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Die erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufspulen von Fäden,
insbesondere frischgesponnenen Synthesefäden, mit achsangetriebener Spulwelle und
Einrichtung zum Konstanthalten der Fadenspannung durch Drehzahlregelung des Antriebes
der Spulwelle.
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Beim Aufwickeln von frischgesponnenen Fäden ist der Nachteil zu verzeichnen
daß mit Zunahme des Wickeldurchmessers bei konstanter Antriebsgeschwindigkeit der
Spulwelle die Umfanggeschwindigkeit der Spule wächst und damit die Fadenspannung
ansteigt.
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Die Varänderung der Fadenspannung bewirkt, daß das aufzuspulende
Garn ungleichmaßig beansprucht wird, wadurch die Dehnung des Garnes zum Teil verlorengeht.
Desweiteren treten Titerschwankungen im Material auf. Ms ist deshalb erforderlich,
durch Regelvorrichtungen bei konstanter Liefergeschwindigkeit die Spindeldrehzahl
so zu verändern, daß eine bestimmte Fadenspannung für das aufzuwickelnde Material
vorhanden ist.
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In der Regel bedient man sich dabei Einrichtungen, welche entweder
den zunehmenden Wickeldurchmesser oder aber die Spannung des laufenden Fadens abtasten
und die Auslenkung des Tastorgans als Verstellimpulse benutzen.
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So sind u. a. bereits mechanische Steuereinrichtungen für Kreuzspulmaschinen
mit stufenlos veränderbarem Reibscheibengetriebe bekannt, bei welchen durch die
Auslenkung des den Wickeldurchmesser abtastenden Organs, die Antriebsscheibe bzw.
die von ihr getriebene Scheibe axial bzw. in der Scheibenebene verschoben wird,
um eine gleichbleibende ladengeschwindigkeit zu erzielen bzw. eine tnderung der
Fadenspannung zu verhüten.
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Weiterhin kennt man auch bereits im Antrieb von Spulmaschi-nen stufenlos
veränderbare Konoidengetriebe mit einem zwischen den kenischen Walzen geklemmt umlaufenden
endlosen Reibriemen, bei welchem der Riemen mit wachsendem Wickeldurchmesser zur
Steuerung der Padengeschwindigkeit quer zu seiner Lauffrichtung verschbben wird
und dabei auf der
treibenden Walze stetig in Bezirke anderer Umlaufgeschwindigkeiten
gelangt. Da der Reibriemen frei schwingend und außer der Walzenklemmstelle ungestützt
um die innerhalb seines Umfanges gelegene Walze umläuft, ist er quer zu seiner Laufebene
üblicherweise biegesteif ausgebildet und benötigt zu seiner Verschiebung sowohl
relativ große Verstellkräfte, wie auch Verstellzeiten.
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Die den Wickeldurchmesser abtastenden Steuereinrichtungen haben den
Mangel von Unsicherheitsfaktoren bezüglich des Schlupfes sowie der Einstellgenauigkeit
und sind im wesentlichen für einen zylindrischen Wickelaufbau bestimmt. Desweiteren
sind die bekannten Getriebe als Verstellgetriebe mit hohem Verstellkraftbedarf für
eine unmittelbare Verstellbetätigung durch einen Fadenfühler selbst in einem Regelkreis
nicht geeignet, weil die an sich schwachen Fadenfühlerimpulse hier offenbar keine
Verstellwirkung zeitigen können.
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Eine weitere Gruppe von Regeleinrichtungen tastet den laufenden@Faden
ab und verwendet ihn als Impulsgeber.
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Diese Regeleinrichtungen können dabei als mechanische, elektrische
oder pneumatische Regeleinrichtungen in Abahängigkeit von dem Fadenzug ausgeführt
werden.
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So ist eine Me#- und Regelvorrichtung für die Spannung von Fäden,
Schnuren, Seilen, Textilmaterial u. ä. bekanntgeworden, die einen pneumatisch arbeitenden
Fühlerhebel aufweist, womit über eine Gebläsekammer und einen Verstärker, auf Grund
der ergebnisse der vergleichenden Druckmessung, mittels eines Organs die Rotationsgeschwindigkeit
der Spule reguliert wird.
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Pneumatisch arbeitende Regelvorrichtungen sind ebenfalls bei Warenbahnen
bekannt, wo bei Tertilgeweben, Papier, Kunststoff 0. ä. die Kante abgetastet wird
und mittels elektrischer, magnetischer, pneumatischer oder hydraulischer Steuerung
die Liefergeschwindigkeit veränderlich ist.
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Die hier auftretenden Impulse sind jedoch im allgemeinen sehr schwach
und werden deshalb dem eigentlichen Stellglied
über mechanische,
hydraulische oder elektrische bzwX fotoelektrische Zwischenglieder verstärkt zugeleitet.
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Die Nachteile bei elektrischen Regeleinrichtungen bestehen darin,
daß ein hohe ökonomischer Aufwand durch die elektrischen Verstärker benötigt, sowie
die ffberlastbarkeit nur in bestimmten Grenzen möglich wird. Mine hohe Spulendrehzahl
erfordert dabei entweder einen speziellen slektromotor oder die Zwischenschaltung
eines Getriebes, wie Stirnradgetriebe o. a.. Außerdem ist der Platzbedarf und die
Verschleißanfälligkeit größer.
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Grundsätzlich kann gesagt werden, daß bei Auf spuleinrichtungen für
frischersponnene Synthesefäden eine Regelung über die Fadenspannung oder den Wickeldurchmesser
zuviel Unsicherheitsfaktoren in sich birgt und nicht ausreichend für eine konstante
Fadenspannung und entsprechende Aufspulgeschwindigkeit ist.
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Um eine hohe Spindeldrehzahl zu erreichen und damit die Abzugsgeschwindigkeit
zu steigern, hat man als Antriebsmittel für Spindeln und Flügel von Spinn-, Zwirn-und
ähnlichen Textilmaschinen bereits versucht, mittels Druckluftturbinen oder Flüssikieitsgetrieben,
wie beispielsweise hintereinandergeschalteter J)rehkolbenmaschinen' einen zuverlässig
arbeitenden Antrieb zu ermöglichen.
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Da insbesondere die für den Antrieb verwendeten 1)ruckluftturbinen
den Anforderungen nicht gewachsen waren, so suchte man sie durch den Anbau eines
mechanischen Ausgleichgetriebes, z. B. Ausstattung mit Geschwindigkeitsreglern,
geeigneter zu machen.
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Keiner dieser Vorschläge ließ sich jedoch in wirtschaftlicher Weise
praktisch durchführen.
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Der Nachteil der Drehkolbenmaschinen besteht darin, daß diese nicht
mit der großen Drehzahl umlaufen können, die man fur die anzutreibenden Baschinenteile
anstreben muß.
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Imine Zwischenschaltung eines Reibscheiben- oder anderen Getriebes
bringt ebenfalls Verteuerung und neue Unsicherheitsfaktoren
mit
sich so daß sich in der Praxis weder die Druckluftturbinen noch die Flüssigkeitsgetriebe
zum Bpindelantrieb entscheidend durchgesetzt haben.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Fadenaufwickelvorrichtung,
insbesondere für frischersponnene Synthesefäden, mit gro#em Regelbereich für die
Aufspulgeschwindigkeit, wenig kostenaufwendigen Bauteilen mit geringer Verschleißantälligkeit
und entsprechender Sicherheit für die Bedienkräfte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktionselemente
der Fadenaufwickelvorrichtung so zu gestalten, daß mit geringstem technischen Aufwand
eine hohe Konstanz der Aufspulgeschwindigkeit bei achsangetriebenen Wickelkörpern
erreicht wird.
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Erfindungsgemä# wird die Aufgabe gelöst indem der Antrieb der Spulwelle
gleichzeitig sowohl in Abhängigkeit von der Fadenspannung regelbar, als auch in
Abhängigkeit von der Zunahme des Spulendurcbmessers steuerbar und dabei zumindest
die von der Faden spannung funktionsabhängige Regelvorrichtung eine pneumatische
ist. Der Fadenspannungsfühler besteht aus einem Hebel der eine Prallplatte trägt,
die zur Druckeinstellung des Regelluftstroaes mit einer Ausgangsdüse der Leitung
des Regelluftstromes zusammenwirkt.
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Das die Drehzahl der Spulwelle regelnde Glied ist mittels eines Kolbens
einstellbar und wirkt auf den Regelluftstrom ein.
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Der Kolben ist mittels einer manschettenartigen Membrane mit seinem
Zylinder beweglich verbunden.
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Der Regelluftstrom ist mittels einer Drossel grunddosierbar, indem
an deXder Beaufschalgungsseite des Kolbens abgewendeten Seite des Zylinders ein
Nebenluftstrom anliegt, der mittels einer zweiten Drossel grunddosierbar ist, wobei
sich zwischen der zweiten Drossel und dem Zylinder in der Leitung des Nebenluftstromes
eine Ausgangsdüse befindet der eine Prellplatte zugeordnet ist.
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Das die Drehzahl der Spulwelle in Abhangigkeit von der
Fadenspannung
regulierbare Glied besteht aus einer Drossel, die mittels des Kolbens einstellbar
ist und den Antriebsluftstrom der 1l1urbine dosiert.
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Zur Steuerung der Drehzahl der Spulwelle in Abhängigkeit von der
Zunahme des Spulendurchmessers, ist eine weitere Drossel vorgesehen, mittels der
der Abluftstrom des Arbeitsluftstromes dosierbar ist.
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Der entsprechend der Zunahme des Spulendurchmessers bewegliche Träger
ist das Steuermittel für die Drossel.
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An der Kolbenstange kann ebenfalls ein elektrisches Stellglied, beispielsweise
ein einstellbarer Widerstand oder Steuertransformator, ein mechanisches Stellglied
oder ein hydraulisches Stellglied angeordnet werden.
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Die Erfindung wird anhand der Austührungsbeispiele naher erläutert.
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Die Zeichnungen zeigen: Fig. 1: den Schaltplan der Aufwickelvorrichtung
mit einem zweiseitig druckluftbeaufschlagten Kolben und einem pneumatischen Steuerglied,
Fig. 2t den Zylinder mit einem einseitig druckluftbeaufschlagten Kolben und einer
Gegenfeder, Fig. 3: den Schaltplan der Aufwickelvorrichtung mit einem zweiseitig
druckluftbeaufschlagten Kolben und einem elektrischen Steuerglied.
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Im Maschinenteil 1 ist der Träger 2 gelagert. Im räger 2 ist in zwei
Lagerstellen die Spulwelle 3 angeordnet, auf der die Hülse 4 mit dem Wickelkörper
5 sitzt. Der Wikkelkdrper 5 stützt sich gegen eine ortsfest gelagerte Walze 6 ab.
Dadurch bleibt der Aufwickelpunkt des Fadens 8 auf den Wickelkörper 5i nahezu an
der gleichen Stelle im Raum und der Fadenführer 7 kann ortsfest angebracht werden,
so daß er nur die Changierbewegung in der Achse x - x ausführt. Der aufzuwickelnde
Faden 8 kommt von einem Lieferwerk, das den Faden mit konstanter Geschwindigkeit
abliefert über badenleitorgane 9 zum Fadenführer 7. Zwischen den Fadenleitorganan
9 befindet sich ein löffelartiger Hebel 26, der auf den Baden 8 eine zum Fadenlauf
senkrechte Kraft ausübt und den
Faden 8 auslenkt. Das Maß der Auslenkung
ist die Regelgröße für die pneumatische Regeleinrichtung.
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Auf der Welle 3 ist das Turbinenrad 11 befestigt.
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Das Gehäuse 10 der Luftturbine ist mit dem Rahmen 2 verbunden. Die
Turbine erhält über am Umfang angebrachte Düsen 12 die Luftaufschlagung. Nachdem
die Luft ihre Energie abgegeben hat, wird sie aus der Luftturbine in die Sammelleitung
13 abgeführt und außerhalb des klimatisierten Raumes abgeleitet.
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Da das Turbinengehäuse 10 mit Turbinenrad 11 an dem beweglichen Träger
2 angeordnet ist, sind Mittel in der Luftzu- und abfuhr, beispielsweise flexible
Schläuche 14 vorgesehen, die den Luftstrom von der ortsfesten Anlage auf die bewegliche
Luftturbine mit Gehäuse 11; 10 übertragen.
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Der Luftstrom zum Antrieb der Luftturbine wird einer zentralen Druckluftleitung
17 entnommen und über die Motorluftdrossel 15 geleitet. Vorher wird die Druckluft
zur Betätigung der Regeleinrichtung über die Leitung 22 unter gleichem Druck p1
wie in der zentralen Leitung 17 entnommen.
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Durch die Stellung der Nadel 16 der Motorluftdrossel 15 wird dem
Turbinenrad 11 der Luftstrom zugeleitets der zur Erzielung einer bestimmten Drehzahl
erforderlich ist.
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Die Nadel 16 ist mit der Kolbenstange 18 des Kolbens 19 fest verbunden.
Zwischen dem Zylinder 21 und dem Kolben 19 soll die Reibung so gering wie möglich
gehalten werden, damit ein proportionales Verhalten der Regeleinrichtung vermieden
wird. Durch Anordnung einer schlaffen Membran 20 zwischen Kolben und Zylinderwand
hat der Kolben S9 so gut wie keine Rückstellkraft. Die Regeleinrichtung zeigt ein
integrales Verhalten. Damit werden Nichtlinearitäten ausgeschaltet und der bei einem
proportionalen Verhalten auftretende statische Fehlerbereich vermieden.
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Durch die schlaffe Membran 20 wird der Raum des Zylinders 21 in zwei
Teile unterteilt. In dem Zylinderraum 21 a herrsoht der Druck P2. Durch Anordnung
der Drossel 23 ist der Druck p2 niedriger als der Druck P1 in der Leitung 22@ Der
Druck P2 ist nach erfolgter Einstellung der Drossel 23
nur noch
von der Drosselwirkung an der Düse 27 in Verbindung mit der Prallplatte 28 abhängig.
Die Drosselwirkung durch Düse 27 und Prallplatte 28 kann auch durch eine Drossel
oder Blende hervorgerufen werden, Die Prallplatte 28 ist an dem löffelartigen Fadenabtasthebel
26 befestigt. Die Gegenkraft zu der auf den Löffel des Hebels 26 wirkenden Fadenspannungsresultierenden
stellt die Feder 29 dar.
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Die Spindel 30 mit Rändelmutter 31 ist fest gelagert und die an der
Spindel befestigte Feder 29 kann auf eine bestimmte Federkraft eingestellt werden,
so daß die Fadenspannung regelbar ist.
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Der Zylinderraum 21 b des Zylinders 21 wird über die Leitung 34 mit
dem Druck p3 beauflagt. In der Leitung 34 ist eine Drossel 32 und Däse 33 mit Prallplatte
33a zur Einstellung des Druckes p3 vorgesehen.
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Die schlaffe Membran 21 c teilt den Zylinderraum 21 b vom Drosseiraum
der Motorluftdrossel 15 ab. Die allseitig von Druckluft umgebene Nadel 16 liefert
annähernd keine Kraftkomponente auf den Kolben 19. Der kolben 19, die Kolbenstange
18 und die Drosselnadel 16 werden nur durch die am Zylinder angeordneten Membranen
20 und 21 c geführt.
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Bei Ausführung nach Fig. 2 wird im unteren Kolbenraum 21 b eine Druckfeder
38 eingebaut und die Leitung 34 dorthin entfernt, so daß die Druckluft durch das
Abführorgan 39 entweicht. Bei dieser Anordnung zeigt die Regeleinrich tung ein proportionales
Verhalten. Durch die Wahl einer grösseren Verstärkung, die sich ohne weiteres durch
Dimensionierung des Meßgiiedes erreichen läßt, wird der Fehler bei proportionaler
Abweichung in der zulässigen toleranzgrenze gehalten.
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Unter einen geeigneten Dimensionierung im Einblick auf Verringerung
der proportionalen Abweichung ist eine Verringerung der Düsenbohrung, eine Verringerung
der Federsteife und eine Vergrö#erung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Federhebelarm
und Prallplattenhebelarm zu verstehen.
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Das Abschwenken des Trägers 2 wird zur Störgrößenaufschaltung benutzt.
Der wachsende Spulendurchmesser erfordert einen Drehzahlabfall der Turbine. Das
erd im vorliegenden Fall durch stufenlose Erhöhung des Gegendruckes der Turbine
in der Leitung 35 erreicht. Im Drehpunkt des Trägers 2 befindet sich die am Träger
2 befestigte Drossel, bestehend aus scheibe 36 und die am Gestell 1 befestigte Scheibe
37. Beide Scheiben haben gemeinsame Öffnungen, deren Durchlaßquerschnitt durch Verdrehung
des Trägers 2 gegenüber dem Gestell 1 bei Zunahme des Durchmessers des Wickelkörpers
5 verringert wird.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Bei Anstieg der Spannung
im Faden 8 wird die Prallplatte 28 näher an die Düse 27 gebracht. Dadurch steigt
der Druck in den Leitungen 24 und 25 sowie im Zylinderraum 21 a an.
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Da der Druck p3 im Zylinderraum 21 b konstant bleibt, bewegt sich
der IColben 19 in Richtung des Zylinderraumes 21 b, in dem ein niedriger Druck p3
vorhanden ist.
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In dem vorliegenden Fall bedingt die Kolbenbewegung eine weitere
Drosselung der Turbinenluftzufuhr, wodurch die Drehzahl des Wickelkörpers absinkt.
Dadurch vermindert sich die Faden spannung. Das Absinken der Fadenspannung bewirkt,
daß sich die Prallplatte 28 von der Düse 27 wegbewegt und in dem Zylinderraum 21
a sinkt der Druck wodurch die Bewegung des Kolbens 19 beendet wird. An der Drossel
23 wird die Zeitkonstante eingestellt und an der Drossel 32 erfolgt die Einstellung
des Arbeitspunktes.
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Im vorliegenden Fall läßt sich eine Störgrößenaufschaltung einfach
verwirklichen0 Der wachsende Spulendurchmesser stellt die wesentliche Störgröße
dar. So läßt sich der Spulendurchmesser beispielsweise indirekt als Schwenkwinkel
der Spulenlagerung abnehmen. Die Größe dieses Winkels wird zum Stellen einer Drossel
benutzt, Dabei kann die Drossel sowohl als zweite Drossel in der Druckleitung als
auch in der iblauftleitung liegen. Es ist vorteilhaft, diese Drossel in die Abluftleitung
zu legen. Sie verringert
die Drehzahl der Turbine durch Verringerung
des Drucke fälles innerhalb der Turbine.
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Diese Drossel kann beispielsweise in den Drehpunkt der Schwlnglager
eingebaut werden und zwar derartig daß eine Drehung die Größe der Durchlaß öffnung
stufenlos verringert.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Big. 3 ist die Regeleinrichtung
in einem Gleichstromnetz 40 mit einem Schiebewiderstand 45 verbunden.
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Der Antrieb der Spulwelle 3 erfolgt durch einen Gleichstromnebenschluimotor
41 mit Erregerwicklung 44.
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Am kolben 18 der Regelvorrichtung ist ein Übertragungsglied 46 angelenkt,
wodurch der Schiebewiderstand in Abhängigkeit von der Faden spannung betätigt wird
und dadurch die Spulendrehzahl veränderlich ist.
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Die Störgröenaufschaltung erfolgt in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel
des Trägers 2 bei zunehmendem Wickeldurchmesser der Spule 5 über das Übertragungsglied
43 auf den Regelwiderstand 42 im Ankerstromkreis, wodurch die Spulendrehzahl verändert
wird, so daß die Fadenaufwickelvorrichtung eine Regelung der Spulendrehzahl, abhängig
von der Fadenspannung und Steuerung derselben, abhängig von dem Schwenkwinkel des
Trägers 2 bei zunehmendem Spulendurchmesser aufweist, Die pneumatische Regeleinrichtung
kann weiterhin zur Einstellung eines Steuertransformators oder hydraulischen sowie
mechanischen Stellgliedes benutzt werden, wobei der Antrieb der Spulwelle 3 entweder
durch einen in seiner Drehzahl regelbaren Elektromotor, einen hydraulischen Antrieb
oder ein stufenlos regelbares Getriebe erfolgt.