern, so
dass ein relativ schwacher Motor mit entsprechend tiefen Kosten verwendet werden kann.
[0031] Bei der in Fig. 5 dargestellten Variante wird anstatt des Planetengetriebes ein Konoidgetriebe
verwendet, von dem das eine Konoid 17 fest auf der zentralen Antriebswelle 11 angeordnet
ist und über einen Flachriemen 18 das andere Konoid 19 antreibt, welches in Eingriff
mit der Innenverzahnung des Treibzylinders 12 steht. Zur Verstellung der Drehzahl
des Treibzylinders 12 ist der Riemen 18 durch ein vom Servomotor 15 betätigbares,
bügel- oder gabelartiges Verstellorgan 20 entlang des Mantels der Konoide verschiebbar.
Da dieses System mit Kraftschluss arbeitet, ist eine Überwachung der Drehzahl des
Treibzylinders 12 mit einem Sensor (nicht dargestellt) erforderlich. Weil die Verschiebung
des Flachriemens 18 nur einen geringen Kraftaufwand erfordert, benötigt der den Sensorantrieb
16 bildende Motor auch hier nur eine relativ geringe Leistung.
1. Verfahren zum Aufwickeln eines mit konstanter Geschwindigkeit gelieferten Fadens (F)
mittels einer Fadenchangiereinrichtung (2) zu einer Spule (5) mit Präzisions- oder
Stufenpräzisionswicklung, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (VS) der Spule (5) und die Geschwindigkeit (VF) der Fadenchangierung so gesteuert sind, dass die Geschwindigkeit (VG) des Fadens (F) unabhängig vom Steigungswinkel (α) der Fadenverlegung konstant bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Spulparametern der
Steigungswinkel (α) der Fadenverlegung und aus diesem in einem von der Geschwindigkeit
(VF) der Fadenchangierung und der Geschwindigkeit (VS) der Spule (3) aufgespannten Koordinatensystem die Lage eines die Fadengeschwindigkeit
(VG) repräsentierenden Vektors bestimmt wird und aus diesem Vektor die zugehörigen Werte
der Geschwindigkeit (VF) der Fadenchangierung und der Geschwindigkeit (VS) der Spule (3) berechnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenzeichnet, dass der genannte Vektor mit einer
Änderung des Steigungswinkels (α) der Fadenverlegung seine Orientierung, nicht aber
seinen Betrag ändert.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Spulenantrieb
(3), einem Antrieb (8) für die Fadenchangiereinrichtung (2) und mit einer diesen Antrieben
zugeordneten Steuerung (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerung (9) die Werte
für die Fadengeschwindigkeit (VG) und die Spulparameter zugeführt sind, und dass in der Steuerung (9) eine Berechnung
des Steigungswinkels (α) der Fadenverlegung sowie der für die Einhaltung einer konstanten
Fadengeschwindigkeit (VG) bei sich änderndem Steigungswinkel (α) der Fadenverlegung erforderlichen Geschwindigkeit
(VS, VF) der Spule (5) und der Fadenchangierung erfolgt.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einer eine zentrale
Antriebswelle (11) für die einzelnen Produktionseinheiten enthaltenden Prozessmaschine,
mit einem von der zentralen Antriebswelle (11) antreibbaren Treibzylinder (12) für
die Spule (5) und einem Antrieb (8) für die Fadenchangiereinrichtung (2), dadurch
gekennzeichnet, dass jedem Treibzylinder (12) ein Servomotor (15) zugeordnet ist,
durch welchen der von der zentralen Antriebswelle (11) gelieferten Drehzahl des Treibzylinders
(12) eine Drehzahl so überlagert ist, dass eine der gewünschten Umfangsgeschwindigkeit
der Spule (5) entsprechende Drehzahl des Treibzylinders (12) resultiert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibzylinder (12) auf
der zentralen Antriebswelle (11) gelagert und über ein Planetenrad (14) von einem
mit der zentralen Antriebswelle (11) fest verbundenen Sonnenrad (13) angetrieben ist,
und dass der das Planetenrad (14) tragende Steg (14') vom Servomotor (15) zusätzlich
antreibbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibzylinder (12) auf
der zentralen Antriebswelle (11) gelagert und von einem Konoidgetriebe angetrieben
ist, von dem das eine Konoid (17) mit der zentralen Antriebswelle (11) fest verbunden
ist und über einen durch den Servomotor (15) verschiebbaren Riemen (18) das mit dem
Treibzylinder (12) verbundene andere Konoid (19) antreibt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibzylinder
(12) eine Innenverzahnung aufweist, mit welcher das Planetenrad (14) beziehungsweise
das zweite Konoid (19) in Eingriff steht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessmaschine
durch eine Spinn- oder Texturiermaschine gebildet ist.