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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwickeln eines Fadens zu einer Spule gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Aufwickeln zumindest eines Fadens zu einer Spule gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Aufwickeln zumindest eines Fadens zu einer Spule sind aus der
EP 0 470 273 A1 bekannt.
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Bei der Herstellung von synthetischen Fäden in einem Schmelzspinnprozess werden die Fäden am Ende des Prozesses zu Spulen gewickelt. Hierbei wird eine Gruppe von Fäden gesponnen, parallel behandelt, geführt und anschließend zu Spulen aufgewickelt. Die Spulen sind durch eine auskragende Spulspindel gehalten, die mittels eines Spindelmotors angetrieben wird. Der Spindelmotor wird dabei derart gesteuert, dass die Spule eine konstante Umfangsgeschwindigkeit zur Aufnahme des Fadens aufweist. Neben der konstanten Umfangsgeschwindigkeit der Spule ist jedoch auch eine konstante Fadenspannung des zugeführten Fadens erwünscht, um einen gleichmäßigen Spulenaufbau und Spulendichte bei Ablage der Fäden zu erhalten.
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Bei dem gattungsgemäßen Verfahren und bei der gattungsgemäßen Vorrichtung wird zur Überwachung der Fadenspannung ein Fadenspannungssensor genutzt. Derartige Fadenspannungssensoren besitzen jedoch grundsätzlich den Nachteil, dass an dem Faden eine zusätzliche Kontaktstelle und damit eine zusätzliche Reibung erzeugt wird. Zudem werden beim Schmelzspinnprozess jeweils immer eine Gruppe von Fäden parallel nebeneinander zu Spulen gewickelt, die gemeinsam durch eine Spulspindel gehalten sind. Insoweit werden eine Mehrzahl von Fadenspannungssensoren benötigt, um die Gleichmäßigkeit der Aufwicklung der Spulen im Hinblick auf eine konstante Fadenspannung zu gewährleisten.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufwickeln zumindest eines Fadens zu einer Spule zu schaffen, bei welchem bzw. welcher ein zusätzlicher Kontakt zu dem Faden zur Fadenspannungsüberwachung vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren dadurch gelöst, dass zur Überwachung der Fadenspannung des zugeführten Fadens ein Antriebsdrehmoment des Spindelmotors der Spulspindel ermittelt wird.
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Für die gattungsgemäße Vorrichtung ergibt sich die Lösung dadurch, dass die Überwachungseinheit mit dem Spindelmotor gekoppelt ist und zumindest ein Berechnungsmittel und / oder ein Messmittel zur Ermittlung eines Antriebsmomentes des Spindelmotors aufweist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
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Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass die Fadenspannung des zugeführten Fadens beim Aufwickeln einer Spule die jeweilige Größe des Antriebsdrehmomentes der Spulspindel mit bestimmt. Trotz der Erkenntnis, dass das Antriebsdrehmoment der Spulspindel sich aufgrund des Spulenzuwachses während der Aufwicklung verändert, bleibt der Anteil des Antriebsdrehmomentes, der auf die Fadenzugkraft des zugeführten Fadens zurückgeht, im wesentlichen konstant. Insoweit hat die Erfindung erkannt, dass das Antriebsdrehmoment des Spindelmotors der Spulspindle geeignet ist, um die Fadenspannung des zugeführten Fadens zu überwachen.
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Die Überwachung der Fadenspannung mit Hilfe des Antriebsdrehmomentes des Spindelmotors lässt sich in einer ersten Alternative derart ausführen, indem aus einem Ermittlungswert des Antriebsdrehmomentes mit Hilfe eines Analysealgorithmus ein Berechnungswert der Fadenspannung des zugeführten Fadens ermittelt wird. Der Analysealgorithmus enthält dabei die Parameter, die das Antriebsdrehmoment während des Aufspulens des Fadens mit beeinflussen. So ist ein Spulengewicht, eine Lagerreibung, eine Windlast sowie ein Spulendurchmesser stets mit zu berücksichtigen, um den Anteil des Antriebsdrehmomentes zu bestimmen, der aus der eigentlichen Fadenspannung des Fadens resultiert. Insoweit stellt der Berechnungswert der Fadenspannung einen Näherungswert für die tatsächliche Fadenspannung dar.
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Mit Hilfe des Berechnungswertes der Fadenspannung lässt sich vorteilhaft ein Vergleich mit einem Sollwert der Fadenspannung des Fadens durchführen, um bei einer unzulässigen Abweichung der Fadenspannung den Spindelantrieb zur Änderung der Umfangsgeschwindigkeit der Spule zu steuern. Im Extremfall kann es sogar zu einem Stillstand des Spindelantriebs führen, wenn der Berechnungswert der Fadenspannung annähernd einen Nullwert aufweist und somit ein Fadenbruch vorliegen muss. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren auch geeignet, um grundsätzlich einen Fadenbruch bei dem zugeführten Faden zu erkennen.
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Alternativ ist jedoch auch die Verfahrensvariante ausführbar, bei welchem ein Ermittlungswert des Antriebsdrehmomentes mit einem gespeicherten Sollwert des Antriebsdrehmomentes verglichen wird und bei welchem bei einer unzulässigen Abweichung des Ermittlungswertes des Antriebsdrehmomentes der Spindelantrieb zur Änderung der Umfangsgeschwindigkeit der Spule gesteuert wird. So lässt sich bereits aus dem Verlauf des Antriebsdrehmomentes des Spindelmotors erkennen, ob der zugeführte Faden die erforderliche Fadenzugspannung aufweist.
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Um zu jedem Wickeldurchmesser der gewickelten Spule jeweils einen entsprechenden Vergleich durchführen zu können, sind mehrere Sollwerte des Antriebsdrehmomentes vorgegeben, die jeweils einen bestimmten Wickeldurchmesser der Spule zugeordnet sind und die bei Erreichen des jeweiligen Wickeldurchmessers der Spule mit dem Ermittlungswert des Antriebsdrehmomentes verglichen werden. Damit können die wesentlichen Einflussparameter des Antriebsdrehmomentes wie Lagerreibung, Windlast und Spulengewicht berücksichtigt werden.
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Damit die Spule bei wachsendem Wickeldurchmesser möglichst mit konstanter Umfangsgeschwindigkeit betrieben wird, ist desweiteren vorgesehen, dass der Faden mittels einer Kontaktwalze am Umfang der Spule abgelegt wird und dass eine Spindeldrehzahl des Spindelmotors in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Kontaktwalze geregelt wird. Damit ist gewährleistet, dass der zugeführte Faden kontinuierlich gleichmäßiger Aufwickelgeschwindigkeit gezogen wird.
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Sollte dennoch eine unzulässige Abweichung der Fadenspannung und / oder des Antriebsdrehmomentes festgestellt werden, so wird die Veränderung der Umfangsgeschwindigkeit der Spule der Regelung der Spindeldrehzahl des Spindelmotors übergeordnet.
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Es ist hinlänglich bekannt, dass sich ein Antriebsdrehmoment eines Motors aus der Leistung des Motors und der Drehzahl errechnen lässt. So wird die Verfahrensvariante bevorzugt ausgeführt, bei welcher der Ermittlungswert des Antriebsdrehmomentes aus mehreren gemessenen Betriebsparametern des Spindelmotors errechnet wird.
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Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Ermittlungswert des Antriebsdrehmomentes durch eine Messung des Betriebsdrehmomentes des Spindelmotors ermittelt wird. So sind direkte Drehmomentmessungen an der Motorwelle möglich, die einen direkten Messwert des Antriebsdrehmomentes ergeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufwickeln zumindest eines Fadens zu einer Spule weist somit erfindungsgemäß ein Berechnungsmittel und / oder ein Messmittel zur Ermittlung eines Antriebsdrehmomentes des Spindelmotors auf.
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Um aus dem Antriebsdrehmoment unmittelbar eine Fadenspannung des Fadens zu erhalten, ist die erfindungsgemäße Weiterbildung der Vorrichtung vorgesehen, bei welcher die Überwachungseinheit ein Analysemodul aufweist, durch welches ein Analysealgorithmus zur Bestimmung eines Berechnungswertes einer Fadenspannung des Fadens ausführbar ist. Damit können aus den Ermittlungswerten des Antriebsdrehmomentes die zugehörigen Berechnungswerte der Fadenspannung ermittelt werden.
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Damit die Spulspindel während des Wickelns des Fadens eine konstante Umfangsgeschwindigkeit an der Spulenoberfläche erzeugt, ist desweiteren eine Regeleinrichtung vorgesehen, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist und die mit einem Drehzahlsensor gekoppelt ist, der eine Drehzahl einer am Umfang der Spule anliegenden Kontaktwalze erfasst. Somit kann der Faden mit konstanter Aufwickelgeschwindigkeit aufgenommen und an der Spulenoberfläche abgelegt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufwickeln zumindest eines Fadens zu einer Spule sind insbesondere auch für die Fälle geeignet, bei welchem am Umfang der Spulspindel mehrere Fäden parallel zu Spulen gewickelt werden. So lässt ich eine Gesamtfadenspannung der Fadenschar überwachen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufwickeln zumindest eines Fadens zu einer Spule wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufwickeln zumindest eines Fadens zu einer Spule näher erläutert.
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Es stellen dar:
- 1 schematisch eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufwickeln eines Fadens
- 2 schematisch eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufwickeln zumindest eines Fadens
- 3 schematisch ein Verlauf eines Antriebsdrehmomentes in Abhängigkeit vom Spulendurchmesser
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In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufwickeln eines Fadens zu einer Spule schematisch in einer Seitenansicht dargestellt.
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Das Ausführungsbeispiel weist ein Maschinengestell 1 auf, an dem eine auskragend gelagerte Spulspindel 2 drehbar gelagert ist. Die Spulspindel 2 ist mit einem Spindelmotor 5 verbunden, der die Spulspindel 2 direkt antreibt. Am Umfang der Spulspindel 2 ist eine Spulhülse 4 gehalten, an welcher eine Spule 3 gewickelt wird.
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Oberhalb der Spulspindel 2 ist eine frei drehbar gelagerte Kontaktwalze 6 an einem Walzenträger 7 angeordnet. Die Kontaktwalze 6 liegt mit einer vorbestimmten Andruckraft am Umfang der Spule 3 an. Der Walzenträger 7 ist schwenkbar an dem Maschinengestell 1 gehalten.
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Zum Verlegen eines Fadens 18 zu einer Kreuzwicklung ist oberhalb der Kontaktwalze 6 in dem Maschinengestell 1 eine Changiereinrichtung 9 angeordnet. Die Changiereinrichtung 9 weist ein oder mehrere Changiermittel auf, um den Faden 18 innerhalb eines Changierhubes hin- und herzuführen. Hierzu wird die Changiereinrichtung 9 durch den Changierantrieb 11 angetrieben.
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Der aus einem Schmelzspinnprozess zugeführte Faden 18 wird über einen Kopffadenführer 10 der Wickelstelle zugeführt. Hierzu ist dem Kopffadenfiihrer 10 üblicherweise ein oder mehrere Galetten vorgeordnet.
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Der Spindelmotor 5 der Spulspindel 2 wird über eine Steuereinrichtung 12 gesteuert. Die Steuereinrichtung 12 ist mit einer Regeleinrichtung 13 verbunden, die mit einem Drehzahlsensor 8 gekoppelt ist. Der Drehzahlsensor 8 ist der Kontaktwalze 6 zugeordnet, um die Drehzahl der Kontaktwalze 6 während des Aufwickelns des Fadens 18 zur Spule 3 zu detektieren.
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Der Steuereinrichtung 12 ist desweiteren eine Überwachungseinrichtung 14 zugeordnet. Die Überwachungseinrichtung 14 ist zur Übertragung von Betriebsparametern mit dem Spindelmotor 5 verbunden. Die Überwachungseinrichtung 14 weist ein Berechnungsmittel 15 und Analysemodul 16 auf.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der zugeführte Faden 18 kontinuierlich zu der Spule 3 gewickelt. Zur Bildung einer Kreuzwicklung wird der Faden 18 von der Changiereinrichtung 9 hin- und hergeführt und über den Umfang der Kontaktwalze 6 an die Oberfläche der Spule 3 abgelegt. Die Spule 3 wird durch die Spulspindel 2 angetrieben, wobei der Spindelmotor 5 in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Kontaktwalze 6 derart geregelt wird, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Spule 3 während der Aufwicklung konstant bleibt. Hierzu wird das Drehzahlsignal des Drehzahlsensors 8 der Regeleinrichtung 13 zugeführt und mit einer Solldrehzahl der Kontaktwalze 6 und damit mit einer Sollumfangsgeschwindigkeit der Spule 3 verglichen.
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Parallel werden die Betriebsparameter des Spindelmotors 5, wie beispielsweise Motorstrom, Motorspannung, Drehzahl und Leistung erfasst und der Überwachungseinrichtung 14 zugeführt. Innerhalb der Überwachungseinrichtung 14 wird aus den Betriebsparametern des Spindelmotors 5 ein Ermittlungswert des Antriebsdrehmomentes des Spindelmotors 5 berechnet. Mit Hilfe eines Analysealgorithmus erfolgt dann innerhalb des Analysemoduls 16 eine Auswertung und Ermittlung eines Berechnungswertes der Fadenspannung des zugeführten Fadens. Den Berechnungswert der Fadenspannung wird anschließend zum Vergleich ein Sollwert der Fadenspannung zugeordnet, um bei einer unzulässigen Abweichung der Fadenspannung eine Änderung der Umfangsgeschwindigkeit der Spule einleiten zu können. Hierzu wird von der Überwachungseinrichtung 14 in der Steuereinrichtung 12 ein entsprechender Steuerbefehl generiert, um den Spindelmotor 5 zu steuern. Die Steuerung und Änderung der Umfangsgeschwindigkeit der Spule 3 durch den Spindelmotor 5 ist hierbei der Regelung der Spindeldrehzahl überlagert.
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In Abhängigkeit von dem Berechnungswert der Fadenspannung und dem gespeicherten Sollwert der Fadenspannung sind somit Erhöhungen und Absenkungen der Umfangsgeschwindigkeit der Spule ausführbar. Für den Fall, dass der Berechnungswert der Fadenspannung annähernd einen Wert 0 annimmt, wird der Aufwickelvorgang abgebrochen und eine Überprüfung des Fadenlaufs eingeleitet.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Ermittlungswert des Antriebsdrehmomentes des Spindelmotors 5 aus den jeweiligen Betriebsparametern des Spindelmotors 5 errechnet. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, das Antriebsdrehmoment des Spindelmotors 5 durch eine direkte Drehmomentmessung an der Motorwelle auszuführen.
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In 2 ist ein derartiges Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel weist zwei auskragende Spulspindeln 2.1 und 2.2 auf, die auskragend an einem Spulrevolver 19 drehbar gelagert sind. Der Spulrevolver 19 ist innerhalb eines Maschinengestells 1 drehbar geführt, so dass die Spulspindeln 2.1 und 2.2 abwechselnd in einen Wickelbereich und einen Wechselbereich geführt werden können. In der 2 ist die Spulspindel 2.1 in dem Wickelbereich und die Spulspindel 2.2 in dem Wechselbereich gehalten. Dem Spulenrevolver 19 ist hierzu ein Revolverantrieb 20 zugeordnet.
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Die Spulspindeln 2.1 und 2.2 werden jeweils durch separate Spindelmotoren 5.1 und 5.2 direkt angetrieben. Am Umfang der Spulspindeln 2.1 und 2.2 sind jeweils zwei Spulhülsen 4 hintereinander aufgesteckt, so dass zwei Fäden parallel zu Spulen 3 gewickelt werden können. Im Wickelbereich wirken die Spulspindeln 2.1 und 2.2 jeweils mit einer Kontaktwalze 6 zusammen, die an einem Walzenträger 7 drehbar gehalten ist. Die Kontaktwalze 6 erstreckt sich über beide Spulen 3. Dementsprechend weist die oberhalb der Kontaktwalze 6 angeordnete Changiereinrichtung 9 zwei Changiereinheiten auf, die zwei zugeführte Fäden 18.1 und 18.2 parallel zu jeweils einer Spule 3 aufwickeln.
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Die Spindelmotoren 5.1 und 5.2 werden durch eine Steuereinrichtung 12 gesteuert. Der Steuereinrichtung 12 ist eine Regeleinrichtung 13 zugeordnet, die mit einem Drehzahlsensor 8 gekoppelt ist. Der Drehzahlsensor 8 ist der Kontaktwalze 9 zugeordnet, um deren Drehzahl zu detektieren.
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Eine der Steuereinrichtung 12 zugeordnete Überwachungseinrichtung 14 ist mit jeweils einem Drehmomentensensor 17.1 und 17.2 der Spindelmotoren 5.1 und 5.2 gekoppelt.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufwickeln zumindest eines Fadens zu einer Spule wird die in der Wickelstellung angeordnete Spulspindel 2 derart durch den Spindelmotor 5 angetrieben, dass die Spulen 3 jeweils eine konstante Umfangsgeschwindigkeit aufweisen. Hierzu wird die Regeleinrichtung 13 genutzt, die mit Hilfe der Kontaktwalzendrehzahl die Änderung der Spindeldrehzahl regelt. Überlagert zu der Regelung der Spindeldrehzahl erfolgt eine Veränderung der Umfangsgeschwindigkeit der Spulen 3 in dem Fall, in welchem gemessener Ermittlungswert des Antriebsdrehmomentes mit einem gespeicherten Sollwert des Antriebsdrehmomentes unzulässig abweicht.
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In der Überwachungseinrichtung 14 sind hierzu mehrere Sollwerte des Antriebsdrehmomentes gespeichert, die jeweils einem bestimmten Wickeldurchmesser der Spule zugeordnet sind. Wie aus der Darstellung in 3 hervorgeht, verändert sich das Antriebsdrehmoment des Spindelmotors 5 mit zunehmendem Wickeldurchmesser der gewickelten Spule 3. So wird mit zunehmender Fadenmasse der gewickelten Spule die Gewichtsbelastung, die Lagerreibung und die Windlast beim Wickeln der Spule überproportional größer, so dass sich das Antriebsdrehmoment mit zunehmendem Wickeldurchmesser der Spule 3 verändert. Die durch die Fadenzugspannung der zugeführten Fäden erzeugte Komponente innerhalb des Antriebsdrehmomentes des Spindelmotors bleibt jedoch im wesentlichen konstant, so dass ein Ist-Soll-Vergleich des Ermittlungswertes des Antriebsdrehmomentes mit einem hinterlegten Sollwert des Antriebsdrehmomentes bei definierten Wickeldurchmessern möglich ist. In der Darstellung in 3 ist beispielhaft ein Verlauf eines Antriebsdrehmomentes eines Spindelmotors 5 während der Aufwicklung eines Fadens schematisch dargestellt. Das Antriebsdrehmoment 11 des Spindelmotors 5 wird mit zunehmendem Wickeldurchmesser D größer. So lässt sich beispielsweise dem Spulendurchmesser D1 ein Sollwert des Antriebsdrehmomentes M1 zuordnen. Dementsprechend wird dem Spulendurchmesser D2 ein Ermittlungswert des Antriebsdrehmomentes M2 zugeordnet.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel können somit in Abhängigkeit vom jeweiligen Wickeldurchmesser der Spule die Ist-Soll-Vergleiche zwischen dem Ermittlungswert und dem Sollwert des Antriebsdrehmomentes festgestellt werden, ob die Fadenzugspannung des zugeführten Fadens im wesentlichen konstant ist. Bei unzulässigen Abweichungen wird über die Überwachungseinrichtung 14 innerhalb der Steuereinrichtung 12 entsprechende Steuerbefehle zur Änderung der Umfangsgeschwindigkeit generiert. Auch hierbei ist die Veränderung der Umfangsgeschwindigkeit der Spulen der Regelung der Spindeldrehzahl des Spindelmotors übergeordnet.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden zwei Fäden parallel nebeneinander an der Spulspindel 2.1 oder 2.2 zu Spulen gewickelt. Insoweit wird eine Gesamtfadenzugspannung beim Aufwickeln der Fäden 18.1 und 18.2 überwacht. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind somit zum Aufwickeln einzelner Fäden als auch zum Aufwickeln mehrerer Fäden grundsätzlich geeignet.
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Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen besteht auch die Möglichkeit, die IstWerte der Fadenspannung für eine Regelung der Umfangsgeschwindigkeit der Spule zu nutzen. Damit lässt sich der Faden im wesentlichen mit einer konstanten Fadenspannung zur Spule wickeln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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