Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufspulen von Fäden auf eine Hülse mittels des soge¬ nannten Stufenpräzisionswickelungsprinzips.

Stand der Technik

Die DOS 3332382 zeigt eine SpulVorrichtung, die zur Bildung einer Spule mittels des Stufenpräzisionswickelns konzipiert ist. Insbesondere ist nach dieser DOS vorgesehen, bestimmte Windungsverhältnisse in einen Speicher einzugeben und sie bei Bedarf während der Spulreise abzurufen. Ein "Sprung" zwischen Windungsverhältnissen ist in Abhängigkeit vom er¬ mittelten IST-Wert des Kreuzungswinkels der Spule ausgelöst - siehe Fig. 3 der DOS.

EP - C - 64579 zeigt eine weitere Maschine, die zum Spulen nach dem Stufenpräzisionswickelverfahren geeignet ist. Die Windungsverhältnisse sind wieder (als Zahlenpaare M/N) ge¬ speichert. Die Sprünge sind in diesem Fall in Abhängigkeit vom Spulendurchmesser ausgelöst (siehe Fig. 7 bis 9 und die entsprechende Beschreibung auf Seite 7 der EP-Patent¬ schrift) .

Die Erfindung sieht in einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Bildung einer Packung mit einer Stufenpräzisionswicklung vor, wobei das Windungsverhältnis dann geändert wird, wenn der Kreuzungswinkel einen vorgegebenen Wert einnimmt, da¬ durch gekennzeichnet, dass der Kreuzungswinkel durch einen Vergleich der Umfangsgeschwindigkeit der Packung mit einer aus der Packungsdrehzahl abgeleiteten Grosse ermittelt wird.

Die Erfindung sieht in einem zweiten Aspekt ein Verfahren zur Bildung einer Packung mit einer Stufenpräzisionswicklung vor, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal zum Steuern der Changierung durch die Anpassung eines Domdrehzahlsignales in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Windungsverhältnis gewonnen wird, wobei das vorgegebene Windungsverhältnis in Abhängigkeit vom momentan ermittelten Kreuzungswinkel fest¬ gelegt wird.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer Spulmaschine spulenseitig,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Kontaktwalze und den

Spulendorn zu Beginn des Aufspulens, gemäss unserem EP-Patent 200234,

Fig. 3 ein Beispiel einer möglichen Schaltanordnung zur Aktivierung eines Mittels zur Drehzahlregulierung des Spulendornes nach unserer schweizerischen Pa¬ tentanmeldung Nr. 2332/92 vom 23.07.1992,

Fig. 4 eine Darstellung des Frequenzverlaufes der Kontakt¬ walze nach der Aktivierung durch eine "Verstimmung" der Frequenz der Kontaktwalze durch die Spule nach CH 2332/92,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Signalverbindung zwischen dem Spulendorn und der Changierung einer Maschine nach dieser Erfindung,

Fig. 6 ein Diagramm (ähnlich der Fig. 3 der DOS 3332382) zur Erklärung der Anwendung des Stufenpräzisions- wickelverfahrens nach dieser Erfindung,

Fig. 7 eine schematische Darstellung von weiteren Einzel¬ heiten der Anordnung nach Fig. 5 und

Fig. 8 ein Diagramm zur Erklärung eines Kreuzungswinkel¬ verlaufes.

In Figur 1 ist mit Bezugszeichen 1 eine mit hoher Geschwin¬ digkeit arbeitende Spulmaschine für insbesondere synthe¬ tische Filamente dargestellt. Zur Vereinfachung der Be¬ schreibung ist nur ein einziger Fadenlauf dargestellt. In Wirklichkeit sind an solchen Maschinen auf jedem Dorn bis acht Spulen nebeneinander angeordnet. Der Aufbau der Ma¬ schine 1 entspricht dem bekannten Stand der Technik, wie er beispielsweise in der bereits erwähnten europäischen Pa¬ tentschrift Nr. 0200234 beschrieben ist.

In der Figur sind daher auch nur die für die Beschreibung der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Mit Be¬ zugszeichen 3 ist das Gehäuse der Maschine 1 bezeichnet. Ein Revolver 5 ist um eine Achse 7 schwenkbar und trägt an sei¬ nen beiden Enden je einen Dorn 9, auf welche je eine Hülse 11 aufgesteckt ist. Auf dem untenliegenden Dorn 9 ist die Packung 10 einer vollen Spule 13 dargestellt; auf der oberen Hülse 11 ist erst eine sehr geringe Menge von Fäden aufge¬ spult und in Figur 1 noch kaum sichtbar. Der von oben zu¬ laufende Faden 15 wird durch eine Changiervorrichtung 17 hin und her geführt und umschlingt, bevor er die Hülse 11 er¬ reicht, eine Tacho- oder Kontaktwalze 19. Zwischen der Kon¬ taktwalze 19 und der Oberfläche der Hülse 11 ist in den Fi¬ guren 1 und 2 zu Beginn des SpulVorganges ein Spalt "S" vorhanden, der erst nach dem Aufwinden einer gewissen Fa¬ denmenge auf die Hülse 11 aufgefüllt wird und dann ver¬ schwindet. Die Grosse des Spaltes "S" wird zum voraus ein¬ gestellt und hängt von der Drehzahl der Kontaktwalze 19 und damit der Aufwindgeschwindigkeit der Maschine sowie vom

Titer und weiteren Eigenschaften des aufzuwindenden Fadens 15 ab.

Der Spalt "S" ist für diese Erfindung nicht wesentlich, uss aber berücksichtigt werden, falls er vorgesehen ist, weil die Steuerung des Wickelverfahrens nach der bevorzugten Ausführung erst nach dem Zustandekommen der Berührung zwi¬ schen der Packung und der Kontaktwalze stattfinden kann.

Die Kontaktwalze 19 sowie die Changiervorrichtung 17 sind in einem Ausleger 21 gelagert, der entlang von Führung 23 ver¬ tikal verschiebbar ist.

Das anfängliche Aufwinden des Fadens 15 auf die Hülse 11 ohne Kontakt mit der Kontaktwalze 19 hat den Vorteil, dass dadurch keine "Walkarbeit" und Reibung der Kontaktwalze 19 sowie der Hülse 11 und somit keine Schädigung der auf Hülse 11 aufgewundenen äusseren Lagen der Fäden 15 erfolgen kann. Die Zeit, bis der Spalt "S" gefüllt ist, wird mit einer im voraus berechneten Drehzahlrampe bestimmt, das heisst einem Drehzahlverlauf, der die Drehzahl des Spulendornes 9 mit zunehmenden Durchmesser der Spulenpackung 13 soweit absenkt, damit bei aufgefülltem Spalt "S" - und damit gegenseitigem Kontakt - die beiden Oberflächengeschwindigkeiten rechne¬ risch identisch sind. Dies ist aber infolge verschiedenster Parameter, wie Beschaffenheit des Fadens 15, Titer, etc, nur theoretisch möglich.

Das regelungstechnische, softwaremässige Vorgehen bei der Aenderung der Geschwindigkeitsrampe aufgrund der Verstimmung ist anhand einer möglichen "Schaltung" gemäss Figur 3 dar¬ gestellt und erläutert. Diese "Schaltung" wird in der Praxis in der Software der Maschinensteuerung "realisiert" .

Beim Start erhält der Sollwertgeber 25 für die Kontaktwalze 19 Einstellwerte sowohl für Auf indgeschwindigkeit v _τw , als auch einen Korrekturfaktor, welcher die Steuerung der Um- fangskraft, wie sie beispielsweise in der EP-A-182389 be¬ schrieben ist, bewirkt. Da als Kontaktwalzenantriebsmotor 37 ein Asynchronmotor eingesetzt ist, weicht das Kontaktsignal (Frequenz F-Tacho) vom Kontaktsollwert ab. Die Absoluthöhe der Frequenz (F-Tacho) ist aber für die Ueberwachung im Ueberwachungsgerät 27 ohne Bedeutung. Nach einer derartigen Zeitverzögerung, so dass die Kontaktwalze 19 mit der Start¬ drehzahl läuft, wird der Dornantriebsmotor 35 durch die Steuerung eingeschaltet und ebenfalls bis auf die Startge¬ schwindigkeit gebracht, wo der Fadeneinzug stattfinden kann.

Das Ueberwachungsgerät 27 schaltet beim Fadeneinzug den Ram¬ pengenerator 39 ein, welcher seine Ausgangsfrequenz an den Frequenzumrichter 33 liefert. Das Gerät 27, wie auch der Rampensignalgenerator 39, der den Drehzahlverlauf des Spu- lendornes 9 festlegt, erhalten separat ein Signal, wenn der Fadeneinzug stattfindet. Der Regler 31 ist zu diesem Zeit¬ punkt deaktiviert, da das Kontaktsignal (F-Tacho) für eine Regelung nicht brauchbar ist.

Nach der Berührung einer oder mehrerer der Spulenpackungen mit der Kontaktwalze 19 weicht die Kontaktfrequenz von ihrem Startwert ab. Diese Abweichung wird vom Ueberwachungsgerät 27 festgestellt, welches den Rampengenerator 39 nun abschal¬ tet und den Regler 31 aktiviert. Der Regler 31 führt dann die Dorngeschwindigkeit v _τw auf einen Wert zurück, welcher eine vorbestimmte Kontaktfrequenz (die Regelfrequenz ent¬ sprechend dem Sollwert für. die Spulgeschwindigkeit) ergibt.

Die Abweichung vom Startwert muss ein derartiges Mass er¬ reichen, dass eine im wesentlichen schlupffreie, kraft- εchlüssige Verbindung zwischen den Oberflächen der

Kontaktwalze 19 und der Packung 10 auf der Spule 11 zustande kommen. Kleine Störwirkungen können dabei unbeachtet blei¬ ben. Es ist auch möglich, eine Zeitverzögerung nach dem Feststellen der Abweichung einzubauen, um sicher zu stellen, dass die Voraussetzungen an die im wesentlichen schlupf¬ freie, kraftschlüssige Verbindung zwischen den Oberflächen der Kontaktwalze 19 und der Spulenpackung 10 erfüllt worden sind, um so vom Kontaktsignal einen eindeutigen Messwert für die Ist-Spulgeschwindigkeit v _DO zu erhalten.

Die Abweichung vom Startwert kann nach oben (Figur 4) oder nach unten (keine Figur) erfolgen. Die Regelfrequenz kann oberhalb oder unterhalb der Startfrequenz liegen oder sie kann gleich sein wie die Startfrequenz.

Die nachfolgende Beschreibung geht nun davon aus, dass der Spalt aufgefüllt worden ist bzw. auch am Anfang des Spul- bildungsverfahrens nicht vorgesehen ist. Im letzteren Fall besteht von Anfang an Berührung zwischen der Kontaktwalze und der Packung.

Fig. 5 zeigt schematisch weitere Einzelheiten der Antriebe für die verschiedenen wesentlichen Baugruppen der Maschine. Diese Baugruppen umfassen

die Kontakt- bzw. Tachowalze 19 mit ihrem Antriebsmotor 37

der sich in der Spulstelle befindliche Spulendorn (in Fig.5 nicht sichtbar) mit der Packung 10 und seinem An¬ triebsmotor 35, und

die Changiervorrichtung 17 mit ihrem Antriebsmotor 40.

Die Steuerung der Maschine ist als ganzes mit den Bezugs¬ zeichen 41 angedeutet. Die Darstellung in Fig. 5 hat zur Geometrie der eigentlichen Maschinenanordnung (Fig.l) keine Beziehung, da die Fig. 5 sich eher mit Signalverbindungen als mit der räumlichen Gestaltung der Maschine befasst.

Der Motor 35 und der Motor 37 sind mit je einem Tachosi¬ gnalgeber 42 bzw. 43 versehen, welcher ein Signal erzeugt, das die Drehzahl des Motors bzw. der vom Motor angetriebenen Achse darstellt. Diese Signale werden an die Steuerung 41 geliefert. Die Steuerung 41 erzeugt ein Signal, welches an den Motor 40 (bzw. an einen nicht gezeigten Regler für den Motor 40) geliefert wird, um die Drehzahl dieses Motors zu bestimmen. Dadurch wird die Bewegung des Fadenführers bzw. der Fadenführer bestimmt.

Die Theorie der Stufenpräzisionswicklung, wie sie hier rea¬ lisiert wird, ist in DOS 3332382 erklärt worden und wird hier nicht wiederholt. Die Wirkung ist in Fig. 6 zusammenge- fasst. Auf der waagrechten Achse des Diagramms ist der Spu¬ lendurchmesser aufgetragen (die Achse geht nicht vom Durch¬ messer "null" aus, weil eine "Spulreise" beginnt bei einem minimalen Spulendurchmesser, der durch den Durchmesser der leeren Hülse 11, Fig.l gegeben ist). Auf der senkrechten Achse ist der Kreuzungswinkel der Spule aufgetragen.

Es ist ein Merkmal einer Präzisionswicklung, dass sich der Kreuzungswinkel mit zunehmendem Spulendurchmesser abnimmt, wenn das Windungsverhältnis (die Anzahl Doppelhube des Fa¬ denführers pro Spulenumdrehung) konstant unverändert bleibt. Kurven konstanter Windungsverhältnisse sind mit W angedeu¬ tet.

Bei einer Stufenpräzisionswicklung findet an gegebenen Stellen während der Spulreise "Sprünge" von einem höheren

Windungsverhältnis (Kurve näher der linken Ecke des Dia¬ gramms) auf einem niedrigeren Windungsverhältnis (Kurve weiter von der linken Ecke entfernt) statt.

Gemäss dem nun vorgesehenen Verfahren findet ein solcher Sprung dann statt, wenn der Kreuzungswinkel bei dem herr¬ schenden Windungsverhältnis auf einen unteren Grenzwert Gu gefallen ist. Die Sprunghöhe ist begrenzt durch einen oberen Grenzwert Go, welcher unakzeptable plötzliche Aenderungen der Spulverhältnisse vermeidet. Diese maximale Sprunghöhe kann aber nicht unbedingt ausgenützt werden, weil die "gültigen" Windungsverhältnisse als Einzelwerte in einem Speicher der Steuerung 41 eingegeben werden müssen. Weil nur eine endliche Zahl solcher Windungsverhältnisse gespeichert werden können, uss bei einem Sprung ein "vorhandener" Wert innerhalb der Grenzen Gu-Go aus dem Speicher ausgesucht und zur Geltung gebracht werden.

Die Windungsverhältnisse müssen genau auf mindestens vier (besser noch fünf) Dezimalplätze genau festgelegt werden. Bei sehr hohen Liefergeschwindigkeiten (Spulenumfangsge¬ schwindigkeiten) kann der Spulenaufbau durch Verzögerungen bei der Durchführung solcher Sprünge beeinträchtigt werden. Jede Verzögerung bei der Ermittlung eines neuen Windungs¬ verhältnisses in der Steuerung 41 und jede Ungenauigkeit bei der Ausführung eines Sprunges ist möglichst zu vermeiden.

Es ist bekannt, die Changiergeschwindigkeit zu steuern, um ein von der Steuerung 41 vorgegebenes Windungsverhältnis einzuhalten. Die Changiergeschwindigkeit muss dabei konti¬ nuierlich angepasst werden, weil die Dorndrehzahl mit zu¬ nehmendem Spulendurchmesser reduziert wird, um die Umfangs¬ geschwindigkeit der Spule konstant zu halten.

In der Ausführung nach Fig. 7 wird die Changiergeschwindig-

keit der Dorndrehzahl nachgeführt, indem eine Speisefrequenz für einen frequenzgesteuerten Antriebsmotor 40 (Fig.5) di¬ rekt aus dem Ausgangssignal des Gebers 42 (Fig.5) abgeleitet wird. Dazu umfasst die Steuerung 41 eine Multiplikations¬ vorrichtung 44, mittels welcher die vom Geber 42 erzeugte Frequenz durch einen Faktor "X" multipliziert wird. Das Ausgangssignal der Vorrichtung 44 wird an einen Frequenzum¬ richter 45 als Steuersignal weitergeleitet und bestimmt das Ausgangssignal des Leistungsteils des Umrichters 45. Letz¬ teres Ausgangssignal wird als Speisefrequenz an den Motor 40 (Fig.5) geliefert und bestimmt die Drehzahl dieses Motors. Der Motor 40 kann z.B. als Synchronmotor ausgeführt werden.

Die Verwendung eines Synchronmotors, oder sogar eines fre¬ quenzgesteuerten Motors, als Changierantriebsmotor 40 ist kein wesentliches Merkmal der Erfindung, da jeder andere genau steuerbare Motor, der die erforderliche Leistung er¬ bringen kann, benutzt werden könnte. Die Steuerung 41 müsste dann ein geeignetes Steuersignal für den Motorregler erzeu¬ gen.

Der Faktor X entspricht dem geltenden Windungsverhältnis. Bei einem "Sprung" muss der herrschende Faktor durch einen neuen ersetzt werden, welcher aus dem vorerwähnten Speicher 47 abgefragt und in die Vorrichtung eingeladen werden muss. Das Ersetzen von einem Faktor durch einen neuen Faktor kann schnell durchgeführt werden und ist für die Bestimmung der Ausgangsfrequenz des Umrichters 45 fast sofort wirkungsvoll.

Wichtig dabei ist aber das Auslösen eines Sprunges. Hier sollen auch Verzögerungen möglichst vermieden werden. Ein neuer Faktor muss ausgesucht werden, wenn der Kreuzungswin¬ kel auf einen vorgebbaren Wert absinkt, was überwacht werden muss. Dazu könnte auch der Motor 40 mit einem Tachosignalge-

ber versehen werden, was dem Messen des Kreuzungswinkels gleich käme, (vgl. DOS 3332382). Dies erfordert aber ein zu¬ sätzlicher Signalgeber und zusätzliche Signalverarbeitungs¬ kapazität in der Steuerung 41. Signale, die zum Feststellen des Kreuzungswinkels verwendet werden können, sind aber schon gemäss Fig. 3 und Fig. 5 vorhanden, nämlich das Aus¬ gangssignal der Vorrichtung 44, (welches der Changierge¬ schwindigkeit entspricht) und das Ausgangssignal des Tacho¬ signalgebers 43, (welches der Umfangsgeschwindigkeit der Spule entspricht) . Die Messung des IST-Wertes vom Kreu¬ zungswinkel durch die Verarbeitung dieser Signale findet in der Einheit 46 (Fig.7) statt. Die Grenzwerte Go, Gu (Fig.6) können vom Benutzer z.B. über eine Tastatur 48 eingegeben werden und mit dem IST-Wert verglichen werden.

Eingabe eines Kreuzunσswinkelverlaufes

Das Prinzip einer bevorzugten Ausführung zum Einstellen ei¬ nes Gerätes nach dieser Erfindung ist in Fig. 8 schema¬ tisch gezeigt.

Um den Packungsaufbau optimieren zu können, kann der Soll- Kreuzungswinkel in Funktion des Spuldurchmessers bestimmt werden. Der Verlauf der Sollwertkurve wird mit vier Stütz¬ punkten SPO, SP1, SP2 und SP3 und der Bandbreite B festge¬ legt.

Die Stützpunkte sind z.B. dabei wie folgt definiert:

SP 0 : Hülsendurchmesser (Fix) / Kreuzungswinkel 0 (Beispielr 106mm/14°)

SP 1 : Umsch. K.Winkel 1 / Kreuzungswinkel 1 (Beispiel: 150πrnι/15,75°)

SP 2 : Umsch. K.Winkel 2 / Kreuzungswinkel 2 (Beispiel: 250mm/14°)

SP 3 : Spuldurchmesser / Kreuzungswinkel 3 (Beispiel: 420mm/14")

In diesem Fall, wo sich der erwünschte Kreuzungswinkel über die Spulreise ändert, muss anhand einer Emittlung bzw. einer Messung des Spulendurchmessers der momentan gültige Sollwert für den Kreuzungswinkel durch die Steuerung festgestellt werden. Dies ergibt ein momentan gültiges Windungsverhält¬ nis, welches dann geändert werden muss, wenn sich der ef¬ fektive Kreuzungswinkel ausserhalb der Bandbreite abwandert.