EP0150771A2 - Präzisionsspule mit auf eine Spulenhülse aufgewickeltem Garn oder dergleichen, sowie Verfahren und Einrichtung zu deren Herstellung - Google Patents

Präzisionsspule mit auf eine Spulenhülse aufgewickeltem Garn oder dergleichen, sowie Verfahren und Einrichtung zu deren Herstellung Download PDF

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EP0150771A2
EP0150771A2 EP85100439A EP85100439A EP0150771A2 EP 0150771 A2 EP0150771 A2 EP 0150771A2 EP 85100439 A EP85100439 A EP 85100439A EP 85100439 A EP85100439 A EP 85100439A EP 0150771 A2 EP0150771 A2 EP 0150771A2
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EP
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turns
thread
bobbin
coil
reversing
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EP0150771B1 (de
EP0150771B2 (de
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Fritjof Dr.-Ing. Maag
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    • B65H2701/00Handled material; Storage means
    • B65H2701/30Handled filamentary material
    • B65H2701/31Textiles threads or artificial strands of filaments

Definitions

  • the invention relates to a precision bobbin with a wire, wire, ribbon or similar thread wound onto a bobbin in precision winding, as well as a method and a device for producing the bobbin.
  • the precision winding is distinguished from the wild winding by the fact that when the thread is wound up, the ratio of the number of turns of the bobbin and the traversing speed of the thread remains constant.
  • the number of double strokes of the thread guide per unit of time is usually used as a measure of the traversing speed of the thread.
  • a double stroke is a back and forth movement of the thread guide along the jacket of the bobbin tube.
  • the ratio of the bobbin speed to the number of double strokes per minute is referred to as the number of turns and represents the number of bobbin revolutions during a to-and-fro movement of the thread guide.
  • bobbin is understood to be a bobbin tube wound with thread.
  • An image winding is called the position of the thread here, in which the reversing loop on the end face of the bobbin lies at an angle above the reversing loop of one of the preceding thread layers.
  • the image winding is located above the immediately preceding thread layer, which leads to instabilities in the bobbin structure and loop formation when the bobbin is unwound.
  • rational decimal numbers are used as the number of turns, so that a large number of intermediate layers of the thread are present between the image winding length and the previous thread layer which coincides with it angularly.
  • the number of turns is therefore made up of an integer part and a decimal fraction, which is referred to as decimal number of turns.
  • the decimal angle determines the position and the distribution of the reverse loops of the thread layers on one end of the bobbin.
  • Precision winding bobbins are usually produced on winding machines in which the rotating bobbin tube and the thread guide are connected to one another by a mechanical gear.
  • the gear ratio of the gearbox can be varied in fine stages in order to be able to set the most favorable number of turns.
  • DE-AS 19 13 451 an electronic control circuit is described, which allows a control of the drive of a drive device for the thread guide in accordance with the rotation of the bobbin. This allows a large number of desired number of turns to be set, so that the number of turns can often be changed even during the coil travel. A change in. The number of turns during the bobbin travel can result from the fact that the winding speed of the thread on the bobbin should be kept as constant as possible. A method suitable for this purpose and the associated device have been described in European patent application with publication number 55 849.
  • the number of turns used in the build-up of the bobbin influences the distribution of the reverse loops of the individual thread layers on the circumference of the bobbin and thus the mass distribution of the thread. In this way, coils with an uneven structure are easily obtained, which is disadvantageous not only when winding up but also when unwinding.
  • the connection between the bobbin rotation and the traversing movement of the thread guide is established via an analog control circuit which permits a slight, albeit slight, deviation in the number of turns. In this way, compared to the wild winding, in which the number of turns changes continuously, a much better coil structure is achieved. However, a coil quality in precision winding with an optimal number of turns cannot be achieved in this way.
  • a good coil build requires, among other things. an even distribution of the thread mass in the bobbin. Otherwise, density differences occur which not only adversely affect the visual appearance of the finished wound bobbin, but also lead to difficulties during winding due to imbalance and out-of-round running of the bobbin tube and, particularly when driving the bobbin, interfere with its circumference due to friction.
  • the invention is therefore based on the object of providing a precision bobbin with optimum properties with regard to the bobbin structure, in particular the mass distribution of the thread on the bobbin, and with regard to the bobbin run; Furthermore, a method for winding the coil at a constant peripheral speed and a device for winding are to be specified.
  • the bobbin according to the invention is characterized in that the fluctuation in the density of the reversing loops of the thread along the circumference of the bobbin on an end face between two successive image windings is less than 8, preferably less than 4, the density being the number of reversing loops per one Section of the scope is.
  • the thread distribution during the build-up of the bobbin is evened out in such a way that even with stepped precision winding, regardless of the type of thread, error-free winding and even unwinding of the bobbin is guaranteed without thread breaks or loop formation.
  • the section is expediently the hundredth part of the coil circumference. If the section is the tenth part of the coil circumference, the variation remains less than 4, preferably less than 2, in a development of the invention.
  • a method for winding a thread or the like onto a bobbin tube which can be driven at a constant bobbin circumferential speed by means of a thread guide which can be moved along the jacket of the bobbin tube in precision winding provides according to the invention that the ratio of the speed of the bobbin tube to the number of double strokes of the thread guide (number of turns) is set in this way is that the variation in the density of the reversing loops " along the circumference of the coil on an end face between two successive image windings remains less than 8, preferably less than 4, the density being the number of reversing loops per section, suitably the hundredth part of the Scope is.
  • decimal ud determines the position of the respective reversing loop in parts of the coil circumference in relation to a coil with a constant radius.
  • the difference The number of decimals ud and therefore the number of reversing loops between the class with the highest number of decimals ud and the least number with decimals ud is termed the span S, which indicates the fluctuation in the occupancy density of the reversing loops of the thread along the circumference of the bobbin represents an end face after passing through the z traversing periods.
  • the span S represents a measure of the uniformity of the distribution of the z reverse loops on the k classes and thus also of the mass distribution of the thread in the bobbin. For the number z, it is advisable to choose a sufficiently large number of double strokes between two successive image windings.
  • the span S may at no time be more than 8, preferably more than 4, or if 10 of the same size are selected Classes, the span S must never be more than 4, preferably more than 2, in order to obtain the desired uniformity of the thread distribution in the bobbin.
  • limit values for the span S that are permissible for a good coil structure depends on the material to be wound, i.e. the properties of the thread. For normal material to be wound, compliance with the upper limit values specified above is sufficient; for sensitive material to be wound, it is recommended that the lower, the above Observe limit values for the span S.
  • the crossing angle of two layers of thread on top of the bobbin is determined and that the number of turns is set such that the crossing angle is kept between a predetermined minimum and a predetermined maximum crossing angle. It is advisable to choose the difference between minimum and maximum crossing angles to a maximum of 10%. Depending on the type of material to be wound, it may be advisable to choose a difference of no more than 5%.
  • the number of double strokes is changed in an angle-synchronous manner to the rotation of the bobbin tube, which can be achieved, for example, by angularly synchronous control of the transmission ratio of the bobbin rotation and the drive device of the thread guide.
  • the gear ratio or the number of turns should be kept very precisely in the mean. A deviation is only permissible in the fifth or better still in the sixth digit of the decimal.
  • the integration time for forming this mean is of minor importance. It can be several seconds if the deviations from the mean are statistically distributed.
  • the time required to change the number of double strokes depends on the size of this change, the mass that has to be accelerated and the available driving force. Adequate security against the direct superimposition of successive thread layers is achieved in a further development of the invention if the transition from a first number of turns to a second number of turns is carried out during less than ten double strokes of the thread guide.
  • a device for winding a thread or the like onto a bobbin tube that can be driven at a constant bobbin circumferential speed by means of a driven thread guide that can be moved along the jacket of the bobbin tube in precision winding, the thread guide being driven by a rotating shaft coupled to a motor, for example a reversing thread shaft. with a further motor for driving the coil on its circumference, with a controller, the output of which is coupled to the motor for the shaft, and with incremental encoders which record the speed of the shaft and the coil, according to the invention contains a computer unit which is connected to the outputs the incremental encoder or tachometer and a constant memory for determining a transmission ratio between the speeds of the shaft and the coil and is coupled to the controller.
  • a switching device that is controlled by the parameters and that triggers the determination of a gear ratio or number of turns by the computer unit, it being particularly advantageous to provide a receiving device that senses the bobbin structure, such as the speed of the shaft, the crossing angle of the thread layers, or the like. which controls the switching device as a function of reaching the sensed variables characterizing the flush structure of one of the parameters.
  • a comparison device can be provided which determined by the computer unit, a parameter corresponding with turns stored in the constants memory D loomen one of the turns. r. compares and applies a gear ratio to the controller that corresponds to the next largest of the stored number of turns from the constant memory.
  • a multiplier is provided in a further development of the invention, which feeds signals corresponding to multiples of the number of turns to a sorting device, which compares the received signals with predetermined barrier signals and forwards them to memory areas, which are assigned to the barrier signals, and an evaluation device which comprises the constant memory and is connected to the memory areas.
  • the evaluation device can expediently contain a display device which displays the number of occupations of the individual memory areas.
  • a further comparison device for the evaluation device device belongs, which compares the difference in the number of occupancies of the memory areas with a predetermined further barrier signal and safeguards the decimals of the number of turns entered into the multiplier in the constant memory when the barrier corresponds to the further barrier signal.
  • the transmission ratio which represents the ratio of the speed of the shaft to the speed of the bobbin, differs from the reciprocal of the number of turns only by the factor which indicates how many double strokes (number of threads) the thread guide performs per one revolution of the shaft driving it.
  • the signal for the transition from one number of turns to the next can e.g. triggered by reaching a predetermined speed of the bobbin, or by reaching a predetermined minimum speed of the motor for the shaft of the thread guide, by reaching a predetermined diameter of the bobbin, or by reaching a minimum crossing angle.
  • the computer unit determines the setpoint nc of the shaft from the speed ns of the coil measured by the incremental encoder, the gear ratio, the number of double strokes g and the number of turns W and feeds this to the controller.
  • the control function for the speed nc is
  • the computer unit is provided with the decimal Wd of the number of turns stored in the constant memory, which the computer unit compares with a number of turns W1 at the time of switching to a new number of turns, which the computer unit uses according to predetermined functions that correspond to the current spool speed and the maximum permissible crossing angle. has determined. As a new one
  • the number of turns used by the computing unit is that from the constant memory which is the next largest number of turns with respect to the determined number of turns W1.
  • the user enters the constant K1 in the input unit. He takes the value for this e.g. a nomogram or a table with the parameters ko and f and the fixed values of the winding device h and g.
  • the computer determines the peripheral speed of the drive roller vu from the measured speed of the drive roller and its diameter.
  • the winding ratio W1 is determined by the computer from the following relationship: It is then follows
  • the decimals of the number of turns calculated in this way are replaced by the next higher of the pre-calculated and programmed inexpensive decimals Wd, thus forming the optimized number of turns W.
  • the value for K2 is read from a table by the user and entered into the input unit.
  • the peripheral speed vu is calculated from the speed of the drive roller and its diameter determined by the system and the coil speed ns is also continuously determined by the system.
  • the favorable decimals Wd are determined as described. About 20 values, which should be evenly distributed over the circumference of the spool, are sufficient to keep the error in the winding speed smaller than 0.05%. At least three decimals are required for Wd to be able to determine a sufficient number of cheap decimals Wd.
  • the bobbin build-up is particularly favorable for the inner layers when winding with a diamond spool.
  • a decimal between 0.18 and 0.42 stands for a spooling with a reasonable distribution of the reversal points. as well as between 0.58 and 0.82.
  • intermediate values are also necessary, especially with the larger spool diameters. to go through the program.
  • the reverse thread shaft 3 is set in rotation about its axis by a motor 7 via a gear. Since the thread guide 2 is prevented from rotating with the reversing thread shaft and the groove is cut into the shaft in the direction inclined to the shaft axis, the thread guide is moved back and forth along its axis parallel to the jacket of the bobbin tube when the reversing thread shaft 3 rotates.
  • a spool sleeve 4 is rotatably supported on a bearing mandrel so that the axis of the spool sleeve 4 extends parallel to the axis of the reverse thread shaft.
  • a drive roller 5 bears against the jacket of the bobbin tube 4 and is driven by a motor 6 at the desired speed.
  • the drive roller 5 With increasing winding of the thread on the bobbin tube 4, the drive roller 5 lies against the circumference of the bobbin 15 and drives the bobbin at the desired bobbin speed due to the frictional engagement between the beater roller and the bobbin at a constant peripheral speed.
  • the bobbin tube can be driven directly by a motor, the speed of which is reduced in accordance with the diameter increase of the bobbin during the winding cycle.
  • An incremental encoder 8 is provided on the reversing thread shaft 3 for detecting the rotational speed of the reversing thread shaft 3, the output pulses of which correspond to the rotational speed nc of the reversing thread shaft 3.
  • an incremental encoder 9 is provided on the coil 15, the output pulses of which correspond to the speed ns of the coil.
  • Another incremental encoder 10 on the drive roller 5 detects its speed and emits a number of pulses corresponding to this.
  • the control of the winding device comprises a storage and input unit 11, in which a sequence of decimals Wd of the number of turns is stored, which enable the winding structure according to the invention. Furthermore, in the storage and input unit 11, the constants Kl u. K2 and the transmission ratio between the rotational frequency of the reversing thread shaft 3 and the traversing frequency g of the thread guide 2 and the diameter of the drive roller 5 are stored.
  • a computer unit 12 has access to the constant memory in the unit 11 via a line 16.
  • the computer unit 12 takes line u. 18 the output pulses of the incremental encoder 10 u. 9 on.
  • the computer unit uses the speed of the drive roller 5 and the constant K1 to determine the speed ncs of the reversing thread shaft 3 for switching the number of turns.
  • the optimal number of turns W which has been determined by the computing unit 12, is transferred via line 21 to a controller 13, which is equipped with a synchronizing device, receives the current speed nc of the reversing thread shaft 3 via line 19 and taking into account the speed ns of the coil 15, which it receives via a branch line of the supply line 18, controls the speed nc of the drive motor 7 of the reversing thread shaft 3 in an angle-synchronous manner to the coil speed ns in accordance with the signal received from the computer unit 12 via line 21. Control takes place via a frequency converter 14 connected downstream of the controller 13 and connected to the motor 7 via line 25.
  • the control circuit which comprises the input unit 11, the computer unit 12 and the controller 13, is shown in detail in FIG.
  • a number 74 of windings can be input one after the other via a line 74 of a multiplier 22, if necessary.
  • the multiplier 22 successively multiplies each number of turns by the sequence of the natural numbers and sends the results obtained via line 80 to a sorting device 24.
  • the sorting device 24 compares each of the number signals obtained from the multiplier 22, which correspond to the positions u of the reversing loop, with barrier signals which are held ready in a unit 26 via line 76 by input 20. Two barrier signals each determine the size of a class k, thus a section on the standardized circumference on one end of the coil 15.
  • the sorting device 24 stores the signals and in the associated memory area of a memory 28 via line 82, which is one of the Number of classes k corresponding number of memory areas, of which the memory areas 30, 32, 34, 36, 38 are given by way of example in FIG. 2.
  • An output line 84 from the memory 28 leads to a display device 40, and a branch line 86 from the line 84 leads to a first comparison device 42.
  • the display device 40 shows the occupancy numbers of the individual memory areas, ie the number of those contained in each memory area, on a display (not shown) Count signals.
  • the comparison device 42 in each case forms the difference in the occupancy numbers of the individual memory areas of the memory 28 and compares the difference with a further barrier signal which the comparison device 42 receives from the barrier signal device via line 41. direction 26 receives.
  • the barrier signal can represent the number 8, for example. If the comparison of the differences with the further barrier signal carried out by the comparison device 42 reveals that the differences remain below the further barrier signal, the comparison device 42 acts via line 90 on a gate 44 in a line 78 which leads from the multiplier 22 to a constant memory 46. As a result of the loading, the gate 44 is opened and the number of turns contained in the multiplier 22 is stored in the constant memory 46. At the same time, the stored number of turns can be visually perceived via line 43 on the display of the display device 40.
  • the comparison device 42 After the comparison has been completed by the comparison device 42, the comparison device 42 sends a signal to the multiplier 22 via line 88, which then processes a new number of turns in the manner just explained.
  • Constants required for further processing such as constants K1, K2, can be entered and stored in the constant memory 46 by the input device 20 via line 72.
  • a recording device 50 can contain a video camera with which the crossing angle of the thread layers lying on the bobbin can be detected.
  • the receiving device 50 can be connected to the incremental encoder 9 and signal that a predetermined coil speed has been reached.
  • the receiving device 50 can also be connected to the incremental encoder 8 and detect the reaching of a predetermined minimum speed of the reversing thread shaft 3.
  • a further possibility of the receiving device 50 is a sensor which detects the current coil diameter, the receiving device 50 signaling that a predetermined coil diameter has been reached.
  • the receiving means 50 are in any case a trigger signal via line 96 to a switching device 52, the triggers corresponding to the computer unit 12th Every time the computer unit 12 sends a trigger signal from the switch receives direction 52, it determines the number of turns W1 for the maximum permitted crossing angle from the constant K2 read from the constant memory 46 via line 92 and the coil speed ns brought in via line 18, the associated signal of which is also retrieved from the constant memory 46 via line 92.
  • the decimals of W1 are forwarded by the computer unit 12 via line 102 to a second comparison device 58, which calls up the decimals of the number of turns stored there from line 94 and compares them with the number of turns W1 obtained from the computer unit 12.
  • the controller 13 regulates the speed nc of the motor 7 or of the reversing thread shaft 3 using the signal representing the speed of the coil from the incremental encoder 9 via line 100, in accordance with the transmission ratio i obtained from the second comparison device 58.
  • the winding process is then continued with the new number of turns W or the associated gear ratio i until the receiving device 50 reaches a further limit value approximately in Form of the minimum crossing angle of the switching device 52 signals.
  • the computer unit determines a new number of turns W2 in the same way as just explained.
  • the incremental encoder 8 u. 9 emit 500 pulses, for example, per revolution of the reversing thread shaft 3 or the coil 15.
  • the possible error in the position of two adjacent reversing loops is thus less than 0.001.
  • Example 1 was carried out for comparison with a winding device of conventional type, while Examples 2-4 were carried out by the method according to the invention. In example 4, less preferred decimals are used in the number of turns marked with * .
  • the circumference of the coil is driven at a constant speed on a test device for the production of cylindrical cross-wound bobbins in stepwise precision winding.
  • the bobbin speed is recorded digitally - and then the speed of the reverse thread shaft is regulated so that the gear ratio i between the reverse thread shaft and the bobbin remains constant during the entire winding cycle.
  • i can be set with a digital potentiometer to within 4 decades.
  • the associated number of turns was determined from the series of the optimal gradation of the gear ratios i selected for a step precision winding. Coils corresponding to Example 1 were produced and evaluated with different decimals of these numbers of turns. The distribution of the reversing loops was also recorded for these numbers of turns and evaluated in accordance with Example 1. The following values were obtained:

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Abstract

Eine Präzisionsspule aus strang- oder fadenförmigem Gut ist mit optimalen Windungszahlen so bewickelt, dass eine gleichmässige Verteilung des Wickelgutes auf der Spule erreicht wird. Die Windungszahl wird in vielen Stufen so geändert, dass der Kreuzungswinkel annähernd konstant bleibt. Die Vorrichtung zur Herstellung derartiger Spulen besteht aus einer Treibwalze (5) zum Umfangsantrieb der Spule (4), einem Changierfadenführer (2) zur Verlegung des Fadens (1) axialer Richtung, einem Eingabegerät (11) zur Eingabe von Werten für die Festlegung des charakteristischen Spulenaufbaus, einem Rechner (12), der aus diesen Werten die Steuersignale ermittelt und einem Steuergerät (13), das die Changierfrequenz entsprechend diesen Steuersignalen und der Umlauffrequenz der Spule winkelsynchron steuert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Präzisionsspule mit einem auf eine Spulenhülse in Präzisionswicklung aufgewikkelten Gern, Draht, Band oder dergleichen Faden, sowie ein verfahren und eine Einrichtung zur herstellung der Spule.
  • Die Präzisionswicklung zeichnet sich gegenüber der wilden Wicklung dadurch aus, daß beim Aufwickeln des Fadens das Verhältnis aus der Dr.ehzahl der Spule und der Changiergeschwindigkeit des Fadens konstant bleibt. Als Maß für die Changiergeschwindigkeit des Fadens wird üblicherweise die Anzahl der Doppelhübe des Fadenführers pro Zeiteinheit verwendet. Ein Doppelhub ist dabei ein Hin- und Hergang des Fadenführers längs des Mantels der Spulenhülse. Das Verhältnis der Spulendrehzahl zur Anzahl der Doppelhübe pro Minute wird als Windungszahl bezeichnet und stellt die Anzahl der Spulenumdrehungen während eines Hin- und Hergangs des Fadenführers dar. Unter Spule wird hier eine mit Faden bewickelte Spulenhülse verstanden.
  • Wenn die Windungszahl nur über einen Teilbereich des Spulenaufbaus konstant ist und sich von Teilbereich zu Teilbereich in Sprüngen ändert, bezeichnet man einen derartigen Spulenaufbau als gestufte Präzisionswicklung.
  • Eine Bildwicklung werde hier diejenige Lage des Fadens genannt, bei die Umkehrschleife an der Stirnseite der Spule winkelmäßig über der Umkehrschleife einer der vorangehenden Fadenlagen liegt. Bei ganzzahligen Windungszahlen findet sich die Bildwicklung über der unmittelbar vorangegangenen Fadenlage, was zu Instabilitäten im Spulenaufbau und Schlingenbildungen beim Abwicklen der Spule führt. Um diesen Nachteil zu vermeiden, werden rationale Dezimalzahlen als Windungszahlen verwendet, sodaß zwischen der Bildwicklöng und der mit ihr winkelmäßig übeinstimmenden vorhergehenden Fadenlage eine große Anzahl von Zwischenlagen des Fadens vorhanden sind.
  • Die Windungszahl setzt sich demnach aus einem ganzzahligen Teil und einem Dezimalbruch zusammen, der nachfolgend als Dezimale der Windungszahl bezeichnet wird. Die Dezimale bestimmt winkelmäßig die Lage und die Verteilung der Umkehrschleifen der Fadenlagen an einer Stirnseite der Spule.
  • Spulen in Präzisionswicklung werden üblicherweise auf Spulmaschinen hergestellt, bei denen die drehende Spulenhülse und der Fadenführer durch ein mechanisches Getriebe miteinander verbunden sind. Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes kann feinstufig variiert werden, um die jeweils günstigste Windungszahl einstellen zu können.
  • In der DE-AS 19 13 451 ist eine elektronische Steuerschaltung beschrieben, die eine Regelung des Antriebs einer Antriebseinrichtung für den Fadenführer entsprechend der Drehung der Spule erlaubt. Damit laßt sich eine Vielzahl von gewünschten Windungszahlen einstellen, sodaß auch während der Spulenreise die Windungszahl bliebig oft geändert werden kann. Eine Änderung der. Windungszahl während der Spulenreise kann sich dadurch ergeben, daß die Aufwindegeschwindigkeit des Fadens auf die Spule möglichst konstant gehalten werden soll. Ein hierfür geeignetes Verfahren mit zugehöriger Vorrichtung ist in der Europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 55 849 be- schrieben worden. Um den Nachteil eines Spulenaufbaus in Präzisionswicklung zu beseitigen, der in einer unerwünschten Zunahme der Aufwindegeschwindigkeit des Fadens bei zunehmendem Spulen- durchmesser besteht, wird dort vorgeschlagen, die Windungszahl so zu verändern, daß die Aufwindegeschwindigkeit des Fadens sich um höchstens 3% ändert.
  • Andererseits beeinflußt die beim Spulenaufbau benutzte Windungszahl die Verteilung der Umkehrschleifen der einzelnen Fadenlagen am Umfang der Spule und damit die Masseverteilung des Fadens. Man erhält auf diese Weise leicht Spulen mit ungleichmäßigem Aufbau, was nicht nur beim Aufwickeln sondern auch beim Abwickeln nachteilig ist.
  • Es ist allerdings sehr aufwendig, diejenigen Windungszahlen zu ermitteln, die zu einem gleichmäßigen Spulenaufbau führen. Man hat dazu bisher den Spulenaufbau mittels eines Stroboskops beobachtet und die Ablaufeigenschaften der voll bewickelten Spule untersucht. Die daraus gewonnenen Ergebnisse führten dennoch nicht zu allgemein brauchbaren Resultaten. Im Ausführungsbeispiel der oben genannten Europäischen Patentanmeldung ist die Verbindung zwischen der Spulendrehung und der Changierbewegung des Fadenführers über eine analog arbeitende Steuerschaltung hergestellt, die eine wenn auch geringe Abweichung in der Windungszahl zuläßt. Damit erreicht man zwar im Vergleich zur wilden Wicklung, bei der sich die Windungszahl kontinuierlich ändert, einen wesentlich besseren Spulenaufbau. Eine Spulenqualität in Präzisionswicklung mit optimaler Windungszahl,kann auf diese Weise jedoch nicht erreicht werden.
  • Ein guter Spulenaufbau erfordert u.a. eine gleichmäßige Verteilung der Fadenmasse in der Spule. Andernfalls treten Dichteunterschiede auf, die nicht nur die optische Erscheinung der fertig bewickelten Spule nachteilig beeinflussen, sondern bereits beim Aufwickeln durch Unwucht und unrunden Lauf der Spulenhülse zu Schwierigkeiten führen und besonders beim Antrieb der Spule an ihrem Umfang durch Friktion stören.
  • Vor allem aber werden durch derartige Dichteschwankungen auch die Ablaufeigenschaften der Spule bei Abziehen des aufgewickelten Fadens ungünstig beeinflusst.
  • Die geschilderten Nachteile belasten die praktische Anwendung derertiger Einrichtungen so sehr, daß deren Markteinführung bisher nicht möglich war, obwohl die damit erzielbare Spulenqualität wesentlich besser ist als bei herkömmlichem Spulenaufbau in wilder Wicklung oder auch in Präzisionswicklung.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Präzisionsspule mit optimalen Eigenschaften hinsichtlich Spulenaufbau, insbesondere der Masseverteilung des Fadens auf der Spule, und hinsichtlich des Spulenablaufs zu schaffen; ferner soll ein Verfahren zum Bewickeln der Spule mit konstanter Umfangsgeschwindigkeit und eine Einrichtung für das Bewickeln angegeben werden.
  • Dazu zeichnet sich die erfindungsgemäße Spule dadurch aus, daß die Schwankung der Dichte der Umkehrschleifen des Fadens längs des Umfangs der Spule an einer Stirnfläche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildwicklungen kleiner ist als 8, vorzugsweise kleiner ist als 4, wobei die Dichte die zahl der Umkehrschleifen pro einem Abschnitt des Umfangs ist. Auf diese Weise wird die Fadenverteilung beim Aufbau der Spule derart vergleichmäßigt, daß auch bei Stufenpräzisionswicklung unabhängig von der Fadenart eine fehlerfreies Bewickeln und gleichmäßiges Abwickeln der Spule ohne Fadenbrüche oder Schlingenbildungen gewährleistet ist.
  • Zweckmäßig ist der Abschnitt der hundertste Teil des Spulenumfangs. Wenn der Abschnitt der zehnte Teil des Spulenumfangs ist, bleibt in Weiterbildung der Erfindung die Schwankung kleiner als 4, vorzugsweise kleiner als 2.
  • Ein Verfahren zum Aufwickeln eines Fadens oder dergleichen auf eine mit konstanter Spulenumfangsgeschwindigkeit antreibbare Spulenhülse mittels eines längs des Mantels der Spulenhülse changierbaren Fadenführers in Präzisionswicklung sieht nach der Erfindung vor, daß das Verhältnis der Drehzahl der Spulenhülse zur Anzahl der Doppelhübe des Fadenführers (Windungszahl) so eingestellt wird, daß die Schwankung der Dichte der Umkehrschleifen" längs des Umfangs der Spule an einer Stirnfläche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildwicklungen kleiner als 8, vorzugsweise kleiner als 4, bleibt, wobei die Dichte die Zahl der Umkehrschleifen pro einem Abschnitt, zweckmäßig dem hundertsten Teil,des Umfangs ist.
  • Eingehende Untersuchungen haben ergeben, daß eine gleichmäßige Verteilung..der Fadenmasse nur dann zu erreichen ist, wenn vor allem auch die Umkehrschleifen des Fadens bei dem Bewickeln an einer der Stirnseiten der Spule sehr gleichmäßig um den Spulenumfang verteilt werden. Dazu sind besondere Überlegungen nötig. Die Winkellage u der n-ten Umkehrschleife bezüglich der Spulenachse ergiebt sich aus der Windungszahl W aus der Relation
  • Figure imgb0001
  • Der Dezimalbruch von u, nachfolgend mit Dezimale ud bezeichnet, bestimmt die Lage der jeweiligen Umkehrschleife in Teilen des Spulenumfangs bezogen auf eine Spule von gleichbleibendem Radius.
  • Man kann den Spulenumfang in k gleichgroße Abschnitte, Klassen genannt, einteilen und die Verteilung der Dezimalen ud, deren Folge sich aus einer vorgewählten Anzahl z von Changierperioden (Doppelhüben) des Fadenführers ergibt, auf diese Klassen untersuchen. Die Differenz der Anzahl von Dezimalen ud und damit der Anzahl von Umkehrschleifen zwischen der am höchsten mit Dezimalen ud belegten Klasse und der am geringsten mit Dezimalen ud belegten Klasse sei als Spannweite S bezeichnet, die die Schwankung der Belegungsdichte der Umkehrschleifen des Fadens längs des Umfangs der Spule an einer Stirnfläche nach Durchlauf der z Changierperioden repräsentiert. Die Spannweite S stellt ein Maß für die Gleichmäßigkeit der Verteilung der z Umkehrschleifen auf die k Klassen und damit auch der Massenverteilung des Fadens in der Spule dar. Für die Anzahl z wählt man zweckmäßig eine genügend große Anzahl von Doppelhüben zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildwicklungen.
  • Beobachtet man für verschiedene Dezimalen wd der Windungszahl den Verlauf der Spannweite S über den gesamten Spulenaufbau, mindestens jedoch über eine genügend große Anzahl z zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildwicklungen, so stellt man fest, daß die Spannweite S entweder immer größer wird oder innerhalb eines bestimmten Bereiches schwankt. Windungszahlen, die zu immer größeren Werten von S führen, sind wegen der sich daraus ergebenden Ungleichmäßigkeit der Verteilung der Umkehrschleifen für den Spulenaufbau nicht geeignet.
  • Eine eingehende Untersuchung zeigt für das Beispiel von 1.000 aufeinanderfolgenden Umkehrschleifen, daß bei Wahl von 100 gleichgroßen Klassen die Spannweite S zu keinem Zeitpunkt mehr als 8, vorzugsweise mehr als 4 betragen darf, oder bei Wahl von 10 gleichgroßen Klassen die Spannweite S zu keinem Zeitpunkt mehr als 4, vorzugsweise mehr als 2 betragen darf, um die erwünschte Gleichmäßigkeit der Fadenverteilung in der Spule zu erhalten.
  • Die Wahl der für einen guten Spulenaufbau zulässigen Grenzwerte für die Spannweite S hängt von dem Wickelgut, d.h. den Eigenschaften des Fadens ab. Für normales Wickelgut genügt die Einhaltung der oberen, vorstehend angegebenen Grenzwerte, bei empfindlichem Wickelgut empfiehlt es sich, die unteren, die o.g. Grenzwerte für die Spannweite S einzuhalten.
  • Bei der Prüfung, ob sich mit einer vorgegebenen Windungszahl ein guter Spulenaufbau im Sinne der Erfindung erreichen läßt, ergibt sich ein ergänzender Anhaltspunkt aus einer Untersuchung, ob.nach etwa 50 Umkehrschleifen von 100 Klassen eine Klasse bereits doppelt belegt ist. Wenn eine Klasse hierbei doppelt belegt ist, ist kein guter Spulenaufbau zu erwarten.
  • Mit der Erfindung können für den Spulenaufbau günstige Windungszahlen viel genauer festgestellt werden als dies mit den bisher üblichen Praxisversuchen möglich war. Mit der Erfindung lassen sich Spulen mit ausgezeichneten Ablaufeigenschaften bewickeln, bei denen das Verhältnis der Durchmesser von vollbewickelter Spule zum Durchmesser der Hülse nicht größer als 3 ist und der mittlere Kreuzungswinkel der Fadenlagen dem Volumen --und der Dehnung des Wickelgutes entspricht.
  • Von besonderer Bedeutung ist der Kreuzungswinkel zweier übereinander liegender Fadenlagen auf der Spule. In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß der Kreuzungswinkel zweier übereinander liegender Fadenlagen bestimmt wird und daß die Windungszahl derart eingestellt wird, daß der Kreuzungswinkel zwischen einem vorgegebenen minimalem und einem vorgegebenen maximalen Kreuzungswinkel gehalten wird. Dabei empfiehlt es sich, den Unterschied zwischen minimalen und maximalem Kreuzungswinkeln zu höchstens 10 % zu wählen. Je nach Art des Wickelgutes kann es sich empfehlen, den Unterschied nur zu höchstens 5 % zu wählen.
  • Da der Kreuzungswinkel sich mit zunehmendem Durchmesser der Spule ändert, müssen die Windungszahlen während der gesamten Spulenreise mehrfach neu ermittelt werden, um die Erfindung in dieser Ausführungsform zu verwirklichen.
  • Bei der Ermittlung günstiger Werte von Wd stellt man fest, daß selbst eine geringe Abweichung zu einer gravierenden Verschlechterung der Spannweite S führen kann. Daher ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Zahl der Doppelhübe winkelsynchron zur Drehung der Spulenhülse geändert wird, was beispielsweise durch eine Winkelsynchrone Steuerung des Übersetzungsverhältnisses von Spulendrehung und Antriebseinrichtung des Fadenführers erreicht werden kann.
  • Das Übersetzungsverhältnis bzw. die Windungszahl soll im Mittelwert sehr genau eingehalten werden. Eine Abweichung ist erst in der fünften oder besser noch erst in der sechsten Stelle der Dezimalen zulässig.
  • Die Integrationszeit zur Bildung dieses Mittelwertes ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Sie kann durchaus mehrere Sekunden betragen, wenn die Abweichungen vom Mittelwert statistisch verteilt sind.
  • Andererseits dürfen kurzzeitige Abweichungen in diesem Übersetzungsverhältnis nicht so groß sein, daß aufeinanderfolgende Umkehrschleifen übereinander liegen können. Bei digitaler Erfassung der Drehzahl der Spule sowie der Drehzahl der Antriebseinrichtung des Fadenführers soll deshalb die Anzahl der Impulse pro Umdrehung der Spule bzw. der Antriebseinrichtung für den Fadenführer so hoch gewählt werden, daß die davon abhängige maximal mögliche Abweichung in der augenblicklichen Windungszahl so gering ist, daß der dadurch bedingte Fehler in der Lage zweier aufeinander folgender Umkehrschleifen kleiner ist als der durch die Windungszahl festgelegte, geringste Abstand dieser beiden Umkehrschleifen.
  • Beim Wechsel von einer Windungszahl zur nächsten vergeht eine gewisse Zeit, bis sich die höhere Zahl der Doppelhübe eingestellt hat. Während dieser Zeit erfolgt die Fadenverlegung ungesteuert. Es ist deshalb möglich, daß sich dabei.zufällig zwei nacheinander folgende Windungen teilweise übereinander liegen. Dies kann zu Schwierigkeiten führen.
  • , Die Wahrscheinlichkeit dafür ist abhängig von der Anzahl nicht gesteuerter Doppelhübe während des Wechsels der Changierfrequenz. Deshalb muß dieser Sprung in möglichst kurzer Zeit erfolgen.
  • Die für die Änderung der Zahl der Doppelhübe benötigte zeit ist abhängig von der Größe dieser Änderung, von der Masse, die beschleunigt werden muß und von der zur Verfügung stehenden Antriebskraft. Eine ausreichende Sicherheit gegen das direkte Übereinanderliegen von aufeinanderfolgenden Fadenlagen erreicht man in Weiterbildung der Erfindung, wenn der Übergang von einer ersten Windungszahl zu einer zweiten Windungszahl während weniger als zehn Doppelhüben des Fadenführers ausgeführt wird.
  • Eine Einrichtung zum Aufwickeln eines Fadens oder dergleichen auf eine mit einer konstanten Spulenumfangsgeschwindigkeit antreibbare Spulenhülse mittels eines längs des Mantels der Spulenhülse changierbaren, angetriebenen Fadenführers in Präzisionswicklung, wobei der Fadenführer von einer mit einem Motor gekoppelten, rotierenden Welle, beispielsweise einer Kehrgewindewelle, angetrieben ist, mit einem weiteren Motor zum Antrieb der Spule an ihrem Umfang, mit einem Regler, dessen Ausgang mit dem Motor für die Welle gekoppelt ist, sowie mit Inkrementalgebern, die die Drehzahl der Welle und der Spule aufnehmen, enthält erfindungsgemäß eine Rechnereinheit, die mit den Ausgängen der Inkrementalgeber oder Tachometer sowie eines Konstantenspeichers zur Ermittlung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen den Drehzahlen der Welle und der Spule sowie mit dem Regler gekoppelt ist. Dies bringt den Vorteil, daß bei Stufenpräzisionswicklung mit nur einigen wenigen Dezimalen von Windungszahlen
  • aufgewickelt zu werden braucht. die im Konstantenspeicher neben anderen Parametern der Einrichtung bereitgehalten werden können, sodaß die vorstehend erläuterte, erfindungsgemäße Präzisionsspule unabhängig von der Fadenart automatisch hergestellt werden kann. Dabei empfiehlt es sich, eine durch die Parameter gesteuerte Schalteinrichtung vorzusehen, die die Ermittlung eines Übersetzungsverhältnisses oder einer Windungszahl durch die Rechnereinheit auslöst, wobei mit besonderem Vorteil eine den Spulenaufbau wie etw Drehzahl der Welle, Kreuzungswinkel der Fadenlagen oder dergleichen abfühlende Aufnahmeeinrichtung vorgesehen sein kann, die die Schalteinrichtung in Abhängigkeit vom Erreichen der abgefühlten, den Spuelaufbau charakterisierenden Größen eines der Parameter steuert. Ferner kann eine Vergleichseinrichtung vorhanden sein, die eine von der Rechnereinheit ermittelte, einem der Parameter entsprechende Windungszahl mit im Konstantenspeicher gespeicherten Dezimalen der Windungszahlen . r. vergleicht und den Regler mit einem Übersetzungsverhältnis beaufschlagt, das der nächstgrößeren der gespeicherten Windungszahlen aus dem Konstantenspeicher entspricht.
  • Zum Abspeichern von Dezimalen von Windungszahlen, die für dei Herstellung der erfindungsgemäßen Präzisionsspule geeignet sind, ist in Weiterbildung der Erfindung eine Multipliziereinrichtung vorgesehen, die den Vielfachen der Windungszahl entsprechende Signale einer Sortiereinrichtung zuführt, welche die empfangenen Signale mit vorgegebenen Schrankensignalen vergleicht und an Speicherbereiche weiterleitet, die den Schrankensignalen zugeordnet sind, sowie eine an die Speicherbereiche angeschlossene Auswerteeinrichtung vorhanden, die den Konstantenspeicher umfaßt. Die Auswerteeinrichtung kann zweckmäßig eine Anzeigeeinrichtung enthalten, die die Zahl der Belegugnen der einzelnen Speicherbereiche anzeigt. Außerdem kann eine weitere Vergleichseinrichtung zu der Auswerteeinrichtung gehören, welche den Unterschied in der Zahl der Belegungen der Speicherbereiche mit einem vorgegebenen weiteren Schrankensignal vergleicht und bei Unterschreiten der dem weiteren Schrankensignal entsprechenden Schranke die Dezimale der in die Multipliziereinrichtung eingegebenen Windungszahl in den Konstantenspeicher absüeichert.
  • Das Übersetzungsverhältnis, das das Verhältnis aus Drehzahl der Welle zur Drehzahl der Spule darstellt, unterscheidet sich von dem Kehrwert der Windungszahl nur durch den Faktor, der angibt, wieviele Doppelhübe (Gangzahl) der Fadenführer pro einer Umdrehung der ihn antreibenden Welle ausführt.
  • Das Signal zum Übergang von einer Windungszahl zur nächsten kann z.B. durch das Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl der Spule, oder durch das Erreichen einer vorgegebenen minimalen Drehzahl des Motors für die Welle des Fadenführers, durch das Erreichen'eines vorgegebenen Durchmessers der Spule, oder auch durch das Erreichen eines minimalen Kreuzungswinkels ausgelöst werden.
  • Die Rechnereinheit ermittelt aus der vom Inkrementalgeber gemessenen Drehzahl ns der Spule, dem Übersetzungsverhältnis, der Doppelhubzahl g und der Windungszahl W den Sollwert nc der Welle und führt diesen dem Regler zu. Die Regelfunktion für die Drehzahl nc ist
  • Figure imgb0002
  • Der Rechnereinheit werden die im Konstantenspeicher abgespeicherten Dezimalen Wd der Windungszahl zur Verfügung gestellt, welche die Rechnereinheit zum Zeitpunkt der Umschaltung auf eine neue Windungszahl mit einer Windungszahl W1 vergleicht, die die Rechnereinheit nach vorgegebenen Funktionen, die der aktuellen Spulendrehzahl und dem maximal zulässigen Kreuzungswinkel entsprechen, ermittelt hat. Als neue
  • Windungszahl wird von der Recheneinheit diejenige aus dem Konstantenspeicher verwendet, die die nächstgrößere Windungszahl bezüglich der ermittelten Windungszahl W1 ist.
  • Die vorprogramierten Funktionen können dabei beispielsweise berücksichtigen, daß der Kreuzungswinkel während des Spulenaufbaus zwischen einem vorgegebenen maximalen und einem vorgegebenen minimalen Kreuzungswinkel verbleibt. Für den Fall der erwähnten Europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichsnummer 55 849 nimmt dieses Programm die nachfolgende Form an:
    • Es soll gelten:
      • W1 = errechnetes Spulverhältnis
      • W = korrigiertes Spulverhältnis
      • h = Changierhub d. Fadenführers
      • ko = maximaler Kreuzungswinkel
      • ku = minimaler Kreuzungswinkel
      • vu = Umfangsgeschwindigkeit d. Spule
      • ns = Spulendrehzahl
      • nc = Drehzahl der Kehrgewindewelle
      • ncs = Schaltdrehzahl d. Kehrgew.welle
      • g = Gangzahl der Kehrgewindewelle
      • f = erlaubte Abweichung der Aufwindegeschwindigkeit
    • Für den minimalen Kreuzungswinkel erhält man dann:
      Figure imgb0003
  • Damit ergibt sich für die Drehzahl, bei der auf eine neue Windungszahl geschaltet wird:
    Figure imgb0004
    Es sei
    Figure imgb0005
    dann ist
    Figure imgb0006
  • Dabei wird die Konstante K1 vom Anwender in die Eingabeeinheit eingegeben. Den Wert dafür entnimmt er z.B. einem Nomogramm bzw. einer Tabelle mit den Parametern ko und f und den Festwerten der Spuleinrichtung h und g. Die Umfangsgeschwindigkeit der Treibwalze vu ermittelt der Rechner aus der gemessenen Drehzahl der Treibwalze und deren Durchmesser.
  • Das Spulverhältnis W1 wird vom Rechner aus dem folgen- den Zusammenhang ermittelt:
    Figure imgb0007
    Es ist
    Figure imgb0008
    dann folgt
    Figure imgb0009
  • Die Dezimalen der so errechneten Windungszahl werden durch die nächst höhere der vorausberechneten und einprogrammierten günstigen Dezimalen Wd ersetzt und damit die optimierte Windungszahl W gebildet. Der Wert für K2 wird vom Anwender aus einer Tabelle abgelesen und in die Eingabeeinheit eingegeben. Die Umfangsgeschwindigkeit vu wird aus der vom System ermittelten Drehzahl der Treibwalze und deren Durchmesser errechnet und die Spulendrehzahl ns wird ebenfalls vom System laufend ermittelt.
  • Damit erhält man für die Regelfunktion der Kehrgewindewelle:
    Figure imgb0010
  • Der Mittelwert des Übersetzungsverhältnisses i=g/W muß sehr genau eingehalten werden. damit auch die vorausberechnete günstige Verteilung der Umkehrpunkte erreicht wird. Versuche haben gezeigt, daß dieses Übersetzungsverhältnis dem Regler mit einer Genauigkeit von'wenig-. stens 7 Dekaden vorgegeben werden muß.
  • Die günstigen Dezimalen Wd werden wie beschrieben ermittelt. Etwa 20 Werte davon, die gleichmäßig über den Spulenumfang verteilt sein sollten, reichen aus, um den Fehler in der Aufwindegeschwindigkeit kleiner als 0.05% halten zu können. Zur Eingabe werden für Wd mindestens drei Dezimalen benötigt, um eine ausreichen- de Anzahl günstige Dezimalen Wd bestimmen zu können.
  • Bei Filamentgarnen ist der Spulenaufbau besonders bei den inneren Lagen günstiger, wenn mit einer Rautenspulung bewickelt wird. Andererseits stehen für eine Rau- tenspulung mit vernünftiger Verteilung der Umkehrpunkte nur die Dezimalen zwischen 0.18 und 0.42. sowie zwischen 0.58 und 0.82 zur Verfügung. Bei höherem Verkreuzungswinkel und kleiner zulässiger Abweichung in der Aufwindegeschwindigkeit sind aber besonders bei den größeren Spulendurchmessern auch Zwischenwerte notwendig. um das Programm durchlaufen zu können.
  • Damit bei den in dieser Hinsicht weniger problematischen kleinen Durchmessern immer die günstigere Rautenspulung ausgesucht wird. ist es vorteilhaft, die günstigen Dezimalen Wd bei der Eingabe in bevorzugte und weniger bevorzugte Werte zu unterteilen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der beifügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1: eine Spuleinrichtung zum Aufwickeln eines Kunststoff-Filamentfadens aus einer Spinnmaschine mit konstanter Spinngeschwindigkeit auf eine Spulenhülse, und
    • Figur 2: ein Schaltungsdiagramm von Teilen der Steuerung der Spuleinrichtung nach Figur 1.
  • Von einer nicht gezeigten Spinndüse einer nciht dargestellten Spinnmaschine wird der Faden 1, der ein Filamentgarn sein kann, einem Fadenführer 2 zugeführt, der in der Nut einer Kehrgewindewelle 3 geführt ist. Die Kehrgewindewelle 3 wird von einem Motor 7 über ein Getriebe in Drehungen um ihre Achse versetzt. Daedern in Fadenführer 2 am Mitdrehen mit der Kehrgewindewelle gehindert und die Nut in zur Wellenachse geneigter Rich- tung in die Welle eingeschnitten ist, wird der Fadenführer bei Drehung der Kehrgewindewelle 3 längs ihrer Achse parallel zum Mantel der Spulenhülse hin und her bewegt.
  • EineSpulenhülse 4 ist auf einem Lagerdorn drehbar so gelagert, daß die Achse der Spulenhülse 4 sich parallel zur Achse der Kehrgewindewelle erstreckt.
  • Zu Beginn der Bewicklung liegt am Mantel der Spulenhülse 4 eine Treibwalze 5 an, die von einem Motor 6 mit gewünschter Drehzahl angetrieben wird. Mit zunehmender Bewicklung des Fadens auf der Spulenhülse 4 liegt die Treibwalze 5 am Umfang der Spule 15 an und treibt die Spule mit der gewünschten Spulendrehzahl aufgrund des Reibschlusses zwischen der Treibwalze und der Spule mit konstanter Umfangsgeschwindigkeit an. Alternativ kann die Spulenhülse direkt durch einen Motor angetrieben werden, dessen Drehzahl entsprechend der Durchmesserzunahme der Spule während der Spulreise verringert wird.
  • Zur Erfassung der Drehzahl der Kehrgewindewelle 3 ist an der Kehrgewindewelle 3 ein Inkrementalgeber 8 vorgesehen, dessen Ausgangsimpulse die Drehzahl nc der Kehrgewindewelle 3 entsprechen. Zur Erfassung der Drehzahl der Spule 15 ist an der Spule 15 ein Inkrementalgeber 9 vorgesehen, dessen Ausgangsimpulse der Drehzahl ns der Spule entsprechen. Ein weiterer Inkrementalgeber 10 an der Treibwalze 5 erfasst deren Drehzahl und gibt eine dieser entsprechende Anzahl von Impulsen ab.
  • Die Steuerung der Spuleinrichtung umfaßt eine Speicher- und Eingabeeinheit 11, in der eine Folge von Dezimalen Wd der Windungszahlen gespeichert sind, welche den erfindungsgemäßen Spulenaufbau ermöglichen. Ferner sind in der Speicher- und Eingabeeinheit 11 die Konstanten Kl u. K2 sowie das Übersetzungsverhältnis zwischen der Umlauffrequenz der Kehrgewindewelle 3 und der Changierfrequenz g des Fadenführers 2 und der Durchmesser der Treibwalze 5 gespeichert.
  • Eine Rechnereinheit 12 hat über eine Leitung 16 Zugriff zu den Konstantenspeicher in der Einheit 11. Die Rechnereinheit 12 nimmt über Leitung17 u. 18 die Ausgangsimpulse der Inkrementalgeber 10 u. 9 auf. Die Rechnereinheit ermittelt aus der Drehzahl der Treibwalze 5 und der Konstanten K1 die Drehzahl ncs der Kehrgewindewelle 3 für das Umschalten der Windungszahl..
  • Die optimale Windungszahl W, die von der Recheneinheit 12 ermittelt wurde, wird über Leitung 21 einem Regler 13 übergeben, der mit einer Synchronisiereinrichtung ausgerüstet ist, die aktuelle Drehzahl nc der Kehrgewindewelle 3 über Leitung 19 aufnimmt und unter Berücksichtigung der Drehzahl ns der Spule 15, die sie über eine Zweigleitung der Zuleitung 18 erhält, die Drehzahl nc des Antriebsmotors 7 der Kehrgewindewelle 3 winkelsynchron zur Spulendrehzahl ns entsprechend dem aus der Rechnereinheit 12 über Leitung 21 empfangenen Signal steuert. Die Steuerung geschieht über einen dem.Regler 13 nachgeschalteten Frequenzumrichter 14, der über Leitung 25 mit dem Motor 7 verbunden ist.
  • Die Steuerschaltung, die die Eingabeeinheit 11, die Rechnereinheit 12 und den Regler 13 umfaßt, ist in Figur 2 im einzelnen dargestellt. Mittels einer Eingabeeinrichtung 20 werden über eine Leitung 74 einer Multipliziereinrichtung 22 nacheinander gegebenenfalls über einen Zwischenspeicher Windungszahlen eingegeben. Die Multipliziereinrichtung 22 multipliziert jede Windungszahl nacheinander mit der Folge der natürlichen Zahlen und gibt die erhaltenen.Ergebnisse über Leitung 80 an eine Sortiereinrichtung 24. Die Sortiereinrichtung 24 vergleicht jedes der aus dem Multipliziereinrichtung 22 erhaltenen Zahlensignale, die den Lagen u der Umkehrschleife entsprechen, mit Schrankensignalen, die in einer Einheit 26 über Leitung 76 durch die Eingabe 20 bereit gehalten sind. Je zwei Schrankensignale bestimmen die Größe einer Klasse k, mithin also einen Abschnitt auf dem normierten Umfang an einer Stirnseite der Spule 15. Je nach dem Vergleichsergebnis speichert die Sortiereinrichtung 24 die Signale ud in den zugehörigen Speicherbereich eines Speichers 28 über Leitung 82, der eine der Zahl der Klassen k entsprechende Anzahl von Speicherbereichen aufweist, von denen die Speicherbereiche 30,32,34,36,38 in Figur 2 beispielhaft angegeben sind. Eine Ausgangsleitung 84 aus dem Speicher 28 führt zu einer Anzeigeeinrichtung 40, und eine Zweigleitung 86 von der Leitung 84 führt zu einer ersten Vergleichseinrichtung 42. Die Anzeigeeinrichtung 40 zeigt auf einem nichtdargestellten Display die Belegungszahlen der einzelnen Speicherbereiche, also die Anzahl der in jedem Speicherbereich enthaltenen Zählsignale, an. Die Vergleichseinrichtung 42 bildet jeweils die Differenz der Belegungszahlen der einzelnen Speicherbereiche des Speichers 28 und vergleicht die Differenz mit einem weiteren Schrankensignal, das die Vergleichseinrichtung 42 über Leitung 41 von der Schrankensignalein- r. richtung 26 erhält. Das Schrankensignal kann beispielsweise die Zahl 8 darstellen. Ergibt der von der Vergleichseinrichtung 42 durchgeführte Vergleich der Differenzen mit dem weiteren Schrankensiganl, daß die Differenzen unterhalb des weiteren Schrankensiganls bleiben, beaufschlagt die Vergleichseinrichtung 42 über Leitung 90 ein Gatter 44 in einer Leitung 78, die von der Multipliziereinrichtung 22 zu einem Konstantenspeicher 46 führt. Durch die Beaufschlagung wird das Gatter 44 geöffnet und die in der Multipliziereinrichtung 22 enthaltene Windungszahl in dem Konstantenspeicher 46 abgespeichert. Gleichzeitig kann die abgespeicherte Windungszahl über Leitung 43 auf dem Display der Anzeigeeinrichtung 40 optisch wahrnehmbar dargestellt werden.
  • Nach Abschluß des Vergleichs durch die Vergleichseinrichtung 42 gibt die Vergleichseinrichtung 42 über Leitung 88 ein Signal an die Multipliziereinrichtung 22, die daraufhin eine neue Windungszahl in der eben erläuterten Weise bearbeitet.
  • In den Konstantenspeicher 46 können durch die Eingabeeinrichtung 20 über Leitung 72 für die Weiterverarbeitung benötigte Konstanten, wie etwa die Konstanten K1, K2, eingegeben und abgespeichert werden.
  • Eine Aufnahmeeinrichtung 50 kann eine Videokamera enthalten, mit der der Kreuzungswinkel der auf der Spule aufeinander liegenden Fadenlagen erfaßt werden kann. Alternativ kann die Aufnahmeeinrichtung 50 an den Inkrementalgeber 9 angeschlossen sein und das Erreichen einer vorgegebenen Spulendrehzahl signalisieren. Die Aufnahmeeinrichtung 50 kann auch an den Inkrementalgeber 8 angeschlossen sein und das Erreichen einer vorgegebenen minimalen Drehzahl der Kehrgewindewelle 3 erfassen. Als weitere Möglichkeit der Aufnahemeinrichtung 50 ergibt sich ein Fühler, der den aktuellen Spulendurchmesser erfaßt, wobei die Aufnahmeeinrichtung 50 das Erreichen eines vorbestimmten Spulendurchmessers signalisiert.
  • Welche Möglichkeit in der'Aufnahmeeinrichtung 50 auch im konkreten Ausführungsbeispiel realisiert ist, die Aufnahmeeinrichtung 50 gibt jedenfalls ein Auslösesignal über Leitung 96 an eine Schalteinrichtung 52, die die Rechnereinheit 12 entsprechend auslöst. Jedesmal wenn die Rechnereinheit 12 ein Auslösesignal aus der Schalteinrichtung 52 erhält, ermittelt sie aus der aus dem Konstantenspeicher 46 über Leitung 92 ausgelesenen Konstanten K2 und der über Leitung 18 herangeführten Spulendrehzahl ns die Windungszahl W1 für den maximal erlaubten Kreuzungswinkel, dessen zugehöriges Signal ebenfalls aus dem Konstantenspeicher 46 über Leitung 92 abgerufen wird. Die Dezimalen von W1 gibt die Rechnereinheit 12 über Leitung 102 an eine zweite Vergleichseinrichtung 58 weiter, die über Leitung 94 aus dem Konstantenspeicher 46 die dort abgespeicherten Dezimalen der Windungszahlen abruft und mit der aus der Rechnereinheit 12 erhaltenen Windungszahl W1 vergleicht. Die bezüglich der Windungszahl W1 von der zweiten Vergleichseinrichtung 58 ermittelte nächstgrößere Dezimale Wd wird mit Hilfe der Gangzahl g der Kehrgewindewelle 3, die die Anzahl der vom Fadenführer 2 ausgeführten Doppelhübe pro eine Umdrehung der Kehrgewindewelle 3 repräsentiert, in das Übersetzungsverhältnis i = nc/ns mit einer Genauigkeit von 7 Dekaden umgerechnet und das Ergebnis von der zweiten Vergleichseinrichtung über Leitung 104 in den Regler 13 eingegeben. Der Regler 13 regelt die Drehzahl nc des Motors 7 bzw. der Kehrgewindewelle 3 unter Benutzung des aus dem Inkrementalgeber 9 über Leitung 100 herangeführten, die Drehzahl der Spule repräsentierenden Signals entsprechend dem von der zweiten Vergleichseinrichtung 58 erhaltenen Übersetzungsverhältnis i. Der Aufwickelvorgang wird dann mit der neuen Windungszahl W bzw. der dazugehörigen Übersetzung i fortgesetzt, bis die Aufnahmeeinrichtung 50 das Erreichen eines weiteren Grenzwertes etwa in Form des minimalen Kreuzungswinkels der Schalteinrichtung 52 signalisiert. Die Rechnereinheit ermittelt dann eine neue Windungszahl W2 in gleicher Weise wie eben erläutert.
  • Die Inkrementalgeber 8 u. 9 geben pro Umdrehung der Kehrgewindewelle 3 bzw. der Spule 15 beispielsweise 500 Impulse ab. Damit wird der mögliche Fehler in der Lage zweier benachbarter Umkehrschleifen kleiner als 0,001.
  • Nachstehende Anwendungsbeispiele erläutern den Spulenaufbau beim Aufwickeln eines Poy-Filamentgarnes aus Polyester. Beispiel 1 wurde zum Vergleich mit einer Spuleinrichtung herkömmlicher Art durchgeführt, während die Beispiele 2 - 4 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt wurden. Im Beispiel 4 sind in den mit * bezeichneten Windungszahlen weniger bevorzugte Dezimalen verwendet.
  • Beispiel 1
  • Mit einer Spuleinrichtung herkömmlicher Art mit Spindelantrieb für die Spule und Zahnradgetriebe zwischen Spindel und Kehrgewindewelle wurden aus einem ungedrehten Filamentgarn dtex 250 zylindrische Spulen hergestellt. Der Hülsendurchmesser betrug 85 mm, der Durchmesser der vollen Spule etwa 180 mm und der Changierhub 250 mm.
  • Durch Auswechseln der Zahnräder zwischen Spindel und Kehrgewindewelle konnten die Windungszahlen in kleinen Stufen verändert werden. Es wurden Spulen in Windungszahlen hergestellt, die sich nurin ihren Dezimalstellen unterscheiden.
  • Die Qualität dieser Spulen wurde beurteilt.
  • Dabei wurde besonders auf unterspulte Lagen, Querschläger an den Stirnseiten der Spule und Verhakungen beim Ablaufen geachtet. Die Spulenqualität wurde wie folgt benotet:
    • 1 = einwandfrei
    • 2 = gut
    • 3 = noch ausreichend
    • 4 = mangelhaft
  • Für jeden Wert der Windungszahl wurde die Lage von 1 000 Umkehrschleifen am Spulenumfang festgestellt. Die einzelnen Werte wurden in 100 Umfangsklassen einsortiert, die Differenz zwischen der Anzahl Werte in der höchstbelegten und der am wenigsten belegten Klasse beobachtet und deren maximaler Wert als Spannweite S (100) festgehalten.
  • Bei 50, 200 und 1 000 Umkehrschleifen wurde die Spannweite .bei nur 10 Umfangsklassen ermittelt und die dabei gefundene maximale Abweichung als S(10) festgehalten.
  • Außerdem wurde festgehalten, wieviele der 100 Umfangsklassen nach der Erfassung von 50 Umkehrschleifen doppelt bzw. mehrfach belegt waren. Dieser Wert wird mit D (50) bezeichnet.
  • Folgende Werte wurden ermittelt:
    Figure imgb0011
    Figure imgb0012
  • Völlig fehlerfreie Spulen wurden bei diesem Versuch nicht gefunden.
  • Beispiel 2
  • An einer Versuchseinrichtung zur Herstellung zylindrischer Kreuzspulen in stufenweiser Präzisionswicklung wird die Spule an ihrem Umfang mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben. Die Spulendrehzahl wird digital erfaßt -und danach die Drehzahl der Kehrgewindewelle so geregelt, daß das Übersetzungsverhältnis i zwischen Kehrgewindewelle und Spule während der ganzen Spulreise konstant bleibt. Bei dieser Einrichtung kann i mit einem Digitalpotentiometer auf 4 Dekaden genau eingestellt werden.
  • Aus der Reihe der für eine Stufenpräzisionswicklung ausgewählten, optimalen Abstufung der Übersetzungsverhältnisse i wurden die zugehörigen Windungszahlen ermittelt. Mit unterschiedlichen Dezimalen dieser Windungszahlen wurden Beispiel 1 entsprechende Spulen hergestellt und beurteilt. Ebenso wurde für diese Windungszahlen die Verteilung der Umkehrschleifen erfaßt und entsprechend Beispiel 1 ausgewertet. Dabei erhielt man folgende Werte:
    Figure imgb0013
  • Bei den durch die Randbedingungen der Stufenpräzisionswicklung vorgegebenen Abstufung ist es fast unmöglich, mit nur drei zur Einstellung von i zur Verfügung stehenden Dekaden, Windungszahlen zu finden, die zu wirklich fehlerfreiem Spulenaufbau führen.
  • Beispiel 3
  • Die anhand der Figuren 1 u. 2 beschriebenen Spuleinrichtung wird zur Herstellung von einstufigen Präzisionsspulen mit den aus Beispiel 1 bekannten Abmessungen verwendet. Es wurden für diese Versuche Dezimalen der Windungszahlen mit optimaler Verteilung der Umkehrschleifen ermittelt. Die so hergestellten Spulen wurden wie in Beispiel 1 beurteilt. Man erhält folgendes:
  • Figure imgb0014
  • Die Möglichkeit zur sehr feinstufigen Auswahl des Übersetzungsverhältnisses i gestattet es, auch bei den Randbedingungen der Stufenpräzisionswicklung Windungszahlen auszusuchen, die zu einwandfreien Spulen führen.
  • Beispiel 4
  • Mit dem in Beispiel 1 geschilderten Verfahren wurden mit einer Einrichtung wie vorstehend beschrieben 12 Dezimalen der Windungszahl bestimmt, deren Differenzen kleiner als 0,1 sind,' die am Umfang möglichst gleichmäßig verteilt sind und die zu einer optimalen Verteilung der-Umkehrpunkte führen. Mit diesen Dezimalen, von denen die zwischen 0,2 und 0,4 bzw. 0,6 und 0,8 liegenden als bevorzugte Dezimalen gewertet werden, wird eine Folge von Windungszahlen für die Stufenpräzisionswicklung entwickelt, bei der der Fehler in der Aufwindegeschwindigkeit nicht größer als 0,05 % wird und die in den einzelnen Bewicklungsstufen zu einem einwandfreien Spulenaufbau führen.
  • In der nachfolgenden Tabelle ist diese Reihe für das Aufspulen von einem POY-Fiamentgarn aufgezeichnet:
    Figure imgb0015
    Figure imgb0016

Claims (22)

1. Präzisionsspule mit einem auf eine Spulenhülse (4) in Präzisionswicklung aufgewickelten Garn, Draht, Band oder dergleichen Faden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwankung (Spannweite S) der Dichte der Umkehrschleifen des Fadens längs:des Umfanges der Spule (15) an einer Spulenstirnfläche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildwicklungen kleiner als 8, vorzugsweise kleiner als 4, ist, wobei die Dichte die Zahl der Umkehrschleifen pro einem Abschnitt des Umfangs ist.
2. Präzisionsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (Klasse) der hundertste Teil des Umfanges ist.
3. Präzisionsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der zehnte Teil des Unfanges ist und daß die Schwankung kleiner als 4, vorzugsweise kleiner als 2, ist.
4. Präzisionsspule nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreuzungswinkel zweier übereinanderliegender Fadenlagen um höchstens 10% schwankt.
5. Präzisionsspule nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dezimalen der bei stufenweiser Präzisionswicklung benutzten Windungszahlen sich über den gesamten Spulenaufbau wiederholen.
6. Präzisionsspule nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer ersten Umkehrschleife und einer zweiten Umkehrschleifekeiner der Abschnitte, bezogen auf die bei der ersten Umkehrschleife vorhandene Verteilung der Umkehrschleifen über den Umfang der Spule, mehrfach mit Umkehrschleifen besetzt ist, wobei zwischen der ersten und der zweiten Umkehrschleife eine vorgegebene Anzahl, beispielsweise fünfzig, aufeinanderfolgende Umkehrschleifen liegen.
7. Verfahren zum Aufwickeln eines Garnes, Drahtes, Bandes oder dergleichen Fadens (1) auf eine mit konstanter Spulenumfangsgeschwindigkeit antreibbare Spulenhülse, mittels eines längs des Mantels der Spulenhülse changierbaren, angetriebenen Fadenführers (2) in Präzisionswicklung, zur Herstellung der Spule (15) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Drehzahl der Spulenhülse (4) zur Anzahl der Doppelhübe des Fadenführers (Windungszahl) so eingestellt wird, daß die Schwankung (Spannweite S) der Dichte der Umkehrschleifen des Fadens (1) längs des Umfanges der Spule (15) an einer Stirnfläche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildwicklungen kleiner als 8, vorzugsweise kleiner als 4, bleibt, wobei die Dichte die Zahl der Umkehrschleifen pro einem Abschnitt des Umfanges ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschnitt der hundertste Teil des Umfanges gewählt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschnitt der zehnte Teil des Umfanges gewählt wird und die Schwankung kleiner als 4, vorzugsweise kleiner als 2, gehalten wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreuzungswinkel zweier übereinanderliegender Fadenlagen bestimmt wird, und daß die Windungszahl derart eingestellt wird, daß der Kreuzungswinkel zwischen einem vorgegebenen minimalen und einem vorgegebenen maximalen Kreuzungswinkel gehalten wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen minmalem und maximalem Kreuzungswinkel zu höchstens 10% gewählt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 mit einer Antriebseinrichtung (3,7) für den Fadenführer (2), dadurch gekennzeichnet, daß bei Einstellung einer Windungszahl die Antriebseinrichtung zur Änderung der Zahl der Doppelhübe gesteuert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Doppelhübe winkelsynchron zur Drehung der Spulenhülse geändert wird. r.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, mit gestufter Präzisionswicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von einer ersten Windungszahl zu einer zweiten Windungszahl während weniger als zehn Doppelhüben des Fadenführers (2) ausgeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl so eingestellt wird, daß zwischen einer ersten und einer zweiten Umkehrschleife keiner der Abschnitte, bezogen auf die bei der ersten Umkehrschleife vorhandene Verteilung der Umkehrschleifen über den Umfang der Spule (15), mehrfach mit Umkehrschleifen besetzt wird, wobei zwischen der ersten und der zweiten Umkehrschleife eine vorgegebene Anzahl, beispielsweise fünfzig, aufeinanderfolgende Umkehrschleifen gewählt werden.
16. Einrichtung zum Aufwickeln eines Garnes, Drahtes, Bandes oder dergleichen Fadens (1) auf eine mit konstanter Spulenumfangsgeschwindigkeit antreibbare Spulenhülse,mittels eines längs des Mantels der Spulenhülse changierbaren, angetriebenen Fadenführers (2) in Präzisionswicklung, wobei der Fadenführer von einer mit einem Motor gekoppelten, rotierenden Welle (Kehrgewindewelle 3) oder dergleichen angetrieben ist, mit einem weiteren Motor zum Antrieb der Spule (15) an ihrem Umfang, mit einem Regler (13), dessen Ausgang mit dem Motor r. (7) für die Welle (3) gekoppelt ist, sowie mit Inkrementalgebern (8,9), die die Drehzahl der Welle (3) und der Spule (15) aufnehmen, zur Herstellung der Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und zur , Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 15, gekennzeichnet durch eine Rechnereinheit (12), die mit den Ausgängen (98, 108) der Inkrementalgeber (8,9) sowie eines Konstantenspeichers (46) zur Ermittlung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen den Drehzahlen der Welle (3) und der Spule (15) verbunden und mit dem Regler (13) gekoppelt ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine mit vorgegebenen Parametern gesteuerte Schalteinrichtung (52), die die Ermittlung eines Übersetzungsverhältnisses durch die Rechnereinheit (12) auslöst.
18. Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17, gekennzeichnet durch eine den Spulenaufbau (Drehzahl der Welle, Kreuzungswinkel der Fadenlagen, oder dergleichen) abfühlende Aufnahmeeinrichtung (50), die die Schalteinrichtung (52) in Abhängigkeit von vorgegebenen Parametern steuert.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, gekennzeichnet durch eine Vergleichseinrichtung (58), die eine von der Rechnereinheit (12) ermittelte Windungszahl mit im Konstantenspeicher gespeicherten Windungszahlen vergleicht und den Regler (13) mit einem Übersetzungsverhältnis beaufschlagt, das der nächstgrößeren der gespeicherten Windungszahlen r. aus dem Konstantenspeicher (46) entspricht.
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis.19, gekennzeichnet durch eine Multipliziereinrichtung (22), die den Vielfachen einer Windungszahl entsprechende Signale einer Sortiereinrichtung (24) zuführt, welche die empfangenen Signale mit vorgegebenen Schrankensignalen vergleicht und an Speicherbereiche (30,...,38) weiterleitet, die den Schrankensignalen zugeordnet sind, sowie durch eine an die Speicherbereiche angeschlossene, den Konstantenspeicher (46) umfassende Auswerteeinrichtung (40, 42).
21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung eine Anzeigeeinrichtung (40) aufweist, die die Zahl der Belegungen der einzelnen Speicherbereiche (30,...38) anzeigt.
22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 oder 21, gekennzeichnet durch eine weitere Vergleichseinrichtung (42), welche den Unterschied in der Zahl der Belegungen der Speicherbereiche mit einem vorgegebenen weiteren Schrankensignal vergleicht und bei Unterschreiten der dem weiteren Schrankensignal entsprechenden Schranke die Dezimale der in die Multipliziereinrichtung eingegebenen Windungszahl in den Konstantenspeicher (46) abspeichert.
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