DE102005035259A1

DE102005035259A1 - Verfahren zum Betrieb einer Textilmaschine für das Erzeugen und/oder Veredeln, sowie Aufspulen eines Fadens und Textilmaschine

Info

Publication number: DE102005035259A1
Application number: DE102005035259A
Authority: DE
Inventors: Horst Wolf
Original assignee: Maschinenfabrik Rieter AG
Current assignee: Maschinenfabrik Rieter AG
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2006-03-23

Abstract

Für das Erzeugen und/oder Veredeln sowie Aufwinden von Faden (1) weist eine Textilmaschine eine Mehrzahl von Arbeitsstellen auf. Für jede Arbeitsstelle ist eine von einem Spindelmotor (6) angetriebene Spindel (2) und ein von einem Trichtermotor (7) angetriebener Trichter (3) vorgesehen. Um die Aufwindespannung (F¶AW¶) beim Aufspulen konstant zu halten, wird für die beiden Motoren (6, 7) je eine Drehmoment-/Drehzahlkennlinie (D¶S¶, D¶T¶) vorgegeben, die im Arbeitsbereich zueinander parallel und parallel zum Verlauf des für die Überwindung der Aufwindespannung (F¶AW¶) erforderlichen Drehmomentes (M¶AW¶) sind. Durch die Parallelität ist eine Selbstregelung geschaffen, die zwei unabhängige Regelkreise für die lastabhängige Drehzahl des Spindelmotors und für die Drehzahldifferenz zwischen Spindel und Trichter schafft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Textilmaschine für das Erzeugen und/oder Veredeln, sowie Aufspulen eines Fadens und eine Textilmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 9.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Textilmaschinen, insbesondere der Trichterspinn- und -zwirnmaschinen. Im Falle der Trichterspinnmaschinen erhält ein von einem Streckwerk zugeführtes Faserbändchen durch das Rotieren eines Trichters als Fadenführer und die gleichzeitige Ablage auf einer Hülse die notwendige Drehung, so dass ein Faden einer geforderten Festigkeit entsteht. 1 zeigt die grundsätzliche Wirkungsweise einer Trichterspinnmaschine beim Aufspulen eines Fadens. Ein Faden 1 wird über das Fadenführungselement 16 des Trichters 3 auf einer auf einer Spindel 2 befindlichen Hülse 8 aufgespult. Dies erfolgt durch eine Drehzahldifferenz von Spindel 2 zum Trichter 3.
Mittels einer Axialbewegung des Trichters 3 (mit dem Fadenführungselement 16) und. der auf der Spindel 2 befindlichen Spule relativ zueinander wird der Spulenaufbau bestimmt. Für die weitere Verwendung eines Fadens hat sich als Spulenform die sogenannte Kopsform – in der Regel durch eine «Kopswicklung» oder auch «Kötzerwicklung» aufgebaut – als besonders zweckmässig erwiesen. Der fertige Kops 9 weist typischerweise in der Kegelmitte den grössten Durchmesser, im Folgenden Basis B genannt, auf und verjüngt sich gegen die beiden Kegelenden, im Folgenden Spitzen Sp genannt, die den geringsten Durchmesser aufweisen.
Beim Aufspulen auf den kleineren Spulenradius r_Sp – siehe in 1 die Stellen H, Sp – entstehen durch ein ungünstiges Kräfteparallelogramm grössere Fadenspannungen F_AW als bei der Aufspulung auf den äusseren, also grösseren Spulenradius r_B. Dieser Sachverhalt ist im einzelnen in der 3a dargestellt, wobei F_F für die am Fadenführungsorgan angreifende tangentiale Kraftkomponente F = FF steht. Daraus kann unmittelbar ersehen werden, dass die Aufwindespannung F_AW abhängig vom Aufspulradius r einen qualitativen Verlauf gemäss der 3b aufweist. Diese tangentiale Komponente kann auch ermittelt werden.
Beim Aufbau von Spulen/Kopsen kommt es, bedingt durch ihre Form, zu einer Veränderung des Durchmessers, auf den gewunden wird. Da die Lieferung durch die Spindeldrehzahl und den Faden gegeben ist, hängt die für die Aufwindung nötige Drehzahldifferenz zwischen Spindel 2 und Trichter 3 von den Veränderungen des Aufwindedurchmessers ab und ist ebendiesen Drehzahlveränderungen unterworfen. Trichter 3 und Spindel 2 werden dabei von je einem Motor 6 bzw. 7 angetrieben, die im Folgenden Spindelmotor 6, bzw. Trichtermotor 7 genannt werden.

Gemäss DE 37 41 430 C2 [1] bzw. EP 0 319 783 B1 [2] ist für die Spindel 2 eine konstante Drehzahl vorgesehen, so dass die Drehzahl des Trichters 3 über die Zeit t bzw. über die Axialbewegungen sägezahnartig verläuft. Dadurch ist die Fadenspannung F_AW beim Aufspulen, insbesondere an den Umkehrstellen der Axialbewegung zwischen Spindel 2, und Trichter 3, Schwankungen unterworfen. Für beste Fadenqualität ist es jedoch sehr wichtig, dass die Fadenspannung F_AW möglichst konstant ist.

Bei der Erzielung einer möglichst konstanten Fadenspannung F_AW kommt der Antriebstechnik eine hohe Bedeutung zu. Gemäss der Schrift [1] ist dazu vorgesehen, dass Spindelmotor 6 und Trichtermotor 7 je als Drehstromasynchronmotoren ausgebildet sind, die an einem gemeinsamen Umrichter (in [1] Frequenzsteuerung 16 genannt) angeschlossen sind. Für die nachfolgende Erläuterung wird auf die 2 Bezug genommen, die die Situation qualitativ wiedergibt: Die Drehmoment-/Drehzahlkennlinie D_T des Trichtermotors 7 ist so auf die Lastmomenten-/Drehzahlkennlinie L_T des Trichters 3 abgestimmt, dass bei gleicher Frequenz der Trichtermotor 7 mit einer Drehzahl n_T angetrieben ist, die für den Aufwindevorgang des Fadens 1 kleiner ist als die Spindeldrehzahl n_S. Schaltungstechnisch und dimensionierungsmässig wird dies wie folgt gelöst:

a) Die Drehmomentkennlinie D_T des Trichtermotors 7 ist weich, das heisst, sie weist eine relativ flache Neigung auf.
b) Die Aufwindeverhältnisse sind über die Zeit, bzw. über die axiale Bewegung des Trichters 3, offensichtlich variabel; nämlich in der vorerwähnten Sägezahnform. Eine für eine konstante Aufwindespannung F_AW erforderliche Anpassung der Drehmomentenkennlinie D_T des Trichtermotors erfolgt durch Zu- und Abschalten von im Läuferkreis befindlichen Widerständen. Dies führt dann zu einer veränderten Drehmomenten-/Drehzahlkennlinie D_T bzw. D_T'. Gemäss der 2 ist zwischen den beiden Kennlinien D_T und D_T' ein regelbarer Bereich definiert, der in einer unteren Drehzahl n_T und einer oberen Drehzahl n_T resultiert.

Auf diese Weise ist jedoch nur ein relativ geringer Bereich der Trichterdrehzahl n_T allein wie auch der Differenz zwischen Spindeldrehzahl n_S und Trichterdrehzahl n_T einstellbar und regelbar, da hier Spindelmotor 6 und Trichtermotor 7 am gleichen Stellglied angeschlossen sind.

Um sowohl den regelbaren Bereich der Trichterdrehzahl n_T wie auch die Differenz zwischen Spindeldrehzahl n_S und Trichterdrehzahl n_T vergrössern zu können, wird in EP 0 476 406 A1 [3] vorgeschlagen, für Trichtermotor 7 und Spindelmotor 6 je einen eigenen Frequenzumrichter 4 bzw. 5 vorzusehen und die beiden Frequenzumrichter 4 und 5 mit einer übergeordneten programmierbaren Steuerung zu verbinden.

Bei dieser Lösung ist zu beachten, dass zwei unabhängige Regelkreise zu beherrschen sind, nämlich:

i) Drehzahl n_S = f(Lastmoment) für den Spindelmotor;
ii) Drehzahldifferenz n_S – n_T zwischen Spindelmotor 6 und Trichtermotor 7 und somit auch zwischen Spindel 2 und Trichter/Glocke 3.

Unter der Voraussetzung einer konstanten Spindeldrehzahl n_S (Voraussetzung gemäss [1] und [2]) ist Folgendes auch durch Versuche bestätigt worden:

i) Die Fadenspannung F_AW ist stark abhängig von der Grösse des Aufspulradius' r (vgl. dazu 3a) mit rH = rSp ≤ r ≤ rB ;
ii) bei kleinem Aufwinderadius r_Sp an der Kegelspitze Sp des Kopses 9 ist die Fadenspannung F_{AW_Sp} bei gleichzeitig kleinerer Trichterdrehzahl n_T grösser als bei grossem Aufspuldurchmesser r_B an der Kegelbasis B bzw. im zylindrischen Teil des Kopses 9 bei gleichzeitig grösserer Läuferdrehzahl n_S.

Der obige Sachverhalt und dessen Konsequenzen werden nachfolgend formelmässig festgehalten: M = r·FAW; wobei rsp ≤ r ≤ rB

Erschwerend kommt noch folgender lastabhängiger Sachverhalt hinzu:

i) Durch die individuelle Lagerreibung streut die Last von Arbeitsstelle zu Arbeitsstelle.
ii) Die Last streut ferner durch den zu überwindenden Luftwiderstand. Dieser Luftwiderstand ist stark abhängig von der jeweiligen Grösse des Kopses 9, d.h. je mehr Faden auf einem Kops 9 bereits aufgewickelt ist, desto höher wird der Luftwiderstand. Neben Form und Stadium des Kopsaufbaus beeinflussen auch die Drehzahl und das Garn selbst den Luftwiderstand.

Die vorstehend erläuterten Zusammenhänge beim Aufwinden eines Fadens sind genereller Art, das heisst unabhängig, ob das zugrundeliegende Spinnverfahren mit einer Glockenspinnmaschine – auch Trichterspinnmaschine oder Kappenspinnmaschine oder Flügelspinnmaschine genannt – oder Ringspinnmaschine durchgeführt wird. Selbst die Verfahrensrichtung ist für die Parameter nicht von Bedeutung. Das gewöhnlich als Ab wärtsverfahren angewandte Verfahren kann ebenso als Aufwärtsverfahren durchgeführt werden. Statt, wie hier als bevorzugte Ausführung beispielhaft beschrieben, mit voreilender Spindel und nacheilendem Trichter kann das Verfahren auch mit voreilendem Trichter und nacheilender Spindel durchgeführt werden. Obwohl sich bei einzelnen Werten Vorzeichen und Beträge ändern, wird das Prinzip nicht tangiert. Diese Zusammenhänge haben aber auch Gültigkeit für Zwirnmaschinen. Im folgenden Kontext wird deshalb zusammenfassend von Textilmaschinen gesprochen. Es seien damit alle Spinn- und Zwirnverfahren subsummiert, bei denen ein rotierendes, angetriebenes und fadenführendes Drallelement eingesetzt ist und der produzierte Faden sowohl eine vollständige echte Drehung wie auch kein offenes Ende aufweist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Textilmaschine für das Erzeugen und Aufspulen eines Fadens und eine Textilmaschine zu Durchführung des Verfahrens anzugeben; bei denen Folgendes erreicht werden soll:

1. Die Aufwindespannung soll unabhängig von der individuellen Last der einzelnen Spinnstellen sein. Diese Unabhängigkeit soll möglichst selbstregelnd erzielt werden. Selbstregelnd bedeutet hier, dass auf eine aufwendige und komplexe individuelle Regelung für den Antrieb der Motoren verzichtet werden kann.
2. Dazu gehört auch die Beherrschung der beiden Regelkreise i) Drehzahl n_S = f(Lastmoment) für den Spindelmotor; ii) Drehzahldifferenz Δn_AW = n_S – n_T zwischen Spindelmotor 6 und Trichtermotor 7 und somit auch zwischen Spindel 2 und Trichter 3.
3. Die Fadenaufwindespannung F_AW (kurz Fadenspannung F_AW genannt) soll unabhängig vom momentanen Aufwinderadius r mit r_Sp ≤ r ≤ r_B sein. Zusätzlich soll die Fadenspannung F_AW möglichst konstant und einstellbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren sowie durch die im Anspruch 9 angegebene Textilmaschine gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren, wonach zur Erzielung einer möglichst konstanten Fadenspannung F_AW der Trichtermotor und der Spindelmotor je eine Drehmoment-/Drehzahl-Kennlinie aufweisen, die im Arbeitsbereich der beiden Motoren zueinander und zu Drehzahl- und Drehmomentdifferenz parallel sind, ist ein Verfahren geschaffen, das einerseits keinen komplexen Regelkreis erfordert, andererseits die Einflüsse von arbeitsstellenindividuellen Lagerreibungen sowie der individuellen, kopsgrössenabhängigen Luftreibung selbstregelnd bewerkstelligt. Eine erhöhte Lagerreibung der Spindel einschliesslich des Spindelmotors hat lediglich eine Verschiebung des Arbeitsbereiches zu einer etwas tieferen Drehzahl und einem etwas höheren Drehmoment längs der Drehmoment-/Drehzahl-Kennlinie der beiden Motoren zur Folge.

Auf diese Weise ist darüber hinaus ein Verfahren zum Erzeugen und/oder Veredeln, sowie Aufspulen eines Fadens geschaffen, das weder eine arbeitsstellenindividuelle Regelung, noch eine zentrale Regelung der Spindel- oder Trichtermotoren zwingend erfordert. Somit können Spindelmotoren und Trichtermotoren parallel an je einem Stellglied betrieben werden. Das Entfallen einer arbeitsstellenindividuellen Regelung hat einen bedeutenden Einfluss auf die Kosten einer Textilmaschine, da solche Textilmaschinen mehrere hundert Spinnstellen, resp. Zwirnstellen enthalten. Es ist daher auch denkbar, nicht alle Trichtermotoren und alle Spindelmotoren einer Maschine an je ein Stellglied anzuschliessen, sondern jeweils Gruppen von Motoren, bspw. die Motoren einer Maschinenseite oder die Motoren je einer Sektion.

Im Sinne der erfindungsgemässen Lehre werden die Begriffe Trichter, Balloneinengungshülse, Glocke und Drallerteilungselement synonym verwendet. Der Einfachheit halber ist im folgenden stets nur von Trichter die Rede. Die Bezugszeichenliste und die Liste der verwendeten Symbole bilden einen integrierenden Teil dieser Schrift.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine prinzipielle Darstellung der wesentlichen Elemente einer Arbeitsstelle einer bekannten Trichterspinnmaschine;
2 eine Darstellung des Verlaufs von Drehmoment zu Drehzahl bei Spindel und Trichter gemäss dem Stand der Technik aus [1];
3a eine Darstellung der Kräfteveränderung während des Aufspulens eines Fadens gemäss dem Stand der Technik;
3b einen Verlauf von Aufwindespannung/Fadenspannung abhängig vom Aufwinderadius gemäss dem Stand der Technik;
4 eine Darstellung der Kennlinien für Trichtermotor und Spindelmotor gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren;
5 eine durch Geometrie und Fadeneigenschaften bestimmte Lastkennlinie;
6 eine detaillierte Darstellung der Motorenkennlinien von Spindelmotor und Trichtermotor für einen Arbeitsbereich einer Spinnstelle;
7 eine Darstellung der Lastkennlinien für Reibung und Aufwindespannung für den Spindelmotor zur Erläuterung der Entkopplung von Regelkreisen.
1 zeigt eine prinzipielle Darstellung der wesentlichen Elemente einer Arbeitsstelle, d.h. einer Spinnstelle einer Trichterspinnmaschine (gilt entsprechend auch für Zwirnstellen:
Auf einer Spindel 2 ist eine Hülse 8 aufgesteckt zur Aufspulung des Fadens 1 zu einem Kops 9. Die Darstellung von Hülse 8 und Spindel 2 in 1 ist nur prinzipiell und gibt deren genauen Grössen- bzw. Durchmesserverhältnisse nicht wieder. Die Spindel 2 wird von einem Motor – hier Spindelmotor 6 genannt – und einem zugehörigen Stellglied 5 angetrieben. Zur Aufspulung eines Fadens 1 wird ein Trichter 3 von einem Motor – hier Trichtermotor 7 genannt – und einem zugehörigen Stellglied 4 angetrieben. Als Motoren sind Einphasen- oder vorzugsweise Drehstromasynchronmotoren vorgesehen. Spindel 2 und Trichter 3 sind koaxial angeordnet. Der Faden 1 wird vom Trichter 3 zu einem Fadenführungselement 16 geführt und von dort als sogenannte freie Fadenstrecke 14 auf der Hülse 8 aufgewickelt. Durch eine relative, axiale Changierbewegung (auch Hubbewegung genannt) zwischen Trichter 3 und Spindel 2 erfolgt die übliche Erzeugung der typischen Form eines Kopses 9, dabei sind in Zusammenhang mit der formelmässigen Betrachtung die Stellen Basis B und Hülse H bzw. Spitze Sp mit einem Hinweispfeil angegeben. Mit dem Bezugszeichen 1 ist der zu verspinnende Faserverband wie auch der durch Drallerteilung produzierte Faden bezeichnet. Die in 1 gezeigte Hülse 8 ist nicht erfindungsrelevant. Der Faden 1 kann ebenso gut auch hülsenlos/hülsenfrei aufgespult und der gebildete Kops 9 so von der Spindel 2 direkt abgezogen werden.
Für die unterschiedlich ausgebildeten Teile des Kopses 9 müssen sich die Drehzahlen von Spindel 2 und Trichter 3 bei der vorgenannten. Axialbewegung relativ zueinander ändern.
Ausgehend von den in der Beschreibungseinleitung aufgeführten Momentbetrachtungen erfolgt nun eine Darlegung der Situation bei konstanter angenommener Aufwindespannung F_AW unter vorläufiger Vernachlässigung von Lager- und Luftreibungskräften: Aufwindemomente der Spindel: MAW_B = FAW·rB (1) MAW_Sp = FAW·rSp (1)
Der Index Sp steht für den kleineren Spindelradius r_Sp an der Kegelspitze Sp des Kopses 9 und der Index B für den grösseren Aufwinderadius r_B an der Basis B des Kopses 9, siehe dazu die 1. Es gilt somit: rSp < rB
Dabei ist in 1 für den Spindelradius r_Sp zusätzlich das Zeichen H für die Hülse angefügt, im folgenden Kontext wird jedoch nicht unterschieden zwischen Hülsenradius r_H und Spindelradius r_Sp, da sich diese beiden Radien nur unwesentlich unterscheiden und da die mit bekannten hülsenlosen Verfahren hergestellten Kopse in der Grösse nahezu identisch sind.
Aus dem Gleichungssystem (1) lässt sich eine Differenz ΔM_AW des Drehmoments (Differenzdrehmoment) zwischen den beiden Aufwinderadien r_B und r_Sp bilden gemäss ΔMAW := MAW_B – MAW_Sp (2) = FAW·(rB – rSp) (2')
Ebenso ergibt sich eine Drehzahldifferenz zwischen den Drehzahlen von Spindel 2 und Trichter 3 für die jeweiligen Endwerte der Aufwinderadien r_Sp und r_B, die wie folgt bezeichnet wird: Für den Aufwinderadius rSp: ΔnAW_Sp (3) Für den Aufwinderadius rB: ΔnAW_B (3)
Damit ist auch ein windungsdurchmesserabhängiger bzw. ein axialhubabhängiger Drehzahldifferenzbereich ΣΔn_AW zwischen den beiden Positionen Spitze Sp und Basis B des Kopses 9 bestimmt durch ΣΔnAW := ΔnAW_Sp – ΔnAW_B (4)
Diese Differenz kann auf beide Motoren vorzugsweise hälftig aufgeteilt werden: Spindelmotor 6 und Trichtermotor 7 pendeln somit im Betrieb in einem Drehzahlbereich von ΔnAW := ΣΔnAW/2 (5)wobei gemäss der 6 dies für die Spindel S bzw. 2 und den Trichter T bzw. 3 differenziert dargestellt wird durch: ΔnAW = ΔnAW_S = ΔnAW_T.
Dass sich ein aufwindungsradiusabhängiges Differenzdrehmoment ΔM_AW = ΔM_AW(r) bei konstanter Aufwindespannung F_AW und gleicher Lastverteilung auf Spindelmotor 6 und Trichtermotor 7 ergibt, geht aus folgender Grundgleichung für das Aufwinden hervor: L = 2·Π(nS – nT) = 2·Π(ΔnAW) = const (6).
L steht dabei für die Lieferung in der Einheit [m/s].
Die vorstehende Gleichung (6) basiert auf:
Das aufwindungsradiusabhängige Differenzdrehmoment ist in 5 dargestellt. Die entsprechenden Positionen bei der axialen Bewegung sind mit Spitze Sp (bzw. Hülse H) und Basis B bezeichnet. An der Darstellung der 5 ist besonders bemerkenswert, dass mit höherer Drehzahl n_S das Lastdrehmoment L_AW abnimmt. An dieser Stelle sei nochmals auf die doppelte Belegung des Symbols ΔM_AW hingewiesen: Einerseits für die Drehmomentdifferenz zwischen Spitze S_p und Basis B, andererseits für den Verlauf dieser Differenz über den Aufwinderadius: ΔMAW = ΔMAW(r)
Die Steigung der Lastkennlinie L_AW gemäss der 5 mit gebrochener Skala (→ Δ.. auf Ordinate und Abszisse) wird durch den Faden bestimmt und zwar indirekt über die Feinheit des Fadens, hier dargestellt durch die Garnnummer Nm. Die Einheit von Nm ist [m/g]. Nm = IGarn [m]/mGarn [9]
Für die Fadeneigenschaft
gilt folgende Nomenklatur:

T:: Anzahl Drehung, engl. twist
m:: Meter; die Grösse T/m steht somit für die Anzahl Drehungen des Fadens pro Meter.
α_m:: Qrehungsbeiwert
Nm:: Garnnummer, Nummer metrisch.

Die Steigung der linearen Lastkennlinie gemäss der 5 ist somit bestimmt durch:

i) Geometrie betr. Spindelradius r_S bzw. Radius r_Sp an der Spitze des Kopses 9 und Radius r_B an der Basis des Kopses 9, Durch diese geometrischen Angaben sind auch die Drehzahlen, bzw. ist, wie in 5 angegeben, die Drehzahldifferenz Δn_AW bestimmt.
ii) Das Differenzdrehmoment ΔM_AW auf der Ordinate wird durch die Fadenspannung F_AW bestimmt, dies folgt unmittelbar aus den vorstehenden Gleichungen (1) und (2).

Damit nun die Aufwindespannung F_AW unabhängig vom Aufwinderadius r konstant gehalten werden kann, muss über diesen Aufwinderadius r das Differenzmoment ΔM_AW für den Trichtermotor 7 und den Spindelmotor je den gleichen Wert aufweisen, da «actio = reactio». Dies ist nur möglich, wenn die Momenten-/Drehzahlkennlinie D_T genau dem Moment-Verlauf des Fadens über dem Aufwinderadius r und der zugehörigen Drehzahldifferenz Δn_T = Δn_AW folgt. Wären nun die beiden Drehmomenten-/Drehzahlkennlinien D_S und D_T von Spindelmotor 6 und Trichtermotor 7 nicht parallel – siehe die 4 – wäre bei ungleicher Verteilung von ΔnAW = ΔnAW_S und (5.1) ΔnAW = ΔnAW_T mit (5.2) ΔnAW_T ≠ ΔnAW_S (5.3)auch die Fadenspannung F_AW nicht konstant. Dieser Sachverhalt in 6 dargestellt. Die Aufteilung der Drehzahldifferenz Δn_AW für Trichtermotor 7 und Spindelmotor 6 ist je an den Stellen Basis B (mit r_B bezeichnet) und Spitze Sp (mit r_Sp bezeichnet, da in etwa dem Radius der Spindel 2 entsprechend) dargestellt. Auf der Ordinate ist das entsprechende Drehmoment, genau dessen Differenz ΔM_AW eingetragen. An den Stellen r_B und r_sp der beiden Motorenkennlinien D_T und D_S befinden sich je die Wendestellen bei der Axialbewegung von Trichter 3 relativ zur Spindel 2. Diese «inverse» Lage ergibt sich aus der Aufteilung der Drehzahldifferenz Δn_AW auf Spindelmotor 6 und Trichtermotor 7 gemäss der Gleichung (5).
Das Aufwindemoment M_{AW_T} des Trichtermotors 7 ist bei nacheilendem Trichter ohne Berücksichtigung von Lagerreibung und Luftwiderständen ein treibendes Moment, d.h. der Trichtermotor 7 arbeitet im generatorischen Bereich. Mathematisch gesprochen ist dieses Moment M_{AW_T} im generatorischen Bereich negativ. Dies ergibt sich direkt aus 5 für den Arbeitsbereich, wo zunächst keine Lagerreibung und kein Luftwiderstand angenommen wurde.
Der Trichter 3 und damit der Trichtermotor 7 muss das Reibmoment des eigenen Lagers überwinden. Das durch den Luftwiderstand gegebene Moment kann innerhalb des betrachteten Drehzahlbereiches als konstant angenommen werden, ebenso die Lagerreibung. Daher sind Lagerreibung und Luftwiderstand in einer Grösse M_{TR_R} zusammengefasst. Die Grösse des Drehmomentenanteils von der Luftreibung ist unter anderem stark von einer eventuellen Kapselung abhängig. Gleichungsmässig gilt für das Moment des Trichtermotors: MTr = MTr_R + MAW_T.
Dabei ist zu beachten, dass M_{AW_T} negativ ist. Ist M_{AW_T} betragsmässig grösser als M_{Tr_R}, so wird M_Tr ebenfalls negativ. Der Motor läuft dann im generatorischen Betrieb. Aus der Verbindung von Trichter 3 und Spindel 2 durch den aufzuwindenden Faden und den geometrischen Verhältnissen bei der Aufwindung gilt: «actio = reactio», nämlich MAW_S + MAW_T = 0.
Der Einfluss von Lagerreibung und Luftwiderständen wird anhand der 7 für den Spindelmotor 6 erläutert. Dies steht in direktem Zusammenhang mit der durch die Erfindung zu lösenden Aufgabe, nämlich der Beherrschung der beiden oben erklärten Regelkreise. Dazu wird in Analogie zur 2 («Orthogonalität» von Lastkennlinie und Drehzahl-/Drehmomentkennlinie) das gleiche Prinzip anhand der 7 gezeigt: Zu Beginn der Aufwindung ist eine leere Hülse 8 vorgegeben. Die vorstehendenden Momentbetrachtungen für den Trichter 3 bzw. den Trichtermotor 7 haben bis auf die Luftreibung ebenfalls Gültigkeit. Die Luftreibung und damit das zu dessen Überwindung erforderliche Moment ist abhängig von der Grösse des Kopses 9. Dazu sind in 7 folgende zwei Lastkennlinien eingetragen:

L_0.0:: Lastkennlinie bei leerer Hülse 8;
L_0.5:: Lastkennlinie, Lastmoment bei halbvollem Kops 9.

Der Schnittpunkt der vorgegebenen Drehzahllinie mit der Lastkennlinie definiert den «Betriebspunkt» bei leerer Hülse 8, nämlich den Bereich zwischen Basis B (tiefere Drehzahl) und Spitze Sp (höhere Drehzahl). Durch das Kreuzen (mit dem Orth in 7 hier sogar als ein bevorzugte Variante Orthogonales Aufeinanderstehen dargestellt) – der Lastkennlinie L_0.0 mit der Lastkennlinie L_AW, die das Lastmoment L_AW für die Fadenaufwindung repräsentiert, beeinflussen sich die beiden vorstehend unter i) und ii) aufgeführten zugehörigen Regelkreise gegenseitig nicht. Die Kennlinie L_AW wird von der gewünschten Fadenspannung F_AW und dem Aufwinderadius r (zwischen B und Sp in 7) vorgegeben. Die selbsttätige Regelung ergibt sich nun so, dass die Drehzahl-/Momentkennlinie des Spindelmotors 6 über das Spannungsfrequenzverhältnis des Umrichters 5 auf Parallelität einzustellen ist. Um das Abfallen der Drehzahl über den Spulenaufbau durch einen Anstieg der Luftwiderstandsmomente an der Spindel auszugleichen, kann dies zentral geregelt oder gesteuert durch geregeltes oder gesteuertes Anpassen der Vorgabefrequenzen und – ob unter Beibehaltung der Orthogonalität oder nicht, ist nicht erfindungsrelevant – und des Abstandes der Kennlinien geschehen. Der Verlauf für den kopsgrössenabhängigen Regelkreis, bzw. für die kopsgrössenabhängige Steuerung (von leerer Hülse 8 zu halbvollem Kops 9) ist in 7 mit dem Symbol f_L dargestellt. Demzufolge ergibt sich bei halbvollem Kops 9 eine Lastkennlinie L_0.5.
Da sich die Geschwindigkeiten von Trichter und Spindel ständig ändern, jedoch in bekanntem Mass und an bekannter Stelle, können die nicht nur, aber besonders in den Umkehrpunkten aufttretenden Beschleunigungsmomente und Massenträgheitsmomente durch kurzzeitige Veränderung der Vorgabefrequenz ausgeglichen werden. Vorzugsweise wird diese Massnahme bereits vor dem zu erwarteten Ereignis gesteuert oder/und geregelt eingeleitet, um Auswirkungen auf die Fadenspannung zu vermeiden, wie bereits in der DE 102004036900.3A1 beschrieben, die als integrierender Bestandteil der vorliegenden Anmeldung gelten mag.
Der in 7 erläuterte Sachverhalt ist zusammenfassend und überlagert in 4 dargestellt, also für Spindelmotor 6 und Trichtermotor 7. Mit D_S und D_T sind je die parallelen Drehzahl-/Momentenkennlinien von Spindelmotor 6 und Trichtermotor 7 dargestellt. Auch in 7 ist die Skala für die Drehzahl gebrochen.
Als Motoren eignen sich typischerweise Asynchronmotoren, die so ausgelegt sind, dass die Herstellung der Parallelität der Motorkennlinien innerhalb des Einsatzbereichs möglich, ist. Es können jedoch auch andere Motoren, wie z. B. Synchronmotoren mit oder ohne Bürsten etc. mit geeigneten Motorkennlinien eingesetzt werden.
Die verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens sind frei kombinierbar, so z. B. die Orthogonaliät der Lastkennlinie entweder zur Lastkennlinie L_AW in einer nicht kausalen Weise oder zur Drehzahlkennlinie D_S des Spindelmotors 6. Im Kontext des hier vorgeschlagenen Verfahrens und der Textilmaschine zur Durchführung des Verfahrens sind die Angaben parallel und rechtwinklig stets in einer Unschärfebetrachtung zu verstehen: An einer konkreten Maschine werden die genannten Eigenschaften daher wenigstens im wesentlichen zutreffen. Diese Einschränkungen wurden zur besseren Lesbarkeit des vorliegenden Textes nicht jedes Mal angebracht, sondern sind implizit als gegeben zu betrachten. Zur Vermeidung eines übermässigen Formelapparates wurde an einzelnen Stellen nicht strikte unterschieden zwischen z.B. der Kennlinie in einem Diagramm und der durch die Kennlinie repräsentieren Grösse. Diese trifft insbesondere auf die 5 zu, wo nicht genau unterschieden wurde zwi schen dem Differenzdrehmoment ΔM_AW zwischen Spitze Sp und Basis B einerseits und der durch die Fadenspannung F_AW verursachten Aufwindedrehmoment M_AW wie auch über den Verlauf wischen den beiden Stellen Spitze Sp und Basis B. Diese Ungenauigkeiten beeinträchtigen jedoch den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Schrift nicht.
Die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind darüber hinaus unabhängig davon, ob der erzeugte Faden 1 hülsenlos/hülsenfrei oder mit einer auf die Spindel 2 aufsteckbaren Hülse 8 aufgespult wird.

1: Faden, Garn, zu verspinnender Faserverband
2: Spindel
3: Balloneinengungshülse, Trichter, Glocke, Drallerteilungselement
4: Stellglied für Trichtermotor
5: Stellglied für Spindelmotor
6: Motor zum Antrieb der Spindel, Spindelmotor
7: Motor zum Antrieb des Trichters, Trichtermotor
8: Hülse
9: Kops, deutsch Kötzer
10: Faserbändchen
14: freie Fadenstrecke
16: Fadenführungselement, Fadenführer, bestehend aus Öse und Fadenführklappe

Liste der verwendeten Symbole

a_m

metrischer Drehungsbeiwert: Alpha metrisch

B

Basis des Kopses, Kegelbasis

D_S

Drehzahl-/Drehmomentenkennlinie n – M des Spindelmotors

D_T, D_T'

Drehzahl-/Drehmomentenkennlinien n – M des Trichtermotors

ΔM_AW

Differenzdrehmoment

Δn_{AW_B}

Drehlzahldifferenz zwischen Spindeldrehzahl und Trichterdrehzahl für den Radius r_B an der Basis

Δn_{AW_Sp}

Drehzahldifferenz zwischen Spindeldrehzahl und Trichterdrehzahl für den Radius r_H = r_Sp an der Spitze

Δn_AW

Drehzahldifferenz zwischen Spindeldrehzahl und Trichterdrehzahl bei gleicher Verteilung auf Spindelmotor und Trichtermotor

f_L

Lastabhängiger Regelkreis

F_AW

Fadenspannung, Aufwindespannung

F_{AW_B}

Aufwindespannung bei Aufwindung mit Radius r_B der Basis B

F_{AW_Sp}

Aufwindespannung bei Aufwindung mit Radius r_Sp der Spitze Sp

F_F

am Fadenführungsorgan angreifende tangentiale Kraftkomponente

F_R

durch die Zentralfugalkraft im Trichter entstehende Reibungskraft auf den Faserverband

F_Res

am Ausgang des Streckwerks auf den Faserverband wirkende Kraft («Res» wg. RES-Messgerät)

H

Hülse; Kegelspitze

L0.0

Lastkennlinie, Lastmoment bei leerer Hülse

L0.5

Lastkennlinie, Lastmoment bei halbvollem Kops

L_AW, L_AW

Lastkennlinie, Lastmoment für Fadenaufwindung für zwei Betriebspunkte

L_S

Lastmoment der Spindel

L_T

Lastmoment des Trichters

I_Garn

Garnlänge

M

Moment, Drehmoment

M_{AW_B}

Spindeldrehmoment an der Basis

M_{AW_Sp}

Spindeldrehmoment an der Spitze

MTR_R

Moment von Lagerreibung und Luftwiderstand

m_Garn

Garnmasse

n

Drehzahl

n_S

Drehzahl der Spindel, des Spindelmotors

n_T, n_T

Drehzahl des Trichters, des Trichtermotors

Orth

ungefähre Orthogonalität, Rechtwinkligkeit von Lastkennlinie für Aufwindung und für Überwindung der Reibung

r

Radius, variabel

r_B

Radius an der Basis des Kopses

r_H

Radius der Hülse

r_Sp

Radius an der Spitze Sp des Kopses, ungefähr Spindelradius oder Hülsenradius

R

Regelkreis, selbsttätig für Kopsbildung

R₁

Regelkreis, selbsttätig für Kopsbildung, bei normaler Lagerreibung

R₂

Regelkreis, selbsttätig für Kopsbildung, bei erhöhter Lagerreibung für den Trichter

S

Spindel

Sp

Spitze des Kopses

ΣΔn_AW

windungsdurchmesserabhängiger bzw. axialhubabhängiger Drehzahldiffe- renzbereich

t

Zeit

T

Trichter, Glocke, Balloneinengungshülse

upm

Umdrehungen pro Minute

Liste der zitierten Dokumente

[1] DE 37 41 430 C2 «Spinnvorrichtung» Patentinhaberin: Zinser Textilmaschinen GmbH, DE-7333 Ebersbach
[2] EP 0 319 783 B1 «Spinnvorrichtung» Patentinhaberin: Zinser Textilmaschinen GmbH, DE-7333 Ebersbach
[3] EP 0 476 406 A1 «Vorrichtung zum Spinnen eins echtgedrehten Garnes mittels einer Spindel und einer Glocke und Verfahren zum Spinnen mit einer solchen Vorrichtung» Anmelderin: Maschinenfabrik Rieter AG, CH – 8406 Winterthur

Claims

Verfahren zum Erzeugen und/oder Veredeln, sowie Aufspulen eines Fadens (1) an einer Spinn- oder Zwirnstelle einer Textilmaschine, welche – eine den Faden (1) aufnehmende Spindel (2), auf der der Faden (1) aufgespult wird – und einen die Spindel (2) wenigstens teilweise übergreifenden Trichter (3) umfasst, der ein Fadenführungselement (16) aufweist, durch das der Faden (1) zur Spindel (8) geführt wird, – wobei der Trichter (3) von einem ersten Elektromotor – im folgenden Trichtermotor (7) genannt – und die Spindel (2) von einem zweiten Elektromotor – im folgenden Spindelmotor (6) genannt – angetrieben wird und – Trichtermotor (7) und Spindelmotor (6) zur Speisung an je einem Stellglied (4, 5) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichtermotor (7) und der Spindelmotor (6) je eine Drehmoment-/Drehzahl-Kennlinie (D_T, D_S) aufweisen, die im Arbeitsbereich der beiden Motoren (7, 6) zu einander und zu Drehzahlunterschied (Δn_AW) sowie Drehmomentunterschied (ΔM_AW) parallel sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichtermotor (7) und der Spindelmotor (6) je als Motor mit einer Drehzahl-/Drehmomentkennlinie ausgebildet sind, die wenigstens in Teilbereichen im wesentlichen linear, vorzugsweise linear abfallend ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Trichtermotor (7) und Spindelmotor (6) je als Drehstromasynchronmotoren ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellglied (4, 5) die Drehzahl-/Drehmomentkennlinie der Motoren (6, 7) so einstellen kann, dass der Drehzahlbereich – ungeachtet der unterschiedlichen Reibungsverluste – über die gesamte Maschine während des Betriebes an allen Spinnstellen gleich bleibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Spinn- oder Zwirnstellen vorgesehen ist, wobei alle Trichtermotoren (7) an einem ersten Stellglied (4) und alle Spindelmotoren (6) an einem zweiten Stellglied (5) parallel angeschlossen sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Spinn- oder Zwirnstellen vorgesehen ist, wobei die Trichtermotoren (7) jeweils gruppenweise an je einem Stellglied (4) parallel und auch die Spindelmotoren (6) jeweils gruppenweise an je einem Stellglied (5) parallel angeschlossen sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastkennlinie (L_0.0, L_0.5) für die Überwindung von Lagerreibung und Luftwiderstand der Spindel (2) die Lastkennlinie (L_AW) für das Drehmoment zur Überwindung der Aufwindespannung (F_AW) schneidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung und die Parallelität der Drehmoment-/Drehzahl-Kennlinie (D_T, D_S) von Trichtermotor (7) und Spindelmotor (6) je durch das Spannungs-/Frequenzverhältnis der angeschlossenen Stellglieder (4, 5) einstellbar ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Umkehrpunkten auftretenden Beschleunigungsmomente und Massenträgheitsmomente vom Trichtermotor (7) und Spindelmotor (6) durch kurzzeitige Veränderung der Vorgabefrequenz ausgeglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die kurzzeitige Veränderung der Vorgabefrequenz bereits vor dem zu erwarteten Ereignis gesteuert oder/und geregelt eingeleitet wird.
Textilmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Aufspulen eines Fadens (1) an einer Spinn- oder Zwirnstelle der Textilmaschine, welche – eine den Faden (1) aufnehmende Spindel (2), auf der der Faden (1) aufgespult wird – und einen die Spindel (2) wenigstens teilweise übergreifenden Trichter (3) umfasst, der ein Fadenführungselement (16) aufweist, durch das der Faden (1) zur Spindel (8) geführt wird, – wobei der Trichter (3) von einem ersten Elektromotor – im folgenden Trichtermotor (7) genannt – und die Spindel (2) von einem zweiten Elektromotor – im folgenden Spindelmotor (6) genannt – angetrieben wird und – Trichtermotor (7) und Spindelmotor (6) zur Speisung an je einem Stellglied (4, 5) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichtermotor (7) und der Spindelmotor (6) je eine Drehmoment-/Drehzahl-Kennlinie (D_T, D_S) aufweisen, die im Arbeitsbereich der beiden Motoren (7, 6) zu einander und zu Drehzahlunterschied (Δn_AW) sowie Drehmomentunterschied (ΔM_AW) parallel sind.
Textilmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichtermotor (7) und der Spindelmotor (6) je als Motor mit einer Drehzahl-/Drehmomentkennlinie ausgebildet sind, die wenigstens in Teilbereichen im wesentlichen linear, vorzugsweise linear abfallend ist.
Textilmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass Trichtermotor (7) und Spindelmotor (6) je als Drehstromasynchronmotoren ausgebildet sind.
Textilmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellglied (4, 5) die Drehzahl-/Drehmomentkennlinie der Motoren (6, 7) so einstellen kann, dass der Drehzahlbereich – ungeachtet der unterschiedlichen Reibungsverluste – über die gesamte Maschine während des Betriebes an allen Spinnstellen gleich bleibt.
Textilmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Mehrzahl von Spinn- oder Zwirnstellen aufweist, wobei alle Trichtermotoren (7) an einem ersten Stellglied (4) und alle Spindelmotoren (6) an einem zweiten Stellglied (5) je parallel angeschlossen sind.
Textilmaschine nach einem der einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Spinn- oder Zwirnstellen vorgesehen ist, wobei die Trichtermotoren (7) jeweils gruppenweise an je einem Stellglied (4) parallel und auch die Spindelmotoren (6) jeweils gruppenweise an je einem Stellglied (5) parallel angeschlossen sind.
Textilmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastkennlinie (L_0.0, L_0.5) für die Überwindung von Lagerreibung und Luftwiderstand der Spindel (2) die Lastkennlinie (L_AW) für das Drehmoment zur Überwindung der Aufwindespannung (F_AW) – vorzusweise rechtwinklig – schneidet.
Textilmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung und die Parallelität der Drehmoment-/Drehzahl-Kennlinie (D_T, D_S) von Trichtermotor (7) und Spindelmotor (6) je durch das Spannungs-/Frequenzverhältnis der angeschlossenen Stellglieder (4, 5) einstellbar ist.
Textilmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Umkehrpunkten auftretenden Beschleunigungsmomente und Massenträgheitsmomente vom Trichtermotor (7) und Spindelmotor (6) durch kurzzeitige Veränderung der Vorgabefrequenz ausgeglichen werden.
Textilmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die kurzzeitige Veränderung der Vorgabefrequenz bereits vor dem zu erwrteten Ereignis gesteu- ert oder/und geregelt eingeleitet wird.