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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abwickeln einer Fadenschar von einem Kettbaum, bei dem man den Kettbaum dreht.
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Zur Erzeugung von textilen Flächenmaterialien ist es in vielen Fällen erforderlich, eine Fadenschar zuzuführen, die von einem Kettbaum abgewickelt wird. Ein Beispiel hierfür ist das Weben, bei dem man in die Kettfadenschar Schussfäden einträgt, um ein Gewebe zu erzeugen. Ein anderes Beispiel ist das Kettenwirken, bei dem die Fäden der Fadenschar durch einen Wirkbereich geführt werden, in dem eine Maschenbildung erfolgt, um eine Wirkware zu bilden.
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In den meisten Fällen ist für die Erzeugung einer qualitativ hochwertigen textilen Warenbahn eine gleichmäßige Zufuhr der Fadenschar erforderlich. Wenn die Fadenschar zu langsam oder zu schnell zugeführt wird, können sich Spannungsunterschiede in der Warenbahn ergeben, die sich negativ auf die Qualität auswirken.
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Aus diesem Grunde ist es in der Regel auch nicht möglich, die Fadenschar einfach vom Kettbaum abzuziehen und den Kettbaum dadurch zu drehen. Hierdurch können sich ungünstige Spannungsverhältnisse ergeben. Dementsprechend wird der Kettbaum rotatorisch angetrieben.
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Der Durchmesser des Kettbaums nimmt ab, wenn die Fadenschar abgewickelt wird. Zur Steuerung der Geschwindigkeit, mit der der Kettbaum gedreht wird, verwendet man daher vielfach eine Tastrolle, die auf dem Umfang des Kettbaums beim Abwickeln aufliegt und fortlaufend eine Information über den aktuellen Radius oder Durchmesser und damit über den aktuellen Umfang des Kettbaums liefert. Mit Hilfe dieser Information kann die Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit des Kettbaums dann gesteuert werden. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich dann, wenn andere Messeinrichtungen verwendet werden, beispielsweise eine Messvorrichtung, die mit einem Laser arbeitet.
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Die Verwendung einer Tastrolle ist zwar eine relativ einfache Möglichkeit, den Radius zu ermitteln, sie neigt jedoch gelegentlich zum Springen, d.h. sie kann kurzzeitig vom Umfang des gerade abgewickelten Kettbaumes abheben oder durch den Auflagedruck in den Baum eintauchen und somit einen falschen Durchmesserwert liefern. Die Verwendung einer Laser-Messvorrichtung ist relativ aufwändig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abwickeln mit geringem apparativem Aufwand zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass man eine Drehgeschwindigkeit des Kettbaumes mit Hilfe einer Drehgeschwindigkeitsfunktion in Abhängigkeit von der Anzahl der durchgeführten Umdrehungen, eines Außendurchmessers des vollen Kettbaumes und eines Außendurchmessers eines Wickelkerns des Kettbaumes fortlaufend errechnet und den Kettbaum mit dieser berechneten Drehgeschwindigkeit dreht.
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Bei dieser Vorgehensweise benötigt man im Grunde keine Messgeräte mehr, die den aktuellen Durchmesser oder den aktuellen Radius und damit den Umfang des Kettbaumes ermitteln. Man benötigt nur noch einen Zähler, der die durchgeführten Umdrehungen des Kettbaumes ermittelt. Der Außendurchmesser des vollen Kettbaumes, also eines neuen Kettbaumes, der gewickelt werden soll, lässt sich mit einer relativ einfachen Messung ermitteln, die vor dem Abwickeln durchgeführt werden kann. Der Außendurchmesser des Wickelkernes ist in der Regel bekannt. Dieser Außendurchmesser des Wickelkernes bildet den Innendurchmesser des Wickels der Fadenschar, die auf dem Kettbaum aufgewickelt ist. Aus diesen Daten kann man dann eine Drehgeschwindigkeitsfunktion errechnen, bei der die Fadenschar mit einer konstanten Geschwindigkeit abgegeben wird. Die Drehgeschwindigkeitsfunktion hat also einen Verlauf, bei dem die Drehgeschwindigkeit von Beginn des Abwickelns bis zum Ende hin steigt. Dadurch trägt man der Tatsache Rechnung, dass sich der Radius des Wickels mit zunehmendem Abwickeln vermindert. Die fortlaufende Berechnung muss nicht kontinuierlich erfolgen. Sie kann auch jeweils in bestimmten Abständen durchgeführt werden, beispielsweise nach jeder Umdrehung. Mit der Erfindung wird also der Umfangs- oder Durchmesserverlauf des Kettbaumes während des Abwickelns ermittelt. Diese Information ist zur Bereitstellung eines geeigneten Sollwerts zur Kettbaumsteuerung oder sogar -regelung notwendig. Dieser Sollwert ist ein Lagesollwert. Die Drehzahl des Kettbaums stellt sich also aufgrund eines sich fortlaufend veränderten Lagesollwerts ein.
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Vorzugsweise bildet man die Drehgeschwindigkeitsfunktion aus einer linearen Funktion und einer Korrekturfunktion, die ein Kompressionsverhalten der Fadenschar berücksichtigt. Im Idealfall steigt die Drehgeschwindigkeit linear mit der Anzahl der durchgeführten Umdrehungen des Kettbaumes. Dies ist die lineare Funktion. Allerdings kann man in vielen Fällen beobachten, dass sich bei einer derartigen linearen Funktion der Drehgeschwindigkeit eine nichtkonstante Geschwindigkeit der Fadenschar ergibt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich der Radius des Kettbaumes nicht linear mit der Anzahl der abgewickelten Lagen ändert, also nicht linear mit der Anzahl der durchgeführten Umdrehungen. Man führt dies darauf zurück, dass die Fadenschar durch die beim Aufwickeln erzeugten Spannungen komprimiert wird, so dass der tatsächliche Radius des Kettbaums beim Abwickeln zum größten Teil kleiner ist als der Radius, der einer linearen Funktion folgt. Durch die Verwendung einer Korrekturfunktion lässt sich dieses Kompressionsverhalten auf einfache Weise berücksichtigen.
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Hierbei ist bevorzugt, dass man als Korrekturfunktion eine quadratische Funktion verwendet. Ein quadratische Funktion berücksichtigt, dass der Außendurchmesser des Kettbaums zu Beginn und am Ende des Abwickelvorganges bekannt und festgelegt ist. Hier weist die Korrekturfunktion dann einen Wert gleich Null auf. Zwischen diesen beiden Endwerten kann man hingegen einen quadratischen Verlauf der Korrekturfunktion annehmen. Die Gründe dafür sind noch nicht vollständig geklärt. Man nimmt aber an, dass in einem äußeren Bereich des Kettbaumes eine geringere Kompression erfolgt, weil hier weniger Wickellagen aufeinander liegen. Die Kompression der Fadenschar in einer Wickellage wird unter anderem von der Anzahl der radial nach außen darüber gelegten Wickellagen bestimmt. In einem inneren Bereich des Wickels geht man davon aus, dass hier zwar eine Kompression stattgefunden hat. Die Kompression kann jedoch nur noch in einem beschränktem Maße zunehmen, weil die Fadenschar einer radial innen liegenden Wickellage möglicherweise bereits so weit komprimiert ist, dass eine weitere Kompression nur mit weitaus höheren Kräften möglich wäre. Durch die Verwendung einer quadratischen Korrekturfunktion wird dieses Verhalten relativ gut approximiert.
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Vorzugsweise verwendet man zur Bildung der Korrekturfunktion mindestens einen Parameter, der beim Aufwickeln der Fadenschar auf den Kettbaum ermittelt wurde. Dieser Parameter oder diese Parameter ergeben sich dann in Abhängigkeit von dem jeweils erzeugten Kettbaum, so dass jeder Kettbaum individuell mit seinen eigenen Daten abgewickelt werden kann.
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Vorzugsweise verwendet man zur Bildung der Korrekturfunktion mindestens einen Parameter, der sich aus einem Abweichen des Durchmesserzuwachses des Kettbaumes beim Aufwickeln von einer linearen Funktion ergibt. Auch beim Aufwickeln kann man beobachten, dass der Durchmesserzuwachs nicht einer linearen Funktion folgt, sondern davon abweicht. Diese Abweichung beim Aufwickeln spiegelt sich dann in ähnlichen Verhältnissen beim Abwickeln wider. Wenn man den Durchmesserzuwachsverlauf oder einzelne Parameter davon beim Aufwickeln kennt, dann kann man relativ zuverlässig Rückschlüsse auf den Durchmesserabnahmeverlauf beim Abwickeln ziehen.
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Vorzugsweise verwendet man zum Bilden der Korrekturfunktion eine Hilfsfunktion, die eine Folge von beim Aufwickeln der Fadenschar auf den Kettbaum gewonnenen Durchmesserwerten approximiert. Eine derartige Approximation kann beispielsweise durch die Verwendung des Verfahrens der kleinsten Fehlerquadrate erfolgen. So kann man beispielsweise als Hilfsfunktion ebenfalls eine quadratische Funktion verwenden, die die Folge von Durchmesserwerten approximiert, die sich beim Aufwickeln ergeben haben.
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Bevorzugterweise verwendet man einen Kettbaum, der mit einem Aufzeichnungsträger versehen ist, von dem der mindestens eine zur Bildung der Korrekturfunktion verwendete Parameter ablesbar ist. Der Aufzeichnungsträger kann im einfachsten Fall aus einer beschreibbaren Unterlage bestehen, auf die der Parameter oder die Parameter aufgeschrieben worden sind. Der Aufzeichnungsträger kann auch ein Datenträger sein, der den oder die Parameter enthält. Das Erzeugen des Kettbaumes und das Abwickeln des Kettbaumes können dann problemlos an unterschiedlichen Orten und von unterschiedlichen Personen durchgeführt werden. Die notwendigen Informationen stehen beim Abwickeln dennoch zur Verfügung.
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Bevorzugterweise berücksichtigt man zur Bildung der Korrekturfunktion eine Zeitdauer, die zwischen dem Aufwickeln der Fadenschar auf den Kettbaum und dem Abwickeln der Fadenschar vom Kettbaum verstrichen ist. Dabei berücksichtig man, dass sich die Kompression der Fadenschar nach dem Aufwickeln noch für eine gewisse Zeitdauer fortsetzt. Das Erzeugungsdatum des Kettbaums ist in vielen Fällen auf oder an dem Kettbaum vermerkt. Der Verwender kann dann beim Abwickeln einfach dieses Datum und das aktuelle Datum, an dem abgewickelt wird, miteinander in Beziehung setzen, um die Zeitdauer zu ermitteln.
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Vorzugsweise berücksichtigt man zur Bildung der Korrekturfunktion das Material der Kettfadenschar. Damit trägt man der Tatsache Rechnung, dass unterschiedliche Materialien unterschiedliche Kompressionsverhalten haben. Bei dem Kompressionsverhalten von unterschiedlichen Materialien kann man auf Erfahrungswerte zurückgreifen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung zur Erläuterung von bestimmten Begriffen und
- Fig. 2
- eine Darstellung zur Erläuterung einer Kor- rekturfunktion.
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Fig. 1 zeigt einen schematisch dargestellten Kettbaum 1 mit einem Wickelkern 2, der einen Innendurchmesser Di eines Wickels 3 definiert. Der Wickel 3 hat einen Außendurchmesser Da. Aus den jeweiligen Durchmessern Di, Da kann man den Umfang berechnen. Mit dem aktuellen Durchmesser steht auch immer der aktuelle Umfang zur Verfügung.
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Der Kettbaum 1 wird dadurch erzeugt, dass eine Fadenschar mit einer Vielzahl von Windungen auf den Wickelkern aufgewickelt wird. Der Kettbaum 1 kann beim Aufwickeln durchaus mehrere Tausend Male gedreht werden, so dass sich eine entsprechend große Anzahl von Windungen oder Wickellagen der Fadenschar auf dem Wickelkern 2 ergibt.
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In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser Di des Wickelkerns 2 beispielsweise 360 mm und der Durchmesser Da des fertigen Wickels 3 860 mm. Insgesamt sind dabei etwa 18000 Windungen der Fadenschar auf den Wickelkern 2 aufgewickelt worden.
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Bereits beim Aufwickeln der Fadenschar auf den Kettbaum 1 kann man beobachten, dass der Umfang des Kettbaums nicht linear zunimmt. Zu erwarten wäre an und für sich, dass der Durchmesser des Kettbaums bei jeder Umdrehung um die zweifache Dicke der Fadenschar zunimmt und der Umfang entsprechend. Allerdings ist die Abweichung des Umfangs von einer linearen Funktion relativ gering. Aus diesem Grunde sind in Fig. 2 mehrere Verläufe aufgetragen, die lediglich eine Abweichung von Werten von der linearen Funktion darstellen.
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In Fig. 2 sind von links nach rechts die Anzahl der Umdrehungen, mit anderen Worten die Anzahl der Windungen n aufgetragen. Beim Aufwickeln bewegt man sich daher von links nach rechts und beim Abwickeln von rechts nach links. In vertikaler Richtung sind Abweichungen aufgetragen, die sich zwischen einem linearen Verlauf des Umfangs des Kettbaums, also dem "idealen" Verlauf, und dem tatsächlichen Verlauf des Umfangs des Kettbaums über die Anzahl der Windungen n ergeben.
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Fig. 2 zeigt dementsprechend mit einer gestrichelt dargestellten Funktion 4 Messwerte, die beim Aufwickeln der Fadenschar auf den Kettbaum aufgenommen werden. Die Abweichungen ergeben sich dabei zu einer linearen Funktion, die dadurch gebildet wird, dass man eine Differenz zwischen dem Außendurchmesser Da und dem Innendurchmesser Di des Wickels 3 bildet und diese Differenz auf die Anzahl der Umdrehungen n verteilt. Diese Funktion liegt auf der Nulllinie.
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Bei der Funktion 4 kann man zu Beginn des Wickelvorganges einen Messfehler beobachten. Richtig wäre, dass die Funktion 4 beim Wert n = 0 ebenfalls eine Abweichung von 0 mm hat.
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Eine Hilfsfunktion 5, die als quadratische Funktion ausgebildet ist, wird so gewählt, dass sie den Verlauf der Funktion 4 möglichst gut approximiert. Hierzu kann man beispielsweise das Verfahren der kleinsten Fehlerquadrate verwenden.
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In der oberen Hälfte der Fig. 2 sind also die Verhältnisse aufgezeichnet, die sich beim Aufwickeln der Fadenschar auf den Kettbaum ergeben.
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In der unteren Hälfte der Fig. 2 sind die Verhältnisse aufgezeichnet, die sich beim Abwickeln der Fadenschar vom Kettbaum ergeben.
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Eine lineare Funktion 6 wird dadurch gebildet, dass man vom fertigen Kettbaum den Außendurchmesser Da ermittelt. Der Innendurchmesser Di ist bekannt, weil dieser Durchmesser Di dem Außendurchmesser des Wickelkerns 2 entspricht. Man kann beobachten, dass der Außendurchmesser Da des abzuwickelnden Kettbaums kleiner ist als der Außendurchmesser eines frisch gewickelten Kettbaums, dessen Daten in der oberen Hälfte der Fig. 2 dargestellt sind. Man führt dies darauf zurück, dass die Fadenschar, die auf den Kettbaum 1 aufgewickelt worden ist, aufgrund der beim Aufwickeln erzeugten Spannungen etwas komprimiert wird. Mit dem jeweiligen Durchmesser steht auch der Umfang zur Verfügung, so dass hier mit der linearen Funktion 6 der "ideale" Verlauf der Umfangsabnahme aufgezeichnet ist.
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Die lineare Funktion 6 wird also dadurch gebildet, dass man den Umfang des voll bewickelten Kettbaumes ermittelt, der in diesem Fall um mehr als 10 mm kleiner ist als der Umfang des Kettbaumes nach dem Herstellen, und den Umfang des Wickelkernes 2 aus seinem Durchmesser Di ermittelt, die Differenz aus den beiden Umfängen durch die Anzahl der Windungen n dividiert und die Anzahl der Windungen n als Proportionalitätsfaktor verwendet.
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Eine Korrekturfunktion 7, die als quadratische Funktion ausgebildet ist, ist ebenfalls über die Anzahl der Windungen n aufgetragen. Die Korrekturfunktion stimmt am Anfang und am Ende des Abwickelvorganges mit der linearen Funktion 6 überein. Dies ist auch erklärbar, weil der Enddurchmesser dem Außendurchmesser Di des Wickelkerns 2 entspricht und der Anfangsdurchmesser durch eine einfache Messung festgestellt werden kann. Aus den jeweiligen Durchmessern lässt sich durch Multiplikation mit dem Faktor π der Umfang errechnen.
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Zwischen diesen beiden Extremwerten ist der Umfang des Kettbaums 1 kleiner als es dem Verlauf der linearen Funktion 6 entspricht. Die Korrekturfunktion 7 hat aber eine relativ gute Übereinstimmung mit einer Folge 8 von Messwerten, die man bei dem Kettbaum 1 zu Kontrollzwecken ermittelt hat. Es sei angemerkt, dass diese Messwerte bei dem Abwickeln eines normalen Kettbaums 1 nicht mehr erforderlich sind.
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Aus der linearen Funktion 6 und der Korrekturfunktion 7 kann man nun eine Funktion bilden, mit der man fortlaufend den Umfang des Kettbaumes errechnen kann. Aus dem aktuellen Umfang ergibt sich dann eine Drehgeschwindigkeit, mit der der Kettbaum 1 drehbar angetrieben wird, um eine konstante Geschwindigkeit der abgewickelten Fadenschar zu gewährleisten. Messungen des Umfangs oder einer damit korrelierenden Größe, wie Radius oder Durchmesser, sind dann nicht mehr erforderlich.
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In Fig. 2 ist zu erkennen, dass die Abweichungen zwischen der Funktion 5 und der linearen Funktion beim Aufwickeln, die durch die Nulllinie gebildet wird, größer ist als die Abweichung zwischen der linearen Funktion 6 und der Korrekturfunktion 7. Man führt dies auf eine mit der Zeit sich verändernde, beispielsweise abnehmende Kompression der einzelnen Wickellagen der Fadenschar zurück. Es existiert aber ein Proportionalitätsfaktor zwischen den beiden Funktionen 5 und 7, den man zur Bildung der Korrekturfunktion 7 verwenden kann. Im vorliegenden Fall liegt der Proportionalitätsfaktor bei etwa 0,6.
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Beim Aufwickeln der Fadenschar auf den Kettbaum 1 kann man fortlaufend den Durchmesser und damit den Umfang ermitteln und diesen Verlauf, wie durch die Funktion 4 dargestellt, aufzeichnen. Parameter der sich daraus ergebenden Hilfsfunktion 5 können auf einem Aufzeichnungsträger dem fertigen Kettbaum mitgegeben werden, so dass der Benutzer beim Abwickeln jederzeit in der Lage ist, eine Korrekturfunktion 7 mit Hilfe von Werten zu bilden, die beim Aufwickeln ermittelt worden sind.
