EP0768271B1 - Spulmaschine für einen kontinuierlich auflaufenden Faden - Google Patents

Spulmaschine für einen kontinuierlich auflaufenden Faden Download PDF

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EP0768271B1
EP0768271B1 EP96116021A EP96116021A EP0768271B1 EP 0768271 B1 EP0768271 B1 EP 0768271B1 EP 96116021 A EP96116021 A EP 96116021A EP 96116021 A EP96116021 A EP 96116021A EP 0768271 B1 EP0768271 B1 EP 0768271B1
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EP
European Patent Office
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winding
drum
contact roller
speed
bobbin
Prior art date
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EP96116021A
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English (en)
French (fr)
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EP0768271A3 (de
EP0768271A2 (de
Inventor
Jürgen Rom
Jörg Bamberg
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Georg Sahm GmbH and Co KG
Original Assignee
Georg Sahm GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP0768271A2 publication Critical patent/EP0768271A2/de
Publication of EP0768271A3 publication Critical patent/EP0768271A3/de
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Publication of EP0768271B1 publication Critical patent/EP0768271B1/de
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    • B65H54/02—Winding and traversing material on to reels, bobbins, tubes, or like package cores or formers
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    • B65H2701/30—Handled filamentary material
    • B65H2701/31—Textiles threads or artificial strands of filaments

Definitions

  • the invention relates to a winding machine and a method for Winding a continuously running thread on a Coil with the specified in the preambles of claims 1 and 7 Characteristics.
  • a winding machine of this type is known from EP-A-0 374 536.
  • the contact roller used is on a rocker can be swiveled or moved in a straight line stored.
  • a sensor is provided that detects the movement of the Contact roller relative to the surface of the in Operation located coil spindle detecting coil.
  • the Sensor belongs to a control device and works as Two-point control element. If the contact roller from which at Winding process increasing the diameter of the bobbin when stationary Axis of the drum over the dimension set on the sensor is then moved, a control pulse is applied to the rotary drive of the Given drum and the drum rotated so that the Contact roller again moved in the other direction and the falls below the set trigger point on the control element. This stops the drum drive.
  • the older PCT application according to WO-A-96/01222 looks just like that generic document a control device for the Rotary drive of the drum or the winding turret, the discontinuous is gradually rotated.
  • the the coil load-bearing winding spindle should have a determined on its turning circle Assume angular position. This means that an angular position was determined, which is then taken up by the winding spindle, so that the winding spindle at least briefly determined one Maintains position and the drum gradually, so not continuously rotated by fixed angular amounts.
  • the invention has for its object a further winding machine to provide the type described above, the is inexpensive to manufacture and easy to maintain, and moreover has a small size. Furthermore, a winding process should be specified at which the laying accuracy the thread on the bobbin is improved and the contact pressure between the contact roller and the spool a more uniform Has history.
  • this is the case at the beginning of a winding machine described type achieved in that for the continuous Rotation of the drum during the winding trip a control device it is provided that the winding machine a device for Determine the speed of the thread and set up to determine the speed of the winding spindle in operation and that the control device has a computing unit to calculate the respective current diameter of the formed on the bobbin in operation and the current angular velocity between the Beginning and end of each computing cycle as control variables for a continuous rotation of the drum over the whole Has winding trip.
  • the invention is based on the idea that instead of the known control device to provide a control device to thus the rotation of the drum in a quasi-constant sequence of movements to regulate.
  • This can be designed so that, for. B. a computing cycle runs every 10 ms, which is followed by a Control cycle follows. Between the beginning and the end of a each calculation cycle becomes a controlled variable for the rotation of the Drum formed, which replaces the previous control variable and in turn in the subsequent computing cycle from a newly formed one Controlled variable is replaced.
  • the winding machine for the regulation no requires additional elements, such as sensors or the like, but already existing elements that are used to control the Thread tension on the winding machine are used.
  • So is a device for determining the speed of the Fadens and on a device for determining the speed of the in use.
  • About the Computing unit which can be part of the control device, is calculated from the thread speed and the speed of the in Operating winding spindle the current diameter the coil formed and the respective current angular velocity between the beginning and the end of each computing cycle. With this current Angular velocity the drum is rotated further. Doing so from the calculation of the respective current diameter respective setpoint of the angle of rotation for the drum is determined. From the measured period of time between the beginning and the The end of each computing cycle and the respective one The current angular velocity becomes the setpoint of the angle of rotation calculated with which the drum is rotated further.
  • the contact roller can be designed and arranged completely freely. For example it is possible to apply such contact pressure via the contact roller to exercise the scope of the coil forming, which according to the Scheme is designed independent criteria, and for example has a steady course. Here's an example also a steady decrease in the contact pressure without fluctuations possible, which has a favorable effect on the coil structure.
  • a microprocessor can be provided as the computing unit. On such a microprocessor is a suitable unit for Realization of the computing unit. In it can be the most varied desired operations and steps summarized be how u. a. also for thread tension control required are.
  • the device for determining the speed of the thread can be a device for detecting the speed of the contact roller exhibit. Because the diameter of the contact roller and the Run-up angle, in which the thread on the circumference of the contact roller is slanted, are known, can be derived from easily calculate the speed of the thread. It can also any other device for determining the Speed of the thread can be used, for example a separate facility upstream of the laying facility or is arranged elsewhere.
  • the device for the determination the speed of the thread and the device for Determination of the rotational speed of the winding spindle in operation also designed as a control device for the rotation of the drum are. This makes existing elements anyway Use.
  • the contact roller can be relative to the axis of the drum and thus to be avoidably mounted to the respective winding spindle, wherein a device for controlling a constant or controlled variable contact force of the contact roller on the in operation located winding spindle is provided.
  • the evasive Storage of the contact roller is also useful to the drum to be able to turn with the two winding spindles. Since the However, the contact roller does not necessarily have to move nevertheless a movement of the contact roller can be provided, whereby but this then serves another purpose, namely the Application of a contact pressure or a contact pressure curve about the winding trip.
  • the computing unit can have a memory for holding a Table of values for the setpoint of the rotation angle of the drum in Depending on the diameter of the coil. It understands that such a table of values, depending on the application, can be entered. But it is also possible to use the computing unit to be designed so that the setpoint of the angle of rotation in Depending on the diameter of the coil is calculated. Here the computing cycle will then take a little longer. In Considering the mechanical parts of the winding machine however, this has no adverse consequences.
  • the process of winding a continuously tapered Thread on a bobbin of a bobbin winder identifies itself according to the invention in that the drum continuously with itself angular velocities changing from computing cycle to computing cycle is rotated.
  • the invention proceeds from the concept off, the alternating turning and stopping of the Leaving drum as is known in the art and in an uninterrupted continuous turning process of the Change drum.
  • changing angular velocities come successively for use, d. H. from an angular velocity out the rotary drive of the drum in one other angular speed switched so that definitely the drum makes a continuous movement, the Course of changing angular velocities a hyperbolic Has character.
  • Computation cycles which are in use can advantageously be used over the winding travel constant time intervals, for example especially in 10 msec.
  • the repetition of the Computation cycles in such short time intervals is quite possible. But it is not harmful if the number of Calculation cycles reduced and the time intervals increased be because the drive of the drum anyway a lot contains mechanical elements that prove to be comparative prove sluggish. It is also possible to have different numbers of computing cycles on the one hand and control cycles on the other, To form averages or the like. In general however, this is not necessary.
  • a method is possible in which a change in the current Angular speed of rotation of the drum for everyone Control cycle depending on a constant increase in Diameter of the coil.
  • the diameter is per unit of time the spool at the end of the spool trip comparatively less grow faster than at the beginning of a winding trip. Be reversed the angular velocities at the beginning of a winding trip change much more than at the end of a winding trip.
  • the target value of the angular velocity remains over the winding travel especially in the middle of the winding trip over a larger one Area constant.
  • a thread 1 is shown in the direction of a Arrow 2 from a spinning shaft continuously a winding machine 3 approaches.
  • the thread runs over a laying device 4 on the circumference of a contact roller 5.
  • a drum 6 In the area below or to the side of the contact roller 5 is a drum 6 about its axis 7 rotatably or pivotally mounted according to arrow 8.
  • two winding spindles 9 and 10 are rotatably mounted.
  • axes 11 and 12 are located the winding spindles 9 and 10 below the axis 13 of the contact roller 5 aligned vertically.
  • This winding spindle 9 is in the working position shown, i.e. at the beginning of a winding process or a winding trip.
  • the winding spindle 10 with one on it wound coil 15 is in the reserve position, in which the bobbin change is carried out.
  • the winding machine 3 is formed is that two threads 1 are simultaneously wound on two spools 15 become.
  • the winding machine 3 has a motor 16 for the drive of the winding spindle 9 in the working position and in the Reserve position.
  • a motor 17 is for driving the winding spindle 10 in the reserve position and the working position intended.
  • a motor 18 ultimately serves to drive you Drum 6.
  • a gear 19 is used to transmit the rotary drive of the two motors 16 and 17 on the winding spindles 9 and 10 despite their pivotability over the drum 6.
  • the winding machine 3 has a schematically illustrated control device 20 on.
  • a computing unit 21, for example in the form of a Microprocessor, can be part of the control device 20.
  • FIG 3 illustrates once again the relative positions during a Winding trip.
  • the winding spindle 9 is below the contact roller 5 with its axis 11 and the empty sleeve 14 at the beginning of the winding process shown.
  • the scope of the contact roller 5 is on Circumference of the sleeve 14.
  • the drum 6 is rotated according to arrow 8, so that the winding spindle 9, on which the coil 15 forms, in Turning to the right evades.
  • the pivoting or rotation of the Drum 6 takes place over an angle of rotation 22. It understands themselves that the winding spindle 10 is in the same direction of rotation the drum 6 rotates.
  • the angle of rotation 22 increases with increasing diameter of the coil 15.
  • the angle of rotation 22 is the Angle between the axis 11 of the operating Winding spindle 9 at the beginning of the winding process and almost at the end a winding trip over the stationary axis 7 of the drum 6 is spanned. It can be seen that for a certain Diameter 23 of the winding spindle 15 a certain angle of rotation 22nd heard. It can also be seen from FIG. 3 that the contact roller 5 with its circumference always at the circumference of the coil 15 that is being formed is applied, but the contact point changes. This Change depends on the geometric conditions the arrangement of the parts to each other.
  • the contact point can initially move so that the Wrap angle with which the thread 1 the circumference of the contact roller 5 wraps around, initially reduced, but towards the end of one Spool trip slightly enlarged again.
  • the contact roller 5 can over a storage not shown here relative to the axis 7 of the Drum 6 can be stored evasively. It is also possible to get one Device to control a constant or controlled variable contact force of the contact roller to the extent of Provide coil 15 which are in operation Forms spindle.
  • FIG 4 are essential elements of the control device schematically 20 and the computing unit 21.
  • a sensor 24 is used to record the speed of the contact roller 5.
  • a sensor 25 is used to record the speed of the winding spindle 9
  • Sensor 26 detects the speed of the winding spindle 10.
  • the motor 16 A frequency converter 27 is used to drive the winding spindle 9 assigned. Accordingly, in the drive of the winding spindle 10 Frequency converter 28 provided.
  • An OR element 29 serves the Change of working position or reserve position between the two winding spindles 9 and 10.
  • An index "is” denotes a variable in its size current value.
  • An index "should” identifies one calculated setpoint. With DELTA is a difference value designated.
  • a value table 33 is stored in the memory 32 of the computing unit 21.
  • the growing diameters 23 of the coil 15 (for example in coil growth rates of 2 mm each) are assigned certain angles of rotation 22 (phi soll ).
  • the time 36 is measured, which takes a coil diameter increase of z. B. 2 mm leads.
  • the current diameter 23 (D) of the coil 15 is calculated from the speed n K of the contact roller and the speed n s of the coil 15 or the winding spindle 9, which is currently in the working position.
  • the drum 6 is rotated further until the next DELTA D spool increase is reached.
  • the angle of rotation phi ist achieved in this case supplied by the resolver 38 of the motor 18 of the drum, is fed back as the actual value to the I controller 34 of the computing unit 21 and compared with the setpoint phi soll from the stored value table 33.
  • the angular velocity omega of the I controller 34 is corrected to the control device 20 by iterative approximation, so that the deviation between phi and phi is intended in the course of the winding cycle is always smaller.
  • control device 20 without deposit operate a table of values:
  • the current diameter 23 of the coil 15 (D) is, as above, calculated from the speed n K of the contact roller 5 and the speed n s of the winding spindle 9 or 10 with the coil 15.
  • omega f (phi should , T)
  • the drum 6 stands still until the start of the second computing cycle. With the calculated angular velocity omega (> 0) the drum 6 is rotated further until the next computing cycle gives a new value of the angular velocity omega.
  • the actual value of the rotation angle phi is supplied by the resolver 38 of the motor 18 of the drum 6, are compared.
  • the angular velocity omega of the I controller 34 is corrected to the control device 20 by iterative approximation, so that the deviation between phi and phi is intended in the course of the winding cycle is always smaller.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Spulmaschine und eine Verfahren zum Aufwickel eines kontinuierlich zulaufenden Fadens auf einer Spule, mit den in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 7 angegebenen Merkmalen.
Eine Spulmaschine dieser Art ist aus der EP-A-0 374 536 bekannt. Die dabei eingesetzte Kontaktwalze ist auf einer Schwinge schwenkbar oder in einer Geradführung geradlinig verschiebbar gelagert. Es ist ein Sensor vorgesehen, der die Bewegung der Kontaktwalze relativ zu der Oberfläche der sich auf der in Betrieb befindlichen Spulspindel bildenden Spule erfaßt. Der Sensor gehört zu einer Steuereinrichtung und arbeitet als Zweipunkt-Steuerglied. Wird die Kontaktwalze von dem sich beim Spulvorgang vergrößernden Durchmesser der Spule bei stillstehender Achse der Trommel über das am Sensor eingestellte Maß bewegt, dann wird ein Steuerimpuls auf den Drehantrieb der Trommel gegeben und die Trommel gedreht, so daß sich die Kontaktwalze wieder in die andere Richtung bewegt und dabei den eingestellten Auslösepunkt an dem Steuerglied wieder unterschreitet. Dadurch wird der Antrieb der Trommel wieder stillgesetzt. Die Trommel wird also in kleinen Schritten mit jeweils konstanter Winkelgeschwindigkeit angetrieben. Obwohl die bewegte Kontaktwalze nur einen relativ geringen Weg zurücklegt, beispielsweise 2 mm, ist diese Bewegung dennoch notwendige Voraussetzung für die Steuerung des Drehantriebes der Trommel. Durch die Bewegung der Kontaktwalze und die dadurch ausgelöste Steuerung der Trommel entstehen zwischen der Kontaktwalze und dem Umfang der Spule nicht nur unterschiedliche Anpreßkräfte, sondern diese Anpreßkräfte zeigen auch einen unstetigen Verlauf. Durch die Verschiebung der Berührungslinie zwischen Kontaktwalze und dem Umfang der sich bildenden Spule wird die Verlegegenauigkeit nachteilig beeinflußt. Weiterhin ist nachteilig, daß die Schalthäufigkeit dieser Steuereinrichtung mit dem Sensor über der Spulreise abnimmt. Der Schaltweg des Sensors bleibt dagegen konstant. Durch das Auswandern der Spule bei sich drehender Trommel und durch den zunehmend langsamer wachsenden Spulendurchmesser nimmt die Anzahl der Nachsteuerschritte pro Zeiteinheit ab, d. h. der Wechsel in der Anpreßkraft über die Kontaktwalze verlangsamt sich. Weiterhin ist nachteilig, daß zur Steuerung eine separate aufwendige Steuereinrichtung erforderlich ist.
Die ältere PCT-Anmeldung gemäß WO-A-96/01222 sieht ebenso wie die gattungsbildende Druckschrift eine Steuereinrichtung für den Drehantrieb der Trommel bzw. des Spulrevolvers vor, der diskontinuierlich schrittweise weitergedreht wird. Die die Spule tragende Spulspindel soll auf ihrem Drehkreis eine ermittelte Winkelposition einnehmen. Dies bedeutet, daß eine Winkelposition ermittelt wurde, die dann von der Spulspindel eingenommen wird, so daß die Spulspindel zumindest kurzzeitig eine fest ermittelte Position beibehält und die Trommel schrittweise, also nicht kontinuierlich, um feste Winkelbeträge gedreht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Spulmaschine der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, die preiswert herstellbar und wartungsfreundlich ist und darüberhinaus eine kleine Baugröße besitzt. Desweiteren soll ein Aufwickelverfahren angegeben werden, bei dem die Verlegegenauigkeit des Fadens auf der Spule verbessert ist und bei dem der Anpreßdruck zwischen der Kontaktwalze und der Spule einen gleichmäßigeren Verlauf aufweist.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Spulmaschine der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß für die kontinuierliche Drehung der Trommel während der Spulreise eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, daß die Spulmaschine eine Einrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fadens und eine Einrichtung zur Ermittlung der Drehzahl der in Betrieb befindlichen Spulspindel aufweist, und daß die Regeleinrichtung eine Recheneinheit zur Berechnung des jeweiligen aktuellen Durchmessers der sich auf der in Betrieb befindlichen Spulspindel bildenden Spule und der jeweiligen aktuellen Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Anfang und dem Ende eines jeden Rechenzyklusses als Regelgrößen für eine kontinuierliche Drehung der Trommel über die gesamte Spulreise aufweist.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, zunächst anstelle der bekannten Steuereinrichtung eine Regeleinrichtung vorzusehen, um damit die Drehung der Trommel in einem quasikonstanten Bewegungsablauf zu regeln. Dies kann so gestaltet werden, daß z. B. alle 10 ms ein Rechenzyklus abläuft, an den sich jeweils ein Regelzyklus anschließt. Zwischen dem Anfang und dem Ende eines jeden Rechenzyklusses wird eine Regelgröße für die Drehung der Trommel gebildet, die die vorherige Regelgröße ablöst und ihrerseits im nachfolgenden Rechenzyklus von einer wieder neu gebildeten Regelgröße abgelöst wird. Es entsteht damit gleichsam eine quasistetige Bewegung der Trommel während der Spulreise. Vorteilhaft ist, daß die Spulmaschine für die Regelung keine zusätzlichen Elemente, wie Sensoren o. dgl., erforderlich macht, sondern ohnehin vorhandene Elemente, die für die Steuerung der Fadenspannung an der Spulmaschine vorgesehen sind, nutzt. So wird auf eine Einrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fadens und auf eine Einrichtung zur Ermittlung der Drehzahl der in Betrieb befindlichen Spulspindel zurückgegriffen. Über die Recheneinheit, die Bestandteil der Regeleinrichtung sein kann, wird aus der Fadengeschwindigkeit und der Drehzahl der in Betrieb befindlichen Spulspindel jeweils der aktuelle Durchmesser der sich bildenden Spule berechnet und die jeweilige aktuelle Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Anfang und dem Ende eines jeden Rechenzyklusses ermittelt. Mit dieser aktuellen Winkelgeschwindigkeit wird die Trommel weitergedreht. Dabei wird aus der Berechnung des jeweiligen aktuellen Durchmessers ein jeweiliger Sollwert des Drehwinkel für die Trommel ermittelt. Aus der gemessenen Zeitspanne, die zwischen dem Anfang und dem Ende eines jeden Rechenzyklusses vergangen ist, und dem jeweiligen Sollwert des Drehwinkels wird die aktuelle Winkelgeschwindigkeit berechnet, mit der die Trommel weitergedreht wird. Bei dem Sollwert des Drehwinkels handelt es sich um den Winkel zwischen der Achse der Spulspindel am Anfang und am Ende eines jeweiligen Rechenzyklusses über der Achse der Trommel. Vorteilhaft ist dabei, daß keine zusätzlichen Sensoren erforderlich sind, sondern für die Fadenspannungsregelung vorhandene Sensoren genutzt werden. Die Regeleinrichtung ist nicht mehr von einer Bewegung der Kontaktwalze abhängig, d. h. die Kontaktwalze kann völlig frei gestaltet und angeordnet werden. Beispielsweise ist es möglich, über die Kontaktwalze eine solche Anpreßkraft auf den Umfang der sich bildenden Spule auszuüben, die nach von der Regelung unabhängigen Kriterien gestaltet ist, und beispielsweise einen stetigen Verlauf aufweist. Hier ist beispielsweise auch eine stetige Abnahme der Anpreßkraft ohne Schwankungen möglich, was sich günstig auf den Spulenaufbau auswirkt.
Als Recheneinheit kann ein Mikroprozessor vorgesehen sein. Ein solcher Mikroprozessor stellt eine geeignete Baueinheit für die Realisierung der Recheneinheit dar. In ihm können die verschiedensten gewünschten Rechenoperationen und -schritte zusammengefaßt sein, wie sie u. a. auch für die Fadenspannungsregelung erforderlich sind.
Die Einrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fadens kann eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl der Kontaktwalze aufweisen. Da der Durchmesser der Kontaktwalze und der Auflaufwinkel, in welchem der Faden auf den Umfang der Kontaktwalze schräg aufgelegt wird, bekannt sind, läßt sich daraus in einfacher Weise die Geschwindigkeit des Fadens berechnen. Es kann aber auch jede andere Einrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fadens eingesetzt werden, beispielsweise eine separate Einrichtung, die stromauf der Verlegeeinrichtung oder auch an anderer Stelle angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Einrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fadens und die Einrichtung zur Ermittlung der Drehzehl der in Betrieb befindlichen Spulspindel auch als Regeleinrichtung für die Drehung der Trommel ausgebildet sind. Damit werden ohnehin vorhandene Elemente zur Nutzung herangezogen.
Die Kontaktwalze kann relativ zu der Achse der Trommel und damit zu der jeweiligen Spulspindel ausweichbar gelagert sein, wobei eine Einrichtung zur Steuerung einer konstanten oder gesteuert veränderlichen Anpreßkraft der Kontaktwalze auf die in Betrieb befindliche Spulspindel vorgesehen ist. Die ausweichbare Lagerung der Kontaktwalze ist aber auch sinnvoll, um die Trommel mit den beiden Spulspindeln durchdrehen zu können. Da sich die Kontaktwalze jedoch nicht notwendigerweise bewegen muß, kann dennoch eine Bewegung der Kontaktwalze vorgesehen sein, wobei diese aber dann aber einem anderen Zweck dient, nämlich der Aufbringung einer Anpreßkraft bzw. eines Anpreßkraftverlaufes über die Spulreise.
Die Recheneinheit kann einen Speicher zur Aufnahme einer Wertetabelle für den Sollwert des Drehwinkels der Trommel in Abhängigkeit vom Durchmesser der Spule aufweisen. Es versteht sich, daß eine solche Wertetabelle, je nach Anwendungsfall, eingegeben werden kann. Es ist aber auch möglich, die Recheneinheit so auszubilden, daß der Sollwert des Drehwinkels in Abhängigkeit vom Durchmesser der Spule errechnet wird. Dabei wird dann zwar der Rechenzyklus etwas länger dauern. In Anbetracht der mechanisch zu bewegenden Teile der Spulmaschine ist dies jedoch ohne nachteilige Folgen.
Das Verfahren zum Aufwickeln eines kontinuierlich zulaufenden Fadens auf eine Spule einer Spulmaschine kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß die Trommel kontinuierlich mit sich von Rechenzyklus zu Rechenzyklus ändernden Winkelgeschwindigkeiten gedreht wird.
In verfahrensmäßiger Hinsicht geht die Erfindung von der Vorstellung aus, das abwechselnde Drehen und Stillsetzen der Trommel, wie es im Stand der Technik bekannt ist, zu verlassen und in einen ununterbrochenen kontinuierlichen Drehvorgang der Trommel zu verändern. Dabei kommen sich ändernde Winkelgeschwindigkeiten nacheinander zur Anwendung, d. h. aus einer Winkelgeschwindigkeit heraus wird der Drehantrieb der Trommel in eine andere Winkelgeschwindigkeit umgeschaltet, so daß auf jeden Fall die Trommel eine kontinuierliche Bewegung ausführt, wobei der Verlauf der sich ändernden Winkelgeschwindigkeiten einen hyperbolischen Charakter hat. Im allgemeinen nehmen die benutzten aktuellen Winkelgeschwindigkeiten im Laufe einer Spulreise ab.
Je nach den geometrischen Verhältnissen in der Anordnung der Elemente der Spulmaschine können sich am Ende einer Spulreise jedoch auch wieder geringfügig zunehmende Winkelgeschwindigkeiten ergeben. In diesem Bereich ist jedoch die Änderung der Winkelgeschwindigkeit von Regelzyklus zu Regelzyklus nicht sonderlich groß.
Es können vorteilhaft Rechenzyklen Verwendung finden, die in über die Spulreise konstanten Zeitabständen, beispielsweise insbesondere in 10 msec, wiederholt werden. Die Wiederholung der Rechenzyklen in solch kurzen zeitlichen Abständen ist durchaus möglich. Es ist aber nicht schädlich, wenn die Anzahl der Rechenzyklen verkleinert und die zeitlichen Abstände vergrößert werden, da der Antrieb der Trommel ohnehin eine Vielzahl mechanischer Elemente enthält, die sich als vergleichsweise träge erweisen. Es ist auch möglich, unterschiedliche Anzahlen von Rechenzyklen einerseits und Regelzyklen andererseits anzuwenden, Mittelwerte zu bilden oder dergleichen. Im allgemeinen ist dies jedoch nicht erforderlich.
Es ist ein Verfahren möglich, bei dem eine Änderung der aktuellen Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Trommel für jeden Regelzyklus in Abhängigkeit eines konstanten Zuwachses des Durchmessers der Spule erfolgt. Pro Zeiteinheit wird der Durchmesser der Spule am Ende der Spulreise vergleichsweise weniger schnell wachsen als zu Beginn einer Spulreise. Umgekehrt werden sich die Winkelgeschwindigkeiten zu Beginn einer Spulreise wesentlich stärker ändern als zum Ende einer Spulreise. Der Sollwert der Winkelgeschwindigkeit über die Spulreise verbleibt insbesondere im Mittelbereich der Spulreise über einen größeren Bereich konstant.
Die jeweilige aktuelle Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Trommel wird aus dem jeweils vorangegangenen Regelzyklus errechnet. Dies stellt zwar einen kleinen Fehler dar. Dieser kann jedoch ohne weiteres in Kauf genommen werden, weil die erforderliche Genauigkeit durch die Vielzahl der Rechenzyklen und Regelzyklen erreicht wird.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen weiter beschrieben und verdeutlicht. Es zeigen:
Figur 1
den Aufbau einer Spulmaschine in Frontansicht,
Figur 2
eine schematisierte Seitenansicht der Spulmaschine,
Figur 3
eine Darstellung der relativen Anordnung zwischen Kontaktwalze und den Spulspindeln auf der Trommel,
Figur 4
eine bevorzugte Ausführungsform der Regeleinrichtung in Form eines Schaltbildes und
Figur 5
ein Diagramm des Sollwertes des Drehwinkels und des Verlaufes der Winkelgeschwindigkeit über den wachsenden Durchmesser der Spule bzw. der Zeit.
In Figur 1 ist ein Faden 1 dargestellt, der in Richtung eines Pfeiles 2 von einem Spinnschacht kontinuierlich einer Spulmaschine 3 zuläuft. Der Faden läuft über eine Verlegeeinrichtung 4 auf den Umfang einer Kontaktwalze 5. Im Bereich unterhalb oder seitlich von der Kontaktwalze 5 ist eine Trommel 6 um ihre Achse 7 drehbar bzw. schwenkbar gemäß Pfeil 8 gelagert. Auf der Trommel 6 sind zwei Spulspindeln 9 und 10 drehbar gelagert. In dem dargestellten Beispiel befinden sich die Achsen 11 und 12 der Spulspindeln 9 und 10 unterhalb der Achse 13 der Kontaktwalze 5 vertikal ausgerichtet. Auf der Spulspindel 9 befindet sich eine leere Hülse 14. Diese Spulspindel 9 ist in Arbeitsstellung gezeigt, also zu Beginn eines Aufwickelvorganges bzw. einer Spulreise. Die Spulspindel 10 mit einer darauf befindlichen aufgewickelten Spule 15 befindet sich in der Reservestellung, in der der Spulenwechsel durchgeführt wird.
Aus Figur 2 ist erkennbar, daß die Spulmaschine 3 so ausgebildet ist, daß gleichzeitig zwei Fäden 1 auf zwei Spulen 15 aufgewickelt werden. Die Spulmaschine 3 besitzt einen Motor 16 für den Antrieb der Spulspindel 9 in der Arbeitsstellung und in der Reservestellung. Ein Motor 17 ist für den Antrieb der Spulspindel 10 in der Reservestellung und der Arbeitsstellung vorgesehen. Ein Motor 18 dient schließlich dein Antrieb der Trommel 6. Ein Getriebe 19 dient der Übertragung des Drehantriebes der beiden Motore 16 und 17 auf die Spulspindeln 9 und 10 trotz deren Verschwenkbarkeit über die Trommel 6. Die Spulmaschine 3 weist eine schematisch dargestellte Regeleinrichtung 20 auf. Eine Recheneinheit 21, beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, kann Bestandteil der Regeleinrichtung 20 sein.
Figur 3 verdeutlicht noch einmal die Relativlagen während einer Spulreise. Unterhalb der Kontaktwalze 5 ist die Spulspindel 9 mit ihrer Achse 11 und der leeren Hülse 14 zu Beginn des Wickelvorganges dargestellt. Der Umfang der Kontaktwalze 5 liegt am Umfang der Hülse 14 an. Während der Spulreise bzw. während des Aufspulvorganges wird die Trommel 6 gemäß Pfeil 8 gedreht, so daß die Spulspindel 9, auf der sich die Spule 15 bildet, im Rechtsdrehsinn ausweicht. Die Verschwenkung bzw. Drehung der Trommel 6 erfolgt dabei über einen Drehwinkel 22. Es versteht sich, daß sich dabei im gleichen Drehsinn die Spulspindel 10 mit der Trommel 6 dreht. Der Drehwinkel 22 vergrößert sich mit anwachsendem Durchmesser der Spule 15. Der Drehwinkel 22 ist der Winkel, der zwischen der Achse 11 der in Betrieb befindlichen Spulspindel 9 zu Beginn des Aufwickelvorgangs und nahezu am Ende einer Spulreise über der ortsfesten Achse 7 der Trommel 6 aufgespannt wird. Damit ist erkennbar, daß zu einem bestimmten Durchmesser 23 der Spulspindel 15 ein bestimmter Drehwinkel 22 gehört. Aus Figur 3 ist auch erkennbar, daß die Kontaktwalze 5 mit ihrem Umfang immer am Umfang der sich bildenden Spule 15 anliegt, wobei sich jedoch der Kontaktpunkt verändert. Diese Veränderung richtet sich nach den geometrischen Verhältnissen der Anordnung der Teile zueinander. Im Verlauf einer Spulreise kann der Kontaktpunkt zunächst so wandern, daß sich der Umschlingungswinkel, mit dem der Faden 1 den Umfang der Kontaktwalze 5 umschlingt, zunächst verringert, jedoch gegen Ende einer Spulreise wieder etwas vergrößert. Die Kontaktwalze 5 kann über eine hier nicht dargestellte Lagerung relativ zur Achse 7 der Trommel 6 ausweichbar gelagert sein. Es ist auch möglich, eine Einrichtung zur Steuerung einer konstanten oder gesteuert veränderlichen Anpreßkraft der Kontaktwalze auf den Umfang der Spule 15 vorzusehen, die sich auf deren Betrieb befindlichen Spulspindel bildet.
In Figur 4 sind schematisch wesentliche Elemente der Regeleinrichtung 20 und der Recheneinheit 21 dargestellt. Ein Sensor 24 dient der Erfassung der Drehzahl der Kontaktwalze 5. Ein Sensor 25 dient der Erfassung der Drehzahl der Spulspindel 9. Ein Sensor 26 erfaßt die Drehzahl der Spulspindel 10. Dem Motor 16 für den Antrieb der Spulspindel 9 ist ein Frequenzumrichter 27 zugeordnet. Entsprechend ist.im Antrieb der Spulspindel 10 ein Frequenzumrichter 28 vorgesehen. Ein Oderglied 29 dient dem Wechsel der Arbeitsstellung bzw. Reservestellung zwischen den beiden Spulspindeln 9 und 10.
Die Recheneinheit 21 weist einen PID-Regler 30, ein Rechenglied 31, einen Speicher 32, in den eine Wertetabelle 33 eingebbar ist, einen I-Regler 34 und einen weiteren PID-Regler 35 auf. Zu der Recheneinheit gehört auch ein Timer 36, der zur Erfassung der Zeit dient. Dem Motor 18 für den Antrieb der Trommel 6 ist ein Servoregler 37 vorgeschaltet. Im Motor 18 ist ein Resolver 38 angeordnet. Die einzelnen Elemente der Regeleinrichtung 20 sind so miteinander verbunden, wie dies durch die Linienführungen angedeutet ist. Dabei sind folgende Hinweiszeichen benutzt:
D =
Durchmesser 23 der Spule 15 (veränderlich)
ns =
Drehzahl der Spulspindel 9 oder 10 (veränderlich)
nK =
Drehzahl der Kontaktwalze 5 (konstant)
phi =
Drehwinkel 22 der Trommel 6 (veränderlich)
f =
Frequenz
T =
Zeit
omega =
Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Trommel 6 (veränderlich)
Ein Index "ist" kennzeichnet eine veränderliche Größe in ihrem jeweils aktuellen Wert. Ein Index "soll" kennzeichnet einen berechneten Sollwert. Mit DELTA ist ein Differenzwert bezeichnet.
In Figur 5 ist der Verlauf des Drehwinkels phi der Trommel 6 als Funktion des Durchmesserzuwachses der Spule 15 über den Durchmesser D oder auch der Zeit dargestellt. Weiterhin ist der Verlauf der Winkelgeschwindigkeit über der Zeit dargestellt. Diese Kurve verläuft mit hyperbolischem Charakter.
In der Folge werden zwei mögliche Betriebsweisen der Regeleinrichtung 20 der Spulmaschine 3 verdeutlicht:
Bei einer ersten Betriebsweise ist eine Wertetabelle 33 im Speicher 32 der Recheneinheit 21 hinterlegt. In dieser Wertetabelle 33 sind den wachsenden Durchmessern 23 der Spule 15 (z. B. in Spulenzuwachsraten von je 2 mm) bestimmte Drehwinkel 22 (phisoll) zugeordnet. Bei Beginn der Spulreise wird mit dem Timer 36 die Zeit gemessen, die zu einem Spulendurchmesserzuwachs von z. B. 2 mm führt. Der jeweils aktuelle Durchmesser 23 (D) der Spule 15 wird aus der Drehzahl nK der Kontaktwalze und der Drehzahl ns der Spule 15 bzw. der Spulspindel 9, die sich gerade in Arbeitsstellung befindet, berechnet. Die Umfangsgeschwindigkeit der Kontaktwalze 5 ist eine Funktion der Geschwindigkeit des Fadens 1, die als konstant angenommen wird. Damit ergibt sich das Anwachsen des aktuellen Durchmessers D der Spule 15 D = f (ns, nK)
Ist dieser festgelegte Spulenzuwachs DELTA D (z. B. 2 mm) erreicht, wird aus der Wertetabelle 33 der dazugehörige Sollwert des Drehwinkels 22 (phisoll) entnommen. Aus der gemessenen Zeit T und dem Sollwert des Drehwinkels wird die Winkelgeschwindigkeit omega berechnet. omega = f (phisoll, T)
Mit dieser Winkelgeschwindigkeit omega wird die Trommel 6 weitergedreht, bis der nächste Spulenzuwachs DELTA D erreicht ist. Der dabei erreichte Drehwinkel phiist, geliefert vom Resolver 38 des Motors 18 der Trommel wird als Ist-Wert an den I-Regler 34 der Recheneinheit 21 zurückgeführt und mit dem Sollwert phisoll aus der hinterlegten Wertetabelle 33 verglichen. Bei Abweichung wird die Winkelgeschwindigkeit omega vom I-Regler 34 der Regeleinrichtung 20 durch iterative Annäherung korrigiert, so daß die Abweichung zwischen phisoll und phiist im Verlauf der Spulreise immer kleiner wird.
Es ist aber auch möglich, die Regeleinrichtung 20 ohne Hinterlegung einer Wertetabelle zu betreiben:
Der jeweils aktuelle Durchmesser 23 der Spule 15 (D) wird, wie oben, auch hier aus der Drehzahl nK der Kontaktwalze 5 und der Drehzahl ns der Spulspindel 9 oder 10 mit der Spule 15 berechnet. Die Umfangsgeschwindigkeit der Kontaktwalze 5 ist eine Funktion der Geschwindigkeit des Fadens 1, mit der dieser zugeführt bzw. aufgespult wird. D = f (ns, nK)
Hieraus und aus einer Konstanten, gebildet aus den geometrischen Daten der Spulmaschine 3, wird der dazugehörige Sollwert des Drehwinkel phisoll errechnet. phisoll = f (D, Konstante)
Unter Einbeziehen der gemessenen Zeit T zwischen dem Start zweier Rechenzyklen und dem errechneten Wert des Drehwinkels phisoll wird die Winkelgeschwindigkeit omega berechnet. omega = f (phisoll, T)
Beim Start der Spulreise (beim ersten Rechenzyklus) ist die Zeit T = 0, und somit ist auch die Winkelgeschwindigkeit omega gleich 0. Die Trommel 6 steht still bis zum Beginn des zweiten Rechenzykluses. Mit der errechneten Winkelgeschwindigkeit omega (> 0) wird die Trommel 6 weitergedreht bis der nächste Rechenzyklus einen neuen Wert der Winkelgeschwindigkeit omega ergibt.
Der Soll-Wert des Drehwinkels phisoll wird mit dem Ist-Wert des Drehwinkels phiist, geliefert vom Resolver 38 des Motors 18 der Trommel 6, verglichen. Bei Abweichungen wird die Winkelgeschwindigkeit omega von dem I-Regler 34 der Regeleinrichtung 20 durch iterative Annäherung korrigiert, so daß die Abweichung zwischen phisoll und phiist im Verlauf der Spulreise immer kleiner wird.
Es ist erkennbar, daß die Trommel 6 während der Spulreise kontinuierlich angetrieben wird. Es gibt keine Stillstandszeiten. Lediglich die Winkelgeschwindigkeit omega wird in Schritten geändert und angepaßt.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 -
Faden
2 -
Pfeil
3 -
Spulmaschine
4 -
Verlegeeinrichtung
5 -
Kontaktwalze
6 -
Trommel
7 -
Achse
8 -
Pfeil
9 -
Spulspindel
10 -
Spulspindel
11 -
Achse
12 -
Achse
13 -
Achse
14 -
Hülse
15 -
Spule
16 -
Motor
17 -
Motor
18 -
Motor
19 -
Getriebe
20 -
Regeleinrichtung
21 -
Recheneinheit
22 -
Drehwinkel
23 -
Durchmesser
24 -
Sensor
25 -
Sensor
26 -
Sensor
27 -
Frequenzumrichter
28 -
Frequenzumrichter
29 -
Oderglied
30 -
PID-Regler
31 -
Rechenglied
32 -
Speicher
33 -
Wertetabelle
34 -
I-Regler
35 -
PID-Regler
36 -
Timer
37 -
Servoregler
38 -
Resolver

Claims (10)

  1. Spulmaschine für einen kontinuierlich auflaufenden Faden (1), mit einer drehbaren Trommel (6), auf der zwei antreibbare Spulspindeln (9, 10) drehbar gelagert sind, mit einer Verlegeeinrichtung (4) und einer Kontaktwalze (5), die der Trommel (6) im Fadenlauf vorgeordnet sind, wobei die Kontaktwalze (5) in Umfangskontakt mit der Spule (15) steht, die sich auf der in Betrieb befindlichen Spulspindel (9 oder 10) bildet, und der Abstand zwischen der Achse (13) der Kontaktwalze (5) und der Achse (11) der in Betrieb befindlichen Spulspindel (9) im Sinne einer Vergrößerung entsprechend dem wachsenden Durchmesser der Spule (15) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die Drehung der Trommel (6) während der Spulreise eine Regeleinrichtung (20) vorgesehen ist, daß die Spulmaschine (3) eine Einrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fadens (1) und eine Einrichtung zur Ermittlung der Drehzahl der in Betrieb befindlichen Spulspindel (9) aufweist, und daß die Regeleinrichtung (20) eine Recheneinheit (21) zur Berechnung des jeweiligen aktuellen Durchmessers der sich auf der in Betrieb befindlichen Spulspindel (9 oder 10) bildenden Spule (15) und der jeweiligen aktuellen Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Anfang und dem Ende eines jeden Rechenzyklusses als Regelgrößen für eine kontinuierliche Drehung der Trommel (6) über die gesamte Spulreise aufweist.
  2. Spulmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Recheneinheit (21) ein Mikroprozessor vorgesehen ist.
  3. Spulmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fadens (1) eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl der Kontaktwalze (5) aufweist.
  4. Spulmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fadens (1) und die Einrichtung zur Ermittlung der Drehzehl der in Betrieb befindlichen Spulspindel (9 oder 10) auch als Regeleinrichtung (20) für die Drehung der Trommel (6) ausgebildet sind.
  5. Spulmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktwalze (5) relativ zu der Achse (7) der Trommel (6) und damit zu der jeweiligen Spulspindel (9 oder 10) ausweichbar gelagert ist, und daß eine Einrichtung zur Steuerung einer konstanten oder gesteuert veränderlichen Anpreßkraft der Kontaktwalze (5) auf die in Betrieb befindliche Spulspindel (9 oder 10) vorgesehen ist.
  6. Spulmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (21) einen Speicher zur Aufnahme einer Wertetabelle für den Sollwert des Drehwinkels der Trommel (6) in Abhängigkeit vom Durchmesser der Spule (15) aufweist.
  7. Verfahren zur Regelung einer Spulmaschine (3) für einen kontinuierlich auflaufenden Faden (1), bei dem eine Trommel (6), auf der zwei antreibbare Spulspindeln (9, 10) drehbar gelagert sind, gegenüber einer Kontaktwalze (5) gedreht wird und der Faden (1) mit einer Verlegeeinrichtung (4) über die Kontaktwalze (5) auf die Spule (15) aufgewickelt wird, wobei der Abstand zwischen der Achse (13) der Kontaktwalze (5) und der Achse (11 oder 12) der in Betrieb befindlichen Spulspindel (9 oder 10) im Sinne einer Vergrößerung entsprechend dem wachsenden Durchmesser der Spule (15) verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (6) kontinuierlich mit sich von Rechenzyklus zu Rechenzyklus ändernden Winkelgeschwindigkeiten gedreht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Rechenzyklen Verwendung finden, die in über die Spulreise konstanten Zeitabständen, insbesondere in 10 msec, wiederholt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung der aktuellen Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Trommel (6) für jeden Regelzyklus in Abhängigkeit eines konstanten Zuwachses des Durchmessers der Spule (15) erfolgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige aktuelle Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Trommel (6) aus dem jeweils vorangegangenen Regelzyklus errechnet wird.
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