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Spinnverfahren und Vorrichtung mit luft- oder magnetgelagertem Spinnring
zum Ausüben des Verfahrens Beim Spinnen von Fasergarnen auf bekannten Ringspinnmaschinen,
auch bei Verwendung von luftgelagerten Spinnringen, haben die Spindeldrehzahlen
Grenzen, die einer höheren Spinnleistung, wie auch der Automatisierung des Spinnverfahrens
entgegenstehen.
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Hierfür gibt es mehrere Gründe: Beim Ringspinnen bildet sich in dem
Faden zwischen dem Garnträger (Cop) auf der Spinnspindel und dem S'treckwert eine
Fadenzugkraft aus, die im wesentlichen zur Überwindung der auftretenden Reibungen,
bevorzugt der Läufer-Ring Reibung dient.
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Diese systemabhängige Kraft ist huber die Länge der Fadenstrecke nicht
gleich. Sie kann als Grundspannung in der sogenannten Spinnzone zwischen Fadenführer
und Streckwerk in bekannter, einfacher Weise gemessen werden.
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Unter dem Einfluß dieser Grundspannung, dem Fliehkraftfeld und der
Luftreibung bildet der Faden zwischen Spinnläuf er und Fadenführer eine räumlich
verwundene Kurve aus, die in der Projektion senkrecht. zur 4chse optisch als der
sogenannte "Spinnballon" in Erscheinung tritt.
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Die Länge des Fadens im Ballon ist größer als es dem Abstand Spinnläufer-Fadenführer
entspricht, um so mehr, je größer seine Abdrängung aus der Meridianebene, die durch
Spinnläufer-Spindelachse bestimmt ist, wird, d.h. je kleiner bei sonst gleichen
Verhältnissen die Fadenspannung ist, wobei ein Minimalwert
nicht
unterschritten werden darf, weil sonst die Fadenkurve instabil wird und Halsen mit
Fadenbruch die unausweichliche Folge ist. Diese Fadenkurve stellt in ihrer stabilen-Phase
eine elastische Pufferzone dar, die gegebenenfalls gegen kurzfristige Längen- oder
Kraftänderungen ausgleichend wirkt, solange die räumliche Verwindung gross genug
ist, daß die Fadenlänge oder Raumkurve den kürzesten Abstand zwischen Spinnläufer
und Fadenführer ausreichend überschreitet um im Bedarfsfall auch wirklich Fadenweg
freistellen zu können, ohne daß übermássige Kraftspitzen dazu generiert werden müssen.
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Es ist bekannt, daß die vorbeschriebene Grundspannung beim Spinnen
laufend von nieder- und hochfrequenten Schwellbeanspruchungen überlagert wird, die
auf verschiedene Ursachen zurttckgehen. Ihre Kraftspitzen werden um so gröBer, äe
weniger Fadenlängenüberschuß der Ballonfaden zum elastischen Ausgleich enthält,
d.h. je kleiner bei zunehmender Copfüllung die Ballonhöhe wird und je mehr sich
der den Ballon bildende Fadenabschnitt vom Spinnläufer zum Fadenführer infolge zunehmender
Spinnspannung dem kürzesten Abstand, also der Geraden zwischen den genannten Spinnteilen
nahert und aeine Auslenkung aus der Meridianebene gegen Null tendiert.
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Es ist vielleicht weniger bekannt, daß sich die angesprochenen Kraftspitzen
mit zunehmender Spinndrehzahl stark vergrößern und ein Vielfaches der Grund spannung
annehmen können und wegen der damit unmittelbar verbundenen Fadenbruchgefahr die
Drehzahlsteigerung und damit die Produktionssteigerung nach oben limitiert.
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Das beschriebene Problem bleibt auch bei der Anwendung von luft- oder
magnetgelagerten Spinnringen im Prinzip bestehen, solange sich die Schwellkraftspitzen,
verursacht durch Exzentrizitäten jeder Art in Verbindung mit der zyklischen Beanspruchung
des Fadenmaterials infolge kurzzeitiger Verdehnungen,
von der Seite
der Entstehungsursache her, nicht vermeiden lassen. Bei der Verwendung von luftgelagerten
Spinnringen wirkt der Spinnläufer infolge Zentrilfugalkraft gegenüber dem-Ring als
schleifende Reibungskupplung und kann deshalb den luftgelagerten Spinnring unter
bestimmten Bedingingen so weit beschleunigen, daß seine Umlaufdifferenz zum Ring
gegen 0 tendiert, so daß SynchrOnlauf eintritt. Bei genügend hoher Drehzahl und
Masse des Spinnläufers'wird mit eingetretenem Synchronlauf die schleifende Kupplung
Läufer Spinnring zu einer festen kraftschlüssigen Verbindung ohne Relativbewegung
zwischen Läufer und Ring.
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Damit fällt die Reibung Läufer/Ring momentan weg, so daß wegen der
geringen Luftreibung des Spinnringes der den Ring ziehende Aufwindefaden im gleichen
AugenbLick erheblich entlastet wird, wodurch auch die Fadenspannung im Ballon schlagartig
im gleichen Verhältnis nachläßt. Die Folge ist ein momentanes Aufweiten des Ballondurchmessers
verbunden mit einr'entsprechenden Abdrängung des Ballonfadens aus seiner Meridianebene,
was bei höheren Drehzahlen meist zu Balloncollaps und Fadenbruch führt. Die gleiche
Wirkung ergibt sich bei Verwendung von luftgelagerten Spinnringen beim Abstellen
der Spinnstelle z.B.
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bei vollem Cops, wenn die Spindel in der Umdrehungszahl rasch abfällt,
während Ring und Läufer infolge Beharrungsvermögen und geringer Reibung unter Beibehaltung
der Drehzahl weiterläuft. Dabei wird der gesponnene F'aden nicht mehr auf- sondern
abgewickelt, Der Ballon bläht als Folge davon auf und collabiert oder der Faden
hakt aus dem Läufer, was in beiden Fällen Fadenbruch bedeutet.
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Die Erfindung bezweckt, diese Mängel, welche der gewünschten Erhöhung
der Drehzahl im Wege stehen, zu beheben.
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Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, das bei Anwendung
von luftgelagerten oder magnetgelagerten Spinnringen Drehzahl und Fadenspannung
so gesteuert werden, daß die beschriebenen Nachteile nicht wirksam -werden, und
so der Vorteil
der luftgelagerten Spinnringe voll genutzt werden
kann. Hierzu wird im ersten Schritt bei vorerßt geringer Drehzahl*bei entsprechendem
Läufergewicht rasch Synchronlauf zwischen Spinnläufer und Ring erreicht. * (gemessen
an der vorgesehenen Betriebsdrehzahl) Spinnkräfte und Kraftschluß Läufer-Ring sind
infolge der redosierten Drehzahl noch mäßig.
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Das erleichtert in einem zweiten Schritt die Drehzahl bis zu der vorgesehenen
Betriebsdrehzahl anzuheben und dabei, was wesentlich ist, den Synchronlauf bis zum
Abstellen bei vollem Cop aufrecht zu erhalten. Das sichere Abspinnen der Maschine
wird durch eine gesteuerte Abbremsung des luft- oder magnetgelagerten Läufers erreicht.
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Ergänzend sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen: Messen der
Differenz zwischen den Umlaufzahlen von Spinnring und Spinnläufer zur Ermittlung
des Synchronlaufs zwischen diesen Teilen. Pür diese Messungen sind bekannte Geräte
vorgesehen, deren Messwerte einem Vergleichsgerät zugeführt werden, das den Differenzwert
an eine Drehzahlateuereinrichtung weitergibt.
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Diese bewirkt, daß erstens die Drehzahlsteigerung bis zur Betriebsdrehzahl
abhängig von einer zugelassenen oder vorgeschriebenen Fadenspannung erfolgt und
daß zweitens dabei der Snchrbnlauf über den ganzen Spinnablauf erhalten bleibt,
weil dadurch automatisch der kleinstmögliche Kraftaufwand bei kleinstmöglicher Fadenspannung
erreicht wird.
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Einzelheiten dieser Mess- und Steuervorgänge gehören nicht zur Erfindung
und es eribrigt sich daher, hier näher darauf einzugehen. Vom Eintritt des Synchronlaufs
bis zum Abspinnen darf, wie schon angedeutet, eine vorgegebene Fadenspannung nicht
überschritten werden. Die laufende Kontrolle dieser Spannung stellt also einen weiteren
wichtigen Verfahrens schritt dar.
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Auftretende Spannungspitzen, deren Ursache vorstehend angesprochen
wurden, können beim Spinnen mit luftgelagertem Spinnring vermieden oder auf ein
erträgliches Maß zurückgedrängt werden.
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wenn der unabdingbare, systembedingte Längenänderungsausgleich, wie
er beispielsweise bei vorhandenen Exzentrizitäten gefordert wird, nicht von einer
Spinnläuferzusatzbewegung erfolgt, wie es bei nicht synchronem Spinnen der Fall
ist, und entsprechende Massenbeschleunigungskräfte bedingt, sondern über den Fadenlängenüberschuß
des elastischen Ballons befriedigt wird.
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Das ist aber nur möglich, wenn bei den erstrebten hohen Drehzahlen
mit Fleinstmöglicher Spannung d.h. ausreichender Padenablenkung aus der Meridianebene
und Ballondurchmesser, also synchron gesponnen wird.
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Hierzu wird in einem weiteren Verfahrensschritt die Ballonform herangezogen,
indem die Fadenkurvenabweichung aus der Meridianebene gemessen und mittels variablen
Bremsens des Spinnrings die Fadenspannung geregelt d.h. bei zu großer Abweichung
vergrößert, bei zu kleiner Abweichung verringert wird. Damit soll erreicht werden,
daß zu jeder Zeit eine ausreichende Reserve an Fadenlänge ve-rfügbar ist, um die
unvermeidlichen Längenänderungen,die - wie angedeutet - zwischen Fadenführer und
Aufwindepunkt aus den verschiedensten Gründen ständig eintreten, ausgleichen zu
können.
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Diese Überwachung und Steuerung der Ballonform ist besonders wichtig
beim Abspinnen, wenn der luft- oder magnetgelagerte Spinnring infolge Massenträgheit
zu schn'ell weiterläuft und daher die Gefahr des Halsens wegen der schon vorhandenen
kleinstmöglichen Fadenspannung sofort eintritt. Hier muß also der Ring beim Abspinnen
so weit abgebremst werden, bis die u seiner Mitnahme notwendige Kraft im Fadenabschnitt
Spinnläufer-Aufwindepunkt hinreichend ansteigt, um auch die Fa. denspannung im Ballon
so groß zu halten, daß das System stabil bleibt und ein normales Aufwinden des Fadens
bis zum Stillstand gesichert ist.
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Ist im weiteren Verlauf des Abspinnens die Drehzahl soweit abgesunken,
daß sie der Startdrehzahl entspricht, dann hat sich der Kraftschluß zwischen Spinnläufer
und Spinnring infolge Fliehkraft wieder gelöst.
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Auch die im Faden wirksamen Kräfte sind entsprechend abgesinken. Es
ist jetzt ohne Gefahr für den Spinnvorgang möglich, den Spinnring momentan abzubremsen
und stillzusetzen, worauf der Spinnläuf er mit Faden in normaler Weise bis zum Stillstand
ausläuft.
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Das Abspinnen wird automatisch in der obersten Stellung der Ringbank,
die den Spinnring mit seiner Lagerung trägt, also bei vollem Cop über einen Endschalter
eingeleitet, während das Abschalten des Spindelantriebsmotors erst nach Herunterrettung
der Spinnringdrehzahl bis zur Startdrehzahl der Spinnspindel erfolgen kann.
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Da die Reibuangßunterschiede zwischen den luftgelagerten Spinnringen
einer Maschine und auch zwischen Maschinen gleicher Auslegung unbedeutend sind,
braucht die Messung und Steuerung nur an einer Spindel vorgenoamen werden, evtl.
aus Sicherheitsgründen wegen Fadenbruch parallel dazu an einigen Spindeln,wodurch
spannungsgleiche Spinnabläufe an allen Spindeln einer Maschine erreicht werden.
Es ist sogar möglich, eine Reihe von gleich ausgelegten Maschinen, bei gleichem
Rohstoff und Garnnummer taktgleich von einer Mess- und Regeleinheit aus synchron
zu fahren.
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Zum Ausüben des erfindungsgemäßen Spinnverfahrens ist nach der weiteren
Erfindung eine Vorrichtung mit folgenden Einzelheiten vorgesehen: Meßgerätefür die
Umlaufdifferenz zwischen Spinnläufer und Spinnring, für die Fadenspannung und die
Fadenkurve, ein von diesen Geräten beeinflußbares Drehzahlsteuergerät, ferner ein
Endschalter zur Einleitung des Abspinnvorganges sowie eine Vorwahlmöglichkeit der
Abschaltdrehzahl am Drehzahlsteuergerät. Außerdem eine Blockierbremse für den Spinnring.
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Das Diagramm des beanspruchten Verfahrens und weitere Sinselheiten
der Vorrichtung sind in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
enthalten, das in der Zeichnung dargestellt ist.
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In dieser zeigen schematisch: Fig. 1 das Diagramm der Verfahrensschritte
des gesamten Spinnablaufes Sig. 2 Spindel mit Antrieb, Fadenzuführung über Mesagerät
für die Fadenspannung, Spinnläufer mit Spinnring, teilweise geschnitten, Drehzalsteuergerät,
Schaltverbindungen.
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Fig. 3 Fadenverlauf von oben gesehen, Meßgerät für Fadenkurve außerhalb
der Meridianebene, Schaltverbindungen.
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Im Diagramm nach Fig. 1 bezeichnet O'den Einschaltpunkt des regelbaren
Spindelantriebsmotors, welcher die Spindel auf eine zunächst mäßige Drehzahl von
z.B. 7000 U/min bringt. Bei dieser treten erfahrungsgemäß diese Fadenkräfte und
deren Spitzen in Grenzen auf, die keine Schwierigkeiten bereiten Ihr unregelmäßiger
Verlauf bis zum Punkt A ist im Diagramm gestrichelt dargestellt.
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Während des Anspinnens wird der Spinnring durch den auf ihm.
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geführten und umlaufenden Spinnläufer durch Reibung infolge Fliehkraft
so lange beschleunigt, bis beide Teile unter dem EinfluB der Fliehkraft kraftschlüssig
und gleich schnell laufen und damit eine Relativbewegung zueinander nicht mehr ausführen.
In diesem Augenblick, der in dem Diagramm mit A bezeichnet ist, tritt der sogenannte
Synchronlauf ein und die reibungsbedingte Kraftspitze der Fadenzugkraft wird abgebaut.
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Auch bei dem nun eingeleiteten Drehzahlanstieg treten bei Einhaltung
des Synchronlaufs die starken Spannungsspitzen nicht mehr auf. Die Fadenspannung
steigt vielmehr gleichmäßig bis zum Punkt B des Diagramms an. Dies wird erreicht
durch die große Ballonhöhe H bei Spinnbeginn und die geringe Fadenspannung im Ballonfaden,
die durch die Beibehaltung des Synchronlaufs möglich geworden ist,
Die
Spindeldrehzahl wird nur noch begrenzt durch die im Faden entstehende Grund spannung.
Diese ist jedoch um ein Vielfaches kleiner, besonders bei hohen Spindeldrehzahlen,
als die bei den entsprechenden Drehzahlen auftretenden Spannungsspitzen, sofern
in herkömmlicher Weise oder nicht synchron bei Anwendung von BuStlagerung gesponnen
würde.
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Beim Hochfahren der Drehzahl von A nach B kann, wie schon ausgeführt,
die für das System wirksame Reibung so klein werden, daß dadurch der Ballondurchmesser
in unzulässiger Weise zunimmt und gegebenenfalls Halsen mit Fadenbruch eintritt.
Diese Wirkung tritt mit Sicherheit beim Abspinnen, beginnend beim Punkt a des Diagrammes
ein. Es ist also sowohl beim Anspinnen wie beim Abspinnen notwendig, den umlaufenden
luft- oder magnetgelagerten Spinnring so weit abzubremsen, daß die zu seinem Umlauf
notwendige Kraft im Fadenabschnitt Spinnläufer-Copsauflaufpunkt so weit ansteigt,
daß auch im Ballon die Fadenspannung so weit zunimmt, daß das System stabil bleibt
und eine normale Fadenaufwindung bis zum Ende des Spinnvorganges gesichert ist.
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Ist im weiteren Verlauf des Abspinnens die Drehzahl sa weit abgesunken,
daß sie der Startdrehzahl entspricht (Punkt D des Diagramms), dann hat sich der
Kraftschluß bzw. die Kupplung zwischen Spinnläufer und Spinnring infolge Abnehmen
der Fliehkraft wieder gelöst, Auch die im Faden wirksamen Kräfte sind entsprechend
abgesunken. Es ist jetzt ohne Gefahr für den Spinnvorgang möglich, den Spinnring
momentan abzubremsen, worauf der Spinnläufer mit dem Faden in normaler Weise bis
zum Stillstand ausläuft In Fig. 2 ist mit 1 die Spindel bezeichnet, die eine Hülse
trägt, auf der sich der Garnkörper (=Cop) bildet. Die Spindel wird in an sich bekannter
Weise von einem regelbaren Motor über Riemen angetrieben. (Nicht dargestellt). Spindel
1 bzw. Cop 2 sind umgeben von einem Spinnring 4, der in einem Gehäuse 5 in bekannter
Weise luftgelagert ist. Das Gehäuse wird von einer Ringbank 6 getragen.
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Der Spinnfaden 7 tritt aus einem Streckwerk 8 aus und wird von einem
Fadenführer 9 zu einem Spinnläuf er 10 geleitet, von wo er auf die Spindel 1 bzw.
auf die Hülse gelangt und dort den Cop 2 bildet.
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Der Spinnläufer 10 ist auf dem oberen Rand des Spinnringes 4 geführt,
den er durch Überwindung der Luftreibung,vom Spinnfaden 7 geschleppt, infolge Reibungsdurch
Fliehkraft mitnimmt.
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Der Spinnring 4 wird dabei laufend beschleunigt, bis bei genügend
großer Reibung bzw. Drehzahl die Relativbewegung zwischen Spinnläufer und Spinnring
gegen Null geht und der sogenannte Synchronlauf zwischen Läufer 10 und Spinnring
4 eintritt, Zur Kontrolle der Umlauf zahl des Spinnläufers 10 und der Drehzahl des
Spinnrings 4 dienen Meßgeber'1Q', 4'. Diese verlassen das Drehzahlsteuergerät über
Verstärker 1011, 4" zum Heraufregeln der Drehzahl, sobald der Synchronlauf zwischen
beiden Teilen erreicht'ist.
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Zur Kontrolle der Fadenspannung dient ein Fühler 11, der um eine Spindel
12 periodisch gegen das Fadenstück zwischen Streckwerk und Fadenführer gedrückt
wird. Dieses nur periodische Andrücken vermeidet eine Störung der Drallfortsetzung
im Faden bis zum Ausgangswalzenpaar des Streckwerkes. Zwischen dem Fühler und der
Spindel ist ein Dehnmeßstreifen 13 angeordnet, welcher der Fadenspannung proportionale
Signale'über einen Meßgeber und weitere elektrische bzw. elektronische Einrichtungen
14, 14' an ein Drehzahlsteuergerät (nicht dargesteit't) weitergibt. Dieses hält
die Zunahme der Spindeldrehzahl an, sobald die höchstzulässige Fadenspannung eintritt,
auch dann, wenn die Betriebsdrehzahl noch nicht erreicht ist. Die Übertragungavorgänge
vom Meßgeber auf das Steuergerät sind nicht Gegenstand der Erfindung und daher,
auch als an sich bekannt, hier nicht weiterbehandelt.
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Für eine weitere, jedoch indirekte Kontrolle der Fadenspannung wird
die Fadenauslenkung aus der Meridianebene, die vom Spina läufer 10 und der Spindelachse
1 bestimmt wird, herangezogenç
Nach Fig. 3 bildet der Faden, von
oben gesehen, eine Kurve, die von dem Fadenführer 9 ausgeht und durch den Spinnläufer
10 hindurch zu dem Aufwindepunkt 15 führt. Ein Meßgeber 16, bestehend aus einer
Kette sehr kleiner Photoelemente, wird von dem Faden, der den Ballon bildet, in
Spindelachse gesehen in einem bestimmten Winkelbereich überdeckt, Mittels einer
Triggereinrichtung, die von dem Spinnläuf er 10 gesteuert wird, wird der Ballonfaden
periodisch angeblitzt. Dadurch gibt dieser über die Photozellen des Meßgebers 16
ein Signal, das dem Winkel entspricht, den die Tangente an den Bogen des Padens,
die durch den Mittelpunkt des Fadenführere geht, mit der Verbindungslinie Läufer
10 - Spindelachse 1 bildet. Je größer dieser Winkel ist, um so "weicher" ist der
Ballon. Damit steigt aber die Gefahr des Halsens für den Faden 7. Der Spinnring
muß also so weit gebremst werden, daß die für einen stabilen Ballon notwendige Fadenspannung
aufrechterhalten bleibte Dazu dient eine Magnetbremse 17, die mit ihren Polschuhen
eine Bremsscheibe 18 übergreift, die mit dem Spinnring fest verbunden ist. Gesteuert
wird diese Bremse von den Signalen, die der Meßgeber 16 über einen Verstärker 14
und ein Steuergerät 14' abgibt. Wie bei dem Drehzahlsteuergerat sind auch hier die
Einzelheiten der Übertragung nicht Gegenstand der Erfindung und daher nicht behandelt.
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Statt zu bremsen kann in der aufsteigenden Drehzahlphase bis zur Erreichung
der Betriebsdrehzahl die Geschwindigkeitszunahme pro Zeiteinheit gesteigert werden,
so daß mehr Kraft und damit Fadenspannung für die Beschleunigung des Spinnringes
4 gebraucht wird.
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Abweichend von der beschriebenen Anordnung des Meßgebers 16 kann sich
dieser auch hinter der Ballonlinie des Fadens befinden (Fig. 2)o Damit wird die
Ballonform unmittelbar zur Regelung der Fadenspannung herangezogen. Die Anordnung
nach Fig. 3 erscheint jedoch wegen der Beeinflussung durch den meist vorhandenen
Ballone inengiingsring zweckmäßiger Statt der Magnetbremse 17 kann auch eine von
dem Meßgeber 16 gesteuerte kuftbremse verwendet werden.
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In der obersten Stellung 6' der Ringbank 6 betätigt diese einen Endschalter
19, der das Abspinnen (Fig.1,Punkt C) einleitet. Das Drehzahlsteuergerät wird dabei
veranlaßt, die Drehzahl zu vermindern. Gleichzeitig muß atich der Spinnring 4 proportional
abgebremst werden. Dieses ist erforderlich, damit die notwendige Fadenspannung aufrechterhalten
und der Ballon stabil bleibt, Ohne dieses Abbremsen würde nämlich der Spinnring
infolge seiner Luftlagerung unter dem Einfluß seiner Masse bzw0 seines BeharrungSvermögens
seine bisher hohe Drehzahl beibehalten und damit Fadenbruch verursachen. Zum proportionalen
Abbremsen dient wiederum die Magnetbremse 17.
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Wenn nunmehr die Spinndreh'zahl unter Beibehaltung des Synchron laufs
bis auf die Startdrehzahl (Fig. 1, Punkt abzw. D) heruntergeregelt ist, wird der
Motor über das Drehzahlsteuergerät abgeschaltet. Die kraftschlüssige Verbindung
zwischen dem Spinnläuf er 10 und dem Spinnring 4 hat sich infolge Absinkens der
Fliehkraft gelöst und die Maschine läuftnormal mit Hilfe des Spinnläufers 10 aus,
wenn mit dem Abschalten des Motors gleichzeitig der Spinnring 4 stillgesetzt wird0
Hierzu'schaltet das Drehzahlsteuergerät über einen Magnetschalter 20 einen Magnet
21 ein-, der einen Bremshebel 22 gegen den unteren Rand des Spinnrings 4 drückt
und diesen damit zum Stillstand bringt.