EP1925580B1

EP1925580B1 - Spulmaschine

Info

Publication number: EP1925580B1
Application number: EP07022446A
Authority: EP
Inventors: Markus Ludwig
Original assignee: Georg Sahm GmbH and Co KG
Current assignee: Georg Sahm GmbH and Co KG
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2027-11-20
Also published as: DE102006054980A1; DE102006054980B4; US20080116311A1; EP1925580A1; TWI352060B; DE502007004708D1; JP2008127207A; TW200902422A

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Spulmaschine zum Aufwickeln eines Fadens zu einem Fadenwickel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

Aus EP 1 213 246 B1 ist eine Spulmaschine zum Aufwickeln eines Fadens zu einem Fadenwickel bekannt. Die Spulmaschine besitzt einen um eine horizontale Achse verdrehbaren Revolverkopf in Form einer Scheibe, von der sich auf dem Umfang gegenüberliegend auskragend zwei separat antreibbare Spindeln erstrecken. Mit Rotation der Spindeln kann der Faden zu einem Fadenwickel aufgewickelt werden. Während eine Spindel in einer oberen Position mit einem Fadenwickel versehen wird, kann von der Spindel in der unteren Position die Spule mit dem Fadenwickel entfernt werden und die Spindel für einen neuen Wickelvorgang vorbereitet werden, beispielsweise durch Aufstecken einer Hülse auf die Spindel. Mit Fertigstellung des Fadenwickels im Bereich der oberen Spindel und der Vorbereitung der unteren Spindel kann der Revolverkopf um ca. 180° gedreht werden und ein neuer Wickelvorgang initiiert werden. Ein Faden wird der Spule bzw. dem Fadenwickel im Bereich des Kontakts einer Anpresswalze mit dem Fadenwickel zugeführt. Die Anpresswalze ist verdrehbar gegenüber einem Rahmen gelagert, der einen vertikalen translatorischen Verschiebe-Freiheitsgrad aufweist, wobei der Rahmen über zwei vertikal orientierte Führungsstangen geführt ist. Zwischen den Rahmen und ein Gehäuse der Spulmaschine ist ein Aktuator zwischengeschaltet, der als Druckzylinder ausgebildet ist und in Richtung des Freiheitsgrads eine Kraft auf den Rahmen ausübt. Die Anpresskraft der Anpresswalze an den Fadenwickel ergibt sich aus der vektoriellen Summe der Gewichtskraft des Rahmens und der Anpresswalze, vermindert um die Kraft des Druckzylinders. Über eine geeignete Ansteuerung des Druckzylinders kann mit zunehmendem Durchmesser des Fadenwickels der Rahmen mit der Anpresswalze angehoben werden, wobei eine Ansteuerung des Druckzylinders derart erfolgt, dass die Anpresskraft der Anpresswalze an den Fadenwickel konstant gehalten wird. Die hierzu eingesetzte Regeleinheit besitzt ein elektromagnetisches Steuerventil, welches eine Druckluftversorgung des Druckzylinders regelt, eine Druckluftversorgung, einen Steuerkreis, eine Anpasseinrichtung zum Setzen der konstant zu haltenden Anpresskraft sowie Sensoren zum Erfassen der tatsächlichen Kraftverhältnisse. Eine Regelung des Drucks und damit der Anpresskraft erfolgt auf einen festen Wert mit einer vorgegebenen engen Toleranz, hier ± 3 %.
Weiterhin offenbart EP 1 213 246 B1 eine alternative Ausgestaltung, bei der der Freiheitsgrad zwischen Spindel und Fadenwickel einerseits und Anpresswalze andererseits nicht translatorisch ausgebildet ist, sondern vielmehr als rotatorischer Freiheitsgrad: In diesem Fall wird die Anpresswalze gegenüber einem Rahmen drehbar gelagert, der als Schwenkarm ausgebildet ist. Der Druckzylinder wirkt hierbei auf den Schwenkarm. Der Hebelarm der von dem Druckzylinder erzeugten Kraft wird für die offenbarte Ausführungsform dadurch konstant gehalten, dass der Schwenkarm mit einer Vergrößerung des Durchmessers des Fadenwickels möglichst nicht verschwenkt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass mit Vergrößerung des Durchmessers des Fadenwickels der Revolverkopf geringfügig derart verdreht wird, dass der Kontaktpunkt der Anpresswalze an dem Fadenwickel unabhängig von der Dicke des Fadenwickels ungefähr ortsfest bleibt.
DE 197 05 262 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung der Anpresskraft in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Drehzahl der Anpresswalze zu der Drehzahl des Fadenwickels, wobei die Regelung derart gestaltet wird, dass möglichst ein schlupffreier Zustand zwischen der Anpresswalze und dem Fadenwickel erreicht wird.
DE 102 53 489 A1 spricht das Problem an, dass mit Veränderung der Relativlage eines Fadenwickels zu einer Anpresswalze eine veränderliche Gewichtskraftkomponente auf den Fadenwickel einwirkt. Unter der Prämisse gemäß DE 102 53 489 , dass derartige Veränderungen der Gewichtskraftkomponente möglichst auszuregeln sind, erfordern die Spulmaschinen aufwändige Kraftmesseinrichtungen, die veränderte Anpresskräfte erfassen und eine Nachstellung eines Aktuators ermöglichen, so dass die Anpresskraft konstant gehalten wird. DE 102 53 489 schlägt anstelle des Einsatzes der vorgenannten Kraftmesseinrichtung vor, a priori den Zusammenhang zwischen der Relativlage von Anpresswalze und Fadenwickel sowie der wirkenden Gewichtskraftkomponente abzubilden. Mit der Erfassung der Relativlage über einen geeigneten Sensor kann dann eine erforderliche Änderung der Kraft eines Aktuators ermittelt werden, damit sich eine konstante Anpresskraft ergibt. Auch der aus DE 102 53 489 A1 bekannten Ausführungsform liegt der Grundgedanke zugrunde, dass der Aktuator mit konstantem Hebelarm auf einen die Anpresswalze abstützenden Schwenkarm wirkt, wobei Veränderungen des Durchmessers des Fadenwickels ausgeglichen werden durch eine Ausweichbewegung des Revolverkopfs. Gemäß DE 102 53 489 finden Spulmaschinen, bei denen eine Relativbewegung zwischen Anpresswalze und Fadenwickel mittels Linearführungen herbeigeführt wird und bei denen lediglich eine Spindel vorhanden ist, lediglich Einsatz für ein diskontinuierliches Aufwickeln des Fadens.
Auch DE 10 2005 005 096 A1 geht davon aus, dass die Anpresskraft zwischen Anpresswalze und Fadenwickel während der Spulreise annähernd konstant bleiben sollte. Die Druckschrift schlägt vor, an einer Frontseite der Spulmaschine einen frei zugänglichen Stellmechanismus vorzusehen, über den vor Beginn des Spulvorgangs von einem Bedienpersonal die Anpresskraft einstellbar ist.
Aus DE 10 2004 032 514 A1 ist es bekannt, eine Kreuzspule drehbar an einem Spulenrahmen zu lagern. Der Spulenrahmen selbst ist drehbar gegenüber einer ortsfesten Achse gelagert, wobei der Spulenrahmen infolge seines außermittigen Schwerpunktes eine Art "Pendel" bildet. Der Spulenrahmen als "liegendes Pendel" gegenüber einer Antriebswalze abgestützt. Mit zunehmendem Durchmesser der Kreuzspule ändert sich der Auslenkwinkel des "liegenden Pendels", und infolge des vergrößerten Gewichts der Kreuzspule vergrößert sich die Anpresskraft zwischen Kreuzspule und Antriebswalze. Zur Kompensation derartiger Änderungen der Anpresskraft der Kreuzspule an die Antriebswalze wirkt auf den Spulenrahmen ein Krafteinleitungsmittel mit einem Hebelarm, der mit der Vergrößerung des Durchmessers der Kreuzspule, also einer Vergrößerung des Auslenkwinkels des liegenden Pendels, veränderlich ist. Hierbei sind die geometrischen Verhältnisse derart gewählt, dass für minimalen Durchmesser der Kreuzspule das Krafteinleitungsmittel ein Drehmoment bewirkt, welches die Anpresskraft der Kreuzspule an die Antriebswalze verstärkt, während für einen mittleren Durchmesser der Hebelarm Null wird und mit einer weiteren Vergrößerung des Durchmessers der Kreuzspule das von dem Krafteinleitungsmittel bewirkte Moment sein Vorzeichen derart umkehrt, dass dieses zu einer Entlastung führt mit einer Verminderung der Anpresskraft der Kreuzspule an die Antriebswalze. Diese Entlastung kann die Vergrößerung des Gewichts der Kreuzspule mit der Vergrößerung des Durchmessers derselben kompensieren. Weiterhin schlägt DE 10 2004 032 514 A1 eine elektromotorische Stelleinrichtung vor, über welche die zuvor erläuterten geometrischen Verhältnisse zu Beginn einer Spulenreise und/oder im Laufe der Spulenreise verändert werden können. Das Krafteinleitungsmittel ist als Luftfeder ausgebildet, die in einer Gleichgewichtslage mit einem konstanten, einstellbaren Druck beaufschlagt ist, der über ein Rückschlagventil gesichert ist. Eine entsprechende Ausführungsform ist aus DE 41 21 775 A1 bekannt, wobei hier zusätzlich zu einer Feder eine druckmittelbeaufschlagte Kolben-Zylinder-Aktoreinheit auf den Spulenrahmen wirkt.
US 3,672,584 sowie US 3,672,583 offenbaren eine Spulmaschine, bei der die Anpresswalze ortsfest drehbar gelagert ist. Die Spindel ist in der Art eines aufrechten, umgekehrten Pendels gelagert, wobei der Fadenwickel mit Beginn des Spulvorgangs ca. in einer 1-Uhr-Stellung des Pendels an der Anpresswalze abgestützt ist. Mit zunehmender Vergrößerung des Durchmessers des Fadenwickels bewegt sich das Pendel über eine instabile Gleichgewichtslage in 12-Uhr-Stellung bis zu einer 11-Uhr-Stellung. Während die Gewichtskraft des aufrechten Pendels in der 1-Uhr-Stellung eine maximale Kraft für die Anpresskraft zwischen Anpresswalze und Fadenwickel bereitstellt, sinkt diese Kraft bis auf 0 in der 12-Uhr-Stellung. Für weitere Vergrößerungen des Durchmessers des Fadenwickels erzeugt die Gewichtskraft ein Moment auf das umgekehrte Pendel, welches geneigt ist, den Fadenwickel von der Anpresswalze weg zu bewegen. Die Druckschriften schlagen vor, die Abhängigkeit der Anpresskraft zwischen Fadenwickel und Anpresswalze zusätzlich zu beeinflussen durch mehrere Federn, die mit einem Federfußpunkt an unterschiedlichen Punkten eines Gestells der Spulmaschine angelenkt sind und mit ihren anderen Fußpunkten an unterschiedlichen Punkten des Pendels angelenkt sind, wobei die Federn unter variierenden Winkeln an dem Pendel angreifen können und u. U. lediglich über einen Teilweg der Pendelbewegung wirksam sind. Eine Abstimmung der Federn und von deren Anlenkpunkten erfolgt derart, dass sich eine mit zunehmendem Durchmesser des Fadenwickels verringernde Anpresskraft zwischen Anpresswalze und Fadenwickel ergibt.
DE 37 18 391 A1 offenbart eine Spulmaschine mit einer Spindel mit während des Spulvorgangs ortsfester Rotationsachse und einem gegenüber der Spindel verschieblichen Fadenleitwerk mit Anpresswalze. Zur Vorgabe der Anpresskraft zwischen Anpresswalze und Fadenwickel dient ein Hebel konstanter Länge, der in einem Endbereich an dem Fadenleitwerk angelenkt ist, während der gegenüberliegende Endbereich des Hebels verschieblich entlang einer Führungskurve eines Leitlineals geführt ist. Zwischen den beiden Endbereichen greift eine Zugfeder an dem Hebel an. Der Hebel ist unter einem spitzen Winkel gegenüber dem Verschiebe-Freiheitsgrad des Fadenleitwerks in Richtung der Spindel geneigt. Die Geometrie der Führungskurve des Leitlineals wird derart gewählt, dass die Anpresskraft zwischen Anpresswalze und Fadenwickel über die Spulreise abnimmt. Hierbei hängt die Anpresskraft ab von der von der Dicke des Fadenwickels abhängenden Federkraft und der Winkelausrichtung des Hebels. Diese Winkelausrichtung ist allerdings abhängig von der Dicke des Fadenwickels und der Geometrie der Führungskurve des Leitlineals.
US 3,845,911 betrifft eine Spulmaschine mit um eine ortsfeste Rotationsachse rotierender Anpresswalze und mit Veränderung der Dicke des Fadenwickels entlang eines Freiheitsgrads verschiebbarer Spindel. Zur Vorgabe der Anpresskraft der Spindel an die Anpresswalze ist zunächst ein erster Hubzylinder vorgesehen, welcher die Spindel in Richtung der Anpresswalze zieht. Ein zweiter Hubzylinder zieht unter einem Neigungswinkel die Spindel von der Anpresswalze weg, wobei der genannte Winkel abhängig ist von dem Durchmesser des Fadenwickels. Die Veränderung des Einflusses dieses zweiten Hubzylinders infolge der Veränderung des Winkels mit der Veränderung des Durchmessers des Fadenwickels soll im Idealfall gerade den Einfluss der Veränderung der Gewichtskraft des Fadenwickels im Laufe der Spulreise kompensieren, so dass die Anpresskraft zwischen Spindel und Anpresswalze konstant bleibt. Allerdings erwähnt die Druckschrift auch, dass für unterschiedliche Winkelverhältnisse eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Anpresskraft über die Spulreise erzielt werden kann.
Weiterer Stand der Technik ist aus DE 10 2005 003 334 A1 und DE 601 16 243 T2 bekannt.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spulmaschine zum Aufwickeln eines Fadens zu einem Fadenwickel vorzuschlagen, bei der auf einfache, aber zuverlässige Weise eine Realisierung einer dem Spulprozess angepassten Anpresskraft zwischen einer Anpresswalze und einem Fadenwickel ermöglicht ist.

LÖSUNG

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen Spulmaschine ergeben sich entsprechend den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, dass, abweichend zum eingangs genannten Stand der Technik, die Annahme, dass die Anpresskraft zwischen Anpresswalze und Fadenwickel während des Spulvorgangs möglichst konstant zu halten ist, für einige Spulvorgänge und Spulgüter unzutreffend sein kann. Vielmehr hat sich gezeigt, dass sich die mechanischen Eigenschaften des von dem Fadenwickel für die Anpresswalze gebildeten "Widerlagers" mit zunehmendem Durchmesser des Fadenwickels ändern, da die Steifigkeit mit Vergrößerung des Durchmessers abnimmt. Andererseits können mit Erhöhung des Durchmessers des Fadenwickels überhöhte Anpresskräfte zu einem unerwünschten axialen "Ausbauchen" des Fadenwickels führen.
Andererseits beruht die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zur Vorgabe einer (konstanten) Anpresskraft eine geeignete Ansteuerung eines Aktuators mit einer aufwändigen Mess- und Regelungstechnik erfordern. Hierdurch wird der konstruktive Aufwand, die Fehleranfälligkeit, die Wartungsintensität, der Aufwand für Kalibrierungen eines Sensors und die Komplexität der Spulmaschine erhöht.
Weiterhin hat die Erfindung erkannt, dass für bekannte Spulmaschinen grundsätzlich zwei unterschiedliche Bauformen aus dem Stand der Technik bekannt sind:

A. Spulmaschinen mit einem rotatorischen Freiheitsgrad von Spule bzw. Anpresswalze

Für eine derartige Bauform geht grundsätzlich das Eigengewicht des verschwenkten Körpers, insbesondere der Spule mit über die Spulreise verändertem Eigengewicht oder der Anpresswalze und einer geeigneten Haltevorrichtung oder Schwinge, über eine trigonometrische Funktion in die Anpresskraft zwischen Anpresswalze und Spule ein. Somit hat jedwede Regelung der Anpresskraft für eine derartige Bauform eine Nichtlinearität zum Gegenstand, welche per se für die konstruktive Auslegung und/oder die Regelung während der Spulreise zu einem erhöhten Aufwand führen kann. Einer derartigen Bauform sind die Druckschriften DE 197 05 262 A1 , DE 102 53 489 A1 , DE 10 2005 055 096 A1 , DE 10 2004 032 514 A1 , US 3 672 584 A , US 3 672 583 A und DE 41 21 775 A1 zuzuordnen. Erfolgt gemäß DE 10 2004 032 514 A1 bzw. DE 41 21 775 A1 eine Erzeugung eines Be- oder Entlastungsmomentes über eine Druckfeder bzw. eine Kombination einer Druckfeder mit einer Kolben-Zylinder-Einheit, so ist für eine Ermittlung einer Anpresskraft zwischen Spule und Anpresswalze als weitere Nichtlinearität die Wirkrichtung der Kraft der Luftfeder und/oder der Kolben-Zylinder-Einheit zu berücksichtigen. Hinzu kommt die erforderliche Berücksichtigung des über den Auslenkwinkel nichtlinear veränderlichen Hebelarmes. Für Bauformen mit rotatorischem Freiheitsgrad ist für eine Regelung des Aktuators u. U. die Kenntnis des Auslenkwinkels des rotatorischen Freiheitsgrades erforderlich, um die Kraftübertragungskette des Aktuators unter Berücksichtigung der trigonometrischen Funktionen in einer Regelung korrekt abzubilden. Zusammenfassend ist somit für eine Bauform mit einem rotatorischen Freiheitsgrad festzustellen, dass der rotatorische Freiheitsgrad einerseits bereits ohne geeignete Stellmittel eine Veränderung der Anpresskraft als Funktion der Auslenkung eines Spulenrahmens zur Folge hat, die bei einer nicht in allen Fällen möglichen optimalen Auslegung bereits eine gewünschte Kraftcharakteristik herbeiführen kann, im Fall einer suboptimalen Auslegung aber eine komplizierte Regelung der Stellkraft eines Aktuators oder die Beeinflussung der Übertragungswege und des Hebelarmes der Stellkraft des Aktuators zur Folge hat.

B. Bauformen mit translatorischem Freiheitsgrad

Anders verhält es sich für Bauformen mit einem translatorischen Freiheitsgrad für Relativverschiebungen zwischen Spule und Anpresswalze. Einer derartigen Bauform sind die Druckschriften EP 1 213 246 B1 , DE 10 2005 003 334 A1 und DE 601 16 243 T2 zuzuordnen. Bei derartigen Bauformen ist grundsätzlich der Einfluss eines Eigengewichts von einer Auslenkung entlang des Freiheitsgrades unabhängig, so dass deren Berücksichtigung sowohl in der konstruktiven Auslegung als auch für eine Regelung verhältnismäßig einfach ist und keine Berücksichtigung einer Nichtlinearität infolge einer trigonometrischen Funktion erfordert. Während für Bauformen mit einem rotatorischen Freiheitsgrad zwingend erforderlich ist, dass ein linear wirkender Aktuator zumindest für einzelne Auslenkungen entlang des Freiheitsgrades lediglich eine Kraftkomponente erzeugen kann, die in Richtung des Freiheitsgrades wirkt und somit immer eine Kraftkomponente vorhanden ist, welche keinen Beitrag auf die Anpresskraft liefert, folgt der Fachmann für Spulmaschinen in Bauformen mit translatorischem Freiheitsgrad der scheinbaren Selbstverständlichkeit, dass ein Aktuator zur Erhöhung des Wirkungsgrades natürlich in Richtung des translatorischen Freiheitsgrades wirken soll, so dass der Aktuator keine Kraftkomponente erzeugen muss, die nicht zur Beeinflussung der Anpresskraft dient. Dies ist bei sämtlichen bekannten Bauformen mit translatorischem Freiheitsgrad der Fall. Die genannte Prämisse der Ausrichtung des Aktuators in Richtung des translatorischen Freiheitsgrades führt aber auch zwingend dazu, dass jedwede Variation der Anpresskraft zwischen Anpresswalze und Spule darüber herbeigeführt werden muss, dass eine Regelung die Stellkraft des Aktuator beeinflusst.
Die vorliegende Erfindung wendet sich von den zuvor erläuterten Vorurteilen des Fachmannes ab und nimmt für eine Bauform mit translatorischem Freiheitsgrad den scheinbaren Nachteil in Kauf, dass lediglich eine Komponente der Stellkraft des Aktuators zur Beeinflussung der Anpresskraft zwischen Anpresswalze und Spule genutzt wird. Dieser vermeintliche Nachteil wird dadurch zumindest kompensiert, dass ein Aktuator eingesetzt werden kann, dessen Stellkraft konstant sein kann, also ungeregelt ist oder lediglich auf einen konstanten Wert geregelt werden muss.
Überraschend nutzt hier die vorliegende Erfindung die trigonometrischen Funktionen für eine automatische Beeinflussung der Kraftübertragung, während diese für die Bemessung der Stellkraft des Aktuators nicht von Bedeutung sind. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher, aber effektiver Aufbau der erfindungsgemäßen Spulmaschine.
Ausgehend von diesen Erkenntnissen wird erfindungsgemäß somit ein Aktuator eingesetzt, der (zumindest für einen Spulvorgang) eine konstante Kraft erzeugt. Möglich ist, dass die erzeugte konstante Kraft des Aktuators für unterschiedliche Spulvorgänge variabel gehalten ist. Unter einer "konstanten Kraft" wird im Sinne der Erfindung eine Kraft verstanden, deren Betrag innerhalb vorgegebener Schranken liegt, beispielsweise ± 8, insbesondere ± 5, ± 3 % oder ± 1 % von einem Sollwert.
Trotz eines Einsatzes eines Aktuators mit einer konstanten Krafterzeugung kann erfindungsgemäß eine veränderliche Anpresskraft erzeugt werden dadurch, dass die von dem Aktuator erzeugte konstante Kraft nicht vollständig in Richtung eines Freiheitsgrads zwischen der Anpresswalze und der Spindel wirkt. Vielmehr wirkt in Richtung des Freiheitsgrades lediglich eine Komponente dieser Kraft. Hierbei ist das Verhältnis der Kraftkomponente zu der von dem Aktuator erzeugten konstanten Kraft nicht während eines Spulvorgangs konstant, sondern vielmehr von dem Abstand zwischen Spindel und Anpresswalze, also von der Bewegung entlang des Freiheitsgrads abhängig. Hieraus resultiert dann eine veränderliche Anpresskraft für die Anpresswalze.
Die Erfindung folgt damit nicht dem gebräuchlichen Streben der Fachwelt, den Aktuator zu einer optimalen Kraft- und Leistungsausbeute direkt in Richtung des Freiheitsgrads wirken zu lassen, sondern nimmt gezielt in Kauf, dass lediglich eine Kraftkomponente genutzt wird, während eine andere Kraftkomponente der Kraft des Aktuators ungenutzt bleibt. Dieser vermeintliche Nachteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird dadurch kompensiert, dass durch die abstandsabhängige Aufteilung der Kraft in eine wirksame und eine unwirksame Kraftkomponente eine abstandsgesteuerte Beeinflussung der Anpresskraft ermöglicht wird, wobei u. U. auf eine aufwändige Sensorik zur Erfassung des Abstands oder zur Erfassung der Anpresskraft sowie eine Steuerung oder Regelung nach dem Ergebnis eines erfassten Signals entfallen kann. Somit stellt die abstandsabhängige erfindungsgemäße Beeinflussung der Anpresskraft eine einfache, aber effiziente automatische Beeinflussung der Anpresskraft bereit.
Unter einem "Faden" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist bspw. ein Faden im klassischen Sinne als gedrehtes, gesponnenes oder gezwirntes Gebilde zu verstehen. Allerdings kann der "Faden" auch ein beliebiges anderes langgestrecktes Wickelgut sein.
Gemäß der Erfindung ist der Freiheitsgrad ein linearer Freiheitsgrad, der beispielsweise ungefähr vertikal orientiert ist. Für den Fall, dass ein derartiger linearer Freiheitsgrad mit der Zuführrichtung des Fadens korreliert, ergibt sich für eine Bewegung der Anpresswalze in Richtung des Freiheitsgrads mit einer Veränderung des Durchmessers des Fadenwickels ein konstanter Winkel, unter dem der Faden zu der Anpresswalze gelangt. Ist der Anpresswalze ein Fadenleitwerk oder Changierfadenführer (im Folgenden "Fadenleitwerk") zugeordnet, hat die erfindungsgemäße Ausgestaltung zur Folge, dass sich die Kontaktbedingungen zwischen Fadenleitwerk und Faden nicht ändern. Wird beispielsweise mit dem Fadenleitwerk ein Faden "aufgefächert", könnte eine Veränderung des Winkels zu veränderten Auffächerungen des Fadens führen, die letztlich ein Ablegen des Fadens in einem unerwünschten Zustand auf dem Fadenwickel zur Folge hätte. Andererseits könnte sich mit einer Veränderung des genannten Winkels der Kontaktbereich des Fadens mit dem Fadenleitwerk verlagern, wodurch sich auch Anlegeort und -winkel des Fadens an den Fadenwickel auf unerwünschte Weise verändern könnten. Eine weitere Erschwernis kann gegeben sein, wenn ein Changierfadenführer in der Spulmaschine vorgesehen ist, der zur bestimmungsgemäßen Funktion einen geeigneten, während der Spulreise nicht veränderlichen Einlaufwinkel des Fadens erfordert.
Eine besonders einfache Realisierung einer Kopplung der Aufteilung der Kraft in die wirksame und die unwirksame Kraftkomponente mit der Bewegung des Freiheitsgrads, also dem Abstand zwischen Spindel und Anpresswalze, ist gegeben, wenn erfindungsgemäß eine Pendelstütze Einsatz findet, die unter einem Winkel α gegenüber dem Freiheitsgrad geneigt ist, wobei der Winkel α von dem Abstand zwischen der Spindel und der Anpresswalze abhängig ist.
Unter einer Pendelstütze wird im Sinne der Erfindung

ein kraftführendes Bauteil verstanden,
in welches vorrangig externe Kräfte in den Endbereichen eingeleitet werden und
welches vorrangig einer Normalkraft in Richtung der Verbindung der Endbereiche mit verschwindenden Querkräften ausgesetzt ist.

Durch die Anordnung der Pendelstütze unter dem Winkel α ergibt sich aus den geometrischen Verhältnissen, dass die Kraftkomponente, die in Richtung des Freiheitsgrads wirkt, über eine trigonometrische Funktion mit der Normalkraft in der Pendelstütze korreliert ist. Beeinflusst der Aktuator die Normalkraft in der Pendelstütze, so ist auf einfache Weise die Abhängigkeit der Kraftkomponente der Kraft des Aktuators von der Bewegung in Richtung des Freiheitsgrads realisiert.
Im einfachsten Fall bildet der Aktuator selbst die Pendelstütze, wobei sich der Aktuator verschwenkbar an einem Gehäuse der Spulmaschine abstützen kann, während der andere Anlenkpunkt des Aktuators verschwenkbar und unter dem Winkel α gegenüber dem Freiheitsgrad unmittelbar oder mittelbar an der Anpresswalze abgestützt ist.
Ebenfalls möglich ist, dass ein Endbereich der Pendelstütze gelenkig in Richtung des Freiheitsgrads geführt ist, während der gegenüberliegende Endbereich in einer gegenüber dem Freiheitsgrad unter einem Winkel, beispielsweise 90°, orientierten Führung geführt ist und der Aktuator auf diesen Endbereich wirkt.
Für eine Weiterbildung der Erfindung hat sich gezeigt, dass die Ausbildung des Aktuators als druckmittelbetätigter, beispielsweise pneumatischer Stellzylinder vorteilhaft ist. Beispielsweise kann über eine einzige Druckmittelquelle eine Versorgung von mehreren Stellzylindern erfolgen für den Fall, dass gleichzeitig mehrere Fäden zu mehreren Fadenwickeln gewickelt werden sollen. Darüber hinaus sind Druckmittelelemente, beispielsweise pneumatische Ventile, kostengünstig verfügbar, über die eine Bereitstellung eines konstanten Drucks und damit einer konstanten Kraft für den Aktuator möglich ist. Weiterhin hat sich gezeigt, dass derartige Druckmittelelemente auch in einem dauerhaften Betrieb sehr zuverlässig sind.
Für den Fall, dass die Abhängigkeit der Kraftkomponente, die in Richtung des Freiheitsgrads wirkt, (beispielsweise für eine feinfühlige Adaption an die Verhältnisse und/oder für eine Veränderung der Verhältnisse für unterschiedliche Spulvorgänge) veränderbar sein soll, kann ein Ort des Anlenkpunkts der Pendelstütze veränderbar sein. Eine derartige Veränderung kann beispielsweise manuell durch den Benutzer erfolgen durch Verbinden der Pendelstütze wahlweise mit mehreren Aufnahmen, über ein Langloch o. ä.. Ebenfalls möglich ist eine automatische Veränderung der Lage eines Anlenkpunkts der Pendelstütze, beispielsweise über einen Schrittmotor o. ä.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

Fig. 1: zeigt eine teilgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spulmaschine.
Fig. 2: zeigt einen Schnitt II-II durch eine Spulmaschine gemäß Fig. 1.
Fig. 3: zeigt einen eine Pendelstütze bildenden Aktuator zur Beeinflussung einer Anpresskraft zwischen Spule und Anpresswalze.
Fig. 4: zeigt einen Teilschnitt bei Schnittführung quer zur Längsachse einer Spule mit einer Anpresswalze, einem Fadenleitwerk sowie einem Changierfadenführer.
Fig. 5: zeigt eine Prinzipskizze einer pneumatischen Baugruppe zur Bereitstellung eines (weitestgehend) konstanten Pneumatikdrucks für einen als Pneumatikzylinder ausgebildeten Aktuator.

FIGURENBESCHREIBUNG

Fig. 1 zeigt eine teilgeschnittene Seitenansicht einer Spulmaschine 1, die dazu dient, einen Faden 2 auf einer Spule 3 zu einem Fadenwickel 4 zu wickeln. Die Spulmaschine 1 besitzt einen Revolverkopf 5 (s. Fig. 2), der gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Scheibe ausgebildet ist und von dem auf dem Umfang gegenüberliegend zwei Spindeln 6, 7 auskragen. Die Spindeln 6, 7 können über Antriebseinheiten 8, 9 unabhängig voneinander und gegenüber dem Revolverkopf 5 um ihre Längsachsen in Rotation versetzt werden. Auf den Spindeln 6, 7 befinden sich jeweils Hülsen 10, 11, auf die der Faden 2 zu einem Fadenwickel 4 zwecks Bildung einer Spule 3 aufgewickelt wird. Oberhalb der Spule 3 befindet sich ein Fadenleitwerk 12, welches über eine Führung 13, beispielsweise eine Linearführung, oder mehrere Führungen entlang eines Freiheitsgrads 14 beweglich oder verschieblich gelagert ist. Das Fadenleitwerk 12 weist eine Changiereinrichtung 15 auf, über die in einem Winkelbereich 16 der Ort der Zuführung des Fadens 2 zu dem Fadenwickel 4 bezüglich der Längsachse der Spindel 6 sowie die Orientierung des Fadens zu der Umfangsrichtung bei dem Anlegen des Fadens 2 an den Fadenwickel 4 veränderbar ist. Weiterhin besitzt das Fadenleitwerk 12 im Bereich der Changiereinrichtung 15 obere Fadenführerrollen 17, die unabhängig von dem Winkel in dem Winkelbereich 16 den Faden durch Vorgabe beidseitiger axialer Führungen zu einer Achse 36 ausrichten. Darüber hinaus sind untere Fadenführerrollen 18 vorgesehen, welche parallel zur Längsachse der Spindel 6 orientierte, entsprechend Fig. 2 versetzt orientierte Anlageflächen bereitstellen, die beispielsweise einer Auffächerung des Fadens 2 und/oder einer Vorgabe einer ungefähr in Fig. 2 vertikal orientierten Zuführung des Fadens 2 zur Anpresswalze 19 dienen.
Unterhalb des Fadenleitwerks 12 ist drehbar gegenüber diesem eine Anpresswalze 19 gelagert, deren Längsachse parallel zur Längsachse der Spindel 6 orientiert ist. Nachfolgend an die unteren Fadenführerrollen ist der Faden über einen Teilumfangswinkel um die Anpresswalze 19 geführt. Der Faden wird im Kontaktbereich der Anpresswalze 19 an eine Mantelfläche 32 des Fadenwickels 4 angelegt.
Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ist ein Aktuator 20 als pneumatischer Stellzylinder ausgebildet, der über eine Druckmittelleitung 21 beaufschlagbar ist. Der Aktuator 20 bildet eine Pendelstütze 22. Die Pendelstütze 22 ist in einem Endbereich 23 gelenkig gegenüber einer gehäusefesten Strebe 24 der Spulmaschine 1 angelenkt, wobei die Pendelstütze 22 um eine vertikal zur Zeichenebene gemäß Fig. 1 orientierte Achse verschwenkbar ist. Der gegenüberliegende Endbereich 37 der Pendelstütze 22 ist unmittelbar oder mittelbar an dem Fadenleitwerk 12 angelenkt, hier benachbart der Führung 13. Gegenüber dem Freiheitsgrad 14 bildet die Pendelstütze einen Winkel α. Infolge der gewählten Anlenkpunkte 33, 34 der Pendelstütze 22 verändert sich der Winkel α von einem Anfangswinkel α₁ auf einen Winkel α₂ mit einer Vergrößerung des Durchmessers des Fadenwickels 4, wobei α₁ > α₂ gilt. Bezeichnet F_N die Normalkraft in der Pendelstütze 22, die für das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel mit der Kraft des Aktuators 20 übereinstimmt, ergibt sich die in Richtung des Freiheitsgrads 14 wirkende Kraftkomponente F_FHG über $F_{FHG} = F_{N} (cosα) .$
Für die zuvor beschriebene Veränderung des Winkels von α₁ auf α₂ ergibt sich eine Änderung der in Richtung des Freiheitsgrads 14 wirkenden Kraftkomponente wie folgt: $Δ F_{FHG} = F_{N} (\cos α_{2} - \cos α_{1}) .$
Somit ist die auf das Fadenleitwerk 12 wirkende Kraftkomponente F_FHG von der Bewegung in Richtung des Freiheitsgrads 14 und damit dem Abstand zwischen der Anpresswalze 19 und der Spindel 6 abhängig. Die nicht in Richtung des Freiheitsgrads wirkende Kraftkomponente F_H ergibt sich über $F_{H} = F_{N} sinα .$
Die nicht wirksame Kraftkomponente F_H wird für das dargestellte Ausführungsbeispiel von der Führung 13 aufgenommen.
Für einen vorgegebenen Hub des Fadenleitwerks 12 in Richtung des Freiheitsgrads 14 kann die Änderung der Kraft Δ F_FHG verändert werden durch Verstellung der Grundgeometrie, also Veränderung der Anlenkpunkte 33, 34 der Pendelstütze 22. Durch diese kann der Arbeitsbereich in den oben angeführten cos-Funktionen verschoben werden. Liegt der Arbeitsbereich der Spulmaschine in der Umgebung des Winkels α = 0, ist die Abhängigkeit der Kraftkomponente F_FHG von dem Hub des Fadenleitwerks minimiert, während für den anderen theoretischen Grenzfall eines Arbeitsbereiches in der Umgebung des Winkels α = 90° die Änderung der Kraftkomponente F_FHG maximal ist.
Zur Ermöglichung einer Verstellung sind in der Strebe 24 mehrere mögliche Anlenkpunkte 34, beispielsweise über mehrere Bohrungen 25, für die Pendelstütze 22 vorgesehen.
Der Aktuator 20 erstreckt sich auf der der Spule 3 abgewandten Seite des Revolverkopfs 5, vorzugsweise verdeckt durch eine Maschinengrundplatte. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann der Freiheitsgrad 14 gegenüber der Vertikalen geneigt sein. Ohne dass hierdurch das erfindungsgemäße Grundprinzip verlassen wird, ist es somit möglich, dass der Winkel α (abweichend zu der Bemaßung des Winkels α in den Fig. 1 und 3) in eine beliebige Raumrichtung orientiert ist.
Fig. 5 zeigt eine Druckmitteleinheit 26, die zur Beaufschlagung der Druckmittelleitung 21 dient. Der Druckmitteleinheit 26 wird ein Druckmedium 27 unter einem Betriebsdruck zugeführt. Die Druckmitteleinheit 26 besitzt ein Regelventil 28 sowie eine pneumatische Umschalteinrichtung 29, die über eine Steuer- oder Regeleinheit 30 mittels einer Steuerleitung 31 geeignet angesteuert wird. Über eine Umgehungsleitung 35 kann bei entsprechender Beschaltung der Umschalteinrichtung 29 durch die Steuer- oder Regeleinheit 30 das Regelventil 28 umgangen werden, so dass ein vollständiges Anheben der Anpresswalze 19 möglich ist. Hinsichtlich alternativer Ausgestaltungen zur Bereitstellung des Druckmediums und zur Regelung des Drucks des Druckmediums wird auf die entsprechenden Teile von EP 1 213 246 B1 verwiesen.
Die Spulmaschine dient insbesondere der Herstellung von Kreuzspulen, für die der ankommende Faden durch einen Changierfadenführer entlang der Längsachse der Spule changiert. Bei dem aufzuspulenden Faden 2 handelt es sich insbesondere um ein Kohlenstofffasermaterial, beispielsweise ein Kohlenstofffaserbändchen. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ändert sich der Winkel des Changierfadenführers während der Spulreise gegenüber dem einlaufenden Faden nicht.
Die Anpresskraft der Anpresswalze 19 an den Fadenwinkel 4 ergibt sich aus der vektoriellen Summe der Gewichtskraft des Fadenleitwerks 12 sowie etwaiger Zusatzbauteile und der Kraftkomponente F_FHG des Aktuators 20 in Richtung des Freiheitsgrads 14. Für den Fall, dass der Freiheitsgrad 14 nicht vertikal orientiert ist, ergibt sich eine entsprechende Minderung der Anpresskraft über den cos des Winkels des Freiheitsgrads 14 gegenüber der Vertikalen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Spulmaschine
2: Faden
3: Spule
4: Fadenwickel
5: Revolverkopf
6: Spindel
7: Spindel
8: Antriebseinheit
9: Antriebseinheit
10: Hülse
11: Hülse
12: Fadenleitwerk
13: Führung
14: Freiheitsgrad
15: Changiereinrichtung
16: Winkelbereich
17: obere Fadenführerrolle
18: untere Fadenführerrolle
19: Anpresswalze
20: Aktuator
21: Druckmittelleitung
22: Pendelstütze
23: Endbereich
24: Strebe
25: Bohrung
26: Druckmitteleinheit
27: Druckmedium
28: Regelventil
29: Umschalteinrichtung
30: Steuer- oder Regeleinheit
31: Steuerleitung
32: Mantelfläche
33: Anlenkpunkt
34: Anlenkpunkt
35: Umgehungsleitung
36: Achse
37: Endbereich

Claims

Spulmaschine (1) zum Aufwickeln eines Wickelguts oder Fadens (2) zu einem Fadenwickel (4) mit
a) mindestens einer Spindel (6),

b) einem Fadenleitwerk (12) mit einer Anpresswalze (19),
ba) deren Abstand von der Spindel (6) entlang eines Freiheitsgrads (14) veränderbar ist und

bb) die auf eine Mantelfläche (32) des Fadenwickels (4) pressbar ist,

c) wobei der Fadenwickel (4) rotatorisch antreibbar ist und dem Fadenwickel (4) im Bereich des Kontakts der Anpresswalze (19) mit dem Fadenwickel (4) der Faden (2) zuführbar ist,

d) mindestens einem Aktuator (20), dessen Kraft die Anpresskraft der Anpresswalze (19) an den Fadenwickel (4) zumindest beeinflusst,
wobei

e) der Aktuator (20) eine konstante Kraft (F_N) erzeugt und

f) lediglich eine Kraftkomponente (F_FHG) der Kraft (F_N) des Aktuators (20) in Richtung des Freiheitsgrads (14) auf das Fadenleitwerk (12) wirkt und das Verhältnis der in Richtung des Freiheitsgrads (14) wirkenden Kraftkomponente (F_FHG) zu der Kraft (F_N) des Aktuators (20) von dem Abstand zwischen Spindel (6) und Anpresswalze (19) abhängig ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Freiheitsgrad (14) ein linearer Freiheitsgrad ist und der Aktuator (20) die Normalkraft (F_N) in einer Pendelstütze (22) beeinflusst, wobei die Pendelstütze (22) unter einem Winkel α gegenüber dem Freiheitsgrad (14) geneigt ist, der Winkel α von dem Abstand der Spindel (6) und der Anpresswalze (19) abhängig ist, ein Endbereich (23) der Pendelstütze (22) gehäusefest angelenkt ist und der andere Endbereich (37) der Pendelstütze unmittelbar oder mittelbar an dem Fadenleitwerk (12) angelenkt ist.
Spulmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (20) ein druckmittelbetätigter Stellzylinder ist.
Spulmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage mindestens eines Anlenkpunkts (33; 34) der Pendelstütze (22) veränderbar ist.
Spulmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (20) als pneumatischer Stellzylinder ausgebildet ist.
Spulmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (20) mit einer Steuer- oder Regeleinheit (30) verbunden ist, über die eine Steuerung oder Regelung des Aktuators (20) auf eine konstante Kraft erfolgt.
Spulmaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Stellzylinder über ein Regelventil (28) druckbeaufschlagt ist, welches eine Beaufschlagung des Stellzylinders mit einem konstanten Druck gewährleistet.