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Die
Erfindung betrifft eine Aufspulvorrichtung zum kontinuierlichen
Aufwickeln von Fäden
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Bei
der Herstellung von synthetischen Fäden in einem Schmelzspinnprozess
ist es bekannt, dass die Fäden
kontinuierlich durch eine Aufspulvorrichtung zu Wickelpaketen aufgewickelt
werden. Die bekannten Aufspulvorrichtungen weisen hierzu einen drehbar
angetriebenen Spindelträger,
der zumindest zwei auskragend drehbar gelagerte Spulspindeln hält, die
abwechselnd in eine Betriebsposition zum Aufwickeln eines Fadens
und in eine Wechselposition zum Auswechseln eines Wickels gegen
eine Leerhülse.
Bei derartigen Aufspulvorrichtungen ist es somit erforderlich, dass
die den Spulspindeln zugeordneten Aktoren, die zur Aufnahme und
Bildung der Wickelpakete dienen, über sogenannte Drehübertrager versorgt
und gesteuert werden. Eine derartige Aufspulvorrichtung ist beispielsweise
aus der
DE 199 15 236
A1 bekannt.
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Bei
der bekannten Aufspulvorrichtung ist ein Drehübertrager für die Versorgung der druckluftbetriebenen
Aktoren sowie Drehübertrager
für die
elektrischen Antriebe im Drehzentrum des Spindelträgers angeordnet.
Um eine platzsparende Bauweise zu erhalten, sind die Drehübrtrager
mit ihren Rotoren und Statoren konzentrisch zueinander ausgebildet.
Diese Anordnung besitzt jedoch den großen Nachteil, dass bei der
Vielzahl von Versorgungs- und Steuerleitungen ein Kollisionsproblem
entsteht. Zudem wird durch die Verschachtelung der Drehübertrager
eine separate Wartung oder Auswechselung der Drehübertrager
unmöglich.
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Darüberhinaus
ist es bekannt, dass elektrische Drehübertrager in derartigen Aufspulvorrichtungen
nicht ausschließlich
zur Versorgung der Antriebe genutzt werden, sondern im zunehmenden
Maße auch
Sensorsignale zu den den Spulspindeln zugeordneten Sensoren zu einer
stationären
Steuereinrichtung zu ermöglichen.
So ist beispielsweise aus der
US
5,900,553 eine Aufspulvorrichtung bekannt, bei welcher
die Sensorsignale durch einen Drehübertrager von dem drehenden
Spindelträger
zu einer stationären
Steuereinrichtung geführt
werden. Insbesondere zur Übertragung
der elektrischen Energie und Signale ist sowohl aus der
DE 199 15 236 A1 als auch
aus der
US 5,900,553 bekannt,
Drehübertrager mit
mehreren an einer Welle axial nebeneinander angeordneten Schleifkontaktstellen
zu verwenden. Insoweit müssen
je nach Anzahl der Aktoren und Anzahl der Sensoren langbauende Drehübertrager
verwendet werden, was jedoch die Unterbringung im Dreh-Zentrum des
Spindelträgers
erschwert.
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Es
ist nun Aufgabe der Erfindung eine Aufspulvorrichtung der gattungsgemäßen Art
zu schaffen, bei welcher eine Drehübertragung zur Versorgung der
an einem drehenden Spindelträger
gehaltenen Aktoren möglichst
kompakt beschaffen ist.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Aufspulmaschine mit einem
Drehübertrager
zu schaffen, der insbesondere eine hohe Integration zwischen Aktoren
und Sensoren ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Rotor des Drehübertragers durch
eine flache Kontaktscheibe gebildet ist und dass die Schleükontaktstellen
nebeneinander an einer Stirnseite der Kontaktscheibe ausgebildet
sind.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen
der Unteransprüche
definiert.
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Die
Erfindung besitzt den besonderen Vorteil, dass der Drehübertrager
an die Beschaffenheit und die Funktion des Spindelträgers insbesondere hinsichtlich
des Platzbedarfs angepaßt
ist. So ist es bekannt, dass die Spulspindel einen größeren Abstand
zueinander aufweisen müssen,
um Wickelpakete mit größerem Durchmesser
ohne gegenseitige Beeinflussung und Kollision bilden zu können. Somit ergibt
sich in radialer Richtung eine am Spindelträger ungenutzte Teilfläche, die durch
die Erfindung vorteilhaft zu einer sehr kompakten Bauweise der Aufspulvorrichtung
genutzt werden kann. Dabei lassen sich eine Vielzahl von Schleifkontaktstellen
auf engstem Raum einer Kontaktscheibe realisieren, so dass insbesondere
bei der elektrischen Leistungsversorgung von Signalübertragung
vorteilhaft mehrere Aktoren und Sensoren parallel anschließbar sind.
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Die
Weiterbildung der Erfindung, bei welcher die Kontaktscheibe neben
dem Schleükontaktstellen eine
umlaufende Winkelmarkierung aufweist, welche mit einer Sensoreinrichtung
zur Drehwinkelbestimmung zusammenwirkt, ist besonders vorteilhaft,
um die Aktoren sowie den Antrieb des Spindelträgers zu steuern. So ist es
zur Bildung der Wickelpakete und zum Wechseln der Wickelpakete erforderlich,
dass die Spulspindeln möglichst
in ihren Positionen durch den Spindelträger genau positioniert werden.
Insbesondere für
den Fall, dass die Ausweichbewegung während des Wickelns der Fäden und
Bildung der Wickelpakete durch den Spindelträger erfolgt, ist die Führung des
Spindelträgers äußerst präzise auszuführen. So
lässt sich
die Kontaktscheibe mit einer einfachen Winkelmarkierung beispielsweise
als eine Strickmarkierung vorteilhaft dazu nutzen, um eine Positionserkennung
des Spindelträgers
auszuführen.
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Besonders
vorteilhaft ist hierbei die Weiterbildung der Erfindung, bei welcher
die Winkelmarkierung an der Kontaktscheibe eine Codierung enthält, welche
dem Spindelträger
eine Winkellage zuweist. Damit sind absolute Winkelbestimmungen
des Spindelträgers
möglich,
so daß zu
jedem Zeitpunkt dem Spindelträger
ein bestimmter Winkel im Bereich von 0 bis 360° zugewiesen werden kann, so
dass die Spulspindeln an dem Spindelträger sehr genau und präzise positioniert
werden können.
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Die
Winkelmarkierungen lassen sich dabei vorteilhaft sowohl durch Aufdrucke
oder je nach Material auch durch Ätzungen an einer Stirnseite
der Kontaktscheibe oder am Umfang der Kontaktscheibe anbringen.
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Zur
Erfassung der jeweiligen Winkellage wird die Winkelmarkierung bevorzugt
durch ein optisches Sensormittel sensiert, die mit der Steuereinrichtung gekoppelt
ist. So können
beispielsweise Lichtsignale, die durch einen Sender erzeugt werden
und durch einen Empfänger
empfangen werden, zur Abtastung der Winkelmarkierung genutzt werden.
Es sind jedoch grundsätzlich
auch andere hier nicht erwähnt elektrische
Sensormittel ausführbar
um beispielsweise durch Induktion die Winkelmarkierung zu erfassen.
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Um
eine hohe Auflösung
und damit eine hohe Genauigkeit in der Winkellagenpositionierung des
Spindelträgers
zu erhalten, wird die Winkelmarkierung bevorzugt auf einen äußeren Rand
in der Kontaktscheibe angeordnet. Hierbei lassen sich die Schleikontakte
vorteilhaft durch ringförmige
Leiterbahnen ausbilden, die konzentrisch ineinander liegend jeweils
einen elektrischen Kontakt zu einem stationären Gleitschuh des Stators
halten. Die Winkelmarkierung umschließt dabei die Leiterbahn in dem
außen
liegenden Rand.
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Die
Kontaktscheibe lässt
sich dabei sowohl unmittelbar aus einem Leitermaterial oder aus
einem Kunststoff oder Metall bilden.
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Für die Integration
und die Leitungsführung in
der Aufspulvorrichtung hat sich insbesondere die Weiterbildung der
Erfindung bewährt,
bei welcher der Rotor am Umfang einer Hohlwelle ausgebildet ist,
die fest mit dem Spindelträger
verbunden ist und einen Leitungskanal bildet. Somit können die
Leitungen über
das Drehzentrum des Spindelträgers
zu den einzelnen Aktoren geführt
werden.
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Für die Übertragung
weiterer Energiearten lässt
sich dabei die Hohlwelle vorteilhaft mit einem weiteren Drehübertrager
verbinden, so dass beispielsweise eine Druckluftübertragung zur Versorgung und
Steuerung der druckluftbetriebenen Aktoren ebenfalls über den
Leitungskanal der Hohlwelle erfolgen kann.
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Die
Drehübertrager
können
sowohl innerhalb des Spindelträgers
oder außerhalb
des Spindelträgers
angeordnet sein. Um äußere Einflüsse möglichst
zu unterbinden, ist die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt ausgeführt, bei
welcher der Drehübertrager
außerhalb
des Spindelträgers
in einem Schaltschrank angeordnet ist. Damit lassen sich optoelektronische
Erfassungen der Winkelmarkierung in einem geschützten Raum frei von Umwelteinflüssen ausführen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Aufspulvorrichtung
unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben.
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Es
stellen dar
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1 schematisch
eine Querschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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2 schematisch
ein Ausschnitt des Ausführungsbeispiels
aus 1 mit einem Drehübertrager
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3 schematisch
eine Draufsicht des Drehübertragers
aus 2
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4 schematisch
eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Drehübertragers
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Aufspulvorrichtung
schematisch in einer Querschnittsansicht dargestellt.
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Das
Ausführungsbeispiel
zeigt einen Spindelträger 1,
der trommelförmig
ausgebildet ist und über
eine Gehäuselagerung 10 in
einem Gehäuse 3 drehbar
gelagert ist. Am Umfang weist der Spindelträger 1 einen Zahnkranz 7 auf,
der über
ein Getriebe 8 mit einem Getriebemotor 9 zum Antrieb
des Spindelträgers 1 gekoppelt
ist. Der Getriebemotor 9 wird über eine Steuereinrichtung 20 gesteuert.
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An
dem Spindelträger 1 sind
im Abstand zueinander vorzugsweise um 180° versetzt zueinander zwei Spulspindeln 2.1 und 2.2 drehbar über die
Lager 6.1 und 6.2 gehalten. An einem Ende sind
die Spulspindeln 2.1 und 2.2 jeweils mit einem
Spindelmotor 4.1 und 4.2 verbunden. Der Spindelmotor 4.1 ist
der Spulspindel 2.1 und der Spindelmotor 4.2 der
Spulspindel 2.2 zugeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite
des Spindelträgers 1 weisen
die Spulspindeln 2.1 und 2.2 jeweils einen Hülsenspanner 5.1 und 5.2 auf,
um eine hier nicht dargestellt Spulhülse zu befestigen. Hierbei
können
sowohl jeweils pro Spulspindel 2.1 und 2.2 eine
Spulhülse
oder mehrere Spulhülsen nebeneinander
durch die Hülsenspanner 5.1 und 5.2 gehalten
sein.
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Im
Drehzentrum des Spindelträgers 1 ist
eine Hohlwelle 11 fest mit dem Spindelträger 1 verbunden. Die
Hohlwelle 11 erstreckt sich auf der die Spindelmotoren 4.1 und 4.2 haltenden
Seite des Spindelträgers 1.
Die Hohlwelle 11 dient zur Aufnahme eines ersten Drehübertragers 12 am
Umfang der Hohlwelle 11 und eines zweiten Drehübertragers 15 an
einem freien Ende der Hohlwelle 11. Der Drehübertrager 12 dient
zur Leistungsübertragung
und Versorgung der elektrisch betriebenen Aktoren, die in diesem
Ausführungsbeispiel
durch die Spindelmotoren 4.1 und 4.2 gebildet
sind. Hierzu weist der Drehübertrager 12 einen
mit der Hohlwelle 11 verbundenen Rotor 13 auf.
Der Rotor 13 ist als Kontaktscheibe 17 ausgebildet,
wobei ein Stator 14 gegenüberliegend zu einer Stirnseite
der Kontaktscheibe 17 gehalten ist und über Schleifkontaktstellen mit
dem Rotor 13 gekoppelt. Der Stator 14 ist mit
der Steuereinrichtung 20 verbunden. Der Rotor 13 ist über die
Leitungen 16.1 und 16.2 mit den Spindelmotoren 4.1 und 4.2 gekoppelt.
Die Ausbildung und Funktion des Drehübertragers 12 wird
nachfolgend noch näher
beschrieben.
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Dem
Drehübertrager 12 ist
eine Sensoreinrichtung 19 zugeordnet, durch welche eine
Winkellage des Spindelträgers
sensiert wird. Die Sensoreinrichtung 19 ist mit der Steuereinrichtung 20 verbunden.
Der Aufbau und die Funktion der Sensoreinrichtung 19 wird
nachfolgend ebenfalls noch näher
erläutert.
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Am
Ende der Hohlwelle
11 ist der Drehübertrager
15 ausgebildet,
der über
die Leitungen
18.1 und
18.2 mit den druckluftbetriebenen
Aktoren in diesem Fall mit den Hülsenspannern
5.1 und
5.2 auf
der drehenden Seite und auf der stationären Seite mit der Druckluftversorgungsleitung
30 verbunden
ist. Ein derartigere Drehübertrager
ist beispielsweise aus der
DE
198 52 458 A1 bekannt, so dass an dieser Stelle ausdrücklich zu
der zitierten Druckschrift Bezug genommen wird.
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Der
Drehübertrager 12,
die Sensoreinrichtung 19 und der Drehübertrager 15 sind
in einem Schaltschrank 21 angeordnet. Die Energieversorgungsleitungen
sowie Steuerleitungen werden dabei von außen zugeführt.
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Das
in
1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Aufspulvorrichtung dient
zum Aufwickeln eines oder mehrerer Fäden, die beispielsweise in
einem Schmelzspinnprozess kontinuierlich hergestellt werden. Die
Funktion einer derartigen Aufspulvorrichtung geht beispielsweise
aus der
EP 0 770 030
B1 hervor, so dass auf eine weitergehende Beschreibung
an dieser Stelle verzichtet wird.
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Um
die elektrische Versorgung der an dem Spindelträger 1 angeordneten
Aktoren in diesem Fall die Spindelmotoren 4.1 und 4.2 zu
gewährleisten,
ist zwischen einer stationären
Steuereinrichtung 20 und den Spindelmotoren 4.1 und 4.2 der
Drehübertrager 12 angeordnet.
In 2 und 3 ist der Drehübertrager 12 sowie
die Sensoreinrichtung 19 in mehreren Ansichten dargestellt. 2 zeigt
den Drehübertrager 12 schematisch
in einer Querschnittsansicht und in 3 ist der
Drehübertrager 12 in
einer Draufsicht gezeigt. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der
Figuren gemacht ist, gilt die nachfolgende Beschreibung für beide
Figuren. Der Drehübertrager 12 weist
einen Rotor 13 und einen Stator 14 auf. Der Rotor 13 ist
durch eine Kontaktscheibe 17 gebildet, die mit der Hohlwelle 11 fest
verbunden ist. Die Hohlwelle 11 ist mit dem hier nicht
dargestellten Spindel träger 1 gekoppelt
und lässt
sich sowohl im Uhrzeigersinn auch als entgegen dem Uhrzeigersinn
drehen.
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An
der Stirnseite 31 der Kontaktscheibe 17 sind mehrere
Kontaktstellen 26 ausgebildet. Hierzu sind an der Stirnseite 31 der
Kontaktscheibe 17 mehrere ringförmige Leiterbahnen 25 konzentrisch
ineinander geschachtelt angeordnet. Jede der Leiterbahnen 25 ist über eine
Leitung mit einem Aktor verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel
sind die ersten drei innenliegenden Leiterbahnen 25 über die
Leitung 16.1 mit dem Spindelmotor 4.1 (1)
verbunden. Die äußeren drei
Leiterbahnen 25 sind durch die Leitungen 16.2 mit
dem Spindelmotor 4.2 (1) verbunden.
Jede der Leiterbahnen wirkt als geschlossener Schleifring.
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Der
Stirnseite 31 gegenüberliegend
ist der Stator 14 angeordnet. Der Stator 14 weißt zu jeder Leiterbahn 25 einen
Gleitschuh 27 auf, der vorzugsweise unter Federkraft an
die jeweilige Leiterbahn 25 gehalten ist. Die Gleitschuhe 27 sind über Leitungen mit
der Steuereinrichtung 20 gekoppelt. Die Gleitschuhe 27 und
die Leiterbahn 25 bilden somit einen elektrischen Kontakt
aus, so dass die Leistungsversorgung und Steuerung der Spindelmotor 4.1 und 4.2 auch
bei Drehbewegung des Spindelträgers
gewährleistet
bleibt.
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Dem
Drehübertrager 12 ist
eine Sensoreinrichtung 19 zur Positionserfassung des Spindelträgers zugeordnet.
Die Sensoreinrichtung 19 weist hierzu eine am äußeren Rand
der Kontaktscheibe ausgebildete Winkelmarkierung 22 auf.
Die Winkelmarkierung 22 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch
geklebte oder eingeprägte
Striche an der Stirnseite 31 der Kontaktscheibe 17 gebildet.
Im kurzen Abstand gegenüberliegend
zu der Stirnseite 31 ist eine optisches Sensormittel 29 vorgesehen,
durch welches die Winkelmarkierung 22 kontaktlos abgetastet
wird. Hierzu weist das Sensormittel 29 einen Sender 23 zur
Erzeugung eines Signals beispielsweise ein Lichtsignal und ein Empfänger 24,
der ein Reflexionssignal empfängt.
Hieraus lässt
sich eine inkrementale Erfassung der Winkellage generieren, so dass
eine jeweilige Ist-Position des Spindelträgers unmittelbar der Steuer einrichtung 20 aufgegeben werden
kann. Aufgrund der am äußeren Rand
der Kontaktscheibe ausgebildeten Winkelmarkierung wird eine hohe
Auflösung
und Genauigkeit der Positionserfassung ermöglicht. Zudem sind keine zusätzlichen
Winkelgeber erforderlich, so dass die Kombination des Drehübertragers 12 mit
der Sensoreinrichtung 19 zu einer sehr kompakten und kostenoptimierten
Gesamtlösung
führt.
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Bei
der in 3 dargestellten Winkelmarkierung wird bevorzugt
ein Referenzpunkt markiert, der beispielsweise einen Startwinkel
von 0° vorgibt.
Somit lässt
sich durch einfaches Zählen
der Anzahl der Striche die exakte Winkellager bestimmen. Da derartige
Systeme zu Prozessbeginn und nach Prozessunterbrechung eine Referenzbewegung
des Spindelträgers
erfordern, um die Winkellagen zuzuordnen, lässt sich die Winkelmarkierung
auch durch eine Codierung ausführen.
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In 4 ist
ein Ausführungsbeispiel
eines Drehübertragers
mit Sensoreinrichtung schematisch in einer Draufsicht dargestellt,
bei welchem am äußeren Rand
eine Winkelmarkierung 22 aufgebracht ist, die eine Codierung 28 enthält. Die
Codierung 28 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch mehrere
Strichreihen definiert, die sich gegeneinander unterscheiden. So
ist bei der Codierung 28 für jeden Punkt auf dem Umfang
eine eindeutige nicht wiederkehrende Kombination der Strichreihen
vorhanden, woraus sich eine absolute Winkelposition erkennen lässt. Somit
können
selbst nach Betriebsunterbrechungen oder Prozessbeginn selbsttätig Winkellagen
des Spindelträgers
erkannt werden.
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Die
in den 2 bis 4 dargestellten Winkelmarkierungen
und Sensormittel sind nur beispielhaft und lassen sich durch ähnliche
bekannte Winkelcodiersysteme ersetzen. So können beispielsweise Codierungen
durch ätzen
auf einer Leiterkartenmaterial hergestellt werden. Neben der optoelektronischen
Erfassung sind auch induktive Sensoren einsetzbar. Für die erfindungsgemäße Aufspulvorrichtung
ist wesentlich, dass eine Kontaktscheibe als Rotor eines Drehübertragers
die einfache Integration einer Winkelcodierung ermöglicht.
So lässt
sich beispielsweise die Kontaktscheibe auch unmittelbar aus einem
Leiterplattenmaterial mit geätzten
Strichen oder aber aus einem Metall oder einer Kunststoffscheibe
mit gedruckten Codierungen ausbilden. Die Leiterbahnen können hierüber direkt
integriert oder in einem Kunststoff eingegossen sein.
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- 1
- Spindelträger
- 2.1,
2.2
- Spulspindel
- 3
- Gehäuse
- 4.1,
4.2
- Spindelmotor
- 5.1,
5.2
- Hülsenspanner
- 6.1,
6.2
- Lagerung
- 7
- Zahnkranz
- 8
- Getriebe
- 9
- Getriebemotor
- 10
- Gehäuselagerung
- 11
- Hohlwelle
- 12
- Drehübertrager
- 13
- Rotor
- 14
- Stator
- 15
- Drehübertrager
- 16
- Leitungen
- 17
- Kontaktscheibe
- 18
- Leitungen
- 19
- Sensoreinrichtung
- 20
- Steuereinrichtung
- 21
- Schaltschrank
- 22
- Winkelmarkierung
- 23
- Sender
- 24
- Empfänger
- 25
- Leiterbahn
- 26
- Kontaktstelle
- 27
- Gleichschutz