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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildstörung beim Aufwickeln
eines Fadens auf eine Kreuzspule in wilder Wicklung, wobei die Changierfrequenz
kontinuierlich zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert geändert
wird, und die Changierfrequenz bei Annäherung an ein vorgegebenes
kritisches Windungsverhältnis, so geändert wird,
dass sich der kurzzeitige Mittelwert der Changierfrequenz sprunghaft ändert.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens mit einem Antrieb zum Antreiben der Kreuzspule und
einem davon unabhängigen Antrieb mit einer Steuereinheit
für die Changierung des Fadens.
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Beim
Wickeln von Kreuzspulen unterscheidet man grundsätzlich
zwischen zwei Wicklungsarten. Das ist zum einen die Präzisionswicklung
und zum anderen die wilde Wicklung.
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Bei
der Präzisionswicklung besteht während der gesamten
Spulenreise zwischen der Spulendrehzahl und der Geschwindigkeit
der Fadenchangierung beziehungsweise der Changierfrequenz ein konstantes
Verhältnis, so dass das Windungsverhältnis während
des gesamten Spulvorganges gleich bleibt. Der Fadenkreuzungswinkel
nimmt jedoch bei zunehmendem Spulendurchmesser ab. Bei der Präzisionswicklung
treten keine Bildzonen auf. Die Spule weist eine hohe Wicklungsdichte
auf und hat gute Ablaufeigenschaften, wodurch hohe Abzugsgeschwindigkeiten erreichbar
sind.
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Bedingt
durch den immer kleiner werdenden Fadenkreuzungswinkel bei wachsendem
Spulendurchmesser ist die Stabilität des Garnkörpers
dagegen eingeschränkt. Zudem verursacht der abnehmende
Fadenkreuzungswinkel eine Zunahme der Wickeldichte nach außen
hin, was in der Färberei zu einer ungleichmäßigen
Durchdringung der Färbeflotte führen kann.
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Bei
der wilden Wicklung besteht während der gesamten Spulenreise
ein festes Verhältnis zwischen der Spulenoberflächengeschwindigkeit
und der Changierfrequenz. Hierdurch wird der Fadenkreuzungswinkel
konstant gehalten, während das Windungsverhältnis,
das heißt, die Anzahl der Spulenumdrehungen pro Doppelhub,
bei zunehmendem Durchmesser kleiner wird. Die Vorteile der wilden Wicklung
liegen darin, dass relativ stabile Garnkörper erzeugt werden
können, die eine sehr gleichmäßige Dichte
aufweisen.
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Nachteilig
bei dieser Wicklungsart ist allerdings, dass das Windungsverhältnis
hyperbolisch abnimmt und in bestimmten Windungsverhältnisbereichen,
in denen das Windungsverhältnis zum Beispiel einen ganzzahligen
Wert annimmt, so genannte Bilder oder Spiegel entstehen. In diesen
so genannten Bildwickelzonen liegen die Fäden in mehreren
aufeinander folgenden Windungsschichten übereinander oder
sehr dicht nebeneinander. Die Bilder führen dazu, dass
die Kreuzspule in diesem Bereich höher verdichtet ist,
so dass beispielsweise beim Färben eine ungleichmäßige
Färbung entstehen kann.
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Außerdem
besteht die Gefahr, dass die aufeinander- oder dicht nebeneinander
liegenden Fadenbereiche seitlich aufeinander abrutschen und sich
dabei gegenseitig verklemmen, was sich sehr nachteilig auf die Ablaufeigenschaften
einer Kreuzspule auswirkt.
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In
der Vergangenheit sind daher bereits zahlreiche Vorrichtungen und
Verfahren entwickelt worden, die das Entstehen der vorbeschriebenen
Bildwickelzonen verhindern sollen. Maßnahmen zur Vermeidung
oder Reduzierung von Bildern bezeichnet man als Bildstörung.
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Zur
Erzeugung einer Bildstörung muss man dafür sorgen,
dass die Kreuzspule Zonen mit kritischen Windungsverhältnissen
möglichst schnell durchläuft. Entsprechend der
Definition des Windungsverhältnisses ist dies über
zwei Einstellparameter möglich. Zum einen kann die Spulendrehzahl anpasst
werden und zum anderen die Changierfrequenz.
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Wenn
die Kreuzspule mittels einer Nutentrommel angetrieben wird, die
gleichzeitig die Führung des Fadens übernimmt,
muss ein Schlupf zwischen der Antriebstrommel und der Spule erzeugt, um
das Windungsverhältnis zu beeinflussen. Dazu gibt es verschiedene
Möglichkeiten.
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In
der
DE 195 19 542
A1 ist eine Spulmaschine zum Wickeln von Kreuzspulen offenbart,
bei der die Kreuzspulen mittels Antriebstrommeln, in denen Kehrgewinderillen
für die Fadenführung vorgesehen sind, angetrieben
werden. Zur Vermeidung von Bildwicklungen wird die Antriebstrommel
kontinuierlich mit einem konstanten vorwählbaren Moment
beschleunigt und mit einem anderen konstanten vorwählbaren
Moment wieder abgebremst.
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Die
DE 198 29 597 beschreibt,
im Gegensatz dazu, eine andere Möglichkeit zur Vermeidung
von Bildwickeln, bei der die Spulendrehzahl nicht kontinuierlich
verändert wird, sondern die Winkelgeschwindigkeit der Kreuzspule
nur innerhalb der Bildwickelzone geregelt wird. Dazu wird beim oder
kurz vor dem Erreichen einer Bildwickelzone die durch den Durchmesser
der Kreuzspule vorgegebene Winkelgeschwindigkeit durch definiertes
Einstellen des Auflagedruckes, mit dem die Kreuzspule auf der Fadenführungstrommel
aufliegt, auf eine Winkelgeschwindigkeit abgesenkt, die unter der
kritischen Winkelgeschwindigkeit der Bildwickelzone liegt.
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Durch
die zuvor beschriebenen Verfahren tritt immer ein Schlupf zwischen
der Antriebstrommel und der Kreuzspule auf. Dadurch wird zwar die
gewünschte Bildstörung erreicht, aber es wird
auch die Kreuzspule beziehungsweise das auf ihr gewickelte Garn
negativ beeinflusst.
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Dieses
Problem tritt nicht auf, wenn man die Bildstörung mittels Änderung
der Changierfrequenz bewirkt und die Spulenoberflächengeschwindigkeit im
Wesentlichen konstant bleibt. Dazu ist ein unabhängiger
Antrieb für die Changierung erforderlich.
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Auch
bei der Anpassung der Changierfrequenz zur Bildstörung
gibt es prinzipiell zwei Ansätze. Eine Möglichkeit
zeigt die
DE 43 37
891 A1 . Dabei wird die Changierfrequenz kontinuierlich
zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert verändert.
Der so entstehende zeitliche Verlauf wird als Wobbelkurve bezeichnet.
Die Änderung kann periodisch oder nicht-periodisch sein.
Wie in der zitierten Schrift dargestellt, können zur Herstellung
einer nicht periodischen Wobbelkurve die Maximal- und die Minimalwerte
zufällig verändert werden.
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Aus
der
DE 10 2005
054 356 A1 ist es weiterhin bekannt, die hinsichtlich der
Entstehung von Bildwicklungen besonders kritischen Durchmesser der
Kreuzspule zu ermitteln und jeweils kurz vor Erreichen eines dieser
kritischen Durchmesser den Kreuzungswinkel auf einen Wert zu ändern,
der das Entstehen von Bildwicklungen in diesem Durchmesserbreich
ausschließt. Nach Überfahren des kritischen Durchmesserbreichs
wird der Kreuzungswinkel wieder auf seinen ursprünglichen
Bereich zurückgestellt. Zur Änderung des Kreuzungswinkels
wird dabei bevorzugt die Geschwindigkeit des Changierfadenführers
geändert.
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Beide
Herangehensweisen zur Bildstörung haben jedoch ihre Nachteile.
Die Verwendung einer Wobbelkurve verhindert zwar, dass die gesamte
Bildwickelzone wirksam wird, aber durch die kontinuierliche Änderung
der Changierfrequenz kann im Allgemeinen nicht verhindert werden,
dass die Bildwickelzone trotzdem mehrfach kurzzeitig durchlaufen
wird. Wenn die Changierfrequenz vor Erreichen eines Spulendurchmessers
mit einem kritischen Windungsverhältnis verändert
wird, können zwar die Bildwickel für dieses Windungsverhältnis
verhindert werden, es ist jedoch nicht möglich für
alle kritischen Windungsverhältnisse so zu verfahren. Neben
den besonders kritischen ganzzahligen Windungsverhältnissen
gibt es noch eine Vielzahl von Nebenbildern, deren Ausprägung
von den Garn- und Spulenparamtern abhängt.
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Aus
diesem Grund wird in der
EP
0 093 258 B1 vorgeschlagen, beide Bildstörverfahren
miteinander zu kombinieren. Das heißt es wird eine ständige Änderung
der Changiergeschwindigkeit zwischen einem Höchstwert und
einem Minimalwert über vorgegebene Abschnitte der Spulreise
vorgegeben und zusätzlich wird bei Annäherung
an ein kritisches Windungsverhältnis, hier Spulfaktor genannt,
eine zeitweilige Änderung des Mittelwertes der Changiergeschwindigkeit
herbeigeführt. Es ist jedoch zu beachten, dass auch bei
einer Änderung des Mittelwertes aufgrund der Wobbelung
ein kritisches Windungsverhältnis mehrfach durchfahren
werden kann. Deshalb wird in der
EP 0 093 258 B1 vorgeschlagen, dass die Änderung
des Mittelwertes derart unstetig erfolgt, dass das Windungsverhältnis
einen vorgegebenen Mindestabstand von einem vorgegebenen Bild einhält
und den Mindestsicherheitsabstand des Bildes sprunghaft durchfährt.
Anders ausgedrückt wird hier die Änderung des
Mittelwertes der Changiergeschwindigkeit so groß gewählt,
dass auch die Maximal- beziehungsweise Minimalwerte der Changiergeschwindigkeit
die Bildzone nicht berühren.
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Prinzipiell
können auf diese Weise Bildzonen vollständig vermieden
werden. Die Sprünge müssen dazu jedoch relativ
groß gewählt werden, damit der Sicherheitsabstand
sicher eingehalten wird. Dementsprechend tritt auch eine starke Änderung
im Kreuzungswinkel auf. Dies wirkt sich negativ auf den Aufbau der
wilden Wicklung aus, bei der der Kreuzungswinkel zur Erzeugung eines
stabilen Garnkörpers mit einer gleichmäßigen
Dichte möglichst konstant bleiben soll. Weiterhin können
durch starke Änderungen des Kreuzungswickels an den Stirnflächen
der Spulen so genannte Flankenringe entstehen, die eine nicht wünschenswerte
optische Beeinflussung der Kreuzspule darstellen. Die Flankenringe
entstehen, weil mit der Änderung des Kreuzungswinkels auch der
Schleppfehler und damit die Verlegebreite der Spule verändert
wird.
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Ausgehend
von der zuletzt genannten Schrift liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, Bildzonen beim Spulen von wilden Wicklungen möglichst
vollständig zu verhindern und dabei gleichzeitig negative Einflüsse
auf den Spulenaufbau zu verringern.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Verfahrensanspruches 1 sowie des Vorrichtungsanspruches
7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird die Changierfrequenz zusätzlich
zur Änderung des kurzzeitigen Mittelwertes so verändert,
dass der Abstand des Minimal- und des Maximalwertes bei Annäherung
an das kritische Windungsverhältnis reduziert und nach dem
Verlassen des kritischen Windungsverhältnisses wieder erhöht
wird.
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Durch
diese Maßnahme kann die sprunghafte Änderung des
kurzzeitigen Mittelwertes auf ein Mindestmaß reduziert
werden, so dass der Aufbau der Spule durch die Bildstörung
nur wenig beeinflusst wird. Die Erfindung ermöglicht es,
in den Bereichen, in denen keine Änderung des Mittelwertes
erfolgt, größere Abstände des Minimal-
und Maximalwertes der Changierfrequenz zuzulassen. Ein größerer
Abstand wird zum Beispiel dann gewählt, wenn ein positiver
Einfluss auf die Flanken der Spule gewünscht ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens erfolgt die Reduzierung und Erhöhung des Abstandes
des Minimal- und des Maximalwertes kontinuierlich. Die Reduzierung
des Abstandes erfolgt dabei vorzugsweise durch kontinuierliche Absenkung
des Maximalwertes und die Erhöhung des Abstandes erfolgt
durch kontinuierliche Absenkung des Minimalwertes. Die Absenkung
der Extremwerte folgt dabei vorzugsweise einem hyperbolischen Verlauf.
Wenn das Zeitintervall ausreichend klein ist, kann der hyperbolische
Verlauf auch durch eine fallende Gerade angenähert werden.
Weiterhin ist ein treppenförmiger Verlauf möglich.
Durch einen hyperbolischen Verlauf der Extremwerte der Changierfrequenz
weisen die Extremwerte des Windungsverhältnisses einen
konstanten Verlauf auf. Es kann so ein konstantes Intervall des
Windungsverhältnisses generiert werden, in dem keine tatsächlichen
Windungsverhältnisse liegen. Gleichzeitig reichen die tatsächlich
auftretenden Windungsverhältnisse aber nahe an dieses Intervall
heran. Auf diese Weise wird die Wobbelung der Changierfrequenz nur
so weit begrenzt, wie zur Vermeidung der kritischen Windungsverhältnisse
unbedingt nötig ist.
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Die
Changierfrequenz kann durch einen Nennwert, ihr Maximalwert durch
eine Abweichung vom Nennwert nach oben und ihr Minimalwert durch eine
Abweichung vom Nennwert nach unten definiert werden.
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Im
Bereich eines kritischen Windungsverhältnisses kann die
Abweichung der Changierfrequenz nach oben und unten reduziert werden.
Es kann jedoch von Vorteil sein, die Abweichung entweder nach oben
oder nach unten zu begrenzen. Es kann sich dabei während
des Durchquerens der Bildzone ändern, welche Abweichung
begrenzt wird.
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Bei
unsymmetrischer Änderung der Abweichung vom Nennwert entspricht
der Nennwert nicht mehr dem Mittelwert. Sofern der Nennwert jedoch
als Einstellparameter für die Changierfrequenz fungiert, wird
bei Annäherung an ein kritisches Windungsverhältnis
vorzugsweise diese Vorgabe sprunghaft geändert und die
Abweichungen vom Nennwert werden entsprechend darauf abgestimmt.
Auf diese Weise wird natürlich auch eine sprunghafte Änderung
des kurzzeitigen Mittelwertes bewirkt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird der Abstand zwischen Minimal- und Maximalwert der
Changierfrequenz bereits vor der Änderung des Nennwertes
reduziert und der Abstand nimmt, erst nachdem der Nennwert seinen
ursprünglichen Wert wieder annimmt, wieder zu. So kann
die sprunghafte Änderung des Nennwertes beziehungsweise
des kurzzeitigen Mittelwertes der Changierfrequenz auf ein Minimum beschränkt
werden. Wie oben beschrieben sind zu große Sprünge
in der Changierfrequenz beziehungsweise dem Windungsverhältnis
schädlich für den Spulenaufbau.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird ferner eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zur Bildstörung beim Aufwickeln eines Fadens
auf eine Kreuzspule in wilder Wicklung vorgeschlagen, wobei ein
Antrieb vorhanden ist, der dazu ausgebildet ist die Kreuzspule so
anzutreiben, dass die Oberflächengeschwindigkeit der Spule
konstant bleibt, und wobei ein unabhängiger Antrieb mit
einer Steuereinheit für die Changierung des Fadens vorhanden
ist, und wobei die Steuereinheit so einstellbar ist, dass die Changierfrequenz
kontinuierlich zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert geändert
wird, und die Changierfrequenz bei Annäherung an ein mittels
der Steuereinheit vorgebbares kritisches Windungsverhältnis,
so geändert wird, dass sich der kurzzeitige Mittelwert
der Changierfrequenz sprunghaft ändert. Erfindungsgemäß ist
die Steuereinheit so ausgebildet ist, dass sie bei Annäherung
an das kritische Windungsverhältnis eine Reduzierung des
Abstandes des Minimal- und des Maximalwertes und bei Verlassen des
kritischen Windungsverhältnisses wieder eine Erhöhung
des Abstandes bewirkt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Spulvorrichtung zum Aufwickeln eines Fadens auf eine Kreuzspule
und zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens;
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2 eine
graphische Darstellung der Changierfrequenz in Abhängigkeit
von der Zeit im Bereich eines kritischen Windungsverhältnisses;
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3 eine
graphische Darstellung des zugehörigen Windungsverhältnisses.
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Die 1 zeigt
die Spulvorrichtung 4 einer Kreuzspulen herstellenden Textilmaschine.
Wie in der Zeichnung angedeutet, liegt die in einem (nicht dargestellten)
Spulenrahmen frei drehbar gehalterte Kreuzspule 8 auf einer
Wickelwalze 11 auf und wird von dieser über Reibschluss
mitgenommen. Die Wickelwalze 11 ist dabei an einen Antrieb 12 angeschlossen,
der seinerseits über eine Steuerleitung 23 mit
einer Steuereinheit 19 in Verbindung steht. Zur Verlegung
des Fadens 7 während seines Auflaufens auf die
Spule 8 ist außerdem eine Fadenchangiereinrichtung 16 vorgesehen,
deren Changierfadenführer 18 durch einen eigenen
Antrieb, vorzugsweise einen Schrittmotor 20, oszillierend
angetrieben wird. Auch der Schrittmotor 20 ist über
eine Steuerleitung 24 an die Steuereinheit 19 angeschlossen
und von diesem definiert ansteuerbar. Des Weiteren ist eine Sensoreinrichtung 21 vorgesehen,
die über eine Signalleitung 22 mit der Steuereinheit 19 verbunden
ist und die die jeweilige Drehzahl der Kreuzspule 8 während des
Spulprozesses erfasst. Das heißt, die Steuereinheit 19 wird
mit Signalen der Sensoreinrichtung 21 versorgt und berechnet
anhand der Drehzahl der Wickelwalze 11, des bekannten Durchmessers
der Wickelwalze 11 sowie der durch die Sensoreinrichtung 21 ermittelten
Drehzahl der Kreuzspule 8 ständig den augenblicklichen
Durchmesser der Kreuzspule 8.
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Die 2 und 3 zeigen
den zeitlichen Verlauf der Changierfrequenz f und des zugehörigen Windungsverhältnisses
w beim Durchlaufen eines kritischen Windungsverhältnissen
wK.
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Die
Changierfrequenz f wird kontinuierlich mittels der Steuereinheit 19 zwischen
einem Minimalwert fmin und einem Maximalwert
fmax geändert. Der Minimalwert
fmin und der Maximalwert fmax haben
den Abstand Δf. Die Vorgabe der Changierfrequenz f erfolgt
dabei mittels eines Nennwertes fN und einer
Abweichung Δfmax vom Nennwert fN nach oben und einer Abweichung Δfmin von Nennwert fN noch
unten. Die Steuereinheit 19 hält die Drehzahl
der Wickelwalze 11 konstant und damit die Oberflächengeschwindigkeit
der Kreuzspule. Die Drehzahl der Kreuzspule und damit das Windungsverhältnis
nehmen hyperbolisch ab. Wie man der 3 entnehmen
kann, findet sich die kontinuierliche Änderung der Changierfrequenz
im Windungsverhältnis wieder.
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Das
Windungsverhältnis wK stellt ein
kritisches Windungsverhältnis in Bezug auf das Entstehen
von Bildwicklungen dar. Deshalb sollen die Windungsverhältnisse
zwischen w1 und w2 nicht
durchlaufen werden. Zum Zeitpunkt t1 erreicht
das Windungsverhältnis den Wert w2.
Ab diesem Zeitpunkt wird die Abweichung Δfmax vom
Nennwert fN bis zum Zeitpunkt t2 kontinuierlich
reduziert. Zum Zeitpunkt t2 hat der Maximalwert
fmax den Nennwert fN der
Changierfrequenz erreicht. Dann wird der Nennwert fN sprunghaft
angehoben und anschließend wieder kontinuierlich reduziert.
Gleichzeitig mit der sprunghaften Änderung des Nennwertes
wird die Abweichung Δfmax wieder
auf den Ursprungswert erhöht. Die Abweichung Δfmin wird dabei unterdrückt, so dass in
diesem Zeitbereich der Nennwert fN dem Minimalwert
der Changierfrequenz fmin entspricht. Durch
die beschriebenen Maßnahmen wird das kritische Windungsverhältnis sprunghaft
durchlaufen. Dann wird der Mittelwert des Windungsverhältnisses
konstant gehalten, so dass das Windungsverhältnis w1 nicht mehr überschritten wird.
Zum Zeitpunkt t3 hat der Nennwert fN durch die kontinuierliche Reduzierung wieder
seinen ursprünglichen Wert erreicht. Dann wird die Abweichung Δfmin vom Nennwert nach unten wieder erhöht.
Zum Zeitpunkt t4 hat die Changierfrequenz
wieder ihren ursprünglichen Verlauf erreicht und die Bildzone
wurde ohne das Entstehen vom Bildwicklungen durchlaufen.
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Das
dargestellte Ausführungsbeispiel stellt keine Einschränkung
des Erfindungsgedanken dar, die Wobbelung beim sprunghaften Durchlaufen
von Bildzonen zu reduzieren. Prinzipiell können bekannte Methoden
des sprunghaften Durchlaufens von Bildzonen und der Wobbelung kombiniert
werden und der Abstand der Extremwerte der Changierfrequenz passend
so begrenzt wird, dass ein kritisches Windungsverhältnis
nicht mehrfach durchlaufen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19519542
A1 [0011]
- - DE 19829597 [0012]
- - DE 4337891 A1 [0015]
- - DE 102005054356 A1 [0016]
- - EP 0093258 B1 [0018, 0018]