DE102004004926B4

DE102004004926B4 - Steuerungsmodul für eine Faden-Aufwickelvorrichtung

Info

Publication number: DE102004004926B4
Application number: DE200410004926
Authority: DE
Inventors: Dietmar Traub; Michael Ohmer; Nikolai Plischke
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2004-01-31
Filing date: 2004-01-31
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2024-02-01
Also published as: DE102004004926A1

Abstract

Steuerungsmodul für eine Aufwickelvorrichtung (10) zum Aufwickeln eines Fadens (11), wobei die Aufwickelvorrichtung (10) einen durch einen Drehantrieb (16, 16') antreibbaren, um eine Drehachse (14) rotierbaren Spulenträger (15), auf den der Faden (11) zu einer durch eine Abwicklungsvorrichtung abwickelbaren Kreuzwickelspule (12) aufwickelbar ist, und eine entlang der Drehachse (14), die eine Längsachse (18) der Kreuzwickelspule (12) bildet, längsbewegliche, durch einen Längsantrieb (20) antreibbare Fadenführungseinrichtung (17) zum Führen des Fadens (11) entlang der Drehachse (14) aufweist, so dass der Faden (11) bei rotierendem Spulenträger (15) zu einer Kreuzwickelspule (12) aufwickelbar ist, und wobei das Steuerungsmodul zum Steuern des Drehantriebs (16, 16') und des Längsantriebs (20) ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung von Belastungen am Faden (11), die beim Abwickeln des Fadens (11) von der Kreuzwickelspule (12) an der Abwicklungsvorrichtung auftreten, die Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung des Drehantriebs (16, 16') und des Längsantriebs (20) anhand eines mathematischen Modells ausgestaltet ist, das mindestens...

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerungsmodul für eine Aufwickelvorrichtung zum Aufwickeln eines Fadens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine mit einem derartigen Steuerungsmodul ausgestattete Aufwickelvorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren.
Ein derartiges Steuermodul sowie ein entsprechendes Verfahren ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 401 781 bekannt. Durch eine regelbare Verbindung zwischen den Antrieben der Spule und einer Changiereinrichtung mit um einen Sollwert schwankenden Windungszahlen werden die Windungszahlen so optimiert, dass eine gleichmäßige Verteilung der Fadenwendeln am Spulenumfang erreicht wird. Dadurch hat die Spule sehr gute Ablaufeigenschaften. Eine Verteilung der Fadenwendeln kann beispielsweise nach einem Spulversuch oder mittels eines Simulationsprogramms ermittelt werden. In der Druckschrift ist erläutert, dass die Verteilung der Fadenwendeln am Spulenumfang ungleichmäßig ist, wenn die Windungszahl zur Spiegelbildung führt. Ein gleichmäßiger Spulenaufbau wird hingegen dann erreicht, wenn das Verhältnis von Spindeldrehzahl und Changierfrequenz so geregelt wird, dass im Bereich der Regel schwankungen der Dezimal der Windungszahl keine Spiegeldezimalen bis zu einer maximalen Spiegelordnung vorhanden sind.
Die DE 691 10 539 T2 betrifft das Abspulen von Kreuzwickelspulen mit optimaler Garnentnahmegeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit, mit der ein Schußgarn auf eine Speichertrommel gespult wird, wird so konstant wie möglich gehalten. Es wird in der Druckschrift erläutert, dass die meisten Fadenbrüche am Anfang oder am Ende einer Vorratsspule auftreten. Das Verfahren gemäß der Druckschrift soll daher in erster Linie am Anfang und am Ende einer Vorratsspule angewendet werden. Dann wird die Garnentnahmegeschwindigkeit, mit der das fragliche Schußgarn von der entsprechenden Vorratsspule abgespult wird, reduziert.
Aus der DE 101 57 303 A1 sind ein Steuerungsmodul und eine Aufwickelvorrichtung bekannt, mit denen verschiedenartige Kreuzwickelspulen erzeugt werden können, wobei die Fadenführungseinrichtung parallel zur Drehachse der Hülse hin und her bewegt wird, so dass der Faden auf die durch den Drehantrieb in Rotation versetzte Kreuzwickelspule changierend aufgewickelt wird. Bei der bekannten Aufwickelvorrichtung ist der Längsantrieb optimiert, insbesondere im Hinblick auf den Umkehrvorgang am Ende eines jeweiligen Changierhubes entlang der Drehachse bzw. Längsachse der Kreuzwickelspule.
Wenn eine derartig bewickelte Kreuzwickelspule an einer Abwickelvorrichtung, beispielsweise an einer textilverarbeitenden Maschine, abgewickelt wird, treten besonders beim stirnseitigen Abwickeln oder Abziehen starke Belastungen am Faden auf. Bei den seither im Einsatz befindlichen Abwickelvorrichtungen ist dies meistens noch unproblematisch, da der Faden mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit und somit geringer Zug-Kraft von der Kreuzwickelspule abgewickelt wird. Neuere Textilmaschinen, beispielsweise schnelle Webmaschinen oder dergleichen, benötigen jedoch in verhältnismäßig kurzer Zeit große Mengen an Faden bzw. Garn. Dementsprechend hoch ist die Abwickelgeschwindigkeit, was beim stirnseitigen Abwickeln zu Lastspitzen und somit zum Abreißen des Fadens führen kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kreuzwickelspule mit Faden derart optimiert zu bewickeln, dass die Belastungen am Faden beim Abwickeln der Kreuzwickelspule, insbesondere beim stirnseitigen Abwickeln der Kreuzwickelspule, möglichst gering sind.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung ein Steuerungsmodul gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 1 vor. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht zur Optimierung von Belastungen am Faden, die beim Abwickeln des Fadens von der Kreuzwickelspule an der Abwicklungsvorrichtung auftreten, ein Steuern des Drehantriebs und des Längsantriebs anhand eines mathema tischen Modells vor, das mindestens eine beim Abwickeln an der Abwicklungsvorrichtung am Faden auftretende Kraft umfasst, wobei die mindestens eine Kraft eine auf den Faden wirkende Zugkraft und/oder eine am jeweiligen Ablösepunkt des Fadens von der Kreuzwickelspule auftretende Ablösekraft umfasst.
Bei der Erfindung ist ein auf einem mathematischen Modell basierender Ansatz gewählt, bei dem eine, vorzugsweise mehrere Kräfte am Faden berücksichtigt sind, die beim Abwickeln bzw. Abziehen der Kreuzwickelspule, insbesondere beim stirnseitigen Abwickeln, auftreten. Beispielsweise baut das Modell auf einem Differentialgleichungssystem auf. Die Erfindung ermög licht ein flexibles, dynamisch an die jeweiligen Abwicklungsverhältnisse angepasstes Bewickeln der Kreuzwickelspule. Langwierige Versuchsreihen zur Ermittlung von Wickelparametern sind nicht erforderlich. Eine Änderung der Verhältnisse beim Abwickeln der Kreuzwickelspule kann mit verhältnismäßig geringem Aufwand bei dem Modell berücksichtigt werden, so dass die. Anpassung an geänderte Abwicklungsverhältnisse, beispielsweise an andere Kräfteverhältnisse und/oder kinematische Verhältnisse an der Abwicklungsvorrichtung, beispielsweise an einer Textilmaschine, mit geringem Aufwand möglich ist. Das Steuerungsmodul sorgt jedenfalls für eine an die jeweiligen Abwicklungsverhältnisse optimal gewickelte Kreuzwickelspule. Erfindungsgemäß können zylindrische, kegelstumpfförmige oder sonstige rotationssymmetrische Kreuzwickelspulen bewickelt werden. Der Begriff "Faden" ist sehr weit zu verstehen und umfasst selbstverständlich auch Textil-Garne, flexible, fadenartige Kunststoffe, Seile oder dergleichen.
Die Kreuzwickelspule rotiert vorzugsweise beim Aufwickeln, jedoch nicht beim Abwickeln, wobei sie beim Aufwickeln durch den Drehantrieb angetrieben wird. Beim Abwickeln ist die Kreuzwickelspule üblicherweise ohne Antrieb, wobei sie auch beim Abwickeln rotieren kann.
Der Drehantrieb treibt den Spulenträger mittelbar oder unmittelbar an. Bevorzugt ist eine Variante, bei der der Drehantrieb den Spulenträger mittelbar über eine auf die Kreuzwi ckelspule wirkende Friktionswalze antreibt. Bei dieser Variante ist die Rotationsgeschwindigkeit am Außenumfang der Kreuzwickelspule zweckmäßigerweise konstant.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung.
Bei dem mathematischen Modell können verschiedene Parameter berücksichtigt werden, die nachfolgend beispielhaft aufgezählt sind:

– eine Beschaffenheit des Fadens, beispielsweise maximale Zugbelastbarkeit, Faden-Durchmesser, Elastizität, Masse oder dergleichen;
– ein Abstand zwischen der abzuwickelnden Kreuzwickelspule und einer Abwickel-Fadenführungseinrichtung, z.B. einer Führungsöse, an der Abwickelvorrichtung;
– die Abzugsgeschwindigkeit, mit der der Faden von der Kreuzwickelspule abgewickelt wird;
– ein Spulendurchmesser der Kreuzwickelspule, wobei vorzugsweise auch ein beim Abwickeln der Kreuzwickelspule sich verändernder Spulendurchmesser berücksichtigt wird;
– eine oder mehrere Zugkräfte, die am Faden zwischen dem Ablösepunkt an der Kreuzwickelspule und der Abwickel-Fadenführungseinrichtung auftritt bzw. auftreten;
– eine oder mehrere Ablösekräfte, die am Ablösepunkt des Fadens von der Kreuzwickelspule beim Abwickeln auftreten, wobei diese Ablösekräfte auch Reibungskräfte zwischen Faden und Kreuzwickelspule umfassen können;
– Tangentialkräfte und dergleichen.

Die oben erläuterten Parameter können zum Teil dem erfindungsgemäßen Steuerungsmodul vorgegeben werden. Beispielsweise kann der Abstand zwischen Kreuzwickelspule und Abwickel-Führungseinrichtung dem Steuerungsmodul über eine Bedienoberfläche, über eine Bus-Schnittstelle oder dergleichen vorgegeben werden. Teilweise werden die Parameter vom erfindungsgemäßen Steuerungsmodul auch anhand des Modells berechnet.
In Abhängigkeit von den jeweiligen Ausgabeparametern des mathematischen Modells steuert das Steuerungsmodul den Drehantrieb bzw. den Längsantrieb an, so dass der Faden in unterschiedlichen Wickelwinkeln auf die Kreuzwickelspule aufgewickelt wird. Dieser Winkel, der beispielsweise auf die Drehachse bzw. Längsachse der Kreuzwickelspule oder auf ein Lot zur Drehachse bezogen ist, kann bei zwei aufeinanderfolgenden Hüben der Aufwickel-Fadenführungseinrichtung unterschiedlich sein. Beispielsweise wird der Faden bei einer ersten Vorwärts-Längsbewegung "schräger" auf die Kreuzwickelspule aufgewickelt als bei einer entgegengesetzten Rückwärtsbewegung der Fadenführungseinrichtung. Ferner wird vorteilhafterweise der Wickelwinkel in Abhängigkeit vom Durchmesser der Kreuzwickelspule verändert.
Das Steuerungsmodul bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ermittelt vorteilhafte Wickelwinkel, wobei sie den jeweiligen, sich während des Bewickelns der Kreuzwickelspule veränderlichen Spulendurchmesser berücksichtigen.
Eine erfindungsgemäß optimierte Bewicklung der Kreuzwickelspule sieht zweckmäßigerweise eine im Wesentlichen konstante Doppelhub-Länge des Fadens vor. Die Doppelhub-Länge umfasst eine Länge des Fadens, die bei zwei aufeinanderfolgenden, einander entgegengesetzten Längshüben des Ablösepunkts entlang der Längsachse der Kreuzwickelspule beim Abwickeln des Fadens von der Kreuzwickelspule abgewickelt wird. Mit Bezug auf die erfindungsgemäße Aufwickelvorrichtung würde die entsprechende Definition lauten, dass die Doppelhub-Länge eine Länge des Fadens umfasst, die bei zwei aufeinanderfolgenden, einander entgegengesetzten, entlang der Längsachse der Kreuzwickelspule führenden Längshüben der Fadenführungseinrichtung auf die rotierende Kreuzwickelspule aufgewickelt wird.
Zusätzlich umfasst die Doppelhub-Länge zweckmäßigerweise noch einen Abstand zwischen der Kreuzwickelspule und der Abwickel-Fadenführungseinrichtung, beispielsweise den Längsabstand zwischen einer Stirnseite der Kreuzwickelspule und der Abwickel-Fadenführungseinrichtung.
Zweckmäßigerweise ist die Doppelhub-Länge derart gewählt, dass beim Abwickeln des Fadens an der Abwicklungsvorrichtung keine Resonanzen am Faden entstehen.
Die Erfinder haben weiterhin erkannt, dass vorteilhafterweise ein beim Abwickeln des Fadens an der Abwicklungsvorrichtung entstehender rotationssymmetrischer Ballon des Fadens eine im Wesentlichen konstante Außengestalt aufweisen soll. Der Begriff "konstante Außengestalt" ist dahingehend zu verstehen, dass die Länge des Ballons mit Bezug auf die Rotationsachse selbstverständlich mit dem sich hin und her bewegenden Ablösepunkt an der Kreuzwickelspule variiert. Der Ballon hat beispielsweise während des gesamten Abwicklungsvorgangs keine Taillierung oder konstant eine oder mehrere Taillierungen.
Betrachtet man eine Momentaufnahme beim Abwickeln des Fadens von der Kreuzwickelspule, so befindet sich während dieser Momentaufnahme der Faden sozusagen auf einer Winkelsegment- oder Winkelebene des rotationssymmetrischen Ballons. In einer solchen Winkelebene beschreibt der Faden beispielsweise einen nach außen gewölbten Bogen, eine Wellenlinie mit einer oder mehreren Wellen oder dergleichen. Dementsprechend hat der Verlauf des Fadens keinen Wendepunkt bzw. einen oder mehrere Wendepunkte. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Kreuzwickelspule durch die erfindungsgemäße Aufwicklungsvorrichtung bzw. das Steuerungsmodul so bewickelt wird, dass der Faden beim Abwickeln möglichst dieselbe Anzahl von Wende punkten hat oder, mit anderen Worten, der Fadenverlauf, beispielsweise die Wellenform, des Fadens auf einem Winkelabschnitt des rotationssymmetrischen Ballons im Wesentlichen konstant bleibt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 schematisiert eine erfindungsgemäße Aufwicklungsvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Steuerungsmodul,
2a schematisiert eine Abwicklungsvorrichtung zum Abwickeln einer durch die Aufwicklungsvorrichtung gemäß 1 mit Faden bewickelten Kreuzwickelspule, wobei der Faden eine erste Wellenform beschreibt,
2b eine zweite Variante der Abwicklungsvorrichtung gemäß 2a, wobei der abzuwickelnde Faden eine zweite Wellenform beschreibt.
In 1 ist eine insgesamt mit 10 bezeichnete Aufwickelvorrichtung zum Aufwickeln eines Fadens 11 auf eine Kreuzwickelspule 12 gezeigt. Die Kreuzwickelspule 12 wird auf eine Hülse 13 gewickelt, die an einem um eine Drehachse 14 rotierbaren Spulenträger 15 angeordnet ist, beispielsweise auf diesen aufgesteckt ist. Ein Drehantrieb 16 treibt den Spulenträ ger 15 an. Die Drehachse 14 bildet zugleich eine Längsachse 18 der Kreuzwickelspule 12.
Alternativ ist auch ein mittelbares Antreiben des Spulenträgers 15 möglich, z.B. in Gestalt eines Friktionsantriebs. Beispielsweise treibt ein zum Drehantrieb 16 alternativer Drehantrieb 16' eine Friktionswalze 70 an, die am Außenumfang der Kreuzwickelspule 12 anliegt. Schwenkarme 71 halten die Friktionswalze 70. Mittels der Schwenkarme 71, die die Friktionswalze 70 vorzugsweise federbelastet an den Außenumfang der Kreuzwickelspule 12 anpressen, ist die Friktionswalze 70 zur Kreuzwickelspule 12 hin schwenkbar bzw. kann von dieser weggeschwenkt werden.
Eine entlang der Drehachse 14 bzw. Längsachse 18 längsbewegliche Fadenführungseinrichtung 17, beispielsweise eine Öse, führt den Faden 11 der Kreuzwickelspule 12 zu. Zugleich führt die Fadenführungseinrichtung 17 den Faden 11 entlang der Längsachse 18 bei rotierender Kreuzwickelspule 12 hin und her, wobei ein changierendes Wicklungsmuster entsteht. Der Faden 11 kommt aus einer Fadenquelle 19, beispielsweise einer Spinnmaschine oder dergleichen.
Ein Längsantrieb 20 treibt die Fadenführungseinrichtung 17 entlang der Längsachse 18 an bzw. bewegt die Fadenführungseinrichtung 17 entlang der Längsachse 18 bzw. der Drehachse 14 hin und her. Der Längsantrieb 20, beispielsweise ein e lektrischer Antrieb oder ein fluidtechnischer Antrieb, enthält ein Antriebselement 21. Das Antriebselement 21 ist beispielsweise der Läufer des z.B. elektrischen Längsantriebs 20 oder ein Kolben eines fluidtechnischen, beispielsweise pneumatischen Längsantriebs 20.
Ein Steuerungsmodul steuert den Drehantrieb 16 sowie den Längsantrieb 20 über Leitungen 23, 24. Bei elektrischen Antrieben 16, 20 handelt es sich bei den Leitungen 23, 24 beispielsweise um elektrische Leitungen, bei entsprechenden fluidtechnischen, beispielsweise pneumatischen Antrieben können anstelle der Leitungen 23, 24 auch Ventilanordnungen, Fluidleitungen oder dergleichen vorgesehen sein, um die entsprechenden Antriebe gesteuert mit Druckmedium zu beaufschlagen bzw. Druckmedium von den Antrieben wegzuführen.
Die Antriebe 16, 20 weisen Schnittstellenmittel 25 auf, mit denen sie mit dem Steuerungsmodul 22 verbindbar sind. Beim Ausführungsbeispiel sind die Schnittstellenmittel 25 vereinfacht durch Stecker 26, 27 angedeutet. Die Schnittstellenmittel 25 erlauben eine dynamische Ansteuerung der Antriebe 16, 20 und können beispielsweise Regelungsmittel, fluidtechnische Ventilanordnungen oder dergleichen enthalten. Jedenfalls kann das Steuerungsmodul 22 die Antriebe 16, 20 über die Schnittstellenmittel 25 zweckmäßigerweise hochdynamisch zur Ausführung der Erfindung ansteuern.
Das erfindungsgemäße Steuerungsmodul 22 ist beim Ausführungsbeispiel in Hardware und Software ausgeführt, wobei eine Ausführung in reiner Software ebenfalls möglich ist. Das Steuerungsmodul 22 enthält einen Prozessor 28 zum Ausführen von Programmcode, beispielsweise von Programmcode eines Betriebssystemmoduls 29 und eines Parametermoduls 30, die in einem Speicher 31, beispielsweise flüchtigem und/oder nicht flüchtigem Speicher des Steuerungsmoduls 22 abgelegt sind. Durch Ausführung von Programmcode des Parametermoduls 30 erzeugt das Steuerungsmodul 22 Steuerungsparameter und Steuerungsbefehle 32, 33, mit denen das Steuerungsmodul 22 die Antriebe 16, 20 derart steuert, dass der Faden 11 bei durch den Drehantrieb 16 in Rotation versetzter Hülse 13 bzw. Kreuzwickelspule 12 unter durch den Längsantrieb 20 bewirkter Hin- und Herbewegung der Fadenführungseinrichtung 17 zu der Kreuzwickelspule 12 changierend gewickelt wird. Die Steuerungsbefehle 32, 33 übermittelt das Steuerungsmodul 22 über Schnittstellenmittel 34 an die Schnittstellenmittel 25 der Antriebe 16, 20. Hierfür eignet sich beispielsweise eine Kommunikation über einen Feldbus, beispielsweise einen CAN-Bus oder dergleichen. Das Steuerungsmodul 22 kann nicht dargestellte Regelungsmittel zum Regeln der Antriebe 16, 20 enthalten.
Das Parametermodul 30 enthält Programmcode, der ein mathematisches Modell von am Faden 11 auftretenden Kräften, die beim Abwickeln, das man auch als Abziehen bezeichnen könnte, der Kreuzwickelspule 12 an einer in den 2a und 2b darge stellten Abwicklungsvorrichtung 50 auftreten. Bei der Abwicklungsvorrichtung 50 handelt es sich beispielsweise um eine Webmaschine oder eine sonstige textilverarbeitende Maschine, die Faden, Garn oder dergleichen verarbeitet.
Bei der Abwicklungsvorrichtung 50 ist die Kreuzwickelspule 12 vorzugsweise drehfest oder aber drehbar gelagert, beispielsweise an einer drehbaren Halterung, die in der Figur aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt ist. Die Kreuzwickelspule 12 ist z.B. um eine Drehachse 51 drehbar. In Achsrichtung der Drehachse 51 ist eine Abwickel-Fadenführungseinrichtung 52, beispielsweise eine Öse, angeordnet. Eine Zugeinrichtung 53 zieht den Faden 11 von der Kreuzwickelspule 12 ab, wobei der Faden 11 durch die Fadenabwickel-Fadenführungseinrichtung 52 geführt wird. Die Zugeinrichtung 53 führt den Faden 11 beispielsweise einem Webprozess oder dergleichen zu, den die Abwicklungsvorrichtung 50 in nicht dargestellter Weise durchführt.
Beim Abwickeln bzw. Abziehen des Fadens 11 von der Kreuzwickelspule 12 wirken verschiedene Kräfte auf den Faden 11, beispielsweise eine Ablösekraft 54 an einem Ablösepunkt 55 an der Kreuzwickelspule 12. Die Ablösekraft 54 enthält beispielsweise Tangentialkräfte, Reibungskräfte, beispielsweise bewirkt durch das Anhaften des Fadens 11 an der Kreuzwickelspule 12 oder dergleichen, Zugkräfte oder dergleichen. Jedenfalls bildet das Parametermodul 30 diese Kräfte ab bzw. be rechnet diese Kräfte, wobei eine oder mehrere geometrische und/oder kinematische Bedingungen der Abwicklungsvorrichtung 50 berücksichtigt werden.
Die geometrischen Bedingungen enthalten beispielsweise die Länge 56 der Kreuzwickelspule 12, deren Durchmesser 57 sowie den Abstand 58 der Kreuzwickelspule 12 zur Abwickel-Fadenführungseinrichtung 52, bei dem es sich vorliegend um einen Axialabstand handelt.
Weiterhin berücksichtigt das Parametermodul 30 als kinematische Bedingung eine Abwicklungsgeschwindigkeit 59, mit der die Zugeinrichtung 53 den Faden 11 von der Kreuzwickelspule 12 abwickelt bzw. abzieht.
Bei diesem Abwickeln bzw. Abziehen kann die Kreuzspule 12 in Rotation versetzt werden oder drehfest sein. Jedenfalls rotiert der Ablösepunkt 55 üblicherweise beim Abwickeln bzw. Abziehen um die Kreuzwickelspule 12. Der Faden 12 bildet zwischen dem Ablösepunkt 55 und der Abwickel-Fadenführungseinrichtung 52 eine Art Ballon oder einen sonstigen, um die Drehachse 51 im Wesentlichen rotationssymmetrischen Körper. Bei dem in 2a gezeigten Abstand 58 der Kreuzwickelspule 12 von der Abwickel-Fadenführungseinrichtung 52 bildet sich beispielsweise ein Einfach-Ballon 60, der keine Taillierung aufweist. Bei einem gegenüber dem Abstand 58 vergrößerten Abstand 58' zwischen der Kreuzwickelspule 12 und der Abwickel-Fadenführungseinrichtung 52 gemäß 2b hingegen bildet sich ein Mehrfach-Ballon 61, z.B. ein Doppelballon. Zwischen dem Ablösepunkt 55 und der Abwickel-Fadenführungseinrichtung 52 weist der Verlauf des Fadens 11 dann mehrere Wendepunkte auf, beispielsweise Wendepunkte 62, 63.
Wenn sich ein Einfachballon wie in 2a oder ein Mehrfachballon wie in 2b stationär oder quasistationär einstellt, sind nach der Erkenntnis der Erfinder die auf den Faden 11 beim Abwickeln von der Kreuzwickelspule 12 wirkenden Kräfte verhältnismäßig gering. Findet jedoch ein Übergang von einem Einfachballon auf einen Zwei- oder Mehrfachballon, oder allgemeiner formuliert, von einem x-fach auf einen y-fach Ballon (mit x ungleich y) statt (oder umgekehrt), treten insbesondere während der Übergangsphase verhältnismäßig große Kräfte am Faden 11 auf, was im Extremfall zum Abreißen des Fadens 11 führen kann. Um eine derartige Situation zu verhindern, ermittelt das Parametermodul 30 optimierte Wicklungsparameter zum Bewickeln der Kreuzwickelspule 12 anhand eines Modells, bei dem z.B. die Länge 56 der Kreuzwickelspule 12, der Abstand 58, zweckmäßigerweise auch der Durchmesser 57 der Kreuzwickelspule 12 und dergleichen mehr berücksichtigt sein können. Bei einer mit den durch das Steuerungsmodul 22 ermittelten optimierten Wicklungsparametern bewickelten Kreuzwickelspule 12 treten Übergänge von einem x-fach auf einen y-fach Ballon beim Abwickeln der Kreuzwickelspule 12 nicht oder selten auf. Durch die erfindungsgemäß optimierte Bewicklung der Kreuzwickelspule 12 sind derartige Übergänge gezielt beeinflussbar, wobei z.B. hinsichtlich der Fadenbelastung unkritische Übergänge erlaubt sein können.
Zur Ermittlung optimierter Wicklungsparameter wertet das Steuerungsmodul 22 Eingangsparameter aus. Über Schnittstellmittel 35, beispielsweise über eine Ein- Ausgabeschnittstelle mit einem Display, einer Tastatur und/oder einer seriellen Schnittstelle, einer Busschnittstelle oder dergleichen, können kinematische und/oder geometrische Gegebenheiten der Abwicklungsvorrichtung 50 oder anderer Abwicklungsvorrichtungen an dem Steuerungsmodul 22 parametriert werden. Beispielsweise sind Parameter 36 des Fadens 11, z.B. dessen Zugfestigkeit, dessen Reibeigenschaften oder dergleichen, sowie geometrische und/oder kinematische Parameter 37 der Abwicklungsvorrichtung 50 über die Schnittstellenmittel 35 parametrierbar, beispielsweise über einen interaktiven Benutzerdialog, durch Eingabe über eine serielle Schnittstelle oder dergleichen. Auch eine gewünschte Abwicklungsgeschwindigkeit 59 an der Abwicklungsvorrichtung 50 ist parametrierbar. Die Parameter 36, 37 sind z.B. als Parametersätze im Speicher 30 gespeichert.
Anhand der Parameter 36, 37 ermittelt die Steuerungsvorrichtung 22, insbesondere das Parametermodul 30, optimierte Wicklungsparameter zum Bewickeln der Kreuzwickelspule 12. Bei gegebenem Abstand 58 an der Abwicklungsvorrichtung 50 sowie ei ner gewünschten Abwicklungsgeschwindigkeit 59 und einem Spulendurchmesser 57 ermittelt das Parametermodul 50 optimale Wickelwinkel 38, 39 zum Bewickeln der Kreuzwickelspule 12 mit den Faden 11. Die Wickelwinkel 38, 39 beziehen sich beispielsweise auf die Längsachse 18 oder auf Tangenten an der Oberfläche der Kreuzwickelspule 12, die senkrecht zur Drehachse 14 bzw. Längsachse 18 der Kreuzwickelspule 12 sind. Bei einem ersten Längshub 40 (in der Figur von rechts nach links) der Fadenführungseinrichtung 17 stellt das Steuerungsmodul 22 beispielsweise den Wickelwinkel 38 ein. Bei einem darauffolgenden, dem Längshub 40 entgegengesetzten Längshub 41 hingegen stellt das Steuerungsmodul den zweiten, von dem ersten Wickelwinkel 38 verschienenen Wickelwinkel 39 ein. Beispielsweise steuert das Steuerungsmodul 22 den Drehantrieb 16 oder den alternativ möglichen Drehantrieb 16' zu einer im Wesentlichen konstanten Rotationsgeschwindigkeit 42 an. Bei der bevorzugten Variante mit dem Drehantrieb 16' und der Friktionswalze 70 ist die Umfangsgeschwindigkeit der Kreuzwickelspule 12 im wesentlichen konstant.
Den Längsantrieb 20 hingegen steuert das Steuerungsmodul 22 bei den Längshüben 40, 41 mit unterschiedlichen Längshubgeschwindigkeiten 43, 44 an, so dass der Faden 11 mit unterschiedlichen Wickelwinkeln 38, 39 auf die Kreuzwickelspule 12 gewickelt wird. Es versteht sich, dass das Steuerungsmodul 22 auch die Rotationsgeschwindigkeit 42 variieren kann.
Beim Abwickeln der Kreuzwickelspule 12 verändert sich der Durchmesser 57. Nun wäre es prinzipiell möglich, dass das Steuerungsmodul 22 die Antriebe 16, 20 derart ansteuert, dass die Kreuzwickelspule 12 über ihren gesamten, sich mit zunehmender Bewicklung vergrößernden Durchmesser 57 mit denselben Wickelwinkeln 38, 39 bewickelt wird. Vorliegend jedoch verändert das Steuerungsmodul 22 die Wickelwinkel 38, 39 in Abhängigkeit vom jeweiligen Durchmesser 57 der Kreuzwickelspule 12, der beispielsweise mit einem Startdurchmesser 64 (der dem Außendurchmesser der Hülse 13 entspricht) beginnt und mit einem Enddurchmesser 65 endet.
Das Steuerungsmodul 22 stellt die Wickelwinkel 38, 39 beispielsweise so ein, dass eine Doppelhublänge 66 des Fadens 11 im Wesentlichen konstant bleibt, auch bei sich veränderndem Durchmesser 57 der Kreuzwickelspule 12 beim Abwickeln des Fadens 11. Die Doppelhublänge 66 ist vorliegend beispielsweise die Länge des Fadens 11, die abgewickelt wird, wenn sich der Ablösepunkt 55 entlang der Länge 56 der Kreuzwickelspule 12 jeweils einmal hin und her bewegt, was einer Summe der Längshübe 40 und 41 entspricht. Das Steuerungsmodul 22 stellt die Doppelhublänge 66 derart ein, dass beispielsweise der Einfachballon 60 gemäß 2a oder der Mehrfachballon 61 gemäß 2b beim Abwickeln der Kreuzwickelspule 12 entsteht und jeweils über den gesamten Abwicklungsvorgang der Kreuzwickelspule 12 im wesentlichen konstant bleibt.
Es ist möglich, dass bei Abwicklungsvorrichtungen der Abstand zwischen der Abwickel-Fadenführungseinrichtung und der Kreuzwickelspule variabel ist. Dies ist beispielsweise auch bei der Abwicklungsvorrichtung 50 der Fall. Das Parametermodul 30 bzw. das Steuerungsmodul 22 ermitteln in einer solchen Konstellation einen optimalen Abstand 58 zwischen der Kreuzwickelspule 12 und der Fadenführungseinrichtung 52 anhand vorgegebener Parameter, beispielsweise der Beschaffenheit des Fadens 11, gewünschter Start- und Enddurchmesser 64, 65 der Kreuzwickelspule 12, gewünschter bzw. vorgegebener Abwicklungsgeschwindigkeit 59, Wickelwinkeln 38, 39 oder dergleichen. Den jeweils ermittelten Abstand 58 zur Einstellung der Abwicklungsvorrichtung 50 gibt das Steuerungsmodul 22 an den Schnittstellenmitteln 35 aus, beispielsweise in Form einer optischen Anzeige, auf einem Datenträger oder dergleichen.
Eine Anpassung an veränderte geometrische und/oder kinematische Gegebenheiten der jeweiligen Abwicklungsvorrichtung, an unterschiedliche Faden bzw. Garnqualitäten oder dergleichen ist bei dem Steuerungsmodul 22 einfach realisierbar. Die jeweils gewünschten Parameter werden an den Schnittstellenmitteln 35 angegeben. Anhand dieser Parameter ermittelt das Steuerungsmodul 22 die jeweils erforderlichen Wickelwinkel 38, 39, die, wie erläutert, auch veränderlich sein können, und steuert in entsprechender Weise die Antriebe 16, 20 an.
Weitere Varianten der Erfindung sind ohne Weiteres möglich.
Beispielsweise kann das Steuerungsmodul 22 ein von den Antrieben 16, 20 abgesetztes Modul sein, das mit einem lokalen Steuerungsmodul zur Ansteuerung der Antriebe 16, 20 zusammenwirkt bzw. für dieses Steuerungsmodul Parameter bzw. Befehlssätze erzeugt. Das erfindungsgemäße Steuerungsmodul ermittelt dann in der beschriebenen Weise anhand eines mathematischen Modells die mit wachsendem Durchmesser 57 der Kreuzwickelspule 12 sich veränderten Wickelwinkel 38, 39 und gibt diese an das lokale Steuerungsmodul zur Ansteuerung der Antriebe 16, 20 weiter, beispielsweise über eine Datenleitung und/oder auf einem Datenträger, z.B. einer Diskette oder dergleichen.
Das Steuerungsmodul 22 kann mit verschiedenen Messeinrichtungen, die aus Gründen der Vereinfachung in der Figur nicht dargestellt sind, zusammenwirken. Beispielsweise kann eine Längenmesseinrichtung zur Messung der jeweils der Kreuzwickelspule 12 zugeführten Länge des Fadens 11 vorhanden sein. Ferner können Messmittel, beispielsweise optische Sensoren, vorhanden sein, die den jeweiligen Durchmesser 57 der Spule 12 ermitteln und dem Steuerungsmodul 22 übermitteln. Auch zur Ermittlung der jeweiligen Geschwindigkeiten der Antriebe 16, 20 können mit dem Steuerungsmodul kooperierende Messmittel vorhanden sein.
Das Steuerungsmodul 22 kann auch eine optimale Abwicklungsgeschwindigkeit 59 ermitteln, mit der die Abwicklungsvorrichtung 50 den Faden 11 von der Kreuzwickelspule 12 abwickeln sollte.

Claims

Steuerungsmodul für eine Aufwickelvorrichtung (10) zum Aufwickeln eines Fadens (11), wobei die Aufwickelvorrichtung (10) einen durch einen Drehantrieb (16, 16') antreibbaren, um eine Drehachse (14) rotierbaren Spulenträger (15), auf den der Faden (11) zu einer durch eine Abwicklungsvorrichtung abwickelbaren Kreuzwickelspule (12) aufwickelbar ist, und eine entlang der Drehachse (14), die eine Längsachse (18) der Kreuzwickelspule (12) bildet, längsbewegliche, durch einen Längsantrieb (20) antreibbare Fadenführungseinrichtung (17) zum Führen des Fadens (11) entlang der Drehachse (14) aufweist, so dass der Faden (11) bei rotierendem Spulenträger (15) zu einer Kreuzwickelspule (12) aufwickelbar ist, und wobei das Steuerungsmodul zum Steuern des Drehantriebs (16, 16') und des Längsantriebs (20) ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung von Belastungen am Faden (11), die beim Abwickeln des Fadens (11) von der Kreuzwickelspule (12) an der Abwicklungsvorrichtung auftreten, die Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung des Drehantriebs (16, 16') und des Längsantriebs (20) anhand eines mathematischen Modells ausgestaltet ist, das mindestens eine beim Abwickeln an der Abwicklungsvorrichtung am Faden (11) auftretende Kraft umfasst, wobei die mindestens eine Kraft eine auf den Faden (11) wirkende Zugkraft und/oder eine am jeweiligen Ablösepunkt des Fadens (11) von der Kreuzwickelspule (12) auftretende Ablösekraft umfasst.
Steuerungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus dem mathematischen Modell mindestens einen auf die Längsachse (18) der Kreuzwickelspule (12) bezogenen Wickelwinkel (38, 39) ermittelt; mit dem die Aufwickelvorrichtung (10) den Faden (11) auf die Kreuzwickelspule (12) für ein optimiertes Abwickelverhalten wickeln muss.
Steuerungsmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wickelwinkel (38, 39) einen ersten Wickelwinkel (38) und einen zweiten Wickelwinkel (39) umfasst, wobei der erste Wickelwinkel (38) einer ersten Linear-Bewegung der Fadenführungseinrichtung (17) entlang der Längsachse (18) der Kreuzwickelspule (12) zugeordnet ist und der zweite Wickelwinkel (39) einer zweiten, der ersten Linear-Bewegung entgegengesetzten der Fadenführungseinrichtung (17) entlang der Längsachse (18) der Kreuzwickelspule (12) zugeordnet ist.
Steuerungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell einen beim Aufwickeln und/oder Abwickeln veränderlichen Durchmesser der Kreuzwickelspule (12) umfasst.
Steuerungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell eine Abzugsgeschwindigkeit umfasst, mit der der Faden (11) von der Kreuzwickelspule (12) abgewickelt wird.
Steuerungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell mindestens eine geometrische Eigenschaft einer Abwickel-Fadenführungseinrichtung der Abwicklungsvorrichtung bezogen auf die Kreuzwickelspule (12) umfasst.
Steuerungsmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine geometrische Eigenschaft einen Abstand der abzuwickelnden Kreuzwickelspule (12) zu der Abwickel-Fadenführungseinrichtung umfasst.
Steuerungsmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand in Abhängigkeit von einem Abwicklungsgrad der abzuwickelnden Kreuzwickelspule (12) veränderlich ist.
Steuerungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwickel-Fadenführungseinrichtung der Abwicklungsvorrichtung in Richtung der Längsachse (18) der abzuwickelnden Kreuzwickelspule (12) orientiert ist, so dass der Faden (11) im wesentlichen in Längsrichtung von der Kreuzwickelspule (12) abgewickelt wird.
Steuerungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell eine im wesentlichen konstante Doppelhub-Länge (66) des Fadens (11) umfasst, wobei die Doppelhub-Länge (66) eine Länge des Fadens (11) umfasst, die bei zwei aufeinanderfolgenden, einander entgegengesetzten Längshüben (40, 41) des Faden-Ablösepunktes entlang der Längsachse (18) der Kreuzwickelspule (12) beim Abwickeln des Fadens (11) von der Kreuzwickelspule (12) abgewickelt wird.
Steuerungsmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelhub-Länge (66) einen Abstand, insbesondere einen Längs-Abstand der Kreuzwickelspule (12) von der Abwickel-Fadenführungseinrichtung umfasst.
Steuerungsmodul nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ermittlung einer derartigen Doppelhub-Länge (66) ausgestaltet ist, bei der keine Resonanzen am Faden (11) beim Abwickeln an der Abwicklungsvorrichtung entstehen.
Steuerungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Bewicklung der Kreuzwickelspule (12) derart ausgestaltet ist, dass ein zur Längsachse (18) der Kreuzwickelspule (12) im wesentlichen rotationssymmetrischer Ballon (60, 61), den der Faden (11) beim Abwickeln an der Abwicklungsvorrichtung bildet, eine im wesentlichen konstante Außengestalt aufweist.
Steuerungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ermittlung eines optimierten Abstandes (58, 58') zwischen der Kreuzwickelspule (12) und der Abwickel-Fadenführungseinrichtung ausgestaltet ist.
Steuerungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell eine Beschaffenheit des Fadens (11) umfasst.
Steuerungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Programmcode aufweist, der durch einen Prozessor ausführbar ist.
Speichermittel mit einem darauf gespeicherten Steuerungsmodul nach Anspruch 17.
Aufwickelvorrichtung für einen Faden (11), mit einem durch einen Drehantrieb (16, 16') antreibbaren, um eine Drehachse (14) rotierbaren Spulenträger (15), auf den der Faden (11) zu einer durch eine Abwicklungsvorrichtung abwickelbaren Kreuzwickelspule (12) aufwickelbar ist, mit einer entlang der Drehachse (14) längsbeweglichen, durch einen Längsantrieb (20) antreibbaren Fadenführungseinrichtung (17) zum Führen des Fadens (11) entlang der Drehachse (14), so dass der Faden (11) bei rotierendem Spulenträger (15) zu einer Kreuzwickelspule (12) aufwickelbar ist, und mit einem Steuerungsmodul zum Steuern des Drehantriebs (16, 16') und des Längsantriebs (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und/oder mit einer Schnittstelle zum Anschluss eines Steuerungsmoduls nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Aufwickelvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass am Spulenträger (15) eine Hülse (13) anordenbar ist, auf die die Kreuzwickelspule (12) gewickelt wird.
Verfahren zum Aufwickeln eines Fadens mittels einer Aufwickelvorrichtung (10), die einen durch einen Drehantrieb (16, 16') antreibbaren, um eine Drehachse (14) rotierbaren Spulenträger (15), auf den der Faden (11) zu einer durch eine Abwicklungsvorrichtung abwickelbaren Kreuzwickelspule (12) aufwickelbar ist, und eine entlang der Drehachse (14), die eine Längsachse (18) der Kreuzwickelspule (12) bildet, längsbewegliche, durch einen Längsantrieb (20) antreibbare Fadenführungseinrichtung (17) zum Führen des Fadens (11) entlang der Drehachse (14) aufweist, so dass der Faden (11) bei rotierendem Spulenträger (15) zu einer Kreuzwickelspule (12) aufwickelbar ist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: – Steuern des Drehantriebs (16, 16') und des Längsantriebs (20) anhand eines mathematischen Modells, das mindestens eine beim Abwickeln an der Abwicklungsvorrichtung am Faden (11) auftretende Kraft umfasst, zur Optimierung von Belastungen am Faden (11), die beim Abwickeln des Fadens (11) von der Kreuzwickelspule (12) an der Abwicklungsvorrichtung auftreten, wobei die mindestens eine Kraft eine auf den Faden (11) wirkende Zugkraft und/oder eine am jeweiligen Ablösepunkt des Fadens (11) von der Kreuzwickelspule (12) auftretende Ablösekraft umfasst.