EP3649069A1 - Spulvorrichtung mit stützwalze und anpresskraft-regeleinrichtung sowie fadenverarbeitungsmaschine - Google Patents

Spulvorrichtung mit stützwalze und anpresskraft-regeleinrichtung sowie fadenverarbeitungsmaschine

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EP3649069A1
EP3649069A1 EP18734193.8A EP18734193A EP3649069A1 EP 3649069 A1 EP3649069 A1 EP 3649069A1 EP 18734193 A EP18734193 A EP 18734193A EP 3649069 A1 EP3649069 A1 EP 3649069A1
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EP
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winding
spindle
winding device
thread
load cell
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Marcel Christe
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SSM Schaerer Schweiter Mettler AG
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SSM Schaerer Schweiter Mettler AG
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    • B65H63/084—Warning or safety devices, e.g. automatic fault detectors, stop-motions ; Quality control of the package responsive to delivery of a measured length of material, completion of winding of a package, or filling of a receptacle responsive to a predetermined weight of the package

Definitions

  • the invention relates to a winding device with a backing roll and Anpresskraft- Regei grounds and a yarn processing machine.
  • threads for their further processing, in particular for Dyeing processes, wound on so-called bobbins to a bobbin, which is also referred to as a filament winding.
  • bobbin which is also referred to as a filament winding.
  • winding devices are used with a spindle for rotatably supporting the bobbin tube. The spindle can be driven in rotation by means of a spindle drive.
  • On the peripheral surface of the thread winding is located on the winding of the yarn usually on a support roller.
  • the spindle drive can be designed according to a known type in the form of a Reibwalzenantriebs, in which the motor-driven support roller serves as a friction roller and drives the spindle.
  • the support roller can be configured as required in the form of a grooved drum.
  • the support roller is in contact with the bobbin tube or the bobbin to be produced thereon and is taken along by the rotationally driven spindle.
  • the thread of the bobbin tube is fed to the bobbin tube or the thread winding in the region of the contact of the support roller and the thread winding, whereby unwanted shear forces on the thread and an insufficient thread tension can be avoided during the winding process.
  • the spindle is mounted according to a type on the machine frame via a creel with at least one pivotally mounted pivot arm relative to the support roller movable.
  • the filament winding produced on the bobbin tube especially for dyeing processes, must have a high ashamed of uniformity, thereby enabling a uniform coloring of the entire filament winding.
  • the uniformity of the thread winding depends to a decisive extent on a uniform thread tension, the laying geometry (winding angle) of the thread on the bobbin tube and a uniform contact pressure between the filament winding and the support roller.
  • the contact pressure is regulated by means of an electric geared motor, this usually takes place on the basis of the metrologically detected motor current.
  • friction in the gearbox and temperature changes in the engine often lead to errors.
  • gears with spur gears or timing belt usually too much play on or are too elastic, so that they are rather unsuitable for a precise control of the contact pressure.
  • the invention has for its object to provide a winding device and a yarn processing machine with a winding device for winding a thread on a bobbin in which a winding process adapted contact force between the support roller and a coil formed on the bobbin thread winding is made possible in a cost effective and precise manner.
  • the winding machine relating to the object is achieved by a winding device having the features specified in claim 1.
  • the thread processing machine according to the invention has the features specified in claim 13. Preferred developments of the invention are subject of the dependent claims.
  • the spindle for holding and rotatably driving the bobbin tube to be wound with the thread is pivotable relative to the support roller by means of at least one pivotably mounted pivoting arm.
  • the winding device has a contact pressure control device.
  • the contact force control device comprises an actuator for actuating (pivoting) the pivot arm.
  • To control the actuator is a Control device.
  • the pivoting arm and the spindle arranged thereon can be pivoted controlled in other words by means of the actuator relative to the support roller.
  • the contact pressure control device according to the invention has a bending beam load cell assigned to the swivel arm.
  • the bending beam load cell is used to determine a respective actual value of the contact force, by means of which the winding body and the support roller are pressed together in the winding operation, wherein the contact force by means of the control device based on the actual value of the contact pressure by a corresponding driving of the actuator can be controlled to a predetermined setpoint.
  • Bending beam load cells have a metallic spring body, which is elastically deformed under load. The positive or negative strain is converted into an electrical signal by a strain gauge bonded to the spring body. The signal is fundamentally dependent on the bending moment. Of course, if the load application point in the longitudinal direction of the bending beam changes with the same load, different signals are produced. It is understood that the load application point on the load cell must therefore be kept constant.
  • Bending beam load cells are available inexpensively preassembled on the market for the measuring ranges relevant to coil devices. Their installation is very simple and can be done easily exposed and easily accessible Smaschine on the pivot arm of the creel. For example, the load cell can be screwed tightly to the swivel arm by means of appropriate screws.
  • the bending beam weighing line is fastened to an upper-side mounting surface, ie to a side of the pivot arm which points upwards in operation in the vertical direction.
  • an upper-side mounting surface ie to a side of the pivot arm which points upwards in operation in the vertical direction.
  • the load cell Only the resulting forces, which are directed orthogonally to the mounting surfaces (and the functional measuring plane of the load cell arranged in parallel therewith), are detected by the load cell.
  • Undesired shearing and torsional forces such as those that can be applied to the swivel arm during spool operation, are therefore not taken into account by measurement.
  • the aforementioned load cells are available on the market at a sufficiently high sampling rate (sampling rate).
  • the inventive arrangement of the bending beam load cell on the swivel arm offers further advantages.
  • the pivoting arm due to the occasionally large mass of the filament winding, the pivoting arm must already have a large load-bearing capacity and accordingly be solid and stable. Unwanted oscillations of the swivel arm, which could lead to disturbances in the control of the contact pressure, can thus be quite effectively counteracted without an additional increased cost of materials, thus without additional costs.
  • the bending beam load cell is integrated according to a particularly preferred embodiment of the invention in the swing arm.
  • the load cell can be protected particularly reliably against undesired damage.
  • the bending beam load cell is preferably at no point in a radial direction to the longitudinal extent of the pivot arm on the outer contour of the (remaining) swing arm out. As a result, a risk of injury on the part of an operator of the winding device can be minimized. In addition, a uniform visual appearance of the swing arm can be achieved in this way.
  • the bending beam load cell is designed according to a particularly preferred embodiment of the invention as a multi-beam load cell.
  • Multiple bending beam Load cells are characterized by the arrangement of mostly two (double bending beams) or three (triple beam) bending beams.
  • the bending beams are in this design at the clamping and on the Load introduction side each coupled by rigid components. Due to this rigid mechanical coupling of the bending beam, the load cells are much less sensitive to shifts in the load application point than a simple bending beam. Due to the S-shaped deformation of the multiple bending beam load cells occur on the surfaces of positive and negative expansion zones close together, whereby the attachment and interconnection of the strain gauges used is further simplified. This offers a further improved measuring reliability and allows a lower-noise operation of the winding device.
  • the spindle can be arranged according to the invention via two pivot arms relative to the support roller on the machine frame pivotable.
  • a particularly precise alignment and relative movement of the spindle and the spindle held thereon can be ensured for the support roller.
  • the quality of the yarn winding produced can be reproducibly improved even further.
  • the swivel arms only have to absorb the contact force halfway. Accordingly, the pivot arms can each be realized with a lower material use or meet heavy duty requirements.
  • only one of the two or each of the two pivoting arms can each be provided with (at least) one bending beam load cell, in particular a multiple bending beam load cell explained above.
  • the load cells in each case take on the contact force in half or the force vector of half the contact force oriented orthogonally to its measuring plane (mounting plane).
  • the actuator is preferably an electric motor according to the invention.
  • Electric motors are inexpensive on the market and available in a suitable configuration.
  • the electric motor can be advantageously designed as a stepper motor.
  • the actuator with the pivot arm or with the pivot arms of the spindle via a Planetary gearbox coupled.
  • the actuator can be coupled without play or substantially free of play with the swivel arm or the swivel arms.
  • the contact pressure of the support roller at the filament winding can thereby be adjusted and readjusted during the winding process Lauteriezis.
  • Even large torques can be transmitted by means of the Plan Spiral easily.
  • Planetary gear units are particularly compact with a simple structural design and have the essential for winding devices high reliability and long life. Due to their compact design, they can also be easily retrofitted to existing winding devices. So that the Planspiraigetriebe has a certain degree of elasticity, at least one of the gear parts of the Planspiralgetriebes made of a viscoelastic material, in particular a plastic consist.
  • a drive motor or spindle drive for the rotating drive of the bobbin tube is mounted in the structurally simplest case on a pivot arm of the spindle and pivotally mounted together with this about the pivot axis of the coil frame.
  • the mass of the coil frame can be increased in such a way that undesired vibrations of the coil sleeve to be wound with the thread are counteracted during the winding process.
  • the motor can be used as a balancing mass for the spindle and the bobbin carrying the filament winding. The contact force can be easily controlled.
  • the creel can be provided with an additional biasing element, in particular in the form of a spring element.
  • the spring element may in particular be designed as a tension or compression spring. Derlei spring elements are available inexpensively with a suitable parameterization on the market.
  • the biasing element By means of the biasing element, a play-free gear coupling of the actuator and the pivot arm can be achieved, which allows a high-precision control of the contact force between the support roller and the bobbin / the filament winding.
  • the creel may also be provided with a damping element to counteract unwanted mechanical vibrations.
  • the damping element may comprise, for example, a piston-cylinder unit or an elastomer component.
  • the control device is set up, in particular programmed, to determine the package weight during the winding process and to control the contact force of the back-up roll against the thread package on the basis of the respective package weight.
  • the control device can be designed, in particular programmed, to calculate the respective coil weight on the basis of measured data for a winding length of the wound on the bobbin thread and its fineness. It is understood that this information on the fineness of réellespulenden thread must be stored in the controller.
  • the winding device is preferably provided with a corresponding measuring sensor.
  • the control device can be set up, in particular programmed, to detect unwanted mechanical vibrations of the spindle by means of measurement data of the above-described bending beam load cell (s) and to counteract such mechanical vibrations by control technology, for example by reducing a respective rotational speed of the spindle.
  • the winding device additionally has a controllable, ie variably adjustable in its damping properties, damping element for the spindle or the / the spindle carrying the pivot arms, so the damping element can alternatively or additionally be controlled by the control device to counteract the mechanical vibrations.
  • the yarn processing machine has at least one winding device explained above and one of the winding device associated traversing unit, by means of which the réellespulende on the bobbin thread in the direction of the spindle axis relative to the coil holder back and forth is movable.
  • the traversing unit can be designed, for example, as an impeller traversing unit or else as a traction-based traversing unit with a thread guide which can be moved back and forth via a traction means.
  • the traversing unit may also comprise a grooved drum, which is preferably formed by the support roller.
  • each winding station having a winding device with a pivotally mounted spindle which can be pressed by means of a contact pressure with a predetermined contact force to a support roller in a fragmentary perspective view;
  • FIG. 2 shows the winding device according to FIG. 1 in an exposed side view
  • Fig. 3 is a winding apparatus in which a drive motor for the spindle is mounted on a pivot arm which carries the spindle, in a perspective view;
  • FIGS. 4 a in the winding devices according to FIGS. 1 to 3 inserted Planiralgetriebe in a side view ( Figure 4A) and in a perspective view ( Figure 4B).
  • 5 shows a winding device with damping element for a yarn processing machine according to FIG. 1 in a perspective view;
  • Fig. 6 shows an alternative embodiment of a winding device for a yarn processing machine according to FIG. 1, in a side view.
  • Fig. 1 shows a thread processing machine 10 in a fragmentary perspective view.
  • the thread processing machine 10 has a machine frame 12, on which a plurality of winding units 14 are arranged side by side.
  • the bobbin 22 tapered thread 20 is fed via a stationary on the machine frame 12 Fadenleitmaschine 26 a traversing unit 28 and by this in the direction of the longitudinal axis 30 of the bobbin tube 22 relative to the bobbin tube 22 over a fixed predetermined or variablel predeterminable angle range back and forth.
  • the traversing unit 28 has here, by way of example, a traction-guided yarn guide 32. According to an embodiment not shown in detail in the drawing, the traversing unit 28 may also be designed as an impeller traversing unit 28 or comprise a so-called finger or pendulum thread guide.
  • the to be wound with the thread 20 bobbin tube 22 is detachably mounted on a motor-driven spindle 34 and rotatable about its longitudinal axis 30 in the direction of rotation 36.
  • the longitudinal axis 30 of the bobbin tube 22 coincides with the spindle longitudinal axis 38 of the spindle.
  • a support roller 40 is rotatably mounted (in the vertical direction) below the spindle 34, the axis of rotation 42 is arranged parallel to the spindle longitudinal axis 38 of the spindle 34 and thus the longitudinal axis 30 bobbin 22 extending.
  • the support roller 40 is located on the the bobbin tube 22 produced thread winding 24 directly.
  • the thread 20 is guided over a partial circumferential angle to the support roller 40 and in the contact region of the support roller 40 and the yarn package 24 to the lateral surface of the yarn winding 24 can be applied.
  • the spindle 34 is attached to the machine frame 12 via a creel 44.
  • the coil frame 44 here comprises two pendulum or pivot arms 46, of which only one is shown in FIG. 1 for reasons of illustration.
  • the pivot arms 46 are pivotable relative to the support roller 40 in the direction of the arrow 52 via a shaft (not shown) mounted on bearing parts 48 about a pivot axis designated by 50.
  • the thread winding 24 and the support roller 40 are pressed against each other by a contact force, which is variable by a pivoting movement of the spindle 34 relative to the support roller 40.
  • the winding device 16 comprises for this purpose a contact pressure control device 54, which comprises an actuator 56 for actuating the pivot arms 46.
  • the actuator 56 is formed here by an electric motor.
  • the control device 58 includes for determining the actual value of the contact force of the thread winding 24 on the support roller 40, a bending beam load cell 60, which is here in the form of a double-bending load cell 60, executed.
  • the spindle 34 is fixed at one end via the double bending beam load cell 60 to one of the pivot arms 46 of the coil frame 44.
  • the control device 58 can be set up, in particular programmed, during the spooling process to detect unwanted mechanical oscillations of the spindle 34 on the basis of measured data of the bending beam load cell 60 and to counteract such vibrations by control technology, for example by reducing a rotational speed of the spindle 34.
  • FIG. 2 shows the winding device 16 of the thread processing machine 10 according to FIG. 1 in a partially cut-out side view.
  • the double bending beam load cell 60 is attached at one end to a pivot arm 46 of the coil frame 44 and the other end to the rotatably driven spindle 34, here for example screwed.
  • the support roller abuts the winding body along a support area A.
  • the contact force F A of the winding body 24 against the support roller 40 is here due to the double storage of the lockers! 34 each half introduced into the two pivot arms 46 of the coil frame 44.
  • the contact force F A is aligned in the direction of an axis designated 61 orthogonal to the spindle longitudinal axis 38 and the axis of rotation 42 of the pressure roller 40.
  • the half-pressing force F A is shown with their two mutually orthogonal force vectors F A i, F A2 .
  • the double bending beam load cell 60 can only receive a force directed orthogonally to its assembly or measuring plane, in this case the force vector F A i of the half-pressing force F A.
  • the control device 58 is programmed to display the actual actual value of the (total) contact force F A on the basis of the respective pivot position of the spindle 34 about its pivot axis 50 relative to the support roller 40 and the measured values obtained by the double bending beam load cell 60 orthogonal to the measuring or mounting plane of the bending beam load cell 60 directed force vector FAI the contact force F A , to determine.
  • the bending beam load cell must have a sufficiently large sampling rate.
  • a position sensor 62 can be used for detecting the respective pivot position of the spindle 34.
  • the control device 58 actuates the electric motor 56 on the basis of the measured values obtained from the bending beam load cell in such a way that the contact force F A of the thread winding 24 against the back-up roller 40 is regulated to a respectively predetermined desired value of the contact force F A.
  • This desired value is stored in the control device 58, in particular stored in a memory means (not shown) of the control device 58, and can be variably adapted to different winding processes, if required.
  • the control device 58 is set up to take into account the respective weight of the bobbin tube 22 wound with the thread, ie the respective bobbin weight, in determining the actual value of the contact force F A.
  • the coil weight can be determined in a simple manner by the control device itself on the basis of the fineness of the respective thread and the thread length respectively wound on the bobbin tube.
  • Information on the fineness of the réellespulenden thread are preferably stored in the control device 58 (stored).
  • the respective thread length of the thread 20 already wound on the bobbin tube 22 can be determined by a suitable sensor arrangement (not shown), for example of the thread guide 26 (FIG.
  • Fig. 3 is a detail of another embodiment of a winding device 16 is shown.
  • the winding device 16 essentially differs from the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in that a spindle drive 64 for the spindle 34 is mounted on the coil frame 44, more precisely on one of the pivot arms 46 of the coil frame 44.
  • the spindle drive 64 can be coupled to the spindle 34 via a drive belt (not shown in FIG. 3), for example in the form of a toothed belt.
  • the spindle drive 64 is fixed by means of a mounting member 66 to the pivot arm 46, that the weight of the drive motor 64 relative to the pivot axis 50 causes a spindle 34 and the thereon arranged bobbin sleeve 22 (with filament winding) counteracting moment.
  • FIG. 1 shaft 68 of the pivot arms 46 can be clearly seen in Fig. 3.
  • the actuator 56 of the pivoting arms 46 is coupled to the rotary shaft 68 of the two pivoting arms 46 in each case via a planetary spiral gear.
  • the planetary gear is in each case partially covered by a gear box 70.
  • the planetary spiral gearbox has a spur gear 72 which is arranged fixedly against rotation of the shaft 68.
  • FIGS. 4A and 4B show the actuator 56, designed as an electric motor, with the planetary spiral gear 74, each in an exposed view.
  • the spur gear 72 has a curved toothing 76, which engages in a planed spiral wheel 78 with a spiral tooth course 80.
  • the planetary gear 74 allows for extremely compact design high translation and minimal friction losses. This allows a sufficiently dynamic for winding processes control of the contact force F A (Fig. 2), through which the support roller 40 and the Thread winding 24 are pressed together, be guaranteed. Due to the special toothing, the contact surface of the two gear parts is increased and their material load significantly reduced. As a result, the planetary gear 74 is low maintenance and has a desired longevity for thread processing machine 10.
  • the backlash can be adjusted by an axial displacement of Planspiralrad 78 along its axis of rotation 82, which here coincides with the motor shaft axis (not labeled), or even cancel entirely.
  • F A the contact force F A (FIG. 2)
  • the spur gear 72 with curved toothing for example, from a tough elastic material, in particular a K un ststoff ma te ri a I, exist. Smaller or high-frequency vibrations of the spindle 34, which can not be avoided during the winding operation, can be absorbed by the planetary gear 74 harmless.
  • the winding devices 16 shown above in connection with FIGS. 1 to 3 may have an additional biasing element 84.
  • the biasing member 84 may be designed in the simplest case constructively as a tension spring, as shown in Fig. 5.
  • the tension spring engages here at one end on a radial arm 86 of the shaft 68 and at the other end on the machine frame 12.
  • the winding devices 16 may have a damping element not shown in detail in the drawing to counteract undesirable vibrations of the spindle 34 during the winding process.
  • the damping element can in particular be variably adjustable and can advantageously be controlled by the control device of the winding device 16.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a winding device 16, as can be used in a yarn processing machine O according to FIG.
  • the winding device 16 differs from the winding devices 16 shown above in connection with FIGS. 1 to 5 in FIG Essentially, that a pivot arm 46 of the coil frame 44 via a rotatably driven by the electric motor 56 threaded spindle 88 can be actuated. The threaded spindle 88 engages in an unspecified threaded bore of the pivot arm 46 a.
  • the coil frame 44 of the winding devices 16 may also have only one pivot arm 46 according to an embodiment not shown in detail in the drawing. In this design, the double bending beam load cell 60 thus receives the orthogonal force vector F A i of the total contact force FA of the support roller 40 against the filament winding 24.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Winding Filamentary Materials (AREA)
  • Tension Adjustment In Filamentary Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spulvorrichtung (16) zum Aufspulen eines Fadens (20) auf eine Spulenhülse (22) zu einem Fadenwickel (24). Die Spulvorrichtung umfasst eine Spindel (34) zum Haltern und rotierbaren Antreiben der Spuienhülse (22) um deren Längsachse (30) und eine Stützwalze (40), die beim Aufspulen des Fadens (20) an der Umfangsfläche des Fadenwickels (24) anliegt. Die Spindel (34) mit dem Fadenwickel (24) ist mittels zumindest eines schwenkbar gelagerten Schwenkarms (46) gegenüber der Stützwalze (40) verschwenkbar. Die Spulvorrichtung weist eine Anpresskraft-Regeleinrichtung (54) mit einem Aktor (56) für den Schwenkarm (46), mit einer Steuereinrichtung (58) zum Ansteuern des Aktors (56) und mit einer dem Schwenkarm (46) zugeordneten Biegebalken-Wägezelle (60) auf. Diese dient dem Bestimmen eines jeweiligen Istwerts der Anpresskraft FA des Fadenwickels (24) gegen die Stützwalze (40), anhand dessen die Anpresskraft FA mittels der Steuereinrichtung (58) durch ein entsprechendes Ansteuern des Aktors (56) auf einen vorgegebenen Sollwert regelbar ist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Fadenverarbeitungsmaschine (10) mit einer vorgenannten Spulvorrichtung (16).

Description

Spulvorrichtung mit Stützwalze und Anpresskraft-Regeieinrichtung sowie Fadenverarbeitungsmaschine
Die Erfindung betrifft eine Spulvorrichtung mit Stützwalze und Anpresskraft- Regeieinrichtung sowie eine Fadenverarbeitungsmaschine.
In der Praxis werden Fäden, Textilgarne, Fasern und dergleichen aus natürlichen oder synthetischen Materialien, die im Folgenden durchgehend als Fäden bezeichnet werden, für ihre weitere Verarbeitung, insbesondere auch für Färbeprozesse, auf sogenannten Spulenhülsen zu einem Wickelkörper aufgespult, der auch als Fadenwickel bezeichnet wird. Dies kann beispielsweise im Wege einer Kreuzwicklung erfolgen. Hierzu werden Spulvorrichtungen mit einer Spindel zum rotierbaren Haltern der Spulenhülse eingesetzt. Die Spindel ist mittels eines Spindelantriebs rotierend antreibbar. An der Umfangsfläche des Fadenwickels liegt beim Aufspulen des Fadens in der Regel eine Stützwalze an. Der Spindelantrieb kann nach einer bekannten Bauart in Form eines Reibwalzenantriebs ausgeführt sein, bei dem die motorisch antreibbare Stützwalze als Reibwalze dient und die Spindel antreibt. Die Stützwalze kann dabei bedarfsweise in Form einer Nutentrommel ausgeführt sein. Nach einer anderen Bauart liegt die Stützwalze an der Spulenhülse bzw. dem darauf zu erzeugenden Wickelkörper in Rollberührung an und wird von der rotierend angetriebenen Spindel mitgenommen. Der der Spulenhülse zulaufende Faden wird der Spulenhülse bzw. dem Fadenwickel im Bereich des Kontakts der Stützwalze und des Fadenwickels zugeführt, wodurch während des Spulprozesses unerwünschte Schubkräfte auf den Faden sowie eine unzureichende Fadenspannung vermieden werden können. Die Spindel ist nach einer Bauart am Maschinenrahmen über einen Spulenrahmen mit zumindest einem schwenkbar gelagerten Schwenkarm relativ zur Stützwalze bewegbar gelagert.
Es ist bekannt, dass der auf der Spulenhülse erzeugte Fadenwickel, insbesondere für Färbeprozesse, ein hohes Haß an Gleichförmigkeit aufweisen muss, um dadurch eine gleichmäßige Färbung des gesamten Fadenwickels zu ermöglichen. Die Gleichmäßigkeit des Fadenwickels hängt dabei in entscheidendem Maße von einer gleichmäßigen Fadenspannung, der Verlegegeometrie (winding angle) des Fadens auf der Spulenhülse sowie einer gleichmäßigen Kontaktpressung zwischen dem Fadenwickel und der Stützwalze ab.
Am Markt sind seit langem Spulvorrichtungen verfügbar, bei denen die Anpresskraft, mit der die Stützwalze und der Fadenwickel aneinandergepresst werden, gesteuert bzw. geregelt wird. So können die Stütz walze und die Spindel beispielsweise mittels einer Druck- oder einer Zugfeder gegeneinander vorgespannt sein. In der Regel ist hier eine zusätzliche Dämpfung der Spulvorrichtung erforderlich. Diese variiert jedoch häufig derart stark, dass die Anpresskraft de facto nur unzureichend justierbar ist.
Bei einer Regulierung der Anpresskraft mittels Druckluftzylinder variiert die Anpresskraft nicht zuletzt aufgrund der unvermeidbaren Reibung (stick-slip Verhalten) der dort eingesetzten Kolbendichtungen. Darüber hinaus muss für die Spuivorrichtung ein Druckluftsystem vorgehalten werden, was entsprechende Kostennachteile mit sich bringt.
Wird die Anpresskraft mittels eines elektrischen Getriebemotors geregelt, so erfolgt dies zumeist auf Grundlage des messtechnisch erfassten Motorstroms. Reibung im Getriebe sowie Temperaturänderungen des Motors führt hier jedoch häufig zu Fehlern. Auch weisen Getriebe mit Stirnrädern oder Zahnriemen in der Regel zu viel Spiel auf oder sind zu elastisch, so dass diese für ein präzises Regeln der Anpresskraft eher ungeeignet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spulvorrichtung sowie eine Fadenverarbeitungsmaschine mit einer Spulvorrichtung zum Aufwickeln eines Fadens auf einer Spulenhülse anzugeben, bei der eine dem Spulprozess angepasste Anpresskraft zwischen der Stützwalze und einem auf der Spulenhülse gebildeten Fadenwickel auf kostengünstige und präzise Weise ermöglicht ist.
Die die Spulvorrichtung betreffende Aufgabe wird durch eine Spulvorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die erfindungsgemäße Fadenverarbeitungsmaschine weist die in Anspruch 13 angegebenen Merkmale auf. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Spulvorrichtung ist die Spindel zum Haltern und rotierbaren Antreiben der mit dem Faden zu bewickelnden Spulenhülse mittels zumindest eines schwenkbar gelagerten Schwenkarms relativ zur Stützwalze verschwenkbar. Die Spulvorrichtung weist eine Anpresskraft-Regeleinrichtung auf. Die Anpresskraft-Regeieinrichtung umfasst einen Aktor zum Betätigen (Verschwenken) des Schwenkarms. Zum Ansteuern des Aktors dient eine Steuereinrichtung. Der Schwenkarm sowie die daran angeordnete Spindel sind mit anderen Worten mittels des Aktors relativ zur Stützwalze gesteuert verschwenkbar. Die Anpresskraft-Regeleinrichtung weist erfindungsgemäß eine dem Schwenkarm zugeordnete Biegebalken-Wägezelle auf. Die Biegebalken- Wägezelle dient dem Bestimmen eines jeweiligen Istwerts der Anpresskraft, mittels derer der Wickelkörper und die Stützwalze im Spulbetrieb aneinandergedrückt werden, wobei die Anpresskraft mittels der Steuereinrichtung anhand des Istwerts der Anpresskraft durch ein entsprechendes Ansteuern des Aktors auf einen vorgegebenen Sollwert regelbar ist.
Biegebalken-Wägezellen weisen einen metallischen Federkörper auf, der unter Belastung elastisch verformt wird. Die positive oder negative Dehnung wird von einem Dehnungsmessstreifen, der auf den Federkörper geklebt ist, in ein elektrisches Signal umgesetzt. Das Signal ist grundsätzlich vom Biegemoment abhängig. Wenn sich der Lasteinleitungspunkt in Längsrichtung des Biegebalkens bei gleicher Last ändert, entstehen natürlich unterschiedliche Signale. Es versteht sich, dass der Lasteinleitungspunkt an der Wägezelle deshalb konstant gehalten werden muss. Biegebalken-Wägezellen sind für die bei Spulenvorrichtungen relevanten Messbereiche am Markt kostengünstig vorkonfektioniert erhältlich. Ihre Montage ist denkbar einfach und kann ohne weiteres an exponierter und gut zugänglicher Steile am Schwenkarm des Spulenrahmens erfolgen. So kann die Wägezelle beispielsweise am Schwenkarm mittels entsprechender Schrauben festgeschraubt sein. Vorteilhaft ist die Biegebalken-Wägezeile an einer oberseitigen Montagefiäche, d. h. an einer im Betrieb in Lotrichtung nach oben weisenden Seite, des Schwenkarms befestigt. Dadurch werden nur die resultierenden Kräfte, die orthogonal auf die Montageflächen (und die dazu parallel angeordnete funktionelle Messebene der Wägezelle) gerichtet sind, von der Wägezelle erfasst. Unerwünschte Scher- und Torsionskräfte, wie diese im Spuibetrieb am Schwenkarm angreifen können, bleiben dadurch messtechnisch unberücksichtigt. Die vorgenannten Wägezellen sind darüber hinaus mit einer ausreichend großen Abtastrate (Samplingrate) am Markt verfügbar. Durch eine entsprechende Auswertung der von der Biegebalken-Wägezelle erhaltenen Messsignale können Störgrößen, wie beispielsweise unerwünschte Bauteilschwingungen der Spulvorrichtung, vereinfacht erkannt und bei der Regelung der Spulvorrichtung, insbesondere der jeweiligen Drehzahl der Spindel/Spulenhülse, d.h. der daraus resultierenden Fadenlaufgeschwindigkeit, während des Spulprozesses entsprechend berücksichtigt werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung der Biegebalken-Wägezelle am Schwenkarm bietet weitere Vorteile. Zum einen muss der Schwenkarm aufgrund der mitunter großen Masse der Fadenwickel ohnehin ein großes Lastaufnahmevermögen aufweisen und dementsprechend massiv und stabil ausgeführt sein. Unerwünschten Schwingungen des Schwenkarms, die zu Störungen bei der Regelung der Anpresskraft führen könnten, kann dadurch bereits recht wirkungsvoll ohne einen zusätzlich erhöhten Materialaufwand, mithin ohne zusätzliche Mehrkosten, entgegengewirkt werden.
Die Biegebalken-Wägezelle ist nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung in den Schwenkarm integriert. Dadurch kann die Wägezelle gegenüber einer unerwünschten Beschädigung besonders zuverlässig geschützt werden. Nach der Erfindung steht die Biegebalken-Wägezelle dabei vorzugsweise an keiner Stelle in einer zur Längserstreckung des Schwenkarms radialen Richtung über die Außenkontur des (übrigen) Schwenkarms hervor. Dadurch kann ein Verletzungsrisiko auf Seiten einer Bedienperson der Spulvorrichtung minimiert werden. Darüber hinaus kann auf diese Weise ein einheitliches optisches Erscheinungsbild des Schwenkarms erreicht werden.
Die Biegebalken-Wägezelle ist nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung als eine Mehrfach-Biegebalken-Wägezelle ausgeführt. Mehrfach- Biegebalken Wägezellen sind durch die Anordnung von zumeist zwei (Doppelbiegebalken) oder drei (Triple Beam) Biegebalken charakterisiert. Die Biegebalken sind bei dieser Bauform an der Einspannungs- und an der Lasteinleitungsseite jeweils durch starre Bauteile miteinander gekoppelt. Durch diese starre mechanische Koppelung der Biegebalken sind die Wägezellen wesentlich weniger empfindlich gegen Verschiebungen des Lasteinleitungspunktes als ein einfacher Biegebalken. Durch die S-förmige Verformung der Mehrfach-Biegebalken Wägezellen treten an den Oberflächen Zonen positiver und negativer Dehnung dicht beieinander auf, wodurch das Anbringen und Verschalten der eingesetzten Dehnungsmesstreifen weiter vereinfacht wird. Dies bietet eine nochmals verbesserte Messsicherheit und erlaubt einen störungsärmeren Betrieb der Spulvorrichtung.
Die Spindel kann erfindungsgemäß auch über zwei Schwenkarme relativ zur Stützwalze am Maschinenrahmen verschwenkbar angeordnet sein. Dadurch können eine besonders präzise Ausrichtung und Relativbewegung der Spindel sowie der daran gehaltenen Spindel zur Stütz walze gewährleistet werden. Die Qualität des erzeugten Fadenwickels kann dadurch reproduzierbar nochmals weiter verbessert werden. Die Schwenkarme müssen die Anpresskraft in diesem Fall nur jeweils zur Hälfte aufnehmen. Dementsprechend können die Schwenkarme jeweils mit einem geringeren Materialeinsatz realisiert werden oder aber Schwerlastanforderungen genügen.
Nach der Erfindung kann nur einer der beiden oder jeder der beiden Schwenkarme jeweils mit (zumindest) einer Biegebalken-Wägezelle, insbesondere einer vorstehend erläuterten Mehrfach-Biegebalken-Wägezelle, versehen sein. Die Wägezellen nehmen hier jeweils die Anpresskraft zur Hälfte bzw. den orthogonal zu ihrer Messebene (Montageebene) ausgerichteten Kraftvektor der hälftigen Anpresskraft auf.
Der Aktor ist nach der Erfindung bevorzugt ein Elektromotor. Elektromotoren sind am Markt kostengünstig und in geeigneter Konfiguration erhältlich. Der Elektromotor kann vorteilhaft als ein Schrittmotor ausgeführt sein.
Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Aktor mit dem Schwenkarm bzw. mit den Schwenkarmen der Spindel über ein Planspiralgetriebe verkoppelt. Dadurch kann der Aktor spielfrei bzw. im Wesentlichen spielfrei mit dem Schwenkarm bzw. den Schwenkarmen verkoppelt werden. Die Anpresskraft der Stützwalze am Fadenwickel kann dadurch während des Spulprozesses hochpräzis eingestellt und nachgeregelt werden. Selbst große Drehmomente können mittels des Planspiralgetriebes ohne weiteres übertragen werden. Planspiralgetriebe sind bei einfachem konstruktivem Aufbau besonders kompakt und weisen die für Spulvorrichtungen wesentliche hohe Betriebssicherheit und lange Lebensdauer auf. Sie können aufgrund Ihrer kompakten Bauweise zudem ohne Weiteres bei existierenden Spulvorrichtungen nachgerüstet werden. Damit das Planspiraigetriebe ein gewisses Maß an Elastizität aufweist, kann zumindest eines der Getriebeteile des Planspiralgetriebes aus einem zähelastischen Material, insbesondere einem Kunststoff, bestehen.
Ein Antriebsmotor oder Spindelantrieb für den rotierenden Antrieb der Spulenhülse ist im konstruktiv einfachsten Fall an einem Schwenkarm der Spindel montiert und gemeinsam mit diesem um die Schwenkachse des Spulenrahmens schwenkbar gelagert. Dadurch kann einerseits die Masse des Spulenrahmens derart vergrößert werden, dass während des Spulprozesses unerwünschten Schwingungen der mit dem Faden zu bewickelnden Spulenhülse entgegengewirkt wird. Andererseits kann der Motor als eine Ausgleichsmasse für die Spindel und die den Fadenwickel tragenden Spulenhülse genutzt werden. Die Anpresskraft kann dadurch vereinfacht geregelt werden.
Nach der Erfindung kann der Spulenrahmen mit einem zusätzlichen Vorspannelement, insbesondere in Form eines Federelements, versehen sein. Das Federelement kann insbesondere als eine Zug- oder Druckfeder ausgeführt sein. Derlei Federelemente sind mit einer geeigneten Parametrisierung am Markt kostengünstig verfügbar. Mittels des Vorspannelements kann eine spielfreie Getriebekopplung des Aktors und des Schwenkarms erreicht werden, was eine hochpräzise Regelung der Anpresskraft zwischen der Stützwalze und der Spulenhülse/dem Fadenwickel ermöglicht. Darüber hinaus kann der Spulenrahmen auch mit einem Dämpfungselement versehen sein, um unerwünschten mechanischen Schwingungen entgegenzuwirken. Das Dämpfungselement kann beispielsweise eine Kolben- Zylindereinheit oder ein Elastomerbauteil umfassen.
Liegt der Fadenwickel im Spulbetrieb an der Stützwalze oberseitig in einer zum Lot axialen Richtung an, so wird mit zunehmendem Durchmesser des auf der Spulenhülse erzeugten Fadenwickels vorzugsweise auch das Spulengewicht (mithin das Gewicht des auf dem Spulenkörper aufgewickelten Fadens) bei der Regelung der Anpresskraft zwischen der Stützwalze und dem Fadenwickel berücksichtigt. Die Steuereinrichtung ist in diesem Fall dazu eingerichtet, insbesondere programmiert, während des Spulprozesses das Spulengewicht ermitteln und die Anpresskraft der Stützwalze gegen den Fadenwickel auf Grundlage des jeweiligen Spulengewichts zu regeln. So kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, insbesondere dazu programmiert sein, das jeweilige Spulengewicht anhand von Messdaten zu einer Aufspullänge des auf der Spulenhülse aufgespulten Fadens sowie dessen Feinheit zu berechnen. Es versteht sich, dass dazu Informationen zur Feinheit des aufzuspulenden Fadens in der Steuereinrichtung hinterlegt sein müssen. Zur Messung der jeweiligen Aufspullänge ist die Spulvorrichtung vorzugsweise mit einer entsprechenden Messsensorik versehen.
Nach der Erfindung kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, insbesondere programmiert sein, unerwünschte mechanische Schwingungen der Spindei anhand von Messdaten der vorstehend erläuterten Biegebalken-Wägezelle(n) zu detektieren und solchen mechanischen Schwingungen steuerungstechnisch, etwa durch ein Verringern einer jeweiligen Drehzahl der Spindel, entgegenzuwirken. Weist die Spulvorrichtung zusätzlich ein ansteuerbares, d.h. in seinen Dämpfungseigenschaften variabel einstellbares, Dämpfungselement für die Spindel bzw. den/die die Spindel tragenden Schwenkarme auf, so kann das Dämpfungselement alternativ oder ergänzend von der Steuereinrichtung angesteuert werden, um den mechanischen Schwingungen entgegenzuwirken. Die erfindungsgemäße Fadenverarbeitungsmaschine weist zumindest eine vorstehend erläuterte Spulvorrichtung und eine der Spulvorrichtung zugeordneten Changiereinheit auf, mittels derer der auf der Spulenhülse aufzuspulende Faden in Richtung der Spindelachse relativ zur Spulenhalterung hin- und her bewegbar ist. Die Changiereinheit kann beispielsweise als Flügelrad- Changiereinheit oder auch als zugmittelbasierte Changiereinheit mit einem über ein Zugmittel hin- und herbewegbaren Fadenführer ausgeführt sein. Alternativ kann die Changiereinheit auch eine Nutentrommel umfassen, die bevorzugt durch die Stützwalze gebildet ist.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Fadenverarbeitungsmaschine mit mehreren Spulsteilen zum Aufspulen eines Fadens auf eine Spulenhülse, wobei jede Spulstelle eine Spulvorrichtung mit einer verschwenkbar gelagerten Spindel aufweist, die mittels einer Anpresskraftregelung mit einer vorgegebenen Anpresskraft an eine Stützwalze pressbar ist, in einer ausschnittsweisen perspektivischen Ansicht;
Fig. 2 die Spulvorrichtung gemäß Fig. 1 in einer freigestellten Seitenansicht;
Fig. 3 eine Spulvorrichtung, bei der ein Antriebsmotor für die Spindel auf einem Schwenkarm montiert ist, der die Spindel trägt, in einer perspektivischen Ansicht;
Fign. 4 ein bei den Spulvorrichtungen gemäß Fign. 1 bis 3 eingesetztes Planspiralgetriebe in einer Seitenansicht (Fig. 4A) und in einer perspektivischen Ansicht (Fig. 4B); Fig. 5 eine Spulvorrichtung mit Dämpfungselement für eine Fadenverarbeitungsmaschine gemäß Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht; und
Fig. 6 eine alternative Ausführungsform einer Spulvorrichtung für eine Fadenverarbeitungsmaschine gemäß Fig. 1, in einer Seitenansicht.
Fig. 1 zeigt eine Fadenverarbeitungsmaschine 10 in einer ausschnittsweisen perspektivischen Ansicht. Die Fadenverarbeitungsmaschine 10 weist einen Maschinenrahmen 12 auf, an dem mehrere Spulstellen 14 nebeneinander angeordnet sind. Die Spulstellen 14 weisen jeweils eine Spulvorrichtung 16 zum Aufspulen eines auf einer Vorlagespule 18 bereitgestellten Fadens 20 auf einer Spulenhülse 22 unter Bildung eines Fadenwickels 24 (=Wickelkörper) auf. Der der Spulenhülse 22 zulaufende Faden 20 ist über ein ortsfest am Maschinenrahmen 12 positioniertes Fadenleitwerk 26 einer Changiereinheit 28 zuführbar und durch diese in Richtung der Längsachse 30 der Spulenhülse 22 relativ zur Spulenhülse 22 über einen fix vorgegebenen oder variablel vorgebbaren Winkelbereich hin- und herbewegbar.
Die Changiereinheit 28 weist hier beispielhaft einen zugmittelgeführten Fadenführer 32 auf. Nach einem in der Zeichnung nicht näher wiedergegeben Ausführungsbeispiel kann die Changiereinheit 28 auch als eine Flügelrad- Changiereinheit 28 ausgeführt sein oder einen sogenannten Finger- oder Pendelfadenführer umfassen.
Die mit dem Faden 20 zu bewickelnde Spulenhülse 22 ist an einer motorisch antreibbaren Spindel 34 lösbar angeordnet und um ihre Längsachse 30 in Rotationsrichtung 36 rotierbar. Die Längsachse 30 der Spulenhülse 22 fällt mit der Spindellängsachse 38 der Spindel zusammen.
Am Maschinenrahmen 12 ist (in Lotrichtung) unterhalb der Spindel 34 eine Stützwalze 40 drehbar gelagert, deren Rotationsachse 42 parallel zur Spindellängsachse 38 der Spindel 34 und somit der Längsachse 30 Spulenhülse 22 verlaufend angeordnet ist. Gemäß Fig. 1 liegt die Stützwalze 40 an dem auf der Spulenhülse 22 erzeugten Fadenwickel 24 unmittelbar an. Der Faden 20 ist über einen Teilumfangswinkel um die Stützwalze 40 geführt und im Kontaktbereich der Stützwalze 40 und des Fadenwickels 24 an die Mantelfläche des Fadenwickels 24 anlegbar.
Die Spindel 34 ist am Maschinenrahmen 12 über einen Spulenrahmen 44 befestigt. Der Spulenrahmen 44 umfasst hier zwei Pendel- oder Schwenkarme 46, von denen in Fig. 1 aus Darstellungsgründen nur einer gezeigt ist. Die Schwenkarme 46 sind über eine an Lagerteilen 48 gelagerte Welle (nicht gezeigt) um eine mit 50 bezeichnete Schwenkachse relativ zur Stützwalze 40 in Pfeilrichtung 52 verschwenkbar. Der Fadenwickels 24 und die Stützwalze 40 werden durch eine Anpresskraft gegeneinander gepresst, die durch eine Schwenkbewegung der Spindel 34 relativ zur Stützwalze 40 variierbar ist. Die Spulvorrichtung 16 umfasst dazu eine Anpressdruck-Regeleinrichtung 54, die einen Aktor 56 zum Betätigen der Schwenkarme 46 umfasst. Der Aktor 56 ist hier durch einen Elektromotor gebildet. Zum Steuern des Elektromotors 54 dient eine Steuereinrichtung 58. Die Steuereinrichtung 58 umfasst zur Bestimmung des Istwerts der Anpresskraft des Fadenwickels 24 an der Stützwalze 40 eine Biegebalken-Wägezelle 60, die hier in Form einer Doppel-Biegebalken-Wägezelle 60, ausgeführt ist. Die Spindel 34 ist einenends über die Doppel-Biegebalken- Wägezelle 60 an einem der Schwenkarme 46 des Spulenrahmens 44 befestigt. Die Steuereinrichtung 58 kann dazu eingerichtet, insbesondere programmiert ist, während des Spuiprozesses unerwünschte mechanische Schwingungen der Spindel 34 anhand von Messdaten der Biegebalken-Wägezelle 60 zu detektieren und solchen Schwingungen steuerungstechnisch, etwa durch ein Verringern einer Drehzahl der Spindel 34, entgegenzuwirken.
In Fig. 2 ist die Spulvorrichtung 16 der Fadenverarbeitungsmaschine 10 gemäß Fig. 1 in einer ausschnittsweisen freigestellten Seitenansicht gezeigt. Die Doppel- Biegebalken-Wägezelle 60 ist einenends an einem Schwenkarm 46 des Spulenrahmens 44 und anderenends an der rotatorisch antreibbaren Spindel 34 befestigt, hier beispielsweise festgeschraubt. Die Stützwalze liegt entlang eines Auflagebereichs A an dem Wickelkörper an. Die Anpresskraft FA des Wickelkörpers 24 gegen die Stützwalze 40 wird hier aufgrund der Zweifachlagerung der Spinde! 34 jeweils hälftig in die beiden Schwenkarme 46 des Spulenrahmens 44 eingeleitet. Die Anpresskraft FA ist dabei in Richtung einer mit 61 bezeichneten Achse orthogonal zur Spindellängsachse 38 sowie der Rotationsachse 42 der Anpresswalze 40 verlaufend ausgerichtet. In Fig. 2 ist die hälftige Anpresskraft FA mit ihren beiden zueinander orthogonal ausgerichteten Kraftvektoren FAi, FA2 dargestellt. Die Doppel-Biegebalken- Wägezelle 60 kann nur eine zu ihrer Montage- oder Messebene orthogonal gerichtete Kraft, hier den Kraftvektor FAi der hälftigen Anpresskraft FA, aufnehmen. Die Steuereinrichtung 58 ist dazu programmiert, den tatsächlichen Istwert der (gesamten) Anpresskraft FA auf Basis der jeweiligen Schwenkstellung der Spindel 34 um ihre Schwenkachse 50 relativ zur Stützwalze 40 sowie der durch die Doppel-Biegebalken-Wägezelle 60 erhaltenen Messwerte der orthogonal zur Mess- bzw. Montagebene der Biegebalken-Wägezelle 60 gerichteten Kraftvektors FAI der Anpresskraft FA, zu ermitteln. Es versteht sich, dass die Biegebalken-Wägezelle dazu eine ausreichend große Abtastrate aufweisen muss. Zum Erfassen der jeweiligen Schwenkposition der Spindel 34 kann dabei ein mit 62 bezeichneter Positionssensor dienen. Die Steuereinrichtung 58 steuert den Elektromotor 56 auf Grundlage der von der Biegebalken-Wägezelle erhaltenen Messwerte derart an, dass die Anpresskraft FA des Fadenwickels 24 gegen die Stützwalze 40 auf einen jeweils vorgegebenen Sollwert der Anpresskraft FA geregelt wird. Dieser Sollwert ist in der Steuereinrichtung 58 hinterlegt, insbesondere in einem Speichermittel (nicht gezeigt) der Steuereinrichtung 58 abgespeichert, und kann bei Bedarf an unterschiedliche Spulprozesse variabel angepasst werden. Die Steuereinrichtung 58 ist dazu eingerichtet, das jeweilige Gewicht der mit dem Faden bewickelten Spulenhülse 22, d. h. das jeweilige Spulengewicht, bei der Bestimmung des Istwerts der Anpresskraft FA zu berücksichtigen. Das Spulengewicht kann von der Steuereinrichtung selbst anhand der Feinheit des jeweiligen Fadens und der auf der Spulenhülse jeweilig aufgespulten Fadenlänge auf einfache Weise bestimmt werden. Informationen zur Feinheit des aufzuspulenden Fadens sind vorzugsweise in der Steuereinrichtung 58 hinterlegt (abgespeichert). Die jeweilige Fadenlänge des auf der Spulenhülse 22 bereits aufgespulten Fadens 20 kann steuerungsseitig in an sich bekannter Weise mittels einer geeigneten Sensoranordnung (nicht gezeigt), etwa des Fadenleitwerks 26 (Fig. 1), bestimmt werden.
In Fig. 3 ist ausschnittsweise ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spulvorrichtung 16 gezeigt. Die Spulvorrichtung 16 unterscheidet sich von dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen darin, dass ein Spindelantrieb 64 für die Spindel 34 auf dem Spulenrahmen 44, genauer auf einem der Schwenkarme 46 des Spulenrahmens 44 montiert ist. Der Spindelantrieb 64 kann über einen Treibriemen (in Fig. 3 nicht gezeigt), beispielsweise in Form eines Zahnriemens, mit der Spindel 34 verkoppelt sein. Zu beachten ist, dass der Spindelantrieb 64 mittels eines Montageelements 66 derart an dem Schwenkarm 46 befestigt ist, dass die Gewichtskraft des Antriebsmotors 64 bezogen auf die Schwenkachse 50 ein der Spindel 34 sowie der darauf angeordneten Spulenhülse 22 (mit Fadenwickel) entgegen gerichtetes Moment bewirkt. Die vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 1 genannte Welle 68 der Schwenkarme 46 ist in Fig. 3 gut zu erkennen.
Bei den in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Spulvorrichtungen 16 ist der Aktor 56 der Schwenkarme 46 jeweils über ein Planspiralgetriebe mit der Drehwelle 68 der beiden Schwenkarme 46 gekoppelt. Bei den in den Fign. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Planspiralgetriebe jeweils durch einen Getriebekasten 70 teilweise verdeckt. Das Planspiralgetriebe weist hier ein der Welle 68 drehfest angeordnetes Stirnrad 72 auf.
Die Fign. 4A und 4B zeigen den als Elektromotor ausgebildeten Aktor 56 mit dem Planspiralgetriebe 74 jeweils in einer freigestellten Ansicht. Das Stirnrad 72 weist eine Bogenverzahnung 76 auf, die in ein Planspiralrad 78 mit einem spiralförmigen Zahnverlauf 80 greift. Das Planspiralgetriebe 74 ermöglicht bei äußerst kompakter Bauform eine hohe Übersetzung und minimale Reibungsverluste. Dadurch kann eine für Spulprozesse ausreichend dynamische Regelung der Anpresskraft FA (Fig. 2), durch die die Stützwalze 40 und der Fadenwickel 24 aneinandergepresst werden, gewährleistet werden. Durch die spezielle Verzahnung ist die Kontaktfläche der beiden Getriebeteile vergrößert und deren Materialbelastung erheblich reduziert. Dadurch ist das Planspiralgetriebe 74 wartungsarm und weist eine für Fadenverarbeitungsmaschine 10 gewünschte Langlebigkeit auf. Zu beachten ist, dass sich das Getriebespiel durch ein axiales Verschieben des Planspiralrad 78 entlang seiner Drehachse 82, die hier mit der Motorwellenachse (nicht bezeichnet) zusammenfällt, einstellen oder auch gänzlich aufheben lässt. Dadurch kann eine äußerst präzise Regelung des Anpresskraft FA (Fig. 2) realisiert werden. Für eine - begrenzte - Elastizität des Pianspiralgetriebes 74 kann das Stirnrad 72 mit Bogenverzahnung beispielsweise aus einem zähelastischen Material, insbesondere einem K u n ststoff m a te ri a I , bestehen. Kleinere bzw. hochfrequente Schwingungen der Spindel 34, die während des Spulbetriebs nicht zu vermeiden sind, können so vom Planspiralgetriebe 74 schadfrei aufgenommen werden.
Die vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 gezeigten Spulvorrichtungen 16 können ein zusätzliches Vorspannelement 84 aufweisen. Dadurch kann eine maximale Spielaufhebung im Planspiralgetriebe realisiert werden. Das Vorspannelement 84 kann im konstruktiv einfachsten Fall als eine Zugfeder ausgeführt sein, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Die Zugfeder greift hier einenends an einem Radialarm 86 der Welle 68 und anderenends am Maschinenrahmen 12 an. Zusätzlich oder alternativ können die Spulvorrichtungen 16 ein in der Zeichnung nicht näher dargestelltes Dämpfungselement aufweisen, um unerwünschten Schwingungen der Spindel 34 während des Spulprozesses entgegenzuwirken. Das Dämpfungseiement kann dabei insbesondere variabel einstellbar und vorteilhaft durch die Steuereinrichtung der Spulvorrichtung 16 ansteuerbar sein.
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spulvorrichtung 16 gezeigt, wie diese bei einer FadenverarbeitungsmaschinelO gemäß Fig. 1 einsetzbar ist. Die Spulvorrichtung 16 unterscheidet sich von den vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 5 gezeigten Spulvorrichtungen 16 im Wesentlichen darin, dass ein Schwenkarm 46 des Spulenrahmens 44 über eine vom Elektromotor 56 rotatorisch antreibbare Gewindespindel 88 betätigbar ist. Die Gewindespindel 88 greift in eine nicht näher bezeichnete Gewindebohrung des Schwenkarms 46 ein. Der Spulenrahmen 44 der Spulvorrichtungen 16 kann nach einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel auch nur einen Schwenkarm 46 aufweisen. Bei dieser Bauart nimmt die Doppel- Biegebalken- Wägezelle 60 mithin den orthogonalen Kraftvektor FAi der gesamten Anpresskraft FA der Stützwalze 40 gegen den Fadenwickel 24 auf.

Claims

Patentansprüche
1. Spulvorrichtung (16) zum Aufspulen eines Fadens (20) auf eine
Spuienhülse (22) unter Bildung eines Fadenwickels (24), umfassend :
- eine Spindel (34) zum Haltern und rotierbaren Antreiben der
Spulenhülse (22) um deren Längsachse (30);
- eine Stützwalze (40), die beim Aufspulen des Fadens (20) an der
Umfangsfläche des Fadenwickels (24) anliegt,
wobei die Spindel (34) mittels zumindest eines schwenkbar gelagerten Schwenkarms (46) relativ zur Stütz walze (40) verschwenkbar ist; und
- eine Anpresskraft-Regeleinrichtung (54)
o mit einem Aktor (56) zum Betätigen des Schwenkarms (46); o mit einer Steuereinrichtung (58) zum Ansteuern des Aktors (56); und
o mit einer dem Schwenkarm (46) zugeordneten Biegebalken- Wägezelle (60) zum Bestimmen eines jeweiligen Istwerts der Anpresskraft FA, durch die der Wickelkörper (24) und die
Stützwalze (40) aneinanderged rückt werden und anhand dessen die Anpresskraft FA mittels der Steuereinrichtung (58) durch ein entsprechendes Ansteuern des Aktors (56) auf einen vorgegebenen Sollwert regelbar ist.
Spulvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegebalken-Wägezelle (60) als eine Doppelbiegebalken-Wägezelle ausgeführt ist. 3. Spulvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blegebalken-Wägezeile (60) derart in den Schwenkarm (46) integriert ist, dass diese und an keiner Steile über die Außenkontur des
Schwenkarms (46) seitlich hervorsteht.
4. Spulvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (34) über zwei schwenkbar gelagerte Schwenkarme (46) relativ zur Stützwalze (40) verschwenkbar ist.
5. Spulvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Schwenkarme (46) jeweils mit einer Biegebalken-Wägezelle versehen ist.
6. Spulvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Aktor (56) ein Elektromotor ist.
7. Spulvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Aktor (56) über ein Planspiralgetriebe (74) mit dem Schwenkarm (46) verkoppelt ist.
8. Spulvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Spindelantrieb (64) der Spindel (34) am
Schwenkarm (46) montiert und gemeinsam mit diesem um die
Schwenkachse (50) schwenkbar ist.
9. Spulvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Spindel (34) mit einem Dämpfungselement und/oder mit einem Vorspannelement (84), bevorzugt in Form einer Zugoder Druckfeder, versehen ist.
10. Spulvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (58) dazu eingerichtet, insbesondere programmiert, ist, während des Aufspuiprozesses das Spulengewicht zu ermitteln und bei der Regelung der Anpresskraft FA zu berücksichtigen.
11. Spulvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (58) dazu ausgebildet, insbesondere programmiert ist, das jeweilige Spulengewicht anhand von Messdaten zu einer Aufspullänge des auf der Spulenhülse (22)
aufgespulten Fadens (20) sowie anhand dessen Feinheit zu berechnen.
12. Spulvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (58) dazu eingerichtet, insbesondere programmiert ist, unerwünschte mechanische Schwingungen der Spindel (34) anhand von Messdaten der Biegebalken-Wägezelle (60) zu detektieren und solchen Schwingungen steuerungstechnisch, etwa durch ein Verringern einer Drehzahl der Spindel (34), entgegenzuwirken.
13. Fadenverarbeitungsmaschine (10) mit zumindest einer Spulvorrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer der
Spulvorrichtung (16) zugeordneten Changiereinheit (28), mittels derer der auf der Spulenhülse (22) aufzuspulende Faden (20) in Richtung der Spindellängsachse (38) hin- und her bewegbar ist.
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