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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwickeln eines kontinuierlich
zulaufenden Fadens zu einer Spule gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Beim
Aufwickeln eines Fadens zu einer Spule wird stets ein stabiler Spulenaufbau,
eine möglichst
konstante Packungsdichte sowie gute Ablaufeigenschaften bei einer
späteren
Weiterverarbeitung angestrebt. Dabei können die Stirnflächen derartiger Spulen
in einer Normalebene liegen, so daß sich zylindrische Spulen
ergeben, oder relativ zu dieser Normalebene geneigt sein, so daß eine bikonische
Spule entsteht. Beim Aufwickeln der Spulen tritt das Problem auf,
daß aufgrund
der Fadenumkehr an den Spulenkanten eine Massenanhäufung auftritt,
die zu harten Spulenkanten oder zu einer wulstartigen Spulenkante
führt.
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Es
ist aus der
US 4 659
027 A sowie aus der
EP 0 235 557 A2 bekannt, daß zur Vermeidung
der Wülste
an den Spulenenden der Changierhub durch die Atmung, d. h. durch
periodische Verkürzung
und Verlängerung
des Changierhubes im Endbereich der Spulenkanten, verändert wird.
Dadurch erfolgt eine Verschiebung des Umkehrpunktes am Spulenende. Die
Fadenablage in jedem der Umkehrpunkte ist jedoch gleich, so daß die Verteilung
der Fäden an
den Spulenenden abhängig
ist von der Atmungsfrequenz. So hat sich gezeigt, daß bei geringer
Atmungsfrequenz die Stirnflächen
der Spule weicher sind gegenüber
einer mit hoher Atmungsfrequenz gewickelten Spule.
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Ein
weiterer Nachteil bei Vermeidung von zu hohen Spulenkanten liegt
darin, daß der
Changierhub bei der Atmung um bis zu 20 mm verkürzt werden muß. Dadurch
wird zwar der Kantenaufbau vermieden, jedoch erfolgt eine ungleichmäßige Fadenablage
und somit ungleichmäßige Packungsdichte
im Kantenbereich, was ebenfalls zu weichen Stirnflächen der
Spule führt.
Das ist je nach Art der Weiterverarbeitung unerwünscht, da weiche Spulen leichter beschädigt werden
als harte Spulen.
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Die
wechselweise Verkürzung
oder Verlängerung
des Changierhubes besitzt zudem den Nachteil, daß der den Faden führende Fadenführer abwechselnd
eine lange und eine kurze Changierstrecke durchlaufen muß.
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Demgemäß ist es
Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Aufwickeln eines laufenden
Fadens zu einer Spule zu schaffen, bei dem unabhängig von einer Atmung und unabhängig von
der Länge
des Changierhubes die Fadenablage im Kantenbereich entzerrt wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens sind in den Unteransprüchen bzw. in dem Anspruch 27
definiert.
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Die
Erfindung wurde auch nicht dadurch nahegelegt, daß aus der
EP 0 453 622 A1 ein
Verfahren bekannt ist, bei dem die Fadenführerposition abhängig ist von
der Position des Rotors eines Elektromotors. Das bekannte Verfahren
gibt eine Lösung
zum Betreiben einer Vorrichtung an, die es ermöglicht, den Fadenführer im
Umkehrbereich mit sehr hohen Beschleunigungen und Verzögerungen
zu bewegen. Die Elektromotorbewegung wird hierbei mittels einer Steuereinheit
in Abhängigkeit
von den üblichen
Wickelgesetzen gesteuert. Damit ergeben sich die bereits eingangs
beschriebenen Probleme bei den Spulenkanten.
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Beim
Changieren erfolgt die Fadenablage nach einer Geschwindigkeitsfunktion
des Changierfadenführers.
Diese Geschwindigkeitsfunktion ist durch drei Abschnitte gekennzeichnet.
Zunächst muß der Fadenführer im
Umkehrpunkt auf eine Führungsgeschwindigkeit
beschleunigt werden. Die Strecke, die der Fadenführer zurücklegt, bis er die gewünschte Führungsgeschwindigkeit
erreicht hat, ist als die Umkehrstrecke definiert. Der Fadenführer wird
sodann mit der Führungsgeschwindigkeit
bis zum gegenüberliegenden
Changierhubende bewegt. Die zurückgelegte
Strecke wird hierbei als Linearstrecke bezeichnet. An dem gegenüberliegenden Ende
wird der Fadenführer
aus der Führungsgeschwindigkeit
heraus derart verzögert,
daß er
im Umkehrpunkt die Geschwindigkeit null aufweist. Die während der
Verzögerungsphase
durchlaufene Strecke ist ebenfalls als Umkehrstrecke definiert.
Somit ergibt sich der durch die Umkehrpunkte definierte Changierhub
durch Addition dieser drei Teilstrecken. Die Umkehrstrecke des Fadenführers wird
im wesentlichen durch die eingestellte Beschleunigung bzw. Verzögerung des
Fadenführers
bestimmt. Das erfindungsgemäße Verfahren
nutzt nun genau die Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fadenführers, um
die Fadenablage zu beeinflussen. Hierzu werden die Beschleunigung
und Verzögerung
derart gesteuert, so daß sich
die Länge
der Umkehrstrecke verändert.
Dadurch wird die Fadenumkehr früher oder
später
beginnend zum Changierhubende eingeleitet. Daraus resultiert, daß der Faden
mit unterschiedlichen Winkeln zur Stirnfläche der Spule hin abgelegt
wird. Somit wird bereits unmittelbar hinter dem Umkehrpunkt eine
gleichmäßige Verteilung
des Fadens erreicht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsvariante gemäß Anspruch
2 können
beliebige Umkehrfunktionen des Fadenführers realisiert werden. Hierbei
wird die Bewegung des Fadenführers
mittels eines Mikroprozessors gesteuert. Die Bewegung des Fadenführers könnte dabei
durch einen Schrittmotor erfolgen.
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Die
Umkehrfunktion kann dabei symmetrisch ausgeführt sein, so daß die Verzögerung und
die Beschleunigung des Fadenführers
gleich sind. Diese Ausführung
ist insbesondere zur Vergleichmäßigung der
Fadenablage im Kantenbereich geeignet.
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Darüberhinaus
ist es jedoch auch möglich, die
Umkehrfunktion asymmetrisch vorzugeben. Durch eine derartige Steuerung
können
vorteilhaft Fadenabschläger
am Spulenende vermieden werden. Hierzu wird der Fadenführer mit
geringer Verzögerung
an das Spulenende herangeführt
und sodann mit sehr starker Beschleunigung von der Spulenkante weggeführt. Durch
die Veränderung
der Umkehrstrecke läßt sich
bereits ohne zusätzliche
Maßnahmen
ein guter Spulenaufbau mit relativ flachen Kanten und geraden Stirnflächen bzw.
ruhigen Böschungsflächen erreichen.
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In
den zuvor genannten Fällen
kann die Steuerung der Verzögerung
und der Beschleunigung des Fadenführers durch eine vorgegebene
zeitliche Programmfolge vorgenommen werden. Hierbei läßt sich
jede beliebige Zeitfunktion realisieren. Somit könnte bei einer Spiegelstörung nach
Umschaltung auf eine höhere
Changiergeschwindigkeit die Änderung
der Umkehrstrecke proportional folgen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Modifikation wird die Verzögerung und/oder
die Beschleunigung des Fadenführers
in Abhängigkeit
von der Führungs geschwindigkeit
gesteuert. So kann innerhalb eines Doppelhubes eine unterschiedliche
Fadenablage in jedem Einzelhub erzeugt werden. Desweiteren kann eine
vorteilhafte Verknüpfung
mit einem Spiegelstörverfahren
erreicht werden. Als Spiegel wird die Erscheinung der Spule bezeichnet,
bei der sich in aufeinanderfolgenden Wicklungslagen des Fadens gleichgerichtete
Fadenstücke
mehr oder weniger genau aufeinanderlegen. Die Symptome derartiger Spiegel
werden üblicherweise
dadurch vermieden, daß die
Führungsgeschwindigkeit
bzw. die Changiergeschwindigkeit, die als Anzahl der Hin- und Herbewegungen
(Doppelhübe)
des Changierfadenführers pro
Zeiteinheit angegeben wird, beispielsweise zwischen einer Ober-
und Untergrenze ständig
verkleinert und vergrößert wird.
Durch das Zusammenspielen der Änderung
der Umkehrstrecke und einer Spiegelstörung wird eine noch bessere
Abbindung der Fadenlagen im Kantenbereich der Spule erreicht. Hierbei
ist es auch möglich,
daß die Änderung
der Umkehrstrecke durch Wobbelung der Verzögerung bzw. der Beschleunigung
des Fadenführers
vorgenommen wird.
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Durch
eine weitere Verfahrensvariante gemäß Anspruch 8 wird erreicht,
daß die
Beschleunigung bzw. die Verzögerung
im Umkehrbereich konstant gehalten werden kann.
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Bei
niedrigen Führungsgeschwindigkeiten des
Fadenführers
wird erfindungsgemäß die Länge der
Umkehrstrecke verkleinert. Dadurch können präzisere Fadenablagen im Umkehrbereich
erreicht werden, die sich durch bessere Abbindungen der Fadenlagen,
geringere Verschiebungen der abgelegten Fadenlagen sowie durch Vermeidung
von Abschlägern auszeichnet.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsvariante
gemäß Anspruch
10 ermöglicht
eine Anpassung der Fadenablagen im Umkehrbereich an den jeweils eingestellten
Kreuzungswinkel. Damit können
insbesondere rutschende Fadenlagen im Umkehrbereich vermieden werden.
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Die
Verfahrensvarianten gemäß Anspruch 11
und 12 sind besonders geeignet, um den Spulenaufbau innerhalb der
Linearstrecke des Changierhubes zu beeinflussen. Jedoch würde eine
Erhöhung der
Führungsgeschwindigkeit
im Linearbereich ohne Veränderung
der Verzögerung
automatisch zu einer Verlängerung
der Umkehrstrecke führen.
Damit ist auch die Möglichkeit
gegeben, die Länge
der Umkehrstrecke allein durch die Steuerung der Führungsgeschwindigkeit
zu verändern.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante
gemäß Anspruch
13 wird die Länge
der Umkehrstrecke in Abhängigkeit
von dem Changierhub geändert.
Dadurch läßt sich
auch bei Einstellungen mit langsamen Beschleunigungen und Verzögerungen
der Aufbau von hohen Kanten vermeiden. Hierbei ist jede Form der
Atmung in Kombination zur Veränderung
der Umkehrstrecke möglich.
Insbesondere ist ein verkürzter
Changierhub bevorzugt mit einer langen Umkehrstrecke verknüpft, so
daß eine
größere Fadenmenge
abgelegt werden kann. Dadurch kann eine stetige Durchmesserverringerung
zum Ende der Spulhülse
hin erreicht werden, was das Ablaufverhalten der Spule verbessert.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die durch die Atmung bewirkte
Fadenzugkraftänderung
im wesentlichen kompensiert werden kann. Bei der Aufwicklung einer
Spule kommt es besonders darauf an, daß eine gleichmäßige Zugkraft über die
Fadenlänge
und über
die Länge
der Spule anliegt. Dadurch werden ebenfalls die Ablaufeigenschaften
der Spule verbessert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
gemäß Anspruch
17 zeichnet sich besonders dadurch aus, daß die Fadenmenge im Bereich
der Spulenenden noch mehr vergleichmäßigt wird, ohne den Changierhub
zu verändern.
Damit wird der Faden innerhalb jedes Changierhubes gleichmäßig hin-
und herbewegt. Die Changiergeschwindigkeit ist somit unabhängig von
der Verlegung des Changierhubes. Desweiteren wird dadurch eine gleichmäßige Fadenzugkraft
wäh rend
des Aufwickelns der Spule erreicht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann an zylindrischen Kreuzspulen mit geraden Stirnflächen und
solchen mit in Längsschnitt
schrägen
Stirnflächen
(bikonischen Spulen) mit Vorteil angewandt werden. Bei der Wicklung
von bikonischen Spulen wird der an den Spulenenden ausgeführte Atmungshub
mit zunehmendem Spulendurchmesser kleiner.
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Ebenso
kann das erfindungsgemäße Verfahren
bei jeder Wicklungsart, wie beispielsweise der wilden Wicklung,
Präzisionswicklung,
Stufenpräzisionswicklung
usw., eingesetzt werden.
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Um
welche Strecke die Enden des Changierhubes im Bereich der Spulenenden
verlegt werden können,
ist abhängig
von der gewickelten Länge
der Spule und der Länge
des Changierhubes.
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Um
eine hohe Vergleichmäßigung der
Fadenmenge an den Spulenenden zu erreichen, ist es von Vorteil,
wenn die Enden des Changierhubes innerhalb des Atmungshubes verlegt
werden, der gleich der Differenz aus der gewikkelten Länge der Spule
und der Länge
des Changierhubes ist. Das Ende des Changierhubes kann somit jede
beliebige Position innerhalb des Atmungshubes am Spulenende einnehmen.
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Aus
Erfahrung ist bekannt, daß ein
Atmungshub im Bereich von 10 mm bis 20 mm jeweils am Spulenende
ausreicht, um einen günstigen
Spulenaufbau zu erhalten. Bei einer Spulenlänge von 250 mm wäre demnach
ein Changierhub mit der Länge von
190 bis 230 mm zu wählen.
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Eine
besonders vorteilhafte Verfahrensmodifikation sieht vor, daß die Verlegung
des Changierhubes nach einer beliebig vorgegebenen Atmungsfunktion erfolgt.
Dabei wird durch die Atmungsfunktion die Lageänderung der Enden des Changierhubes
innerhalb des Atmungshubes vorgegeben. Hierdurch kann der Spulenaufbau
insbesondere im Hinblick auf das Ablaufverhalten optimiert werden.
Beispielsweise besteht die Möglichkeit,
ein Ende der Spule mit abgeflachten Kanten zu wickeln.
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Die
Atmungsfunktion kann hierbei die Änderung zwischen zwei benachbarten
Lagen des Changierhubes vorgeben. Damit läßt sich die Anzahl der Changierhübe vorgeben,
die innerhalb einer Lage des Changierhubes durchfahren werden sollten
bis der Changierhub verlegt wird. Auf diese Weise wird die Spule
auf unterschiedlichen Wicklungsschichten aufgebaut.
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Darüberhinaus
kann die Atmungsfunktion die Lageänderung des Changierhubes innerhalb
des Atmungshubes in Abhängigkeit
von der Zeit vorgeben. Damit kann eine vorteilhafte Verteilung der
Fadenmenge über
dem gesamten Atmungshub erzeugt werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verlegung
des Changierhubes nach einem vorgegebenen Zeitprogramm erfolgt.
Hierdurch wird ein weiterer Parameter zur Beeinflussung des Aufbaus
der Spule bereitgestellt.
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Um
die Fadenablage in den Spulenenden unterschiedlich zu beeinflussen,
ist es von Vorteil, wenn die Verlegung des Changierhubes mit einer Verkürzung und
Verlängerung
des Changierhubes gekoppelt wird. Dadurch kann das Ablaufverhalten der
Spule erheblich verbessert werden. Bei systematischen Untersuchungen
zum Ablaufverhalten von Spulen wurde herausgefunden, daß eine Abflachung des
zylindrischen Wandelflächenbereichs
der Spule auf der von der Abzugseite des Fadens abgewandten Seite
eine wesentliche Verbesserung der Ablaufeigenschaften des Fadens
mit sich bringt.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Modifikation wird durch die Verlegung
des Changierhubes mit einer Changierstörung zur Vermeidung von Spiegeln gekoppelt.
Als Spiegel wird die Erscheinung der Spule bezeichnet, bei der sich
in aufeinanderfolgenden Wicklungslagen des Faden gleichgerichtete
Fadenstücke
mehr oder weniger genau aufeinanderlegen. Die Symptome derartiger
Spiegel werden üblicherweise
dadurch vermieden, daß die
Changiergeschwindigkeit, die als Anzahl der Hin- und Herbewegungen
(Doppelhübe)
des Changierfadenführers
pro Zeiteinheit angegeben wird, beispielsweise zwischen einer Ober-
und Untergrenze ständig
verkleinert und vergrößert wird.
Durch das Zusammenspiel der Verlegung des Changierhubes und einer
Changierstörung
wird eine noch bessere Abbindung der Fadenlagen im Kantenbereich
der Spule erreicht.
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Anhand
der folgenden beigefügten
Zeichnungen wird das Verfahren sowie weitere vorteilhafte Verfahrensvarianten
beschrieben.
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Es
stellen dar:
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1 eine
Fadenablage auf einer Spule während
eines Changierhubes;
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2A und 2B eine
Fadenablage auf der Spulenoberfläche
im Umkehrbereich;
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3 Diagramm
der Geschwindigkeit des Fadenführers
in Abhängigkeit
vom Changierhub bei verschiedenen Doppelhubzahlen;
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4 Diagramm
der Geschwindigkeit des Fadenführers
bei asymmetrischer Umkehrfunktion;
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5 Diagramm
der Geschwindigkeit des Fadenführers
mit veränderlicher
Umkehrstrecke;
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6 Diagramm
der Geschwindigkeit des Fadenführers
bei einer Atmung;
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7 Diagramm
der Geschwindigkeit des Fadenführers
bei einer Atmung und einer Spiegelstörung;
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8 eine
Fadenablage auf einer Spule während
eines Changierhubes mit verkürztem
Changierhub;
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9 Zeit-Weg-Diagramm
des Fadenführers
bei einmaliger Verlegung des Changierhubes;
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10 Zeit-Weg-Diagramm
des Fadenführers
bei mehreren Verlegungen des Changierhubes innerhalb eines Atmungshubes;
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11 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens;
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12 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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In 1 ist
eine Fadenablage auf einer Spule während eines Changierhubes gezeigt.
In der oberen Hälfte
des Bildes ist eine Spule 5 dargestellt. Die Spule 5 wird
auf einer Hülse 6 gewickelt.
Die Hülse 6 ist
hierzu auf eine Spulspindel 7 gesteckt. Es handelt sich
hierbei um eine mit konstantem Kreuzungswinkel α gewickelte zylindrische Spule 5 mit
den Stirnflächen 1.
Die Spule 5 könnte
jedoch auch eine bikonische Form oder jede beliebige Form aufweisen.
Die Spule 5 könnte
dabei auf jede beliebigen Wicklungsart, wie beispielsweise wilde
Wicklung, Präzisionswicklung
oder Stufenpräzisionswicklung
sowie deren Kombinationen, gewickelt sein. Um einen Faden auf der
Spule abzulegen, wird die Spule 5 mittels einer hier nicht
gezeigten Friktionswalze oder direkt durch die Spulspindel 7 angetrieben.
Der zulaufende Faden wird sodann kurz vor Ablage auf der Spule durch
einen Fadenführer 11 in
Bewegungsrichtung 8 von dem linken Spulenende zum rechten
Spulenende und in Bewegungsrichtung 9 vom rechten Spulenende
zum linken Spulenende geführt.
Dieser Bewegungsablauf wird als Doppelhub des Changierfadenführers 11 bezeichnet.
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Der
Fadenführer
könnte
dabei beispielsweise durch einen Linearantrieb oder durch einen
Riementrieb angetrieben werden. Hierbei ist der Linearantrieb bzw.
der Riementrieb beispielswiese mit einem Schrittmotor verbunden. Über eine
programmierbare Steuereinrichtung könnte sodann die Bewegung des
Fadenführers
präzise
gesteuert werden.
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In
der unteren Hälfte
der 1 ist eine Fadenlage 2 auf der Spulenoberfläche 10 gezeigt,
die während
eines Changierhubes abgelegt wird. Der Changierhub H, der gleich
der gewickelten Länge
der Spule ist, ist durch den an jedem Ende befindlichen Umkehrpunkt 3 begrenzt.
Der Umkehrpunkt 3 ist dabei die Position, in der der Fadenführer keine
Geschwindigkeit aufweist. Beginnt man nun mit dem Changierhub auf
der in 1 gezeigten linken Seite der Spule, so wird innerhalb
einer Umkehrstrecke BL der Faden zunächst mit
stetig wachsendem Kreuzungswinkel verlegt. Sobald der Fadenführer auf eine
Führungsgeschwindigkeit
beschleunigt ist, die zur Verlegung des Fadens auf der Spulenoberfläche vorgegeben
ist, wird der Faden mit einem konstanten Kreuzungswinkel α abgelegt.
Diese Strecke ist hierin als Linearstrecke L bezeichnet. Am rechten
Ende der Spule wird der Fadenführer
derart verzögert,
daß er wiederum
im Umkehrpunkt 3 die Geschwindigkeit null aufweist. Daher
wird in dem Umkehrbereich BR der Faden mit
stetig kleiner werdendem Kreuzungswinkel α verlegt. Damit wird deutlich,
daß die
an den Changierhubenden gebildeten Spulenkanten im wesentlichen
von der Fadenablage im Umkehrbereich B abhängen. Die Umkehrstrecke B wird
ausschließlich durch
die Beschleunigung bzw. Verzögerung
des Fadenführers
bestimmt. Somit führt
eine hohe Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fadenführers im Umkehrbereich
zu einer kleinen Umkehrstrecke. Eine kleine Umkehrstrecke bewirkt
jedoch eine relative Masseanhäufung
des Fadens im Gebiet des Umkehrpunktes. Bei kleiner Beschleunigung
bzw. Verzögerung
wird die Umkehrstrecke B vergrößert. Damit stellt
sich eine geänderte
Fadenablage an den Spulenkanten ein.
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In 2A und 2B ist
die Situation der Fadenablage in den Spulenkanten bei zwei aufeinanderliegenden
Fadenlagen gezeigt. In 2A erfolgt die Changierung des
Fadens mit konstanter Beschleunigung bzw. Verzögerung in den Umkehrbereichen.
Die Fadenlagen 2 liegen spurgetreu aufeinander. Zwischen
der Stirnfläche 1 der
Spule und dem auf der Spulenoberfläche 10 abgelegten
Fadenlage 2 ergibt sich näherungsweise ein Winkel β, der für beide
Fadenlagen gleich groß ist.
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In 2B ist
dagegen die Situation gezeigt, bei der die Fadenlagen 2 mit
unterschiedlichen Beschleunigungen bzw. Verzögerungen im Umkehrbereich verlegt
wurden. Die Fadenlage 2, die mit hoher Beschleunigung bzw.
Verzögerung
im Umkehrbereich verlegt wurde, ist in 2B mit
B1 gekennzeichnet. Die Fadenlage 2,
die mit kleinerer Beschleunigung bzw. Verzögerung und damit großer Umkehrstrecke
verlegt wurde, ist mit B2 gekennzeichnet.
Die Fadenlage B1 weist zur Stirnfläche 1 einen
größeren Näherungswinkel β1 auf als
die Fadenlage B2. Damit wird die Fadenablage
im Umkehrbereich verzerrt. Durch wiederholte Änderung der Beschleunigung bzw.
Verzögerung
lassen sich vorteilhaft sehr gute Verflechtungen der Fadenablagen
in den Kantenbereichen der Spule herstellen. Somit können vorteilhaft
rutschende Lagen beim Ablauf der Spule vermieden werden. Damit können Spulen
mit harten Stirnflächen
gewickelt werden.
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In 3 ist
in einem Diagramm der grundsätzliche
Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit des Changierfadenführers und
dem Changierhub gezeigt. Der Changierhub H wird durch die Teilstrecken
BL, L und BR gebildet.
Die Umkehrstrecke am linken Rand des Changierhubes ist dabei als
BL und die Umkehrstrecke am rechten Rand
des Changierhubes mit BR gekennzeichnet.
Beide Changierstrecken sind hierbei gleich groß. Beginnt man nun am Nullpunkt
des Diagramms, so wird der Fadenführer zunächst beschleunigt. Diese Beschleunigung
erfolgt nach einer Umkehrfunktion U, die in ihrer Form beliebig
ist, beispielsweise kreisförmig,
parabolisch, hyperbolisch usw. Die Beschleunigungsphase des Fadenführers ist
nach Erreichen einer vorgegebenen Führungsgeschwindigkeit abgeschlossen.
Dieser Punkt ist durch den Übergang
von der Umkehrstrecke B zur Linearstrecke L gekennzeichnet. Innerhalb der
Linearstrecke L ist die Geschwindigkeit des Fadenführers konstant.
Um die Bewegung des Fadenführers
am gegenüberliegenden
Ende umzukehren, wird der Fadenführer
nun innerhalb der Umkehrstrecke BR verzögert. Die
Verzögerung
des Fadenführers erfolgt
wiederum nach einer Umkehrfunktion U, die jede beliebige Funktion
sein kann. Nachdem der Fadenführer
die Geschwindigkeit null aufweist, wird der gesamte Ablauf wiederholt.
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In 3 sind
drei Kurvenverläufe
mit unterschiedlicher Führungsgeschwindigkeit
dargestellt. Zur Kennzeichnung der Führungsgeschwindigkeit wurden
die Doppelhubzahlen des Changierfadenführers pro Minute angegeben.
Hierbei handelt es sich um in der Praxis üblich eingestellte Werte von
300, 400, 500 Doppelhübe
pro Minute. Um die Umkehrstrecke B bei jeder der Führungsgeschwindigkeiten konstant
zu halten, wird der Fadenführer
bei 300 Doppelhüben
pro Minute gemäß der Umkehrfunktion U1 beschleunigt und verzögert, bei 400 Doppelhüben pro
Minute durch eine Umkehrfunktion U2 und
bei 500 Doppelhüben
pro Minute durch eine Umkehrfunktion U3.
Das heißt,
den Fadenführer
bei 500 Doppelhüben pro
Minute in der Umkehrstrecke B zu beschleunigen bzw. zu verzögern, muß eine im
Vergleich zu dem Verlauf mit 300 Doppelhüben pro Minute wesentlich höhere Beschleunigung
bzw. Verzögerung
eingestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren könnte daher
auch dazu genutzt werden, um die Länge der Umkehrstrecke in den
Umkehrbereichen unabhängig von
der Changiergeschwindigkeit konstant zu halten.
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Der
wesentliche Vorteil des Erfindungsgemäßen Verfahren liegt jedoch
darin, die Länge
der Umkehrstrecke und damit die Fadenablage im Kantenbereich der
Spulen zu beeinflussen. In 4 ist anhand
einer Geschwindigkeits funktion des Fadenführers eine Verfahrensvariante
gezeigt, bei der die Beschleunigung und die Verzögerung des Fadenführers durch
unterschiedliche Funktionen erfolgt. Die Beschleunigung des Fadenführers erfolgt
durch die Umkehrfunktion U1. Die Umkehrfunktion
U1 ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen
steilen Anstieg der Geschwindigkeit bewirkt. Somit wird der Faden zum
Spulende innerhalb einer kurzen Umkehrstrecke verlegt. Wie bereits
in 2B beschrieben, wird dadurch die Fadenlage sich
sehr schnell von der Stirnfläche 1 entfernen.
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Die
Verzögerung
des Fadenführers
erfolgt nach einer Umkehrfunktion U2. Die
Umkehrfunktion U2 ist dadurch gekennzeichnet,
daß sie
einen gemäßigten Abfall
der Geschwindigkeit zum Umkehrpunkt hin aufweist. Die resultierende
Umkehrstrecke B2 ist somit größer als
die Umkehrstrecke B1. Der gesamte Umkehrbereich
wird daher mit einer asymmetrischen Umkehrfunktion U1 +
U2 durchlaufen. Durch die Umkehrfunktion
U2 wird erreicht, daß der Fadenführer sich
langsam dem Spulenende nähert.
Diese Verfahrensmodifikation ist insbesondere dazu geeignet, um Abschläger am Spulenende
zu vermeiden.
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In 5 ist
eine weitere Modifikation des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Hierbei
wird der Umkehrbereich mit einer symmetrischen Umkehrfunktion durchlaufen.
Sowohl die Beschleunigung als auch die Verzögerung erfolgt mit gleicher Umkehrfunktion.
Hierbei werden die Changierhübe jedoch
mit einer Umkehrfunktion U1 oder einer Umkehrfunktion
U2 durchlaufen. Die Umkehrfunktion U1 führt
zu einem gemäßigten Anstieg
der Geschwindigkeit innerhalb einer Umkehrstrecke B1.
Nachdem der Fadenführer
die Strecke L1 durchlaufen hat, wird er mit
der gleichen Umkehrfunktion U1 verzögert. Die zweite
Alternative, den Changierhub zu durchlaufen, ist durch die Strecken
B2, L2 und B2 gekennzeichnet. Hierbei wird der Fadenführer in
den Umkehrbereichen durch die Umkehrfunktion U2 beschleu nigt
und verzögert.
Durch Wechsel zwischen den zwei Alternativen läßt sich somit die Fadenablage
in den Spulenkanten, wie bereits zu 2 beschrieben,
variieren. Der Wechsel kann dabei nach einem vorgegebenen beliebigen
Zeitprogramm erfolgen.
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Es
hat sich gezeigt, daß die
durch die Steuerung der Beschleunigung bzw. Verzögerung bewirkte geänderte Fadenablage
bevorzugt mit einer Atmung und/oder Spiegelstörung kombiniert wird. Hierzu
ist in 6 in einem Diagramm die Geschwindigkeitsfunktion
des Fadenführers
bei einer Atmung mit gleichzeitiger veränderter Umkehrstrecke gezeigt. Der
Fadenführer
wird hierbei abwechselnd oder nach einem beliebigen Zeitprogramm
gesteuert zwischen einem minimalen Changierhub Hmin und
einem maximalen Changierhub Hmax geführt. Beim
Durchlaufen des maximalen Changierhubes wird der Fadenführer innerhalb
einer Umkehrstrecke B1 beschleunigt oder verzögert. Beim
Durchlaufen des minimalen Changierhubes wird der Fadenführer innerhalb
einer Umkehrstrecke B2 beschleunigt oder
verzögert.
Die Umkehrstrecke B2 ist größer als
die Umkehrstrecke B1. Zur Verbesserung der
Fadenablage ist dabei die Kombination mit der Verfahrensmodifikation
nach 5 besonders bevorzugt anzuwenden.
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Eine
weitere Verfahrensmodifikation ist in 7 gezeigt.
Hierbei wird der minimale Changierhub mit veränderter Führungsgeschwindigkeit durchlaufen.
Die Führungsgeschwindigkeit
des Changierfadenführers
wird hierbei zwischen einer oberen Grenze Vo und einer unteren Grenze
Vu verändert. Dadurch
kann erreicht werden, daß die
durch die Atmung verursachte Fadenzugkraftänderung im Faden im wesentlichen
kompensiert wird. Die Veränderung der
Führungsgeschwindigkeit
kann – wie
in 7 gezeigt – in
Abhängigkeit
von dem Changierhub erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, die
Veränderung
der Führungsgeschwindigkeit
nach einem beliebigen Zeitprogramm beispielsweise einem Spiegelstörverfahren
zu steuern.
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In 8 ist
eine Fadenablage auf einer Spule während eines Changierhubes gezeigt.
In der oberen Hälfte
des Bildes ist eine Spule 5 dargestellt. Die Spule 5 wird
auf einer Hülse 6 gewickelt.
Die Hülse 6 ist
hierzu auf eine Spulspindel 7 gesteckt. Es handelt sich
hierbei um eine mit konstantem Kreuzungswinkel α gewickelt zylindrische Spule 5 mit
den Stirnflächen 1.1 und 1.2.
Die Spule 5 könnte
jedoch auch eine bikonische Form oder jede beliebige Form aufweisen.
Die Spule 5 könnte
dabei auf jede beliebige Wicklungsart, wie beispielsweise wilde
Wicklung, Präzisionswicklung
oder Stufenpräzisionswicklung sowie
deren Kombinationen gewickelt sein.
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Um
einen Faden auf der Spule abzulegen, wird die Spule 5 mittels
einer hier nicht gezeigten Friktionswalze oder direkt durch die
Spulspindel 7 angetrieben. Der zulaufende Faden wird sodann
kurz vor Ablage auf der Spule durch einen Fadenführer 11 in Bewegungsrichtung 8 von
dem linken Spulenende in den Bereich des rechten Spulenendes und
in Bewegungsrichtung 9 aus dem Bereich des rechten Spulenendes
zum linken Spulenende geführt.
Dieser Bewegungsablauf wird als Doppelhub des Changierfadenführers 11 bezeichnet.
Hierbei durchläuft
der Changierfadenführer
den Changierhub H zweimal.
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Es
ist jedoch auch möglich,
daß der
Faden mittels zwei sich in entgegengesetzter Richtung bewegenden
Fadenführern
verlegt wird. In dem Fall wird der Faden bis zum Umkehrpunkt nahezu
mit der Führungsgeschwindigkeit
verlegt.
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Der
Fadenführer
könnte
dabei beispielsweise durch einen Linearantrieb oder durch einen
Riementrieb angetrieben werden.
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In
der unteren Hälfte
der 8 ist eine Fadenablage 2 auf der Spulenoberfläche 10 gezeigt,
die während
eines Changierhubes abgelegt wird. Der Changierhub H ist durch die
an jedem Ende befindlichen Umkehrpunkte 3.1 und 3.2 begrenzt.
Der Umkehrpunkt 3 ist dabei die Position, in der der geführte Faden
keine Geschwindigkeit aufweist. Somit muß bei einer Umkehrchangierung
der Fadenführer
an jedem Ende des Changierhubes aus seiner Führungsgeschwindigkeit abgebremst
werden, um anschließend
wieder auf eine Führungsgeschwindigkeit
beschleunigt zu werden. Somit wird der Faden im Bereich der Changierhubenden
oft mit geringerer Geschwindigkeit abgelegt, was eine höhere Massenverteilung
auf der Spule zur Folge hat. Der vom Faden- führer 11 durchlaufene
Changierhub H ist hierbei kleiner als die gewickelte Länge L der
Spule. Der Changierhub H läßt sich
innerhalb der gewickelten Spulenlänge L derart verlegen, daß der Umkehrpunkt 3.2 des
Changierhubes bündig
zur Stirnfläche 1.2 der Spule 5 liegt.
Somit bildet sich am linken Ende der Spule zwischen der Stirnfläche 1.1 und
dem Umkehrpunkt 3.1 ein Abstand, der gleich dem Atmungshub
A ist. Der maximale Atmungshub A ergibt sich dabei aus der Differenz
zwischen der gewickelten Länge der
Spule L und dem Changierhub H. Die Verlegung des Changierhubes H
innerhalb der gewickelten Länge
L der Spule 5 kann nun innerhalb des Atmungshubes A erfolgen.
Hierbei läßt sich
jede beliebige Position einstellen, so daß eine optimale Massenverteilung
des abgelegten Fadens an den Enden der Spulen einstellen läßt.
-
In 9 ist
ein Zeit-Weg-Diagramm des Fadenführers
angegeben. Die Abzisse stellt den Weg dar, den der Fadenführer an
einem Ende der Spule zurücklegt.
Der Nullpunkt ist dabei die Grenze der gewickelten Spulenlänge. Die
Ordinate ist als Zeitachse gekennzeichnet. In dem in 9 gezeigten
Ausführungsbeispiel
erfolgt die Verlegung des Changierhubes nach einer stufenförmigen Atmungsfunktion.
Die Atmungsfunktion ist in dem Diagramm mit F bezeichnet. Die Atmungsfunktion
F gibt dabei die Schrittfolge der Changierhubverlegung an. Hierbei
ist ein Ausschnitt gezeigt, bei dem der Changierhub von einem Arbeitspunkt
A1 zu einem benachbarten Arbeitspunkt A2 und dann zum Arbeitspunkt A3 verlegt
wird. Bei der Aufwicklung wird in diesem Fall der Fadenführer in dem
Zeitintervall zwischen t1 und t2 im
Arbeitspunkt A1 geführt. Die Atmungsfunktion zeigt
in diesem Teilbereich einen parallelen Verlauf zur Ordinate. Somit wird
in der Zeit zwischen t1 und t2 der
Faden in einem fixierten Bereich auf der Spulenoberfläche abgelegt. Nachdem
die Zeit t2 erreicht ist, erfolgt eine sprunghafte
Verlegung des Changierhubes zu dem Arbeitspunkt A2.
Sodann erfolgt wiederum eine Verlegung des Fadens im Zeitintervall
zwischen t3 und t4 auf
einem auf der Spulenoberfläche
fixierten Bereich. Nachdem die Zeit t4 erreicht
ist, wird der Changierhub H relativ zum Spulenende in den Arbeitspunkt
A3 verlegt. Diese stufenförmigen Änderungen
der Lage des Changierhubes können
in beide Richtungen bis zur Erreichung des maximalen Atmungshubes
A durchgeführt
werden. Diese Verfahrensvariante besitzt den Vorteil, daß in den
jeweiligen Positionen des Changierhubes stabile Fadenlagen gewickelt
werden.
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Zur
Vergleichmäßigung der
Packungsdichte der Spulenoberfläche
ist es jedoch auch von Vorteil, wenn die Lageänderung des Changierhubes kontinuierlich
erfolgt.
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In 10 ist
ein Zeit-Weg-Diagramm gegeben, bei dem eine Atmungsfunktion F die
Verlegung des Changierhubes in dem Bereich des maximalen Atmungshubes
A kennzeichnet. Der maximale Atmungshub wird mit einer durch die
Atmungsfunktion definierten Schrittfolge durchlaufen. Hierbei ist
wiederum auf der Abzisse die Spulenlänge eingetragen, wobei der
Nullpunkt das Ende der Spule kennzeichnet. Auf der Ordinate ist
die Zeit eingetragen. Die Atmungsfunktion F ist aus lauter einzelnen
Arbeitspunkten A gebildet, wobei jeder Arbeitspunkt für ein Zeitintervall δti eingestellt bleibt. Das Zeitintervall δTi kann bis auf einen Wert null abgesenkt
werden, so daß eine
stetige Änderung
der Lage des Changierhubes erfolgt. Insgesamt ergibt sich bei Durchlauf
des gesamten Atmungshubes A ein parabelförmiger Verlauf. Der Übergang
von einem Arbeitspunkt zum benachbarten Arbeitspunkt kann dabei
sowohl – wie
in 9 beschrieben – stufenförmig als auch kontinuierlich
erfolgen. Ebenso kann die Zeit zwischen zwei benachbarten Verlegungshüben derartig
gewählt werden,
daß jede
beliebige Atmungsfunktion durchlaufen werden kann.
-
Bei
den in 9 und 10 gezeigten
Ausführungsbeispielen
wird jedes Spulenende gleichmäßig aufgebaut.
Um ungleichmäßige Spulkanten
herzustellen, müssen
die Zeitintervalle variiert werden.
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Es
besteht jedoch auch die Möglichkeit,
das Verfahren mit einer Verkürzung
oder Verlängerung des
Changierhubes zu kombinieren. Die Verkürzung oder Verlängerung
wird dabei entweder periodisch oder nach vorgegebenen Intervallen
und für
eine vorgegebene Zeitdauer durchgeführt. Mit dieser Methode kann
eine Spule hergestellt werden, die unterschiedliche Spulenkanten
aufweist. Insbesondere kann damit eine Abflachung einer der Spulenkanten zur
Verbesserung der Ablaufeigenschaften hergestellt werden.
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Da
der Fadenführer
immer im gleichen Changierhub hin- und hergeführt wird und somit die Changiergeschwindigkeit
während
der Verlegung des Changierhubes unverändert bleibt, besteht die Möglichkeit,
jedes beliebiges Changierstörverfahren anzuwenden.
Beispielsweise läßt sich
die Changiergeschwindigkeit periodisch oder nach bestimmten Zeitintervallen
zwischen einer Ober- und einer Untergrenze ständig verändern.
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens ist in 11 gezeigt. Die
Changiereinrichtung besteht hierbei aus dem Riementrieb 35 und
dem Riementrieb 36. Der Riementrieb 35 wird durch
die Riemenscheiben 43, 44 und 45 und
den durch die Riemenscheiben geführten endlosen
Riemen 12 gebildet. Die Riemenscheibe 44 ist mit
einer Antriebswelle 13 eines Elektromotors 14 gekoppelt
und wird in Pfeilrichtung (entgegen Uhrzeigersinn) angetrieben.
An dem Riemen 12 ist ein Fadenführer 11.1 befestigt.
Der Riementrieb 36 besteht aus den Riemenscheiben 40, 41 und 42 sowie
den darin geführten
endlosen Riemen 15. Dabei ist die Riemenscheibe 41 mit
einer Antriebswelle 16 eines Elektromotors 17 gekoppelt
und wird in Pfeilrichtung (im Uhrzeigersinn) angetrieben. An dem
Riemen 15 ist ein Fadenführer 11.2 befestigt.
Der Riementrieb 36 ist in einer parallelen Ebene zum Riementrieb 35 derart
angeordnet, daß die
Riemenscheibe 40 des Riementriebs 36 und die Riemenscheibe 43 des
Riementriebs 35 koaxial zueinander liegen und an einer Achse 20 drehbar
gelagert sind. Ebenso sind die Riemenscheiben 42 des Riementriebs 36 und
die Riemenscheibe 45 des Riementriebs 35 koaxial
zueinander angeordnet und an der Achse 21 drehbar gelagert.
Parallel zu den Riemenscheiben 45 und 43 ist unterhalb
der Riementriebe eine zu wickelnde Spule 5 angeordnet.
Die Spule 5 wird hierbei auf einer Hülse 6 gewickelt, die über eine
Spulspindel 7 angetrieben wird.
-
Der
Faden 18, der in 11 in
die Zeichnungsebene im wesentlichen senkrecht eintritt, wird nun
mittels der Fadenführer 11.1 und 11.2 entlang
einer Changierstrecke H geführt.
Die Changierstrecke H erstreckt sich dabei nur über eine Teillänge der
gewickelten Länge
L der Spule. In der gezeigten Position in 1 wird der
Faden 1 zur Zeit von dem Fadenführer 11.1 zum linken
Ende der Spule mittels des Riemens 12 geführt. Die
Riemenscheibe 42 des Riementriebs 36 besitzt gegenüber der
koaxial angeordneten Riemenscheibe 45 des Riementriebs 35 einen kleineren
Durchmesser. Dadurch taucht der Fadenführer 11.1 zum Teil
unterhalb des Fadenführers 11.2 ab
und gibt somit den Faden aus seiner Führungskerbe frei. Nachdem der
Faden am Ende des Changierhubes von dem Fadenführer 11.2 übernommen
wurde, wird der Faden in entgegengesetzter Richtung in dem Bereich
zum rechten Ende der Spule 5 geführt. Da die Riemenscheibe 43 des
Riementriebs 35 einen kleineren Durchmesser gegenüber der
Riemenscheibe 40 des Riementriebs 36 aufweist,
ergibt sich ein gekreuzter Verlauf der Riemen 12 und 15.
Die Fadenübergabe
wird somit am rechten Ende der Spule auf gleiche Weise wie die Fadenübergabe
am linken Ende der Spule wiederholt.
-
Während der
Faden 18 durch den Fadenführer 11.2 des Riementriebs 34 geführt wird,
wird der Riementrieb 35 mit einer durch den Elektromotor 17 vorgegebenen
Führungsgeschwindigkeit
angetrieben. In dieser Zeit wird der Riementrieb 36 mit
einer Wechselgeschwindigkeit betrieben, die durch den Elektromotor 14 vorgegeben
wird, so daß der
Fadenführer 11.1 zur
gleichen Zeit an dem Ende des Changierhubes H ankommt wie der Fadenführer 11.2.
Die Elektromotoren 14 und 17 der Riementriebe 36 und 35 sind
mittels einer Steuereinrichtung 19 miteinander gekoppelt.
Durch die Kopplung können
nun die Führungsgeschwindigkeit
sowie die Wechselgeschwindigkeit der Riementriebe 35 und 36 derart
vorgegeben werden, daß die
Fadenübergabe
im Umkehrpunkt am Hubende erfolgt. Durch die Steuerung der Führungsgeschwindigkeit
und der Wechselgeschwindigkeit kann der Changierhub innerhalb der gewickelten
Länge L
der Spule hin- und herverlegt werden. Somit läßt sich eine Atmung realisieren,
um den Kantenaufbau der Spule zu beeinflussen. Die Steuerung ist
zudem mit einem Drehzahlsensor 22 verbunden, der die Drehzahl
der Spulspindel 7 erfaßt.
Damit läßt sich
die Changiergeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Wicklungsart
beliebig einstellen.
-
In 12 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
gezeigt. Hierbei wird der Fadenführer 11 mittels
eines Riementriebes 30 innerhalb eines Changierhubes H
hin- und herbewegt. Der Riementrieb 30 ist durch die Riemenscheiben 26, 27 und 24 gebildet.
Der Fadenführer 11 ist
an einem Riemen 12, der die Riemenscheiben 26, 27 und 24 umschlingt,
befestigt und wird dabei zwischen den Riemenscheiben 26 und 27 hin-
und hergeführt.
Die Riemenscheibe 26 ist drehbar an einer Achse 29 gelagert,
die Riemenscheibe 27 ist drehbar an der Achse 28 gelagert.
Die Riemenscheibe 24 ist mit einer Antriebswelle 25 verbunden,
die mittels eines Elektromotors 23, beispielsweise einem
Schrittmotor, in beiden Richtungen angetrieben wird. Der Elektromotor 23 wird über eine
Steuereinrichtung 19 angesteuert. Parallel zu dem zwischen
der Riemenscheibe 26 und 27 gespannten Riemen
ist eine Spulspindel unterhalb des Riementriebes angeordnet, auf
der die Hülse 6 befestigt
ist. Auf der Hülse 6 wird
die Spule 5 gewickelt. Die Drehzahl der Spulspindel wird
mittels eines Drehzahlsensors 22 erfaßt und der Steuereinrichtung 19 aufgegeben.
Damit kann das Verhältnis zwischen
der Changiergeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit der Spule
eingestellt werden. Bei dieser Anordnung wird die Bewegung des Fadenführers 11 durch
die Winkelbewegung des Elektromotors positioniert. Somit läßt sich über die
Steuereinrichtung 19 jede beliebige Veränderung des Changierhubes H
auf der Spule und innerhalb der Länge L einstellen.
-
In
der Steuereinrichtung 19 aus 11 und 12 kann
ein aus den vorhergehenden Diagrammen gezeigtes Aufspulprogramm
gespeichert sein. Die Steuereinrichtung wird dann in Abhängigkeit
von der Programmfolge den elektrischen Motor bzw. die elektrischen
Motoren entsprechend ansteuern.
-
Es
ist jedoch darüberhinaus
auch möglich, die
Verlegeeinrichtung durch mechanische Einrichtungen bei einer Kehrgewindewelle
zu verwirklichen.
-
- 1
- Stirnfläche
- 2
- Fadenlage
- 3
- Umkehrpunkt
- 4
- Spulenachse
- 5
- Spule
- 6
- Hülse
- 7
- Spulspindel
- 8
- Bewegungsrichtung
- 9
- Bewegungsrichtung
- 10
- Spulenoberfläche
- 11
- Fadenführer, Changierfadenführer
- 12
- Riemen
- 13
- Antriebswelle
- 14
- Elektromotor
- 15
- Riemen
- 16
- Antriebswelle
- 17
- Elektromotor
- 18
- Faden
- 19
- Steuereinrichtung
- 20
- Achse
- 21
- Achse
- 22
- Drehzahlsensor
- B,
BL, BR, B1, B2
- Umkehrstrecke
- H,
Hmin, Hmax
- Changierhub
- U,
U1, U2, U3
- Umkehrfunktion
- α
- Kreuzungswinkel
- L
- Spulenlänge
- A
- Atmungshub
- F
- Atmungsfunktion
- t
- Zeit