EP0829444A1

EP0829444A1 - Vorrichtung zum Aufwickeln eines Fadens auf eine Spule

Info

Publication number: EP0829444A1
Application number: EP97115596A
Authority: EP
Inventors: Theo Fäh
Original assignee: SSM Schaerer Schweiter Mettler AG
Current assignee: SSM Schaerer Schweiter Mettler AG
Priority date: 1996-09-16
Filing date: 1997-09-09
Publication date: 1998-03-18
Anticipated expiration: 2017-09-09
Also published as: EP0829444B1

Abstract

Eine Spulmaschine weist eine Fadenverlegung (4) zum Aufwickeln eines Fadens auf eine Spule (3) mit einem eine Changierbewegung in Längsrichtung der Spule (3) ausführenden Fadenführer (7) auf. Der Fadenführer ist mit einem Changierelement (8) verbunden, das über ein motorisch antreibbares Treibrad (12) und Umlenkrollen (9, 10) läuft. Zum Ausgleich von Spannungsschwankungen ist das Changierelement (8) über ein quer zu diesem gelagertes Vorspannorgan geführt. Die Umlenkrollen (9, 10) sind auf einem gemeinsamen Träger (6) fest montiert, und das Vorspannorgan ist durch das Treibrad (12) gebildet, das auf einer zungenartigen, von Biegeträgern (21) getragenen Lasche (20) gelagert ist. Durch diese Anordnung werden dynamische Veränderungen des Changierelements im Bereich der Bewegungsumkehrpunkte aufgefangen, so dass eine sehr hohe Changiergeschwindigkeit und eine ebenfalls sehr hohe Positioniergenauigkeit des Fadenführers (7) erreicht wird. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufwickeln eines Fadens auf eine Spule, mit einem Fadenführer, der mit einem über ein motorisch antreibbares Treibrad und Umlenkrollen laufenden Changierelement verbunden ist und eine Changierbewegung in Längsrichtung der Spule ausführt, und mit einem als Positionsgeber wirkenden Sensor zur Überwachung der Changierbewegung des Fadenführers.
Wegen der hoben Beschleunigungen und Verzögerungen des Changierelements soll dieses eine möglichst geringe Masse aufweisen und ist daher vorzugsweise als flexibles und in Changierrichtung steifes Organ zur Übertragung Von Zugkräften ausgebildet. Als geeignete Changierelemente sind beispielsweise Saiten, Drähte, Seile, Bänder oder Riemen bekannt.
Bei einer in der EP-A-0 453 622 beschriebenen Aufwickelvorrichtung dieser Art, bei der das Changierelement durch eine Saite gebildet ist, sind die Umlenkrollen und die Saite starr auf einer gemeinsamen Trägerplatte angeordnet. Bei jeder Bewegungsumkehr des Fadenführers und damit der Saite wird eines der beiden vom Fadenführer über die Umlenkrollen zum Treibrad laufenden Trume der Saite gespannt und das andere gelockert, was die Genauigkeit der Positionierung des Fadenführers beeinträchtigt und die Changiergeschwindigkeit begrenzt.
Durch die Erfindung soll nun eine Aufwickelvorrichtung angegeben werden, bei der die genannten dynamischen Veränderungen des durch ein flexibles Organ in der Art einer Saite, eines Riemens, eines Seils oder eines Bandes oder dergleichen gebildeten Changierelements im Bereich der Bewegungsumkehrpunkte nicht mehr auftreten, so dass eine sehr hohe Changiergeschwindigkeit und eine ebenfalls sehr hohe Positioniergenauigkeit des Fadenführers erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Changierelement über ein quer zu diesem federnd gelagertes Vorspannorgan zum Ausgleich von Spannungsschwankungen geführt ist.
Durch das erfindungsgemässe Vorspannorgan werden die genannten dynamischen Veränderungen des Changierelements praktisch vollständig vermieden, so dass eine wesentlich höhere Changiergeschwindigkeit und insbesondere eine wesentlich höhere Umkehrbeschleunigung als bisher erreicht werden kann. Da die dynamischen Veränderungen des Changierelements durch das Vorspannorgan aufgenommen werden, kommt es nicht mehr zu den die Positioniergenauigkeit des Fadenführers beeinträchtigenden Dehnungen und Lockerungen des Changierelements.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Aufwickelvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Changierelement durch ein Drahtseil, eine Saite oder einen Riemen, und dass das Vorspannorgan durch das Treibrad gebildet ist.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Aufwickelvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkrollen auf einem gemeinsamen Träger fest montiert sind, und dass das Treibrad auf einer zungenartigen, von Biegeträgern getragenen, Lasche gelagert ist.
Die Ausbildung des Treibrads als Vorspannorgan hat nicht nur den Vorteil, dass für das Vorspannorgan kein zusätzliches Element erforderlich ist, sondern ermöglicht auch einen optimalen Ausgleich der dynamischen Veränderungen des Changierelements. Letzteres deswegen, weil beide Trume des Changierelements, das über die eine und das über die andere Umlenkrolle laufende, das Treibrad umschlingen, so dass dieses gleichzeitig auf beide Trume wirken kann. Die Lagerung des Treibrads auf der mit dem Träger über Biegeträger verbundenen zungenartigen Lasche hat den Vorteil, dass durch geeignete Dimensionierung und Ausbildung der Biegeträger eine für die jeweilige Maschinenkonfiguration optimale dynamische Charakteristik des Vorspannorgans erreicht werden kann.
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Träger verbundene, vorzugsweise verschraubte, Grundplatte vorgesehen ist, an welcher die Biegeträger angreifen, und dass die Lasche an einer Kante von den Biegeträgern getragenen ist und an den anderen Kanten frei liegt.
Eine vierte bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte zwei einander umgreifende, gegeneinander gerichtete U-förmige Ausnehmungen aufweist, von denen die innere die Lasche von den Biegeträgern und die äussere die Biegeträger von der Grundplatte trennt, und dass die Biegeträger zwischen den Längsschenkeln der Ausnehmungen von der Lasche zur Grundplatte verlaufen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Aufwickelvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor für die Changierbewegung des Fadenführers ein mit dem Fadenführer gekoppeltes rotierendes Organ überwacht und auf diesem angebrachte Markierungen abtastet. Vorzugsweise ist das rotierende Organ durch das Treibrad oder durch eine mit dem Treibrad starr verbundene Scheibe gebildet.
Die erfindungsgemässe Ausbildung des Sensors hat den Vorteil, dass dieser anhand der Anzahl der abgetasteten Markierungen stets die genaue Position des Fadenführers kennt, so dass der Antriebsmotor über eine Steuerung stets auf die der jeweiligen Position entsprechende Drehzahl geregelt werden kann. Dadurch kann die Leistung des durch einen Schrittmotor gebildeten Antriebsmotors nahezu vollständig ausgenützt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Spulstelle einer Spulmaschine, in Blickrichtung einer Bedienungsperson,
Fig. 2: eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II von Fig. 1; und
Fig. 3: ein Detail von Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Spulstelle besteht im wesentlichen aus einer motorisch antreibbaren Spindel 1 zur Aufnahme und Halterung einer Spulenhülse 2, auf die eine Spule, beispielsweise eine Kreuzspule 3, aufgewickelt wird, und aus einer Einrichtung 4 zur Verlegung eines Fadens F, der durch ein nicht dargestelltes Lieferwerk von einer Vorratsspule abgezogen wird. Die Kreuzspule 1 liegt längs einer Mantellinie auf einer frei drehbaren Walze 5 auf, die auf einem geeigneten Trägerteil 6 der Spulmaschine montiert ist. Die Fadenverlegung 4, die zur Herstellung der gewünschten Wicklung dient, enthält als wesentlichstes Element einen Fadenführer 7, der entlang der Achse der Spule 3, also senkrecht zur Zeichnungebene, eine oszillierende Changierbewegung ausführt.
Gemäss Fig. 2 ist der Fadenführer 7 auf einem Changierelement 8 befestigt. Dieses ist als flexibles und in Changierrichtung steifes Organ zur Übertragung von Zugkräften ausgebildet und ist beispielsweise durch eine Saite, einen Draht, ein Metallseil, einen Flach-, Zahn- oder Keilriemen, ein Metallband, eine Kette oder dergleichen gebildet. Das Changierelement 8 läuft über zwei auf dem Trägerteil 6 starr gelagerte Umlenkrollen 9 und 10 zu einem von einem Motor 11, vorzugsweise einem Schrittmotor, antreibbaren Treibrad 12, umschlingt dieses mit mehreren Windungen und ist mit beiden Enden am Treibrad befestigt.
Bei Antrieb des Treibrades 12 wird je nach dessen Rotationsrich-tung der Fadenführer 7 in Richtung auf die eine oder die andere Umlenkrolle 9 bzw. 10 bewegt. Der Abstand zwischen den Umlenkrollen 9 und 10 gibt den maximal möglichen Hub des Fadenführers 7 bei seiner Changierbewegung an. Das Treibrad 12 ist so an die Drehmomentcharakteristik des Motors 11 und an die aus Fadenführer 7, Faden F und Changierelement 8 gebildete Last angepasst, dass ein idealer Wirkungsgrad resultiert.
Dem Motor 11 ist ein Sensor 13 zur Detektion der Drehposition des Treibrades 12 und damit der Changierposition des Fadenführers 7 zugeordnet. Der Sensor 13 ist ein aus einer Sende- und einer Empfangsdiode bestehender fotoelektrischer Sensor, der die Bewegung einer mit dem Treibrad 12 starr verbundenen Scheibe (nicht dargestellt) abtastet. Die Scheibe ist zu diesem Zweck mit geeigneten optisch abtastbaren Markierungen, beispielsweise mit entlang eines Kreises angeordneten Löchern oder Schlitzen, versehen. Das Sensorsignal wird einer Steuerung 14 zugeführt, die überprüft, ob der Motor 11 mit der für die jeweilige Position des Fadenführers 7 vorgesehenen Drehzahl läuft. Bei Abweichungen zwischen Ist- und Sollwert gibt die Steuerstufe 14 ein entsprechendes Regelsignal an den Motor 11 ab. Die Anzahl der Markierungen auf der Scheibe und deren Dimension sind so gewählt, dass sich pro Hub des Fadenführers 7 etwa 1500 durch den Sensor 13 überprüfbare Positionen des Fadenführers 7 ergeben.
Der Trägerteil 6 weist im Bereich der Fadenverlegung 4 eine annähernd rechteckförmige Durchbrechung 15 auf, die gegen den Faden F hin durch eine Grundplatte 16 abgedeckt ist. Die Grundplatte 16, die in Fig. 3 detaillierter dargestellt ist, weist an ihren Längskanten mehrere zur Aufnahme von Befestigungsschrauben dienende Bohrungen 17 auf und ist im Bereich dieser Bohrungen mit dem Rand der Durchbrechung 15 verschraubt. Zwei weitere, mit dem Bezugszeichen 18 versehene Bohrungen dienen zum Durchtritt der im Trägerteil 6 gelagerten Achsen der Umlenkrollen 9 und 10.
Die Grundplatte 16 besteht darstellungsgemäss aus einem streifenförmigen Randbereich 19 und aus einer zungenartigen Lasche 20, die an ihrer einen Querkante mit dem Randbereich 19 der Grundplatte 16 verbunden ist, und deren andere Kanten frei liegen. Die Verbindung zwischen Lasche 20 und Randbereich 19 erfolgt über zwei Biegeträger 21, die an der genannten Querkante der Lasche 20 angreifen und im Abstand zu deren Längskanten und parallel zu diesen, im Spalt zwischen Lasche 20 und Randbereich 19 an die gegenüberliegende Querkante des Randbereichs 19 geführt sind. Diese Anordnung sieht so aus, als ob die beiden Biegeträger 21 zwei gleichsam ineinander gesteckte, gegeneinander gerichtete, U-förmige Ausnehmungen 25, 26 voneinander trennen, von denen die innere Ausnehmung 25 die Lasche 20 von den Biegeträgern 21 und die äussere Ausnehmung 26 die Biegeträger 21 von der Grundplatte 16 trennt. Die Lasche 20 der Grundplatte 16 ist somit am Randbereich 19 federnd gelagert und ist durch Einwirkung entsprechender Kräfte verstellbar, und zwar sowohl in der Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene als auch quer zu den Längskanten der Grundplatte 16.
In ihrer Mitte weist die Lasche 20 eine Bohrung 22 auf, die zur verdrehsicheren Aufnahme eines entsprechenden Teils des Motors 11 (Fig. 1) vorgesehen ist. Der Motor 11 wird an der Rückseite der Lasche 20 befestigt, so dass das Treibrad 12 vorne aus der Bohrung 22 ragt. Der in der Bohrung 22 gehaltene Teil des Motors 11 ist so ausgebildet, dass vom Motor 11 zur Lasche 20 ein möglichst guter Wärmeübergang stattfindet. Auf diese Weise wirkt die Lasche 20 nicht nur als federnder Träger des Treibrads 12, sondern auch als Kühlfläche für den Motor 11.
Das Treibrad 12 weist zur Führung der Windungen des Changierelements 8 eine Nut in der Art eines Gewindes auf, deren Windungen also eine der Steigung entsprechende Neigung relativ zu der durch die Umlenkrollen 9, 10 und das Treibrad 12 aufgespannten Ebene aufweisen. Um zu verhindern, dass das Changierelement 8 bei seinem Ein- und Auslauf in die bzw. aus der Nut an deren Seitenwänden reibt und sich dadurch abnützt, ist das Treibrad 12 leicht schräg angeordnet, so dass die Windungen der Nut in dem Bereich, in dem das Changierelement 8 auf das Treibrad 12 zu- und von diesem wegläuft, parallel zum Changierelement 8 liegen. Diese schräge Anordnung des Treibrads 12 wird dadurch erreicht, dass die den Motor 11 tragende Lasche 20 in ihrer Längsrichtung relativ zur Grundplatte 16 um einige Grad geneigt angeordnet ist, was durch entsprechende Lagermittel zwischen Grundplatte 16 und den Querkanten der Lasche 20 einfach zu bewerkstelligen ist.
Die federnde Wirkungs der Lasche 20 wird dazu verwendet, dynamische Veränderungen des vorzugsweise durch ein Stahlseil gebildeten Changierelements 8 im Bereich der Bewegungsumkehrpunkte zu kompensieren. Wenn der Fadenführer 7 an einen Umkehrpunkt gelangt, dann verhalten sich die beiden an den Fadenführer anschliessenden Trume des Changierelements 8 verschieden, indem in der Abbremsphase das in Bewegungsrichtung vordere Trum gelockert und das in Bewegungsrichtung hintere Trum gedehnt und in der Beschleunigungsphase das in Bewegungsrichtung vordere Trum des Changierelements gedehnt und das hintere gelockert wird.
Dieses dynamische Verhalten des Changierelements 8 beschränkt die Positioniergenauigkeit des Fadenführers 7 bei einer gegebenen Beschleunigung oder Verzögerung und damit die Changiergeschwindigkeit des Fadenführers 7 bei einer vorgegebenen Positioniergenauigkeit des Fadenführers 7. Da die Anforderungen an die Positioniergenauigkeit des Fadenführers schon bei Kreuzspulen sehr hoch sind und für Wicklungen nach beliebigen Wickelgesetzen noch steigen, würde das erwähnte dynamische Verhalten des Changierelements 8 die Changiergeschwindigkeit und damit die Spulgeschwindigkeit merklich begrenzen.
Durch die beschriebene Lagerung des Motors 11 und des Treibrades 12 an der relativ zu den Umlenkrollen 9 und 10 federnden Lasche 20, wirkt das Treibrad 12 auf das Changierelement 8 wie ein Vorspannorgan, das seitlich gegen das Changierelement drückt und Schwankungen von dessen Spannungen ausgleicht. Da jedes Trum des Changierelements 8 vom Fadenführer 7 zum Treibrad 12 geführt ist, wirkt dieses federnde Vorspannorgan gleichzeitig auf beide Trume des Changierelements 8 und verhindert dadurch in der Beschleunigungs- und in der Verzögerungsphase sowohl ein Lockern des einen als auch eine Überdehnung des anderen Trums des Changierelements.
Messungen an Spulmaschinen haben gezeigt, dass mit einer auf die beschriebene Art ausgebildeten Fadenverlegung in den Umkehrpunkten eine Beschleunigung von bis zu 300 g erreicht werden kann. Wegen der hohen Auflösung des Positionssensors 13 beträgt die Positioniergenauigkeit bei einer Spule mit einer Länge von beispielsweise 30 oder 45 cm 0.2 bzw. 0.3 mm.
Der Sensor 13 bietet den grossen Vorteil, dass die Abtastung der mit den Markierungen versehenen Scheibe eine vollständige Überwachung der gesamten Changierbewegung ermöglicht, was bei der bisher üblichen Anordnung des Sensors entlang der Bahn des Fadenführers 7 nur mit einem unvertretbar hohen Aufwand möglich wäre. Deswegen hat man bisher auch nicht die ganze Bewegung des Fadenführers 7 überwacht, sondern nur dessen Durchgang durch eine bestimmte Position, und hat dabei überprüft, ob der Motor 11 eventuell einen Schritt verloren hat. Da bei dieser Methode die momentane Position des Fadenführers immer nur ungefähr bekannt war, musste bei der Leistung des Motors 11 immer eine bestimmte Sicherheitsmarge berücksichtigt werden, so dass der Motor 11 nicht an seiner Leistungsgrenze betrieben werden konnte.
Der Sensor 13 bezieht seine Überwachung immer auf eine Ausgangsposition des Fadenführers 7, vorzugsweise auf den Nullpunkt seiner Changierbewegung. Die Einstellung des Sensors 13 erfolgt so, dass der Fadenführer 7 zuerst an den einen Umkehrpunkt und dann an den anderen Umkehrpunkt gebracht wird, wobei der Sensor 13 die diesem Hub entsprechende Anzahl der Markierungen zählt und daraus den Nullpunkt berechnet. Der Sensor 13 kennt dadurch die Anzahl der Abtastimpulse zwischen dem Nullpunkt und den Umkehrpunkten, so dass anhand dieser Abtastimpulse jederzeit die einem bestimmten Abtastimpuls entsprechende Position des Fadenführers 7 bestimmt werden kann. Letzteres ermöglicht eine äusserst genaue Steuerung des Motors 11, dessen Leistung dadurch voll ausgenützt werden kann.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist die Lasche 20 an ihrer freien Querkante, das ist die in der Figur linke Kante, einen nasenartigen Vorsprung 23 auf, dem eine an der benachbarten Innenkante des Randbereichs 19 der Grundplatte 16 angeordnete Einbuchtung 24 zugeordnet ist. Der Vorsprung 23 und die Einbuchtung 24 dienen als Hilfsmittel für die Einstellung der Vorspannung des Changierelements 8. In dem in Fig. 3 dargestellten Ruhezustand der Grundplatte 16, in dem das Changierelement 8 noch nicht montiert oder jedenfalls nicht vorgespannt ist, liegt der Vorsprung 23 nicht symmetrisch zur Einbuchtung 24, sondern ist etwas nach unten verschoben. Die Vorspannung des Changierelements 8 wird dann so eingestellt, dass der Vorsprung 23 symmetrisch zur Einbuchtung 24 liegt.
Vorsprung 23 und Einbuchtung 24 haben also die Funktion einer die Position der Lasche 20 im vorgespannten Zustand des Changierelements 8 zeigenden Markierung. Selbstverständlich könnte dafür auch eine andere Markierung verwendet werden. Es hat sich aber gezeigt, dass sich die aus Vorsprung 23 und Einbuchtung 24 gebildete Markierung gerade bei den Bedingungen in einem Textilbetrieb sehr gut als Einstellhilfe für die Vorspannung des Changierelements 8 eignet.

Claims

Vorrichtung zum Aufwickeln eines Fadens (F) auf eine Spule (3), mit einem Fadenführer (7), der mit einem über ein motorisch antreibbares Treibrad (12) und Umlenkrollen (9, 10) laufendes Changierelement (8) verbunden ist und eine Changierbewegung in Längsrichtung der Spule (3) ausführt, und mit einem als Positionsgeber wirkenden Sensor (13) zur Überwachung der Changierbewegung des Fadenführers (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Changierelement (8) über ein quer zu diesem federnd gelagertes Vorspannorgan (12) zum Ausgleich von Spannungsschwankungen geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Changierelement (8) durch ein Drahtseil, eine Saite oder einen Riemen, und dass das Vorspannorgan durch das Treibrad (12) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkrollen (9, 10) auf einem gemeinsamen Träger (6) fest montiert sind, und dass das Treibrad (12) auf einer zungenartigen, von Biegeträgern (21) getragenen, Lasche (20) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Träger (6) verbundene, vorzugsweise verschraubte, Grundplatte (16) vorgesehen ist, an welcher die Biegeträger (21) angreifen, und dass die Lasche (20) an einer Kante von den Biegeträgern (21) getragen ist und an den anderen Kanten frei liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (16) zwei einander umgreifende, gegeneinander gerichtete U-förmige Ausnehmungen (25, 26) aufweist, von denen die innere (25) die Lasche (20) von den Biegeträgern (21) und die äussere (26) die Biegeträger (21) von der Grundplatte (16) trennt, und dass die Biegeträger (21) zwischen den Längsschenkeln der Ausnehmungen (25, 26) von der Lasche (20) zur Grundplatte (16) verlaufen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Changierelement (8) das Treibrad (12) mit mehreren Windungen umschlingt, und dass das Treibrad (12) eine Nut zur Führung dieser Windungen aufweist und so angeordnet ist, dass in dem Bereich, wo das Changierelement (8) auf das Treibrad (12) zu- und von diesem wegläuft, die Nut parallel zum Changierelement (8) orientiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (11) des Treibrads (12) auf der Lasche (20) befestigt ist, und dass die Befestigung so ausgebildet ist, dass die Lasche (20) als Kühlfläche für den Motor (11) wirkt.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (20) in Richtung der Changierbewegung geneigt zur Grundplatte (16) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der freien Querkante der Lasche (20) eine als Einstellhilfe für die Vorspannung des Changierelements (8) dienende Markierung vorgesehen ist, und dass diese vorzugsweise durch einen an der genannten Querkante angeordneten Vorsprung (23) und durch eine an der benachbarten Kante der Grundplatte (16) angeordnete Einbuchtung (24) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13) für die Changierbewegung des Fadenführers (7) ein mit dem Fadenführer gekoppeltes rotierendes Organ überwacht und auf diesem angebrachte Markierungen abtastet.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Organ durch das Treibrad (12) oder durch eine mit diesem starr verbundene Scheibe, und dass diese Scheibe vorzugsweise durch eine Lochscheibe gebildet ist.