DE10060593A1

DE10060593A1 - Aufspulmaschine

Info

Publication number: DE10060593A1
Application number: DE10060593A
Authority: DE
Inventors: Carsten Popp; Helmut Weigend; Klaus Rippstein; Rainald Vos
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2001-07-05

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.

Bezugszeichenliste

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

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.