DE3401530A1

DE3401530A1 - Praezisionsspule, sowie verfahren und vorrichtung zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3401530A1
Application number: DE19843401530
Authority: DE
Inventors: Fritjof Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 6233 Kelkheim Maag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-01-18
Filing date: 1984-01-18
Publication date: 1985-07-25
Also published as: JPS60218262A; EP0150771B1; DE3560159D1; EP0150771A2; EP0150771A3; US4676441A; EP0150771B2

Description

Präzisionsspule, sowie Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft eine mit strang- oder fadenförmigem Gut in Präzisionswicklung bewickelte Spule, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dieser Spule.

Derartige Spulen werden hauptsächlich für Garne und Bänder, aber auch für Draht verwendet. Wegen der besseren Spulenqualität besonders hinsichtlich der geringeren Störanfälligkeit bei sehr hohen Abzugsgeschwindigkeiten wird heute bei der Verarbeitung in Anwendungsbereichen mit besonders hoher Produktivität ein Spulenaufbau·in offener Präzisionswicklung bevorzugt.

Die geschlossene Präzisionswicklung bietet den Vorteil einer besonders hohen Packungsdichte der Spule. Dies ist z.B. überall dort erwünscht, wo ein höheres Spulenvolumen stört oder den Energieverbrauch nachteilig beeinflußt.

Die Präzisionswicklung zeichnet sich gegenüber der wilden Wicklung dadurch aus, daß beim Spulvorgang das Verhältnis aus Spulendrehzahl und Changiergeschwindigkeit des Fadens konstant ist. Dieses Verhältnis kann auch nur über einen Teilbereich des Spulenaufbaues konstant sein und sich von Teilbereich zu Teilbereich in Sprüngen ändern.

Als Maß für die Changiergeschwindigkeit des Fadens ist es üblich, die Anzahl der Doppelhübe pro Zeiteinheit zu verwenden. Ein Doppelhub entspricht dabei einem Hin- und Hergang des Fadens. Das Verhältnis der Spulendrehzahl zur Anzahl der Doppelhübe pro Minute wird als Windungszahl bezeichnet und stellt die Anzahl der Spulenumdrehungen in einem Changierzyklus dar.

Der ganzzahlige Teil der Windungszahl ist ein Maß für die Steigung der Wendel, die der Faden auf der Spule bildet. Der gebrochene Teil der Windungszahl - allgemein als Dezimalbruch angegeben und nachfolgend als Dezimale der Windungszahl bezeichnet - bestimmt die Lage der Folge von Fadenwendeln zueinander. Am anschaulichsten ist dies anhand der Lage der Umkehrpunkte des Fadens an den Stirnflächen der Spule darzustellen.

Bei der offenen Präzisionswicklung muß die Dezimale der Windungszahl so groß sein, daß der Abstand der Folge von Umkehrpunkten am Spulenumfang sehr viel größer als der Fadendurohmesser bzw. die Strangbreite ist. Er wandert deshalb stetig am Umfang vor bzw. zurück.

Als Dezimalen der Windungszahl können auch solche Werte ausgewählt werden, bei denen die Folge der Umkehrpunkte größere Abschnitte des Spulehumfanges sternförmig überspringt und nach einigen wenigen Umläufen wieder in die Nähe des Ausgangspunktes zurückkehrt. Dies wird z.B. durch Werte für den gebrochenen Teil der Windungszahl in der Nähe von 2/5 oder 3/5 erreicht. Mit dieser sog. Rautenspulung erhält man bei glatten Filamentgarnen einen besonders stabilen Spulenaufbau. Grundsätzlich muß vermieden werden, daß die Folge der Umkehrpunkte exakt an den Ausgangspunkt zurückkehrt, um Garnanhäufungen an diesen Stellen zu vermeiden.

Ist die Windungszahl eine natürliche Zahl oder kann die Dezimale der Windungszahl als Bruch mit der natürlichen Zahl a im Nenner ausgedrückt werden, so liegt die a-te Windung exakt über der ersten. Dies bezeichnet man als Spiegelbildung der ersten bzw. a-ten Ordnung.

Besonders bei- Spiegeln der ersten Ordnung besteht die Gefahr, daß die einzelnen Garnlagen gegeneinander nicht abgebunden werden und deshalb leicht verrutschen oder beim Abarbeiten hochgerissen werden.

Durch Spiegelbildung erhält man aber auch eine Anhäufung von Umkehrpunkten und damit Masseschwankungen am Spulenumfang. Je kleiner a dabei ist, desto ungünstiger wirkt sich der Spiegel auf den Spulenaufbau aus.

Günstige bzw. ungünstige Windungszahlen erkennt der Fachmann bei einer exakten Beobachtung der einzelnen Fadenlagen während des Spulenaufbaus. Dazu wird häufig ein Stroboskop verwendet. Beurteilt wird dazu auch der optische Eindruck der voll bewickelten Spule und deren Ablaufeigenschaften.

Dieser Weg ist sehr aufwendig und führt trotzdem nicht, oder allenfalls rein zufällig, zu optimalen Windungszahlen.

Bei der geschlossenen Präzisionswicklung soll der Abstand von einer Fadenwendel zur nächstfolgenden etwas größer als der Garndurchmesser bzw. die Strangbreite sein. Die Dezimale der Windungszahl muß deshalb etwas größer als das Verhältnis aus Garndurchmesser bzw. Strangbreite und Spulenumfang sein. Bei dem heute üblichen großen Verhältnis der Durchmesser von voller und leerer Spule ist eine ideale geschlossene Präzisionswicklung mit konstanter Windungszahl nicht mehr über den gesamten Spulenaufbau zu erreichen.

Man kann auch die Rautenwicklung als geschlossene Wicklung ausbilden. Die Dezimale der Windungszahl setzt sich dann zusammen aus dem Bruchteil, der die Verlegungssprünge ergibt und einem Anteil, der wiederum den Abstand zweier Fadenwendeln nach Durchlaufen eines vollen Verlegungszyklus bestimmt.

Präzisionspulen werden auf Spulmaschinen hergestellt, bei denen der drehende Spulenkörper und die, die Fadenchangierung bewirkende Einrichtung durch ein mechanisches Getriebe verbunden sind. Das Übersetzungsverhältnis zwischen beiden kann feinstufig variiert werden, um die jeweils günstigste Windungszahl einstellen zu können. Bei der geschlossenen Präzisionswicklung wird dafür vielfaeh auch ein stufenloses Getriebe verwendet.

Neuerdings sind Spuleinrichtungen bekannt geworden, bei denen der'Antrieb der Changiereinrichtung durch eine elektronische Steuerschaltung nach der Drehung der Spule geregelt wird. In der DE-AS 19 13 451 ist das Prinzip einer derartigen Einrichtung beschrieben.

Die elektronische Steuerungstechnik ermöglicht es, auf einfache Weise eine Vielzahl von Übersetzungsverhältnissen zwischen drehender Spule und Changiereinrichtung einzustellen. Damit kann dann auch während einer Spulenreise das übersetzungsverhältnis praktisch beliebig of geändert werden.

Durch eine gezielte Änderung der Windungszahl während des Spulenaufbaus kann der gravierende Nachteil der Präzisionswicklung, nämlich die laufende Änderung des Kreuzungswinkels zwischen leerer und voller Spule vermieden werden. Bei dem heute üblichen großen Verhältnis der Bewicklungsdurchmesser von voller und leerer Spule ist diese Änderung des Kreuzungswinkels

bei konstanter Windungszahl so groß, daß ein optimaler Spulenaufbau nicht mehr über den gesamten Durchmesserbereich möglich ist.

Auch führt eine Änderung des Kreuzungswinkels bei konstanter Umfangsgeschwindigkeit der Spule zu einer Änderung der Aufwindegeschwindigkeit. Wenn ein Garn mit konstanter Geschwindigkeit zugeliefert wird, ist deshalb eine Präzisionswicklung bei Umfangsantrieb der Spule i.a. nicht möglich.

In der Europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnumraer 0 055 8^9 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine Spule an ihrem Umfang mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird und bei der die Windungszahl in Stufen so geändert wird, daß die Aufwindegeschwindigkeit annähernd konstant bleibt.

Es ist allerdings sehr aufwendig, die Vielzahl von günstigen Windungszahlen, die für einen derartigen Spulenaufbau benötigt werden, auf die herkömmliche Weise zu ermitteln. Dabei ist zusätzlich zu berücksichtigen, daß z.B. bei einer Änderung des Kreuzungswinkels, wie dies zur Anpassung der Spuleinrichtung an ein anderes Spulgut häufig notwendig ist, sich die ganze Reihe der Windungszahlen ebenfalls ändern muß.

Im Ausführungsbeispiel der oben genannten Europäischen Patentanmeldung ist die Verbindung zwischen der Spulendrehung und der Changierbewegung des Fadenführers über eine analog arbeitende Steuerschaltung, die eine, we.nn auch geringe Abweichung im übersetzungsverhältnis zuläßt, gelöst. Damit erreicht man zwar einen im Vergleich zur wilden Wicklung wesentlich besseren Spulenaufbau. Die Qualität einer Präzisionswicklung mit opti-

maler Windungszahl kann auf diese Weise jedoch nicht erreicht werden. Bei dem gewählten Beispiel ist infolge des möglichen Fehlers im Übersetzungsverhältnis mit der Möglichkeit des Auftretens von Spiegeln der 8- bis Ordnung zu rechnen.

Die geschilderten Nachteile belasten die praktische Anwendung derartiger Einrichtungen so sehr, daß deren Markteinführung bisher nicht möglich war. obwohl die damit erzielbare Spulenqualität wesentlich besser ist als bei herkömmlichem Spulenaufbau in wilder Wicklung öder auch in Präzisionswicklung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Präzisionsspule mit optimalen Eigenschaften hinsichtlich Spulenaufbau und Spulenablauf zu entwickeln, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung derartiger Spulen anzugeben.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Präzisionsspule, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung solcher Spulen, wie sie in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche beschrieben sind.

Ein guter Spulenaufbau erfordert u.a. eine gleichmäßige Verteilung der Fadenmasse im Wickelkörper. Andernfalls treten Dichteunterschiede auf, die einerseits die optische Erscheinung der Spule nachteilig beeinflussen. Andererseits führen solche Unterschiede schon beim Spulen selbst durch Unwucht bzw. unrunden Lauf zu Schwierigkeiten, die besonders beim Antrieb der Spule an ihrem Umfang durch Friktion stören. Vor allem werden durch derartige Dichteschwankungen aber auch die Ablaufeigenschaften ungünstig beeinflußt.

Eine gleichmäßige Verteilung der Fadenmasse im Wickelkörper kann nicht nur durch das Vermeiden von Bildwicklungen, auch solchen sehr hoher Ordnung, erreicht werden. Sie setzt vor allem eine gleichmäßige Verteilung der Huburakehrpunkte am Spulenumfang voraus.

Die Lage des η-ten Hubumkehrpunktes u kann aus der Windungszahl W errechnet werden zu:

u = n*W

Die Dezimalen von u (= ud) bestimmen die Lage des jeweiligen Umkehrpunktes, wobei ud in Teilen des Spulenumfanges ausgedrückt wird.

Man kann nun den Spulenumfang in k Klassen einteilen und die Dezimalen der Umkehrpunkte ud von ζ Changierperioden in diese Klassen einsortieren. Die Differenz der Anzahl von TJmkehrpunkten in der am höchsten und am geringsten belegten Klasse sei als Spannweite S bezeichnet. Diese stellt ein Maß für die Gleichmäßigkeit der Verteilung der ζ Umkehrpunkte auf die k Klassen und damit auch der Massenverteilung des Fadens in der Spule dar.

Beobachtet man für verschiedene Dezimalen der Windungszahl ud diese Spannweite S laufend über den gesamten Spulenaufbau, so stellt man fest, daß der Wert dafür entweder immer größer wird, oder daß er innerhalb eines bestimmten Bereiches schwankt. Windungszahlen, die zu immer größeren Werten von S führen sind für den Spulenaufbau nicht geeignet.

Eine objektive Beurteilung der Verteilungsgleichraäßigkeit der Umkehrpunkte ist schon bei der Erfassung von etwa 1000 Umkehrpunkten möglich. Für einen guten Spulenaufbau müssen dabei folgende Bedingungen eingehalten werden:

1. Bei Z=IOOO Umkehrpunkten und k=100 Klassen darf die Spannweite S zu keinem Zeitpunkt mehr als 8, vorzugsweise mehr als 4 betragen.

2. Bei z=1000 Umkehrpunkten und k=10 Klassen darf die Spannweite S zu keinem Zeitpunkt mehr als 4, vorzugsweise mehr als 2 betragen.

Für normales Wiokelgut ist die Einhaltung der größeren Toleranzen zur Erzielung einer hinsichtlich der Massenverteilung einwandfreien Spule ausreichend. Bei empfindlichem Wickelgut müssen jedoch die engeren Toleranzen eingehalten werden.

Es hat sich weiter gezeigt, daß auch schon bei weniger Umläufen eine gleichmäßige Verteilung der Umkehrpunkte wesentlich für gute Ablaufeigenschaften ist. Dies wird dadurch gewährleistet, daß bei der Beobachtung der ersten 50 Umkehrpunkte und deren Einteilung in 100 Klassen keine Klasse doppelt belegt wird.

Für gutes Ablaufverhalten ist es weiter erforderlich, daß Umkehrpunkte auch nach vielen Umläufen nicht direkt übereinanderliegen. Es hat sich gezeigt, daß dieser Forderung ausreichend Genüge getan ist, wenn bei der Beobachtung von 1000 Umkehrpunkten höchstens zwei Umkehrpunkte zusammenfallen.

Mit diesem Verfahren können günstige Werte für die Windungszahl viel exakter festgestellt werden als mit den bisher üblichen Praxisversuchen. Außerdem ist der Aufwand dafür wesentlich geringer. Dies gilt besonders dann, wenn für die Auswertung ein Rechner verwendet wird.

Spulen, bei deren Bewicklung eine Windungszahl angewandt wird, deren Dezimalen zu einer Verteilung der Umkehrpunkte führt, die diesen Bedingungen genügt, zeigen gute Ablaufeigenschaften, wenn das Verhältnis der Durchmesser von voller Spule und Hülse nicht größer als 3 ist und der mittlere Kreuzungswinkel dem Volumen und der Dehnung des Spulgutes entspricht.

Einen besseren Spulenaufbau und noch bessere Ablaufeigenschaften erhält man besonders bei Spulen mit einem größeren Verhältnis der Durchmesser von voller und leerer Spule, wenn für deren Bewicklung die Windungszahlen in Sprüngen so geändert werden, daß sich der Kreuzungswinkel dabei nicht mehr als 10%, vorzugsweise aber weniger als 5% ändert. Dabei werden für die Windungszahlen nur solche Werte ausgewählt, deren Dezimalen zu einer günstigen Verteilung der Umkehrpunkte führen. Dabei ist es für die Herstellung der Spule einfacher, wenn als Dezimalen der Windungszahl nur einige wenige günstige Werte verwendet werden.

Eine Spule in geschlossener Präzisionswicklung hat eine höhere Packungsdichte, wenn der Kreuzungswinkel verhältnismäßig gering ist und der Abstand zwischen den Fadenwendeln über den gesamten Spulenaufbau nur wenig größer als der Fadendurohmesser ist.

Beide Bedingungen sind nur durch einen Spulenaufbau mit sprungweiser Änderung der Windungszahlen zu erreichen. Wenn dabei darauf geachtet wird, daß sich der Kreuzungswinkel über die Spulenreise ebenfalls nicht mehr als um 10%, vorzugsweise weniger als 5% ändert, so kommt man dem bezüglich eines guten Spulenaufbaues noch tragbaren minimalen Kreuzungswinkel im Mittel sehr nahe.

Die Dezimalen der Windungszahl müssen dabei so gewählt werden, daß das Verhältnis des für den Abstand der Fadenwendeln zueinander maßgebenden Teils dieser Dezimalen zum jeweiligen Spulendurchmesser bei jedem Sprung wieder etwa dem des Ausgangswertes entspricht. Vorteilhaft ist es, dabei Für die Dezimalen nur solche Werte zu verwenden, die zu einer günstigen Verteilung der Umkehrpunkte führen.

Bei der Ermittlung günstiger Werte von Wd. stellt man fest, daß selbst eine geringe Abweichung vom optimalen Wert zu einer gravierenden Verschlechterung der Spannweite S führen kann. Es ist deshalb zu fordern, daß das übersetzungsverhältnis von Spulendrehung ns und Antriebsmittel der Changiereinrichtung nc winkelsynchron gesteuert wird.

Von wesentlicher Bedeutung ist dabei, daß das vorgegebene übersetzungsverhältnis, bzw. die Windungszahl im Mittelwert sehr genau eingehalten wird. Eine Abweichung davon ist erst in der 5-, besser noch erst in der 6. Dezimale zulässig.Die Integrationszeit zur Bildung dieses Mittelwertes ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Sie kann durchaus mehrere Sekunden betragen, wenn die Abweichungen vom Mittelwert statistisch verteilt sind.

Andererseits dürfen kurzzeitige Abweichungen in diesem übersetzungsverhältnis nicht so groß sein, daß aufeinanderfolgende Umkehrpunkte übereinander liegen können. Dies ist besonders bei der geschlossenen Präzisionswicklung, aber auch bei der offenen Präzisionswick- lung mit enger Abstufung der zulässigen Dezimalen der Windungszahl in der Nähe ganzzahliger Werte zu beachten.

- ι? - 34015

Bei digitaler Erfassung der beiden Drehzahlen muß deshalb die Anzahl der Impulse pro Umdrehung der Spule bzw. des Antriebsmittels für den Fadenführer so hoch gewählt werden, daß die davon abhängige, maximal mögliehe Abweichung in der augenblicklichen Windungszahl so gering ist, daß der dadurch bedingte Fehler in der Lage zweier aufeinanderfolgender Umkehrpunkte kleiner ist als der durch die Windungszahl festgelegte, geringste Abstand dieser beiden Umkehrpunkte.

Beim Wechsel von einer Windungszahl zur nächsten vergeht eine gewisse Zeit, bis sich die höhere Changierfrequenz eingestellt hat. Während dieser Zeit erfolgt die Fadenverlegung ungesteuert. Es ist deshalb möglich, daß sich dabei zufällig zwei nacheinander folgende Windungen teilweise übereinander legen. Dies kann zu Schwierigkeiten führen.

Die Wahrscheinlichkeit dafür ist abhängig von der Anzahl nicht gesteuerter Changierperioden während des Wechsels der Changierfrequenz. Deshalb muß dieser Sprung in möglichst kurzer Zeit erfolgen.

Die für die Änderung der Changierfrequenz benötigte Zeit ist abhängig von der Höhe dieser Änderung, von der Masse, die dabei beschleunigt werden muß und von der dafür zur Verfügung stehenden Antriebskraft. Eine ausreichende Sicherheit gegen das direkte Übereinanderlegen von aufeinander folgenden Fadenlagen erreicht man, wenn die neue Changierfrequenz nach weniger als Doppelhüben erreicht wird. Diese Sicherheit wird erhöht, wenn die beeinflussenden Parameter so gewählt werden, daß die neue Changierfrequenz schon nach fünf Doppelhüben erreicht wird.

Das direkte Übereinanderlegen von F'adenlagen während des Wechsels der Changierfrequenz kann mit Sicherheit vermieden werden, wenn die Geschwindigkeit der Frequenzänderung gesteuert wird. Dabei wird die gesamte Änderung in kleine Sprünge, die weitgehend trägheitsfrei erfolgen können, unterteilt. Der einzelne Sprung wird von einem Geber gesteuert, der seine Inipulse von der Changierfrequenz selbst erhält.

Mit dieser Anordnung läßt sich auch während des Frequenzsprunges die Verschiebung des nächsten Umkehrpunktes exakt vorausbestimraen. Die Höhe dieser Verschiebung muß einen ausreichenden Abstand der beiden Umkehrpunkte gewährleisten.

Die Drehzahl des Antriebsmittels des Changierfadenführers nc wird in Abhängigkeit von der digital gemessenen Drehzahl der Spule ns entsprechend der übersetzung i geregelt. Dabei wird i z.B. über ein Digitalpotentiometer eingegeben. Die Anzahl der zur Verfügung stehenden Dekaden für die Eingabe von i ist beschränkt. Da i außerdem proportional zum Kehrwert der Windungszahl W ist, kann der errechnete günstige Wert dafür nicht exakt eingestellt werden. Dies führt in der Regel dazu, daß der nächstliegende mögliche Wert von i zu einer Verteilung der Umkehrpunkte führt, die nicht mehr optimal ist.

Deshalb müssen für i solche Werte ausgesucht werden, die zu einer günstigen Verteilung der Umkehrpunkte führen und die zugleich sicherstellen, daß die für den Kreuzungswinkel vorgegebenen Grenzwerte nicht überschritten werden. Zweckmäßigerweise wird diese Folge vorausbestimmter Werte für die Übersetzung i über eine Eingabeeinheit dem Regler zugeführt.

Dieser Weg ist recht aufwendig, zumal z.B. bei der Stufenpräzisionswicklung eine Änderung der Abstufung oder auch eine Änderung des mittleren Kreuzungswinkels gleichzeitig die neue Berechnung aller Werte von i erforderlich macht. Der Zeitaufwand dafür ist enorm.

Günstiger ist es deshalb, wenn in die Steuerschaltung noch ein Rechner mit einbezo^en wird, der aus der gemessenen Spulendrehzahl ns. der als Festwert eingegebenen Übersetzung zwischen dem Antriebsmittel für die Changierbewegung des Fadenführers und der Doppelhubzahl g und der Windungszahl W den Sollwert der Drehzahl des Antriebmittels nc mit hoher Genauigkeit errechnet diesen der Steuerschaltung vorgibt.

Die Regelfunktion für die Drehzahl nc des Antriebsmittels ist demnach:

nc = ns * (g/W)

Für die Stufenpräzisionswicklung kann der Eingabeeinheit eine Folge von ausgewählten günstigen Windungszahlen vorgegeben werden. Das Signal zum übergang von einer Windungszahl zur nächsten kann z.B. durch das Erreichen von vorprogrammierten Spulendrehzahlen ns, durch eine vorprogrammierte minimale Drehzahl des Antriebsmittels nc oder auch durch vorbestimmte Spulendurchmesser ausgelöst werden.

Noch universeller wird die Steuerung dann, wenn der Eingabeeinheit nur ausgewählte, günstige Dezimalen der Windungszahl Wd vorgegeben werden, der Rechner sich zum Zeitpunkt der Umschaltung auf eine neue Windungszahl nach vorprogrammierten Funktionen die der aktuellen Spulendrehzahl und dem maximal zulässigen Kreuzungswinkel entsprechende Windungszahl W1 errechnet und in dieser dann deren Dezimalen durch den diesem Wert am

nächsten kommenden, größeren der vorgegebenen Werte von Wd ersetzt.

Die vorprogrammierten Funktionen können dabei z.B. berücksichtigen, daß der Kreuzungwinkel während des Spulenaufbaues vorgegebene maximale und minimale Werte nicht über- bzw. unterschreitet. Für den Fall der Europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnutnmer 0 055 8M9. wo die Abstufung der Windungszahlen so gestaltet sein muß, daß der Unterschied in der Auf-Windegeschwindigkeit bei der Umschaltung auf die neue Windungszahl einen maximal vorgegebenen Wert nicht überschreiten darf, nimmt dieses Programm die nachfolgende Form an.

Es soll gelten:

W1 = errechnetes Spulverhältnis

W = korrigiertes Spulverhältnis h = Changierhub d. Fadenführers ko = maximaler Kreuzungswinkel ku s minimaler Kreuzungswinkel vu s Umfangsgeschwindigkeit d. Spule

ns = Spulendrehzahl
nc = Drehzahl der Kehrgewindewelle ncs = Schaltdrehzahl d. Kehrgew.welle g = Gangzahl der Kehrgewindewelle f = erlaubte Abweichung der

Aufwindegeschwindigkeit

Für den minimalen Kreuzungswinkel erhält man dann: ku s arc cos (cos ko/(1~f))

Damit ergibt sich für die Drehzahl, bei der auf eine neue Windungszahl geschaltet wird:

ncs = tan ku * g/(2*h) * vu Es sei

K1 = tan ku * g/(2*h) dann ist
ncs = K1 * vu

Dabei wird die Konstante K1 vom Anwender in die Eingabeeinheit eingegeben. Den Wert dafür entnimmt er z.B. einem Nomogramm bzw. einer Tabelle mit den Parametern ko und f und den Festwerten der Spuleinrichtung h und g. Die Umfangsgeschwindigkeit der Treibwalze vu ermittelt dei" Rechner aus der gemessenen Drehzahl der Treibwalze und deren Durchmesser.

Das Spulverhältnis W1 wird vom Rechner aus dem folgenden Zusammenhang ermittelt:

W1 = (2*h)/tan ko * ns/vü

Es ist

K2 = (2*h)/tan ko
dann folgt

W1 = K2 * ns/vu

Die Dezimalen der so errechneten Windungszahl werden durch die nächst höhere der vorausberechneten und einprogrammierten günstigen Dezimalen Wd ersetzt und damit die optimierte Windungszahl W gebildet. Der Wert für K2 wird vom Anwender aus einer Tabelle abgelesen und in die Eingabeeinheit eingegeben. Die Umfangsgeschwindigkeit vu wird aus der vom System ermittelten Drehzahl der Treibwalze und deren Durchmesser errechnet und die Spulendrehzahl ns wird ebenfalls vom System laufend ermittelt.

Damit erhält man für die Regelfunktion der Kehrgewindewelle:

nc = g/W * ns

Der Mittelwert des Übersetzungsverhältnisses i=g/W muß sehr genau eingehalten werden, damit auch die vorausberechnete günstige Verteilung der Umkehrpunkte erreicht wird. Versuche haben gezeigt, daß dieses übersetzungsverhältnis dem Regler mit einer Genauigkeit von wenigstens 7 Dekaden vorgegeben werden muß.

Die günstigen Dezimalen Wd werden wie beschrieben ermittelt. Etwa 20 Werte davon, die gleichmäßig über den Spulenumfang verteilt sein sollten, reichen aus, um den Fehler in der Aufwindegeschwindigkeit kleiner als 0.05% halten zu können. Zur Eingabe werden für Wd mindestens drei Dezimalen benötigt, um eine ausreichende Anzahl günstige Dezimalen Wd bestimmen zu können.

Bei Filamentgarnen ist der Spulenaufbau besonders bei den inneren Lagen günstiger, wenn mit einer Rautenspulung bewickelt wird. Andererseits stehen für eine Rautenspulung mit vernünftiger Verteilung der Umkehrpunkte nur die Dezimalen zwischen 0.18 und 0.42, sowie zwisehen 0.58 und 0.82 zur Verfügung. Bei höherem Verkreuzungswinkel und kleiner zulässiger Abweichung in der Aufwindegeschwindigkeit sind aber besonders bei den größeren Spulendurchmessern auch Zwischenwerte notwendig, um das Programm durchlaufen zu können.

Damit bei den in dieser Hinsicht weniger problematischen kleinen Durchmessern immer die günstigere Rautenspulung ausgesucht wird, ist es vorteilhaft, die günstigen Dezimalen Wd bei der Eingabe in bevorzugte und weniger bevorzugte Werte zu unterteilen. Zunächst läuft das Programm nur mit den bevorzugten Wd-Werten. Erst wenn die Sprünge damit zu groß werden, wird auch auf die weniger bevorzugten Werte zurückgegriffen.

Durch die beigefügten Figuren und Beispiele soll die Erfindung noch näher erläutert v/erden.

Fig.1 zeigt eine Spuleinrichtung, wie sie z.B. zum Aufspulen von Chemiefaser-Filamentgarnen an der Spinnmaschine bei konstanter Spinngeschwindigkeit verwendet wird.

Das Filamentgarn (1) kommt von der nicht eingezeichneten Spinndüse und wird über einen Fadenführer (2), der von einer Kehrgewindewelle (3) geführt wird, in einer in achsialer Richtung changierenden Bewegung auf die drehende Spule (4) aufgewunden. Diese wird an ihrem Umfang durch Reibung an der Treibwalze (5), die ihrerseits an einen Motor (6) angeschlossen ist, mit konstanter Umfangsgeschwindigkeit angetrieben. Grundsätzlieh kann die Spule auch an ihrer Achse direkt durch einen Motor angetrieben werden, der entsprechend der Durchmesserzunahme der Spule während der Spulreise seine Drehzahl verringert.

Die Kehrgewindewelle (3) wird von dem Motor (7) angetrieben. (8), (9) und (10) stellen Inkrementalgeber dar, die den Drehzahlen der Kehrgewindewelle, der Spule und der Treibwalze proportionale Impulse erzeugen.

In der Speicher- und Eingabeeinheit (11) ist die Reihe der günstigen Dezimalen der Windungszahl Wd. das Über-Setzungsverhältnis zwischen Umlauffrequenz der Kehrgewindewelle und Changierfrequenz des Fadenführers g und der Durchmesser der Treibwalze fest eingespeichert. Die Werte für die Konstanten k1 und k2 werden von hand eingegeben. Die Rechnereinheit (12) hat Zugriff zu diesen Werten.

Der Rechnereinheit werden die Impulse der Inkrementalgeber (8), (9) und (10) laufend zugeführt. Aus der Drehzahl der Treibwalze und der Konstanten kl wird die Drehzahl der Kehrgewindewelle für das Umschalten der Windungszahl ncs errechnet.

Nach Anlegen der Spule an die Treibwalze ermittelt die Rechnereinheit aus der Konstanten k2 und der Spulendrehzahl ns die Windungszahl W1 für den maximal erlaubten Kreuzungswinkel. Die Dezimalen von W1 werden durch die nächst höhere der programmierten günstigen Dezimalen Wd ersetzt und damit die optimale Windungszahl W gebildet· Diese wird im Rechner mit Hilfe des Übersetzungsverhältnisses g in das Übersetzungsverhältnis i = nc/ns mit einer Genauigkeit von 7 Dekaden umgerechnet und dieses dem Regler (13) eingegeben.

Der mit Synchronisiereinrichtung arbeitende Regler steuert nun mittels des Frequenzumrichters (14) die Drehzahl des Antriebsmotors der Kehrgewindewelle nc winkelsynchron zur Spulendrehzahl ns entsprechend dem mit 7 Dekaden berechneten übersetzungsverhältnis i.

Beim Erreichen der Schaltdrehzahl ncs ermittelt der Rechner das nächste WI, und wandelt diesen Wert mit Hilfe der nächstliegenden vorgegebenen günstigen Dezimalen Wd zur neuen Windungszahl W usw.

Die Inkrementalgeber (8) und (9) geben pro Umdrehung der entsprechenden Welle 500 Impulse ab. Damit wird der mögliche Fehler in der Lage zweier benachbarter Umkehrpunkte kleiner als 0.001.

Das nachstehende Anwendungsbeispiel zeigt den Spulenaufbau beim Aufwinden eines POY-Filamentgarnes aus Polyester. In den mit * bezeichneten Windungszahlen sind weniger bevorzugte Dezimalen verwendet.

- 25 Gestufte Präzisionswicklung

Verkreuzungswinkel

Umfangsgeschwindigkeit der Spule

Erlaubte Abweichung der Aufwindegeschwindigkeit

Gangzahl der KGW

Changierhub

Hülsendurchmesser

Maximaler Spulendurchmesser

Minimaler Verkreuzungswinkel Schaltdrehzahl der KGW Minimale Doppelhubzahl Maximale Doppelhubzahl

Berechnete Werte nach Schaltsprung Windungszahl η-Spule d-Spule DH n-KGW

	3401530
	6.4 °
	3500 m/min
ekei t	.05 %
	11
	250 mm
	108 mm
	370 mm
= 6.14	O
= 8286	.3 Upm
= 753	DH/min
= 785	DH/min

i=g/W

13-277	10316	108	777	8546.5	.8285
12.773	10002	111	783	8613.3	.861192
12.277	9622	116	784	8621.1	.895984
11 .821	9248	120	782	8606	-930547
11.367	8905	125	783	8617.3	.967714
11.277	8563	130	759	8352.5	.975437
10.821	8495	131	785	8635.5	1 .016542
10.419	8151	137	782	8606	1.055764
10.277	7849	142	764	8400.8	1.070351
* 9.919	7742	144	780	8585-4	1.108983
9.631	7472	149	776	8534.1	1 .142145
9.277	7255	154	782	8602.5	1.185728
* 8.919	6988	159	784	8618.9	1.233322
8.631	6719	166	778	8562.8	1 .274476
8.307	6502	171	783	8609.5	1.324184
8.277	6258	178	756	8316.4	1.328984
* 8.079	6235	179	772	8489.4	1.361555
7.773	6086	183	783	8612.5	1 .415155
7.631	5855	190	767	8440.5	1.41111(89
7.367	5748	194	780	8583.3	1 .493145
7.277	5550	201	763	8388.8	1 .511612
* 7.079	5482	203	774	8518.1	1 .553892
6.821	5333	209	782	8599.7	1.612667
6.631	5138	217	775	8523.8	1 .658875
6.367	4995	223	785	8629.9	1.727658
6.277	4796	232	764	8405.1	1.75243
* 6.079	4728	236	778	8556.2	1.809508
* 5.853	4579	243	782	8606.3	1.879378
5.631	4409	253	783	8613	1.953472
5.419	4242	263	783	8610.5	2.029895
5.277	4082	273	774	8509.3	2.084518
* 5.079	3975	280	783	8609.4	2.165781
* 4.919	3826	291	778	8555.9	2.236227
4.773	3705	301	776	8539.8	2.30463
4.631	3596	310	776	8540.4	2.375297
* 4.449	3489	319	784	8625.3	2.472466
4.277	3351	332	784	8619.6	2.571896
* 4.151	3222	346	776	8537.8	2.649964
* 4.079	3127	356	767	8432.6	2.696739
* 3-919	3073	363	784	8624.6	2.8O6838

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Claims

Präzisionsspule, sowie Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung Patentansprüche

1. Mit strang- oder fadenförmigem Gut in Präzisionswicklung bewickelte Spule, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Dezimalen der Windungszahl eine Verteilung der Umkehrpunkte der Fadenverlegung am Spulenumfang ergibt, die die nachfolgenden Bedingungen erfüllt:

a) Bei z=1000 Umkehrpunkten und k=100 Klassen darf die Spannweite S zu keinem Zeitpunkt mehr als 8, vorzugsweise mehr als 4 Klassen betragen.

b) Bei z=1000 Umkehrpunkten und k=10 Klassen darf die Spannweite S zu keinem Zeitpunkt mehr als 4, vorzugsweise mehr als 2 Klassen betragen.

2. Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei z=50 Umkehrpunkten und k=100 Klassen keine Klasse doppelt belegt wird.

3· Spule nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei z=1000 Umkehrpunkten nicht mehr als zwei Umkehrpunkte zusammenfallen.

4. Spule nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl in Sprüngen so geändert wird, daß der Kreuzungswinkel sich während der gesamten Spulreise um nicht mehr als 10%, vorzugsweise um weniger als 5% ändert.

5. Spule nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Dezimalen aller während der Spulreise eingestellten Windungszahlen aus nur wenigen, vorbestimmten Dezimalen ausgewählt sind.

6. Spule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese in einer geschlossenen Präzisionswicklung aufgebaut ist und bei jedem Sprung der Windungszahl das Verhältnis aus deren Dezimalen und dem jeweiligen Spulendurchmesser annähernd denselben Wert hat, wie zu Beginn der Spulreise.

7. Verfahren zur Herstellung von Spulen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Simulationsrechnung die Lage der nacheinander folgenden Umkehrpunkte am Spulenumfang ud ermittelt, dabei der Spulenumfang in k Klassen eingeteilt und der jeweilige Wert von ud einer dieser Klassen zugeordnet wird, daß ferner laufend die Spannweite S der Belegung dieser Klassen ermittelt wird und daß als Dezimale der Windungszahl nur solche Werte verwendet werden, die folgende Bedingungen erfüllen:

1.) Bei 2=1000 Umkehrpunkten und k=100 Klassen darf die Spannweite S zu keinem Zeitpunkt mehr als 8, vorzugsweise mehr als 4 Klassen betragen.

2.) Bei z=1000 Umkehrpunkten und k=10 Klassen darf die Spannweite S zu keinem Zeitpunkt mehr als

4, vorzugsweise mehr als 2 Klassen betragen.

3.) Bei z=50 Umkehrpunkten und k=100 Klassen darf keine Klasse doppelt belegt sein.

4.) Bei z=1000 Umkehrpunkten darf kein Umkehrpunkt mit einem anderen Urakehrpunkt zusammenfallen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Windungszahl beim Erreichen eines vorzugebenden minimalen Kreuzungswinkels um so viel verringert wird, daß ein ebenfalls vorzugebender maximale.r Kreuzungswinkel nicht überschritten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis aus der Differenz der beiden Kreuzungswinkel und dem minimalen Kreuzungswinkel den Wert 0.01, vorzugsweise aber den Wert 0.05 nicht überschreitet.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis der Umlauffrequenzen des Antriebsmittels für den Fadenführer und der Spule i nacheinander vorausberechnete Werte eingestellt werden, die jeweils Windungszahlen mit den Merkmalen des Anspruchs 7 ergeben und mit dieser Reihe von Übersetzungsverhältnissen i die jeweilige Umlauffrequenz des Fadenführerantriebsmittels entsprechend der Spulendrehzahl gesteuert wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erreichen des minimalen Kreuzungswinkels aus der aktuellen Spulendrehzahl und dem maximal erlaubten Kreuzungswinkel die Windungszahl W1 errechnet, die Dezimalen von W1 durch die nächst höhere einer Auswahl vorausbestimmter günstiger Dezimalen ersetzt und mit dieser neuen, optimierten Windungszahl W die Spulreise fortgesetzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl von günstigen Dezimalen der Windungszahl in besonders bevorzugte und weniger bevorzugte Dezimalen unterteilt ist, wobei die weniger bevorzugten Dezimalen erst dann verwendet werden, wenn mit den besonders bevorzugten keine neue optimale Windungszahl mehr erreichbar ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Windungszahl W das übersetzungsverhältnis zwischen den Umlauffrequenzen des Fadenführerantriebs und der Spule mit einer Genauigkeit von mindestens 6 Dekaden errechnet und mit diesem Wert als Teiler die Umlauffrequenz des Fadenführerantriebs entsprechend der Umlauffrequenz der Spule gesteuert wird.

TM. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Änderung der Changierfrequenz beim Wechsel der Windungszahl, die dabei zu beschleunigende Masse und die dafür zur Verfügung stehende Antriebskraft so abgestimmt sind, daß die neue Changierfrequenz nach weniger als 10, vorzugsweise nach weniger als 5 Doppelhüben erreicht wird.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 13. dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Änderung der Changierfrequenz beim Wechsel der Windungszahl in der Weise vorausbestimmt ist, daß das übereinanderlegen einander folgender Umkehrpunkte vermieden wird.

16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 7 bis 15, durch Nachführen der Changierfrequenz entsprechend der sich mit dem Durchmesser ändernden Spulendrehzahl mittels einer elektronischen Steuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführung der Changierfrequenz winkelsynchron zur Spulendrehung erfolgt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlauffrequenzen des Antriebsmittels des Fadenführers und der Spule digital erfaßt werden, wobei die Anzahl der Impulse der dafür verwendeten Meßwertgeber pro Umdrehung so hoch gewählt wird, daß die maximal mögliche Abweichung in der augenbicklichen Windungszahl so gering ist, daß der dadurch bedingte Fehler in der Lage zweier aufeinanderfolgender Umkehrpunkte kleiner als der durch die Windungszahl festgelegte geringstmögliche Abstand dieser beiden Umkehrpunkte ist.

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 und 17, wobei in dieser während des Spulenaufbaues die Windungszahlen in Sprüngen geändert werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung mit einer Eingabeeinheit verbunden ist, mit der vorausbestimmte Werte zur Festlegung des Schaltzeitpunktes und die zugehörige Reihe von Übersetzungsverhältnissen eingegeben werden können und diese Werte dem Regler zur Nachführung der Changierfrequenz entsprechend der Umlauffrequenz der Spule dienen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zusätzlich mit einem Rechner verbunden ist und daß der Eingabeeinheit vorausbestimmte günstige Dezimalen der Windungszahl, sowie Konstanten kl und k2 zur Festlegung der Umschaltpunkte vorgegeben sind, woraus sich der Rechner den Zeitpunkt der Umschaltung auf eine neue Windungszahl, die optimale Windungszahl und das zugehörige Übersetzungsverhältnis i errechnet und dem Regler zur Nachführung der Changierfrequenz entsprechend der Umlauffrequenz der Spule vorgibt,

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis i mit einer Genauigkeit von wenigstens 7 Dekaden vom Rechner ermittelt und dem Regler vorgegeben wird.

21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Änderungsgeschwindigkeit der Changierfrequenz beim Übergang von einer Windungszahl zur nächsten ein von der Changierfrequenz gesteuerter Geber verwendet wird, der diese Frequenzänderung in vorgegebene, kleine Stufen auflöst.