DE10060593A1 - Aufspulmaschine - Google Patents
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Abstract
Es ist eine Aufspulmaschine zum Aufwickeln zumindest eines synthetischen Fadens mit mehreren an einem Maschinengestell beweglich angebrachten Bauteilen beschrieben. Die Bauteile umfassen zumindest eine angetriebene Spulspindel zur Aufnahme einer Spule und eine an der Spule anliegende Andrückwalze. Zur Schwingungsdämpfung ist ein Dämpfungsmittel vorgesehen, welches mehrere elektrische Piezoelemente mit zumindest einem Piezoaktor und einem Piezosensor aufweist. Der Piezoaktor und der Piezosensor sind durch eine elektrische Schaltung miteinander verbunden, so daß die vom Piezosensor erzeugte Spannung zur Aktivierung des Piezoaktors genutzt werden kann.
Description
Die Erfindung betrifft eine Aufspulmaschine zum Aufwickeln zumindest eines
synthetischen Fadens zu einer Spule gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zum Aufwickeln eines kontinuierlich anlaufenden Fadens zu einer Spule werden
bekannte Aufspulmaschinen eingesetzt, bei welchen mehrere bewegliche Bauteile
an einem Maschinengestell angebracht sind. Die beweglichen Bauteile dienen
dazu, die Spule aufzunehmen und den Faden gleichmäßig auf die Spule
aufzuwickeln. Hierbei ist das Auftreten von Schwingungen der beweglichen
Bauteile an dem festen Maschinengestell mehr oder weniger unvermeidlich. So
muß eine Spulspindel in Abhängigkeit vom Durchmesser der Spulen vom Anfang
bis zum Ende der Aufwicklung einen Drehzahlbereich von ca. 2.000 U/min bis
hin zu 30.000 U/min durchlaufen. Hierbei müssen im besonderen Maße die
kritischen Drehzahlen, die eine ungedämpfte Schwingung der Spulspindel
verursachen, vermieden werden, um die einseitige Lagerung einer Spulspindel
nicht zu zerstören. Eine kritische Drehzahl liegt vor, wenn die Erregerfrequenz
mit der Eigenfrequenz der Spulspindel zusammenfällt. Aufgrund der großen
Drehzahlspreizung und der Tatsache, daß sich die Drehmassen während der
Aufwicklung der Spulen ständig verändern und damit die kritischen Drehzahlen
beeinflussen, können solche kritischen Drehzahlen auftreten. Hierbei werden die
Schwingungen insbesondere von den im Maschinengestell bewegt angeordneten
Bauteilen ausgeführt, wie beispielsweise einer Andrückwalze, die während des
Wickelns am Umfang der Spule anliegt.
Aus der DE 42 40 920 ist eine Aufspulmaschine bekannt, bei welcher am
Maschinengestell ein Dämpfungsmittel angeordnet ist. Das Dämpfungsmittel ist
als Tilger ausgebildet, welcher die Schwingungen absorbiert. Derartige
Schwingungsträger zeigen jedoch nur in einem relativ eingeengten
Frequenzbereich ein optimales Dämpfungsverhalten. Damit ist es jedoch nicht
möglich, die Schwingungen in der Aufspulmaschine über den gesamten
Drehzahlbereich zu dämpfen. Im Gegenteil werden die Bereiche der kritischen
Drehzahlen nur frequenzmäßig verschoben. Das Durchlaufen der kritischen
Drehzahlen kann im Extremfall zum Ausfall der Aufspulmaschine führen.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Aufspulmaschine der
eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß während des Aufwickelns des
Fadens zu einer Spule die Entstehung von Schwingungen durch geeignete
Dämpfungsmittel vermieden werden.
Die Aufgabe wird durch eine Aufspulmaschine mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Unteransprüchen definiert.
Die Erfindung besitzt den besonderen Vorteil, daß jeder Schwingung
entgegengewirkt wird, so daß die Schwingungen unmittelbar bei Entstehung
unterdrückt werden. Hierzu weist das Dämpfungsmittel mehrere elektrische
Piezoelemente auf, die aus zumindest einem Piezoaktor und einem Piezosensor
bestehen. Der Piezoaktor und der Piezosensor sind in einer elektrischen Schaltung
derart miteinander verbunden, daß die durch eine Schwingung in dem Piezosensor
erzeugte Spannung dem Piezoaktor aufgegeben wird, welcher sodann eine
Formänderung und damit eine Gegenkraft zur Schwingung aufbaut. Der
Piezosensor und der Piezoaktor sind jeweils aus einem Quarz oder einer Keramik
hergestellt, die aufgrund ihrer besonderen Kristallstruktur bei einer mechanischen
Belastung eine elektrische Polarisation erzeugen, die als Spannung erfaßbar ist.
Dieser Piezo-elektrische Effekt ist umkehrbar, so daß durch Anlegen einer
elektrischen Spannung eine Formänderung des Kristalls bewirkt werden kann.
Diese beiden Effekte werden in dem Dämpfungsmittel genutzt, um unmittelbar
eine auftretende Schwingung zu bekämpfen. In dem Piezosensor führt die
Schwingung als Belastung zu einer elektrischen Spannung, die durch eine
elektrische Schaltung dem Piezoaktor zur Aktivierung aufgegeben wird. Der
Piezoaktor bewirkt eine Formänderung und somit eine Gegenkraft zu der
Schwingung. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Aufspulmaschine liegt
darin, daß die Schwingungen im gesamten Frequenzbereich mit gleichmäßig
hoher Intensität unterdrückt werden können. Durch die elektrische Verknüpfung
zwischen dem Piezoaktor und dem Piezosensor ist das Dämpfungsmittel ohne
Fremdenergie an jede kritische Stelle innerhalb der Aufspulmaschine einsetzbar.
Hierbei können die elektrischen Piezoelemente sowohl an den beweglichen
Bauteilen als auch am Maschinengestell unmittelbar angebracht sein.
Um unabhängig vom Auftreten einer Schwingung aktiv in das Schwingsystem
zwischen den Bauteilen und dem Maschinengestell eingreifen zu können, wird
gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Aufspulmaschine nach Anspruch 2
vorgeschlagen, den Piezoaktor mit einer steuerbaren Spannungsquelle direkt zu
verbinden. Dabei ist die Spannungsquelle über eine Steuereinrichtung aktivierbar,
um beispielsweise in einem vorgegebenen Drehzahlbereich gezielt eine
Versteifung eines oder mehrerer Bauteile durch Aktivierung des Piezoaktors zu
erzielen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 ist eine
Verknüpfung zwischen der passiven und der aktiven Schwingungsreduktion
möglich. Hierbei ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, die einerseits zur
Ansteuerung des Piezoaktors mit der Spannungsquelle verebunden ist und
andererseits die Signale des Piezosensors erhält. Hierbei wird der Piezoaktor so
lange aktiviert, bis die Signale des Piezosensors keine oder nur eine als zulässig
unwesentliche Schwingung signalisieren.
Damit die Schwingungen möglichst unmittelbar in der Nähe ihrer Entstehung
reduziert werden können, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der
Erfindung vorgeschlagen, die elektrischen Piezoelemente unmittelbar an einem
der bewegten Bauteile anzubringen. So lassen sich bei Schwingungen der
Spulspindel die Piezoelemente vorzugsweise im Bereich der Lagerung anbringen.
Tretende schwellende umlaufende Schwingbelastungen an den Lageraußenringen
auf, wird an jedem Lageraußenring eine entgegengesetzte Kraft durch das
Piezoelement aufgebracht, die so die beginnende Schwingung dämpft bzw.
vermeidet. Bei den Spulspindeln können die Piezoelemente jedoch auch
unmittelbar im Mantel oder am Flansch angebracht sein.
Die Piezoelemente können jedoch auch unmittelbar an dem Maschinengestell
oder in einer Verbindungsstelle eines der Bauteile mit dem Maschinengestell
angeordnet werden.
Um eine gleichmäßige passive Dämpfung an der gesamten Aufspulmaschine zu
erreichen, weist das Dämpfungsmittel zusätzlich einen Schwingungsabsorber auf,
welcher das Maschinengestell mit den Bauteilen trägt. Dadurch wird eine
Entkopplung zur Umgebung geschaffen, so daß keine Schwingungen aus der
Umgebung auf das Maschinengestell bzw. die an dem Maschinengestell
angebrachten Bauteile übertragen werden. Grundsätzlich werden hierbei die
Eigenfrequenzen des Gesamtsystems abgesenkt, so daß die Aufspulmaschine im
überkritischen Bereich betrieben werden kann.
Als besonders geeignet hat sich ein Schwingungsabsorber herausgestellt, der
kastenförmig ausgebildet ist und mit einer elastischen Füllung, vorzugsweise
einem geschäumten Polyurethan, aufgefüllt ist. Der kastenförmige Träger wird
dabei von dem elastischen Füllmaterial gegenüber dem Aufstellungsort
abgestützt, so daß eine völlige Entkopplung zur Umgebung vorhanden ist.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Aufspulmaschine sind anhand eines
Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die folgenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Aufspulmaschine mit passiver Dämpfung;
Fig. 2 schematisch ein Piezoelement zur passiven Dämpfung;
Fig. 3 schematisch ein Piezoelement zur aktiven Dämpfung;
Fig. 4 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Aufspulmaschine.
In Fig. 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Aufspulmaschine gezeigt. Die Aufspulmaschine weist ein Maschinengestell 1 auf.
In dem Maschinengestell 1 sind mehrere bewegliche Bauteile zum Aufwickeln
mehrerer parallel nebeneinander verlaufender Fäden 20 zu jeweils einer Spule 9
angebracht. Die beweglichen Bauteile umfassen in Fadenlaufrichtung zunächst
pro Wickelstelle eine Changiereinrichtung 17, eine unterhalb der
Changiereinrichtung 17 angeordnete Andrückwalze 12, die zum Ablegen der
Fäden 20 an der Oberfläche der zu wickelnden Spule 9 anliegt. Die Spulen 9
werden auf Hülsen 10 gewickelt, die auf einer auskragend gelagerten Spulspindel
2 aufgesteckt sind. Die Spulspindel 2 ist hierzu an einem Spulrevolver 6 drehbar
gelagert. Der Spulrevolver 6 ist im Lager 9 drehbar in dem Maschinengestell 1
angeordnet. Hierbei ist der Spulrevolver 6 über den Revolverantrieb 7 aktivierbar.
An dem Spulrevolver 6 ist um 180° versetzt zu der Spulspindel 2 eine weitere
Spulspindel 3 auskragend drehbar gelagert. Die Spulspindel 3 trägt mehrere
Hülsen 11. Den Spulspindeln 2 und 3 sind jeweils ein Spindelmotor 4 und 5
zugeordnet. Der Spindelmotor 4 treibt während des Aufwickelns der Fäden 20 die
Spulspindel 2 derart an, daß die Umfangsgeschwindigkeit der zu wickelnden
Spule 9 konstant bleibt.
Die an der Spulenoberfläche der Spulen 9 anliegende Andrückwalze 12 ist an
ihren Enden in einer Schwinge 13 gelagert. Die Schwinge 13 ist über die
Schwenklager 14 und 15 in dem Maschinengestell 1 schwenkbar gelagert. An der
Schwinge 13 ist ein Dämpfungsmittel in Form mehrerer nebeneinander
angeordneter Piezoelemente 19 angeordnet. Die Piezoelemente 19 sind derart an
der Schwinge 13 angeordnet, daß die Stabilität der Schwinge 13 durch die
Piezoelemente 19 beeinflußbar ist. Der Aufbau der Piezoelemente 19 wird
nachfolgende noch näher beschrieben.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Aufspulmaschine werden mehrere Fäden 20 mit im
wesentlichen konstanter Geschwindigkeit zugeliefert. Die Fäden 20 werden
zunächst über mehrere Kopffadenführer 18 geführt, die in einer Wickelstelle die
Spitze eines Changierdreiecks bilden. Innerhalb einer Wickelstelle gelangt der
Faden 20 zu der Changiereinrichtung 17, wobei der Faden 20 durch einen
Changierfadenführer in den Grenzen eines Changierhubes hin- und hergeführt
wird. Hierzu könnte die Changiereinrichtung 17 durch einen in einer
Kehrgewindewelle geführten Fadenführer angetrieben werden oder durch mehrere
Flügel zweier gegensinnig angetriebener Rotore gebildet werden. Hinter der
Changiereinrichtung 17 wird der Faden 20 an der Andrückwalze 12 mit mehr als
90° umgelenkt und sodann auf der Spule 9 aufgewickelt. Die Spule 9 wird auf der
Hülse 10 gebildet. Die Hülse 10 ist auf der angetriebenen Spulspindel 2
aufgespannt. Die Spulspindel 2 wird hierbei direkt durch den Spindelmotor 4
angetrieben. Es ist jedoch auch möglich, die Spule indirekt durch Friktion über
eine angetriebene Andrückwalze anzutreiben.
Um während des Aufwickelns den Achsabstand zwischen der Spulspindel 2 und
der Andrückwalze 12 entsprechend dem anwachsenden Spulendurchmesser zu
vergrößern, wird die Auslenkbewegung der Andrückwalze 12 an der Schwinge 13
sensiert und zur Steuerung des Revolverantriebs 7 verwendet. Eine derartige
Aufspulmaschine ist beispielsweise aus der EP 0 374 536 bekannt. Hierbei wird
der Spulrevolver 6 in Abhängigkeit von der Bewegung der Andrückwalze 12
angetrieben. Insoweit wird an dieser Stelle auf die genannte Druckschrift Bezug
genommen.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Spulspindel 2 ortsfest zu halten und
die Andrückwalze 12 mit der Changiereinrichtung 17 an einem verfahrbaren
Schlitten anzuordnen. Dabei kann die Bewegung des Schlittens ebenfalls durch
die sensierte Bewegung der Andrückwalze 12 gesteuert werden.
Nachdem die Spulen 9 auf der Spulspindel 2 fertig gewickelt sind, erfolgt
selbsttätig ein Wechsel der Spulspindeln 2 und 3 durch den Spulrevolver 6. Dabei
wird die Spulspindel 2 mit den Vollspulen aus dem Aufwickelbereich in einen
Wechselbereich verschwenkt. Gleichzeitig gelangt die Spulspindel 3 mit den
Hülsen 11 aus dem Wechselbereich in den Wickelbereich. Durch Umlenkmittel
wird sodann der Faden an die Hülsen 11 der Spulspindel 3 angelegt und gefangen,
so daß neue Spulen gewickelt werden können. Die Spulspindel 2 befindet sich mit
den Vollspulen in einem Wechselbereich, in welchem die Vollspulen gegen neue
Hülsen ausgetauscht werden.
Bei derartigen Aufspulmaschinen treten mehr oder weniger durch Resonanzen
angeregte Schwingungen auf, die sich unmittelbar auf die Andrückwalze 12 und
somit auf die Schwinge 13 übertragen. Zur Schwingungsdämpfung sind an der
Schwinge 13 mehrere Piezoelemente 19 angeordnet. In Fig. 2 ist der Aufbau eines
Piezoelementes 19 dargestellt. Das Piezoelement 19 besteht aus einem
Piezosensor 21 und einem Piezoaktor 22. Der Piezosensor 21 ist über eine
elektrische Schaltung 23 mit dem Piezoaktor 22 verbunden. Ein derartiges
Piezoelement besitzt den Vorteil, daß keine Fremdenergie zur
Schwingungsdämpfung zugeführt werden muß. Bei auftretenden Schwingungen
führt die Auslenkung und somit die Verformung in dem Piezosensor 21 zu einer
elektrischen Polarisation. Hierbei entsteht eine Spannung in dem Piezosensor 21.
Diese Spannung wird über die elektrische Schaltung 23 dem Piezoaktor 22
aufgegeben. Der Piezoaktor 22 führt eine Formänderung aus, die zu einer
Stabilisierung der Schwinge 13 führt. Damit wird jeder Schwingbewegung eine
Formänderung entgegengesetzt, so daß ein Aufbau von Schwingungen an der
Schwinge 13 vorteilhaft vermieden werden kann.
Der in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 gezeigte Einbauort der
Piezoelemente ist beispielhaft. Um beispielsweise Schwingungen der
Spulspindeln zu dämpfen, besteht auch die Möglichkeit, die Piezoelemente im
Bereich der Lager der Spulspindeln einzusetzen. Hierzu wird an jedem
Lageraußenring ein oder mehrere Piezoaktoren angeordnet, um bei auftretenden
schwellenden Belastungen entsprechende entgegengesetzte Kräfte am
Lageraußenring zu erzeugen. Damit wird die beginnende Schwingung gedämpft
bzw. der Aufbau einer Schwingung unmittelbar verhindert. Grundsätzlich ist der
Einbau der Piezoelemente an drehenden oder stehenden Bauteilen möglich.
Um besonders kritische Drehzahlbereiche ohne größere Schwingungen zu
durchlaufen, lassen sich die Piezoelemente auch vorteilhaft mit einer
Regeleinrichtung kombinieren. In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer
derartigen Regeleinrichtung gezeigt. Hierbei ist ein Piezoaktor 22 mit einer
Spannungsquelle 25 verbunden. Die Spannungsquelle 25 läßt sich über eine
Regeleinrichtung 24 aktivieren. Die Regeleinrichtung 24 ist mit einem
Piezosensor 21 verbunden. In dem in Fig. 3 dargestellten Signalplan ist der
Regeleinrichtung 24 ein Drehzahlbereich vorgegeben, in welchem bewußt eine
Strukturveränderung an einem der Bauteile der Aufspulmaschine durchzuführen
ist. Für den Fall, daß die Aufspulmaschine in den kritischen Bereichen läuft, wird
über die Spannungsquelle 25 der Piezoaktor 22 aktiviert. Durch Formänderungen
des Piezoaktors 22 werden entsprechende Strukturveränderungen des mit dem
Piezoelement besetzten Bauteils erreicht. Über den Piezosensor 21 läßt sich
unmittelbar feststellen, ob es zu einer Schwingungsanregung kommt oder ob die
Schwingungsanregung vorteilhaft unterdrückt wird. Für den Fall, daß der
Piezosensor 21 der Regeleinrichtung eine Schwingung signalisiert, wird eine
Korrektur der Aktivierung des Piezoaktors 22 vorgenommen.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Aufspulmaschine dargestellt. Die Aufspulmaschine ist in ihrem Aufbau identisch
zu der in Fig. 1 gezeigten Aufspulmaschine. Insoweit wird auf die vorhergehende
Beschreibung Bezug genommen. Um eine Veränderung der
Resonanzschwingungen zu erreichen, ist bei der in Fig. 4 dargestellten
Aufspulmaschine das Maschinengestell 1 auf einen Schwingungsabsorber 26
gestellt. Der Schwingungsabsorber 26 besteht hierbei aus einem Träger 27, der als
Hohlkörper ausgebildet und mit einer Füllung 28 gefüllt ist. Die Füllung 28
besteht vorzugsweise aus einem geschäumten Polyurethan, das den Träger 27
gegenüber der Umgebung abstützt. Hierdurch wird eine schwingungsisolierte
Aufstellung der Aufspulmaschine erreicht. Die kritischen Drehzahlen der
Aufspulmaschine werden insgesamt abgesenkt, so daß eine Verschiebung der
Resonanzfrequenzen erfolgt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen
Aufspulmaschine liegt darin, daß keine Schwingungsanregung aus der Umgebung
auf die Aufspulmaschine wirkt. Besonders vorteilhaft wirkt sich eine derartige
Schwingungsdämpfung bei einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten
Aufspulmaschinen in einer Spinnereianlage aus. Damit sind äußere Störeinflüsse
im wesentlichen auszuschließen. Insbesondere in Kombination mit den
Piezoelementen ist eine hohe Laufruhe beim Aufwickeln der Spulen zu
realisieren. Damit können in jeder Wickelstelle gleichwertige Spulen hergestellt
werden.
1
Maschinengestell
2
Spulspindel
3
Spulspindel
4
Spindelmotor
5
Spindelmotor
6
Spulrevolver
7
Revolverantrieb
8
Lager
9
Spule
10
Hülse
11
Hülse
12
Andrückwalze
13
Schwinge
14
Schwenklager
15
Schwenklager
17
Changiereinrichtung
18
Kopffadenführer
19
Piezoelement
20
Faden
21
Piezosensor
22
Piezoaktor
23
elektrische Schaltung
24
Regeleinrichtung
25
Spannungsquelle
26
Schwingungsabsorber
27
Träger
28
Füllung
Claims (7)
1. Aufspulmaschine zum Aufwickeln zumindest eines synthetischen Fadens mit
mehreren an einem Maschinengestell beweglich angebrachten Bauteilen, die
zumindest eine angetriebene Spulspindel zur Aufnahme einer Spule und eine
an der Spule anliegenden Andrückwalze umfassen, und mit zumindest einem
Dämpfungsmittel zur Schwingungsdämpfung, dadurch gekenzeichnet, daß das
Dämpfungsmittel mehrere elektrische Piezoelemente mit zumindest einem
Piezoaktor und einem Piezosensor aufweist und daß der Piezoaktor und der
Piezosensor durch eine elektrische Schaltung miteinander verbunden sind.
2. Aufspulmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Piezoaktor mit einer steuerbaren Spannungsquelle verbunden ist, welche
durch eine Steuereinrichtung aktivierbar ist.
3. Aufspulmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Regeleinrichtung zur Ansteuerung des Piezoaktors vorgesehen ist, welche
einerseits mit dem Piezosensor und andererseits mit der Spannungsquelle
verbunden ist.
4. Aufspulmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrischen Piezoelemente unmittelbar an einem der bewegten
Bauteilen angebracht sind.
5. Aufspulmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrischen Piezoelemente in einer Verbindungsstelle eines der
Bauteile mit dem Maschinengestell angeordnet sind.
6. Aufspulmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche oder nach dem
Oberbegriff des Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Dämpfungsmittel zusätzlich einen Schwingungsabsorber aufweist, welcher
das Maschienengestell mit den Bauteilen trägt.
7. Aufspulmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schwingungsabsorber durch einen kastenförmigen Träger mit einem
elastischen Füllmaterial, vorzugsweise einem geschäumten Polyurethan
gebildet ist.
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WO2014187677A1 (de) * | 2013-05-24 | 2014-11-27 | Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg | Aufspulmaschine |
WO2018185145A1 (de) * | 2017-04-07 | 2018-10-11 | Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg | Aufspulmaschine |
DE102017006865A1 (de) | 2017-07-19 | 2019-01-24 | Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg | Aufspulmaschine |
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2000
- 2000-12-06 DE DE10060593A patent/DE10060593A1/de not_active Withdrawn
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