DE3627081C2 - Verfahren zum Aufwickeln von Fäden - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aufwickelverfahren zum Aufwickeln von Fäden, insbesondere frischgesponnenen oder verstreckten Chemiefäden und ist eine Zusatzanmeldung zum Hauptpatent P 36 60 670,7 entsprechend EP 195 325 B1.

Nach diesem Europäischen Patent ist vorgesehen, daß die Changiergeschwindigkeit zwischen einer fest vorgegebenen Obergrenze und einer fest vorgegebenen Untergrenze in einer wiederkehrenden Folge von Zyklen zunächst proportional zur Spindeldrehzahl vermindert und sodann zur Erreichung eines vorgegebenen kleineren Spulverhältnisses wieder erhöht wird, wobei Ober- und Untergrenze im Verlaufe der Spulreise gleichsinnig vermindert oder vergrößert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Spulenaufbau derart zu verbessern, daß eine stabile Spule mit einer großen Wickelschicht (Außendurchmesser der Spule minus Hülsendurchmesser) gewickelt wird, daß verhindert wird, daß die unmittelbar auf die Hülse abgelegten inneren Lagen der Spule zur Spulenlängsmitte rutschen und daher mit einer geringen Ablagelänge abgelegt werden als die weiteren Lagen der Spule, daß weiter verhindert wird, daß die Spule insbesondere in ihrem ersten Drittel Ausbauchungen zeigt, und zu verhindern, daß die Spule insbesondere zu Anfang der Spulreise Abschläger (Fadenstücke, die aus der Stirnkante der Spule heraustreten und innere Lagen sekantial überspannen) bildet.

Hierzu wird erfindungsgemäß das Verfahren des Hauptpatents so weitergebildet, daß die Unter- und die Obergrenze bei Beginn der Spulreise ihren jeweiligen Minimalwert haben und durchmesserbhängig stetig oder in Stufen derart erhöht werden, daß Ober- und Untergrenze bei Aufbau einer vorbestimmten Basisschicht mit einer Dicke (SB) von nicht mehr als 10% der gesamten Schichtdicke der Spule ihren jeweiligen Maximalwert erreichen, der sodann über einen Durchmesserbereich von mindestens 80% des Gesamtdurchmessers vorzugsweise bis zum Ende der Spulreise eingehalten wird.

Mit diesem Verfahren gelingt es, eine Spule herzustellen, die sich auch vom Aussehen her von konventionellen Spulen dadurch unterscheidet, daß auf der Hülse eine Basisschicht mit ver­ größerter Ablagelänge und in etwa bikonischen Stirnkanten (DIN 61 800) hergestellt wird. Diese Basisschicht ist abschlägerfrei und ist besonders geeignet, die übrige Spule sicher abzustützen und Deformierungen entgegenzuwirken.

Die Dicke der Basisschicht ist vorzugsweise abhängig vom Hülsendurchmesser, da auch die Stabilität der üblicherweise aufgewickelten Spulen von der jeweiligen Schichtdicke abhängt.

Durch die verbreiterte Basis der Spule wird es möglich, abschlägerfreie Spulen zu wickeln. Um eine möglichst große Ablagebreite zu erhalten, ist vorgesehen, daß Obergrenze und Untergrenze der Changiergeschwindigkeit zu Beginn der Spul­ reise in einem Bereich liegen, der einen Ablagewinkel (=1/2 Kreuzungswinkel) von 5°±1/2° ergibt.

Obergrenze und Untergrenze werden sodann stetig oder in mehreren Sprüngen erhöht, so daß nach Erreichen der vorgege­ benen Basisschichtdicke sich ein Ablagewinkel von 7° bis 9° einstellt. Die Differenz von Maximalwert und Minimalwert für Obergrenze bzw. Untergrenze ist jeweils vorzugsweise größer als 3°. Durch diese Differenz kann der Böschungswinkel der bikonischen Basisschicht beeinflußt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Aufwickelmaschine für Chemiefasern in prinzipieller Darstellung.

Fig. 2 zeigt das Verhältnis der Changiergeschwindigkeit zu der Umfangsgeschwindigkeit V_u über der Spulschichtdicke S.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit zwischen dem Hülsendurchmesser d und der Dicke SB der herzustellenden Basisschicht.

Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit des Böschungswinkels alpha der Basisschicht vom Hülsendurchmesser d.

Fig. 5 zeigt die Ansicht einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewickelten Kreuzspule.

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. Der Abstand zwischen der Ablauflinie, auf der der Faden von der Nutwalze 4 abläuft, und der Auflauflinie, auf der der Faden auf die Spule 7 aufläuft, wird als Schlepplänge L bezeichnet. Ihre Größe bestimmt die Vergrößerung der Ablagelänge H des Fadens auf der Spule, die mit einer Verkleinerung der Changiergeschwin­ digkeit verbunden ist.

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 Spul­ spindel 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 Kehrgewindewelle 2 und die Nutwalze 4 werden durch einen Drehstrommotor, z. B. Asynchronmotor 9, angetrieben. Die Kehrgewindewelle 2 und die Nutwalze 4 sind getrieblich, z. B. durch Treibriemen 10, miteinander verbun­ den. 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 unmittelbar 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 an den Frequenzwandler 12 ange­ schlossen, der die einstellbare Frequenz f2 liefert. Der Asynchronmotor 9 wird durch Frequenzwandler 12 betrieben, der mit einem Rechner 15 verbunden ist. Das Ausgangssignal 20 des Rechners 15 hängt ab von seinen Eingangssignalen.

Zu dem Rechner 15 werden fortlaufend eingegeben: die Drehzahl der Spulspindel 6, die durch Meßfühler 18 ermittelt wird; das Ausgangssignal der dem Rechner vorgeschalteten Programmspeicher 19, die vorzugsweise frei programmierbar ist und in der die Spulver­ hältnisse eingegeben worden sind, die im Verlauf der Spul­ reise in den einzelnen Phasen mit Präzisionswicklung nach­ einander gefahren werden sollen.

Mit Vorteil wird auch die aktuelle Changiergeschwindigkeit bzw. Doppelhubzahl durch Meßfühler 17 abgetastet und dem Rechner eingegeben, der wiederum einen Soll-/Ist-Wert-Vergleich durchführt und hierdurch die Changiergeschwindigkeit der durch einen Asynchronmotor 9 angetriebenen Changiereinrichtungen auf den Soll-Wert, d. h. den der Spindeldrehzahl über die gespeicherten Spulverhäl­ nisse proportionalen Sollwert, ausregelt.

Die Hauptaufgabe des Rechners 15 besteht darin, diese Sollwertermittlung der Changiergeschwindigkeit durchzuführen.

Hierzu erhält der Rechner zunächst einmal durch den Programm­ speicher bzw. Programmgeber 19 die vorausberechneten und gespeicherten, im Sinne der Erfindung idealen Spulverhäl­ nisse. Aus diesen idealen Spulverhältnissen und dem Ausgangs­ wert der Changiergeschwindigkeit errechnet der Rechner "ideale" Spindeldrehzahlen. Dem Programmgeber 19 können jedoch auch die zuvor aus den "idealen" Spulverhältnissen unter Berücksichtigung des Ausgangswertes der Changiergeschwindig­ keit errechneten Spindeldrehzahlen eingegeben werden, so daß diese Rechenoperation nicht vom Rechner vorgenommen werden muß. Jedenfalls werden die Werte der "idealen" Spindeldreh­ zahlen mit den aktuellen, durch den Meßfühler 18 ermittelten Spindeldrehzahlen verglichen. Wenn der Rechner Identität der Spindeldrehzahlen feststellt, gibt er als Ausgangssignal 20 den ebenfalls durch Programmgeber 19 vorgegebenen Ausgangs­ wert der Changiergeschwindigkeit als Sollwert dem Frequenz­ wandler 13 vor. Im folgenden Verlauf der Spulreise vermindert der Rechner diesen Sollwert proportional zur ständig gemesse­ nen Spindeldrehzahl, die mit wachsendem Spulendurchmesser bei konstanter Spulenumfangsgeschwindigkeit hyperbolisch ab­ nimmt. Das vorgegebene "ideale" Spulverhältnis bleibt also während dieser Stufe der Präzisionswicklung konstant. Sobald der Rechner nunmehr Identität der aktuell gemessenen Spindel­ drehzahl mit der durch das nächste als "ideal" vorgegebene Spulverhältnis ermittelten "idealen" Spindeldrehzahl fest­ stellt, wird als Ausgangssignal 20 wiederum der Ausgangswert der Changiergeschwindigkeit als Sollwert vorgegeben. Es folgt eine neue Stufe der Präzisionswicklung.

Es ergibt sich hieraus, daß in der geschilderten Ausführung der obere Grenzwert der Changiergeschwindigkeit eine im Laufe der Spulreise fortlaufend neu eingestellte Größe ist. Sie wird immer dann neu eingestellt, wenn diese Größe in Relation zur aktuellen Spindeldrehzahl einen vorberechneten, idealen Wert annimmt. Der untere Grenzwert der Changiergeschwindigkeit ist dagegen lediglich eine rechnerische Größe, die den größten zulässigen Abfall der Changiergeschwindigkeit angibt, der in Wirklichkeit jedoch selten oder nie erreicht wird und ledig­ lich bei der Berechnung des oberen Grenzwerts eine Rolle spielt. Es sei bemerkt, daß das Verfahren auch umgekehrt gesteuert werden kann. Man kann den unteren Grenzwert der Changiergeschwindigkeit als realen, immer wieder angefahrenen Grenzwert vorgeben. Der obere Grenzwert gibt dann den größten zulässigen Sprung der Changiergeschwindigkeit nach oben an. Er wird jedoch in Wirklichkeit nur in Ausnahmesituationen angefahren, wenn dieser obere Grenzwert in Relation zur augenblicklichen Spindeldrehzahl zufällig einen als ideal vorausberechneten Wert hat.

Bei dem Betrieb dieser Aufwickelmaschine wird nun zusätzlich das Changiergesetz nach dem Diagramm nach Fig. 2 einpro­ grammiert.

In dem Diagramm nach Fig. 2 ist auf der Abszisse - ausgehend von dem Hülsendurchmesser von 100 mm - die Spulschichtdicke S aufgetragen. Auf der Ordinate ist das Verhältnis der Changiergeschwindigkeit v_c zu der Umfangsgeschwindigkeit v_u der Spule aufgetragen, wobei davon auszugehen ist, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Spule im wesentlichen konstant ist. Die Ordinate zeigt also mit anderen Worten den Tangens des Ablagewinkels.

Obergrenze OGC und Untergrenze UGC der Changiergeschwindig­ keit bzw. des auf der Ordinate abgetragenen Quotienten werden zu Beginn der Spulreise, also bei dem Hülsendurchmesser 100 verhältnismäßig niedrig angesetzt, so daß sich ein mittlerer Kreuzungswinkel von ca. 5° ergibt. Innerhalb der verhältnis­ mäßig geringen Basisschicht mit der Schichtdicke SB werden sodann Obergrenze und Untergrenze stetig erhöht auf Werte, die einem mindestens 3° größeren mittleren Ablagewinkel ent­ sprechen. Nach dem Wickeln der Basisschicht mit der Schicht­ dicke SB bleiben die Obergrenze OGC und die Untergrenze UGC der Changiergeschwindigkeit bzw. der Quotient aus Changier­ geschwindigkeit und Umfangsgeschwindigkeit konstant.

Es sei erwähnt, daß der obere Grenzwert und der untere Grenz­ wert der Changiergeschwindigkeit grundsätzlich parallel ver­ laufen. In dem Rechner 15 nach Fig. 1 wird ein Programm eingegeben, durch das über die Spulreise hin die Changier­ geschwindigkeit wie in Fig. 2 angegeben zwischen dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert gesteuert wird. Dabei fällt die Changiergeschwindigkeit zunächst hyperbolisch und proportional zu der Spindeldrehzahl ab und wird sodann sprunghaft wieder auf den oberen Grenzwert erhöht. Dieses Verfahren wird in einer Vielzahl von Zyklen über die gesamte Spulreise hin eingehalten.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit zwischen dem Hülsendurchmesser und der Dicke SB der herzustellenden bikonischen Basisschicht, deren Verlauf Obergrenze und Untergrenze, wie in Fig. 2 gezeigt, erhöht werden. Auf der Ordinate ist der Hülsendurch­ messer d, auf der Abszisse die Basisschichtdicke SB aufgetra­ gen. Daraus ergibt sich, daß die Basisschichtdicke zu dem Hülsendurchmesser umgekehrt proportional ist. Es wurde gefun­ den, daß bei Einhaltung der oben angegebenen Abhängigkeit ein guter, stabiler und abschlägerfreier Spulenaufbau erzielt werden kann. Das Diagramm nach Fig. 3 stellt die graphische Darstellung der oben angegebenen Abhängigkeit dar.

Für eine Hülse mit einem Außendurchmesser von 100 mm ist aus dem Diagramm nach Fig. 3 zu entnehmen, daß die Schichtdicke SB der Basisschicht, bei der die maximale Changiergeschwindigkeit erreicht sein sollte, zwischen 14 und 16 mm betragen sollte.

Dem liegt folgende Formel für die Basisschichtdicke in Abhän­ gigkeit von dem Hülsenradius zugrunde:

SB = A (100 - r)/100, wobei

r der Hülsenradius, angegeben in Millimetern und A ein Wert zwischen 24 und 34 ist.

In den Faktor A geht die Fadenspannung ein, mit der der Faden aufgewickelt ist. In diesem Rahmen ist A durch Versuch zu ermitteln. Je höher die Aufwickelspannung, desto niedriger ist der Faktor A.

Die Abschlägerneigung konnte insbesondere dadurch gemindert werden, daß die Anfangs-Changiergeschwindigkeit sehr niedrig derart gewählt wird, daß der Ablagewinkel des Fadens auf der Hülse nicht mehr als 5° beträgt. Andererseits beträgt der Ablagewinkel bei der höchsten Changiergeschwindigkeit nicht mehr als 10°.

Fig. 4 zeigt, daß auch eine Abhängigkeit zwischen dem Böschungswinkel alpha der bikonischen Basisschicht und dem Hülsendurchmesser d besteht. Grundsätzlich gilt, daß bei kleinerer Hülse eine steilere Stirnkante gewickelt wird, der Winkel alpha also größer ist als bei Wicklung der Basis­ schicht auf eine Hülse mit großem Durchmesser.

Zur Steuerung des Böschungswinkels dient die zu wählende Differenz zwischen der maximalen Changiergeschwindigkeit und der minimalen Changiergeschwindigkeit bzw. zwischen dem größten und dem kleinsten Ablagewinkel. Diese Erfindung sieht vor, daß zur Erreichung eines ausreichend großen Böschungs­ winkels die Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten Ablagewinkel mindestens 3° betragen sollte.

Fig. 5 zeigt die Ansicht einer Kreuzspule 6 nach dieser Erfindung, die auf der Hülse 10 mit dem Radius r und dem Durchmesser d gebildet ist und die Gesamtschichtdicke S hat. Die Kreuzspule ist zylindrisch und hat im wesentlichen gerade Stirnkanten, die in einer Normalebene liegen. Lediglich im Bereich einer Basisschicht mit der Schichtdicke SB hat die Spule schräge Stirnkanten mit einem Böschungswinkel alpha. Die sich kreuzenden Fadenwindungen auf den äußersten Lagen der Spule sind angedeutet mit dem Ablagewinkel, den jedes Fadenstück gegenüber der in einer Normalebene zur Spule liegenden Tangente an die Spule hat.

In Programmspeicher 19 kann zusätzlich der Verlauf der Umfangsgeschwindigkeit der Spule einprogrammiert werden. Dem liegt zugrunde, daß die tatsächliche Aufwickelgeschwindigkeit bzw. Fadengeschwindigkeit gleich der geometrischen Summe der Umfangsgeschwindigkeit und der Changiergeschwindigkeit ist. Bei zunehmender Changiergeschwindigkeit nimmt daher auch die tatsächliche Aufwickelgeschwindigkeit zu. Das äußert sich zunächst in einer Erhöhung der Fadenzugkraft, mit der der Faden auf der Spule aufgewickelt wird. Es kann nun vorkommen, daß diese Fadenzugkraft die Fadenqualität und/oder die Quali­ tät der Kreuzspule beeinträchtigt. Zur Vermeidung einer solchen Beeinträchtigung ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Spule an die Änderung der Changiergeschwindigkeit angepaßt wird. Diese Änderung der Umfangsgeschwindigkeit der Spule kann der Programmeinheit 19 zusätzlich eingegeben und über Ausgangssignal 25 des Rechners 15 zur Steuerung des Frequenzwandlers 12 derart benutzt werden, daß die Drehzahl der Treibwalze 8 bei Erhöhung der Fadenspan­ nung, die der Fadenspannungsmesser 26 erfaßt, herabgesetzt wird.

Alternativ kann die Fadenzugkraft gemessen und das Ausgangs­ signal zur Steuerung des Frequenzwandlers 12 benutzt werden. Hierzu ist in Fig. 1 der Fadenspannungsmesser 26 angedeutet. Das Ausgangssignal dieses Fadenspannungsmessers 26 wird über einen Wandler und Verstärker 27 dem Frequenzwandler 12 derart aufgegeben, daß die Drehzahl der Treibwalze 8 bei Erhöhung der Fadenspannung, die der Fadenspannungsmesser 26 erfaßt, herabgesetzt wird.

In Fig. 2 ist ferner ein Diagramm der Umfangsgeschwindigkeit v_u der Spule enthalten, wobei die Umfangsgeschwindigkeit in Prozent vom Ausgangswert der Umfangsgeschwindigkeit angegeben ist. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß die Umfangsgeschwindigkeit um ca. 1% im Verlauf der Wicklung der Basisschicht herabgesetzt wird, damit unzulässige Ände­ rungen der Fadenspannung ausgeglichen und im Idealfalle die tatsächliche Aufwickelgeschwindigkeit konstant bleibt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Aufwickeln von Fäden, insbesondere von frischgesponnenen und verstreckten Chemiefäden, zu zylindrischen Kreuzspulen in gestufter Präzisionswicklung, bei welchem die Changiergeschwindigkeit zwischen einer fest vorgegebenen Obergrenze und einer fest vorgegebenen Untergrenze in jeder Stufe der Präzisionswirkung proportional zur Spindeldrehzahl vermindert und sodann zur Erreichung eines vorgegebenen kleineren Spulverhältnisses (Spindeldrehzahl/Doppelhubzahl) wieder erhöht wird, wobei die Ober- und Untergrenze im Verlaufe der Spulreise insbesondere zum Ende der Spulreise, gleichsinnig vermindert oder vergrößert wird, nach dem Hauptpatent AZ P 36 60 670.7 (entsprechend EP 195325 B1) dadurch gekennzeichnet, daß die Unter- und Obergrenze bei Beginn der Spulreise ihren jeweiligen Minimalwert haben und durchmesserabhängig stetig oder in Stufen derart erhöht werden, daß Ober- und Untergrenze bei Aufbau einer vorbestimmten Basisschicht mit einer Dicke (SB) von nicht mehr als 10% der gesamten Schichtdicke der Spule ihren jeweiligen Maximalwert erreichen, der sodann über einen Durchmesserbereich von mindestens 80% des Gesamtdurchmessers vorzugsweise bis zum Ende der Spulreise eingehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Untergrenze in Abhängigkeit von dem Außen­ radius r der Hülse bis zu einer Fadenschicht mit der Dicke S = A (100 - r)/100 ansteigen, wobei A zwischen 24 und 34 liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Obergrenze der Changiergeschwindigkeit zwischen F × sin (5°) und F × sin (9°) und die Untergrenze parallel dazu zwischen F × sin (4°) und F × sin (8°) verändert wird, wobei F die Fadengeschwindigkeit ist.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Böschungswinkel alpha der Basisschicht zwischen 65 und 80° liegt.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Spule während der Wicklung der Basisschicht abhängig von der Erhöhung der Changier­ geschwindigkeit derart herabgesetzt wird, daß die Aufwickelgeschwindigkeit des Fadens als geometrische Summe von Umfangsgeschwindigkeit und Changiergeschwindig­ keit im wesentlichen konstant bleibt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Spule in Abhängigkeit von der gemessenen Fadenspannung herabgesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Spule nach einem einge­ speicherten Programm herabgesetzt wird.