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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Aufspulen eines Fadens auf einer Spule gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Vorrichtungen zum Aufspulen eines
Fadens werden im Bereich von Textilmaschinen dazu verwendet, um
Kreuzspulen herzustellen. Auf Kreuzspulen wird nach einem festgelegten
Verfahren ein Faden aufgewickelt, um eine dichte Packung des Fadens
auf der Kreuzspule zu erreichen und zudem eine sichere Abspulung
des Fadens zu ermöglichen.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Aufspulen
eines Fadens auf einer Spule ist aus
DE 4 432 498 A1 bekannt. Die Vorrichtung
verfügt über mehrere
Kreuzspulen, die auf einer Drehachse drehbar gelagert sind. Jeder
Kreuzspule ist eine Fadenführeinheit
zugeordnet, die wiederum axial in einer Führung verschiebbar angeordnet
ist. Ein Aufspulen des Fadens auf der Kreuzspule wird dadurch erreicht,
dass zum einen die Kreuzspule um ihre Mittenachse gedreht wird und
zum anderen die Fadenführeinrichtung
in einer axialen Bewegung hin und her verschoben wird.
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Zur axialen Verschiebung der Fadenführeinrichtung
ist es aus
DE 4 310
905 A1 bekannt, zwei in gegenlaufender Richtung über Endlosriemen
bewegbare Mitnehmer zu verwenden. Der Faden wird dabei von einem
ersten Mitnehmer in einer ersten Richtung bewegt und in einem Endbereich
der Aufspulfläche von
einem zweiten Mitnehmer, der sich in entgegengesetzter Richtung
bewegt, übernommen
und bis zum zweiten Endbereich der Aufspulfläche bewegt. Im zweiten Endbereich
wird der Faden wiederum vom ersten Mitnehmer übernommen und wieder zum ersten
Endbereich bewegt. Die Bewegung der Mitnehmer erfolgt in der bekannten
Ausführungsform durch
einen Riemenantrieb.
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Aus
DE 3 734 481 A1 ist ebenfalls eine Vorrichtung
zur Fadenverlegung auf einer Kreuzspule bekannt, bei der Fadenführer über einen
Endlosriemen und einen Motor bewegt werden. Der Motor ist in zwei
Drehrichtungen drehbar schaltbar, so dass der Endlosriemen abwechselnd
in zwei Bewegungsrichtungen bewegbar ist. Durch einen entsprechenden
Wechsel der Drehrichtung des Motors wird die zum Aufspulen benötigte Hin-
und Herbewegung der Fadenführer
erzeugt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
darin, eine verbesserte Vorrichtung zum Aufspulen eines Fadens auf
einer Spule bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch
die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht darin, dass als Antriebsmittel ein Linearantrieb mit einer
Antriebsstange in Form eines Hohlwellenmotors verwendet wird. Die
Verwendung eines Linearantriebes und einer Antriebsstange bietet
den Vorteil einer präzisen
und schnellen Bewegung der Fadenführeinheit. Umlenkvorrichtungen
für einen
Riemen werden nicht benötigt.
Zudem wird die durch den Riemen bedingte Elastizität und Trägheit bei
der Steuerung der Fadenführeinheit
vermieden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Vorzugsweise weist der Hohlwellenmotor
einen Frequenzumrichter auf, der über eine Steuereinheit ansteuerbar
ist. Die Steuereinheit steuert den Frequenzumrichter in der Art
und Weise an, dass die Antriebsstange die Fadenführeinheit in der gewünschten
Art und Weise bewegt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Fadenführeinheit
mit zwei Federelementen in der Weise gekoppelt, dass die Federelemente
die Bewegungsenergie der Fadenführeinheit
vor einer Bewegungsumkehr aufnehmen und nach der Bewegungsumkehr
die gespeicherte Bewegungsenergie wieder an die Fadenführeinheit
abgeben. Auf diese Weise wird zum einen eine Dämpfung der Bewegungsgeschwindigkeit
der Fadenführeinheit
im Umkehrbereich erreicht und zudem eine Einspeisung der aufgenommenen
Bewegungsenergie ermöglicht.
Dadurch ist eine schonende und energiearme Bewegung der Fadenführeinheit
möglich.
Zugleich ist durch die Federelemente eine schnelle Bewegungsumkehr
möglich.
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Vorzugsweise reduziert die Steuereinheit
die Geschwindigkeit der Fadenführeinheit
vor der Bewegungsumkehr und sorgt somit zu einer sanften Bewegungsänderung
der Fadenführeinheit.
Damit wird eine schwingungsarme und lagerschonende Bewegung der
Fadenführeinheit
ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Antriebsstange über
ein Dichtelement in ein Gehäuse
des Hohlwellenmotors geführt,
wobei das Dichtelement als Staubschutz ausgebildet ist. Auf diese Weise
wird vermieden, dass der Innenraum des Hohlwellenmotors zu sehr
verstaubt. Damit wird eine lange Lebensdauer des Hohlwellenmotors
gewährleistet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Dichtelement in Form eines Dichtlabyrinthes ausgebildet.
Die Ausbildung als Dichtlabyrinth bietet einen relativ guten Staubschutz
und ist kostengünstig.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird der Staubschutz in Form einer Überdruckvorrichtung ausgebildet,
die Luft im Bereich des Dichtspaltes zwischen dem Gehäuse und
der Antriebsstange aus dem Gehäuse
ausbläst.
Auf diese Weise wird sicher eine Verstaubung des Innenraums des
Hohlwellenmotors vermieden.
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Vorzugsweise ist das Dichtelement
in Form eines Hohlringes mit Blasöffnungen ausgebildet, die ringförmig um
den Antriebsstrang an einer Außenseite
des Gehäuses
angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine Konzentration des Luftstromes
auf den benötigten
Bereich konzentriert. Somit wird eine unnötige Erzeugung von Überdruck
vermieden. Damit ist ein energiearmes Betreiben der Vorrichtung
möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Blasöffnungen
in einer Blasrichtung angeordnet, die in Richtung der Antriebsstange
angeordnet sind und mindestens leicht weg vom Gehäuse gerichtet sind.
Damit wird zum einen die Antriebsstange selbst von Staub gereinigt
und zudem ein Luftstrom erzeugt, der den Staub vom Gehäuse wegbläst. Folglich
wird ein zuverlässiger
Schutz des Innenraums des Hohlwellenmotors vor Staub gewährleistet.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand
der Figuren näher
erläutert.
Es zeigen
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1 eine
schematische Anordnung der Vorrichtung zum Aufspulen eines Fadens,
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2 einen
Hohlwellenmotor mit Antriebsstange,
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3 ein
Dichtelement in Form einer Labyrinthdichtung,
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4 ein
Dichtelement in Form eines Hohlringes mit Blasöffnungen,
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5 einen
Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des Hohlringes und
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6 ein
Drehzahldiagramm des Hohlwellenmotors aufgetragen über eine
Störgröße.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Changiereinheit einer Textilmaschine,
die im Wesentlichen eine Spule 1 und eine Fadenführeinheit 2 aufweist.
Die Spule 1 ist auf einer drehbar gelagerten Welle 3 angeordnet,
die von einem Drehmotor 4 angetrieben wird. Die Fadenführeinheit 2 weist eine Öse 5 auf,
durch die ein Faden 6 geführt ist.
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Der Faden 6 wird von einer
nicht dargestellten Fadenspule bereitgestellt. Die Fadenführeinheit 2 ist
in axialer Richtung in einer Führungsschiene 7 axial
verschiebbar gelagert. Die Fadenführeinheit 2 weist
in zwei gegebenüberliegenden
Endbereichen jeweils eine Führungsstange 8 auf,
die durch die Führungsschiene 7 geführt sind.
Die Fadenführeinheit 2 ist
auf einer Hubstange 9 befestigt. Die Hubstange 9 ist
an einem ersten Ende über
eine Kupplung 10 mit einer Antriebsstange 11 verbunden.
Die Antriebsstange 11 ist Teil eines Hohlwellenmotors 12.
Der Hohlwellenmotor 12 weist ein Getriebe 13 auf,
das mit einem Rotor 14 verbunden ist. Weiterhin verfügt der Hohlwellenmotor 12 über einen
Stator 15, der über
Stromleitungen 16 mit einem Frequenzumrichter 17 verbunden
ist. Der Frequenzumrichter 17 steht mit einem Spannungsnetz 18 in
Verbindung, das beispielsweise drei sinusförmige Spannungen von 400 V
bereitstellt. Der Frequenzumrichter 17 kann zudem an eine
Steuereinheit 19 angeschlossen werden.
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Der Stator 15 weist eine
Vielzahl von Statorwicklungen auf, die kreisförmig um den Rotor 14 angeordnet
sind. Die Statorwicklungen werden von dem Frequenzumrichter 17 abhängig von
der Steuerung durch die Steuereinheit 19 in der Art und
Weise mit Strom versorgt, dass der Rotor 14 in der gewünschten
Drehrichtung mit der gewünschten
Drehzahl bewegt wird. Der Rotor 14 treibt das Getriebe 13 an,
das wiederum die Antriebsstange 11 in eine Axialbewegung
versetzt. Dazu ist das Getriebe 13 beispielsweise als Schraubenmutter
ausgebildet, die mit einem Innengewinde 21 in Wirkverbindung
mit einem Außengewinde 20 der
Antriebsstange 11 steht. Die Antriebsstange 11 ist
gegen eine Drehung fixiert. Die Schraubenmutter ist drehbar gelagert.
Zudem ist die Schraubenmutter in axialer Richtung durch Anschläge 25 in
der Position gegenüber
dem Gehäuse 22 festgelegt.
Bei einer Drehung des Getriebes 13 bleibt die axiale Position
des Getriebes 13 unverändert
und die Antriebsstange 11 wird in axialer Richtung verschoben.
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Auf diese Weise wird eine Verschiebung
der Fadenführeinheit 2 bewirkt.
Hohlwellenmotoren sind hinreichend bekannt und werden beispielsweise
von der Firma Rexroth hergestellt.
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Den Führungsstangen 8 ist
jeweils eine Spiralfeder 23 zugeordnet. Die Spiralfedern 23 sind
auf einem Halterahmen 24 angebracht und jeweils in einem
Endbereich der Bewegung der Hubstange 9 angeordnet. Der
Abstand zwischen einer Spiralfeder 23 und der Führungsstange 8 ist
in der weise gewählt, dass
die Führungsstange 8 vor
einer Bewegungsumkehr der Hubstange 9 und damit der Fadenführeinheit 2 zur
Anlage an der Spiralfeder 23 gelangt und die Spiralfeder 23 gegen
den Halterahmen 24 vorspannt. Nach der Bewegungsumkehr
der Hubstange 9 gibt die Spiralfeder 23 die durch
die Vorspannung der Spiralfeder 23 gespeicherte Bewegungsenergie der
Hubstange 9 wieder an die Hubstange 9 ab.
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Anstelle der dargestellten Spiralfedern 23 können auch
andere Arten von Federelementen angeordnet werden, die eine Dämpfung der
Bewegung der Hubstange 9 im Bereich einer Umkehr der Bewegungsrichtung
der Hubstange 9 bewirken, zugleich einen Teil der Bewegungsenergie
der Hubstange 9 speichern und nach der Bewegungsumkehr
der Hubstange 9 die gespeicherte Bewegungsenergie wieder an
die Hubstange 9 abgeben. Auf diese Weise wird eine schnellere
Bewegungsumkehr der Fadenführeinheit 2 bewirkt.
Beispielsweise können
auch Spiralfedern angeordnet sein, die auf Zug bei einer Bewegungsumkehr
der Hubstange 9 vorgespannt werden.
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Anstelle der in 1 dargestellten Fadenführeinheit 2 und
Spule 1 können
eine Vielzahl von Spulen 1 und Fadenführeinheiten 2 angeordnet
sein, die auf der Welle 3 drehbar gelagert bzw. mit der Hubstange 9 fest
verbunden sind. Auf diese Weise können gleichzeitig eine Vielzahl
von Fäden 6 auf Spulen 1 aufgespult
werden.
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Zur Ansteuerung des Frequenzumrichters 17 verfügt die Steuereinheit 19 über ein
entsprechendes Ansteuerprogramm, das in einem Speicher der Steuereinheit 19 abgelegt
ist.
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2 zeigt
mehrere perspektivische Darstellungen des Hohlwellenmotors 12 mit
der Antriebsstange 11. In 2A ist
eine Seitenansicht des Hohlwellenmotors 12 dargestellt.
Dabei ist zu erkennen, dass die Antriebsstange 11 vorzugsweise
in einer zweiten Führungsschiene 26 über einen
Führungsblock 27 in
axialer Richtung geführt
ist. Ein Ende der Antriebsstange 11 ist fest mit dem Führungsblock 27 verbunden,
wobei der Führungsblock 27 in
seitliche Führungsnuten 28 der
zweiten Führungsschiene 26 mit
entsprechend ausgeformten Nocken eingreift. Die Führungsnuten 28 der
zweiten Führungsschiene 26 sind
jeweils seitlich an der zweiten Führungsschiene 26 ausgebildet.
Der Führungsblock 27 stellt
vorzugsweise die Kupplung 10 dar, über die die Hubstange 9 mit
der Antriebsstange 11 fest verbunden ist.
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2B zeigt
eine Ansicht von oben auf den Hohlwellenmotor 12 und die
Antriebsstange 11. Dabei ist zu erkennen, dass das Ende
der Antriebsstange 11 über
eine Klemmverbindung mit dem Führungsblock 27 verbunden
ist. Die Klemmverbindung 29 kann vorzugsweise auch zur
Befestigung der Hubstange 9 verwendet werden.
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In 2C ist
eine vergrößerte Seitenansicht des
Führungsblockes 27 und
der Antriebsstange 11 dargestellt. Die Antriebsstange 11 weist
eine Haltenut 30 auf, die auf einer entsprechenden Haltefläche 31 des
Führungsblockes 27 aufliegt.
Auf diese Weise wird eine Drehung der Antriebsstange 11 sicher
vermieden.
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2D zeigt
eine vergrößerte Ansicht
des Führungsblockes 27 von
oben.
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2E zeigt
eine Ansicht aus der Achse der Antriebsstange 11. Der Hohlwellenmotor 12 weist eine
Lagerhülse 34 auf,
durch die die Antriebsstange 11 in den Hohlwellenmotor 12 geführt ist.
Zwischen der Lagerhülse 34 und
der Antriebsstange 11 ist ein Dichtelement 32 angeordnet.
Das Dichtelement 32 dient zum Abdichten des Innenraums
des Hohlwellenmotors 12 gegen Staub.
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3 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
des Dichtelementes 32, das angrenzend an die Oberfläche der
Antriebsstange 11 eine Labyrinthdichtung 35 aufweist.
Die Labyrinthdichtung 35 besteht im Wesentlichen aus mehreren
Flächen,
die senkrecht zur Längsrichtung
der Antriebsstange 11 angeordnet sind. Auf diese Weise
muss eine Luft, die von außen
in den Innenraum des Hohlwellenmotors 12 gelangen will, über die
gestuften Dichtflächen strömen. Aufgrund
der Anordnung der senkrecht angeordneten Flächen wird eine Verwirbelung
der Strömung
erreicht, so dass ein Einströmen
in den Innenraum des Hohlwellenmotors 12 erschwert wird.
Dadurch lagert sich Staub vorzugsweise in Hohlräumen 36 der Labyrinthdichtung 35 ab.
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4 zeigt
eine weitere bevorzugte Ausführungsform
des Dichtelementes 32 in Form eines Hohlringes 37.
Der Hohlring 37 weist Blasöffnungen 38 auf, die
ringförmig
um die Antriebsstange 11 angeordnet sind. Der Hohlring 37 steht über eine
Verbindungsleitung 39 mit einem Luftkompressor 40 in
Verbindung. Der Luftkompressor 40 versorgt den Hohlring 37 mit Überdruck,
so dass der Hohlring 37 Luft über die Blasöffnungen 38 abgibt.
Die Blasöffnungen 38 sind
in der Weise angeordnet, dass der über die Blasöffnungen 38 abgegebene
Luftstrahl Staub von der Antriebsstange 11 wegbläst und vom
Gehäuse 33 des
Hohlwellenmotors 12 wegbläst.
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5 zeigt
einen Querschnitt durch die Antriebsstange 11 und den Hohlring 37 mit
den Blasöffnungen 38.
Dabei ist deutlich die Ausrichtung der Blasöffnungen 38 zu erkennen,
die zu einer Luftströmung
führt,
die sowohl vom Hohlwellenmotor 12 wegführt als auch in Richtung auf
die Antriebsstange 11 gerichtet ist. Der vom Hohlring 37 erzeugte
Luftstrahl weist sowohl eine Richtungskomponente in Richtung auf
die Antriebsstange 11 als auch eine zweite Komponente weg
vom Hohlwellenmotor 12 auf. Damit wird verhindert, dass
Staub über
die Antriebsstange 11 durch die axiale Bewegung der Antriebsstange 11 in
den Innenraum des Hohlwellenmotors 12 gelangt.
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In 6 ist
schematisch über
die Zeit die Drehzahl des Hohlwellenmotors 12 beim Aufspulen eines
Fadens 6 dargestellt. Zum Zeitpunkt T0 ändert sich
die Drehzahl von einer negativen zu einer positiven Drehzahl. Mit
einer negativen Drehzahl ist beispielsweise eine Bewegung der Fadenführeinheit 2 nach
rechts und mit einer positiven Drehzahl eine Bewegung nach links
verbunden. Zwischen dem Zeitpunkt T0 und
dem Zeitpunkt T1 wird die Drehzahl mit einer
ersten Steigung bis zu einer ersten Drehzahl erhöht. Nach dem Zeitpunkt T1 wird die Drehzahl mit einer zweiten, kleineren
Steigung auf eine zweite Drehzahl bis zum Zeitpunkt T2 erhöht. Zum
Zeitpunkt T2, der vor dem Erreichen einer
Endposition liegt, wird die Drehzahl durch die Steuereinheit 19 über eine Reduzierung
der Stromversorgung des Hohlwellenmotors 12 reduziert und
zum Zeitpunkt T3 in eine Bewegungsumkehr,
d.h. eine negative Drehzahl umgewandelt. In entsprechender Art und
Weise verläuft die
Drehzahländerung
zyklisch mit der Zeit. Damit wird eine Hin- und Herbewegung der
Fadenführeinheit 2 bewirkt,
die zu einem Aufspulen des Fadens 6 auf die gesamte Breite
der Spule 1 erforderlich ist. Zwischen dem Zeitpunkt T0 und dem Zeitpunkt T3 ist die
Hubatmung eingezeichnet, die der Breite der zu bewickelnden Spule 1 entspricht.
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Die Hubatmung ändert sich periodisch um beispielsweise ± 3 mm,
so dass der Umkehrpunkt der Fadenführeinheit 2 nicht
immer exakt an der gleichen Stelle liegt. Damit wird eine vorteilhaftere
Bewicklung der Spule 1 erreicht.
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Die Reduzierung der Stromstärke für den Antrieb
des Hohlwellenmotors 12 wird in Abhängigkeit von der Auslenkung
der Fadenführeinheit 2 gesteuert.
Da die Auslenkung selbst nicht gemessen wird, werden die Umdrehungen/die
momentane Winkelstellung über
einen Motorgeber des Hohlwellenmotors 12 als Maß für die Auslenkung
verwendet. In dem dargstellten Ausführungsbeispiel der 6 entspricht der Zeitpunkt
T2 einer festgelegten Auslenkung der Fadenführeinheit 2,
ab der durch eine Reduzierung des Stromes die Geschwindigkeit der
Fadenführeinheit 2 kurz
vor dem Umkehrpunkt reduziert wird.
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Zusätzlich zu der Veränderung
der Größe der Hubatmung,
d.h. der Umkehrpunkte der Fadenführeinheit 2 wird
zudem über
die Einstellung einer Störgröße die mittlere
Hubkurvendrehzahl variiert, um eine bessere Aufwicklung des Fadens 6 zu
erhalten. Die Störgröße, d.h.
die Abweichung in Bezug auf die mittlere Hubkurvendrehzahl ist in
der unteren Diagrammlinie parallel zur Drehzahl über der Zeit aufgetragen. Diese
beträgt
bis zu maximal 10% der Hubkurvendrehzahl, d.h. der mittleren Drehzahl.
Die Veränderung
der Störgröße bewirkt
eine langsame Drehzahlüberlagerung,
beispielsweise einer Dreieckform, wie in 6 dargestellt, gegenüber der stationären Drehzahl
der Fadenführeinheit 2.
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Die in 6 dargestellte
Funktionalität
ist in Form eines Steuerprogramms in der Steuereinheit 19 oder
im Frequenzumrichter (Apllikationssoftware)abgelegt. Für eine Beeinflussung
des Aufwickelvorganges können
die Parameter Störgröße in %,
Tauf in s und Tab,
in s, der Weg s in mm, die Hubatmung in mm und die Zyklen, z.B.
4, nach denen jeweils eine Veränderung
der Hubatmung vorgenommen wird, einprogrammiert werden.
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Nach einem Start der Funktion, der
beispielsweise durch einen externen Maschinenbefehl vorgegeben wird,
läuft der
Aufwickelvorgang automatisch bis zu einem Stoppbefehl ab.
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- 1
- Spule
- 2
- Fadenführeinheit
- 3
- Welle
- 4
- Drehmotor
- 5
- Öse
- 6
- Faden
- 7
- Führungsschiene
- 8
- Führungsstange
- 9
- Hubstange
- 10
- Kupplung
- 11
- Antriebsstange
- 12
- Hohlwellenmotor
- 13
- Getriebe
- 14
- Rotor
- 15
- Stator
- 16
- Stromleitungen
- 17
- Frequenzumrichter
- 18
- Spannungsnetz
- 19
- Steuereinheit
- 20
- Außengewinde
- 21
- Innengewinde
- 22
- Gehäuse
- 23
- Spiralfeder
- 24
- Halterahmen
- 25
- Anschlag
- 26
- Zweite
Führungsschiene
- 27
- Führungsblock
- 28
- Führungsnut
- 29
- Klemmverbindung
- 30
- Haltenut
- 31
- Haltefläche
- 32
- Dichtelement
- 33
-
- 34
- Lagerhülse
- 35
- Labyrinthdichtung
- 36
- Hohlraum
- 37
- Hohlring
- 38
- Blasöffnung
- 39
- Verbindungsleitung
- 40
- Luftkompressor