HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Steuern einer Garnwickelmaschine mit Spulendorn-Antrieb.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
-
Wenn ein Synthetikfasergarn kontinuierlich mit hoher
Geschwindigkeit aufgewickelt wird, wird jüngst eine
Garnwickelmaschine mit Spulendorn-Antrieb verwendet, die ein
Revolverelement, auf welchem eine Vielzahl von Spindeln drehbar
montiert sind, einen Querbewegungsmechanismus, der auf einem
Maschinenrahmen gehalten ist, um aufwärts in Laufrichtung des
Garns vor einer Spindel zu liegen, welche sich in einem
Garnaufwickelzustand befindet, eine Kontaktrolle, die mit
vorbestimmtem Druck in Andruckkontakt mit einer Garnlage zu
bringen ist, die auf einer auf der Spindel getragenen Spule
aufgewickelt ist, Induktionsmotoren zum Antreiben jeder der
Spindeln, einen Induktionsmotor zum Antreiben der Kontaktrolle,
einen Inverter zum Steuern der Drehgeschwindigkeit jedes
Induktionsmotors und eine Regeleinrichtung zum Steuern der
Drehgeschwindigkeit jeder der Spindeln und der Kontaktrolle
umfaßt.
-
Die Garnwickelmaschine der vorgenannten Art ist zum
Beispiel in der ungeprüften japanischen
Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 5-27404 oder in der EP-A-391101 offenbart,
wobei die Drehgeschwindigkeiten der Kontaktrolle und der
Spindel in einem normalen Aufwickelmodus durch Erfassen der
Drehgeschwindigkeit der Kontaktrolle in einer anderen Weise
gesteuert werden als in einem Garnumschaltmodus, so daß die
Umfangsgeschwindigkeit durch Antreiben der Kontaktrolle mit
einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit stets konstant ist.
-
Bei einem derartigen, wie oben angegebenen Verfahren
zum Steuern der Oberflächengeschwindigkeit der Kontaktrolle auf
einen konstanten Wert besteht ein Nachteil darin, daß sich die
Garneigenschaften, wie etwa ein Dehnungsspannungswert, ein
thermischer Kontraktionsspannungswert oder dgl. in der
innersten Lage eines Garnwickels, welcher im Garnumschaltmodus
gebildet wird, verschlechtern, verglichen mit solchen
Eigenschaften in der Zwischenlage des Garnwickels, der im
normalen Aufwickelmodus gebildet wird.
-
Es wird vermutet, daß die oben genannte Änderung der
Garnqualität durch die tatsächliche Zunahme der Garnspannung im
Garnumschaltmodus verursacht wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen
Wickel mit über den gesamten Wickel gleichförmiger Garnqualität
durch Aufrechterhalten der tatsächlichen Aufwickelspannung auf
einem im wesentlichen konstanten Wert während eines
Garnaufwickelvorgangs und eines Garnumschaltvorgangs zu
erreichen.
-
Um die obigen Probleme zu lösen, wird gemäß der
vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer
Garnwickelmaschine mit Spulendorn-Antrieb bei einem
Aufwickelvorgang gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1
bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sind durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche
2 und 3 beschrieben.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Fig. 1 ist ein Blockschaltplan zur Veranschaulichung
eines Verfahrens zum Steuern einer Garnwickelmaschine mit
Spulendorn-Antrieb gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung zur
Veranschaulichung der Änderung der Oberflächengeschwindigkeiten
der Spindel und der Kontaktrolle bei dem einen
Garnumschalt
schritt umfassenden Garnaufwickelvorgang, wenn die
Garnwickelmaschine mit Spulendorn-Antrieb durch das erfindungsgemäße
Verfahren gesteuert wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
-
Fig. 1 veranschaulicht einen Blockschaltplan einer
Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zum Steuern einer
Garnwickelmaschine mit Spulendorn-Antrieb gemäß der
vorliegenden Erfindung, in welchem eine Garnwickelmaschine
spulentragende Spindeln 2, 3, ein drehbar gehaltenes
Revolverelement 1, das seinerseits auf einem Rahmen (nicht gezeigt)
getragen ist, eine Kontaktrolle 4, die mit vorbestimmtem Druck
in Kontakt mit einer auf einer der Spindeln 2 oder 3 getragenen
Spule 30 gebracht ist, einen Garnverlegungsmechanismus (nicht
gezeigt), Induktionsmotoren 5, 6 zum Drehen der Spindeln 2 bzw.
3, einen Induktionsmotor 7 zum Drehen der Kontaktrolle 4, einen
Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) zum Drehen des
Revolverelements 1 und eine Regeleinrichtung 8 zum Steuern der
Drehgeschwindigkeiten der jeweiligen Induktionsmotoren 5, 6 und 7
aufweist.
-
Die Regeleinrichtung 8 umfaßt Inverter 9, 10 und 11,
einen Microcomputer 12 mit einer Eingabefunktion, einer
Speicherfunktion, einer Vergleichsfunktion, einer
Befehlsfunktion oder anderen, einen Sensor 13 zum Erfassen der
Drehgeschwindigkeit einer der beiden Spindeln 2 oder 3, der in
einer Aufwickelstellung angeordnet ist und ein Erfassungssignal
an den Microcomputer 12 weiterleitet, einen Sensor 14 zum
Erfassen der Drehgeschwindigkeit einer der Spindeln 2 oder 3,
der in einer Wartestellung angeordnet ist und ein
Erfassungssignal an den Microcomputer 12 weiterleitet, und
einen Sensor 15 zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit der
Kontaktrolle 4 und zum Weiterleiten eines Erfassungssignals an
den Microcomputer 12.
-
Als Alternative zu dem obigen Microcomputer 12 kann
eine speicherprogrammierte Steuerung (PLC) verwendet werden.
-
Ferner kann es sich bei den Sensoren 13, 14 und 15 um
photoelektrische, elektromagnetische oder
elektrostatischkapazitive Sensoren handeln.
-
Ein programmgesteuertes Verfahren wird nachstehend
mit Bezug auf ein in Fig. 2 dargestelltes schematisches
Diagramm beschrieben, welches die Veränderung der
Oberflächengeschwindigkeiten einer Spindel und einer Kontaktrolle während
des Garnaufwickelvorgangs, einschließlich des Garnumschaltmodus
zeigt, der durch die obige Garnwickelmaschine mit Spulendorn-
Antrieb durchgeführt wird.
-
Die Erläuterung des Steuerverfahrens wird von der
Mitte des normalen Aufwickelmodus her beginnen.
-
Vorausgesetzt, daß, wie in Fig. 2 (1) gezeigt, eine
Vorbestimmte Garnaufwickelgeschwindigkeit im normalen
Aufwickelmodus VWC (m/min), eine Oberflächengeschwindigkeit eines
Wickels 31 VP1 (m/min) und eine Oberflächengeschwindigkeit der
Kontaktrolle 4 im normalen Aufwickelmodus VC1 (m/min) ist,
werden zunächst die Oberflächengeschwindigkeiten der Spindel 2
und der Kontaktrolle 4 gesteuert, wobei die vorgegebene
Aufwickelgeschwindigkeit VWC als Referenzgröße verwendet wird,
so daß die jeweiligen Geschwindigkeiten folgende Gleichung
erfüllen:
-
VWC = VP1 = VC1
-
In der Figur wird die vorgegebene
Aufwickelgeschwindigkeit VWC durch eine durchgezogene Linie dargestellt,
während die Oberflächengeschwindigkeit VC1 durch eine einfach
gepunktete Strichpunktlinie und die Oberflächengeschwindigkeit
VP1 des Wickels 31 durch eine zweifach gepunktete
Strichpunktlinie dargestellt sind. Alle diese Linien liegen
eigentlich auf der gleichen Horizontallinie, sind jedoch in der
Zeichnung zu Zwecken der Erläuterung leicht voneinander in der
Vertikalrichtung verschoben gezeigt.
-
Eine Antriebsfrequenz FC1 (Hz) zum Antreiben des
Induktionsmotors 7 und damit zum Antreiben der Kontaktrolle 4
während des Garnaufwickelvorgangs wird durch die nachfolgende
Gleichung bestimmt, in welcher K eine Konstante (60 πD)&supmin;¹, D
ein Durchmesser (m) der Kontaktrolle 4 und β&sub1; (%) ein
Schlupfkorrekturfaktor der Kontaktrolle 4 ist, wenn diese mit
dem Garnwickel 31 in Kontakt gebracht wird, wobei die
Antriebsfrequenz durch den Inverter 11 gesteuert wird, um auf
diesen Wert [FC1] gehalten zu werden.
-
Die Frequenz FC1 ist durch eine gestrichelte Linie in
einer Stellung gezeigt, die der vorbestimmten
Aufwickelgeschwindigkeit VWC mit dem hinzugefügten
Schlupfkorrekturfaktor β&sub1; entspricht.
-
FC1 = K(1 + β&sub1;/100)VC1
-
Der Garnaufwickelvorgang wird durchgeführt, indem die
Kontaktrolle 4 basierend auf der oben erwähnten Frequenz FC1
angetrieben wird. Wenn der Wickel 31 nahezu voll ist, wird die
Spindel 3 für eine leere Spule durch den Induktionsmotor 6
angetrieben, um die Drehung zu starten. Die
Oberflächengeschwindigkeit VP1 (m/min) der leeren Spule 30 wird durch die
nachfolgende Gleichung bestimmt, in welcher α&sub1; ein
Geschwindigkeitskorrekturfaktor (%) ist, wenn die Spindel 3 für die leere
Spule betrieben wird, wobei die Oberflächengeschwindigkeit
durch eine dreifach punktierte Strichpunktlinie in Fig. 2(1) in
einer Stellung gezeigt ist, die der vorgegebenen
Aufwickelgeschwindigkeit VWC mit dem hinzugefügten Korrekturfaktor α&sub1;
entspricht.
-
VB1 = (1 + α&sub1;/100)VWC
-
Eine Erläuterung der Stromfrequenz zum Antrieb des
Induktionsmotors 5 wird hier ausgelassen.
-
Wenn eine vorgegebene Garnmenge aufgewickelt wurde,
werden als nächstes, wie in Fig. 2(2) gezeigt, der
Induktionsmotor 5 zum Antrieb der Spindel 2 und der
Induktionsmotor 7 zum Antrieb der Kontaktrolle 4 beschleunigt.
Die Oberflächengeschwindigkeit VP2 (m/min) des Wickels 31 wird
durch nachfolgende Gleichung bestimmt, in welcher α&sub2; ein
Geschwindigkeitskorrekturfaktor (%) der Spindel bei voller
Spule ist.
-
VP2 = (1 + α&sub2;/100)VWC
-
Die Oberflächengeschwindigkeit VP2 (m/min) des
Wickels 31 und die Oberflächengeschwindigkeit VC2 (m/min) der
Kontaktrolle 4 werden so gesteuert, daß sie zueinander gleich
sind, d. h., [VP2] = [VC2].
-
Eine die Oberflächengeschwindigkeit VC2 der
Kontaktrolle 4 darstellende strichpunktierte Linie und eine die
Oberflächengeschwindigkeit VP2 darstellende zweifach punktierte
Strichpunktlinie liegen in der Zeichnung tatsächlich auf
derselben Linie, sind jedoch zum Zwecke der Veranschaulichung
so gezeigt, als wenn sie geringfügig voneinander in der
Vertikalrichtung verschoben sind.
-
Der Induktionsmotor 7 wird durch Steuerung seiner
Antriebsstromfrequenz FC2 (Hz) geregelt, so daß sie einen durch
die nachfolgende Gleichung bestimmten Wert aufweist:
-
FC2 = K(1 + β&sub1;/100)VC2
-
Wenn der oben erwähnte Wickel 31 voll wird, dreht
sich das Revolverelement 1, um den Wickel 31, wie in Fig. 2(3)
gezeigt, in eine Wartestellung und die leere Spule 30 in eine
Aufwickelstellung zu bringen. Danach arbeitet ein
Garnumschaltmechanismus (nicht gezeigt), um das Garn von dem vollen Wickel
31 zu der leeren Spule 30 zu wechseln.
-
Zugleich wird die Kontaktrolle 4 in eine Stellung
gefahren, in welcher die Kontaktrolle 4 sich in einem
Leichtberührungs-Aufwickelzustand (soft-touch winding state) in
bezug auf die leere Spule 30 befindet, wohingegen sie von der
Oberflächengeschwindigkeit VC2 (m/min) in einem Vollwickelmodus
auf eine Oberflächengeschwindigkeit VC3 (m/min) in einem
Garnumschaltmodus verzögert wird.
-
Der Leichtberührungs-Aufwickelzustand ist ein
Zustand, in welchem die Kontaktrolle 4 mit einem geringeren
Druck als im normalen Aufwickelmodus mit der leeren Spule 30 in
Kontakt gelangt.
-
Die Oberflächengeschwindigkeit VC3 (m/min) der
Kontaktrolle 4 wird durch die nachfolgende Gleichung unter
Verwendung des selben Geschwindigkeitskorrekturfaktors α&sub4; (%)
wie demjenigen der Kontaktrolle 4 in dem Leichtberührungs-
Aufwickelmodus bestimmt:
-
VC3 = (1 + α&sub4;/100)VB1
-
Der Induktionsmotor 7 wird so gesteuert, daß die
Antriebsfrequenz FC3 (Hz) zum Antrieb des Motors einen durch
die nachfolgende Gleichung bestimmten Wert annimmt, wobei ein
Schlupfkorrekturfaktor verwendet wird, der identisch zu dem
Schlupfkorrekturfaktor β&sub2; der Kontaktrolle 4 ist, während der
Leichtberührungs-Aufwickelvorgang ausgeführt wird:
-
FC3 = K(1 + β&sub2;/100)VC3
-
Wenn das Garn anfänglich auf die leere Spule 30
aufgewickelt wird, wird die durch die Spindel 3 getragene leere
Spule 30 von der Oberflächengeschwindigkeit VB1 (m/min) im
normalen Aufwickelmodus auf die Oberflächengeschwindigkeit
VB2 (m/min) in dem Leichtberührungs-Aufwickelmodus verzögert,
wobei die Kontaktrolle 4, wie in Fig. 2(4) gezeigt, ebenfalls
von der Oberflächengeschwindigkeit VC3 (m/min) im
Garnumschaltmodus auf die Oberflächengeschwindigkeit VC4 (m/min) im
Leichtberührungs-Aufwickelmodus verzögert wird.
-
Die Oberflächengeschwindigkeit VB2 (m/min) der leeren
Spule 30 wird durch die nachfolgende Gleichung bestimmt, in
welcher α&sub3; ein Geschwindigkeitskorrekturfaktor (%) für die
Spindel 3 im Leichtberührungs-Aufwickelmodus und die
Oberflächengeschwindigkeit VB2 der Spule 30 um α&sub3; % geringer ist
als die vorgegebene Aufwickelgeschwindigkeit VWC
Dementsprechend ist diese Geschwindigkeit VB2 der leeren Spule
30 in der Zeichnung in einer Position unterhalb der Position
der vorgegebenen Aufwickelgeschwindigkeit VWC gezeigt, die
durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist.
-
VB2 = (1 - α&sub3;/100)VWC.
-
Die Oberflächengeschwindigkeit VC4 (m/min) der
Kontaktrolle 4 wird in diesem Stadium durch die nachfolgende
Gleichung bestimmt:
-
VC4 = (1 + α&sub4;/100)VB2.
-
Die Antriebsfrequenz FC4 (Hz) des Induktionsmotors 7
für die Kontaktrolle 4 wird in diesem Fall durch die
nachfolgende Gleichung bestimmt:
-
FC4 = K(1 + β&sub2;/100)VC4.
-
Andererseits wird die die volle Spule tragende
Spindel 2, die in der Warteposition angeordnet ist, verzögert
und angehalten.
-
Wenn eine vorgegebene Garnmenge in dem
Leichtberührungs-Aufwickelmodus, wie oben beschrieben,
aufgewickelt ist und die Garnlage auf der Spule 30, wie in Fig.
2(5) gezeigt, in Kontakt mit der Kontaktrolle 4 gebracht ist,
wird die Oberflächengeschwindigkeit der leeren Spule 30 von
VB2 (m/min) im Leichtberührungs-Aufwickelmodus auf VB3 (m/min) im
normalen Aufwickelmodus umgeschaltet, so daß der
Gärnaufwickelvorgang unter den gleichen Bedingungen ausgeführt wird wie in
dem in Fig. 2(1) gezeigten Fall.
-
Die Oberflächengeschwindigkeit VB3 im normalen
Aufwickelmodus ist gleich VP1 in Fig. 2(1).
-
Alternativ werden die Oberflächengeschwindigkeiten
der leeren Spule 30 und der Kontaktrolle 4, wenn das Garn neu
auf der leeren Spule 30 aufgefädelt wird, so gesteuert, daß
deren Zustände gleich denjenigen im in Fig. 2(3) gezeigten
Garnumschaltmodus sind.
-
Der Geschwindigkeitskorrekturfaktor α&sub1; der die leere
Spule im Garnumschalt- oder -auffädelmodus tragenden Spindel 3
kann innerhalb eines Bereich zwischen 0% und 5%, vorzugsweise
zwischen 0,5% und 2% in Abhängigkeit der Arten oder der Dicke
der Garne, etc. liegen.
-
Vorzugsweise wird ein geringerer Wert des
Geschwindigkeitskorrekturfaktors α&sub1; gewählt, wenn das Garn
dünner ist, während ein größerer Wert gewählt wird, wenn das
Garn dicker ist, so daß das Garn daran gehindert wird,
durchzuhängen und um die Rolle gewickelt zu werden.
-
Falls ein Geschwindigkeitskorrekturfaktor außerhalb
des obigen Bereichs gewählt wird, kann ein Garnumschaltvorgang
von einer vollen Spule zu einer leeren Spule unmöglich sein, da
die Spannungsänderung so groß wird, daß sie zu einem Garnriß
führen kann.
-
Auch kann der Geschwindigkeitskorrekturfaktor α&sub2; der
Spindel, wenn die Spule voll ist, aus einem Bereich zwischen 0%
und 5% ausgewählt werden, jedoch sollte er zur Erleichterung
des Garnumschaltvorgangs ohne Beschädigung der Garnqualität
vorzugsweise aus einem Bereich zwischen 0,5% und 2% ausgewählt
werden.
-
Der Geschwindigkeitskorrekturfaktor α&sub3; der Spindel 3
im Leichtberührungs-Aufwickelmodus kann auf
empirischpraktische Weise aus einem Bereich zwischen -0,5% und 1% mit
Bezug auf die Arten, Dicke oder Aufwickelgeschwindigkeiten der
Garne ausgewählt werden.
-
Der Geschwindigkeitskorrekturfaktor α&sub4; (%) der
Kontaktrolle im Leichtberührungs-Aufwickelmodus kann
entsprechend zu α&sub3; auf empirischpraktische Weise aus einem
Bereich zwischen -0,5% und 1% mit Bezug auf die Arten, Stärke
oder Aufwickelgeschwindigkeiten der Garne ausgewählt werden.
-
Die Größenordnungen dieser Korrekturfaktoren der
Spindel und der Kontaktrolle können umgekehrt werden, wenn das
Garn einen größeren Kontraktionsfaktor aufweist.
-
Der Schlupfkorrekturfaktor β&sub1; (%) der Kontaktrolle 4
im normalen Aufwickelmodus hängt hauptsächlich von einer
Schlupfcharakteristik des Induktionsmotors ab, gleichwohl
variiert er in Abhängigkeit der Aufwickelgeschwindigkeit, des
Lastverteilungsverhältnisses oder dgl., und kann aus einem
Bereich zwischen 0,5% und 4% ausgewählt werden.
-
Der Schlupfkorrekturfaktor β&sub2; der Kontaktrolle 4 im
Leichtberührungs-Aufwickelmodus muß geringer als 3 bis 4% eines
Nennschlupfes des Induktionsmotors sein, und kann aus einem
Bereich zwischen 0,5% und 3% ausgewählt werden.
-
Die Oberflächengeschwindigkeit VC4 der Kontaktrolle 4
im Leichtberührungs-Aufwickelmodus kann in offener
Wirkungsweise, jedoch vorzugsweise in rückgekoppelter
Regelungsweise basierend auf der durch den Sensor 15 erfaßten
Oberflächengeschwindigkeit der Kontaktrolle 4 gesteuert werden,
so daß ein Wickel mit vorteilhaftem Erscheinungsbild als
Ergebnis einer hochgenauen Steuerung erzielbar ist.
-
Der gleiche Effekt wie beim Leichtberührungs-
Aufwickelmodus ist erzielbar, wenn die Kontaktrolle nicht in
leichten Kontakt mit der leeren Spule, sondern in eine um einen
vorgegebenen Spalt von der leeren Spule vollständig
beabstandete Stellung gebracht wird.
-
Gemäß dem Verfahren zum Steuern der
Garnaufwickelmaschine mit Spulendorn-Antrieb wird zumindest die
Oberflächengeschwindigkeit der Kontaktrolle oder die
Strom
frequenz zum Antrieb des die Kontaktrolle antreibenden
Induktionsmotors in programmierter Weise gemäß dem normalen
Aufwickelmodus, dem Garnumschaltmodus von einer vollen Spule zu
einer leeren Spule und einem Leichtberührungs- oder
berührungslosen Aufwickelmodus gesteuert. Es ist daher möglich,
die Garnaufwickelspannung im normalen Aufwickelmodus und im
Garnumschaltmodus einander im wesentlichen anzugleichen,
wodurch die Erfolgsrate des Garnumschaltbetriebes erhöht wird
und ein Wickel mit guter Garnqualität erzielbar ist.