[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spulkopf zum Aufwickeln eines Fadens auf
eine Spule, mit einem Spulenantrieb und mit einer Fadenverlegung mit einem auf einer
Drehachse gelagerten, oszillierend antreibbaren Hebel zur Verlegung des Fadens in
Längsrichtung der Spule.
[0002] Viele der heutigen Spulmaschinen sind immer noch als sogenannte Längsteilmaschinen
ausgebildet, bei welchen eine grosse Anzahl von Spulstellen je einen zentralen Antrieb
für die Fadenverlegung und den Spulenantrieb besitzt. Diese starre Kopplung der Spulstellen
untereinander verhindert die individuelle Realisierung von vom Durchmesser abhängigen
Wickelgesetzen, wie beispielsweise Präzisions- oder Stufenpräzisionswicklung, an den
einzelnen Spulstellen.
[0003] Diese starre Kopplung kann durch den Einsatz von separaten Antrieben für Fadenverlege-
und Spulenantrieb jeder einzelnen Spulstelle aufgebrochen werden. Bisher sind aber
derartige Systeme entweder an ihrer mangelnden Flexibilität oder an den Kosten gescheitert.
So sind beispielsweise Systeme bekannt, bei denen der Fadenverlegehebel von einem
Getriebe, z.B. Kurvenscheiben, Kehrgewindewellen oder dergleichen angetrieben ist,
die einerseits relativ teuer sind und bei denen die Bewegungsgesetze nur über einen
mechanischen Eingriff in das Getriebe geändert werden können.
[0004] Bei einer in der EP-A-0 838 422 beschriebenen Fadenverlegung ist der Fadenverlegehebel
direkt auf der Achse des Antriebsmotors montiert und kann somit einfach an die verschiedenen
Wickelgesetze angepasst werden. Das bedingt aber die Verwendung relativ teurer Encoder
für die notwendige Auflösung der Schrittgrösse, was für Maschinen mit vielen Produktionsstellen
wirtschaftlich nicht tragbar ist. Die Entwicklung der jüngsten Zeit zeigt sehr deutlich,
dass die Kosten der einzelnen Spulstelle der wesentliche Faktor sind, der darüber
bestimmt, welche Art von Fadenverlegung zum Einsatz kommt.
[0005] Durch die Erfindung soll nun ein Spulkopf der eingangs genannten Art angegeben werden,
mit welchem die Anwendung beliebiger Wickelgesetze möglich und der zu geringen Kosten
herstellbar ist. Ausserdem sollen Spulenhub und Spulengeometrie zumindest in Grenzen
frei wählbar sein. Schliesslich soll der Spulkopf auch in einer rauen textilen Umgebung
störungsfrei arbeiten.
[0006] Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Spulenantrieb
durch eine Reibwalze gebildet ist, und dass die Reibwalze und der Fadenverlegehebel
je einen separaten Antrieb aufweisen, welche beide an eine gemeinsame Spulkopfsteuerung
angeschlossen sind.
[0007] Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Spulkopfs ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Reibwalze und die Fadenverlegung baulich zu einem Spulkopfmodul
zusammengefasst und auf einem gemeinsamen Träger montiert sind, auf welchem auch die
Spulkopfsteuerung angeordnet ist.
[0008] Die Erfindung geht also von dem neuen Ansatz aus, dass eine merkliche Kostenreduktion
nur dann erzielt werden kann, wenn man sowohl bei der Fadenverlegung als auch beim
Spulenantrieb ansetzt. Die separaten Antriebe von Fadenverlegung und Reibwalze ermöglichen
eine maximale Flexibilität des Spulkopfs und die Realisierung des Spulkopfs als Modul
reduziert nicht nur die Kosten sondern erleichtert auch Einbau, Bedienung und Wartung.
Der Spulenantrieb mit der Reibwalze ist gegenüber einem Direktantrieb der Spule insbesondere
bei tieferen Spulgeschwindigkeiten kostengünstiger. Ausserdem ist bei der Reibwalze
das Massenträgheitsverhältnis von Antrieb zu Spule wesentlich tiefer als beim Direktantrieb,
so dass Antriebe geringerer Leistung eingesetzt werden können.
[0009] Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Spulkopfs ist dadurch
gekennzeichnet, dass die den Fadenverlegehebel tragende Drehachse in das Innere eines
staubdicht abgeschlossenen Gehäuses geführt ist, welches zumindest Teile des Antriebs
des Fadenverlegehebels enthält.
[0010] In vielen Bereichen der textilen Produktion, vor allem beim Spulen von Stapelfasern,
entsteht ein mehr oder weniger starker Faserflug, der sich vor allem bei linearen
Fadenführungssystemen in den Führungen der Fadenführer absetzt. Letzteres kann zu
Störungen führen, welche häufige Reini-gungszyklen erfordern, wodurch die Produktivität
der betreffenden Maschine entsprechend sinkt. Dies ist vor allem bei grossen Maschinen
mit vielen Einzelpositionen und/oder bei Anlagen mit vielen Maschinen äusserst unerwünscht.
Der Einbau von zumindest Teilen des Antriebs in ein staubdichtes Gehäuse macht den
Spulkopf ausserordentlich immun gegen Verstaubung.
[0011] Eine dritte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Spulkopfs ist dadurch
gekennzeichnet, dass der Antrieb des Fadenverlegehebels ein auf der Drehachse fixiertes
Antriebsorgan und motorisch antreibbare Antriebsmittel für dieses umfasst, wobei das
Antriebsorgan und die Antriebsmittel so ausgebildet sind, dass zwischen dem Motor
und der Drehachse eine Untersetzung besteht.
[0012] Eine vierte bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsorgan
durch ein Winkelsegment und die Antriebsmittel durch ein Zahnpulli gebildet sind,
welches das Winkelsegment antreibt.
[0013] Die Erfindung betrifft weiter eine Verwendung des genannten Spulkopfs und des genannten
Spulkopfmoduls an Offenendspinnmaschinen, wie zum Beispiel Rotorspinnmaschinen. Dabei
ist vorzugsweise jeder Spulkopf oder jedes Spulkopfmodul über einen Bus an eine birektionale
Schnittstelle zu einem Leitrechner angeschlossen.
[0014] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung
näher erläutert, wobei die Zeichnung eine schematische Ansicht eines erfindungsgemässen
Spulkopfmoduls von vorne, mit Blickrichtung senkrecht zur Spulenachse, zeigt.
[0015] Das Spulkopfmodul besteht darstellungsgemäss aus einem abgewinkelten Träger 1, auf
dem im wesentlichen ein Antrieb 2 für eine Reibwalze 3, ein Antrieb 4 für einen Fadenverlegehebel
5 und eine Spulkopfsteuerung 6 angeordnet sind. Die Spulkopfsteuerung 6 ist an eine
nicht dargestellte Stromversorgung angeschlossen. Dieses Spulkopfmodul bildet eine
kompakte Baueinheit, die auf der vorgesehenen Textilmaschine, beispielsweise einer
Spul- oder einer Offenendspinnmaschine einfach montiert werden kann. Der Träger 1
kann so ausgebildet sein, dass er neben seiner Funktion als Träger der einzelnen Teile
des Spulkopfmoduls zusätzliche Funktionen, wie beispielsweise Kühlung, übernimmt.
[0016] Die Reibwalze 3 ist für den kraftschlüssigen Antrieb einer Spule 7 vorgesehen, welche
zu diesem Zweck am Mantel der Reibwalze 3 aufliegt. Der Reibwalzenantrieb 2 ist vorzugsweise
so ausgebildet, dass sein Motor in den Hohlkörper der Reibwalze 3 integriert und die
Reibwalze auf der Motorwelle fixiert ist, was zu einer sehr kompakten Länge des Systems
Reibwalzenantrieb + Reibwalze führt. Ausserdem ist für die Reibwalze 3 wegen deren
Fixierung auf der Motorwelle keine eigene Lagerung erforderlich, was zu einer Einsparung
von Kosten führt. Ein weiterer Vorteil dieser Bauweise liegt darin, dass die Reibwalze
3 wegen der freien Zugänglichkeit des Spulkopfmoduls von der einen, darstellungsgemäss
der rechten, Seite einfach zu montieren ist. Der Motor des Reibwalzenantriebs 2 ist
vorzugsweise ein Schrittmotor.
[0017] Grundsätzlich kann für den Antrieb der Spule 7 anstatt der Reibwalze 3 eine motorisch
angetriebene Spindel verwendet werden, auf welche die Spule aufgesteckt wird. Ein
solcher Direktantrieb ist bei hohen und sehr hohen Spulgeschwindigkeiten vorteilhaft,
wogegen bei tieferen Spulgeschwindigkeiten, wie sie beispielsweise auf Rotorspinnmaschinen
die Regel sind, die Vorteile des Reibwalzenantriebs überwiegen. Diese Vorteile bestehen
hauptsächlich in tieferen Kosten und darin, dass bei der Reibwalze das Massenträgheitsverhältnis
von Antrieb zu Spule wesentlich kleiner ist als beim Direktantrieb, so dass Motoren
kleinerer Leistung eingesetzt werden können. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch
die Verwendung eines Schrittmotors für den Reibwalzenantrieb, weil der Schrittmotor
gegenüber einem bürstenlosen Asynchronmotor bei tieferen Drehzahlen ein wesentlich
höheres Drehmoment aufweist.
[0018] Dem Reibwalzenantrieb 2 und der Spule 7 ist je ein Drehzahlsensor 8 beziehungsweise
9 zugeordnet. Beide Drehzahlsensoren 8 und 9 sind an die Spulkopfsteuerung 6 angeschlossen
und liefern dieser die aktuellen Drehzahldaten, aus denen unter anderem die Fadenlänge
und der Spulendurchmesser berechnet werden. Letzteres ist insbesondere für die Realisierung
von vom Spulendurchmesser abhängigen Wickelgesetzen (wilde Wicklung, Präzisionswicklung,
Stufenpräzisionswicklung) erforderlich.
[0019] Der Fadenverlegehebel 5 sitzt auf einer Drehachse 10 und weist an seinem von der
Drehachse 10 entfernten Ende einen Fadenführungsschlitz 11 auf. Der aufzuspulende
Faden (nicht eingezeichnet) läuft von einer Vorratsspule oder von einem Herstellungs-
oder Bearbeitungsprozess über eine eine Steuerkurve bildende Bogenplatte 12, die in
der Zeichnung durch ihre Kontur angedeutet ist, durch den Fadenführungsschlitz 11
zur Spule 7. Die gegenseitige Lage von Fadenverlegehebel 5 und Bogenplatte 12 und
die Länge des Fadenführungsschlitzes sind so gewählt, dass der Faden bei der Bewegung
des Fadenverlegehebels 5 den Grund des Fadenführungsschlitzes 11 nicht berührt. Dadurch
ist gewährleistet, dass der Fadenverlauf von der Bogenplatte 12 bis zur Spule 7 immer
die gleiche, vom Durchmesser der Spule unabhängige, Geometrie aufweist. Anstatt der
Bogenplatte 12 kann auch eine gerade Führungsschiene verwendet werden.
[0020] Der Fadenverlegehebel 5 führt im Betrieb eine oszillierende, hin- und hergehende,
Bewegung aus und bewegt sich dabei nach den Gesetzmässigkeiten der Fadenaufwicklung
innerhalb eines Schwenkwinkels von etwa 30° bis 60°. Die den Fadenverlegehebel 5 tragende
Drehachse 10 ist in den Innenraum eines staubdicht verschlossenen Gehäuses (nicht
dargestellt) geführt, in welchem auf der Drehachse ein verzahntes Winkelsegment 13
sitzt, welches über ein Zahnpulli 14 des Verlegeantriebs 4 angetrieben ist. Der Motor
des Verlegeantriebs 4 ist vorzugsweise durch einen Schrittmotor gebildet. Bezüglich
des staubdicht verschlossenen Gehäuses wird auf die europäische Patentanmeldung Nr.
99 107 229.9 verwiesen.
[0021] Das Winkelsegment 13 und das Zahnpulli 14 wiesen verschiedene Durchmesser auf, so
dass zwischen dem auf der Motorachse montierten Zahnpulli 14 und dem Winkelsegment
13 ein Untersetzungsverhältnis zwischen i=2 und i=20 besteht. Dadurch wirken die Massenträgheitsmomente,
die zum grössten Teil durch den Fadenverlegehebel 5 verursacht sind, auf die Motorwelle
nur noch mit einem Faktor 1/i
2 und es kann ein kostengünstiger Antriebsmotor mit relativ geringer Leistung eingesetzt
werden. Gleichzeitig verbessert sich bei Verwendung eines Schrittmotors für den Verlegeantrieb
4 die inkrementale Bewegung des Fadenverlegehebels 5 um den Untersetzungsfaktor i.
[0022] Mit dem Bezugszeichen 15 ist ein mechanischer Anschlag für den Fadenverlegehebel
5 bezeichnet, der als Referenzpunkt für die Position des Fadenverlegehebels 5 dient.
Dieser Referenzpunkt definiert die Ausgangsstellung des Fadenverlegehebels 5, relativ
zu der die für den jeweiligen Hub erforderlichen Schritte des durch einen Schrittmotor
gebildeten Motors des Verlegeantriebs 4 definiert werden. Eine Referenzierung muss
bei jeder neuen Inbetriebnahme des Spulkopfmoduls vorgenommen werden, ebenso immer
dann, wenn das Verlegeaggregat stromlos war oder der Schrittmotor seine Position verloren
hat.
[0023] Als Option kann das Spulkopfmodul mit einem den Durchgang des Fadenverlegehebels
5 durch die Hubmitte detektierenden Sensor ergänzt werden (siehe EP-A-0 453 622),
um die Länge des Hubs von der Hubmitte bis zu den Umkehrpunkten zu überwachen und
eine Korrektur allfälliger Fehler in der Hubbewegung zu ermöglichen. Dieser Sensor
kann beispielsweise durch einen auf dem Winkelsegment 13 angeordneten magnetischen
Geber und einen diesem zugeordneten, ortsfesten Abtaster gebildet sein. Bei Verwendung
eines Schrittmotors ist aber eine derartige Überwachung nicht erforderlich, weil höchstens
Schritte verloren gehen können, der programmierte Hub also nicht ganz erreicht würde.
Wenn auf eine Korrektur solcher Fehler verzichtet wird, kann das System im Open-Loop-Modus
betrieben werden. Das bedeutet, dass das System als kostengünstige Steuerung und nicht
als wesentlich teureres rückgekoppeltes Regelsystem ausgeführt ist.
[0024] Mit ein Grund für die Möglichkeit, das System im Open-Loop-Modus betreiben zu können,
ist die beschriebene Reduktion des auf die Motorwelle wirkenden Trägheitsmoments.
Denn diese Reduktion hat zur Folge, dass die Fadenverlegung rein mechanisch sehr robust
ist, so dass in der Regel die programmierten Hublängen auch eingehalten werden und
keine Abweichungen auftreten. Erst bei Aggregaten für höhere und höchste Geschwindigkeiten
empfiehlt es sich, das System als rückgekoppeltes Regelsystem auszuführen. In diesem
Fall ist es vorteilhaft, auf der Motorwelle des Motors des Antriebs 4 einen Winkelsensor
vorzusehen, um anhand der Winkelposition der Motorwelle die Hubposition des Fadenverlegehebels
5 zu bestimmen und bei Abweichungen zwischen Ist- und Sollwert den Motor entsprechend
nachzuregeln. Für noch höhere Geschwindigkeiten können Energiespeicher zur Beeinflussung
der Verzögerung und Beschleunigung des Fadenverlegehebels 5 bei seiner Bewegungsumkehr
vorgesehen sein. Bezüglich derartiger Energiespeicher wird auf die EP-A-0 838 422
verwiesen.
[0025] Das Winkelsegment 13 kann als Zahnradsegment ausgebildet sein und mit dem Zahnpulli
14 in direktem Eingriff stehen. Aus Verschleiss- und Dämpfungsgründen ist es jedoch
vorteilhaft, das Winkelsegment 13 nicht zu verzahnen, sondern mit einem Zahnriemen
zu bestücken, der mit dem Zahnpulli 14 in Eingriff steht. Vorzugsweise ist der Zahnriemen
nicht endlos sondern als Riemenstück ausgebildet, dessen Enden am Winkelsegment 13
befestigt sind. Bei sehr wenigen Doppelhüben des Fadenverlegehebels 5 pro Minute,
was beispielsweise bei Parallelspulern der Fall ist, kann auch ein direkt verzahntes
Winkelsegment 13 verwendet werden.
[0026] Die Geschwindigkeit des Schrittmotors des Verlegeantriebs 4 wird von der Spulkopfsteuerung
6 über den Hub derart verändert, dass eine konstante Fadengeschwindigkeit parallel
zur Achse der Spule 7 auch dann resultiert, wenn der Fadenverlegehebel 5 mit seinem
mit dem Fadenführungsschlitz 11 versehenen Ende eine Kreisbahn beschreibt. Die Geometrie
der Bogenplatte 12 kann so gewählt werden, dass bei konstanter Drehzahl des Fadenverlegeantriebs
4 eine konstante Geschwindigkeit des Fadens parallel zur Spulenachse resultiert.
[0027] Der Verlegeantrieb 4 kann auch ausserhalb des staubdichten Gehäuses angeordnet sein.
Zu diesem Zweck würde die Welle des Zahnpullis 14 eine Gehäusewand durchstossen, wobei
die Durchtrittsöffnung mit einem O-Ring abgedichtet wäre. Die Anordnung des Verlegeantriebs
4 ausserhalb des Gehäuses hat den Vorteil, dass die Motorwärme besser abgeführt werden
kann.
[0028] Auch die Steuerelektronik kann ausserhalb des Gehäuses angeordnet sein, wobei der
Sensor für den Durchgang des Fadenverlegehebels 5 durch die Hubmitte durch die Gehäusewand
wirkt, was bei Wahl eines geeigneten Sensors, beispielsweise eines Hall-Effekt-Sensors,
und eines Kunststoffgehäuses kein Problem ist.
[0029] Wenn die Spulkopfmodule in grosser Anzahl auf der gleichen Maschine, beispielsweise
einer Offenendspinnmaschine, eingesetzt werden, sind sie über einen Bus 16 an eine
Bus-Steuerung 17 angeschlossen, welche die Schnittstelle zwischen den Spulkopfsteuerungen
6 und einem Leitrechner bildet. Die Bus-Steuerung 17 weist ein Terminal 18 zur Ein-
und Ausgabe von Daten auf.
[0030] Der Einsatz des beschriebenen Spulkopfmoduls mit der elektronisch gesteuerten Fadenverlegung
zusammen mit der Reibwalze, wobei Fadenverlegung und Reibwalze individuell angetrieben
sind, ermöglicht unter anderem:
- Alle bekannten Wickelgesetze, wie wilde Wicklung mit Bildverhütung, Präzisionswicklung
und Stufenpräzisionswicklung.
- Eine höhere Spulendichte infolge von Präzisionswicklung (geschlossenes Windungsverhältnis)
oder Stufenpräzisionswicklung (geschlossenes Windungsverhältnis).
- Eine konstantere Spulendichte für Färbespulen durch Präzisionswicklung (offenes Windungsverhältnis)
oder Stufenpräzisionswicklung (offenes Windungsverhältnis).
- Einen in Grenzen frei wählbaren Spulenhub, insbesondere frei wählbare Spulenhöhe,
Hubvariation (Reduzierung der Spulenkantenhärte), Hubverkürzung (Reduzierung von Fallfäden),
Hubverlegung (Reduzierung der Spulenkantenhärte).
- Eine frei wählbare Spulengeometrie (zylindrische Spulen, konische Spulen, bikonische
Spulen).
- Bildung einer Fadenreservewicklung.
- Freie Positionierung einer Endwulstwicklung innerhalb der Spule.
- Exakte Fadenlängenmessung.
- Kompensation der Schlepplänge.
1. Spulkopf zum Aufwickeln eines Fadens auf eine Spule (7), mit einem Spulenantrieb (2,
3) und einer Fadenverlegung mit einem auf einer Drehachse (10) gelagerten, oszillierend
antreibbaren Hebel (5) zur Verlegung des Fadens in Längsrichtung der Spule, dadurch
gekennzeichnet, dass der Spulenantrieb (2, 3) durch eine Reibwalze (3) gebildet ist,
und dass die Reibwalze (3) und der Fadenverlegehebel (5) je einen separaten Antrieb
(2 bzw. 4) aufweisen, welche beide an eine gemeinsame Spulkopfsteuerung (6) angeschlossen
sind.
2. Spulkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibwalze (3) und die Fadenverlegung
baulich zu einem Spulkopfmodul zusammengefasst und auf einem gemeinsamen Träger (1)
montiert sind, auf welchem auch die Spulkopfsteuerung (6) angeordnet ist.
3. Spulkopf nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen einfachen Mechanismus, wie beispielsweise
einen Bajonett-Verschluss, für die Befestigung des Spulkopfmoduls an einer Textilmaschine.
4. Spulkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den Fadenverlegehebel
(5) tragende Drehachse (10) in das Innere eines staubdicht abgeschlossenen Gehäuses
geführt ist, welches zumindest Teile des Antriebs des Fadenverlegehebels (5) enthält.
5. Spulkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb
des Fadenverlegehebels (5) ein auf der Drehachse (10) fixiertes Antriebsorgan (13)
und motorisch antreibbare Antriebsmittel (14) für dieses umfasst, wobei das Antriebsorgan
(13) und die Antriebsmittel (14) so ausgebildet sind, dass zwischen dem Motor und
der Drehachse (10) eine Untersetzung besteht.
6. Spulkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsorgan durch ein
Winkelsegment (13) und die Antriebsmittel durch ein Zahnpulli (14) gebildet sind,
welches das Winkelsegment antreibt.
7. Spulkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Winkelsegments
(13) über einen mit diesem in Eingriff stehenden oder an diesem befestigten Zahnriemen
erfolgt.
8. Spulkopf nach den Ansprüchen 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Winkelsegment
(13), der Zahnriemen und das Zahnpulli (14) im Inneren des staubdichten Gehäuses angeordnet
sind.
9. Spulkopf nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibwalze
(3) direkt auf ihrem Antrieb (2) befestigt ist.
10. Spulkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2) der Reibwalze
(3) innerhalb des Hohlraums der Reibwalze (3) angeordnet ist.
11. Spulkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor
zur Detektion des Durchgangs des Fadenverlegehebels (5) durch die Hubmitte vorgesehen
ist.
12. Spulkopf nach den Ansprüchen 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Sensor
durch einen am Winkelsegment (13) befestigten Geber und einen in der Hubmitte ortsfest
angeordneten Detektor gebildet ist.
13. Spulkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen Sensor für
die Drehzahl der Reibwalze (3).
14. Spulkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen Sensor für
die Drehzahl der Spule (7).
15. Verwendung des Spulkopfs nach einem der Ansprüche 1 bis 14 an Offennendspinnmaschinen,
wie zum Beispiel Rotorspinnmaschinen.
16. Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spulkopf oder jedes
Spulkopfmodul über einen Bus (16) an eine bidirektionale Schnittstelle (17) zu einem
Leitrechner angeschlossen ist.