DE4112768A1

DE4112768A1 - Verfahren zum wickeln von kreuzspulen

Info

Publication number: DE4112768A1
Application number: DE19914112768
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Ing Eibel; Atul Dipl Ing Mehta
Original assignee: Hacoba Textilmaschinen GmbH and Co KG
Current assignee: Hacoba Textilmaschinen GmbH and Co KG
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1992-10-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Wickeln von Kreuzspulen, bei dem der Spulenwinkel von einer Abstützwalze drehangetrieben wird, deren Drehzahl mit einem Motor auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird, und bei dem der aufzuwickelnde Faden relativ zum Spulenwinkel von einer Fadenverlegeeinrichtung positioniert wird, die von einem Verlegemotor angetrieben wird, dessen Drehzahl mit einem Rechner eingestellt wird, indem im Rechner abgespeicherte Kenngrößen zum Umschalten zwischen Präzisionswicklungsstufen in Abhängigkeit von der gemessenen Spulenwickeldrehzahl ausgewählt werden.

Ein Verfahren mit den vorgenannten Merkmalen ist aus der DE 26 49 780 C3 bekannt. Mit dieser bekannten Wickelmaschine können Kreuzspulen mit Präzisionswicklung, mit Präzisionsstufenwicklung und mit wilder Wicklung hergestellt werden.

Für eine wilde Wicklung ist kennzeichnend, daß der Kreuzungswinkel von Fadenabschnitten des Spulenwinkels der Kreuzspulen konstant bleibt. Das wird in der Regel dadurch erreicht, daß die Abstützwalze und die Fadenverlegeeinrichtung mit denselben Drehzahlen angetrieben werden, was z. B. durch eine mechanische Ankopplung eines einzigen Antriebsmotors erreicht werden kann. Dementsprechend kann eine Wickelmaschine zum Herstellen von wilden Wicklungen sehr einfach aufgebaut sein. Nachteilig ist allerdings, daß die Wicklung Bilder aufweisen kann, die infolge der ungleichmäßig dichten Bewicklung der Spule zustandekommen können, wobei Fäden derselben Fadenlage übereinander gewickelt werden können, was eine Behinderung des Abzugs des Fadens beim Abwickeln der Spule zur Folge haben kann.

Demgegenüber haben Präzisionswicklungen keine Abzugsschwierigkeiten, weil bei ihnen in jeder Wicklungslage Fadenabschnitt neben Fadenabschnitt liegt. Das kann dadurch erreicht werden, daß das Verhältnis der Drehzahlen des Spulenwickels und der Fadenverlegeeinrichtung konstant gehalten wird. Dazu ist es aber notwendig, die Drehzahl der Abstützwalze und/oder die Drehzahl des Motors der Fadenverlegeeinrichtung so zu verändern, daß das vorgenannte Verhältnis der Drehzahlen von Spulenwickel und Fadenverlegeeinrichtung konstant bleibt. Kennzeichnend für eine Präzisionswicklung ist der sich mit der Wickeldicke des Spulenwickels verändernde Kreuzungswinkel von Fadenabschnitten auf dem Spulenwickel in dem Sinn, daß der Kreuzungswinkel bei zunehmendem Wickeldurchmesser kleiner wird. Nachteilig ist bei der Präzisionswicklung, daß sich der Spulenaufbau infolge der sich ändernden Kreuzungswinkels ebenfalls ändert, so daß es zu einer Beeinflussung der Formstabilität der Kreuzspule kommt.

Mit der bekannten Wickelmaschine wird daher so verfahren, daß im Rechner als Kenngrößen mehrere Übersetzungsverhältnisse zwischen den Drehzahlen der Abstützwalze und den Drehzahlen des Verlegemotors abgespeichert werden, die in Abhängigkeit von der gemessenen Spulenwickeldrehzahl so ausgewählt werden können, daß jedes Übersetzungsverhältnis zeitweise konstant bleibt. Während dieser Zeit wird der Spulenwickel dicker, so daß der Kreuzungswinkel zwischen Fadenabschnitten infolge des gleichbleibenden Drehzahlverhältnisses kleiner wird. Es entsteht also eine Stufe mit einer Präzisionswicklung. Mehrere nacheinander gewickelte Stufen weisen unterschiedliche Kreuzungswinkelbereiche auf, so daß die Formstabilität des gesamten Spulenwickels zufriedenstellend ist.

Bei dem vorbekannten Verfahren wird das Übersetzungsverhältnis so gewählt, daß die größte Drehzahl einer als Fadenverlegeeinrichtung verwendeten Kehrgewindewalze in Abstimmung auf eine gewünschte hohe Fadengeschwindigkeit so groß wie möglich, aber nicht größer als zulässig ist. Voraussetzung für eine zutreffende Wahl des Übersetzungsverhältnisses ist bei dem bekannten Verfahren jedoch auch, daß eine Vielzahl von fadenspezifischen Größen berücksichtigt wird, wie Fadenmaterial, Fadenstärke usw. Die Auswahl des Übersetzungsverhältnisses ist daher nicht problemlos.

Aus der DE 33 32 382 A1 ist es bekannt, zur Herstellung von Präzisionsstufenwicklungen einen Toleranzbereich des Kreuzungswinkels von Fadenabschnitten auszuwählen und dementsprechend mit einem Rechner für jede Wicklungsstufe eine Windungszahl zu bestimmen, die innerhalb dieser Wicklungsstufe konstant gehalten wird. Die Windungszahlen aufeinanderfolgender Wicklungsstufen nehmen ab. Mit Hilfe des Rechners wird ein Konoidengetriebe gesteuert, also ein stufenlos regelbares Getriebe, welches die Drehzahl des Verlegemotors so beeinflußt, daß sie sich im Verhältnis zur Drehzahl der Abstützwalze für den Spulenwickel im Sinne gleichbleibender Windungszahl je Wicklungsstufe verändert. Durch das Konoidengetriebe ist es möglich, die Abstützwalze und die Fadenverlegeeinrichtung trotz unterschiedlicher Drehzahlverhältnisse mit nur einem einzigen Motor anzutreiben. Allerdings bedarf die bekannte Vorrichtung außer der Messung der Drehzahl des Spulenwickels auch der Messung der Drehzahl des Verlegemotors. Darüber hinaus müssen Parameter des Fadenführers und auch noch Parameter des aufzuspulenden Fadens in den Rechner eingegeben werden. Auch bei diesem bekannten Verfahren wird die Zeitdauer des Spulvorgangs dazu herangezogen, um Umschaltungen zwischen den Wicklungsstufen der Präzisionsstufenwicklung vorzunehmen. Die Verwendung der Zeit als Führungsgröße ist hier jedoch, wie bei dem Verfahren der DE 26 29 760 C3, eine sehr unvorteilhafte Wahl; insbesondere bei Verwendung stark unterschiedlicher Garnstärken. Denn dann wächst der Wickel bei sonst ungeänderten Parametern stark unterschiedlich schnell an.

Will man also die Zeit als Führungsgröße zur Umschaltung zwischen den Wicklungsstufen nicht benutzen, so steht im Fall des eingangs beschriebenen Verfahrens als einzige Meßgröße des Systems die Drehzahl des Spulenwickels zur Verfügung. Diese kann jedoch so als Führungsgröße nicht benutzt werden, da sie sowohl von der Drehzahl der Antriebswalze als auch vom Durchmesser des Spulenwickels abhängt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß die Umschaltungen zwischen den Stufen der Stufenwicklung mit einer dem jeweiligen Verfahren adäquaten Führungsgröße durchgeführt werden kann, wobei der Aufwand zur Steuerung gering sein soll.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Rechner R aus der Spulenwickeldrehzahl n_Sp der Spulendurchmesser d_Sp unter Verwendung des Hülsendurchmessers d_Sp₀ der leeren Spulenhülse nach der Beziehung

berechnet wird und daß bei Erreichen eines abgespeicherten Durchmesserwertes die Umschaltung auf die nächste Wicklungsstufe erfolgt.

Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß das Verfahren mit einer prozeßabhängigen Führungsgröße zum Umschalten von einer Wicklungsstufe auf die folgende Wicklungsstufe durchgeführt werden kann. Infolgedessen kann diese Führungsgröße Einflußgrößen selbsttätig berücksichtigen. Es ist beispielsweise nicht notwendig, gewisse einzelne fadenabhängige Parameter in den Rechner einzugeben oder zusätzliche Messungen vorzunehmen. Als Führungsgröße wird der berechnete Spulendurchmesser herangezogen, der aus der Spulendrehzahl berechnet werden kann, indem als Ausgangsgröße ein Wert der leeren Spulenhülse herangezogen wird. Das ist möglich, weil die Maschine konstruktionsbedingt nur Leerhülsen mit einem einzigen Durchmesser aufnehmen kann. Der berechnete Durchmesserwert kann zum Vergleich mit als Kenngrößen abgespeicherten vorbestimmten Durchmesserwerten verglichen werden, so daß bei Vorliegen gleicher Werte die gewünschte Umschaltung auf die nächste Wicklungsstufe vorgenommen werden kann.

Im Bereich der aufeinanderfolgenden Wicklungsstufen können unterschiedliche Parameter vorgegeben werden. Zum Herstellen von Präzisionsstufenwicklungen wird zweckmäßigerweise so verfahren, daß die Kreuzzahl m_n der Wicklungsstufen für einen ausgewählten Toleranzbereich α₁; α₂ eines ausgewählten Kreuzungswinkels α ausgehend von einer Anfangskreuzzahl m₀ für die leere Spulenhülse nach der Beziehung

m_n = m₀ · (tgα₂/2 / tgα₁/2)ⁿ

n = 0, 1, 2, . . ., Zahl der Wicklungsstufe bzw. ganze Zahl

berechnet und im Rechner R als Kenngrößen abgespeichert werden, daß die zu den berechneten Kreuzzahlen m_n zugehörigen Spulendurchmesserwerte d_Spn nach der Beziehung

d_Spn = d_Sp₀ · (tgα₁/2 / tgα₂/2)ⁿ

n = 0, 1, 2, . . ., Zahl der Wicklungsstufe bzw. ganze Zahl

berechnet und im Rechner R als Kenngrößen abgespeichert werden und daß der berechnete Spulendurchmesser d_Sp zur Auswahl von den Kreuzzahlen m_n proportionalen Korrekturwerten K(m) für die Berechnung der einzustellenden Drehzahl n_v des Verlegemotors M_v herangezogen wird. Bei diesem Verfahren wird im wesentlichen ein Kreuzungswinkel α bzw. ein Bereich α₁; α₂ ausgewählt, von dem ausgehend Kenngrößen der Wicklungsstufen berechnet werden. Es sind dies die Kreuzzahlen und zugehörige Spulendurchmesserwerte. Letztere werden mit dem berechneten Spulendurchmesser verglichen, und bei Gleichheit werden Korrekturwerte abgerufen, mit denen die Drehzahl des Verlegemotors berechnet und demgemäß eingestellt werden kann. Der Kreuzungswinkel α ist ein Erfahrungswert, der von unterschiedlichen Parametern abhängig ist, wie Fadenmaterial, Spulenformat, Fadengeschwindigkeit usw. Durch die Berücksichtigung des Kreuzungswinkels kann der Aufbau der Präzisionsstufenwicklung noch erfolgreicher im Sinne des gewünschten Wickelaufbaus beeinflußt werden, insbesondere ohne daß die Geometrie der Wicklungsstufen, nämlich deren Dicke, willkürlich vorbestimmt werden muß.

Vorteilhafterweise wird das Verfahren so durchgeführt, daß der Toleranzbereich α₁; α₂ des ausgewählten Kreuzungswinkels α bis zu ± vier Winkelgrad beträgt. Größere Toleranzbereiche sind in der Regel nicht anzuraten, da sich dann insbesondere bei stärkeren Garnen zu wenig Wicklungsstufen ergeben. Würde der Toleranzbereich sehr groß und die Anfangskreuzzahl von einem großen Hülsendurchmesser ausgehend ebenfalls vergleichsweise groß gewählt, so könnte es sein, daß die zweite Toleranzgrenze des Toleranzbereichs innerhalb eines vorgegebenen maximalen Spulendurchmessers nicht erreicht wird, so daß auf diese Weise unerwünschtermaßen eine stufenlose Präzisionswicklung hergestellt werden würde.

Wird das Verfahren so durchgeführt, daß vom Rechner R mit einer einzigen Kreuzzahl ein Korrekturwert K(m) bestimmt und unter Verwendung des berechneten Spulendurchmessers d_Sp zur Berechnung der Drehzahl n_v des Verlegemotors M_v verwendet wird, so kann dieses Verfahren auch für eine einzige Wicklungsstufe durchgeführt werden, was ebenfalls gleichbedeutend mit dem Grenzfall der Präzisionswicklung ist.

Bei Präzisionsstufenwicklungen können sich, wie bei wilden Wicklungen auch, kritische Wickellagen mit sogenannten Wickelbildern ergeben, bei denen also Fadenabschnitte einer Lage unzulässigerweise übereinander gewickelt werden. Das ist insbesondere bei ganzzahligen Kreuzzahlen der Fall oder bei durch ganze Zahlen teilbaren Doppelkreuzzahlen. Der Rechner, der die Kreuzzahlen ausgehend von einer Anfangskreuzzahl berechnet, kann eine kritische Kreuzzahl ohne weiteres vorbestimmen, und in einem solchen Fall wird das Verfahren derart durchgeführt, daß anstelle vorbestimmter Kreuzzahlen eine vorstehende oder nachfolgend vorhandene berechnete Kreuzzahl verwendet wird und/oder daß anstelle der vorbestimmten Kreuzzahl innerhalb des Bereichs der vorstehenden oder nachfolgenden Kreuzzahl gelegene Kreuzzahlen abwechselnd verwendet werden. Es wird also so verfahren, daß in der betroffenen Wicklungsstufe die vorbestimmte kritische Kreuzzahl nicht auftreten kann bzw. daß in der betroffenen Wicklungsstufe eine gestörte und damit bildfreie Präzisionswicklung hergestellt wird, die bezüglich des Gesamtwicklungsaufbaus nicht stört.

In Ausgestaltung der Erfindung kann der berechnete Spulendurchmesser vorteilhafterweise zu anderen Steuerungsmaßnahmen des Wickelprozesses herangezogen werden. Um die Wickelmaschine abzuschalten, wenn die Kreuzspulen fertiggestellt sind, wird so verfahren, daß der berechnete Spulendurchmesser d_Sp fortwährend mit einem im Rechner R gespeicherten maximalen Spulendurchmesserwert d_Spmax verglichen wird und daß bei Wertgleichheit ein Wickelstop-Befehl erzeugt wird.

Ohne jeglichen zusätzlichen meßtechnischen Aufwand kann so verfahren werden, daß die Länge (Fl) des aufgewickelten Fadens (F) im Rechner (R) nach der Beziehung

Fl_u′ = Fadenteillänge einer Umdrehung
_Sp = Mittelwert der Spulendurchmesserwerte eines Hubes der Verlegeeinrichtung
u = Anzahl der Umdrehungen des Spulenwickels
α = (α₁ + α₂)/2
berechnet wird.

Die Erfindung wird anhand beispielsweiser Verfahren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Hauptkomponenten der Wickelmaschine, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird,

Fig. 2 eine Ansicht eines Spulenwickels zur Illustration des Kreuzungswinkels,

Fig. 3 eine geometrische Beziehung zwischen dem Spulendurchmesser, der Kreuzzahl, dem Kreuzungswinkel, der Fadenlänge und dem Hub der Fadenverlegeeinrichtung,

Fig. 4 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit der Kreuzzahl und des Kreuzungswinkels von dem Spulendurchmesser erkennen läßt, und

Fig. 5 ein Blockschaltbild zur Erläuterung verschiedener Verfahrensabläufe.

Auf der Wickelmaschine der Fig. 1 soll ein Spulenwickel Sp hergestellt werden, dessen jeweiliger Außendurchmesser mit d_Sp bezeichnet ist. Der Spulenwickel Sp entsteht auf einer im einzelnen nicht dargestellten Spulenhülse, dessen Hülsenaußendurchmesser mit d_Sp₀ angegeben wurde. Der Spulenwickel Sp stützt sich auf einer Abstützwalze Aw ab, die ortsfest gelagert ist. Im Vergleich dazu ist der die Kreuzspule im wesentlichen bildende Spulenwickel Sp an einer nicht dargestellten schwenkbaren Haltegabel gelagert, so daß sich die Spulenhülse beim Bewickeln durch Abstützen des Spulenwickels Sp auf der Abstützwalze Aw anheben kann.

Die Abstützwalze Aw ist mittels eines Motors M_Aw über ein Untersetzungsgetriebe 11 angetrieben. Die Drehzahl des Motors M_Aw ist mit einer Einstelleinrichtung 12 einstellbar, so daß sich die Abstützwalze Aw mit einer einstellbaren Drehzahl n* dreht. Die Abstützwalze Aw hat den Durchmesser d.

Um den Faden zu einem Spulenwickel Sp aufzuwickeln, muß er relativ dazu positioniert werden. Hierzu dient eine Fadenverlegeeinrichtung V, die zweckmäßiger Ausgestaltung sein kann. Sie kann beispielsweise einen Fadenführer aufweisen, der von einer Kehrgewindewalze über den dargestellten Hub hin- und herbewegt wird. Sie kann aber auch ein Hochleistungsverlegesystem z. B. gemäß dem deutschen Patent 29 35 620 od. dgl. sein, die den dargestellten Hub aufweist. Jedenfalls ist ein Verlegemotor M_V vorhanden, dessen Drehzahl n_v durch ein Untersetzungsgetriebe 13 auf die Drehzahl n_v′ reduziert wird, mit der sich die als Walze dargestellte Fadenverlegeeinrichtung V dreht.

Um die Fadenverlegeeinrichtung V so antreiben zu können, daß eine Präzisions- oder Präzisionsstufenwicklung hergestellt werden kann, ist ein Rechner R vorhanden, der einerseits die Spulenwickeldrehzahl n_Sp mißt und andererseits den Verlegemotor M_V steuert.

Die Einstellung der Drehzahl n* der Antriebswalze Aw erfolgt in Abhängigkeit von der Garngeschwindigkeit nach folgender Beziehung:

n* = V_Garn / π · d (1)

Es wurde oben ausgeführt, daß es zum Herstellen des Spulenwickels Sp erforderlich ist, diesen stufenweise zu bewickeln. Innerhalb jeder Wicklungsstufe sollen die Wickelbedingungen einer Präzisionswicklung vorliegen, es soll also jeweils eine konstante Kreuzzahl vorliegen, wobei sich die Kreuzzahlen unterschiedlicher Wicklungsstufen voneinander unterscheiden. Voraussetzung hierfür ist, daß in jeder Wickelungsstufe das Verhältnis n_Sp/n_v konstant ist. Zur Ermittlung dieses Verhältnisses und zur dementsprechenden Einstellung der Drehzahl n_v des Verlegemotors M_V dient der Rechner R. Er berechnet n_v nach folgender Beziehung:

n_v = n_Sp · K/m = K(m) · n_Sp (2)

m ist gleich der Anzahl der Kreuze einer Windungslage des Spulenwickels 10. Fig. 2 zeigt ein Beispiel des auf dem Spulenwickel Sp verlegten Fadens F mit einem Kreuz, so daß hierfür also die Kreuzzahl m=1 gilt. Außerdem ist der Kreuzungswinkel α dargestellt, den zwei Fadenabschnitte einschließen.

K=K(m) ist eine Konstante, die sämtliche mechanischen und elektrischen Übersetzungsverhältnisse beinhaltet, die für alle Spulvorgänge gleich sind. Die Konstante K(m) ergibt sich also je nach Konstruktion der Wickelmaschine für unterschiedliche Kreuzzahlen m in vorbestimmbarer Weise.

Weil der Spulenwickel Sp auf der Antriebswalze Aw aufliegt und davon angetrieben wird, sind die Außenumfangsgeschwindigkeiten gleich. Demgemäß gilt:

π · d · n* = π · d_Sp · n_Sp (3)

Daraus folgt:

n_Sp = f (n*, d_Sp) (4)

Die zur Berechnung der Drehzahl n_v des Verlegemotors M_V gemäß Gleichung (2) benötigte Spulendrehzahl ist nach Gleichung (4) abhängig von der Drehzahl n* und dem mit dem Aufbau des Spulenwickels Sp wachsenden Spulendurchmesser d_Sp. Die Spulenwickeldrehzahl erscheint daher als Führungsgröße für die Umschaltung zwischen Wicklungsstufen des Spulenwickels nicht geeignet. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß die Drehzahl n* zwar frei wählbar ist, für die Herstellung eines Spulenwickels Sp jedoch festgelegt wird. Außerdem gilt mit (3):

d · n* = d_Sp · n_Sp = d_Sp₀ · n_Sp₀ (5)

wobei d_Sp₀ der Außendurchmesser der Leerhülse ist und n_Sp₀ deren Drehzahl bei Wickelbeginn. Mit (5) gilt:

d_Sp = d_Sp₀ · n_Sp₀/n_Sp = K1/n_Sp (6)

Infolgedessen ist der Spulendurchmesser d_Sp des Spulenwickels Sp mit dessen Drehzahl n_Sp über eine Konstante K1 verknüpft, da der Durchmesser d_Sp₀ der Leerhülse und die Drehzahl n_Sp₀ der Leerhülse maschinenkonstruktionsbedingt bekannt sind. Aus (6) folgt mit (2):

n_v = K(m)/d_Sp (7)

Damit ist nachgewiesen, daß die Drehzahl n_v des Verlegemotors M_V mit Hilfe des Spulenwickeldurchmessers d_Sp und einer kreuzzahlabhängigen Konstanten K(m) berechnet werden kann. Als Führungsgröße kann also in vorteilhafter Weise der Spulenwickeldurchmesser d_Sp verwendet werden. Das bedeutet für die Wicklungsstufe 1, daß die Anfangsverlegedrehzahl n_v₀=K(m₀)/d_Sp₀ kontinuierlich bis zum Übergang in die Wicklungsstufe 2 in n_v₁ geändert wird, wobei n_v₁=K(m₁)/d_Sp₁ gilt. Anhand des berechneten Wertes d_Sp kann vom Rechner R leicht festgestellt werden, ob ein vorher festgelegter Wert d_Sp₁ bereits erreicht ist und dann gegebenenfalls die Verlegedrehzahl n_v für die Wicklungsstufe 2 steuern. So wird erreicht, daß nach dem konstanten Verhältnis n_Sp₀/n_v₀ gleich m₀ der Wicklungsstufe 1 das konstante Verhältnis n_Sp₁/n_v₁ gleich m₁ mit n_v₁=n_v₀ in der Wicklungsstufe 2 eingestellt und dann beibehalten werden und damit jeweils den Bedingungen einer Präzisionswicklung entsprechend stufenweise gewickelt wird. Dementsprechendes gilt für alle Wicklungsstufen. In allen Wicklungsstufen ist nur ein demgemäß geringer steuerungs- und meßtechnischer Aufwand erforderlich.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren wurde vorausgesetzt, daß die abgespeicherten Durchmesserwerte, bei deren Erreichen die Umschaltung auf die nächste Wicklungsstufe erfolgt, willkürlich bzw. der Erfahrung gemäß ausgewählt werden. Es erscheint jedoch zweckmäßig, bei der Wahl dieser abzuspeichernden Kenngrößen bestimmte Prozeßkriterien einfließen zu lassen. Beispielsweise könnte davon ausgegangen werden, daß der Verlegemotor eine maximale Drehzahl nicht überschreiten sollte, da sonst die mechanische Beanspruchung des Verlegesystems zu groß würde. Hiervon ausgehend könnten unter Berücksichtigung gewünschter Kreuzungswinkel geeignete Durchmesserfedern berechnet werden. Auch die minimale Drehzahl des Verlegemotors könnte in die Festlegung der Umschalt-Durchmesserwerte eingehen. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, die abgespeicherten Durchmesserwerte und die dazu gehörigen Kreuzzahlen zu bestimmen, da der Spulendurchmesser und die Drehzahl des Verlegemotors gemäß Gleichung (7) über eine von der Kreuzzahl abhängige Konstante K(m) in Beziehung stehen. Die Kreuzzahl m ist eine Größe, die mit dem Kreuzungswinkel α in geometrischem Zusammenhang steht und daher mit diesem Kreuzungswinkel α bestimmbar ist. α ist ein Erfahrungswert, der von dem Fadenmaterial, dem Spulformat, der Spulgeschwindigkeit usw. abhängig ist. α ist gemäß Fig. 2 am Spulenwickel Sp leicht zu erkennen und mithin für denjenigen, der das Wickelverfahren durchführt, leicht einzuschätzen. Dementsprechend sind die praktischen Erfahrungen leicht faßbar und die Wickelergebnisse für Erfahrungswerte von α gut vorhersagbar. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 gilt folgender Zusammenhang:

tgα/2 = Hub/π · d_Sp · m (8)

wobei für das in Fig. 3 abgebildete rechtwinklige Dreieck davon ausgegangen wird, daß der Hub als Hub der Verlegeeinrichtung der axialen Länge des Spulenwickels Sp entspricht. Trägt man senkrecht zum Hub den Außenumfang des Spulenwickels π · d_Sp auf, multipliziert mit der Kreuzzahl m, so entspricht die Verbindungslinie der beiden Katheten der aufgewickelten Fadenlänge Fl, die mit der Vertikalen den Winkel α/2 einschließt. Das ist ohne weiteres anschaulich, wenn die Kreuzzahl m=1 gedacht und der Faden der Fig. 2, welche die Kreuzzahl m=1 veranschaulicht, über dem Hub aufgetragen dargestellt wird.

Um eine Präzisionsstufenwicklung herzustellen, genügt es jedoch nicht, nur einen einzigen Wert für den Kreuzungswinkel α festzulegen. Vielmehr bedarf es eines Toleranzbereichs α₁, α₂ für den Kreuzungswinkel, damit eine Präzisionsstufenwicklung hergestellt werden kann, bei der sich der Kreuzungswinkel vorbestimmungsgemäß zwischen zwei Grenzwerten verändern kann. Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit des Kreuzungswinkels α vom Spulenwickeldurchmesser d_Sp=d_Spn, wobei n=0, 1, 2, . . . die Zahl der Wicklungsstufen oder eine ganze Zahl bezeichnet. In Fig. 4 ist der prinzipielle Verlauf des Kreuzungswinkels α für zwei den Toleranzbereich bildende α-Werte α₁, α₂ dargestellt. α₁ beträgt beispielsweise 34° und α₂ beträgt 30°, wobei von beiden der Kreuzungswinkel α=32° eingeschlossen wird, der Toleranzbereich also ±2 Winkelgrad beträgt. Im folgenden wird anhand der Fig. 4 dargelegt, wie mit Hilfe der Gleichung (8) die abzuspeichernden Kenngrößen für das Wickelverfahren durch den Rechner R berechnet werden können.

Ausgangspunkt ist der Punkt in Fig. 4, für den m=m₀ und d=d_Sp₀=bekannt gilt. Wegen

tgα₁/2 = Hub/π · d_Sp₀ · m₀

gilt m₀ als nach folgender Gleichung berechenbar:

m₀ = Hub/π · d_Sp₀ · tgα₁/2

d_Sp₀ = leerer Hülsendurchmesser.

Für die Wicklungsstufe 1 gilt m=m₀=konstant; denn es ist das Kennzeichen einer Präzisionswicklung, daß die Kreuzzahl m konstant bleibt. Infolgedessen gilt für den Punkt : m=m₀. An diesem Punkt hat der Spulenwickel Sp einen Durchmesser d_Sp₁, der der Anfangsdurchmesser der auf die Wicklungsstufe folgenden Wicklungsstufe 2 ist. Es gilt also: d=d_Sp₁. Dieser Durchmesser d_Sp₁ wird mit Gleichung (8) wie folgt berechnet:

tgα₁/2 = Hub/π · d_Sp₀ · m₀

und

tgα₂/2 = Hub/π · d_Sp₁ · m₀

Daraus folgt:

d_Sp₁ = d_Sp₀ · tgα₁/2 / tgα₂/2

oder allgemein:

d_Spn = d_Sp₀ · (tgα/2 / tgα₂/2)ⁿ (9)

Alle d_Spn-Werte können infolgedessen in Abhängigkeit von dem gewählten Toleranzbereich durch den Rechner R berechnet werden.

Es ist aber darüber hinaus noch erforderlich, die Kreuzzahlen m_n für die folgenden Wicklungsstufen n=2, . . . zu berechnen. Hierzu wird auf Punkt der Fig. 4 Bezug genommen, für den m=m₁ und d=d_Sp₁ gilt. Zur Berechnung von m₁ wird angesetzt:

tgα₁/2 = Hub/π · d_Sp₁ · m₁

und

tgα₂/2 = Hub/π · d_Sp₁ · m₀

Daraus folgt:

m₁ = m₀ · tgα₂/2 / tgα₁/2

oder allgemein:

m_n = m₀ · (tgα₂/2 / tgα₁/2)ⁿ (10)

Mit Hilfe der Gleichungen (9) und (10) läßt sich infolgedessen eine Vorberechnung der Stufenwerte für die Kreuzzahlen m_n und d_Spn für alle Wicklungsstufen durchführen. Demgemäß ergibt sich die in Fig. 5 dargestellte Tabelle für alle Punkte , . . . n einer Präzisionsstufenwicklung eines Spulenwickels Sp für einen vorbestimmten Toleranzbereich α1, α2 bei vorbestimmtem Hub und für eine festliegende Drehzahl n* eines Motors M_Aw zum Antrieb der Abstützwalze Aw.

Anhand der Fig. 5, welche die Funktionen des Rechners R veranschaulicht, können die erfindungsgemäß durchzuführenden Verfahren wie folgt veranschaulicht werden: Dem Rechner R werden Meßwerte 14 gemäß Block 15 für die Messung der Spulenwickeldrehzahl n_Sp zur Verfügung gestellt. Er berechnet daraus die Drehzahl n_v des Verlegemotors M_V unter Benutzung der Gleichung (2). Diese Berechnung wird gemäß Block 16 durchgeführt, indem Gleichung (7) angewendet wird. Es sind also konstante Korrekturwerte K(m) und variable Spulendrehzahlwerte n_Sp erforderlich. Letztere stehen dem Rechner R gemäß Block 15 zur Verfügung und erstere beispielsweise gemäß Block 17 oder gemäß Block 18. Gemäß den Blöcken 17, 18 hat der Rechner R die Korrekturwerte K(m) tabellarisch abgespeichert. In beiden Fällen sind diese Korrekturwerte K(m) mit Spulendurchmesserwerten d_Spn korreliert. Das heißt, bei Vorliegen eines Spulendurchmesserwertes d_Spn wird zur Berechnung der entsprechende K_n(m)-Wert herangezogen.

Im Block 18 sind diese Durchmesserwerte als Erfahrungswerte vorbestimmt. In Block 17 sind im Vergleich dazu als abgespeicherte Kenngrößen vorberechnete Stufenwerte tabellarisch abgespeichert, welche gemäß den vorstehenden Gleichungen (9) und (10) für ein Verfahren gemäß Fig. 4 berechnet wurden. Aus beiden Blöcken 17, 18 werden die Werte K(m) mittels berechneter Spulendurchmesser d_Sp so ausgewählt, daß bei Erreichen eines abgespeicherten Duchmesserwertes, z. B. d_Sp₁ oder d eine Umschaltung auf die nächste Wicklungsstufe erfolgt, in der dann der entsprechende Korrekturwert K₂(m₂) oder K₂ für die Berechnung verwertet wird.

Die Berechnung des Spulendurchmessers d_Sp erfolgt in Block 19 gemäß Gleichung (6). Zur Berechnung während des Wickelns des Spulenwickels in der Wicklungsstufe 1 muß zur Bestimmung des Korrekturfaktors K₁ gemäß Gleichung (6) der Durchmesser d_Sp₀ der leeren Spulenhülse berücksichtigt werden. Das ist durch Block 20 angedeutet, der einen Sp0-Eichung-Befehl berücksichtigt und die ihm gemäß Block 15 zur Verfügung gestellte gemessene Spulenwickeldrehzahl n_Sp als n_Sp₀ erkennt und für die Berechnung verwendet. Darüber hinaus versteht sich, daß auch der Wert d_Sp₀ für den Hülsendurchmesser für die Berechnungen in den Rechner in hier nicht dargestellter Weise eingegeben wurde.

Der gemäß Gleichung (6) berechnete Spulendurchmesser d_Sp kann auch bei weiteren Verfahrensschritten benutzt werden. In Fig. 5 ist beispielsweise die Abschaltung des Wickelvorgangs angedeutet, wenn nämlich der berechnete Spulendurchmesser d_Sp gemäß Block 21 zu einem Vergleich herangezogen wird, dessen andere Vergleichsgröße der im Rechner gespeicherte maximale Spulendurchmesserwert d_Spmax ist, der gemäß Block 22 durch einen d_Spmax-Eichung-Befehl entsprechend der Berechnung aus der Spulenwickeldrehzahl n_Sp bei einer Probewicklung abgespeichert wird. Ergibt der d_Sp-Vergleich die Gleichheit des abgespeicherten Werts d_Spmax mit dem beim Wickeln berechneten Spulendurchmesser d_Sp, so wird ein Wickelstop-Befehl erzeugt, der zur Beendigung des Wickelprozesses führt.

Fig. 5 veranschaulicht des weiteren, daß gemäß Block 23 eine Verfahrenswahl getroffen werden kann. Außer der Einstellung des Verfahrens mit den Größen des Kreuzungswinkels α bzw. des Toleranzbereichs α1, α2 und der Drehzahl n* des Verlegemotors M_v kann das Verfahren dahingehend bestimmt werden, ob eine Präzisionsstufenwicklung P_St oder eine Präzisionswicklung durchgeführt werden soll. Im ersten Fall werden die vorgenannten Verfahrensgrößen innerhalb des Rechners R zur Vorberechnung der Stufenwerte gemäß Block 17 herangezogen. Im zweiten Fall wird eingestellt, ob die Präzisionswicklung mit dem Korrekturwert K(m)=m₀ oder m₁ oder m_n durchgeführt werden soll. Es erfolgt dann die Berechnung der Drehzahl n_v des Verlegemotors M_V gemäß Gleichung (7) mit dem berechneten Spulendurchmesser d_Sp und dem gemäß Block 23 zur Verfügung gestellten Korrekturwert K(m).

Die vorbeschriebenen Wickelverfahren haben den Vorteil, daß mit ihnen auch eine wilde bzw. quasi wilde Wicklung hergestellt werden kann, sofern die Anzahl der Wicklungsstufen genügend groß vorbestimmt wird. Im Falle eines Verfahrens gemäß Block 17 bedeutet das, daß der Toleranzbereich α1, α2 sehr klein sein muß.

Um die Länge des insgesamt auf dem Spulenwickel Sp aufgewickelten Fadens F berechnen zu können, ist kein zusätzlicher meßtechnischer Aufwand erforderlich. Vielmehr kann diese Fadenlänge Fl nach folgender Beziehung berechnet werden:

Fl_u′ = Fadenteillänge einer Umdrehung
_Sp = Mittelwert der Spulendurchmesserwerte eines Hubes der Verlegeeinrichtung
u = Anzahl der Umdrehungen des Spulenwickels
α = (α₁ + α₂)/2

Fl′ bedeutet die Fadenteillänge eines Hubes und ist in Fig. 3 dargestellt. Sie ergibt sich also aus der Beziehung

cos α/2 = Fl′/π · d_Sp · m

In dieser Beziehung ist α der Mittelwert des Toleranzbereichs α₁, α₂ und kann daher vom Rechner R ohne weiteres berechnet werden. Dem Rechner R steht außerdem jeweils d_Sp als Mittelwert der Spulendurchmesserwerte eines Hubes der Verlegeeinrichtung zur Verfügung, was von Bedeutung ist, wenn man davon ausgeht, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch konische Spulen gewickelt werden können. Außerdem ist für jeden Hub auch die Kreuzzahl m bekannt. Die vorstehende Beziehung kann also dazu dienen, die Fadenlänge Fl′ für einen Hub zu berechnen. Bezogen auf eine Umdrehung gilt

Fl_u′ = π · _Sp · cos α/2.

Das ist der Grenzfall für m=1 in der obigen auf Fig. 3 bezogenen Gleichung. Durch Aufsummierung aller Fadenteillängen aller Umdrehung des Spulenwickels Sp ergibt sich die gesamte Länge Fl des aufgewickelten Fadens F nach der obigen Gleichung (11), wobei u die Anzahl der Umdrehungen des Spulenwickels Sp ist, die aus der Messung von n_Sp bekannt ist, wenn man davon ausgeht, daß pro Umdrehung ein Impuls abgegeben wird, oder die unter Berücksichtigung der Anzahl der Impulse je Umdrehung des Spulenwickels bestimmt werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Wickeln von Kreuzspulen, bei dem der Spulenwickel von einer Abstützwalze drehangetrieben wird, deren Drehzahl mit einem Motor auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird, und bei dem der aufzuwickelnde Faden relativ zum Spulenwinkel von einer Fadenverlegeeinrichtung positioniert wird, die von einem Verlegemotor angetrieben wird, dessen Drehzahl mit einem Rechner eingestellt wird, indem im Rechner abgespeicherte Kenngrößen zum Umschalten zwischen Präzisionswicklungsstufen in Abhängigkeit von der gemessenen Spulenwickeldrehzahl ausgewählt werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Rechner (R) aus der Spulenwickeldrehzahl (n_Sp) der Spulendurchmesser (d_Sp) unter Verwendung des Hülsendurchmessers (d_Sp₀) der leeren Spulenhülse nach der Beziehung berechnet wird und daß bei Erreichen eines abgespeicherten Durchmesserwertes (z. B. d) die Umschaltung auf die nächste Wicklungsstufe erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzzahl (m_n) der Wicklungsstufen für einen ausgewählten Toleranzbereich (α₁, α₂) eines ausgewählten Kreuzungswinkels (α) ausgehend von einer Anfangskreuzzahl (m₀) für die leere Spulenhülse nach der Beziehung m_n = m₀ · (tgα₂/2 / tgα₁/2)ⁿn = 0, 1, 2, . . ., Zahl der Wicklungsstufe bzw. ganze Zahlberechnet und im Rechner (R) als Kenngrößen abgespeichert werden, daß die zu den berechneten Kreuzzahlen (m_n) zugehörigen Spulendurchmesserwerte (d_Spn) nach der Beziehungd_Spn = d_Sp₀ · (tgα₁/2 / tgα₂/2)ⁿn = 0, 1, 2, . . ., Zahl der Wicklungsstufe bzw. ganze Zahlberechnet und im Rechner (R) als Kenngrößen abgespeichert werden und daß der berechnete Spulendurchmesser (d_Sp) zur Auswahl von den Kreuzzahlen (m_n) proportionalen Korrekturwerten (K(m)) für die Berechnung der einzustellenden Drehzahl (n_v) des Verlegemotors (M_v) herangezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Toleranzbereich (α₁; α₂) des ausgewählten Kreuzungswinkels (α) bis zu ± vier Winkelgrad beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vom Rechner (R) mit einer einzigen Kreuzzahl (z. B. m₀) ein Korrekturwert (K(m)) bestimmt und unter Verwendung des berechneten Spulendurchmessers (d_Sp) zur Berechnung der Drehzahl (n_v) des Verlegemotors (M_v) verwendet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle vorbestimmter Kreuzzahlen (z. B. m₃) eine vorstehend oder nachfolgend vorhandene berechnete Kreuzzahl (m₂ oder m₄) verwendet wird und/oder daß anstelle der vorbestimmten Kreuzzahl (z. B. m₃) innerhalb des Bereichs der vorstehenden oder nachfolgenden Kreuzzahl (m₂ oder m₄) gelegene Kreuzzahlen abwechselnd verwendet werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der berechnete Spulendurchmesser (d_Sp) fortwährend mit einem im Rechner (R) gespeicherten maximalen Spulendurchmesserwert (d_Spmax) verglichen wird und daß bei Wertgleichheit ein Wickelstop-Befehl erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (Fl) des aufgewickelten Fadens (F) im Rechner (R) nach der Beziehung Fl_u′ = Fadenteillänge einer Umdrehung
_Sp = Mittelwert der Spulendurchmesserwerte eines Hubes der Verlegeeinrichtung
u = Anzahl der Umdrehungen des Spulenwickels
α = (α₁ + α₂)/2
berechnet wird.