Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Spannung eines Fadens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Spannung eines Fadens, welcher durch ein schneller als der Faden laufendes Fördermittel von einer Ablaufspule abgezogen wird und anschliessend auf einen Auflaufspulkörper auf gewickelt wird, wie sie z. B. beim Bilden eines Wikkels, etwa in Form eines Baums, von einer Vielzahl von Spulen abgezogen werden. Bekanntlich ist beim Ablauf derartiger Spulen, die im allgemeinen als Kreuzspulen lagenweise aufgebaut sind und über Kopf abgezogen werden, die Ablauffadenspannung vor dem ersten Fadenführungsglied vom Durchmesser der Spule abhängig, d. h. mit abnehmendem Spulendurchmesser nimmt die Fadenspannung zu.
Hinzu kommt, dass bei an sich gleichbleibender Fadenlaufgeschwindigkeit die Anzahl der Umläufe des Fadens um die Spule wegen des abnehmenden Umfanges grösser werden muss, so dass auch die Zentrifugalkraft, die auf den Faden vor dem ersten Fadenführungsglied wirkt, besonders bei höheren Fadengeschwindigkeiten erheblich zunimmt. Ferner muss beim Aufwickeln der Fäden auf Wickel, z. B. Zettelbäume, durch den zunehmenden Durchmesser des Wickels die Spannung auch in Abhängigkeit von der Fülle des Baumes geregelt werden. Es ist auch bekannt, durch eine vorlaufende, d. h. schneller als der Faden laufende Walze die Spannung herabzusetzen.
Dadurch entstehen Wickel gleichbleibender Spannung, die sehr gering gehalten werden kann, so dass weiche Spulen, wie sie besonders für das Färben oder andere Nassbehandlungen gebraucht werden, entstehen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Faden zwischen Auflauf- und Ablaufspule eine Zusatzspannung erteilt wird, welche vom Fadenvorrat auf der Ablaufspule abhängig ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Auflaufspule und der Ablaufspule ein Fadenspanner vorgesehen ist, der die Fadenspannung in Abhängigkeit vom Fadenvorrat auf der Ablaufspule steuert. Es kann bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, um den Abzug gleichmässiger zu gestalten, zwischen dem Abzug und der Ablaufspule ein zusätzlicher Spannungsregler angeordnet werden, der den Faden dem Förderglied bereits mit einer vorbestimmten Spannung zuführt.
Dadurch wird, wenn der Abzug infolge mechanischer Reibung den Faden mitnimmt, das Haftvermögen des Fadens am Abzugsglied (Auflaufspule) ausgeglichener sein. Um nun die Fadenspannung des auflaufenden Fadens gegebenenfalls zu beeinflussen, wird vorteilhaft ein zweiter Spanner dem Fördermittel nachgeschaltet, der dann die Aufwickelspannung regelt.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit der Fadenspannung vom Spulendurchmesser bei gleichbleibender Fadengeschwindigkeit wiedergibt,
Fig. 2 bis 5 eine Einrichtung, bei welcher die Faden spannung auf der Ablaufseite in Abhängigkeit vom Spulen durchmesser geregelt wird,
Fig. 6 eine Einzelheit bezüglich der Regelung,
Fig. 7 und 8 eine andere Ausführungsform, bei welcher die Spannungsregelung mittels eines Luftstroms erfolgt,
Fig. 9 und 10 je eine Ausführungsform, bei welcher die Fadenspannungssteuerung in Abhängigkeit vom Durchmesser des Auflaufwickels vorgenommen wird,
Fig. 11 eine Ausführungsform, bei welcher der Abzug durch pneumatische Mittel erfolgt.
In einem Gestell 1 sind eine Auflaufspule 2 und zwei umlaufende Walzen 3 und 4 gelagert, welch letztere in Richtung eines ablaufenden Fadens F und an ihrer Oberfläche schneller als der Faden umlaufen, ihn also fördern. Der Faden F läuft von einer Spule 5, die sich in einem Gatter 6 befindet, ab. Vor der Spule 5 befindet sich eine Fadenführungsöse 7 und, an einem Arm 8 befestigt, ein Spanner 9. Dieser Spanner besteht aus zwei festen Teilen 10 und einem beweglichen Teil 11. Der bewegliche Teil 11 sitzt an einem Hebelarm 12, der unter Wirkung eines Elektromagneten 13 steht und schwenkbar ist. Auf der einen Seite der Spule ist, wie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich, eine Lichtquelle 14 angebracht, die einen schmalen Lichtstrahl 14a aussendet. Fig. 3 lässt den Querschnitt des Lichstrahles 1 4a der Lichtquelle 14 erkennen.
Auf der anderen Seite der Spule ist eine Photozelle 14b angebracht, die einen Eintrittsspalt 15 (Fig. 2) besitzt. Wie in Fig. 2 ersichtlich, ist eine Stromquelle 16 in den Stromkreis des Elektromagneten 13 und der Photozelle 15 geschaltet. Bei Verwendung von Photoelementen kann diese Stromquelle 16 entfallen. Je nach Empfindlichkeit der Photozelle und der Art des Aufbaues kann es zweckmässig sein, einen Verstärker vorzusehen, um die abgetastete Grösse in verstärktem Ausmass am Elektromagneten 13 zur Wirkung zu bringen.
Während des Ablaufs nimmt, wie insbesondere die Fig. 3 bis 5 zeigen, der Durchmesser der Spule 5 ab, wobei zum Ausgleich der vermehrten natürlichen Spannung die Stellung des beweglichen Spannerteiles 11 gegenüber den festen Spannerteilen 10 unterschiedlich sein muss. Die Figuren zeigen auch, dass der mechanische Fadenspanner mit abnehmendem Spulendurchmesser weniger Zusatz- bzw. Kompensationsspannung erzeugt. Infolge der Abnahme des Spulendurchmessers beim Ablauf muss bei gieich- bleibender Fadengeschwindigkeit der Faden schneller um die Ablaufspule umlaufen. Die Zentrifugalkraft wird dadurch grösser, und die Fadenspannung, die bereits vor der Fadenführungsöse 7 im Faden vorhanden ist, wächst dementsprechend. Um diese Änderung zu kompensieren, ist die elektrische Abtasteinrichtung vorgesehen.
Der abtastende Lichtstrahl 14a gelangt je nach der Fülle der Spule 5 breiter oder schmäler auf die Photozelle 15 und erzeugt einen seiner Breite entsprechenden Strom, der nun seinerseits über den Elektromagneten 13 auf den Hebelarm 12 bzw. dessen Anker 12a wirkt und den beweglichen Teil des Fadenspanners 9 mehr oder weniger hebt. Dadurch wird die Umschlingung des Fadens sowohl um den Teil 11 als auch um die Teile 10 geändert und dem Faden eine entsprechende Kompensationszusatzspannung erteilt. Die Spannung vor dem Fadenspanner 9 und die Kompensationsspannung addieren sich, so dass sich eine gleichbleibende Spannung hinter dem Fadenspanner 9 ergibt. Durch die nachfolgenden Förderwalzen wird dann die Spannung herabgesetzt, so dass der Wickelbaum mit gleichbleibender und beliebig geringer Spannung gewickelt werden kann.
Die Umfangsgeschwindigkeit der umlaufenden Walzen 3 und 4 muss jeweils grösser sein als die Fadengeschwindigkeit. Je nach der Griffigkeit der Walzen und deren Umschlingungswinkel kann daher der Abzug allein durch diese Walzen erfolgen oder nur durch sie gefördert werden. Der Anteil, den die Walzen am Abzug haben, wird dann gross sein, wenn der Wickel der Spule 2 möglichst weich werden soll, und er kann einen geringen Anteil haben, wenn die Aufwickelspannung grösser sein darf. Um die Umschlingung und damit den Anteil, den die Walzen am Abzug haben, zu ändern, sind besondere, schwenkbare Umschlingungswalzen 17, 18, die um den Drehpunkt der Walzen 3 bzw. 4 verstellbar sind, angeordnet. Es ist auch, wie aus Fig. 10 ersichtlich, möglich, diese Walzen zur Regelung der Spannung zu verstellen bzw. automatisch an der Regelung zu beteiligen.
Die Steuerung kann nicht nur mittels mechanischer Glieder verwirklicht werden, sondern auch durch ein strömendes Medium. Fig. 7 und 8 zeigen, wie ein Luftstrom, wie er ohnehin zum Absaugen des Flugs beim Spulen oft verwendet wird, dazu dient, die Fadenspannung zu regeln. Ein Kanal 21 führt Druckluft herbei, die aus einer Düse 22 gegenüber zwei festen Fadenspannerteilen 10 angeordnet ist.
Die Spule 5 überträgt ihr Gewicht auf einen Winkelhebel 24, der einen Auslass 25 für einen Zweigkanal 21a abdeckt. Der Winkelhebel 24 steht ausser unter Wirkung des Spulengewichtes auch unter Wirkung einer Feder 26. Sobald das Gewicht der Spule infolge Ablaufs abnimmt, wird durch die Wirkung der Feder 26 der Winkelhebel 24 vom Auslass 25 gehoben, so dass mehr Luft austritt. Dadurch wird ein Teil des Luftstromes, der durch den Kanal 21 der Düse 22 zugeführt wurde, nun durch den Auslass 25 entweichen. Dadurch wird die Beblasung und Ablenkung des durchlaufenden Fadens F zwischen den festen Teilen 10 abnehmen. Dadurch nimmt auch die Umschlingung an ihnen ab, und der aufblasende Luftstrom wird demzufolge eine geringere Kompensationsspannung am Fadenspanner erzeugen. Zur Anpassung der Strömungsverhältnisse kann eine Ein engung 23 des Kanals 21 dienen.
Soll an Stelle von Blasluft Saugluft verwendet werden, was besonders vorteilhaft ist, da damit auch herumfliegende, am Faden haftende Faserteilchen abgesaugt werden, so erfolgt die Steuerung des Luftstromes zweckmässig durch ein im Hauptstrom liegendes Ventil 27, wobei die Bewegung des Winkelhebels 24 über eine Verbindungsstange 28 auf das Ventil 27 übertragen wird. Die Ausbildung des Kanals am Fadenspanner entspricht dann zweckmässig der Ausbildungsform gemäss Fig. 8, wobei der Faden je nach dem erzeugten Luftstrom in eine mehr oder weniger starke Zickzackform mit sich ändernder Umschlingung hineingesaugt wird.
Bei den Ausführungsformen nach Fig. 9 und 10 wird immer nur eine einzige Ablaufspule 5 zur Fül lung einer Auflaufspule 2 verwendet, so dass die Menge des auf 2 aufgewickelten Garns gerade gleich der Menge des abgewickelten Garnes ist. Die Fadenspannung wird hier nur indirekt von der Ablaufspule gesteuert, indem der Durchmesser der Auflaufspule abgetastet wird. Dies genügt in vielen Fällen den Anforderungen der Praxis vollauf. Es ist ja bekannt, wie gross bei bestimmten Fadengeschwindigkeiten die bereits an der Spule sich infolge der Ballonbildung ausbildende Spannung ist, und ebenso ist bekannt, wie stark die Fadenspannung ist, mit welcher jede Fadenlage am Aufwickelbaum aufträgt bzw. an der Spule abläuft.
Werden diese beiden Werte entsprechend ihrer Gesetzmässigkeit zusammengesetzt, so kann unter Verwendung von Kurven stücken oder anderen den jeweiligen mathematischen Gesetzen folgenden Funktionsgliedern die Fadenspannung direkt von der Fadenmenge auf dem Aufwickelbaum aus gesteuert werden. Auch in diesem Fall laufen die Walzen 3 und 4 schneller als der Faden. Je nach der erwünschten Härte werden dann diese Walzen einen gewissen Anteil, z. B. 50 bis 80 /o der aus der Ballenbildung her am Einlauf bereits vorhandenen Spannung kompensieren, so dass allein die restliche verbleibende Spannung noch beim Aufwickeln zur Wirkung kommen kann.
Die Auflaufspule 2 wird hierbei von einem Taster 31 auf seine Fülle abgetastet und diese Bewegung über ein Gestänge 32 auf den Fadenspanner 34 übertragen oder bei der Ausbildungsform nach Fig. 10 über die Verbindungsstange 33 der Umschlingungswalze 18 übertragen, welche durch Änderung der Umschlingung die Haftung und damit die Förderwirkung der Walzen 3 und 4 ändert.
Während bei den Ausführungsformen der Fig. 2 bis 10 zum Abzug Förderwalzen vorgesehen sind, zeigt Fig. 11 eine Ausführungsform, bei der Saugluft zum Abzug des Fadens von der Spule dient.
Der Faden F läuft in an sich bekannter Weise durch die Öse 7 zum pneumatischen Fadenspanner 10 und weiter durch den Saugluftkanal 41, den er durch eine Öffnung 42 verlässt. Von dort kann er unmittelbar dem Wickelbaum zugeführt werden. In Abänderung der Bauweise nach Fig. 11 kann der Fadenspanner statt am Einlauf des Fadens auch am Auslauf, also in Nähe der Öffnung 42, angeordnet sein.
Beim Umspulen von Garnen auf einen Baum, z. B. Zettel- oder Schärbaum, werden bekanntlich viele Fäden (bis zu 800) gleichzeitig abgespult. Es genügt dann oft zur Beeinflussung der Fadenspanner, jeweils nur eine Lichtschranke zum Abtasten der Ablaufspulenfülle zu verwenden und alle Fadenspanner gemeinsam von dieser steuern zu lassen.