Verfahren und Vorrichtung zum Aufwickeln eines Fadens auf eine Spule

Abstract

 Bei dem Verfahren zum Aufwickeln eines Fadens (F) auf eine Spule (4) wird der Faden (F) von einem im wesentlichen parallel zur Spulenachse hin- und hergehend antreibbaren Fadenführer (8) geführt, wobeizwischen dem Fadenführer(8) und dem Ablagepunkt auf der Spule (4) ein freies Fadenstück, die sogenannte Schlepplänge, gebildet ist. Die Länge des Hubs des Fadenführers (8) und die Fadenablage sind beliebig variabel. Aus einem oder mehreren der Parameter Spulgeschwindigkeit, F-denverlegegeschwindigkeit, Fadenführerbeschleunigung, Fadenführerverzögerung und Abstand zwischen Fadenführer (8) und Spule (4) wird die Hubverkürzung auf der Spule (4) berechnet und für eine positionsgenaue Ablage des Fadens (F) auf der Spule (4) verwendet.
Die Vorrichtung zum Aufwickeln eines Fadens (F) enthält eine elektronische Steuerung (9) mit einem Algorithmus zur Durchführung der genannten Berechnung.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwickeln eines Fadens auf eine Spule, bei welchem der Faden von einem im wesentlichen parallel zur Spulenachse hin- und hergehend antreibbaren Fadenführer geführt und zwischen dem Fadenführer und dem Ablagepunkt auf der Spule ein freies Fadenstück, die sogenannte Schlepplänge, gebildet ist, und bei welchem die Länge des Hubs des Fadenführers und die Fadenablage beliebig variabel sind.

[0002] Bei allen heute eingesetzten Spulsystemen mit einer Einrichtung zur Fadenverlegung ist die Schlepplänge vorhanden, die je nach verwendetem Verlegesystem sehr unterschiedlich sein kann. Als Beispiele für moderne Spulsysteme seien die in der EP-A-0 453 622, EP-A-0 829 444 und EP-A-0 838 422 beschriebenen Aufwickelvorrichtungen erwähnt. Bei diesen Systemen ist zu beobachten, dass das auf der Spulenhüle abgelagerte Fadenpaket einen kleineren Hub hat als der Fadenführer, was selbstverständlich unerwünscht ist, weil alleine schon aus Gründen der genauen Einstellbarkeit und Reproduzierbarkeit die genannten Hübe identisch sein sollten.

[0003] Untersuchungen haben gezeigt, dass die Hubverkürzung proportional zur Schlepplänge und zur Verlegegeschwindigkeit zunimmt. Die an sich naheliegenden Massnahmen zur Verringerung der Hubverkürzung, nämlich Reduktion der Schlepplänge und/oder der Verlegegeschwindigkeit können aber aus naheliegenden Gründen nicht eingesetzt werden. Denn eine Reduktion der Verlegegeschwindigkeit würde dem allgemeinen Trend der ständigen Produktivitätssteigerung widersprechen, und die Schlepplänge muss eine gewisse Mindestgrösse aufweisen, um die Gefahr von Beschädigung des Fadenführers und/oder der Spule auszuschalten.

[0004] Durch die Erfindung sollen nun ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben werden, durch welche die genannte Hubverkürzung kompensiert und in geeigneter Weise ausgeregelt oder bei der Spulenherstellung bewusst eingesetzt werden kann.

[0005] Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass aus einem oder mehreren der Parameter Spulgeschwindigkeit, Fadenverlegegeschwindigkeit, Fadenführerbeschleunigung, Fadenführerverzögerung und Abstand zwischen Fadenführer und Spule die Hubverkürzung auf der Spule berechnet und für eine positionsgenaue Ablage des Fadens auf der Spule verwendet wird.

[0006] Der Hauptvorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass es eine positionsgenaue Ablage des Fadens auf der Hülse ermöglicht, ohne dass die Schlepplänge oder die Fadenverlegegeschwindigkeit reduziert werden müssen. Man vermeiden dadurch die Gefahr der Beschädigung der Spule und/oder des Fadenführers und erhält einen grösseren Spielraum für die Anordnung der mechanischen Teile. Ausserdem kann auf eine Stützwalze verzichtet werden, was bekanntlich mit einer markanten Änderung der Schlepplänge über die Spulreise verbunden ist. Diese Einsparung ist deswegen möglich, weil die erfindungsemässe Methode der Berechnung der Hubverkürzung aus den genannten Parametern selbstverständlich Schwankungen der Schlepplänge mitberücksichtigt und kompensiert.

[0007] Der Verzicht auf die Stützwalze ist besonders bei der Herstellung sogenannter Kingspools, das sind Spulen auf Hülsen mit einseitigem, komischem Flansch, sehr vorteilhaft, weil dann ein wesentlich kürzerer Fadenführer eingesetzt werden kann, was sich auf die Lebensdauer des Antriebs und auf die Verlegegeschwindigkeit positiv auswirkt. Ausserdem braucht der Abstand zwischen Hülse und Verlegeaggregat nicht an den jeweiligen Hülsendurchmesser angepasst zu werden.

[0008] Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass anhand der berechneten Hubverkürzung die Spulgeschwindigkeit und/oder die Fadenverlegegeschwindigkeit so geregelt werden, dass ein vorgegebener Wert oder vorgegebene Werte der Hubverkürzung resultiert beziehungsweise resultieren.

[0009] Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass anhand der berechneten Hubverkürzung die Spulgeschwindigkeit und/oder die Fadenverlegegeschwindigkeit und/oder der Hub des Fadenführers so geregelt werden, dass beliebige rotationssysmmetrische Spulen aufgebaut werden.

[0010] Eine dritte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zylindrische, bikonische oder konische Spulen ohne Verwendung einer Stützwalze hergestellt werden.

[0011] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Kingspools oder Flanschspulen ohne Verwendung einer Stützwalze hergestellt werden.

[0012] Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Aufwickeln eines Fadens auf eine Spule, mit einem im wesentlichen parallel zur Spulenachse hin- und hergehend antreibbaren Fadenführer und mit einer elektronischen Steuerung, mit der insbesondere die Länge des Hubs des Fadenführers und die Fadenablage beliebig variabel sind.

[0013] Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung einen Algorithmus enthält, mit welchem aus einem oder mehreren der Parameter Spulgeschwindigkeit, Fadenverlegegeschwindigkeit, Fadenführerbeschleunigung, Fadenführerverzögerung und Abstand zwischen Fadenführer und Spule die Hubverkürzung auf der Spule berechenbar und für eine positionsgenaue Ablage des Fadens auf der Spule verwendbar ist.

[0014] Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung können ohne Stützwalzen beliebige Spulen hergestellt werden, neben den schon erwähnten Kingspools beispielsweise zylindrische, bikonische und konische Spulen, rotationssymmetrische Spulen jeglicher Form, auf Hülsen mit einseitigem Konus oder doppelseitigen Konen oder mit Absätzen, und es können die bei Stufenpräzisionswicklung auftretenden Hubänderungen bei den Geschwindigkeitssprüngen kompensiert werden. Selbstverständlich kann der Algorithmus neben der Stufenpräzisionswicklung auch bei den anderen Wickeigesetzen wie wilde Wicklung, Präzisionswicklung und Parallelwicklungen eingesetzt werden.

[0015] Eine erste bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass aus den Parametern Fadenführergeschwindigkeit, Fadenführerbeschleunigung, Fadenführerverzögerung und Hublänge die Berechnung der Bahnkurve des Fadenführers erfolgt.

[0016] Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Bahnkurve des Fadenführers und der Parameter Anfangsposition des Fadens, Abstand zwischen Fadenführer und Spule, Hülsendurchmesser und Spulgeschwindigkeit die Berechnung des Ablagepunkts des Fadens auf der Spule erfolgt.

[0017] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1, 2 schematische Darstellungen der Spulstelle einer Spulmaschine in zwei Ansichten;und

Fig. 3 ein Diagramm zur Funktionserläuterung.

[0018] Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Spulstelle besteht im wesentlichen aus einer von einem Motor 1 antreibbaren Spindel 2 zur Aufnahme und Halterung einer Spulenhülse 3, auf die eine Spule 4, beispielsweise eine Kreuzspule, aufgewickelt wird, und aus einer Einrichtung 5 zur Verlegung eines Fadens F, der durch ein nicht dargestelltes Lieferwerk von einer ebenfalls nicht dargestellten Vorratsspule abgezogen und durch einen Einlauffadenführer 6 der Fadenverlegung 5 zugeführt wird. Die Spule 4 kann längs einer Mantellinie auf einer frei drehbaren Walze (nicht dargestellt) aufliegen, die auf einem geeigneten Trägerteil der Spulmaschine montiert ist. Wenn eine solche Walze verwendet wird, so ist es auf keinen Fall erforderlich, dass diese wie die Stützwalze bei bekannten Spuleinrichtungen zwischen der Fadenverlegung 5 und der Spule 4 angeordnet ist.

[0019] Die Fadenverlegung 5, die zur Herstellung der gewünschten Wicklung dient, enthält als wesentlichstes Element einen von einem Motor 7 angetriebenen Fadenführer 8, der im wesentlichen parallel zur Achse der Spule 4 eine hin- und hergehende Changierbewegung ausführt. Spulstellen dieser Art sind beispielsweise in der EP-A-0 453 622, der EP-A- 0 829 444 und der EP-A-0 829 444 beschrieben, auf welche hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.

[0020] Der Spindelmotor 1 und der Fadenführermotor 7 sind mit einer programmierbaren Steuerung 9 verbunden, welcher unter anderem die Drehzahlen der beiden Motoren 1 und 7 sowie Signale eines Sensors für die Position des Fadenführers 8 zugeführt sind. Die Steuerung 9 enthält ausserdem die Grundprogramme für die üblichen Wickelgesetze (wilde Wicklung, Präzisionswicklung, Stufenpräzisionswicklung, konische Wicklungen mit entsprechenden Geschwindigkeitsprofilen) und bestimmte Parameter. In der Steuerung 9 werden daraus die Wege, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen für den Fadenführermotor 7 und die Drehzahl für den Spulenmotor 1 aufgrund der jeweils zur Anwendung kommenden Wickelgesetze berechnet und die Motoren 1 und 7 werden entsprechend angesteuert.

[0021] Die Steuerung enthält ausserdem einen Algorithmus, mit welchem aus einem oder mehreren der Parameter Spulengeschwindigkeit, Fadenverlegegeschwindigkeit, Fadenführerbeschleunigung, Fadenführerverzögerung und Abstand zwischen Fadenfüher und Spule die relativ zum Hub des Fadenführers entstehende Hubverkürzung auf der Spule berechnet und für eine positionsgenaue Ablage des Fadens F auf der Spule 4 verwendet wird. Letzteres bedeutet, dass einige der genannten Parameter, beispielsweise die Fadenverlegegeschwindigkeit und/oder die Spulengeschwindigkeit so variiert werden, dass die genannte Hubverkürzung einen bestimmten, reproduzierbaren Wert annimmt, wobei dieser Wert selbstverständlich auch gleich null sein kann.

[0022] Das bedeutet, dass aufgrund der genauen Kenntnis des Ablagepunkte des Fadens F auf der Spule einige der genannten Parameter so gesteuert werden können, dass die Herstellung beliebiger rotationssymmetrischer Spulen möglich ist. Solche Spulen sind beispielsweise zylindrische, bikonische oder konische Spulen, Kingspools oder Flanschspulen, und zwar jeweils ohne Stützwalze. Eine weitere Möglichkeit, welche der nachfolgend als "Schlepplängenalgorithmus" bezeichnete Algorithmus bietet, ist die freie Einstellbarkeit des Abstands zwischen Fadenführer 8 und Spule 4. Die Hubverkürzung auf der Hülse ist umso grösser, je grösser die Schlepplänge und die Verlegegeschwindigkeit sind, wobei die Schlepplänge das freie Fadenstück zwischen dem Fadenführer 8 und dem Ablagepunkt des Fadens F auf der Spule 4 bezeichnet.

[0023] Fig. 3 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit der Hubverkürzung ΔH von der Verlegegeschwindigkeit für verschiedene Spulendurchmesser D, wobei die einseitige Hubverkürzung in Millimetern eingetragen ist. Die einzelnen Kurven + bis K6 beziehen sich von unten nach oben auf folgende Verlegegeschwindigkeiten: K1= 0.5, K2=1, K3=2, K4=3, K5=4 und K6=5m/s. Man kann der Figur entnehmen, dass die Hubverkürzung bei einem Hub des Fadenführers 8 von 200 mm bei einem kleinem Spulendurchmesser von 20mm schon bei einer mittleren Verlegegeschwindigkeit K3 von 2m/s etwa 8 mm und bei 5m/s über 18 mm beträgt.

[0024] Der Schlepplängenaigorithmus berechnet zuerst aus den Parametern Fadenführergeschwindigkeit, Fadenführerbeschleunigung, Fadenführerverzögerung und aus der Hublänge, die prinzipiell der Länge der Spule 4 gleich sein sollte, die Bahnkurve des Fadenführers 8. Aus den Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten werden die vom Fadenführer während der Beschleunigungs-, Verzögerungs- und Konstantfahrphase zurückgelegten Wegstrecken und aus diesen die Hubzeit und die Bahnkurve berechnet.

[0025] Anschliessend wird mittels der Bahnkurve des Fadenführers, der Anfangsposition des Fadens, des Abstands zwischen Fadenführer und Spule, des Hülsendurchmessers und der Spulgeschwindigkeit der Ablagepunkt des Fadens berechnet, das ist derjenige Punkt der Packung, an dem der Faden im Zeitpunkt t abgelegt wird. Die Formel für die Berechnung des Ablagepunkts ist eine Differentialgleichung 1. Ordnung, die vorzugsweise numerisch, nämlich mit dem klassischen Runga-Kutta-Verfahren 4. Ordnung gelöst wird.

[0026] Es folgt das Programmlisting zur Berechnung der Fadenablage, wobei folgende Eingabegrössen verwendet werden:

• x, y, z: Koordinatenrichtungen (siehe Fig. 1 und 2)
• p: fiktive Koordinate für die Berechnung des Ablagepunkts
• x_ff: Fadenführerposition in x-Richtung
• z_ff Fadebführerposition in z-Richtung
• vc: Fadenführergeschwindigkeit
• n: Anzahl Messwerte pro Hub
• nd: Anzahl zu berechnender Packungsdurchmesser
• vspul: Spulgeschwindigkeit
• rni: Anzahl Integrationsschritte für die Berechnung des Runga-Kutta-Verfahrens
• rm: Anzahl Vorperioden, die gerechnet werden
• hb: Hubbreite
• d: Hülsendurchmesser
• d_end: Enddurchmesser der Spule
• ab: Fadenführerbeschleunigung
• av: Fadenführerverzögerung
• vc: Fadenführergeschwindigkeit
• y0_t: Anfangsposition des Fadens

[0027] Mit den folgenden Eingabegrössen erhält man das in Fig. 3 dargestellte Ergebnis:

Ansprüche

1. Verfahren zum Aufwickeln eines Fadens (F) auf eine Spule (4), bei welchem der Faden (F) von einem im wesentlichen parallel zur Spulenachse hin- und hergehend antreibbaren Fadenführer (8) geführt und zwischen dem Fadenführer(8) und dem Ablagepunkt auf der Spule (4) ein freies Fadenstück, die sogenannte Schlepplänge, gebildet ist, und bei welchem die Länge des Hubs des Fadenführers (8) und die Fadenablage beliebig variabel sind, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem oder mehreren der Parameter Spulgeschwindigkeit, Fadenverlegegeschwindigkeit, Fadenführerbeschleunigung, Fadenführerverzögerung und Abstand zwischen Fadenführer (8) und Spule (4) die Hubverkürzung auf der Spule (4) berechnet und für eine positionsgenaue Ablage des Fadens (F) auf der Spule (4) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der berechneten Hubverkürzung die Spulgeschwindigkeit und/oder die Fadenverlegegeschwindigkeit so geregelt werden, dass ein vorgegebener Wert oder vorgegebene Werte der Hubverkürzung resultiert beziehungsweise resultieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der berechneten Hubverkürzung die Spulgeschwindigkeit und/oder die Fadenverlegegeschwindigkeit und/oder der Hub des Fadenführers (8) so geregelt werden, dass beliebige rotationssysmmetrische Spulen (4) aufgebaut werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zylindrische, bikonische oder konische Spulen (4) ohne Verwendung einer Stützwalze hergestellt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Kingspools oder Flanschspulen ohne Verwendung einer Stützwalze hergestellt werden.

6. Vorrichtung zum Aufwickeln eines Fadens (F) auf eine Spule (4), mit einem im wesentlichen parallel zur Spulenachse hin- und hergehend antreibbaren Fadenführer (8) und mit einer elektronischen Steuerung (9), mit der insbesondere die Länge des Hubs des Fadenführers (8) und die Fadenablage beliebig variabel sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) einen Algorithmus enthält, mit welchem aus einem oder mehreren der Parameter Spulgeschwindigkeit, Fadenverlegegeschwindigkeit, Fadenführerbeschleunigung, Fadenführerverzögerung und Abstand zwischen Fadenführer (8) und Spule (4) die Hubverkürzung auf der Spule (4) berechenbar und für eine positionsgenaue Ablage des Fadens (F) auf der Spule (4) verwendbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Parametern Fadenführergeschwindigkeit, Fadenführerbeschleunigung, Fadenführerverzögerung und Hublänge die Berechnung der Bahnkurve des Fadenführers (8) erfolgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Bahnkurve des Fadenführers (8) und der Parameter Anfangsposition des Fadens (F), Abstand zwischen Fadenführer (8) und Spule(4), Hülsendurchmesser und Spulgeschwindigkeit die Berechnung des Ablagepunkts des Fadens (F) auf der Spule (4) erfolgt.

Zeichnung