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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwickeln eines kontinuierlich zulaufenden Fadens zu einer Spule gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 des Hauptpatentes
DE 198 07 030 B4 .
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Beim Aufwickeln des Fadens zu einer Spule werden 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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Aus der
EP 0 453 622 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei welchem der Changierfadenführer im Umkehrbereich eine relativ hohe Verzögerung und Beschleunigung ausführt. Hieraus resultiert eine undefinierte Fadenablage im Umkehrbereich. Bei zu hohen Verzögerungen und Beschleunigungen treten rutschende Fadenlagen am Spulenkantenbereich auf, die zu einem undefinierten Spulenkantenaufbau führen. Werden dagegen die Verzögerung und die Beschleunigung des Changierfadenführers zu langsam ausgeführt, so tritt eine relativ große Massenanhäufung an den Spulenkanten auf.
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Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufwickeln eines Fadens zu einer Spule zu schaffen, bei welchem eine Fadenablage im Kantenbereich mit minimaler Massenanhäufung erfolgt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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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 ausgehend vom 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 gegenüberliegenden Umkehrpunkt die Geschwindigkeit Null aufweist. Die während der Verzögerungsphase durchlaufene Strecke ist ebenfalls als Umkehrstrecke definiert. Somit ergibt sich durch die beiden Umkehrpunkte die definierte Länge des Changierhubs durch Addition dieser drei Teilstrecken. Die Umkehrstrecke des Fadenführers wird im wesentlichen durch die eingestellte Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fadenführers bestimmt. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie das Verfahren gemäß dem Hauptpatent
DE 198 07 030 B4 nutzt nun genau die Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fadenführers, um die Fadenablage zu beeinflussen. Gegenüber dem Hauptpatent werden die Beschleunigung und Verzögerung beim erfindungsgemäßen Verfahren derart gesteuert, daß sich die Längen der Umkehrstrecken mit wachsendem Spulendurchmesser der Spule laufend verlängern. Damit wird erreicht, daß die Massenanhäufung mit wachsendem Spulendurchmesser im Kantenbereich geringer wird und somit keine wulstartigen Spulenkanten entstehen. Die Massenanhäufung in Fadenumkehr entsteht dadurch, daß durch die veränderte Geschwindigkeit des Changierfadenführers eine größere Fadenmasse pro Zeiteinheit auf der Spulenoberfläche abgelegt werden muß. Je kürzer die Umkehrstrecke ist, desto geringer ist die Massenanhäufung. Die Fadenablage innerhalb der Umkehrstrecke bleibt jedoch stabil, da auf dem Umfang eines Zylinders mit größerem Durchmesser eine Fadenumkehr mit größerem Radius nötig ist.
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Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zu jedem Spulendurchmesser eine Mindestlänge der Umkehrstrecke eingestellt, bei welchem eine feste Fadenlage auf der Spulenoberfläche gewährleistet ist. Damit läßt sich während der gesamten Spulreise die Massenanhäufung in den Umkehrstrecken minimieren. Dieser Verfahrensvariante liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Faden auf der Spulenoberfläche innerhalb der Umkehrstrecke mit einem minimalen Radius abgelegt werden kann, ohne daß der Faden auf der Spulenoberfläche verrutscht.
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Da die Mindestlänge der Umkehrstrecke im wesentlichen durch den minimalen Krümmungsradius der Fadenlage und dem jeweiligen Kreuzungswinkel abhängt, ist die Verfahrensvariante aus Anspruch 3 besonders von Vorteil, um die Mindestlänge der Umkehrstrecke laufend zu ermitteln. Hierbei ist der minimale Krümmungsradius durch den Quotienten zwischen dem Spulenduchmesser und dem Doppelten eines Reibwertes der Spulenoberfläche berechenbar. Der Reibwert der Spulenoberfläche liegt für textile Fäden im Bereich von 0,2 bis 0,6. Damit würde sich beispielsweise bei einem Spulendurchmesser von 200 mm ein minimaler Krümmungsradius der Fadenablage innerhalb der Umkehrstrecke von 167 bis 500 mm ergeben.
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Um eine hohe Flexibilität beim Aufwickeln des Fadens zu erreichen, wird die Mindestlänge der Umkehrstrecke mittels einer Steuereinrichtung laufend berechnet und in Steuersignale zur Steuerung der Beschleunigung und der Verzögerung des Changierfadenführers überführt.
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Hierbei ist besonders von Vorteil, wenn der Spulendurchmesser laufend erfaßt wird und der Steuereinheit zur Berechnung der Mindestlänge der Umkehrstrecke vorgegeben wird. Da der Reibwert der Spulenoberfläche im wesentlichen vom Fadentyp und dem Changierprogramm abhängt, läßt sich dieser als Wert in der Steuereinheit hinterlegen. Ebenso ist der gewicklete Kreuzungswinkel des Fadens durch das Changierprogramm bekannt und in der Steuereinheit hinterlegt. Die Steuereinheit, die beispielsweise durch einen Mikroprozessor gebildet wird, führt so laufend eine Berechnung der Mindestlänge der Umkehrstrecke aus. Der errechnete Wert wird sodann unmittelbar in Steuersignale umgewandelt, um einen Antrieb des Changierfadenführers entsprechend zu steuern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für das Aufwickeln des Fadens in wilder Wicklung mit konstantem Kreuzungswinkel oder in Präzisionswicklung mit veränderten Kreuzungswinkeln anwendbar.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Modifikation ist die Führungsgeschwindigkeit des Changierfadenführers veränderbar. 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 Änderungen der Umkehrstrecken und einer Spiegelstörung wird eine noch bessere Abbindung der Fadenlagen im Kantenbereich der Spule erreicht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante gemäß Anspruch 10 ist die Länge des Changierhubes veränderbar. 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. 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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Die Verfahrensvariante gemäß Anspruch 11 ist 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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Anhand der folgenden beigefügten Zeichnungen werden das Verfahren sowie die weiteren vorteilhaften Verfahrensvarianten und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens 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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2 eine Fadenablage auf der Spulenoberfläche im Umkehrbereich;
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3 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen 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 eine 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 beliebige 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 Changierfadenführer 11 in Bewegungsrichtung 8 von dem linken Spulenende zu dem 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 Changierfadenführer könnte dabei beispielsweise durch einen Linearantrieb oder durch einen Riementrieb angetrieben werden. Hierbei ist der Linearantrieb bzw. der Riementrieb beispielsweise mit einem Schrittmotor verbunden. Über eine programmierbare Steuereinheit könnte sodann die Bewegung des Fadenführers präzise gesteuert werden. 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 Changierfadenführer 11 derart verzögert, daß er wiederum im Umkehrpunkt 3 die Geschwindigkeit 0 aufweist. Daher wird in der Umkehrstrecke BR der Faden mit stetig kleiner werdendem Kreuzungswinkel α verlegt. Somit wird deutlich, daß die an den Changierhubenden gebildeten Spulenkanten im wesentlichen von der Fadenablage innerhalb der Umkehrstrecke B abhängen. Die Umkehrstrecken B werden ausschließlich durch die Beschleunigung und Verzögerung des Changierfadenführers bestimmt. Somit steht die Fadenlage innerhalb der Umkehrstrecke in direktem Zusammenhang mit der Verzögerung und Beschleunigung des Changierfadenführers. Die Fadenlagen in den Umkehrstrecken sind durch einen Krümmungsradius ρ definiert.
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Hierzu ist in 2 eine Fadenlage 2 auf der Spulenoberfläche 10 am rechten Umkehrbereich einer Spule gezeigt. Durch den Umkehrpunkt 3 ist die Abzisse eines Diagramms gelegt. Die Abzisse stellt dabei die Länge des Changierhubes H dar. Die Ordinate des Diagramms ist in der Mitte des Changierhubes eingetragen und zeigt in Umfangsrichtung der Spule. Hierauf ist der Umfangsweg u·t eingetragen. Hierbei ist u die Umfangsgeschwindigkeit und t die Zeit. Der Umkehrpunkt 3 kennzeichnet das Ende des jeweiligen Changierhubes und ist in 2 mit Ho bezeichnet. Somit schneidet die Ordinate die Abzisse im Punkt ½Ho. Die Fadenlage 2 innerhalb der Umkehrstrecke B ist durch den Krümmungsradius ρ definiert. Zwischen der Ordinate und der Fadenlage 2 ist der Kreuzungswinkel α eingetragen. Der Changierfadenführer wird somit bis zu Beginn der Umkehrstrecke mit der Führungsgeschwindigkeit geführt. Im Punkt 4.1 beginnt nun die Verzögerung des Changierfadenführers bis zum Umkehrpunkt 3. Vom Umkehrpunkt 3 bis zum Punkt 4.2 wird der Changierfadenführer beschleunigt.
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Aus der in 2 gezeigten Anordnung läßt sich ein Zusammenhang zwischen dem Krümmungsradius ρ der Fadenlage, dem Kreuzungswinkel α und der Umkehrstrecke B herleiten. Die Umkehrstrecke B läßt sich aus der Gleichung B =* ρ(1 – cosα) berechnen.
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Der kleinste ablegbare Krümmungsradius der Fadenlage, der zu keinem Verrutschen der Fadenlage führt, läßt sich aus der Beziehung ρmin = D/(2·μ) berechnen.
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Hierbei ist D der Spulendurchmesser und μ der Reibwert der Spulenoberfläche. Es läßt sich somit bei gleichmäßiger Spulenoberfläche mit wachsendem Spulendurchmesser eine Fadenlage mit immer nur größer werdendem Krümmungsradius ablegen, ohne daß die Fadenlage auf der Spulenoberfläche verrutscht. Bei textilen Garnen und den üblichen Changierprogrammen liegen die Reibwerte im Bereich von 0,2 bis 0,6. Somit läßt sich die Mindestlänge der Umkehrstrecke aus der Gleichung Bmin = D·(1 – cosα)/2μ berechnen. Diese Rechnung läßt sich beispielsweise durch die Steuereinheit eines Schrittmotors, der den Changierfadenführer antreibt, laufend ausführen. Die Steuereinheit erzeugt aus der ermittelten Mindestlänge der Umkehrstrecke Steuerungssignale, um den Schrittmotor anzusteuern. Damit wird dem Changierfadenführer eine Verzögerung und eine Beschleunigung aufgeprägt, die zu einem minimalen Krümmungsradius und somit zu einer Mindestlänge der Umkehrstrecke führen. Die pro Zeiteinheit abgelegte Fadenlänge ist somit auf ein Minimum reduziert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine Aufwicklung eines Fadens zu einer Spule mit einer gleichmäßigeren Massenverteilung auf der Spulenoberfläche auch unabhängig von einer Atmung. Um eine weitere Vergleichmäßigung der Packungdichte des Spulenaufbaus zu erhalten, läßt sich zusätzlich eine Atmung, d. h. eine Veränderung des Changierhubes durchführen. Ebenso ist es möglich, eine Veränderung der Führungsgeschwindigkeit nach einem beliebigen Zeitprogramm durchzuführen, um eine Spiegelstörung, d. h. eine Vermeidung von Bildwicklungen, zu erzeugen.
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In 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Hierbei wird der Changierfadenführer 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 Changierfadenführer 11 ist an einem Riemen 12, der die Riemenscheiben 26, 27 und 24 umschlingt, befestigt und wird dabei zwischen den Riemenscheiben 26 und 26 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 ein Steuergerät 19 angesteuert. Das Steuergerät 19 ist mit einer Steuereinheit 13 verbunden.
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Parallel zu dem zwischen der Riemenscheibe 26 und 27 gespannten Riemen ist eine Spulspindel 7 unterhalb des Riementriebs angeordnet, auf der die Hülse 6 befestigt ist. Auf der Hülse 6 wird die Spule 5 gewickelt. Die Drehzahl der Spulspindel 7 wird mittels eines Drehzahlsensors 22 erfaßt und der Steuereinheit 13 aufgegeben. Es kann das Verhältnis zwischen der Changiergeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit der Spule eingestellt werden. Da die Spulspindel 7 zu einer Wickeleinrichtung gehört, die die Spule 5 mit konstanter Umfangsgeschwindigkeit antreibt, läßt sich aus der Drehzahl der jeweilige gewickelte Durchmesser der Spule berechnen. Diese Rechnung wird innerhalb der Steuereinheit 13 durchgeführt. Die Steuereinheit 13 weist einen Dateneingang und einen Datenspeicher auf, um die Reibwerte der Spulenoberfläche und die Kreuzungswinkel der Spulenwicklung aufzunehmen. Anhand der hinterlegten Daten sowie der laufend gemessenen Drehzahl läßt sich von der Steuereinheit 13 laufend die Mindestlänge der Umkehrstrecken an den Changierhubenden berechnen. Die errechneten Werte werden von der Steuereinheit in Steuersignale umgewandelt und dem Steuergerät 19 zugeführt. Das Steuergerät 19 steuert entsprechend den Elektromotor 23, so daß der Changierfadenführer 11 mit einer Beschleunigung bzw. Verzögerung beaufschlagt wird, die die Einhaltung der Mindestlänge der Umkehrstrecke gewährleistet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stirnfläche
- 2
- Fadenlage
- 3
- Umkehrpunkt
- 4
- Übergangspunkt
- 5
- Spule
- 6
- Hülse
- 7
- Spulspindel
- 8
- Bewegungsrichtung
- 9
- Bewegungsrichtung
- 10
- Spulenoberfläche
- 11
- Changierfadenführer
- 12
- Riemen
- 13
- Steuereinheit
- 18
- Faden
- 19
- Steuergerät
- 22
- Drehzahlsensor
- 23
- Elektromotor
- 24
- Riemenscheibe
- 25
- Antriebswelle
- 26
- Riemenscheibe
- 27
- Riemenscheibe
- 28
- Achse
- 29
- Achse
- 30
- Riementrieb
