Anmelder: Stuttgart, den

Maschinenfabrik Rieter AG Klosterstrasse 20 CH - 8406 Winterthur

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kreuzwickelspulen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Kreuzwickelspulen an einer Spulstelle einer Textilmaschine, bei dem der Steigungswinkel des aufgewickelten Fadens während des Aufwickeins verändert wird. Die Vorrichtung enthält einen Antrieb zur Rotation der Kreuzwickelspule und an jeder Spulstelle einen variabel antreibbaren Fadenführer zum Verlegen eines aufzuwickelnden Fadens in axialer Richtung der Kreuzwickelspule unter veränderbarem Steigungswinkel.

An Stelle des Steigungswinkels wird oftmals auch der sogenannte Kreuzungswinkel verwendet. Der Wert des Kreuzungswinkels entspricht dem doppelten Wert des Steigungswinkels.

Aus der DE 103 42 266 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art Stand der Technik. Ziel der DE 103 42 266 A1 ist die Herstellung einer Kreuzwickelspule mit einem harten Kern bzw. einer hohen Dichte im inneren Bereich und einer geringen Dichte im äußeren Bereich. Hierzu wird der Faden zu Beginn der Spulenreise mit einem kleinen Steigungswinkel aufgewickelt und der Steigungswinkel während der Spulenreise kontinuierlich oder in kleinen Stufen vergrößert. Es ist nichts darüber erwähnt, wie die Vergrößerung ausgewählt wird und ob oder wie die Vergrößerung veränderbar ist. Die gemäß des Verfahrens der DE 103 42 266 A1 gebildete Kreuzwickelspule weist eine wilde Wicklung auf, da sich das sogenannte Windungsverhältnis während des Aufwickeins ständig verändert. Das Windungsverhältnis ist definiert als die Anzahl der Umdrehungen der Kreuzwickelspule während eines Doppelhubes des Fadenführers über die Breite der Kreuzwickelspule. Es besteht also grundsätzlich die Gefahr, dass das Windungsverhältnis ganzzahlige Werte annimmt und sogenannte Bildwickelzonen entstehen, die das Ablaufverhalten der Kreuzwickelspule äußerst negativ beeinflussen. Es wird

_ _

D-70035 Stuttgart Postfach 10 40 36 Tel. (0711) 228110

- 3 -

dementsprechend zusätzlich eine Einrichtung vorhanden sein müssen, die das Entstehen der Bildwickelzonen verhindert. Hierzu sind der Offenlegungsschrift keine Angaben zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Kreuzwickelspulen zu verbessern.

Die Aufgabe wird beim Verfahren dadurch gelöst, dass der Steigungswinkel in Abhängigkeit des Spulendurchmessers gewählt wird, und dass der Spulendurchmesser anhand der Länge des bereits aufgewickelten Fadens berechnet wird. Bei der Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Steuerung zur Berechnung des Spulendurchmessers aus der Länge des bereits aufgewickelten Fadens vorgesehen ist, die mit dem Antrieb des Fadenführers verbunden ist.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Spulendurchmesser zu jeder Zeit bekannt ist. Bei den bekannten Vorrichtungen ließ sich dies bislang nur dadurch erreichen, dass an jeder Spulstelle ein eigener Sensor vorhanden war, der den Spulendurchmesser gemessen hat. Durch die vorliegende Erfindung lässt sich dieser Durchmessersensor an jeder Spulstelle einsparen.

Dadurch dass der Spulendurchmesser stets bekannt ist, lässt sich mit Hilfe der ebenfalls bekannten Umfangsgeschwindigkeit der Kreuzwickelspule die Spulendrehzahl und damit auch das momentan vorliegende Windungsverhältnis berechnen. Die Kreuzwickelspule wird an ihrem Umfang über eine Wickelwalze angetrieben und rotiert demzufolge mit einer Umfangsgeschwindigkeit die im Wesentlichen der Umfangsgeschwindigkeit der Wickelwalze entspricht. Der Fadenführer zum Verlegen des aufzuwickelnden Fadens in axialer Richtung der Kreuzwickelspule ist mit einem geschwindigkeitsveränderbaren Antrieb versehen, der von der Steuerung gesteuert wird, so dass auch die Geschwindigkeit des Fadenführers bekannt ist. Daraus ist in der Steuerung das Windungsverhältnis berechenbar, so dass beim Herstellen der Kreuzwickelspule zu jeder Zeit das Windungsverhältnis bekannt ist.

Der bekannte Spulendurchmesser ermöglicht die gezielte Aufwicklung des Fadens immer mit dem optimalen Steigungswinkel. Es lassen sich Kreuzwickelspulen herstellen, die optimal an die nachfolgenden Verarbeitungsschritte angepasst sind. Beispielsweise lassen sich durch einen relativ großen Steigungswinkel bei kleinem Spulendurchmesser und sich mit dem Spulendurchmesser verringernden Steigungswinkel gute Ablaufeigenschaften der Kreuzwickelspule erreichen. Es lassen sich auch gezielt Kreuzwickelspulen mit hoher Dichte, die

_

D-70035 Stuttgart Postfach 10 40 36 Tel. (0711) 228110

- A -

besonders für die Weiterverarbeitung in der Weberei geeignet sind oder Färbespulen mit besonders homogenem Spulenaufbau erzeugen.

Bei der Herstellung von Kreuzwickelspulen mit wilder Wicklung kann das Aufwickeln des Fadens mit einem unerwünschten Windungsverhältnis, bei dem Bildwickelzonen auftreten, zuverlässig verhindert werden, da das Windungsverhältnis kurz vor dem Auftreten eines unerwünschten Wertes über eine Variation des Steigungswinkels durch Veränderung der Fadenführergeschwindigkeit angepasst werden kann.

Außerdem ist es möglich, mit sehr geringem Aufwand Kreuzwickelspulen mit Stufenpräzisionswicklung herzustellen, bei denen das Windungsverhältnis über gewisse Durchmesserbereich konstant gehalten ist.

Die Erfindung ist insbesondere für Spinnmaschinen geeignet, bei denen der Faden mit einer bekannten Liefergeschwindigkeit, die üblicherweise konstant ist, geliefert wird. Die Länge des aufgewickelten Fadens ist für die Steuerung unmittelbar aus der bekannten Liefergeschwindigkeit bestimmbar. Damit bei konstanter Liefergeschwindigkeit der Faden mit konstanter Fadenzugspannung aufgewickelt wird, ist es erforderlich, dass bei der Veränderung der Changiergeschwindigkeit des Fadenführers zum Verändern des Steigungswinkels gleichzeitig die Umfangsgeschwindigkeit der Wickelwalze gegenläufig verändert wird, so dass die resultierende Aufspulgeschwindigkeit konstant bleibt. Dadurch, dass der Spulendurchmesser in der Steuerung bekannt ist, kann es auch vorgesehen sein, dass die Fadenspannung in gewissen Durchmesserbereichen der Kreuzwickelspule optimiert wird. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, den Faden im unteren Durchmesserbereich mit einer etwas höheren Fadenspannung aufzuwickeln, um die Stabilität der Kreuzwickelspule zu verbessern.

Die Erfindung ist genauso gut auch an Spulmaschinen einsetzbar. Die Länge des bereits aufgewickelten Fadens kann an der Spulmaschine aus der Aufspulgeschwindigkeit errechnet werden, die sich aus der Addition der Vektoren der Umfangsgeschwindigkeit und der Changiergeschwindigkeit ergibt. An einer Spulmaschine kann die Fadenspannung durch eine Fadenbremse reguliert werden, so dass bei Veränderung der Changiergeschwindigkeit zur Veränderung des Steigungswinkels eine gleichzeitige Anpassung der Umfangsgeschwindigkeit der Wickelwalze nicht unbedingt erforderlich ist.

_

D-70035 Stuttgart Postfach 10 40 36 Tel. (0711) 228110

- 5 -

Zur Steigerung der Genauigkeit bei der Bestimmung der Länge des aufgewickelten Fadens kann es vorteilhaft sein, die Geschwindigkeit des aufgewickelten Fadens direkt zu messen. Die Fadengeschwindigkeit kann beispielsweise durch einen vor der Spulstelle angeordneten berührungslosen Geschwindigkeitssensor erfasst werden.

Die Berechnung des Spulendurchmessers anhand der Länge des bereits aufgewickelten Fadens kann dadurch erfolgen, dass in der Steuerung der Textilmaschine oder in einer eigenen Steuerung der Spulstelle ein mathematisches Modell hinterlegt ist, das anhand von Vorversuchen ermittelt wurde. Das mathematische Modell kann für einen gegebenen Faden mit definierten Fadenparametern, wie beispielsweise Material, Drehung und Feinheit, mit bekanntem Kreuzungswinkel und bekannter Fadenzugspannung aufgewickelt wird und wobei ausgehend vom Durchmesser der Hülse der Spulendurchmesser ständig gemessen und als Funktion der Länge des aufgewickelten Fadens gespeichert wird. Anhand dieses in der Steuerung gespeicherten mathematischen Modells kann dann an jeder Spulstelle der Textilmaschine der Spulendurchmesser anhand er Länge des bereits aufgewickelten Fadens berechnet werden, ohne dass dabei weitere Messungen des Durchmessers erforderlich sind. Es kann vorteilhaft sein, dass bei der Berechnung des Spulendurchmessers die Fadenzugspannung und/oder der Kreuzungswinkel, mit dem der Faden aufgewickelt wurde, berücksichtigt wird. Die Genauigkeit des mathematischen Modells kann gesteigert werden, wenn die Fadenzugspannung und der Kreuzungswinkel ebenfalls als Variablen berücksichtigt werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass in bestimmten Zeitabständen eine Referenzmessung des Spulendurchmessers durchgeführt wird, um den berechneten Wert des Spulendurchmessers zu korrigieren. Die für die Berechnung des Spulendurchmessers herangezogenen Variablen, wie die Länge des aufgewickelten Fadens, sind toleranzbehaftet, so dass der berechnete Spulendurchmesser von dem tatsächlichen Wert abweichen kann. Diese Ungenauigkeiten können durch eine Referenzmessung des Spulendurchmessers ausgeglichen werden. Der tatsächlich gemessene Wert des Spulendurchmessers kann als neue Ausgangsbasis für die weiteren Berechnungen des Spulendurchmessers verwendet werden, so dass die toleranzbehafteten Fehler des berechneten Spulendurchmessers nicht unzulässig groß werden. Eine Referenzmessung des Spulendurchmessers kann durch einen gemeinsamen Sensor zur Messung an mehreren Spulstellen durchgeführt werden. Der Sensor kann den Spulstellen nacheinander zustellbar sein und ist vorteilhafterweise an einem entlang der Textilmaschine verfahrbaren Wagen angeordnet. Es ist nur ein Sensor für die gesamte Textilmaschine notwendig, so dass der Aufbau der

D-70035 Stuttgart Postfach 10 40 36 Tel. (0711) 228110

- 6 -

Spulstellen ohne eigenen Durchmessersensor immer noch sehr einfach ist. Es kann auch vorteilhaft sein, das mathematische Modell für die Berechnung des Spulendurchmessers anhand der Messwerte, die der Sensor liefert, anzupassen und zu optimieren. Die Präzision beim Aufbau der Kreuzwickelspule und die übereinstimmung mit den gewünschten Eigenschaften der Kreuzwickelspule, wie zum Beispiel gutes Ablaufverhalten, kann dadurch weiter verbessert werden,

Der Sensor kann den Spulendurchmesser der Kreuzwickelspule in unterschiedlicher und an sich beliebiger weise messen. Der Sensor kann beispielsweise einer Kreuzwickelspule direkt zustellbar sein und berührungslos den Durchmesser der Kreuzwickelspule abtasten. Die Bestimmung des Spulendurchmessers kann jedoch auch indirekt erfolgen, indem der Sensor einem Spulenrahmen zur Aufnahme einer Hülse der Kreuzwickelspule zustellbar ist. Durch mechanische oder optische Abtastung der Position des Spulenrahmens oberhalb der Wickelwalze kann der Spulendurchmesser berechnet werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Figur 1 eine sehr schematisch dargestellte Seitenansicht einer Spinnmaschine im Bereich einer Spulstelle,

Figur 2 eine Frontansicht der Spinnmaschine der Figur 1 mit mehreren nebeneinander angeordneten Spulstellen,

Figur 3 eine Darstellung von Geschwindigkeitsvektoren.

In den Figuren 1 und 2 ist eine nur teilweise und sehr schematisch dargestellte Spinnmaschine zu erkennen. Ein in einer Spinneinheit 1 erzeugter Faden 2 wird durch ein Lieferwalzenpaar 3, 4 aus der Spinneinheit 1 abgezogen und mit einer Liefergeschwindigkeit Vi einer Spulstelle 5 zugeführt und dort auf eine Kreuzwickelspule 6 aufgewickelt. Die Spinneinheit 1 kann an sich beliebig sein und beispielsweise durch eine Luftspinnvorrichtung oder eine Offenend-Spinnvorrichtung gebildet werden. Die Erzeugung eines Fadens in derartigen Spinneinheiten ist an sich bekannt und braucht nicht näher erläutert zu werden. Die Lieferwalze 3 des Lieferwalzenpaares 3, 4 ist durch einen

D-70035 Stuttgart Postfach 10 40 36 Tel. (0711) 228110

- 7 -

Antrieb 7 antreibbar und transportiert den zwischen den Lieferwalzen 3 und 4 geklemmten Faden mit möglichst konstanter Liefergeschwindigkeit V ₁ , um eine gleichmäßige Garnbildung in der Spinneinheit 1 zu gewährleisten. Der Faden 2 gelangt vom Lieferwalzenpaar 3, 4 über einen stationären Fadenführer 8 und einen in Richtung des Doppelpfeiles B changierbaren Fadenführer 9 zu der Kreuzwickelspule 6. Die Kreuzwickelspule 6 besteht aus einer Hülse 10 und einem zylindrischen oder konischen Garnkörper 11 , der durch den lagenweise auf der Hülse 10 aufgewickelten Faden 2 gebildet wird. Die Hülse 10 ist frei drehbar in einem Spulenrahmen 12 gehalten und die Kreuzwickelspule 6 liegt mit ihrer äußeren Umfangsfläche auf einer Wickelwalze 13 auf. Der Spulenrahmen 12 ist auf einer Achse 14 schwenkbar gelagert und gegebenenfalls können dem Spulenrahmen 12 in nicht dargestellter Weise Belastungseinrichtungen zugeordnet sein, die den Andruck der Kreuzwickelspule 6 an die Wickelwalze 13 verstärken. Die Wickelwalze 13 wird von einem Antrieb 15 zur Rotation angetrieben. Die Kreuzwickelspule 6 rotiert mit der Umfangsgeschwindigkeit V ₂ der Wickelwalze 13. Da der Spulendurchmesser D der Kreuzwickelspule 6 mit der Menge des aufgewickelten Fadens 2 zunimmt, ändert sich bei gegebener Umfangsgeschwindigkeit V ₂ die Drehzahl der Kreuzwickelspule 6.

Der in Richtung B changierende Fadenführer 9 dient zum Verlegen des aufzuwickelnden Fadens 2 in axialer Richtung der Kreuzwickelspule während die Kreuzwickelspule 6 von der Wickelwalze 13 zur Rotation angetrieben wird. Der Faden 2 wird dadurch mit einem Steigungswinkel α auf der Kreuzwickelspule 6 schraubenlinienförmig aufgewickelt. Der Fadenführer 9 bewegt sich mit einer Changiergeschwindigkeit V ₃ , durch deren Veränderung der Steigungswinkel α veränderbar ist. Durch die in Figur 3 dargestellte Addition der Vektoren der Umfangsgeschwindigkeit V ₂ und der Changiergeschwindigkeit V ₃ , die senkrecht zueinander stehen, erhält man die resultierende Aufspulgeschwindigkeit v ₄ , mit der der Faden 2 auf die Kreuzwickelspule 6 aufläuft.

Der Fadenführer 9 ist in dem hier dargestellten Beispiel als an einem Schwenkhebel 16 angebrachte öse dargestellt und kann über den mit dem Schwenkhebel 16 verbundenen Antrieb 17 in Changierrichtung B axial zur Kreuzwickelspule hin- und herbewegt werden. Die Ausgestaltung des Fadenführers 9 und sein Antrieb sind jedoch lediglich beispielhaft und können genauso gut auch anders gestaltet sein. Beispielsweise kann der Fadenführer 9 auch durch zwei gegenläufig rotierende Flügelräder gebildet werden, die den Faden in Changierrichtung B verlegen.

Der Antrieb 17 des Fadenführers 9 und der Antrieb 15 der Wickelwalze 13 sind mit einer Steuerung 18 verbunden. Die Steuerung 18 steuert die Antriebe 15 und 17 so, dass die

_ _

D-70035 Stuttgart Postfach 10 40 36 Tel. (0711) 228110

- 8 -

gewünschte Umfangsgeschwindigkeit V ₂ und Changiergeschwindigkeit V ₃ vorliegen. Die Steuerung 18 ist ebenfalls mit dem Antrieb 7 des Lieferwalzenpaares 3, 4 verbunden. Wenn die Steuerung 18 den Antrieb 7 nicht steuert, so erhält sie wenigstens eine Information über die Liefergeschwindigkeit V ₁ des Lieferwalzenpaares 3, 4.

Bei konstanter Liefergeschwindigkeit V ₁ ist es wichtig, dass auch die Aufspulgeschwindigkeit V ₄ im Wesentlichen konstant bleibt. Die Aufspulgeschwindigkeit V ₄ kann sich leicht von der Liefergeschwindigkeit V ₁ unterscheiden, um eine gewisse Fadenzugspannung des Fadens 2 zu gewährleisten. Mit Hilfe der Steuerung 18 kann die Umfangsgeschwindigkeit v ₂ und die Changiergeschwindigkeit V ₃ so gesteuert werden, dass der Steigungswinkel α veränderbar ist, und die Aufspulgeschwindigkeit V ₄ dabei konstant bleibt. In Figur 3 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem der Steigungswinkel α auf einen größeren Steigungswinkel α' vergrößert werden soll. Hierzu wird die Umfangsgeschwindigkeit V ₂ auf den Wert v' ₂ verkleinert und die Changiergeschwindigkeit v ₃ auf den Wert v' ₃ vergrößert.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Steigungswinkel α in Abhängigkeit des Spulendurchmessers D gewählt wird, um eine Kreuzwickelspule 6 mit definierten Eigenschaften herzustellen. Der Spulendurchmesser D wird anhand der Länge des bereits aufgewickelten Fadens 2 berechnet. In der Steuerung 18 ist hierzu ein mathematisches Modell hinterlegt, mit dem der Spulendurchmesser D anhand der Länge des bereits aufgewickelten Fadens 2 berechenbar ist.

Zur Steigerung der Genauigkeit ist ein gemeinsamer Sensor 19 zur Messung des Spulendurchmessers D an mehreren Spulstellen 5 vorgesehen. Wie in Figur 2 erkennbar, ist an einer Spinnmaschine eine Vielzahl von Spinneinheiten 1 und die zugehörigen Spulstellen 5 nebeneinander in der Spinnmaschine angeordnet. übliche Spinnmaschinen enthalten mehrere hundert Spinneinheiten 1 nebeneinander, die gleichzeitig jeweils einen Faden 2 erzeugen. An der Spinnmaschine ist ein in Längsrichtung der Spinnmaschine verfahrbarer Wagen 20 angeordnet, der einzelnen Spulstellen 5 bzw. den Spinneinheiten 1 zustellbar ist. Der Wagen 20 kann beispielsweise ein Wartungswagen sein, der zur Beheben von Fadenbrüchen in der Spinneinheit 1 und/oder zum Auswechseln einer vollen Kreuzwickelspule 6 gegen eine leere Hülse 10 dient. An dem Wagen 20 ist der Sensor 19 angeordnet. Der Sensor 19 misst den Spulendurchmesser D der Kreuzwickelspule 6 an derjenigen Spulstelle 5 an der der Wagen 20 gerade vorüberfährt. Der Sensor 19 kann dabei beispielsweise wie es durch den gestrichelt dargestellten Pfeil 21

D-70035 Stuttgart Postfach 10 40 36 Tel. (0711) 2281 10

- 9 -

angedeutet ist, direkt die Oberfläche des Garnkörpers 11 abtasten und daraus den Spulendurchmesser D bestimmen.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Sensor 19 den Spulendurchmesser D bestimmt, wenn der Wagen 20 an einer Spinneinheit anhält, um dort einen Fadenbruch zu beheben.

Es kann beispielsweise vorteilhaft sein, dass der Sensor 19 die Position des Spulenrahmens 12 abtastet, wie es durch den gestrichelt dargestellten Pfeil 22 angedeutet ist. Die Abtastung der Position des Spulenrahmens 12 ist ein indirektes Maß für den Spulendurchmesser D. Die Abtastung des Spulenrahmens 12 kann beispielsweise mechanisch über einen Hebel oder auch optisch berührungslos geschehen.

Durch die in gewissen Zeitabständen erfolgende Kontrollmessung des Spulendurchmessers D durch den Sensor 19 lässt sich der in der Steuerung 18 berechnete Wert des Spulendurchmessers D korrigieren. Der bei der Referenzmessung bestimmte Durchmesserwert kann an dieser Spulstelle der weiteren Berechnung des Spulendurchmesser zugrunde gelegt werden, so dass der berechnete Wert wesentlich genauer ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass durch jeden gemessenen Spulendurchmesser D das in der Steuerung 18 hinterlegte mathematische Modell für die Berechnung des Spulendurchmessers D verbessert und optimiert wird. Dadurch lässt sich die Genauigkeit der Durchmesserberechnung an allen Spulstellen 5 verbessern. Durch die vorliegende Erfindung lassen sich sehr einfach und kostengünstig Kreuzwickelspulen 6 mit genau definierten Eigenschaften für die Weiterverarbeitung herstellen, ohne dass an jeder Spulstelle 5 ein Sensor 19 zur permanenten Erfassung des Spulendurchmessers D vorhanden ist.