Stand der Technik : Das Grundprinzip ist sehr alt.

Der Arm, welcher als"Zeiger"bezeichnet werden kann, wurde auch früher an einem Endteil dreh-bzw. schwenk-und antreibbar angeordnet und am anderen Ende so ausgebildet, dass er den Faden kontrolliert führen kann. Ein solcher Arm ist aus der schweizerischen Patentschrift Nr. 153 167 sowie aus DE-C-11 31 575 bekannt. In CH 153 167 ist der Arm für das Führen eines Fadens am freien Ende mit einem fadenführenden Gabelschlitz versehen und am anderen Ende schwenkbar gelagert.

Der Antrieb erfolgt durch einen mechanischen Übertrieb aus dem Antrieb der Spule heraus. Der Faden wird über eine Leitstange geführt, wobei die Geometrie der Anordnung dieser festen Leitstange gegenüber dem sich während der Spuireise vergrössernden Durchmesser der Packung zu einer Hubverkürzung führen soll. Das Gerät ist zur Anwendung in einem modernen Spuler ungeeignet.

Der Gabelschlitz weist eine derart vorgegebene Länge auf, dass ein Faden innerhalb der vorgegebenen Länge des Gabelschlitzes aufgrund der Lage eines Leitlineales und der wachsenden Spule immer tiefer im Gabelschlitz geführt wird, wodurch eine Hubverkürzung des changierenden Fadens entsteht und zwar aufgrund der Verkürzung des Abstandes zwischen der Schwenkachse des Hebels und der Stelle, in welcher der Faden im Gabelschlitz geführt wird, um dadurch konische Enden der Spule zu erhalten.

Mitteis einer Kurvenscheibe und eines Hebels mit Abtastrolle, welcher mittels einer Pleuelstange den Fadenführerhebel antreibt, wird an den Enden der Spule der Arm beschleunigt bzw. verzögert.

EP-B-453 622 schlägt eine Vorrichtung mit einem Fadenführer und einem Fadenführerträger vor, wobei der Träger in einer Nut geführt ist. Die Vorrichtung umfasst auch einen Antriebsmotor und eine programmierbare Steuerung, wobei der Motor, während sich der Fadenführer in der Nähe eines Umkehrpunktes befindet, mit höherem als dem Nennstrom und, während sich der Fadenführer im übrigen Bereich befindet, mit einem unterhalb des Nennstromes liegenden Strom betrieben wird.

Grundprogramme für verschiedene Wicklungsabschnitte sind in der Steuerung gespeichert. In der Steuerung erfolgt die Berechnung der Wege, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen für die Motorbewegung aufgrund der zur Anwendung kommenden Wickelgesetze. Parameter, die gespeichert werden können, umfassen den Grundhub und die Grundhubvariationen zur Erzeugung weicher Spulenkanten.

Gemäss der als Beispiel dargestellten Ausführung arbeitet ein Schrittmotor als Antriebsmotor zwischen der Hubmitte und einem Umkehrpunkt gegen eine Torsionsfeder. In der Nähe eines Umkehrpunktes wird die Federkonstante erhöht, die Stromzufuhr an den Schrittmotor erhöht und die Frequenz seiner Ansteuerungsimpulse reduziert. Er soll somit im Umkehrpunkt zum Stillstand kommen. Eine entsprechende Überwachung ist nicht vorgesehen. Es ist ein Sensor in der Hubmitte vorgesehen, der das Erkennen allfälliger Fehler an dieser Stelle im Changierhub ermöglicht. Ein Changierhub wird stets von dieser Stelle aus mittels einer Impuissequenz gesteuert.

Die genaue Bestimmung der Umkehrpunkte ist aus der Schrift nicht zu entnehmen und sie ist allenfalls nicht möglich, weil sie sich aus den sich widerstrebenden Kräften des Motors und der Feder ergeben wird.

EP-B-556 212 (WO 92 086 64) zeigt in Fig. 4 eine Changierung mit einem Fadenführer am freien Ende eines drehbar gelagerten Arms. Gemäss dem Hauptanspruch befasst sich diese Schrift mit einem Verfahren, wonach der Packungsaufbau durch Steuern der Beziehung zwischen der Drehung der Wicklung und der Geschwindigkeit der Verschiebung des Fadens gesteuert wird. Dies soll durch eine die Drehung der Wicklung steuernde Rückführungsanordnung bewerkstelligt werden. In der Beschreibung wird das Steuern der Geschwindigkeit der Fadenverschiebung während einer einzigen Hubbewegung betont. Es wird aber nichts über die Bestimmung der Umkehrpunkte dieser Bewegung gesagt.

Aus der EP-0 838 422A1 ist ein finger-bzw. zeigerförmig geformter Fadenführer bekannt, welcher an einem Ende auf einem Motor antreibbar angeordnet und am anderen Ende mit einem Schlitz zur Führung eines Fadens ausgestattet ist. Der Motor wird aufgrund einer vorprogrammierten Steuerung für das Schwenken des Zeigers und damit für das Changieren des Fadens gesteuert und die Schwenkbewegung des Zeigers wird mit Hilfe eines fotoelektrischen Sensors kontinuierlich überwacht, wobei bei Abweichungen von einem vorgegebenen Bewegungsprogramm die Schwenkbewegung korrigiert wird. Der Sensor spricht auf optisch abtastbare Markierungen an.

Um das Verzögern und Beschleunigen des Zeigers an den Hubenden zu unterstützen, sind auf einem ebenfalls schwenk-und antreibbaren Träger Energiespeicher, beispielsweise Federn, vorgesehen, welche beim Verzögern des Zeigers mit Energie aufgeladen und beim Beschleunigen des Zeigers entladen werden. Der Träger ist mittels eines Antriebes schwenkbar vorgesehen und der Antrieb wird mittels der Steuerung derart gesteuert, dass die Lage der Energiespeicher veränderbar ist, so dass der Energiespeicher sich an den zu verwendenden Hub, beispielsweise für den Aufbau der Spule, anpassen kann.

Die Changierung nach EP-A-838 422 ist zur Verlegung eines Fadens konzipiert, der von einer Vorratsspule abgezogen wird. Daraus soll eine Präzisionswicklung gebildet werden. Der die Position des Zeigers überwachende fotoelektrische Sensor bezieht seine Überwachung immer auf eine Ausgangsposition des Fadenführers, vorzugsweise auf den Nullpunkt von dessen Schwenkbewegung. Die erfolgt dadurch, dass der Fadenführer zuerst an den einen und dann an den anderen Umkehrpunkt gebracht wird, wobei der Sensor die diesem Hub entsprechende Anzahl der Markierungen zählt und daraus den Nullpunkt berechnet. In EP-A-838 422 ist nicht erklärt, wie die Umkehrpunkte festgelegt sind. Der Hub des Fadenführers soll durch den Hub der Schwenkbewegung des vorerwähnten Trägers definiert werden und der letztere Hub soll durch einen zweiten Sensor überwacht werden. Die Koordination der Bewegungen des Trägers und des Zeigers ist erwähnt, aber nicht erklärt worden. Gemäss der Beschreibung dient auf jeden Fall die Einstellbarkeit der Energiespeicher dazu, eine "einfache Änderung"des Hubes des Fadenführers zu ermöglichen. Dazu soll die Anordnung der Energiespeicher auf dem oszillierend antreibbaren Träger eine Änderung des Hubes des Fadenführers durch eine blosse Anderung des Hubes des Trägers und ohne mechanische Verstellung der Position der Energiespeicher ermöglichen.

Es ist anzunehmen, dass die Positionen der Umkehrpunkte mit den Positionen der Energiespeicher zusammenhängen. Die Positionen der Energiespeicher können über die Steuerung beeinflusst werden.

DE-A-196 23 771 zeigt eine Changierung mit mindestens einer Führungsschiene (Fig.

1/2) und gegebenenfalls zwei Führungsschienen (Fig. 3/4) für den Fadenführer. In einer Variante (Fig. 1/2) kann die Führungsschiene als der Stator eines linearen Servomotors gebildet werden, wozu sie mit Magneten versehen werden kann. In der anderen Variante ist ein Schwenkarm vorgesehen, um die Changierbewegung auf den Fadenführer zu übertragen, wozu eine"gelenkige Verbindung"zwischen dem Schwenkarm und dem Fadenführer erforderlich ist. Über die Bestimmung der Umkehrpunkte ist in DE-A-196 23 771 nichts zu finden. Wie der lineare Servomotor arbeiten sollte, ist auch nicht aus dieser Schrift zu ermitteln.

JP 7-165368 zeigt eine Changierung mit einem"Linearmotor". Der Aufbau dieses Motors bzw. die Art und Weise, wie er mit dem Fadenführer zusammenwirkt, ist aus der Beschreibung bzw. der Darstellung nicht ersichtlich.

JP 7-137935 beschreibt einen Linearmotor, wovon ein Schlitten (mit einem Fadenführer) einer Stange entlang hin und her fährt, wobei das magnetische Feld durch die Stange geleitet wird. Es sind Federn an den Umkehrstellen vorgesehen.

JP 7-137934 beschreibt eine ähnliche Anordnung, wobei die Feder durch Sensoren ersetzt werden, die mit einer Zeitsteuerung zusammenarbeiten, um die Umkehr auszulösen.

Der Aufbau des Linearmotors ist aus den letztgenannten Schriften nicht klar ersichtlich.

Die Erfindung : Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen.

Die Lösung liegt darin, dass eine den Arm bewegende und/oder bremsende Kraft als Hilfskraft oder alleinige Kraft direkt auf dem Arm erzeugt wird. Im weiteren kann der Antrieb für den Arm (Zeiger) bzw. seine Halterung mit einer programmierbaren Steuerung versehen sein und die Umkehrstellen für die Hubbewegung sowie andere funktionsrelevante Positionen können in dieser Steuerung festgelegt werden können.

Die Festlegung könnte dadurch erfolgen, dass die Umkehrstellen direkt eingegeben werden. Vorzugsweise werden aber Spulparameter eingegeben, aus welchen die Steuerung die Umkehrstellen anhand ihrer Programmierung ermitteln kann. Die Positionen der Umkehrstellen können während eines Aufwindezykluses geändert werden. Die Anordnung ist derart getroffen, dass der gesteuerte Antrieb die Umkehr an einer gewählten Umkehrstelle gewährleisten kann. Das Einhalten der erforderlichen Umkehrgenauigkeit kann durch eine geeignete Sensorik überwacht und an die Steuerung gemeldet werden. Die Annäherung an und allenfalls das sich Entfernen von einer Umkehrstelle kann insbesondere überwacht werden, um Fehler an diesen Stellen zu erkennen. Die Umkehrstelten des Armes entsprechen den Umkehrpunkten der Halterung. Die Steuerung kann daher derart ausgelegt werden, dass die oszillierende Bewegung der Halterung direkt gesteuert wird. Daraus ergibt sich die Hubbewegung eines auf dem Arm vorgesehenen Fadenführers.

Der Arm wird bezüglich Form und Gewicht vorzugsweise derart gestaltet, dass der den Arm antreibende Motor entsprechend einem für einen vorgegebenen Spulenaufbau vorgegebenen Steuerprogramm beschleunigt und verzögert werden kann. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird der Querschnitt des Arms gemäss einem Polynom mindestens ersten Grades und vorzugsweise zweiten Grades gebildet, so dass man einen linear ansteigenden Massenträgheitsmomentenverlauf von der Drehachse zur Zeigerspitze erhält.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Querschnitt des Armes, in Bewegungsrichtung, eine grössere Dimension auf als senkrecht dazu, ebenso bevorzugt ist der Querschnitt über mindestens einen vorgegebenen Längsbereich des Armes hohl und ebenfalls bevorzugt, ist dieser hohle Bereich mit einem Füllstoff gefüllt, dessen spezifisches Gewicht kleiner ist als dasjenige der Wände des hohlen Bereiches.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn der Arm aus mehr als einem Teil besteht, indem vorteilhafterweise am fadenführenden Ende des Armes ein ein-oder angesetztes Faden-führerelement vorgesehen ist.

Weiter ist es vorteilhaft, den Arm mindestens teilweise aus einem Kohienfaserverbund- werkstoff zu fertigen. Ausserdem ist vorzugsweise der Arm in einen tragenden Teil und einen daran vorgesehenen fadenführenden Teil aufgeteilt. Der tragende Teil kann in Sandwichbauweise oder als Hohiprofi gefertigt werden, wobei auch eine (äussere) Schale des tragenden Teils aus separat gebildeten Elementen zusammengesetzt werden kann.

Durch die günstige Ausgestaltung des Armes und des Antriebs besteht eine mögliche Verwendung dieses Armes darin, dass der Arm den Faden innerhalb des Hubes. mit einer variablen Hublänge verlegen kann und ausserhalb des Hubes eine vorgegebene Funktion oder mehrere vorgegebenen Funktionen erfüllen kann, z. B. die Funktion des Einzugs und des Spulenwechsels, indem er ausserhalb des Hubes positioniert werden kann und zwar derart, dass der Arm an einer Stelle für das Fangen des Fadens in einem Fangschlitz oder Fangmesser an der Hülse oder Spulendorn und zur Bildung einer Fadenreserve auf einem Hülsenende stillgesetzt wird. Im weiteren kann der Arm zur Bildung eines Endwulstes auf der fertigen Spule auch innerhalb des Hubes stillgesetzt werden. All diese beschriebenen Positionen inkl. des Hubes selbst sind Teile eines Arbeitsbereiches des Armes.

Die oszillierende Drehbewegung der Halterung umfasst vorzugsweise einen vorbestimmten Drehwinkel z. B. zwischen 45° und 90°, beispielsweise 60°. Die Länge des Armes kann in Abhängigkeit von der gewünschten Hubbreite gewählt werden.

Die den Fadenführer bewegende Kraft kann unmittelbar auf dem Fadenführer oder auf einem den Fadenführer tragenden Element erzeugt werden. Es ergibt sich z. B. daraus ein Changieraggregat mit einem bewegbaren Fadenführer, dadurch gekennzeichnet, dass ein stationäres Mittel vorgesehen ist, um eine Bahn in der Form eines (elektro) magnetischen Feldes zu erzeugen, und dass der Fadenführer bzw. sein Träger mit einem krafterzeugenden Mittel versehen ist, welches mit dem Feld zusammenwirken kann, um den Fadenführer der Bahn entlang über einen vorgegebenen Hub hin und her zu bewegen.

Die gleichen Konstruktions-, Antriebs-, Steuer-und Regelprinzipien, wie hier am Beispiel eines Changieraggregats beschrieben, können allgemein auch für alle anderen Einsatzgebiete, bei denen ein Arm eine Schwenkbewegung über einen vorgegebenen Arbeitsbereich ausführen muss, angewandt werden, wobei es sich beim genannten Arbeitsbereich um einen Hub (d. h. Hin-und Herbewegung des Armes um eine Drehachse) und um weitere Positionen innerhalb und/oder ausserhalb des Hubes handelt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert : Es zeigt : Fig. 1 eine Spulmaschine mit einem erfindungsgemässen Arm und einer erfindungsgemässen Anwendung des Armes, je schematisch dargestellt, Fig. 2 die Spulmaschine von Fig. 1 in Blickrichtung I von Fig. 1 dargestellt, Fig. 3 die Ansicht von Fig. 2 jedoch zusätzlich mit einem Geschwindigkeitsverlauf des Armes während des Hubes, Fig. 4 eine Variante der Ansicht von Fig. 2, ebenfalls zusätzlich mit dem Geschwindigkeitsverlauf des Armes während des Hubes, Fig. 5 ein Diagramm zur Erklärung der Programmierung der Motorsteuerung in einer Variante nach Fig. 1,2,3 oder 4, Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Variante, Fig. 7 eine diagrammatische Darstellung einer Elektronikeinheit zur Verwendung in einer Variante nach Fig. 6, Fig. 8 ein Diagramm zur Erklärung der Programmierung der Elektronikeinheit bzw. deren Beziehung zu den Bewegungen des Fadenführers, Fig. 9 schematisch einen Plan eines Zeigers gemäss der Erfindung, Fig. 10 einen Querschnitt einer ersten Variante eines Zeigers nach Fig. 9, Fig. 11 einen Querschnitt einer zweiten Variante eines Zeigers nach Fig. 9, Fig. 12 einen Querschnitt durch einen Teil der Variante nach Fig. 6 mit dem Arm an seiner Umkehrstelle, Fig. 13 ein Diagramm zur Erklärung gewisser Spulparameter, die in die Steuerung eingegeben werden können, Fig. 14 ein Diagramm zur Erklärung eines Beispiels der Ausnutzung der Fähigkeiten der neuen Changierung, und Fig. 15A je eine Variante eines Antriebs für eine Mehrfachchangierung gemäss der Fig. 15B Erfindung Fig. 16 schematisch eine weitere Ausführung nach der vorliegenden Erfindung, Fig. 17 einen Zeiger zur Verwendung in einer Ausführung nach Fig. 16, Fig. 18 noch eine Ausführung nach der Erfindung, und Fig. 19 einen Schlitten zur Verwendung in einer Variante nach Fig. 18, Fig. 20 in den Skizzen 20A, 20B und 20C drei verschiedene Varianten des Fadenführers, und Fig. 21 in den Skizzen 21A, 21 B, 21 C und 21 D vier verschiedene Varianten der Verbindung zwischen dem Arm und dem Antriebsmotor.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Spulmaschine 1, in welcher mittels einer Changiervorrichtung 2 ein Faden F zu einer Spule 3 aufgebaut wird. Die Spule 3 baut sich auf einer Hülse 4 auf, welche von einem Spulendorn 14 aufgenommen ist.

Der Antrieb der Spule 3 erfolgt entweder über einen Antrieb des Spulendornes 14 (nicht gezeigt) oder mittels einer Reibwalze oder Kontaktwalze 5. Die Reib-oder Kontaktwalze (bei angetriebenem Spulendorn) hat ausserdem noch die Funktion, den Faden von einem changierenden Fadenführer 7, hier Zeiger 7 genannt, zu übernehmen. Der Zeiger 7 ist zwischen oder vor einem Leitlineal 6 und der Reibwalze bzw. Tachowalze 5, angeordnet, wobei das Leitlineal 6 beispielsweise in der Art der folgenden Figuren 2 bzw. 3 und 4 gestaltet werden kann.

Die Spule 3 mit der Hülse 4 ist in Arbeitsposition gezeigt, wobei zusätzlich eine bei Beginn eines Spulenaufbaus in Arbeitsposition befindliche leere Hülse 4.1 an der Reib- bzw. Tachowalze 5 anliegend gezeigt ist, während mit 4.2 leere Hülsen in Warteposi- tion gezeigt sind. Diese beiden Wartepositionen sind die Ausgangspositionen für eine mit strichpunktierter Linie gezeigten Drehbewegung eines sogenannten Revolverantriebes, mittels welchem die leeren Hülsen an die Reibwalze bzw. die volle Spule 3.1 von der Reibwalze weg in eine Wegnahmeposition bewegt werden.

Der Zeiger 7 ist mit dem formmässig grösseren und gewichtsmässig schwereren Ende auf einer Motorwelle 9 eines Motors 8 drehfest befestigt, wobei der Motor 8 von einer Steuerung 12 entsprechend eines Hubprogrammes für den Aufbau einer Spule gesteuert ist. Die Eingabe eines solchen Programmes in die Steuerung geschieht über ein Eingabegerät 13.

Zur Kontrolle der Bewegung des Zeigers 7 ist ein Bewegungsüberwachungsgerät 16 vorgesehen, bestehend aus einem fest mit der Motorwelle 9 verbundenen Signaigeber 10 und einem davon getrennt angeordneten Signalempfänger, welcher seine empfangenen Signale der Steuerung 12 abgibt.

Entsprechend der Gestaltung des Leitlineales 6, wie dies mit den Figuren 2 und 4 gezeigt ist, kann der Faden F je nach dem mit einem Anstellwinkel a oder a1 vorgesehen werden, wobei diese Anstellwinkel derart vorgesehen werden müssen, dass der Faden F nie vom Leitlineal 6 abgehoben wird, es sei denn, das Leitlineal weise, wie in den Figuren 2 bis 4 gezeigt, Gegenlineale 6.1 bzw. 6.2 auf, welche den Faden derart führen, dass der Faden nie aus einem Führungsschlitz 15 bzw. 15.1 des Zeigers 7 gehoben wird.

Die Gestaltung des Lineales 6, inkl. der Gestaltung der Gegenlineale 6.1 bzw. 6.2, ist je nach Anordnung des Leitlineals, gegenüber dem Zeiger 7 und der Reibwalze bzw.

Tachowalze 5 durchführbar, d. h. die Gestaltung des Leitlineales 6 ist nicht auf die Darstellungen in den Figuren 2-4 eingeschränkt.

Der Fadenlauf entsprechend dem Anstellwinkel a. 1 ist mit F. 1 und der Fadenlauf entsprechend dem Anstellwinkel a ist mit F gekennzeichnet. Die Wahl oder die Notwendigkeit der entsprechenden Lage hängt mit der vorgenannten Gestaltung des Leitlineals zusammen, oder umgekehrt.

Die Fig. 2 zeigt die Spulmaschine 1 in Blickrichtung I, wobei der Einfachheit halber das Eingabegerät 13 und die Steuerung 12 nicht dargestellt sind. Mit der Fig. 2 soll erstens dargestellt werden, dass der Zeiger 7 nicht nur innerhalb des Hubes H hin-und herbewegt werden kann, sondern dass der Faden F einerseits für den Spulenwechsel mittels des Zeigers 7 in der Stellung C stillgesetzt werden kann, um auf der fertigen Spule einen sogenannten Endwulst zu bilden.

Im weiteren kann der Zeiger 7 für einen Fadeneinzug bei Beginn eines Spulvorganges oder beim Spulenwechsel in der Position A und B ausserhalb des Hubes H stiligesetzt werden und zwar einerseits in der Position A, um den Faden in einer Position zu halten, in welcher dieser von einem Fangmesser oder Hülsenkerbe einer nächstfolgenden Hülse gefangen werden kann, während die Stellung B dazu dient, den Faden auf der neuen Hülse in einer Position zu halten, in welcher der Faden eine Reservewicklung auf das Hülsenende bilden kann. Anschliessend wird der Faden F durch den Zeiger 7 in den Hub H geführt und weiter innerhalb des Hubes hin-und herchangiert.

Daraus ist ersichtlich, dass der Zeiger dieser Variante nicht nur an den Enden des Hubes ohne äussere Hilfsmittel verzögert bzw. beschleunigt werden kann, sondern dass der Zeiger sehr rasch in Positionen gebracht werden kann, in welchen dieser für einen kurzen Moment stillsteht, um anschliessend wieder mit hoher Geschwindigkeit in einen weiteren Funktionsbereich verschoben bzw. beschleunigt zu werden.

Die Fig. 3 zeigt zusätzlich einen Geschwindigkeitsverlauf des Zeigers 7. Dieser gezeigte Geschwindigkeitsverlauf ist je nach Art des Spulenaufbaus unterschiedlich, weshalb der gezeigte Geschwindigkeitsverlauf keine Einschränkung für den möglichen Geschwindigkeitsverlauf des Zeigers 7 darstellt.

Die Fig. 4 zeigt eine Variante des Leitlineales 6, indem einerseits das Leitlineal 6.3 gegenüber dem Leitlineal 6 der Fig. 2 und 3 eine gestreckte Führungsbahn 17.1 aufweist und andererseits der Faden F in einem verlängerten Führungsschlitz 15.1 des Fadenführers 7 geführt ist. Dabei besteht durchaus die Möglichkeit, je nach Spulenaufbau und Changiergeschwindigkeitsverlauf und Anordnung der Reibwalze bzw. Tachowalze 5 relativ zum Zeiger 7 und relativ zum Leitlineal 6 andere Leitlinealformen vorzusehen.

Im weiteren besteht die Möglichkeit für den Zeiger, zur optimierten Gestaltung der Spule, einen variablen Drehwinkel als Umkehrpunkt gemäss der Steuerung zu wählen.

Fig. 5 zeigt diagrammatisch die Drehachse D des Zeigers 7 sowie die Umkehrstellen U1, U2 einer bestimmten Changierbewegung des Fadenführers 15 mit Hublänge B. Die Längsachse ZL des Zeigers 7 muss um die Achse D durch einen Winkel y geschwenkt werden, um die Changierbewegung zu erzeugen. Diese Bewegung kann in die Steuerung 12 einprogrammiert werden, wobei die Umkehrstelle z. B. gegenüber einer Referenzlinie R definiert werden. Der Sensor 10 (Fig. 1) bzw. die Auswertung in der Steuerung 12 kann derart ausgelegt werden, dass der Motor 8 durch die Steuerung an einer vorgegebenen Umkehrstelle (U1 bzw. U2) seine Drehung umkehrt. Die Ist- Position des Zeigers 7 ist über das Bewegungsüberwachungsgerät 16 stets bekannt und kann von der Steuerung 12 mit den vorgegebenen Umkehrstellen verglichen werden, um die Umkehr jeweils an der gewünschten Stelle zu ermöglichen.

Die vorgegebenen Umkehrstellen U1, U2 können (innerhalb vorgegebener Grenzen) über das Eingabegerät 13 geändert werden, wie nachfolgend näher erklärt wird. Dies ist schematisch mit den gestrichelten Linien in Fig. 5 angedeutet. Es muss allenfalls die Drehgeschwindigkeit des Armes geändert werden, z. B. wenn die Lineargeschwindigkeit des Fadenführers konstant bleiben muss. Es kann z. B. auch ein Spulenaufbauzyklus eingegeben werden, womit der Hub während des Spulenaufbaus geändert werden kann. Zum Aufbauzyklus gehört z. B. auch die Definition einer damit verbundenen Fadenfangposition, wie schon beschrieben. Die Eingabe kann z. B. anhand von vorbestimmten Spulparameter erfolgen. Die Bedienungsperson wird zum Beispiel von der Steuerung 12 dazu aufgefordert, die erforderlichen Parameter einzugeben, bevor ein Spulzyklus gestartet werden kann.

Die Figuren 1 bis 5 stellen daher eine erste Variante dar, wonach die Umkehr an vorgegebenen Umkehrstellen U1, U2 (aber möglicherweise auch an anderen Stellen) durch den Motor ohne zusätzliches Hilfsmittel bewerkstelligt wird. Fig. 6 zeigt eine Variante, wonach Hilfsmittel vorgesehen sind, wobei aber die Umkehrstellen trotzdem von der programmierten Steuerung bestimmt werden. Die Anordnung nach Fig. 5 bildet daher eine Ausgangslage auch für die Variante nach Fig. 6, wobei gewisse Unterschiede im Laufe der weiteren Beschreibung ersichtlich werden.

Fig. 6 zeigt schematisch einen Arm (Zeiger) 40 und eine Antriebs-/Steuerungseinheit 42. Der Arm 40 ist an der Welle 44 eines Antriebmotors befestigt, so dass der Arm sich mit der Welle um die Längsachse D der Welle 44 dreht.

Auf dem Gehäuse 45 der Einheit 42 ist ein Trägersegment 46 befestigt, das zwei Joche 47,48 trägt. Jedes Joch 47,48 weist einen U-förmigen Querschnitt auf, der über die Länge des Joches konstant bleibt. Ein erster Schenkel des Joches sitzt satt auf dem Träger 46 auf, der zweite Schenkel ist an seiner Innenseite mit einem Permanentmagnet 49 versehen. Die Joche 47,48 sind vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material gebildet. Die Joche 47,48 sind auf dem Träger 46 in fest vorbestimmten Positionen montiert, d. h. die Permanentmagnete 49 weisen je eine fest vorbestimmte Winkelstellung gegenüber der Drehachse D auf. Die Positionen der Magnete 49 sind derart gewählt, dass der Arm 40 zwischen den Schenkeln eines Jochs 48,50 eindringen muss, um die entsprechende Umkehrstelle zu erreichen, wie nachfolgend anhand weiterer Figuren erklärt wird.

Der Arm 40 ist mit einer Spule 50 aus elektrisch leitendem Material versehen und zwar an einer derartigen Stelle, dass die Spule 50 in einem Joch 47,48 liegt, wenn der Arm 40 die entsprechende Umkehrstelle erreicht. Wenn die Spule 50 in das von einem Magnet 49 erzeugte Feld eindringt, entsteht in der Spule 50 eine elektrische Kraft, die bei kurzgeschlossenen Enden der die Spule bildenden Leitern ein Wirbelstrom in der Spule 50 verursacht. Das dadurch erzeugte elektrische Feld widersetzt sich dem weiteren Eindringen in das stationäre magnetische Feld im Joch, was sich als eine Bremskraft auf dem Arm 40 äussert. Die Grosse der Bremskraft ist von der Stärke des magnetischen Feldes, der Geschwindigkeit des Arms 40 und der Anzahl Leiterwindungen in der Spule 50 abhängig. Diese Parameter sind derart gewählt, dass das vom Motor ausgehende Bremsen des Arms 40 beim Annähern einer Umkehrstelle unterstützt wird, wobei die Position des Arms 40 jederzeit durch die Motorsteuerung bestimmt wird.

Der Steg des Jochs bildet nun eine Grenze für das Weiterbewegen des Arms 40 in einer bestimmten Richtung. Die Bodenflächen der Joche 47,48 verlaufen ungefähr radial gegenüber der Drehachse D. Diese Flächen bilden aber keine Anschläge für den Arm 40. Die programmierten Umkehrstellen (vgl. Fig. 5) liegen im vom Feld durchströmten Bereich vor dieser Grenze, d. h. der Arm wird vom Motor zurückbewegt, sobald die in der Steuerung 12 (vgl. Fig. 1) vorgegebene Umkehrstelle erreicht wird.

Diese Rückbewegung kann aber durch die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld und der Spule 50 unterstützt werden, indem ein Stromstoss in der Spule erzeugt wird.

Das dadurch erzeugte elektrische Feld arbeitet mit dem Magnetfeld mit, um den Arm 40 in seiner Bewegung aus dem Joch 47 bzw. 48 zu beschleunigen. Die elektromagnetischen Kräfte unterstützen daher die vom Motor ausgehenden Drehmomente, wobei die Position des Arms 40 stets vom Gerät 16 (vgl. Fig. 1) überwacht wird und die Bewegungen des Arms 40 dementsprechend von der Steuerung über den Motor bestimmt werden. Das heisst, z. B. dass wenn die elektromagnetischen Kräfte in einem bestimmten Fall dazu neigen, den Arm 40 zu schnell wieder aus dem Joch 47 bzw. 48 zu schleudern, der Motor eher eine bremsende als eine antreibende Wirkung erzeugen muss, so dass der Arm 40 gemäss dem Steuerungsprogramm bewegt wird.

Die Spule 50 ist über Verbindungsleiter 52,53 mit einem steuerbaren elektronischen Schalter 54 (Fig. 7) verbunden, welcher wahlweise die Enden der Spulenleiter miteinander verbindet (kurzschliesst) oder mit einer Energiequelle 56 verbindet. Der Schalter 54 wird von der Steuerung 12 in Abhängigkeit einerseits von der momentanen Position des Arms 40 und andererseits vom programmierten Hub getätigt. Die Energiequelle 56 könnte z. B. ein Kondensator sein, der sich über die Spule 50 entlädt, wenn der Schalter 54 entsprechend getätigt wird und sich wieder aus dem Netz bzw. aus einer Batterie (nicht gezeigt) auflädt, nachdem der Arm 40 sich aus dem Joch 47 bzw. 48 entfernt hat. Im Prinzip könnte die beim Bremsen des Arms 40 erzeugte elektrische Energie gespeichert und wiedergewonnen werden. Die dazu erforderlichen Komplikationen in der Schaltung lohnen sich aber normalerweise nicht. Vorzugsweise wird die Bremsenergie als Wärme aus der Spule 50 zerstreut. Der Strom des Stromstosses fliesst in der gleichen Richtung wie der vom Magnetfeld erzeugte Wirbelstrom.

Die allgemeine Anordnung der Ausführung nach Fig. 6 entspricht weitgehend derjenigen der Ausführung nach Fig. 1. Der Motor ist mit einem Überwachungsgerät (Inkremental-bzw. Absolutgeber) versehen, das die momentane Winkelstellung des Arms 40 angibt. Das Gerät liefert vorzugsweise ein Digitalsignal, das direkt von einer Computersteuerung verarbeitet werden kann, wobei die Verwendung eines Analog/Digital-Umsetzers nicht ausgeschlossen ist. Die Steuerung umfasst vorzugsweise einen Mikrocomputer und ein Eingabegerät zum Eingeben von Spulparametern zur Verwendung in Kombination mit dem im Computer gespeicherten Programm.

Der Changierhub (B, Fig. 8) des Arms 40 kann nun in"Abschnitte"A1 bis A10 aufgeteilt werden, wobei für jeden Abschnitt vorgegebene Parameter in den Computer eingegeben werden müssen. Solche Parameter sind z. B. die Momentangeschwindigkeit und die Momentanbeschleunigung des Arms 40. Fig. 8 zeigt schematisch solche Abschnitte, wobei aus der Figur ersichtlich ist, dass die Anzahl Abschnitte in den Umkehrzonen relativ hoch und die Anzahl in der Mitte des Hubs relativ niedrig ist. Eine Abschnittgrenze kommt dementsprechend vor, wo eine Änderung der Parameter nötig ist. Das Überwachungsgerät wird somit zusammen mit der Steuerung sowohl zum Umschalten der Schalter 54 wie auch zum Anpassen der Bewegungscharakteristik in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Arms 40 verwendet.

Fig. 8 zeigt z. B. den Punkt P, wo beim Bewegen des Fadenführers nach links der Motor vom Antreiben auf Bremsen umgeschaltet wird, weil der Arm 40 sich einer Umkehrstelle annähert. Ungefähr zum gleichen Zeitpunkt dringt die Spule 50 in das Feld des entsprechenden Magnets 49 ein. Der Schalter 54 ist schon früher auf Kurzschluss umgeschaltet worden, da der Zustand des Schaltkreises in der Hubmitte keine Rolle spielt. Es fliesst daher sofort ein Wirbelstrom in die Spule 50, was dem Motor beim Bremsen des Arms 40 Hilfe leistet. Die Bremswirkung des Motors wird in den Abschnitten A4 bis A1 schrittweise geändert.

Wenn das Auswerten des vom Positionssensor 10 (Fig. 1) gelieferten Signals andeutet, dass die programmierte Umkehrstelle erreicht worden ist, wird die Motordrehrichtung reversiert und der Schalter umgeworfen, um einen Stromstoss in der Spule 50 zu erzeugen. Die Abschnitte A1 bis A4 gelten nun im umgekehrten Sinne zur Bremsphase, so dass der Arm gesteuert wieder auf die für den Mittenbereich A5, A6 vorgesehene Geschwindigkeit beschleunigt wird. Es ist eine relativ einfache Bewegungscharakteristik zur Darstellung des Prinzips verwendet worden. Es kann ein komplizierterer Verlauf vorgesehen werden, wie z. B. in Fig. 8 mit gestrichelten Linien für einen grösseren Changierhub B1 angedeutet worden ist.

Es ist nicht möglich, aber auch nicht notwendig, das Eindringen der Spule 50 in das Magnetfeld eines Joches 47,49 mit dem Einleiten der Bremspause des Motors exakt zu koordinieren, da die Anordnung zur Realisierung von einer flexiblen (programmierbaren) Changierung konzipiert ist.

Die Bremsphase des Motors kann nach dem Eindringen in das Magnetfeld oder vor einem solchen Eindringen eingeleitet werden. Wichtig ist, dass die momentane Position des Armes 40 stets von der Steuerung (Motor-Kombination anhand der Informationen vom Gerät 16) bestimmt wird, gleichgültig welche Wechselwirkung in einem bestimmten Fall zwischen dem Magnetfeld und dem Arm erzeugt wird. Die Endbereiche, die mit Permanentmagneten versehen sind, müssen gross genug sein, um die erforderliche Flexibilität bezüglich Changierhub und anderen Positionierungsanforderungen (Fadenfangen) zu ermöglichen.

Fig. 9 zeigt nun schematisch einen Zeiger 100 zur Verwendung in den Ausführungen gemäss den anderen Figuren. Der Zeiger 100 umfasst eine Befestigungspartie 102, einen Mittelteil 104 und einen Fadenführer 106 am freien Ende. Ausgehend von der Drehachse D weist der Zeiger 100 eine Länge L bis zum freien Ende des Fadenführers 106 aus. Aus Fig. 5 wird ersichtlich, dass bei einem vorgegebenen Drehwinkel y diese Länge für die Hubbreite B massgebend ist. Wenn z. B. die Länge des Zeigers in Fig. 5 verkürzt wäre, würden die Umkehrstellen z. B. bei U3 bzw. U4 liegen und eine entsprechend kürzere Hubbreite (nicht speziell angedeutet) ergeben. Im Prinzip könnte ein Zeiger einer bestimmten Changiereinheit durch einen kürzeren (oder längeren) Zeiger ersetzt werden, um die Hubbreite an die Anforderungen anzupassen.

Normalerweise wird es aber bevorzugt sein, die Zeigerlänge einer bestimmten Changiereinheit unverändert beizubehalten und die Flexibilität der Programmierung für Hubänderungen auszunutzen. Dabei können verschiedene Changiereinheiten (z. B. für Spuler mit verschiedener Anzahl Fäden) verschiedene Zeigerlängen aufweisen. Im Prinzip ist es auch möglich, die maximalen Drehwinkel verschiedener Changiereinheiten individuell zu programmieren (und die Geometrie der Elemente entsprechend anzupassen). Vorzugsweise ist aber eine vorgegebene Programmierung (Geometrie)-oder zumindest nur wenige Variante-vorgesehen.

Vorzugsweise beträgt die Länge L zwischen 10 bis 50 cm und der Drehwinkel y zwischen 40° und 100°, vorzugsweise 45°-90°.

Fig. 10 zeigt einen möglichen Querschnitt des Zeigers 100 an einer beliebigen Stelle im Mittelteil 104. In dieser Variante ist der Zeiger als Hohlkörper mit einer Breite W (an der erwähnten Stelle) und einer"Tiefe"t gebildet. Die Tiefe t ist vorzugsweise über die Länge des Zeigers 100 konstant. Aus Fig. 10 ist klar, dass die Weite W erheblich grösser als die Tiefe t ist und dies gilt auch über die ganze Länge des Zeigers 100. Der Hohlkörper sollte aus einem steifen aber leichten Material gebildet werden, vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff. Die Fasern weisen vorzugsweise einen hohen E-Modul auf (z. B. Kohlenfasern, Borfasern oder Aramidfasern).

In der Befestigungspartie 102 weist der Zeiger eine Verstärkung 108 (Fig. 9) z. B. aus Metall auf. Die Verstärkung 108 hat in diesem Beispiel einen U-förmigen Vorsatz (nicht speziell angedeutet), die sich als Einschub in den Hohlkörper 104 erstreckt und darin mit dem Hohlkörper (z. B. mittels Kiebstoff) verbunden wird. Der Metallteil ist mit einer Aufnahme 110 für die Welle 44 (Fig. 6) des Antriebmotors versehen.

Die U-Form des Vorsatzes ist nicht wesentlich, die Verbindung zwischen der Partie 102 und dem Hohlkörper 104 sollte aber für die sichere Übertragung der Antriebskräfte (Drehmomente) auf den Hohlkörper sorgen und zwar zuverlässig über die Lebensdauer des Hohlkörpers 104.

Der Fadenführer 106 ist vorzugsweise auch als separater Teil gebildet und mit dem Hohlkörper verbunden, wobei ein mit einem Schlitz versehener Teil des Fadenführers freibleibt. Dieser Teil kann z. B. aus Keramik gebildet werden.

Das Hohiprofil 104 (Fig. 10) in der Form eines Rechteckprofils kann z. B. als Wickelkörper gebildet werden. Ein Wickelverfahren (für einen grösseren Körper) ist schematisch in EP-A-894876 gezeigt-es kann zur Bildung des Profils 104 angepasst werden. Das Hohiprofil 104 könnte aber als Alternative aus z. B. zwei Schalenteilen gebildet werden, die miteinander verbunden werden (z. B. mittels Klebstoff), um einen zusammengesetzten Hohikörper zu bilden. Jedes Schalenteil könnte z. B. als ein Trog geringerer Tiefe gebildet werden, wobei die Seitenwände dieser Schalenteile miteinander verbunden werden, um den Hohlkörper zu bilden.

Fig. 9 zeigt deutlich, dass sich der Querschnitt des Zeigers 100 über die Länge L ändert und zwar vorzugsweise als eine Funktion des Abstandes von der Drehachse D aus gemessen. Die Figur 9 zeigt einen Zeiger mit einer linearen Beziehung zwischen dem Zeigerquerschnitt und diesem Abstand, wobei eine quadratische Beziehung eigentlich bevorzugt wird. Da die Tiefe t vorzugsweise konstant ist, äussert sich die Querschnitts- änderung in einer Änderung der Breite W.

Fig. 11 zeigt einen modifizierten Querschnitt, wobei die Dimensionen W und t gegenüber Fig. 10 unverändert sind. Der Zeiger 100 umfasst in dieser Variante eine erste Platte 112, eine zweite Platte 114 und eine dazwischenliegende Füllschicht 116, die mit den Platten z. B. mittels Klebstoff verbunden ist. Die Endteile 102 und 106 können den schon beschriebenen Teilen gleich sein.

Fig. 12 zeigt zu einem grösseren Massstab das Joch 47 aus Fig. 6 mit einem Zeiger 100 nach Fig. 9 in seiner Umkehrstelle. Die Spaltbreite S innerhalb des Jochs 47 sollte gross genug sein, um die freie Bewegung des Armes in diese Stelle zu gewährleisten, aber nicht wesentlich grösser. Dabei muss berücksichtigt werden, dass der in den Jochspalt eindringende Teil des Armes die Spule 50 trägt.

Die Spule 50 ist daher vorzugsweise als sogenannte Planarspule gebildet. Die Leitungen können z. B. aus Kupfer gebildet und beispielsweise mittels Siliziumoxid voneinander isoliert werden. Ein solches Material ermöglicht eine sehr hohe Stromdichte (z. B. ca. 180 A/mM2), zumindest für eine kurze Zeitperiode, da Siliziumoxid sowohl ein guter Wärmeleiter wie auch ein guter Isolator ist. Die Leiterbahnen einer solchen Planarspule weisen eine geringe Querschnittsfiäche auf, was eine niedrige Masse der Spule und eine enge Spaltbreite S ermöglicht.

Es sollte ein möglichst hohes magnetisches Feld im Luftspalt 7 jedes Jochs 47,48 erzeugt werden. Dazu können Selten-Erd-Magnete 49 verwendet werden, wobei das Joch 47 bzw. 48 vorzugsweise einen beinahe geschlossenen Feldlinienverlauf gewährleistet. Dazu sollte die Luftspaltbreite S möglichst klein gehalten werden. Die Spaltbreite liegt z. B. im Bereich 0,5 bis 2 mm, vorzugsweise 1 bis 1,5 mm. Die Breite Mb (Figur 12) jedes Magneten beträgt beispielsweise 20 bis 50 mm, vorzugsweise 25 bis 35 mm. Seine Länge beträgt beispielsweise 30 bis 70 mm, vorzugsweise 45 bis 55 mm. Die Feldstärke im Luftspalt S beträgt beispielsweise 0,7 bis 1,3 Tesla, vorzugsweise 1 Tesla.

Die bisherige Beschreibung bezieht sich auf Umkehrstellen für den Arm bzw. den Zeiger, weil diese Stelle für die eigentliche Funktion von grosser Bedeutung sind. Die Steuerung bezieht sich aber nicht direkt auf die Momentanposition des Armes, sondern auf diejenige der Motorwelle (z. B. Welle 44, Fig. 6), die als Element einer Halterung für den Arm (Zeiger) dient. Die Steuerung wird daher anhand von Umkehrpunkten für diese Halterung (für die Welle) programmiert, die sich dann in den schon beschriebenen Umkehrstellen für den Arm äussern.

Die momentane Winkelstellung der Welle (Halterung) kann von einem Drehgeber angezeigt werden. Dieser Drehgeber kann ein Inkrementalgeber oder ein Absolutdrehgeber sein. Im Falle eines Inkrementalgebers muss das System beim Aufstarten an einen Referenzpunkt gebracht werden, wovon der Inkrementalgeber Positionsänderungen nachher"zählt". Allenfalls muss gelegentlich an diese Referenz zurückgefahren werden, um den Systemzustand zu kontrollieren und gegebenenfalls zu korrigieren. Mit einem solchen Gerät kann eine Fadenablagegenauigkeit von z. B. +/- 0,25 mm erzielt werden. Mit einem Absolutwertgeber kann auf diese"Kalibrierung" verzichtet werden.

Es können verschiedene (z. B. berührungslose) Sensoren zum Referenzieren des Drehgebers verwendet werden. Beispiele sind optische, pneumatische, elektrische und induktive (magnetische) Sensoren. Ein vom Sensor geliefertes Signal, welches die "Anwesenheit"des Armes in seiner Nähe zeigt, kann an die Steuerung geleitet und da ausgewertet werden, um eine Referenz für das Positionierungssystem zu geben. In einer Alternative kann der Arm in Berührung mit einem mechanischen Anschlag gebracht werden, wobei das entsprechende Ausgangssignal des Encoders ausgewertet werden kann, um eine Referenz für die Positionierung zu geben. Dieser Schritt soll als spezieller Referenzierungsschritt ausgeführt werden, wobei der Motor ein niedrigeres Drehmoment erzeugt, um eine beschädigungsfreie Berührung zwischen dem Arm und dem Anschlag zustande zu bringen.

Der Referenzsensor bzw. der Anschlag kann sich ausserhalb des maximalen Hubbereiches befinden, weil der Motor in der Lage ist, den Arm ausserhalb dieses Bereiches zu bewegen z. B. für den genannten Referenzierungsschritt. Der Referenzsensor bzw. der Anschlag könnte sich aber innerhalb des Hubbereiches befinden. lm letzteren Fall muss der Anschlag aus dem Bewegungspfad des Armes entfernt werden, bevor die eigentliche Changierbewegung erfolgt. Dazu kann der Anschlag z. B. rechtwinklig oder zumindest schräg zur Changierebene zwischen einer Bereitschaftsstellung ausserhalb der Changierebene und einer Arbeitsstellung in der Changierebene bewegt werden, beispielsweise mittels einer Zylinder-Kolben-Einheit.

Die Programmierung der Steuerung besteht aus einem"fest vorgegebenen"Teil, der vom Endbenutzer nicht beeinflusst werden kann (oder soll) und einem vom Benutzer angeforderten Teil, der vorzugsweise aus gewissen Spulparameter besteht. Eine nominale Hubbreite gehört vorzugsweise zum fest vorgegebenen Programmteil, wobei die effektive Hubbreite (die Verlegelänge) für einen bestimmten Fadenhub von der Steuerung anhand der vom Benutzer eingegebenen Spulparameter errechnet wird.

Folgende Spulparameter können beispielsweise eingegeben werden : Kreuzungswinkel Der Kreuzungswinkel definiert die auf die aktuelle Spulgeschwindigkeit bezogene (mittlere) Changiergeschwindigkeit. Fig. 13 zeigt schematisch die Veränderung des Kreuzungswinkelverlaufes während der Spulreise, wobei die Darstellung der Figur 8 aus EP-B-629174 entspricht.

Bandbreite Die Bandbreite definiert die Abweichung, um die der vorgegebene Kreuzungswinkel variieren darf (Fig. 13), falls eine Stufenpräzisionswicklung gewünscht wird (vgl. Fig. 8, EP-B-629 174). Die Abweichung vom mittleren Kreuzungswinkel des Bandes beträgt z. B. 0 bis 3°..

Bruchtabelle Die Bruchtabelle enthält die gebrochenen Teile der zulässigen Windungsverhältnisse (vgl. z. B. US-B-5,605,295). Ausgewählte Windungsverhältnisse können z. B. als Rezepte in einem Spuler der Steuerung abgelegt werden.

Hubatmuna Mit der Hubatmung wird eine periodische Änderung der Verlegelänge definiert. Auch in diesem Fall können Rezepte abgelegt werden.

Hubverlauf Der Hubverlauf definiert die Verlegelänge über die Spuireise. Es werden z. B. vier Stützpunkten je eine Verlegelänge zugeordnet.

Einheit : % (der normalen Hubbreite), Bereich : 80-120 %.

In diesem Bereich wird ein nominaler Hub (= 100 %) in die Software eingegeben. Die Änderung kann dann z. B. nur zwischen 80-120 % vollzogen werden. Ist z. B. ein nominale Hub = 250 mm definiert, kann zwischen 200-300 mm changiert werden. Die Hubbreite kann dann konstant über die Spulenreise gewählt werden, oder ein (z. B. durchmesserabhängiger) Verlauf eingegeben werden (ähnlich dem Kreuzungswinkelverlau. Dem überlagert kann sich die Hubbreite via Hubatmung ändern (ähnlich Stufenpräzisionswicklung oder Wobbelung über den Kreuzungswinkelverlau.

Der Verlauf eines Betriebsparameters (z. B. Kreuzungswinkel, bzw Hubverlau könnte als eine Funktion der Zeit oder eines anderen mit dem Spulenaufbau korrelierenden Parameter definiert werden. Die horizontale Achse in Fig. 13 müsste entsprechend angepasst werden. Ein variierbarer Verlauf könnte insbesondere als eine Funktion der Anzahl Hübe des Changiergerätes definiert werden, wobei die Anzahl Hübe vom Beginn der Spulreise oder von einem vorgehenden Stützpunkt definiert werden könnte.

In der Steuerung können verschiedene"Changierrezepte"fest programmiert werden (fest bedeutet nicht unbedingt unveränderbar, sondern bloss vom Benutzer beim Eingeben von Spulparameter nicht beeinflussbar). Der Benutzer kann dann eines dieser Rezepte aufrufen und sie mit dem eingegebenen Spulparameter zum Bilden von bestimmten Spulen"verknüpfen".

Die Hubbreite sollte die Hülsenlänge optimal erschliessen (Packungsvolumen = max.).

Falls aber aus technologischen Gründen (z. B. wegen extremer Ausbauchung) eine schmalere Packung gespult werden kann, ohne dass die Bäuche über den Hülsenrand herausragen, kann dies ein Vorteil für den Transport sein. Dazu können die Fähigkeiten der neuen Changierung ausgenutzt werden, was aus Fig. 14 ersichtlich ist. Der"Kern" K in dieser Figur stellt eine zylindrische Packung dar, die auf der Hülse H mit den bisherigen Changierungen aufgebaut werden kann. Die axiale Länge dieser Kernpackung K ist erheblich kürzer als die Länge der Hülse H, weil die zu erwartende Ausbauchung eine Erweiterung des Kerns bis an die zulässigen Grenzen bewirken wird. Mittels einer Changierung nach dieser Erfindung kann zumindest eine Packung mit bikonischen Enden E gebildet werden, weil die Hublänge während der Spulreise geändert werden kann. Dadurch kann mehr Fadenmaterial pro Hülse aufgewickelt werden, ohne den Spulenaufbau durch einen speziellen Ablagealgorithmus beeinflussen zu müssen. Durch die volle Ausnutzung der Fähigkeiten der neuen Changierung, d. h. beim gesteuerten Verlegen des Fadens innerhalb der einzelnen Changierhübe, ist es aber allenfalls möglich, eine zylindrische Packung Z mit der maximal zulässigen Axiallänge zu bilden.

In einem praktischen Spuler (siehe z. B. US-B-5,794,868 oder US-B-5.553,686) werden normalerweise mehrere Fäden nebeneinander auf einem einzigen Spulendorn zu je einer Packung gespult. Es muss für jede Packung eine Changiereinheit (mit einem Zeiger) nach der Erfindung vorgesehen werden. Es ist aber nicht zwingend erforderlich, für jeden Zeiger einen eigenen Motor vorzusehen, obwohl dies offensichtlich möglich ist. Statt dessen kann für alle Changiereinheiten ein gemeinsamer Motor vorgesehen werden, wobei die Drehbewegungen der Motorwelle durch eine geeignete Übertragung (z. B. mittels eines Riemens) an die jeweiligen Changiereinheiten übertragen werden.

Die Übertragung erfolgt vorzugsweise derart zuverlässig, dass auf eine Überwachung pro Einheit verzichtet werden kann d. h. es ist auch nur ein Servo-Regler für den zentralen Antrieb vorgesehen. Wenn der Übertragungsweg zu lang wird kann der Antrieb"gruppenweise"erfolgen, d. h. es kann für eine Gruppe (zwei oder mehr) benachbarter Einheiten ein gemeinsamer Antrieb vorgesehen werden.

Die Figuren 15A und 15B zeigen je eine Variante einer Mehrfachchangierung mit Gruppenantrieb. In der Fig. 15A sind die Changiereinheiten paarweise angeordnet, wobei nur die Changiereinheiten C1 bzw. C2 eines Paares schematisch abgebildet sind. Jedem Paar wird ein jeweiliger Antriebsmotor M zugeordnet, der über einen Riemenantrieb R mit drehbar gelagerten Halterungen mit beiden Changiereinheiten des Paares verbunden ist. Die Changiereinheiten C1, C2 und der Motor M sind gemäss einer"V-Geometrie"angeordnet. Die Fig. 15B zeigt schematisch ein ähnliches Antriebskonzept mit einer"Linearanordnung"des Motors und den Changiereinheiten der Gruppe. In beiden Varianten kann eine Gruppe mehr als zwei Changiereinheiten umfassen und es können pro Spuler mehrere solcher Gruppen vorgesehen werden.

Bei einem Gruppenantrieb stellt sich die Frage, wo eine allfällige Umkehrunterstützung unterzubringen ist. In beiden abgebildeten Varianten ist jedem Zeiger Z ein jeweiliges Magnetenpaar 49 (vgl. Fig. 6) zugeordnet. Jeder Zeiger Z weist auch eine Planarspule 50 auf. Die Spulen 50 in Fig. 15A sind mit je einer Schalt-/Energiezufuhreinheit SE verbunden, während die Spulen 50 in Fig. 15B mit einer gemeinsamen Schalt-/Energie- zufuhreinheit SEG verbunden sind. In beiden Fällen weist der Antrieb einen Servoregler auf, der einem Encoder E umfasst. Die Einheiten SE in Fig. 15A und die Einheit SEG in Fig. 16B werden anhand der Signale vom entsprechenden Encoder E geschaltet.

Im Prinzip besteht die Möglichkeit eine gemeinsame Umkehrunterstützung für alle Changiereinheiten einer Gruppe dem Antriebsmotor der Gruppe zuzuordnen, z. B. anhand von Zusatzwicklungen im Motor. Dies erfordert aber eine spezielle Motorenkonstruktion, was sich meistens nicht lohnen wird.

Die Fig. 16 zeigt eine Lagereinheit 100 für einen Zeiger 102 mit einer Drehachse D. Die Lagereinheit umfasst in einem Gehäuse 104 einen Encoder (nicht sichtbar), welche die Winkelstellung der Welle und damit des Zeigers angibt. Auf dem Gehäuse 104 ist eine Platte 106 montiert, die als Träger für schematisch angedeutete, längliche Permanentmagneten 108 dient, die gemeinsam eine segmentförmige Bahn um die Drehachse D bilden bzw. einer solchen Bahn entlang fächerförmig gleichmässig verteilt sind. Die Magnete 108 weisen an ihren nach oben gerichteten Oberflächen abwechselnd Nord-bzw. Südpolarität auf, was in der Figur 6 mit"N"bzw"S" angedeutet wird.

Der Zeiger 102 trägt mehrere (z. B. drei)"elektrische Windungen"110 (in der Form von Leiterbahnen), die in Fig. 16 nur schematisch abgebildet sind. Die Leiterbahnen sind über Leiter 112 bis zur Drehachse geführt, wo sie mit anderen, stationären Schaltungselemente (nicht gezeigt) verbunden werden können. In diesem Fall bilden die Windungen 110 keine"Spulen", sondern es wird jede Windung für sich separat mit dem jeweiligen zusätzlichen Schaltelemente verbunden, so dass die Windungen individuell mit Strom beaufschlagt werden können, wie nachfolgend anhand der Figur 17 erklärt wird.

Das Prinzip eines sogenannten Linearmotors ist in der Zeitschrift"Antriebstechnik", 29 (1990) Nr. 9, Seite 38 und 42 erklärt worden. Die Figur 17 entspricht der Prinzipdarstellung im genannten Artikel. Nach dieser Darstellung trägt der Zeiger 102 sechs Leiterbahnen, die eine äussere Windung AW, eine innere Windung IW und vier dazwischenliegende Windungen W1, W2, W3 und W4 bilden. Die äussere Windung AW ist breit genug, um vier benachbarte Magneten 108"abzudecken". Diese Magnete können für die nachfolgende Beschreibung als zwei Magnetpaare 108A, 108B bzw.

108C, 108D betrachtet werden.

Mittels einer geeigneten Steuerung kann nun die Stromzufuhr an diesen Windungen in Abhängigkeit von der momentanen Position des Zeigers 100 geschaltet werden. Die Figur 17 stellt einen"Schnappschuss"des Systemzustandes zu einem Zeitpunkt dar, als die beiden äusseren Windungen AW bzw. W1 Strom in einer ersten Richtung führen, die schematisch mit"+"bzw"-"angedeutet ist. Die beiden Windungen W3 und W4 führen zum gleichen Zeitpunkt Strom in der entgegengesetzten Richtung, wie ebenfalls mit +/-angedeutet ist. Die Windungen IW und W2 führen zu diesem Zeitpunkt keinen Strom.

Die Windungen bilden effektiv drei"Phasen"eines Elektromotors, welche eine Kraft auf den Zeiger ausübt und ihn nach links oder nach rechts in Figur 17 treibt. Dies ist schematisch in Fig. 16 angedeutet worden, wo die Leiterbahnen 112"unterhalb"des Gehäuses 100 mit je einer von drei Phasenwicklungen P1, P2 und P3 einer Energiequelle verbunden sind. Als sich der Zeiger bewegt, kann die Stromzufuhr geschaltet werden, um die Wechselwirkung des sich bewegenden elektrischen Feldes mit der sich der Bahn entlang varierenden Feldstärke des Magnetfeldes zu optimieren.

"Optimieren"heisst hier nicht unbedingt"maximieren". Wie für die Varianten nach den Figuren 1 bis 4 soll der Motor lageabhängig gesteuert werden, um die erforderliche Changierbewegung an der entsprechenden Stelle zu erzeugen. Dies hängt wiederum von der Programmierung der Steuerung ab.

Figur 16 und 17 stellen die bevorzugte Anordnung dar, weil das Drehlager eine optimale, reibungsarme Halterung bildet. Fig. 18 und Fig. 19 zeigen eine Alternative mit einem linear bewegbaren Schlitten 120. Der Schlitten 120 tauft auf einer Gleitbahn 122, wobei stationäre Windungen 124 unterhalb der Gleitbahn angeordnet sind. Die Magnete 126 (Fig. 19) sind auf dem Schlitten angebracht. Die Windungen 124 können eine nach der anderen mit Strom beaufschlagt werden, um den Schlitten in die gewünschte Richtung zu treiben, bzw. zu bremsen. Die Reibungsverluste werden sich als zu hoch erweisen, wenn dieser Schlitten 120 stets in Berührung mit der Gleitbahn 122 laufen muss. Statt dessen kann einen Luftlager vorgesehen werden (wie im vorerwähnten Artikel aus"Antriebstechnik"vorgeschlagen wurde) oder die Anordnung kann als"Schwebebahn"realisiert werden, wobei das Magnetfeld sowohl die den Schlitten bewegenden, wie auch die den Schlitten in der Schwebe haltenden Kräfte erzeugt.

Die dargestellten Ausführungen weisen Permanentmagnete auf. Es können aber Elektromagnete verwendet werden, wobei die Strömungen in den Feldwindungen der Elektromagnete ebenfalls in Abhängigkeit von der momentanen Lage des Zeigers bzw. des Schlittens geschaltet werden können.

Die Ausführungen können gemäss den Figuren 16 und 18 mit Umkehrhilfen, ähnlich den im Zusammenhang mit Fig. 6 erklärten Elementen, versehen werden. Die Endmagnete der Bahn können somit mit Jochen, ähnlich der Joche 47,48 (Fig. 6), versehen werden und die Windungen können entsprechend kurzgeschlossen/mit einer Beschleunigungshilfe verbunden werden.

Der Begriff"Fadenführer"umfasst in den Ansprüchen auch einen Teil, der das fadenberührende Element trägt und sich mit ihm bewegt (bewegen muss). Der Zeiger in Fig. 16 und das Schlitten in Fig. 18 fallen daher unter den hier verwendeten Begriff "Fadenführer".

Fig. 20 befasst sich mit geeigneten Ausführungen des Fadenführers. Die bevorzugte Konstruktion umfasst eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Fadenführer und dem Arm (Zeiger). Zwei mögliche Varianten sind in den Figuren 20A und 20B gezeigt.

Die erste Variante (Fig. 20A) umfasst einen länglichen Körper 130A mit sich in der Längsrichtung verjüngenden Seitenflächen 131,132, die eine relativ breite Fusspartie 133 und einen engen Kopf 134 ergeben. Die Fusspartie 133 wird vom Arm (nicht gezeigt) aufgenommen, so dass die Kopfpartie 134 freisteht (vgl. Fig. 6). Die Kopfpartie 134 hat einen Längsschlitz 135, der am freien Ende des Fadenführers mündet. Die Variante nach Fig. 20B hat auch eine Fusspartie 133 und einen Kopf 134 mit einem Längsschlitz 135. Der Körper 130B hat aber parallel verlaufende Seitenflächen 136, die im Bereich vom inneren Ende des Schlitzes 135 je einen Vorsprung 137 aufweisen. Die Kopfbreite ist daher in diesem Fall der Fussbreite gleich, wobei der Körper 130B auch mit sich verjüngenden Seitenflächen versehen werden könnte. Die Fusspartie 133 des Körpers 130A bzw. 130B wird derart im Arm eingebaut bzw. eingebettet, dass die Vorsprünge 137 und/oder die sich verjüngenden Seitenflächen 131,132 mit dem Arm die gewünschte formschlüssige Verbindung bilden.

Fig. 20C zeigt ebenfalls einen Fadenführer in der Form eines länglichen Körpers 130C mit einer Fusspartie 133 (ähnlich der Fusspartie der Variante nach Fig. 20B), einen Kopf 134 und einen Längsschlitz 135. Die durch den Schlitz 135 gebildeten Schenkel 138,139 sind aber in diesem Fall ungleich lang, was das Einfädeln des Fadenführers beim Bewegen des Armes in einer seiner Drehrichtungen begünstigt.

Der Fadenführer kann aus einem geeigneten Material gebildet sein, z. B. Ail203 oder SSiC. Es ist aber auch möglich, den Körper 130 grundsätzlich aus einem anderen ( ? ?) teuren Material zu bilden und mit einer geeigneten Beschichtung zu versehen. Das Beschichtungsmaterial muss zwei Anforderungen erfüllen, nämlich (1.) eine Oberfläche bilden, die nur eine geringe Reibung zwischen dem Faden und dem Fadenführer verursacht, und (2) einen hohen Verschleisswiderstand aufweisen, da der Faden beim Hochgeschwindigkeitsspulen (z. B. > 4000 m/min., vorzugsweise > 6000 m/min beispielsweise bis ca. 10,000 m/min.) eine hoch abrasive Wirkung erzeugt. Das Beschichtungsmaterial, oder das Material des Körpers, falls auf eine Beschichtung verzichtet wird, muss daher hart und zäh sein. Geeignete Beschichtungsverfahren sind z. B. das galvanische Beschichten oder das Plasmabeschichten.

Der Fadenführer sollte möglichst massearm gebildet werden. Seine Länge wird daher möglichst kurz gehalten, wobei eine Verkürzung unterhalb einer gewissen Grenze durch die erforderliche Funktion verhindert wird. Der Körper 130 weist daher vorzugsweise eine geringe Dicke (vgl. der Dimension"t"in den Figuren 10 und 11) auf, d. h. rechtwinklig zur Ebene der Darstellung in den Figuren 20A bis 20C. Die bevorzugte Dicke des Körpers 130 liegt daher im Bereich 0,2 bis 1,5 mm, vorzugsweise ca. 0,6 mm.

Um die Reibung zwischen dem Faden und dem Körper 130 auf ein Minimum zu halten, kann der Körper 130 im Bereich des Schlitzes 135 Rundungen aufweisen oder lediglich über gebrochene Kanten verfügen.

Um den Fadenführer mit dem Arm sicher zu verbinden, kann ein zusätzliches Verbindungsmittel verwendet werden, z. B. ein Klebstoff oder eine Schraube. Die Verbindung kann während des Herstellens des Armes erzeugt werden d. h. der Fadenführer kann beim Zusammenstellen bzw. Bilden des Armes darin integriert werden, oder der Fadenführer kann erst nachträglich mit dem Arm verbunden werden, d. h. nachdem der Arm selbst fertiggestellt worden ist.

Der Fadenführer kann derart in den Trägerarm eingebettet sein, dass er abgestützt ist.

Damit wird vermieden, dass das dünne Keramikplättchen bricht. Die grössere Klebe- bzw. Verbindungsfläche sorgt zudem für eine gute Kräfteverteilung. Es ist nicht erfindungswesentlich, den Fadenführer separat zu bilden und am Arm zu befestigen.

Ein Fadenführerschlitz könnte direkt im Arm selbst gebildet werden. Der erforderliche Schutz gegen Verschleiss könnte durch eine geeignete Beschichtung gewährleistet werden.

Am anderen Ende des Armes vom Fadenführer muss eine Verbindung mit der Antriebswelle des Motors erstellt werden. Diese Verbindung ist wichtig, weil die Fähigkeit des Motors, die Position des Fadenführers genau zu bestimmen, von der Genauigkeit der Übertragung der Bewegungen der Motorenwelle auf dem Arm abhängt. Auch in diesem Fall kommt vorzugsweise eine formschlüssige Verbindung zustande. Fig. 21A zeigt einen Endteil 102A (vgl. Fig. 9), das eine durchgehende Bohrung 140 aufweist, um das freie Ende der Motorenwelle 44 (vgl. Fig. 6) aufzunehmen. Der Endteil der Welle 44 ist in diesem Fall einseitig angeschliffen, um eine Fläche 142 zu bilden. Eine Seitenwand 143 des Teils 102A hat eine Gewindebohrung (nicht speziell angedeutet) zum Aufnehmen einer Befestigungsschraube 144, wobei das innere Ende der Schraube fest gegen die Fläche 142 drückt bzw. in ein Loch (nicht gezeigt) im Wellenende hineinragt.

Fig. 21 B zeigt eine ähnliche Variante, wobei auf das einseitige Schleifen vom Wellenende verzichtet wird. Die Schraube 144 arbeitet mit einer Gewindebohrung (Sackloch) oder Federnut im Wellenende zusammen. Fig. 21 C zeigt ein Endteil 102B im Querschnitt. Dieser Teil ist mit einem sich verjüngenden Loch 145 versehen, um ein Kegelstumpf 146 am freien Ende der Welle 44 aufzunehmen. Eine Klemmschraube 147 klemmt den Endteil 142 auf dem Wellenende fest. Fig. 21 D zeigt einen Endteil 102C mit einem bis zur Bohrung 140 durchgehenden Schlitz 150 zur Bildung zweier elastisch deformierbaren Schenkel 148 bzw. 149. Eine Zugschraube 151 kann vorgesehen werden, um die Schenkel gegeneinander zu drücken und dabei eine kraftschlüssige Verbindung mit dem in der Bohrung 140 aufgenommenen Wellenende zu erzeugen.

Der Kraftschluss wird gegebenenfalls über die Dauer nicht ausreichen. Er kann daher durch einen zusätzlichen Formschluss ergänzt werden, z. B. durch Längsrippen am Wellenende (nicht gezeigt), die in entsprechende Nuten im Endteil 102 eingreifen.

Das Endteil 102 weist vorzugsweise eine niedrige Massenträgheit auf. Er kann daher z. B. aus einer Leichtmetalilegierung (Al-Legierung) gebildet werden. Wie im Fall des Fadenführers, kann er beim Erstellen des Trägerarmes darin integriert oder nachträglich darin eingebunden werden, z. B. mittels Klebstoff.

Wie an verschiedenen Stellen in der Beschreibung erwähnt wurde, können mit einer Changierung nach der Erfindung mittels geeigneter Programmierung viele Packungsarten realisiert werden, die bis anhin nur durch eine mehr oder weniger grosse Anpassung der Maschine selbst (Austausch der Changierung) erzielt werden konnten. Beispiele sind : -die verschiedenen konventionellen Wicklungsarten (wilde Wicklung, Präzisionswicklung und Stufenpräzisionswicklung) ; -die verschiedenen konventionellen Packungsformen (zylindrisch, konisch, bikonisch..) -Hubänderungen, wie Hubverkürzung, Hubverlegung und"Hubatmung".

Der Begriff"Hubatmung"bezieht sich auf eine intermittierende bzw. periodische Verschiebung einer oder beider Umkehrpunkte eines Changierhubes. Das Prinzip ist dem Fachmann gut bekannt und es ist auch oft realisiert worden, allerdings normalerweise mittels erheblicher mechanischer Komplexitäten-siehe z. B. US ; US 4,555,069, EP 27173 und EP 12 937. Die Fähigkeit der nun vorliegenden Changierung, der Hubcharakteristik für einzelne Lagen bzw. zumindest einzelne Schichten der Packung zu programmieren, ermöglicht nun das Realisieren einer Hubatmung auch in einem Hochgeschwindigkeitsspuler ohne einen mechanischen Eingriff in die normale Fadenführung.

Wichtig im Zusammenhang mit der Gestaltung der Maschine selbst ist ihr einfacher Aufbau, der aber auf dem optimalen Ausnutzen moderner Materialien (massenarme Konstruktion) und Regelungsprinzipien (digitale Servoregler) beruht. Dadurch wird es möglich, den Fadenführer direkt mit dem Motor zu verbinden, so dass die Bewegungen des Rotors ohne Übersetzung auf den Fadenführer übertragen werden können, wodurch die hohen dynamischen Forderungen einer Changierung für einen Hochgeschwindigkeitsspuler trotzdem erfüllt werden können. Wichtig in diesem Zusammenhang ist das Fehlen"zusätzlicher"Reibungskräfte zwischen dem Fadenführer und einer"Fadenführerführung"-das Versehen bzw. Anbringen des Fadenführers an einen Träger (Arm), der selbst keine zusätzliche Führung erfordert (d. h. die erforderliche Steifigkeit beim niedrigen Massenträgheitsmoment aufweist) ermöglicht daher eine wesentliche Verbesserung der dynamischen Fähigkeiten des Systems.

Es ist trotzdem möglich, dass die genaue Einhaltung der vorgegebenen Umkehrfunktion (ohne die Verwendung eines"überdimensionierten Motors") zu Schwierigkeiten führen wird, sodass zumindest für gewisse Anwendungen z. B. mit einem Unter-oder Überschiessen der Umkehrpunkte gerechnet werden muss. In solchen Fä ! ! en kann der Fehler gemessen werden, weil die Winkelstellung des Armes bzw. seiner Halterung stets bekannt ist und die Motorensteuerung kann dann derart optimiert werden, dass der Fehler soweit möglich durch eine Änderung der Hubcharakteristik ausgeglichen wird. Das Unter-oder Überschiessen beim Messen des Fehlers mit anschliessender Fehlerkompensation wird dementsprechend in den Ansprüchen als"Einhalten der vorgegebenen Umkehrpunkte"betrachtet.