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Verfahren zur Spiegel störung beim Aufwickeln eines
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Fadens in wilder Wicklung Gegenstand dieser Erfindung ist die Bild-
oder Spiegelstörung (im folgenden "Spiegelstörung" genannt) beim Aufwickeln von
Fäden in wilder Wicklung.
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Beim Aufwickeln von Fäden zu Spulen wird der Faden quer zu seiner
Laufrichtung über eine bestimmte Entfernung (Hub), die im wesentlichen der Spulenlänge
entspricht, hin- und herbewegt. Diese Hin- und Herbewegung des Fadens wird als Changierung
bezeichnet. Ein charakteristisches Maß für die Changiergeschwindigkeit ist die Doppelhubzahl.
Dabei ist als Doppelhub die Summe zweier aufeinanderfolgender Hübe, also einer Hinbewegung
und einer Rückbewegung bezeichnet, und die Doppelhubzahl ist die Anzahl der Doppelhübe
pro Zeiteinheit. Hängen die Drehzahl der Spindel und die Doppelhubzahl voneinander
z.B. infolge einer getrieblichen Verbindung von Spindel und Changierantrieb konstant
ab, so entsteht eine Präzisionskreuzwicklung.
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Im Gegensatz dazu befaßt sich diese Erfindung mit sämtlichen Wicklungsarten,
bei denen die Drehzahl der Spindel nicht konstant von der Doppelhubzahl abhängt
(wilde Kreuzwicklung, wilde Wicklung), insbesondere solchen Kreuzwicklungen, die
sich durch ein konstantes Verhältnis zwischen der Doppelhubzahl und der Umfangs
geschwindigkeit der Spule auszeichnen. Wilde Kreuzwicklungen im Sinne von DIN 61
801 werden insbesondere erzeugt beim Aufwickeln von Chemiefasern, die mit konstanter
hoher Geschwindigkeit nach der Erzeugung oder Bearbeitung anfallen. Hierbei wird
die Umfangsgeschwindigkeit der Spule durch Tangentialantrieb (Antrieb mittels
Treibwalze,
welche mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird und am Umfang der Spule anliegt)
oder durch Messen und Regeln der Umfangsgeschwindigkeit der Spule erhalten.
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Die Changiergeschwindigkeit, d.h. die Doppelhubzahl, ist konstant
(DIN 61 801) oder wird geringfügig, jedenfalls aber ohne festes Verhältnis zur Drehzahl
der Spindel verändert. Das hat zur Folge, daß im Verlaufe des Spulenaufbaus (Spulreise)
der Spulfaktor, d.h. das Verhältnis aus Spindeldrehzahl zur Changiergeschwindigkeit
mit dicker werdendem Spulendurchmesser hyperbolisch abnimmt. Bei der Herstellung
von wilden Wicklungen im Sinne dieser Erfindung besteht die Gefahr, daß "Bilder"
bzw. "Spiegel" in Bereichen der Spulreise entstehen. (Im folgenden stets als "Spiegel"
bezeichnet.) Im Bereich dieser Spiegel liegen die Fadenstücke von mehreren aufeinanderfolgenden
Windungsschichten unmittelbar übereinander. Dadurch entsteht insbesondere die Gefahr,
daß die aufeinander liegenden Fadenstücke seitlich abrutschen und sich dadurch gegenseitig
verklemmen. Spiegel beeinträchtigen daher die Ablaufeigenschaften der Spulen, indem
sie zu Fadenbrüchen oder eventuell zur Unbrauchbarkeit der Spule führen. Spiegel
führen aber auch zur zentrischen und axialen Unsymmetrie der Spulen und damit zu
unsymmetrisch verteilter Spulenhärte, Spulendichte und Masseverteilung, bei Verwendung
von Treibwalzen zu unsymmetrischer Anpreßkraft, zu Schwingungen beim Aufspulvorgang
und zu Beschädigungen empfindlichen Fadenmaterials.
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Ein Spiegel entsteht in den Bereichen der Spulreise, in denen der
Spulfaktor, d.h. der Quotient aus Spindeldrehzahl und Doppelhubzahl ganzzahlig ist.
Zwischenspiegel entstehen, wenn der Spulfaktor um einen Bruch mit kleinem Nenner
insbesondere 1/2, 1/3 von einem ganzzahligen Spulfaktor
abweicht.
Spulfaktoren, bei denen Spiegel oder Zwischenspiegel entstehen, werden als Spiegelwerte
bezeichnet. Als Spiegel höherer Ordnung werden diejenigen mit größerem Spiegelwert
bezeichnet. Es ist bekannt, eine Spiegelstörung dadurch zu bewirken, daß die Doppelhubzahl
innerhalb vorgegebener enger Grenzen periodisch oder aperiodisch laufend verändert
wird. Hierbei ist es allerdings unvermeidlich, daß bei Annäherung des Spulfaktors
an einen Spiegelwert, insbesondere einen ganzzahligen Spiegelwert,dieser Spiegelwert
mehrfach durchlaufen wird. Diese Art der Spiegelstörung beseitigt daher nicht das
Durchlaufen der Spiegelwerte, sondern beseitigt oder mildert lediglich die Symptome
des jeweiligen Spielgels.
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Es ist ferner bekannt, die Spiegelstörung dadurch zu bewirken, daß
die Changiergeschwindigkeit, d.h. die Doppelhubzahl bei Annäherung des Spulfaktors
an einen Spiegelwert zeitweilig abgesenkt und erst dann wieder auf den Ursprungswet
erhöht wird, wenn der Spiegelbereich verlassen wird (Bag. 1114 = DE-OS 29 14 924).
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Diese Erfindung setzt sich Verbesserungen dieses bekannten Verfahrens
zum Ziel, durch welche der Erfolg dieses Verfahrens gewährleistet werden soll.
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Dies geschieht nach Anspruch 1 dadurch, daß jedem Spiegelwert ein
angemessener Sicherheitsabstand und jedem Sicherheitsabstand eine bestimmte Sprunghöhe
zugeordnet ist, wobei unter Sprunghöhe die durch Änderung der Changiergeschwindigkeit
bewirkte Änderung des Spulfaktors verstanden wird. Erreicht der Spulfaktor diesen
Sicherheitsabstand von einem Spiegelwert, so erfolgt die Umschaltung der Changiergeschwindigkeit
und damit die Änderung des Spulfaktors. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die
Gefahr
des Auftretens von Spiegel symptomen auch in einem Abstand
vor und hinter jedem Spiegelwert besteht und von der Spiegelordnung und von der
durch die Änderung der Changiergeschwindigkeit bewirkten Sprunghöhe, d.h. der Änderung
der Sprunghöhe des Spulfaktors abhängt.
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Der Sicherheitsabstand ist dabei vorzugsweise definiert als ein bestimmter
Bruchteil p des zu vermeidenden Spiegelwertes oder des-Spulfaktors, der sich als
Quotient aus der momentanen Messung der Spindeldrehzahl und der Changiergeschwindigkeit
(Doppelhubzahl) ergibt. Der praktische Unterschied liegt lediglich in dem jeweils
erforderlichen Aufbau der elektronischen Steuerung, wozu dem Fachmann in beiden
Fällen geeignete Mittel zur Verfügung stehen.
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Der sich ergebende Unterschied des Sicherheitsabstandes nach den aufgezeigten
Berechnungsverfahren ist jedoch sehr gering und kann textiltechnisch vernachlässigt
werden.
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Der Bruchteil p ist vorzugsweise über mehrere aufeinanderfolgende
Spiegel konstant. Er kann jedoch auch variiert werden, wenn sich durch Erfahrung
herausstellt, daß Spiegel symptome insbesondere bei Spiegeln niederer Ordnung schon
relativ früh vor Erreichen des Spiegelwertes zu erwarten sind. Der Größenordnung
nach beträgt p weniger als 5% und im allgemeinen mehr als 0,1%. Der Bruchteil p
ist durch Versuche oder - worauf noch einzugehen ist - aus den textilen Daten des
Aufwickelvorgangs zu ermitteln.
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Durch die Vorgabe eines Sicherheitsabstandes wird erfindungsgemäß
auch die Änderung der Changiergeschwindigkeit vorgegeben, da erfindungsgemäß der
Sicherheitsabstand und die Sprunghöhe,d.h. die Änderung des Spulfaktors, welche
durch die Änderung der Changiergeschwindigkeit bewirkt wird, zusammenhängen durch
das Verhältnis Q = Sprunghöhe/Sicherheitsabstand, wobei dieses Verhältnis mindestens
gleich
zwei und über eine Mehrzahl von Spiegeln konstant vorgegeben
ist.
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Dieses Verhältnis ist sehr maßgeblich auch verantwortlich dafür, daß
Spiegelsymptome vermieden werden, worauf später noch einzugehen ist. Hierbei ist
zu berücksichtigen, daß bei Annäherung des Spulfaktors an einen Spiegelwert die
Changiergeschwindigkeit entweder erhöht oder erniedrigt 2.Bu wird. Wird(Hie Changiergeschwindigkeit
von ihrem Ausgangswert NCA auf einen Störwert NCS erhöht, so sinkt damit der Spulfaktor
ab, und zwar bis auf einen Wert, der unterhalb des Spiegelwertes liegt. Der Spulfaktor
durchläuft also den Spiegelwert. Um zu vermeiden, daß dabei schädliche Spiegelsymptome
auftreten, ist zum einen vorgesehen, daß die Änderung der Changiergeschwindigkeit
und damit des Spulfaktors möglichst schnell vor sich geht. Hierzu ist vorgesehen,
daß der für die Changiergeschwindigkeit maßgebende Antriebsparameter des Changierantriebs
- im Falle der DE-OS 29 14 924 = Bag. 1114 - die Spannung, bei Verwendung von Asynchronmotoren
die Frequenz in einer Sprungfunktion -soweit dies technisch möglich ist - vorzugsweise
unter Überlagerung eines Differentialanteils verändert wird.
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Gleichwohl ist es unvermeidlich, daß der Changierantrieb nur verzögert
in die durch den geänderten Antriebsparameter vorgegebene Drehzahl einläuft. Folglich
ist unvermeidlich, daß sich auch der Spulfaktor nur mit endlicher Beschleunigung
oder Verzögerung ändert. Stellt sich dabei heraus, daß der sich ändernde Spulfaktor
den Bereich des Spiegelwertes mit so geringer Beschleunigung oder Verzögerung durchläuft,
daß es zu schädlichen Spiegel symptomen kommt, so kann das Verhältnis Q vergrößert
werden. Hierdurch wird erreicht, daß der sich ändernde Spulfaktor den Spiegelwert
in kürzerer Zeit durchläuft.
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Der Störwert der Changiergeschwindigkeit wird nur für eine gewisse
Zeit aufrechterhalten. Die erneute Änderung der Changiergeschwindigkeit von dem
Störwert auf den Ausgangswert und die dadurch zu bewirkende Änderung des Spulfaktors
erfolgt jedenfalls dann, wenn die Spindeldrehzahl so weit abgefallen ist, daß der
Sicherheitsabstand zwischen dem vermiedenen Spiegelwert und dem Spulfaktor wieder
gegeben ist, welcher sich als Quotient der Spindeldrehzahl und dem Ausgangswert
der Changiergeschwindigkeit ergibt (Ausgangsspulfaktor).
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Wie bereits gesagt: Zur Vermeidung der Spiegelwerte kann die Changiergeschwindigkeit
von ihrem Ausgangswert NCA aus erhöht oder abgesenkt werden. Der Störwert NCS der
Changiergeschwindigkeit ist also entweder größer oder kleiner als der Ausgangswert
NCA.
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Jedenfalls werden Ausgangswert und Störwert bevorzugt über die gesamte
Spulreise, zumindest aber über einen wesentlichen Teil der Spulreise konstant gehalten,
insbesondere dann, wenn eine Mehrzahl von Spulstellen den Changierantrieb gemeinsam
haben.
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Wird die Changiergeschwindigkeit bei Eintritt des Spulfaktors in den
Sicherheitsabstand vom nächsten Spiegelwert abgesenkt, so erhöht sich damit der
Spulfaktor,und das Erreichen des Spiegelwertes wird zunächst hinausgeschoben. Ist
die Spindelgeschwindigkeit nunmehr so weit abgesunken, daß der Spulfaktor, der sich
aus dem Störwert der Changiergeschwindigkeit ergibt (Störspulfaktor), den vorgegebenen
Sicherheitsabstand erreicht, so muß die Changiergeschwindigkeit wieder auf ihren
Ausgangswert erhöht und dadurch der Spulfaktor wieder abgesenkt und dabei der Spiegelwert
durchlaufen werden. Auch dabei kommt es darauf an, daß dies in möglichst kurzer
Zeit geschieht Dies kann auch in diesem Falle zum einen wiederum durch sprunghafte
Änderung des
für die Changiergeschwindigkeit maßgebenden Antriebsparameters,
zum anderen dadurch geschehen, daß das Verhältnis Q = Sprunghöhe des Spulfaktors
/ Sicherheitsabstand größer als zwei gewählt wird.
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Sofern das Verhältnis Q größer als zwei ist und auf möglichst schnelles
Durchlaufen des Spiegelwertes kein Wert zu legen ist, kann die Umschaltung auch
schon vorher, und zwar frühestens dann erfolgen, senn die Spindeldrehzahl so weit
abgefallen ist, daß der Ausgangsspulfaktor den vorgegebenen Sicherheitsabstand zu
dem Spiegelwert erreicht.
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Wird die Changiergeschwindigkeit bei Eintritt des Spulfaktors in den
Sicherheitsabstand zu einem Spiegelwert erhöht, so erniedrigt man damit den Spulfaktor.
Dabei wird der Spiegelwert schnell durchlaufen. Der erhöhte Störwert der Changiergeschwindigkeit
wird jedenfalls so lange beibehalten, bis die Spindelgeschwindigkeit so weit abgefallen
ist, daß der Ausgangsspulfaktor den Sicherheitsabstand zu dem Spiegelwert wieder
erreicht hat. Wegen der aus technischen Gründen beschränkten Größe dieser Verzögerung
der Changiergeschwindigkeit kann die Umschaltung auch etwas eher, sie kann aber
auch später erfolgen.
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Die Erhöhung der Changiergeschwindigkeit zum Zwecke der Spiegelstörung
hat den Vorteil, daß hierbei eine Beeinträchtigung des Spulenaufbaus vermieden oder
doch weniger zu befürchten ist. Durch die Erhöhung der Changiergeschwindigkeit wird
nämlich der tatsächliche Ablagehub der Fadenwindungen auf der Spule vermindert.
Man beseitigt daher die Gefahr, daß Fadenstücke aus den Stirnflächen der Spule infolge
eines zu großen Hubes herausrutschen (Abschläger).
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Der Ausgangswert NCA der Changiergeschwindigkeit wird nach dem gewünschten
Spulenaufbau, insbesondere nach dem gewünschten Kreuzungswinkel bestimmt. So liegt
z.B. der Kreuzungswinkel beim Aufspulen von Chemiefaser-Glattgarn in in Spinn- oder
Streckmaschinen seiner Größenordnung bei 5 bis 12 Grad. Maßgebend ist hierbei vor
allem die Qualität des Spulenaufbaus. Die Changiergeschwindigkeit, ausgedrückt als
Doppelhubzahl ergibt sich sodann aus der vorgegebenen Fadengeschwindigkeit und der
vorgegebenen Spulenlänge bzw. Hublänge.
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Die Änderung DC der Changiergeschwindigkeit beträgt sodann im Rahmen
dieser Erfindung zwischen 1% und 5% des Ausgangswertes NCA der zuvor ermittelten
Changiergeschwindigkeit.
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Innerhalb dieser Grenzen ist die Änderung der Changiergeschwindigkeit
DC so zu wählen, daß die Fadengeschwindigkeit sich durch Änderung der Changiergeschwindigkeit
um nicht mehr als 0,1% ändert.
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Der Sicherheitsabstand S kann - wie bereits ausgeführt -nach Erfahrungsergebnissen
bestimmt werden. Alternativ oder ergänzend hierzu wird erfindungsgemäß vorgesehen,
daß der Sicherheitsabstand S dem Spiegelwert und dem kleinsten zugelassenen Fadenabstand
benachbarter Fäden zweier aufeinanderfolgender Windungen, gemessen auf der Mantellinie
der Spule, proportional und dem zweifachen Hub (Doppelhub) umgekehrt proportional
ist.
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Hierbei wird zum einen die Spiegelordnung, vor allem aber die Fadenbeschaffenheit
berücksichtigt. Abhängig von dem Titer und der Filamentzahl breitet sich der auf
der Spule abgelegte Faden auch quer zu seiner Achse aus. Zur Vermeidung von Spiegel
symptomen ist es daher notwendig, daß die benachbarten Fäden zweier aufeinanderfolgender
Windungen
einen Mindestabstand voneinander einhalten, damit es
nicht zu Spiegelerscheinungen kommt, Dieser Abstand kann durch Versuche ermittelt
werden. Er ist aber auch nach der Fadenbeschaffenheit, insbesondere Fadentiter,
Filamentzahl, Filamenttiter, Zusammenhalt der Filamente durch z.B.
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Verknotungen, Tanglen, Präparation, Aufwickelspannung mit guter Genauigkeit
abschätzbar.
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Ferner ergibt sich aus dieser Lehre der Erfindung, daß der Sicherheitsabstand
um so größer sein muß, je kleiner die Spulenlänge ist. Das ist aus folgendem Grunde
vorteilhaft: Bei geringer Spulenlänge ist die Doppelhubzahl relativ groß Es entstehen
daher insbesondere Spiegel niederer Ordnung, die besonders schädlich sind. Diese
Spiegel verteilen sich unter Umständen infolge der geringen Spulenlänge ungleichmäßig
auf die Spule, so daß es zu einer axial und/oder radial asymmetrischen Masseverteilung
des Fadens auf der Spule und bei großen Fadengeschwindigkeiten zur Zerstörung der
Spule kommt. Dies wird durch die nach der Erfindung umgekehrt proportionale Abhängigkeit
des Sicherheitsabstandes von der Spulenlänge vermieden.
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Es ist ersichtlich, daß der im Zusammenhang mit Anspruch 1 A dargestellte
Faktor p der hier erläuterten Größe 2H entspricht.
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Die bis hierher dargestellte Lehre der Erfindung befaßt sich mit der
Vermeidung von Spiegel symptomen bei einer Reihe von Spiegeln und Zwischenspiegeln,
die in ihrer Ordnung aufeinanderfolgen. Ergänzend dazu liegt der Erfindung jedoch
auch die Erkenntnis zugrunde, daß nicht alle Spiegelwerte auch zu schädlichen Spiegelsymptomen
führen.
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Dies gilt insbesondere für die Spiegel höherer Ordnung, die zu Anfang
der Spulreise entstehen, wenn der Spulendurchmesser noch gering ist und sich daher
die Spindeldrehzahl sehr schnell ändert. Ebenso kann es aber auch vorkommen,
daß
nicht alle Spiegel und insbesondere nur einige Zwischenspiegel von schädlicher Bedeutung
sind, während andere ohne Spiegelsymptome durchlaufen werden. Aus diesem Grunde
wird vorgeschlagen, daß die zu störenden Spiegelwerte frei programmierbar sind.
Hierdurch wird es möglich, die erfindungsgemäße Spiegelstörung dem jeweiligen Spulverfahren
(Spulgeschwindigkeit, Changiergeschwindigkeit, Fadenmaterial, Präparation u.a. Parameter)
anzupassen. Der Vorteil liegt darin, daß unnötige Änderungen der Changiergeschwindigkeit
und damit auch Beeinträchtigungen des Spulenaufbaus, die häufig mit der Änderung
der Changiergeschwindigkeit verbunden sind, vermieden werden.
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Die Erfindung geht weiterhin von der Erkenntnis aus, daß auch die
Spiegelsymptome von Spiegel zu Spiegel unterschiedlich sind. Es wird daher als bevorzugt
vorgeschlagen, daß der Sicherheitsabstand in Abhängigkeit von den zu störenden Spiegelwerten
vorgegeben und vorzugsweise frei programmierbar ist. Es kann hierbei insbesondere
zweckmäßig sein, den Sicherheitsabstand der Zwischenspiegel geringer zu machen als
den Sichrheitsabstand der ganzzahligen Spiegel.
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Ebenso wird als bevorzugt vorgeschlagen, daß das Verhältnis Q = Sprunghöhe/Sicherheitsabstand
in Abängigkeit von den zu störenden Spiegelwerten vorgegeben und vorzugsweise frei
programmierbar ist0 Hierdurch kann erreicht werden, daß die Spiegel, welche besonders
deutliche und schädliche Symptome zeigen, schneller als andere Spiegel durchfahren
werden.
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Bei Spiegeln niederer Ordnung, insbesondere solchen mit Spiegelwerten
kleiner als sechs wird vorgesehen, daß das Verhältnis Qt 2 ist. Es sei bemerkt,
daß Q vorzugsweise ganzzahlig ist.
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Die zuvor geschilderten Maßnahmen der Beeinflussung von S
und
Q können kombiniert werden, und zwar namentlich so, daß die Änderung der Changiergeschwindigkeit
konstant bleibt.
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Zur Ergänzung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Spiegelstörung
wird vorgeschlagen, daß Spiegel, die zu Ende der Spulreise auftreten, dadurch vermieden
werden, daß zum Ende der Spulreise die Changiergeschwindigkeit diskontinuierlich
oder vorzugsweise kontinuierlich abgesenkt wird.
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Dies kann derart geschehen, daß der Spulfaktor konstant bleibt, wenn
die Changiergeschwindigkeit im selben Verhältnis wie die Spindeldrehzahl abgesenkt
wird. Es entsteht dabei in den letzten Windungen der Spulreise eine Präzisionswicklung.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weiter
erläutert.
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Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch eine Aufwickelmaschine für Chemiefasern.
Der Faden 1 läuft mit der konstanten Geschwindigkeit v durch den Changierfadenführer
3, welcher durch die Kehrgewindewelle 2 in eine Hin- und Herbewegung quer zur Laufrichtung
des Fadens versetzt wird. Neben dem Fadenführer 3 gehört zur Changiereinrichtung
die Nutwalze 4, in deren endloser hin- und hergehender Nut der Faden mit teilweiser
Umschlingung geführt ist. Mit 7 ist die Spule und mit 6 die frei drehbare Spulspindel
(Spindel) bezeichnet. Am Umfang der Spule 7 liegt die Treibwalze 8 an, die mit konstanter
Umfangsgeschwindigkeit angetrieben wird. Es sei erwähnt, daß Treibwalze und Changierung
einerseits und Spulspindel und Spule andererseits relativ zueinander radial beweglich
sind, so daß der Achsabstand zwischen der Spindel 6 und der Treibwalze 8 bei steigendem
Durchmesser der Spule veränderbar ist. Die Kehrgewindewalze 2 und die Nutwalze 4
werden durch einen Asynchronmotor 9 angetrieben, die Kehrgewindewalze 2 und die
Nutwalze
4 sind getrieblich, z.B. durch Treibriemen 10 miteinander verbunden. Die Treibwalze
8 wird durch einen Synchronmotor 11 mit konstanter Umfangsgeschwindigkeit angetrieben.
Es sei erwähnt, daß zum Antrieb der Spule auch ein Motor dienen kann, der die Spulspindel
6 antreibt und dessen Drehzahl so gesteuert wird, daß die Umfangsgeschwindigkeit
der Spule auch bei steigendem Spulendurchmesser konstant bleibt. Die Drehstrommotoren
9 und 11 erhalten ihre Energie durch Frequenzwandler 12 und 13. Der Synchronmotor
11, der als Spulantrieb dient, ist lediglich an den Frequenzwandler 12 angeschlossen,
der die einstellbare Frequenz f2 liefert. Der Asynchronmotor 9 ist über eine Schalteinrichtung
14 wechselweise mit dem Frequenzwandler 12 oder dem Frequenzwandler 13 verbunden,
so daß der Changierantrieb 9 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben werden
kann. Zur Betätigung der Schalteinrichtung 14 dient ein Rechner 15. Das Ausgangssignal
16 des Rechners 15 hängt ab von der Eingabe. Eingegeben werden fortlaufend: Die
Drehzahl der Changierung die durch Meßfühler 17 ermittelt und durch entsprechende
Vorgabe im Rechner in die Doppelhubzahl umgerechnet wird; die Drehzahl der Spulspindel
6, die durch Meßfühler 18 ermittelt wird; das Ausgangssignal der dem Rechner vorgeschalteten
Programmeinheit 19, die vorzugsweise frei programmierbar ist und in der die nach
dieser Erfindung für die Spiegelstörung maßgebenden Parameter, insbesondere die
zu störenden Spiegelwerte, die einzuhaltenden Sicherheitsabstände, insbesondere
der Faktor p = A und das 2H Verhältnis Q = Sprunghöhe des Spulfaktors/Sicherheitsabstand
sowie die vorgegebenen Changiergeschwindigkeiten gespeichert sind. Wenn das Verhältnis
Q sowie die Differenz der Changiergeschwindigkeiten im Laufe der Spulreise geändert
werden sollen, ist am Rechner 15 ein weiterer Ausgang 20 vorgesehen zur Steuerung
des Frequenzgebers 13.
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Fig. 2 zeigt schematisch die Ansicht einer Kreuzspule, die auf der
Hülse 21 auf der Spulßpindel 6 gebildet wird An Fig. 2 sind ferner die für den Spulenaufbau
maßgebenden Größen gezeigt. H ist die Spulenlänge. Sie stimmt im wesentlichen überein
mit dem Hub des Fadenführers 3 bzw. der Nuten 5. Mit D ist der jeweilige Spulendurchmesser
bezeichnet. Winkel alpha bezeichnet den Steigungswinkel, der zwischen dem Faden
und der zur Mantellinie senkrechten Tangente an die Spule gemessen wird. Winkel
gamma bezeichnet den Kreuzungswinkel der Fäden. Das Merkmal einer wilden Wicklung
ist, daß der Steigungswinkel und der Kreuzungswinkel im Verlaufe der Spulreise im
wesentlichen und vor allem im Mittel konstant bleiben. Abweichungen ergeben sich
und sind bekannt zur Verbesserung des Spulenaufbaus, sind aber auch im Rahmen dieser
Erfindung namentlich zum Ende der Spulreise vorgesehen.
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In Fig. 3 ist die Entstehung eines Spiegels, und zwar des Spiegels
zweiter Ordnung dargestellt. Im Zustand III.1 der Spule besitzt die Spule den Durchmesser
D1 Der Faden wird auf der Spule mit dem Steigungswinkel alpha abgelegt.
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Es sind nur wenige Windungen dargestellt. Ferner ist jeweils nur die
Hälfte einer Abwicklung des Umfangs dargestellt.
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Die auf der anderen Hälfte, d.h. der Rückseite der Spule liegenden
Fadenstücke sind gestrichelt. Die Erläuterung beginnt mit dem Fadenstück 22, das
auf der Vorderseite der Spule abgelegt wird. Im Punkt 23 verschwindet dieses Fadenstück
auf der Hinterseite der Spule, erscheint wieder auf der Vorderseite in Punkt 24
und kehrt an dem einen Ende der Spule im Umkehrpunkt 25 um und so fort. Es ergibt
sich hieraus, daß die Fäden von aufeinanderfolgenden Windungen -gemessen-auf der
Mantellinie, also z.B. zwischen den Punkten 23 und 26 - einen Abstand A haben. Die
Fäden aufeinanderfolgender Fadenwindungen liegen also nebeneinander.
Dieser
Abstand wird bei Annäherung an ein ganzzahliges Spulverhältnis kleiner.
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In III.2 ist dieselbe Spule mit demselben Steigungswinkel alpha, jedoch
vergrößertem Durchmesser DSP dargestellt, bei welchem ein Spiegel zweiter Ordnung
entsteht. Es ist DSP so groß, daß die Länge einer Fadenwindung genau gleich dem
Hub, die Länge von zwei Fadenwindungen gleich dem Doppelhub und folglich das Verhältnis
Spindeldrehzahl zu Doppelhubzahl = 2 ist. Das hat zur Folge, daß aufeinanderfolgende
Windungen genau übereinander liegen. Es entstehen dadurch rein optisch Markierungen
auf der Spulenoberfläche, die als "Bild" oder "Spiegel" bezeichnet werden. Es ist
leicht einzusehen, daß schon bei der Ablagerung sehr weniger Fadenschichten genau
übereinander die Fäden seitlich abrutschen und sich gegenseitig verklemmen. Außerdem
kommt es zu ungleichförmiger Masseverteilung.
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In Fig. 4 ist anhand eines Diagramms das erfindungsgemäße Verfahren
der Spiegelstörung dargestellt. Die Kurve 27 zeigt den Spulfaktor S = NS/NCA, der
im Laufe der Spulreise, die hier zeitlich dargestellt ist, nach einer hyperbolischen
Funktion abnimmt. Dies ergibt sich daraus, daß der Ausgangswert NCA der Changiergeschwindigkeit
bei der wilden Wicklung zumindest im Mittel konstant ist, während die Spindeldrehzahl
NS bei gleich bleibender Faden- und Oberflächengeschwindigkeit der Spule und dicker
werdendem Spulendurchmesser abnimmt. Dargestellt ist ein Spulenaufbau, bei dem Spiegelwerte
vierter, dritter und zweiter Ordnung auftreten.
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An diesen Stellen erfolgt eine Spiegelstörung. Es hat sich in diesem
Beispiel ferner als nützlich herausgestellt eine Störung auch bei dem Zwischenseg2,5
durchzuführen. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Änderung des Spulfaktors
zur Spiegel störung hier maßstäblich übertrieben ist, um die Einzelheiten deutlich
machen zu können. Dies
gilt insbesondere für die Detaildarstellung
nach Fig. 4a.
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Fig. 4a veranschaulicht die Spiegelstörung anhand des Spiegels dritter
Ordnung. In dieser Anmeldung wird der Spulfaktor, der sich aus dem Ausgangswert
NCA der Changiergeschwindigkeit ergibt, als Ausgangsspulfaktor FA, und der Spulfaktor,
der sich aus dem Störwert der Changiergeschwindigkeit ergibt, als Störspulfaktor
FS bezeichnet. Wenn sich der Ausgangsspulfaktor FA nach Kurve 27 um den Sicherheitsabstand
S dem ganzzahligen Spiegelwert 3 annähert, erfolgt bei Spulfaktor F3.1 eine Umschaltung
der Changiergeschwindigkeit von einem Ausgangswert NCA auf einen Störwert NCS.
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Und zwar wird im dargestellten Fall die Changiergeschwindigkeit erhöht.
Dadurch erniedrigt sich der Spulfaktor auf den Störspulfaktor FS, der sich nach
Kurve 28 entsprechend der abnehmenden Spindeldrehzahl weiter vermindert. Es wird
nun erfindungsgemäß für den Sicherheitsabstand S ein Wert vorgegeben, der dem Spiegelwert
und einem vorgegebenen Prozentsatz proportional ist. Dieser Prozentsatz ist kleiner
als 5%. Weiterhin ist die-Sprunghöhe DF, d.h. die Differenz zwischen dem Ausgangsspulfaktor
27 und dem Störspulfaktor 28 im Augenblick 3.1 der Umschaltung von der Ausgangschangiergeschwindigkeit
NCA auf die Störchangiergeschwindigkeit NCS ein Vielfaches, vorzugsweise ganzzahliges
Vielfaches, jedenfalls aber das Zweifache des Sicherheitsabstandes.
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Im dargestellten Falle ist es das Dreifache des Sicherheitsabstandes.
Dadurch, daß die Sprunghöhe groß und mehr als das Zweifache des Sicherheitsabstandes
ist, wird erreicht, daß sich der Spulfaktor beim Durchlaufen des Spiegelwertes 3
noch mit großer Beschleunigung ändert, d.h. sehr steil verläuft. In diesem Zusammenhang
ist darauf inzuweisen, daß technisch eine unendlich schnelle Anhebung d r Changiergeschwindigkeit
nicht möglich ist. Selbst wenn - wie erfindungsgemäß vorgesehen - durch die Schalteinrichtung
14 eine sprunghafte Umschaltung der Antriebsfrequenz von der
Frequenz
f auf die Frequenz f erfolgt und selbst wenn 2 3 durch entsprechende Programmierung
des Rechners 15 die Frequenz f3 im Augenblick der Umschaltung zeitweilig auf einen
Wert erhöht wird (überlagerter Differentialanteil), welcher höher als die Sollfrequenz
ist, welche zur Erzielung des Störwertes der Changiergeschwindigkeit NCS erforderlich
ist, läßt sich technisch nicht vermeiden, daß der Spulfaktor nur verzögert in den
Störspulfaktor nach Kurve 28 einläuft. Dies ist anhand der Kurve 29 gezeigt, welche
den tatsächlichen Verlauf der Änderung des Spulfaktors darstellt. Es ist dabei ersichtlich,
daß die Verzögerung bei Annäherung an den Störspulfaktor zunimmt. Dadurch, daß n>2
gewählt ist, daß also die Sprunghöhe mehr als doppelt so groß wie der Sicherheitsabstand
ist, wird erreicht, daß der ganzzahlige Spiegelwert 3 sehr schnell durchlaufen wird.
Würde die Sprunghöhe nur das Doppelte des Sicherheitsabstandes betragen, ergäbe
sich der Störspulfaktor 36 und eine reale Einlaufkurve 37,die flacher als Kurve
29 durch den Dreier-Spiegel läuft. Folglich ist die Verweilzeit der Changiergeschwindigkeit
im Spiegelbereich,also innerhalb des positiven und negativen Sicherheitsabstandes
- in Fig.
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4a mit T2 bezeichnet - größer als die entsprechende Verweilzeit -
in Fig. 4a mit Tn bezeichnet-bei n> 2.
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Wenn der Störspulfaktor auf der Linie 28 infolge Durchmesserzunahme
und Absinkens der Spindeldrehzahl so weit abgefallen ist, daß der Ausgangsspulfaktor
nach Linie 27 wiederum den vorgegebenen Sicherheitsabstand von dem Spiegelwert 3
erreicht hat, erfolgt das Absenken der Changiergeschwindigkeit von dem Störwert
NCS auf den Ausgangswert NCA, wobei die Sprunghöhe DF des Spulfaktors wiederum dem
mindestens zweifachen - im Beispiel dreifachen -Sicherheitsabstand entspricht.
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Es wurde darauf hingewiesen, daß der Sicherheitsabstand, d.h. der
Mindestabstand des Spulfaktors von einem Spiegelwert entweder proportional diesem
Spiegelwert oder aber proportional dem jeweiligen Spulfaktor ist. Im letzten Fall
ist der Sicherheitsabstand für den Spulfaktor FA 3.1, d.h. den Spulfaktor vor Erreichen
des Spiegelwertes im Augenblick der Erhöhung der Changiergeschwindigkeit größer
als der Sicherheitsabstand bezogen auf den Spulfaktor FA 3.2, d.h. den Spulfaktor
im Augenblick 3.2 des Zurückschaltens auf den Ausgangswert der Changiergeschwindigkeit.
Wenn der Sicherheitsabstand stets nur auf den jeweiligen Spiegelwert bezogen wird,
so ergibt sich lediglich eine geringe rechnerische Abweichung, die beim Aufspulen
technisch nicht ins Gewicht fällt.
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Anhand von Fig. 4 ist fernerhin dargestellt, daß namentlich zum Ende
der Spureise, welche durch die Linie 30 dargestellt ist, das Durchlaufen des letzten
oder allenfalls der beiden letzten Spiegel gänzlich vermieden werden kann, indem
der Spulfaktor oberhalb des Spiegelwertes - dargestellt ist der Spiegelwert 2 -
gehalten wird. Dies kann dadurch geschehen, daß die Changiergeschwindigkeit abgesenkt
wird, und zwar vorzugsweise im selben Verhältnis wie die Spindeldrehzahl bei zunehmendem
Durchmesser abnimmt. Der Spulfaktor folgt sodann der Linie 31, wobei im dargestellten
Fall, d.h. bei konstant bleibendem Spulfaktor im letzten Teil der Spulreise eine
Präzisionswicklung entsteht.
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In Fig. 5 ist in einer anderen Darstellungsweise die erfindungsgemäße
Spiegel störung durch Absenken der Changiergeschwindigkeit dargestellt. Dabei beschreibt
die hyperbolische Linie 32 die Spindeldrehzahl NS in Abhängigkeit von der Spulreise
(Zeit). Dabei ist die Spindeldrehzahl auch als das ganzzahlige Vielfache des Ausgangswertes
der Changiergeschwindigkeit NCA dargestellt. Die Changiergeschwindigkeit
als
die Anzahl der Doppelhübe pro Minute ist in der Linie 33 dargestellt. Es ergibt
sich aus der Darstellung, daß immer dann, wenn die Spindeldrehzahl einem ganzzahligen
Vielfachen der Changiergeschwindigkeit NCA gleich zu werden droht, die Changiergeschwindigkeit
umgeschaltet wird von dem Ausgangswert NCA auf den Störwert NCS. NCA und NCS sind
als Festwerte vorgegeben. Das Umschaltverfahren ist anhand von Fig. 5a und 5b im
Detail dargestellt, wobei Fig. 5b hinsichtlich der Sprunghöhe der Fig. 5 entspricht.
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Die verminderte Sprunghöhe nach Fig. 5a ist in Fig. 5 gestrichelt
angedeutet. Dargestellt ist in Fig. 5a und 5b die Vermeidung des Spiegels vierter
Ordnung.
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Wenn das ganzzahlige Vielfache des Ausgangswertes NCA der Changiergeschwindigkeit,
also das Vierfache dieses Ausgangswertes (4iNCA),sich um den Sicherheitsabstand
S' der Spindeldrehzahl NS nähert, erfolgt die Umschaltung. Bei der Darstellungsweise
nach Fig. 5 ist zu beachten, daß S' = 5. NC ist.
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Da S = FSP. A/2H bzw. alternativ 5 = F. A/2H ist, ist demnach auch
S' = FSP. NC. A/2H bzw. alternativ S' = NS. A/2H.
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Der Wert S' kann also durch Messung der Spindeldrehzahl und Multiplizieren
mit dem konstanten Wert A/2H elektronisch leicht ermittelt und der Schalteinrichtung
vorgegeben werden.
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Er kann aber auch durch Messen der Changiergeschwindigkeit NC ermittelt
werden, wobei dann jeweils der Ausgangswert NCA oder der Störwert NCS mit dem Wert
A/2H zu multiplizieren ist.
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Der Changiersprung DC führt damit im Bereich des Spiegels vierter
Ordnung zu dem Vierfachen des Störwertes (4.NCS) der Changiergeschwindigkeit. Nach
dieser Erfindung ist die Sprunghöhe DF des Spulfaktors F = NS gleich DF = Q bS,
NC wobei Q>2 ist. Das bedeutet in der Darstellungsweise nach
Fig.
5, daß FSP DC = Q.S' ist, wobei DC die Differenz NCA - NCS der Changiergeschwindigkeiten
ist. Nach Vorgabe von Q ist demnach bei vorgegebenem Ausgangswert der Störwert der
Changiergeschwindigkeit zu berechnen. Wenn der Wert 4NCS sich nunmehr wiederum der
Linie 32, d.h. der Drehzahl der Spulspindel nähert, erfolgt die Umschaltung, und
zwar spätestens dann, wenn der Abstand zwischen NS - 4.NCS = S' ist (Linie 35).
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In Fig. 5b ist dargestellt, daß der Quotient Q größer als 2 ist.
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Hierbei ergibt sich, daß die Rückschaltung der Changiergeschwindigkeit
vom Störwert NCS auf den Ausgangswert NCA entweder dann erfolgen kann, wenn die
Spindeldrehzahl den Sicherheitsabstand von dem ganzzahligen Vielfachen - hier dem
Vierfachen - des Ausgangswertes der Changiergeschwindigkeit erreicht hat (Funktion
34). Die Umschaltung kann aber auch zu einem späteren Zeitpunkt, und zwar spätestens
dann erfolgen, wenn die Spindeldrehzahl 32 sich um den Sicherheitsabstand S' demganzzahligen
Vielfachen - hier dem Vierfachen - des Störwertes der Changiergeschwindigkeit nähert
(Funktion 35). Grundsätzlich kann die Umschaltung vom Störwert auf den Ausgangswert
zu jedem Zeitpunkt zwischen den Funktionen 34 und 35 erfolgen. Die Umschaltung zum
letztmöglichen Zeitpunkt, also dann, wenn die Spindeldrehzahl sich dem ganzzahligen
Vielfachen des Störwertes um den Sicherheitsabstand nähert, hat den Vorteil, daß
hierbei der Spiegel mit dem positiven und negativen Sicherheitsabstand in sehr kurzer
Zeit T35 durchlaufen wird, d.h. daß die Änderungsfunktftn 35 die Funktion 32 der
Spindeldrehzahl in einem sehr steilen Bereich schneidet.
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Bei der früheren Umschaltung gemäß Funktion 34 liegt dagegen der Schnittpunkt
in einem Bereich größerer Abflachung1
so daß der Gefähfflhngsbereich
des Spiegels (Sicherheitsabstand nach oben und unten) in der Zeit T34 durchlaufen
wird, die größer als T35 ist. Es sei erwähnt, daß die Darstellung zur größeren Deutlichkeit
maßstäblich verzerrt ist. In der Praxis ist die Abflachung der Funktionen 34 und
35 wesentlich stärker als dargestellt, da insbesondere der Sicherheitsabstand S'
maßstäblich überzeichnet ist.
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Bei dem in Fig. 5a dargestellten Verfahren wurde Q = 2 gewählt. Daraus
ergibt sich, daß die Umschaltung vom 5t6rwert auf den Ausgangswert der Changiergeschwindigkeit
zu erfolgen hat, wenn die Spindeldrehzahl den Wert 4. (NCA + NCS) hat, so daß im
Augenblick der Umschaltung 2 sowohl der Wert FSP. NCS als auch der Wert FSP. NCA
den Sicherheitsabstand S' von der Spindelgeschwindigkeit NS hat.
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In Fig. 5 ist weiterhin dargestellt, daß auch der Zwischenspiegel
2,5 gestört wird. Der Spiegel zweiter Ordnung, der zum Ende der Spulreise (Linie
30) liegt, wird dagegen vermieden, indem die Changiergeschwindigkeit im gleichen
Verhältnis wie die Spindeldrehzahl abgesenkt wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die zu störenden Spiegel auch
frei programmiert werden können. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine exakte
Vorhersage über die Schädlichkeit von Spiegeln bisher nicht möglich war. Vielmehr
ist die Auswirkung jedes einzelnen Spiegels durch Versuche zu ermitteln.
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Es hat sich ferner herausgestellt, daß die Masseverteilung des Fadens
auf der Spule sehr wesentlich auch von dem eingehaltenen Sicherheitsabstand abhängt.
Das beruht darauf, daß bei hohen Spulendrehzahlen, also bei geringem Spulendurchmesser
die
Spiegel auf dem Umfang und der Länge der Spule in starker örtlicher Verteilung auftreten.
Bei geringen Spindeldrehzahlen, d.h. großen Spulendurchmessern und namentlich bei
kurzen Spulen kann es dagegen sein, daß Spiegel über eine beträchtliche Zeit immer
wieder an derselben Stelle des Umfangs und/oder der Länge der Spule auftreten. Diese
Erscheinungen sind jedoch nicht auf die Spiegelwerte des Spulfaktors beschränkt,
sondern treten unter Umständen auch in Abständen von den Spiegelwerten auf. Aus
diesem Grunde ist erfindungsgemäß auch der Sicherheitsabstand vorzugsweise frei
programmierbar.
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Weiterhin wird vorgesehen, daß das Verhältnis Q = DF/S in Abhängigkeit
von den zu störenden Spiegelwerten vorgegeben und vorzugsweise frei programmierbar
ist. Hierdurch kann erreicht werden, daß Spiegelwerte, die sich in den Versuchen
als besonders kritisch herausgestellt haben, mit starker Beschleunigung bzw. Verzögereng
der Changiergeschwindigkeit durchfahren werden.
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Es sei erwähnt, daß die Änderung der Changiergeschwindigkeit nicht
- wie bisher beschrieben - ausschließlich durch elektrische Einrichtungen erfolgen
kann. Namentlich in Textilmaschinen mit einem zentralen Changierantrieb für mehrere
Spulstellen (z.B. Texturiermaschinen) können die Changiereinrichtungen der einzelnen
Spulstellen wahlweise von zwei mit unterschiedlicher Geschwindigkeit rotierenden
Wellen über geeignete Kupplungen, Freilaufgetriebe, überholkupplungen oder sonstige
getriebliche Verbindungen antreibbar sein, wobei die Einschaltung bzw. Abschaltung
dieser getrieblichen Verbindungen so vorgenommen wird, daß der erfindungsgemäße
Sicherheitsabstand des Spulfaktors von ganzzahligen oder Zwischenspiegebierten eingehalten
wird und der Ausgangswert und der Störwert der Changiergeschwindigkeit so eingestellt
werden, daß die durch die Umschaltung der Changiergeschwindigkeit bewirkte Änderung
des Spul-
faktors erfindungsgemäß mindestens das Zweifache des
Sicherheitsabstandes ist. Es sei bemerkt, daß bei texturierten Fäden eine größere
Änderung der Changiergeschwindigkeit möglich ist, da sich hierbei die Fadenspannung
nur relativ geringfügig ändert.
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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Faden 2 Kehrgewindewalze 3 Fadenführer
4 Nutwalze 5 Nut 6 Spulspindel, Spindel 7 Spule 8 Treibwalze 9 Asynchronmotor, Changierantrieb
10 Treibriemen, Zahnriemen 11 Synchronmotor, Umfangsantrieb, Spulantrieb 12 Frequenzwandler
13 Frequenzwandler 14 Schalteinrichtung 15 Rechner 16 Ausgangssignal 17 Meßfühler
18 Meßfühler 19 Programmeinheit 20 Ausgang 21 Hülse 22 Fadenstück 23 Punkt 24 Umkehrpunkt
1 25 Punkt 26 Punkt 27 Spulfaktor
28 Störspulfaktor 29 tatsächlicher
Verlauf 30 Ende der Spulreise 31 Spulfaktor für Präzisionswicklung 32 Spindeldrehzahl
33 Changiergeschwindigkeit 34 Funktion 35 Funktion
Leerseite