DE10253253A1

DE10253253A1 - Spulmaschine und Verfahren zum Aufwickeln eines kontinuierlich zulaufenden Fadens auf eine Spule

Info

Publication number: DE10253253A1
Application number: DE10253253A
Authority: DE
Inventors: Jörg Bamberg; Jürgen Rom
Original assignee: Georg Sahm GmbH and Co KG
Current assignee: Georg Sahm GmbH and Co KG
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-09

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufwickeln eines kontinuierlich zulaufenden Fadens auf eine Spule einer Spulmaschine aufgezeigt, bei dem ein Drehteller (6), auf dem zwei antreibbare Spulspindeln (9, 10) drehbar gelagert sind, eine Verlegeeinrichtung (4), eine am Umfang der sich in Betrieb befindlichen Spulspindel (9 oder 10) bildenden Spule (15) anliegenden Kontaktwalze (5) eingesetzt werden. Es ist eine Recheneinheit (21) zur Ermittlung des jeweils aktuellen Solldrehwinkels alpha¶s,b¶ des Drehtellers (6) unter Anwendung einer Formel, betreffend die geometrischen Beziehungen der Spulmaschine (3), oder durch Vergleich mit einer hinterlegten Wertetabelle und zur Berechnung des jeweiligen aktuellen Spulendurchmessers D¶s,b¶ der sich auf der in Betrieb befindlichen Spulspindel (9 oder 10) bildenden Spule (15) vorgesehen. Eine Regeleinrichtung (20) dient der kontinuierlichen Drehung des Drehtellers (6) während der Spulreise. Es sind ein Eingabegerät (29) zur Eingabe der Fadengeschwindigkeit, der Fadenstärke, des Hülsenaußendurchmessers, der Bewicklungsbreite der Spule, des spezifischen Garngewichts und der Spulendichte vor Beginn einer Spulreise und ein als Taktgeber für Zeitintervalle DELTAt zur Ausführung von Rechen- und Regelschritten ausgebildeter Timer (36) vorgesehen. Die Recheneinheit (21) dient zur Berechnung eines aktuellen Spulengewichts G, eines aktuellen Spulendurchmessers D¶s,b¶, einer jeweils aktuellen Winkeldifferenz DELTAalpha zwischen dem jeweils aktuellen ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Spulmaschine und ein Verfahren zum Aufwickeln eines kontinuierlich zulaufenden Fadens auf einer Spule, mit den in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 7 angegebenen Merkmalen.
Eine Spulmaschine dieser Art ( DE 195 38 480 C2 ) dient zum Aufwickeln eines kontinuierlich mit konstanter Zulaufgeschwindigkeit der Spulmaschine zulaufenden Fadens auf eine Spule. Die Spulmaschine weist einen während der Spulreise ohne Unterbrechung, also ohne wiederholtes Stillsetzen und Wiedereinschalten des Motors, über einen Motor angetriebenen Drehteller auf, der zuweilen auch als Trommel bezeichnet wird. Auf dem Drehteller sind mindestens eine, in der Regel aber mindestens zwei antreibbare Spulspindeln drehbar gelagert, die mit einem eigenen Drehantrieb ausgestattet sind. Auf der jeweils in Betrieb befindlichen Spulspindel wird auf einer Hülse aus dem zugelieferten Faden eine Spule aufgewickelt. Die Spulmaschine weist eine Verlegeeinrichtung auf, mit der der Faden über die Länge der Spule verteilt wird. Es ist eine am Umfang der sich in Betrieb befindlichen Spulspindel bildenden Spule anliegenden Kontaktwalze vorgesehen, über die der Faden dem Umfang der Spule zugeleitet wird. Eine Einrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fadens oder ein Sensor zur Ermittlung der Drehzahl n_K der Kontaktwalze dienen letztendlich der rechnerischen Ermittlung des jeweils aktuellen Durchmessers D_s,b (s = soll; b = berechnet) der Spule über die Spulreise. In Verbindung damit ist eine Einrichtung zur Ermittlung der jeweils aktuellen Drehzahl n_S der in Betrieb befindlichen Spulspindel S vorgesehen. Eine Recheneinheit dient zur Ermittlung des jeweils aktuellen Solldrehwinkels α_s,b des Motors des Drehtellers unter Anwendung einer Formel betreffend die geometrischen Beziehungen der Spulmaschine oder durch Vergleich mit einer hinterlegten Wertetabelle und zur Berechnung des jeweiligen aktuellen Durchmessers D_s,b der sich auf der in Betrieb befindlichen Spulspindel bildenden Spule. Es ist eine Regeleinrichtung für die kontinuierliche Drehung des Drehtellers während der Spulreise vorgesehen. Mit dieser Regeleinrichtung wird die Drehung des Drehtellers in einem quasi-konstanten Bewegungsablauf geregelt, d. h. der den Drehantrieb des Drehtellers bewirkende Motor wird zu keinem Zeitpunkt während der Spulreise stillgesetzt. Der Drehteller wird vielmehr kontinuierlich, also ohne Unterbrechung, angetrieben, wobei eine Folge von Winkelgeschwindigkeiten unmittelbar hintereinander Anwendung findet. Während der kontinuierlichen Drehbewegung des Drehtellers löst eine Winkelgeschwindigkeit die andere Winkelgeschwindigkeit ab. Damit wird der Drehteller kontinuierlich mit sich von Rechenzyklus zu Rechenzyklus ändernden Winkelgeschwindigkeiten unabhängig von einer Hubbewegung der Kontaktwalze gedreht, wobei die jeweils aktuelle Winkelgeschwindigkeit aus dem aktuellen Spulendurchmesser und dem Ist-Wert einer Winkelerfassungseinheit des Drehtellers errechnet wird. Der Verlauf der sich ändernden Winkelgeschwindigkeiten hat insgesamt einen hyperbolischen Charakter. Damit ist die Regeleinrichtung nicht mehr von einer Bewegung der Kontaktwalze abhängig, d. h. die Kontaktwalze kann völlig frei gestaltet und angeordnet werden. Beispielsweise ist es möglich, über die Kontaktwalze eine Anpresskraft auf den Umfang der sich bildenden Spule auszuüben, die nach von der Regelung unabhängigen Kriterien gestaltet ist, und beispielsweise einen stetigen Verlauf aufweist. Hier ist beispielsweise auch eine stetige Abnahme der Anpresskraft ohne Schwankungen möglich, was sich günstig auf den Spulenaufbau auswirkt.
Aus der EP 0 770 030 B1 ist eine Spulmaschine zum Aufwickeln eines kontinuierlich zulaufenden Fadens auf eine Spule bekannt. Es handelt sich jedoch um ein diskontinuierliches Verfahren, bei dem der Motor, der den Drehteller mit den zwei Spulspindeln antreibt, jeweils abwechselnd in Gang gesetzt und wieder stillgesetzt wird. Die Spulmaschine weist neben dem angetriebenen Drehteller mit den beiden ebenfalls angetriebenen Spulspindeln eine Verlegeeinrichtung und auch eine der jeweils im Betrieb befindlichen Spulspindeln vorgeschaltete Kontaktwalze auf, die in ständigem Kontakt mit der Spule gehalten wird. Es ist ein Sensor zum Messen der Drehgeschwindigkeit der Spule vorgesehen. Ein Rechner dient zum Berechnen des momentanen Durchmessers D_s,b der Spule aus dem vom Sensor übermittelten Signal und zum Ermitteln der zu dem Durchmesser D_s,b gehörenden Winkelstellung α_s,b des Drehtellers nach einer hinterlegten Tabelle oder durch Anwendung einer entsprechenden Berechnungsformel. Es wird ein vom Rechner gebildetes, der Sollwinkelstellung α_s,b entsprechendes Signal in das Steuergerät für den Drehantrieb des Motors des Drehtellers übertragen und genutzt. Als Stellgröße wird der Solldrehwinkel α_s,b benutzt, der zu dem jeweils aktuellen Spulendurchmesser D_s,b gehört. Das Steuergerät erteilt dem Motor für den Drehantrieb des Drehtellers die Anweisung, sich so zu drehen, bis der Solldrehwinkel α_s,b erreicht ist. Für die Erfüllung der Aufgabe eines stetigen und/oder steuerbaren Anpressdruckverlaufs ist die Verwendung der Sollwinkelstellung α_s,b als Stellgröße für den Antrieb des Drehtellers ungeeignet. Dies ergibt sich anhand der 11 und 12 der EP 0 770 030 B1 . Dort ist erkennbar, dass zunächst der Motor für den Drehteller solange ausgeschaltet bleibt, bis der Spulendurchmesser um einen solchen Betrag gewachsen ist, dass überhaupt ein Solldrehwinkel ermittelt werden kann. Dieser Solldrehwinkel α_s,b wird dann in Form eines Signals als Stellgröße genutzt, welches mit Hilfe eines Steuergeräts auf den Motor zur Einwirkung gebracht wird. Dabei wird dann der Motor erstmals eingeschaltet, so dass sich der Drehteller dreht, bis dieser Solldrehwinkel erreicht ist. In der Zwischenzeit ist aber infolge des kontinuierlichen Aufwickelns des Fadens die Spule schon weiter gewachsen, so dass der erreichte Istdrehwinkel bereits nicht mehr dem eigentlich erforderlichen Solldrehwinkel entspricht. Hieraus folgt, dass der Istdrehwinkel des Drehtellers zeitlich immer hinter dem realen Spulenaufbau zurückliegt. 12 lässt erkennen, dass der Verlauf des Istdrehwinkels treppenförmig ist. Folglich hat auch der Anpressdruckverlauf der Kontaktwalze auf die sich bildende Spule einen treppenförmigen unstetigen Verlauf. Die Steigung der Geraden stellt die Winkelgeschwindigkeit ω des Drehtellers dar. Es gibt nur eine Winkelgeschwindigkeit des Drehtellers. Der Motor kann entweder ausgeschaltet sein oder mit dieser einen vorgesehenen Winkelgeschwindigkeit drehen. Die Steigung ist also konstant. Sie muss infolge der diskontinuierlichen Arbeitsweise so gewählt werden, dass immer Schaltvorgänge möglich bleiben, der Motor des Drehantriebs also abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden kann. Eine kontinuierliche Drehung des Motors und damit des Drehtellers ist dort weder möglich noch sinnvoll. Würde man die diskontinuierliche Weiterdrehung des Drehtellers verlassen und den Drehteller kontinuierlich drehen lassen, wie dies die gattungsgemäße Spulmaschine nach der DE 195 38 480 C2 zeigt, so würde die Gerade vom ersten Einschaltpunkt des Motors nach Unendlich verlaufen. Spätestens ab dem Kreuzungspunkt zwischen der Geraden der realen Winkelstellung und der idealen Kurve eines idealen Verlaufs des Drehwinkels beispielsweise über der Zeit gemäß 11 würde sich der Drehteller schneller als der Spulenzuwachs drehen. Es würde sich dann ein immer größer werdender Luftspalt zwischen Spule und Kontaktwalze bilden. Um dies zu verhindern, könnte die Steigung der Geraden flacher gewählt werden, also die Geschwindigkeit, mit der der Drehteller abschnittweise gedreht wird, verringert werden. Im ungünstigsten Fall erreicht der Motor nicht mehr die Solldrehwinkel. Der Drehteller würde in seinen diskontinuierlichen Antriebsphasen stets langsamer Drehen als der Spulenzuwachs. Die Folge davon wäre, dass sich die Kontaktwalze immer stärker in die Spule eindrücken würde. Wenn dieser Fehler eingetreten ist, also eine zu geringe Drehgeschwindigkeit des Motors für den Drehantrieb gewählt wurde, kann dieser Fehler innerhalb der Spulreise nicht mehr korrigiert werden. Man müsste also grundsätzlich eine zu hohe Geschwindigkeit für die Drehphasen des Drehtellers wählen, gelangt aber dabei wiederum zu der Konsequenz, dass immer Ein- und Ausschaltvorgänge des Motors möglich bleiben müssen. Ändert man einen Parameter, der die Kurve des Durchmesserzuwachses der Spule mitbestimmt, z. B. die Fadenstärke oder die Spulgeschwindigkeit, so verschiebt sich die Kurve D_s,b = f(t, v, Titer) nach oben oder unten. Die bekannte Spulmaschine ist in ihrem Regelverhalten für den Drehwinkel des Drehtellers von solchen Veränderungen abhängig, da die gewählte Stellröße der Sollwinkelstellung α_s,b direkt von dem realen zeitlichen Verlauf des Durchmesserzuwachses der Spule abhängt.
Eine Spulmaschine anderer Art, die auf einer Beweglichkeit der Kontaktwalze relativ zum Umfang der sich bildenden Spule aufbaut, ist aus der EP 0 374 536 B1 bekannt. Die dabei eingesetzte Kontaktwalze ist auf einer Schwinge schwenkbar oder in einer Geradführung geradlinig verschiebbar gelagert. Es ist ein Sensor vorgesehen, der die Bewegung der Kontaktwalze relativ zu der Oberfläche der sich auf der in Betrieb befindlichen Spulspindel bildenden Spule erfasst. Der Sensor gehört zu einer Steuereinrichtung und arbeitet als Zweipunkt-Steuerglied. Wird die Kontaktwalze von dem sich beim Spulvorgang vergrößernden Durchmesser der Spule bei stillstehender Achse des Drehtellers über das am Sensor eingestellte Maß bewegt, dann wird ein Steuerimpuls auf den Drehantrieb des Drehtellers gegeben und der Drehteller gedreht, so dass die Bewegungsrichtung der Kontaktwalze umgekehrt wird und diese den eingestellten Auslösepunkt an dem Steuerglied wieder unterschreitet. Dann wird der Antrieb des Drehtellers stillgesetzt. Der Drehteller wird also in kleinen Schritten mit jeweils konstanter Winkelgeschwindigkeit angetrieben. Obwohl die bewegte Kontaktwalze nur einen relativ geringen Weg zurücklegt, beispielsweise 2 mm, ist diese Bewegung dennoch notwendige Voraussetzung für die Steuerung des Drehantriebes des Drehtellers. Durch die Bewegung der Kontaktwalze und die dadurch ausgelöste Steuerung des Drehtellers entstehen zwischen der Kontaktwalze und dem Umfang der Spule nicht nur unterschiedliche Anpresskräfte, sondern diese Anpresskräfte zeigen auch einen unstetigen Verlauf. Durch die Verschiebung der Berührungslinie zwischen Kontaktwalze und dem Umfang der sich bildenden Spule wird die Verlegegenauigkeit nachteilig beeinflusst. Weiterhin ist nachteilig, dass die Schalthäufigkeit dieser Steuereinrichtung mit dem Sensor über der Spulreise abnimmt. Der Schaltweg des Sensors bleibt dagegen konstant. Durch das Auswandern der Spule bei sich drehendem Drehteller und durch den zunehmend langsamer wachsenden Spulendurchmesser nimmt die Anzahl der Nachsteuerschritte pro Zeiteinheit ab, d. h. der Wechsel in der Anpresskraft über die Kontaktwalze verlangsamt sich. Weiterhin ist nachteilig, dass zur Steuerung eine separate aufwendige Steuereinrichtung erforderlich ist.
Aus der DE 39 11 854 A1 ist eine Auflagedruck-Steuervorrichtung für eine Spulmaschine bekannt, bei der der jeweils aktuelle Spulendurchmesser D_s,b aus der Formel n_S × D_S = n_K × D_K ermittelt wird, indem die Drehzahlen der Kontaktwalze n_K und der Spule n_S gemessen werden und der Durchmesser der Kontaktwalze D_K ohnehin bekannt ist. Der Auflagedruck der Kontaktwalze an der Spule wird in Abhängigkeit von dem jeweiligen aktuellen Spulendurchmesser gesteuert.
Aus der EP 1 118 569 A2 ist eine Spulmaschine zum Aufwickeln eines kontinuierlich zulaufenden Fadens auf eine Spule bekannt. Die Geschwindigkeit des kontinuierlich zulaufenden Fadens wird als bekannt vorausgesetzt, so dass ein Sensor zur Ermittlung der Umfangsgeschwindigkeit der Kontaktwalze nicht erforderlich ist. Dabei soll der aktuelle Spulendurchmesser gemäß der obigen Formel unter Mitverwendung der als bekannt vorausgesetzten Fadengeschwindigkeit, des bekannten Durchmessers der Kontaktwalze und der Drehzahl der Spulspindel berechnet werden. Es ist der Druckschrift nicht zu entnehmen, ob und wie die Drehzahl der Spulspindel ermittelt wird oder ob dafür ein spezieller Sensor vorgesehen ist. Weiterhin soll der Drehwinkel des Drehtellers berechnet und ein Kontrollsignal an einen Winkelpositionierer übertragen werden. Es wird darauf hingewiesen, dass ein spezifischer Sensor mit Positionsfunktion dabei nicht eingesetzt werden soll. Es soll von einem konstanten, experimentell zu ermittelnden Faktor K Gebrauch gemacht werden, der einen Wert zwischen 0,6 und 1 haben soll. Dieser Faktor soll die Abweichung der Frequenzvorgabe des Asynchronmotors für den Antrieb der Spulspindel und seiner realen Drehzahl korrigieren. Ein Asynchronmotor ist jedoch immer mit Schlupf behaftet und die Istdrehzahl eines solchen Asynchronmotors entspricht nie seiner vorgegebenen aufgeprägten Sollfrequenz.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spulmaschine der beschriebenen Art und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen ein auf die jeweilige Wicklungsart und die Fadeneigenschaften abgestimmter Spulenaufbau erreichbar ist, der durch Regelschwingungen nicht gestört wird.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Spulmaschine der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, dass ein Eingabegerät zur Eingabe der Fadengeschwindigkeit, der Fadenstärke, des Hülsenaußendurchmessers, der Bewicklungsbreite der Spule, des spezifischen Garngewichts und der Spulendichte vor Beginn einer Spulreise vorgesehen ist, dass ein als Taktgeber für Zeitintervalle Δt zur Ausführung von Rechen- und Regelschritten ausgebildeter Timer vorgesehen ist, dass die Recheneinheit zur Berechnung eines aktuellen Spulengewichts G, eines aktuellen Spulendurchmessers D_s,b, einer jeweils aktuellen Winkeldifferenz Δα zwischen dem jeweils aktuellen Solldrehwinkel α_s,b und dem jeweils aktuellen Istdrehwinkel α_ist des Drehtellers und einer Winkelgeschwindigkeit ω aus der Winkeldifferenz Δα und dem Zeitintervall Δt jeweils in den von dem Taktgeber vorgesehenen Zeitintervallen Δt über die Spulreise ausgebildet ist, und dass die Regeleinrichtung zur Ansteuerung des Motors des Drehtellers mit den den jeweils aktuellen Winkelgeschwindigkeiten ω entsprechenden Signalen als Stellgrößen ausgebildet ist.
Die Erfindung geht zunächst von dem an sich bekannten Gedanken aus, anstelle der Verwendung eines der Sollwinkelstellung α_s,b entsprechenden Signals als Stellröße eine Winkeldifferenz Δα zwischen dem jeweils aktuellen Solldrehwinkel α_s,b und dem jeweils aktuellen Istdrehwinkel α_ist zu nutzen und den Drehteller mit einer Folge von Winkeldifferenzen kontinuierlich ineinander übergehend ohne zwischenzeitliches Stillsetzen anzutreiben.
Die Regeleinrichtung der Spulmaschine für die ununterbrochene Drehung des Drehtellers wird jedoch erheblich vereinfacht. Die Spulmaschine wird mit einem Eingabegerät ausgestattet, welches zur Eingabe der Fadengeschwindigkeit, der Fadenstärke, des Hülsenaußendurchmessers, der Bewicklungsbreite der Spule, des spezifischen Garngewichts und der Spulendichte vorgesehen ist. Diese Parameter werden vor Beginn einer Spulreise eingegeben. Die Eingabe der Fadengeschwindigkeit kann bei als bekannt vorausgesetzter Zuliefergeschwindigkeit am Eingabegerät erfolgen. Die Eingabe kann auch durch eine gesonderte Einrichtung zur Messung der Zuliefergeschwindigkeit erfolgen oder auch durch einen Sensor, der die Drehzahl der Kontaktwalze erfasst. Ein Sensor zur Erfassung der Drehzahl der Spulspindel kommt ersatzlos in Fortfall. Die Drehgeschwindigkeit der Spule wird also nicht mehr gemessen. Damit werden verschiedene, bekannte Prozessparameter eingegeben. Es sind dies im Einzelnen:
Die Fadengeschwindigkeit ist die Zuliefergeschwindigkeit, die auch der Umfangsgeschwindigkeit der Kontaktwalze entspricht. Die Fadenstärke ist das Fadengewicht pro Längeneinheit. Der Hülsenaußendurchmesser ist der Anfangsdurchmesser der Spule. Das spezifische Garngewicht ist von dem zu spulenden Material abhängig, hierfür gibt es Tabellenwerte. Die Spulendichte ist ein Erfahrungswert, welcher der Tatsache Rechnung trägt, dass eine Spule zu einem gewissen Anteil je nach dem Querschnitt des Fadens und der Wicklungsart (Wildwicklung, Präzisionswicklung, etc.) auch eingewickelte Luft enthält. Auch hierfür gibt es Tabellenwerte.
Die genannten Prozessparameter sind dem Betreiber der Spulmaschine ohnehin bekannt, denn man kann eine gut aufgebaute Spule nur dann erzeugen, wenn man weiß, was man wie aufspulen muss. Man kann diese Parameter entweder einzeln mittels einer Tastatur in das Eingabegerät eintippen oder z. B. als vollständige Rezeptur auf einer Speicherkarte ablegen, die bei Wechsel der Spulaufgabe in das Eingebegerät geschoben und von dort in die Regeleinrichtung eingelesen wird. Das Eingabegerät kann dabei pro Spulmaschine oder z. B. als zentrale Einheit im Schaltschrank einer ganzen Spulanlage vorgesehen sein.
Der Antrieb des Drehtellers vermeidet die Verwendung eines Servoreglers mit nachgeordnetem Servomotor. Statt dessen genügt die Anordnung eines Frequenzumrichters und der Einsatz eines Asynchronmotors. Anstelle eines Resolvers kann dem Asynchronmotor für den Drehantrieb des Drehtellers ein einfacher Sensor, z.B. ein Inkremental- oder ein Absolutwertgeber, nachgeschaltet werden, der den jeweils aktuellen Istdrehwinkel α_ist erfasst.
Es ist ein als Taktgeber für die Bereitstellung von Zeitintervallen Δt zur Ausführung von Rechen- und Regelschritten ausgebildeter Timer vorgesehen. Die Zeitintervalle Δt werden zweifach genutzt, nämlich einmal bei der Errechnung des (fiktiven) jeweils aktuellen Spulendurchmessers D_s,b und zum anderen bei der Errechnung einer jeweils aktuellen Winkeldifferenz Δα zwischen dem (fiktiven) jeweils aktuellen Solldrehwinkel α_s,b und dem jeweils aktuellen Istdrehwinkel α_ist des Drehtellers.
Für die Berechnung des (fiktiven) jeweils aktuellen Spulendurchmessers D_s,b wird auf bekannte Prozessparameter zurückgegriffen und folgende Formeln angewendet: G = Titer * vF * Δt (Gleichung 1)
Ist auf diese Weise der (fiktive) aktuelle Spulendurchmesser D_s,b errechnet, so kann in bekannter Weise der zugehörige (fiktive) aktuelle Solldrehwinkel α_s,b des Drehtellers berechnet oder aus einer Wertetabelle entnommen werden.
Die Recheneinheit ist also zur Berechnung des aktuellen Spulengewichts G, des aktuellen Spulendurchmessers D_s,b, einer jeweils aktuellen Winkeldifferenz Δα zwischen dem jeweils aktuellen Solldrehwinkel α_s,b und dem jeweils aktuellen Istdrehwinkel α_ist des Drehtellers und einer Winkelgeschwindigkeit ω aus der Winkeldifferenz Δα und dem Zeitintervall Δt jeweils in den von dem Taktgeber vorgesehenen Zeitintervallen Δt über die Spulreise ausgebildet.
Die Regeleinrichtung dient zur Abgabe einer Folge von Signalen als Stellgrößen zur Ansteuerung des Motors des Drehtellers. Die Signale entsprechen nicht der zu dem aktuellen Spulendurchmesser D_s,b gehörenden Winkelstellung des Drehtellers, sondern der Winkelgeschwindigkeit ω, also der auf das Zeitintervall Δt bezogenen Winkeldifferenz. Der Motor des Drehtellers übt über die Spulreise ohne Unterbrechung einen Antrieb auf den Drehteller aus und dreht infolge der Nutzung der jeweils aktuellen Winkeldifferenz den Drehteller in ununterbrochener Folge jeweils langsamer, als es der Idealkurve des Drehwinkels α_s,i (s = soll; i = ideal) entspricht. Zu Beginn einer Spulreise ist der Motor für den Drehteller einmalig ausgeschaltet, wobei der Umfang der Hülse auf der Spulspindel am Umfang der Kontaktwalze anliegt. Zu Beginn des Spulvorgangs wird der Faden auf der Hülse aufgewickelt, bis der Spulendurchmesser um einen solchen Betrag gewachsen ist, dass überhaupt ein Solldrehwinkel ermittelt werden kann. Mit diesem Solldrehwinkel wird dann eine Winkeldifferenz gebildet und in ein übertragbares Signal umgewandelt, welches dem Frequenzumformer mitgeteilt wird. Sodann wird der Motor eingeschaltet und angewiesen, sich mit dieser Winkelgeschwindigkeit zu bewegen, bevor der nächste Regelzyklus erfolgt. Da in der Zwischenzeit die Spule bereits wieder angewachsen ist, wird noch während der Motor sich mit der letzten Winkelgeschwindigkeit bewegt, bereits eine neue Winkelgeschwindigkeit vorausberechnet, dem Frequenzumformer mitgeteilt usw. Die Winkelgeschwindigkeit ω ist über die Spulreise immer etwas kleiner als der Verlauf der idealen Winkelgeschwindigkeit ω_s,i (s = soll; i = ideal).
Es gibt also bei der neuen Spulmaschine eine Recheneinheit, aber keinen Sensor zur Ermittlung der Drehzahl der Spule n_S, weiterhin ein Regel- oder Steuergerät und einen Motor für den Drehteller, wobei ein dem Motor nachgeschalteter Sensor ein Istsignal für den tatsächlichen Drehwinkel α_ist des Drehtellers liefert. Unter Zuhilfenahme bekannter Prozessdaten wird in der Recheneinheit der aktuelle Spulendurchmesser D_s,b berechnet. Immer dann, wenn das vom Timer vorgegebene Zeitintervall abgelaufen ist, wird durch Anwendung der Formel aus dem Cosinussatz a2 = b2 + c2 – 2 * b * c * cosα,oder durch Umstellung und Auflösung nach α: α = arc cos((b2 + c2 – a2)/(2 * b * c))oder durch Vergleich mit einer fest hinterlegten Wertetabelle der Solldrehwinkel α_s,b des Drehtellers ermittelt, welcher zu dem aktuellen Spulendurchmesser D_s,b gehört.
Aus diesem Solldrehwinkel α_s,b und dem vom Motor gelieferten Istdrehwinkel α_ist wird die Winkeldifferenz Δα = α_s,b – α_ist errechnet. Da der Spulendurchmesser im Verlauf der Zeit immer langsamer anwächst, werden bei konstanten Zeitintervallen die aufeinander folgenden Bildungen der Winkeldifferenzen Δα immer kleiner.
Die Vorteile der neuen Spulmaschine sind in einem erheblich einfacheren und preiswerteren Aufbau zu sehen. Ein Sensor zur Ermittlung der Drehzahl der in Betrieb befindlichen Spulspindel kommt ersatzlos in Fortfall. Bei bekannter Zuliefergeschwindigkeit kann auch ein Sensor zur Ermittlung der Drehzahl der Kontaktwalze entfallen. Ein Sensor zur Erfassung einer Hubbewegung einer Schwinge, auf der die Kontaktwalze gelagert ist, ist ebenfalls nicht erforderlich. Der bekannte Servomotor mit vorgeschaltetem Servoregler für den Drehantrieb des Drehtellers kann durch einen einfachen und kostengünstigen Drehstrom-Asynchronmotor mit vorgeschaltetem Frequenzumrichter ersetzt werden. Das Signal der Regeleinrichtung an den Frequenzumrichter entspricht nicht einem Sollwinkel, sondern einer Winkelgeschwindigkeit. Die Nachführung des Drehtellers ist mit einer gewissen Ungenauigkeit behaftet, die eine bewegliche Lagerung der Kontaktwalze erfordert. Dies bietet aber zugleich vorteilhaft die Möglichkeit, die Anpresskraft über die Spulreise zu beeinflussen oder zu variieren.
Das Verfahren zum Aufwickeln eines kontinuierlich zulaufenden Fadens auf eine Spule einer Spulmaschine kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, dass die Werte der Fadenstärke, des Hülsenaußendurchmessers, der Bewicklungsbreite der Spule, des spezifischen Garngewichts und der Spulendichte vor Beginn einer Spulenreise der Rechnereinheit zugeführt werden, dass Zeitintervalle Δt eines als Taktgeber für Rechen- und Regelschritte ausgebildeten Timers gebildet und daraus das Spulengewicht (G) gemäß der Formel G = Titer * vF * Δtund nachfolgend der aktuelle Spulendurchmesser D_s,b gemäß der Formel Ds,b = Wurzel aus (((4 * G)/ π * Hub * γ * ρSP)) + d2)berechnet wird, dass entsprechend den Zeitintervallen Δt über die Spulreise derjeweils aktuelle Istdrehwinkel α_ist des Drehtellers ermittelt und unter Anwendung einer Formel betreffend die geometrischen Beziehungen der Spulmaschine oder durch Vergleich mit einer hinterlegten Wertetabelle der jeweils aktuelle Solldrehwinkel α_s,b des Drehtellers, der zu dem jeweils aktuellen Durchmesser D_s,b der Spule gehört, ermittelt wird, entsprechend den Zeitintervallen Δt jeweils eine Winkeldifferenz Δα zwischen dem jeweils aktuellen Solldrehwinkel α_s,b und dem jeweils aktuellen Istdrehwinkel α_ist des Drehtellers gebildet wird, dass aus der Winkeldifferenz Δα dividiert durch das jeweilige Zeitintervall Δt eine Winkelgeschwindigkeit ω gebildet wird, und dass der Motor des Drehtellers mit den den jeweils aktuellen Winkelgeschwindigkeiten ω entsprechenden Signalen als Stellrößen angesteuert wird.
In verfahrensmäßiger Hinsicht geht die Erfindung von der Vorstellung aus, das abwechselnde Drehen und Stillsetzen des Drehtellers, wie es im Stand der Technik auch bekannt ist, zu vermeiden und mit einem ununterbrochenen kontinuierlichen Drehvorgang des Drehtellers zu arbeiten. Dabei kommen sich ändernde aktuelle Winkeldifferenzen Δα zwischen dem jeweils aktuellen Solldrehwinkel α_s,b und dem jeweils aktuellen Istdrehwinkel α_ist des Motors des Drehtellers nacheinander zur Anwendung, d. h. aus einer Winkeldifferenz bezogen auf die vorgegebenen taktgebenden Zeitintervalle Δt – also mit einer Folge von Winkelgeschwindigkeiten ω – wird der Drehantrieb des Drehtellers an- bzw. von Winkelgeschwindigkeit zu Winkelgeschwindigkeit umgesteuert, so dass auf jeden Fall der Drehteller eine ununterbrochene Bewegung ausführt. Im allgemeinen nehmen die benutzten aktuellen Winkelgeschwindigkeiten im Laufe einer Spulreise schnell ab.
Die von dem Timer bereitgestellten taktgebenden Zeitintervalle Δt werden sowohl einem Rechenglied als auch einem PID-Regler der Recheneinheit zugeführt, also zeitgleich zweifach benutzt.
Die Zeitintervalle Δt des Timers können über die Spulreise konstant oder in der Zeitdauer zunehmend gebildet werden. Es können vorteilhaft Rechenzyklen Verwendung finden, bei denen in über die Spulreise konstanten Zeitabständen, beispielsweise insbesondere alle 10 msec, konstante Zeitintervalle Δt gebildet werden. Die Wiederholung der Rechenzyklen in solch kurzen zeitlichen Abständen ist durchaus möglich. Es ist aber nicht schädlich, wenn die Zeitintervalle Δt des Timers über die Spulreise zunehmend länger und damit die Anzahl der Rechenzyklen verkleinert und die zeitlichen Abstände vergrößert werden, da der Antrieb des Drehtellers ohnehin eine Vielzahl mechanischer Elemente enthält, die sich als vergleichsweise träge erweisen. Es ist auch möglich, unterschiedliche Anzahlen von Rechenzyklen einerseits und Regelzyklen andererseits anzuwenden, Mittelwerte zu bilden oder dergleichen. Im allgemeinen ist dies jedoch nicht erforderlich.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen weiter beschrieben und verdeutlicht. Es zeigen:
1 den Aufbau einer Spulmaschine in Frontansicht,
2 eine schematisierte Seitenansicht der Spulmaschine,
3 die schematische Verdeutlichung der wesentlichen Elemente der Spulmaschine mit ihren geometrischen Kenndaten,
4 eine bevorzugte Ausführungsform der Regeleinrichtung in Form eines Schaltbildes,
5 eine weitere Ausführungsform der Regeleinrichtung in Form eines Schaltbildes,
6 ein Diagramm des Verlaufs des Durchmessers der Spule über die Zeitintervalle, die Fadengeschwindigkeit und den Titer,
7 ein Diagramm des Verlaufs des Drehwinkels α in Abhängigkeit des Durchmessers der Spule, und
8 den Verlauf der Winkelgeschwindigkeit ω über dem Drehwinkel α.
In 1 ist ein Faden 1 dargestellt, der in Richtung eines Pfeils 2 von einem Spinnschacht kontinuierlich einer Spulmaschine 3 zuläuft. Der Faden läuft über eine Verlegeeinrichtung 4 auf den Umfang einer Kontaktwalze 5. Im Bereich unterhalb oder seitlich von der Kontaktwalze 5 ist ein Drehteller 6 um seine Achse 7 drehbar bzw. schwenkbar gemäß Pfeil 8 gelagert. Auf dem Drehteller 6 sind zwei Spulspindeln 9 und 10 drehbar gelagert. In dem dargestellten Beispiel befinden sich die Achsen 11 und 12 der Spulspindeln 9 und 10 unterhalb der Achse 13 der Kontaktwalze 5 vertikal ausgerichtet. Auf der Spulspindel 9 befindet sich eine leere Hülse 14. Diese Spulspindel 9 ist in Arbeitsstellung gezeigt, also zu Beginn eines Aufwickelvorganges bzw. einer Spulreise. Die Spulspindel 10 mit einer darauf befindlichen aufgewickelten Spule 15 befindet sich in der Reservestellung, in der der Spulenwechsel durchgeführt wird.
Aus 2 ist erkennbar, dass die Spulmaschine 3 so ausgebildet ist, dass gleichzeitig zwei Fäden 1 auf zwei Spulen 15 aufgewickelt werden. Die Spulmaschine 3 besitzt einen Motor 16 für den Antrieb der Spulspindel 9 in der Arbeitsstellung und in der Reservestellung. Ein Motor 17 ist für den Antrieb der Spulspindel 10 in der Reservestellung und der Arbeitsstellung vorgesehen. Ein Motor 18 dient schließlich dem Antrieb des Drehtellers 6. Ein Getriebe 19 dient der Übertragung des Drehantriebes der beiden Motore 16 und 17 auf die Spulspindeln 9 und 10 trotz deren Verschwenkbarkeit über den Drehteller 6. Die Spulmaschine 3 weist eine schematisch dargestellte Regeleinrichtung 20 auf. Eine Recheneinheit 21, beispielsweise in Form eines Mikroprozessors, kann Bestandteil der Regeleinrichtung 20 sein.
In 3 sind die wesentlichen Elemente einer Spulmaschine angedeutet sowie deren geometrische Größen verdeutlicht. Die Spulmaschine besitzt den Drehteller 6, auf dessen effektiven Durchmesser EDD die zwei Spulspindeln 9, 10 drehbar gelagert sind. Dem Drehteller 6 ist ein nicht dargestellter Motor zugeordnet, mit dessen Hilfe der Drehteller 6 in Drehbewegung versetzt wird. Jede Spulspindel 9, 10 verfügt über einen weiteren Antrieb oder ist mit einem solchen Antrieb kuppelbar, über den die jeweilige Spulspindel 9 oder 10 über die Spulreise angetrieben wird. Die Spulmaschine weist die Kontaktwalze 5 auf, die einen konstanten Kontaktwalzendurchmesser D_K besitzt. Über diese Kontaktwalze 5 wird der nicht dargestellte Faden auf einer Leerhülse der in Arbeit befindlichen Spulspindel 9 aufgewickelt. Dabei bildet sich auf der Leerhülse der Spulspindel 9 eine Spule 15, deren Durchmesser sich über die Spulreise fortlaufend vergrößert. Es ist ein aktueller Spulendurchmesser D_S in gestrichelter Linienführung angedeutet. Der Mittelpunkt dieser Spule 15 bzw. die Achse der Spulspindel 9 verlagert sich während der Spulreise auf dem effektiven Durchmesser des Drehtellers 6, indem die Spulspindel 9 der drehbar gelagerten Kontaktwalze 5 ausweicht. Das Ausweichen geschieht so, dass der Kontakt zwischen dem Umfang der Spule und dem Umfang der Kontaktwalze immer erhalten bleibt. Während dieses Ausweichvorgangs wird die in Betriebsstellung befindliche Spulspindel 9 mit der sich bildenden Spule 15 durch Drehung des Drehtellers 6 um den Drehwinkel α verdreht. Auch dieser grundsätzliche Aufbau einer Spulmaschine ist im Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der DE 195 38 470 C2 oder auch der EP 0 770 030 B1 .
Der Spulendurchmesser D_S der sich auf der Spulspindel 9 bildenden Spule 15 lässt sich bekanntermaßen wie folgt herleiten:
Um überhaupt einen Faden aufspulen zu können, ist es unabdingbare Voraussetzung, zu wissen, mit welcher Geschwindigkeit v_F der Faden der Spule bzw. der Spulmaschine zugeführt wird. Diese Geschwindigkeit ist während der Spulenbildung (Spulreise) konstant. Es gilt daher: vF = bekanntund gleichzeitig: vF = const. (Gleichung 3)
Sowohl die Kontaktwalze als auch die Spule sind zylindrische Körper, die einer gleichförmigen Kreisbewegung unterliegen. Für die gleichförmige Kreisbewegung gilt die Grundgleichung: v = π * 2r * noder in anderer Schreibweise: v = π * D * n
Hierin sind:
v = Umfangsgeschwindigkeit des Körpers
π = mathematische Konstante (3,14...)
r = Radius des Körpers
n = Drehzahl des Körpers
D = Durchmesser des Körpers
Übertragen auf die Spulenbildung lauten die Grundgleichungen für die Geschwindigkeiten: vK = π * DK * nK (Gleichung 4) vS = π * DS * nS (Gleichung 5)
Hierin bedeuten die Indizes: K = Kontaktwalze; S = Spule.
Eine Relativbewegung zwischen dem Faden und der Kontaktwalzenoberfläche bzw. der Spulenobertläche hätte einen Schlupf und damit verbundene Reibung zur Folge, welche Fadenbeschädigungen oder sogar Fadenbrüche verursachen würde. Es ist daher unbedingt erforderlich, dass die Umfangsgeschwindigkeiten sowohl der Kontaktwalze als auch der Spule exakt der Zuliefergeschwindigkeit des Fadens entsprechen. Also gilt: vK = vF = const.oder durch Einsetzen von Gleichung 4: π * DK * nK = vF = const. (Gleichung 6)und gleichzeitig: vS = vF = const.oder durch Einsetzen von Gleichung 5: π * DS * nS = vF = const. (Gleichung 7)
Im Gegensatz dazu wird gemäß der Erfindung der (fiktive) aktuelle Durchmesser D_s,b wie folgt berechnet: G = Titer * vF * Δt (Gleichung 1) Ds,b = Wurzel aus (((4 * G)/π * Hub * γ * ρSP))+d2) (Gleichung 2)
Die Ermittlung des Drehwinkels α für den Drehteller 6 gestaltet sich unter Bezugnahme auf 3 wie folgt:
In der beiliegenden Darstellung gemäß 3 sind alle Größen enthalten, die bei der folgenden Herleitung von Bedeutung sind.
Der Drehteller trägt zwei Spulspindeln, auf denen jeweils abwechselnd Spulen gewickelt werden. Diese Spindeln haben einen konstanten Abstand von Mittelpunkt zu Mittelpunkt, der bei der Maschinenkonstruktion als geometrische Größe festgelegt wurde und somit bekannt ist. Verbindet man die Mittelpunkte der Spindeln mit einer Geraden, die durch den Mittelpunkt des Drehtellers verläuft, so kann man den Abstand auch als effektiven Durchmesser des Drehtellers bezeichnen.
Der Durchmesser der Kontaktwalze ist ebenfalls eine konstante geometrische Größe, die bei der Maschinenkonstruktion festgelegt wurde und somit bekannt.
Der Durchmesser der Spule ist eine variable Größe, die, beginnend ab dem Außendurchmesser der Leerhülse, kontinuierlich anwächst, wobei der Außendurchmesser der Leerhülse bekannt ist. Die Ermittlung des jeweils aktuellen Spulendurchmessers wurde bereits erläutert. Man kann also für die weiteren Überlegungen auch diese Größe als bekannt voraussetzen.
Zur Lösung der Aufgabe, den Drehwinkelzuwachs dem Durchmesserzuwachs der Spule anzupassen, ist es erforderlich, den jeweiligen Drehwinkel zu ermitteln. Man muss sich also zunächst fragen, ob genügend bekannte Informationen vorhanden sind, um daraus eine unbekannte Größe abzuleiten.
Der gesuchte Winkel wird aufgespannt zwischen zwei Schenkeln, die vom Mittelpunkt des Drehtellers zum Mittelpunkt der Kontaktwalze bzw. vom Mittelpunkt des Drehtellers zum Mittelpunkt der Spule verlaufen. Verbindet man die jeweiligen Endpunkte dieser Schenkel miteinander, so gelangt man zu einem schiefwinkligen Dreieck mit den Seitenlängen a, b und c.
Dabei entspricht die Seitenlänge a dem halben Kontaktwalzendurchmesser plus dem halben Spulendurchmesser a = DK/2 + DS/2
Die Seitenlänge b ergibt sich aus dem halben effektiven Durchmesser des Drehtellers plus dem halben Außendurchmesser der Leerhülse plus dem halben Kontaktwalzendurchmesser b = EDD/2 + ADL2 + DK/2
Die Seitenlänge c entspricht genau dem halben effektiven Durchmesser des Drehtellers c = EDD/2
Die Antwort auf o.g. Frage findet sich in jedem Mathematikbuch in den Kapiteln zur Geometrie ebener Flächen. Der dort nachzulesende Cosinussatz gilt für jedes schiefwinklige Dreieck und beschreibt, dass bei drei bekannten Seitenlängen oder zwei bekannten Seitenlängen und dem eingeschlossenen Winkel jede übrige unbekannte Dreiecksgröße, also jede fehlende Seite oder jeder fehlende Winkel, berechnet werden kann.
Mit den Bezeichnungen der 3 lautet der Cosinussatz: a2 = b2 + c2 – 2 * b * c * cosαworaus durch Umstellung nach α die Formel entsteht: α = arc cos((b2 + c2 – a2)/(2 * b * c))
Damit ist die Ermittlung des aktuellen Drehwinkels α auf einfache Weise möglich, wenn man eine bekannte geometrische Grundgleichung auf die gegebenen Verhältnisse in einer Spulmaschine projiziert und sich die Kenntnis der jeweiligen Seitenlängen verschafft.
In 4 sind schematisch wesentliche Elemente der Regeleinrichtung 20 und der Recheneinheit 21 dargestellt. Ein Sensor 24 (5) dient der Erfassung der Drehzahl der Kontaktwalze 5. Bei der Ausführungsform gemäß 4 fehlt dieser Sensor 24. Statt dessen wird die Fadengeschwindigkeit als bekannte Größe in ein Eingabegerät 29 eingegeben.
Sensoren zur Erfassung der Drehzahlen der Spulspindeln sind nicht vorgesehen. Dem Motor 16 für den Antrieb der Spulspindel 9 ist ein Frequenzumrichter 27 zugeordnet. Entsprechend ist im Antrieb der Spulspindel 10 ein Frequenzumrichter 28 vorgesehen.
Die Recheneinheit 21 weist einen PID-Regler 30, ein Rechenglied 31, einen Speicher 32, in den eine Wertetabelle 33 eingebbar hinterlegt ist, einen PID-Regler 34 und einen weiteren PID-Regler 35 auf. Zu der Recheneinheit gehört auch ein Timer 36, der zur Erfassung der Zeit und zur Bildung von taktgebenden Zeitintervallen dient. Dem Motor 18 für den Antrieb des Drehtellers 6 ist ein Frequenzumrichter 37 vorgeschaltet. Der Motor 18 ist als Drehstrom-Asynchronmotor ausgebildet. Dem Motor 18 ist ein Sensor 38 nachgeordnet. Die einzelnen Elemente der Regeleinrichtung 20 sind so miteinander verbunden, wie dies durch die Linienführungen angedeutet ist. Dabei sind folgende Hinweiszeichen benutzt:
D_s,b = Solldurchmesser der Spule 15 (veränderlich, berechnet)
α_s,_b = Solldrehwinkel des Drehtellers 6 (veränderlich, berechnet)
α_ist = Istdrehwinkel des Drehtellers 6 (veränderlich, gemessen)
f_soll = Sollfrequenz
Δt = Zeitintervall
Δα = Winkeldifferenz zwischen Solldrehwinkel und Istdrehwinkel (berechnet)
ω = Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Drehtellers 6 (veränderlich, berechnet)
Ein Index "ist" kennzeichnet eine veränderliche Größe in ihrem jeweils aktuellen Wert. Ein Index "s, b" kennzeichnet einen berechneten Sollwert. Mit Δ ist ein Differenzwert bezeichnet.
5 zeigt eine Ausführungsform der Regeleinrichtung 20 mit einem Sensor 24 zur Erfassung der Drehzahl der Kontaktwalze 5. Damit entfällt die Eingabe der Fadengeschwindigkeit am Eingabegerät 29. Am Eingabegerät 29 werden aber auch hier die Fadenstärke, der Hülsenaußendurchmesser, die Bewicklungsbreite der Spule, das spezifische Garngewicht und die Spulendichte eingegeben. Die Eingabe der Fadengeschwindigkeit in die Regeleinrichtung 20 erfolgt hier also über den Sensor 24, welcher die Drehzahl der Kontaktwalze erfasst und an das Rechenglied 31 leitet. Dort wird aus der Drehzahl der Kontaktwalze und dem bekannten Durchmesser der Kontaktwalze unter Anwendung von Gleichung 6 die Fadengeschwindigkeit berechnet.
In 6 ist in gestrichelter Linienführung der Verlauf des Istdurchmessers D_ist der Spule, so wie er sich aus den realen Prozessparametern ergibt, dargestellt. Die durchgezogene Linienführung zeigt demgegenüber den Verlauf des von dem Rechenglied 31 berechneten Solldurchmessers D_s,b der Spule, welcher geringfügig hinter dem Istdurchmesserverlauf zurückliegt.
In 7 ist in gestrichelter Linienführung der Verlauf des idealen Solldrehwinkels α_s,i des Drehtellers, wenn dieser exakt dem Istdurchmesserverlauf der Spule nachgeführt würde, dargestellt. Die durchgezogene Linienführung zeigt demgegenüber den Verlauf des von der Recheneinheit 21 berechneten Solldrehwinkels α_s,b des Drehtellers, welcher geringfügig hinter dem idealen Verlauf des Solldrehwinkels α_s,i zurückliegt.
In 8 ist in gestrichelter Linienführung der Verlauf der idealen Winkelgeschwindigkeit ω_s,i des Drehtellers, wenn diese exakt dem idealen Verlauf des Solldrehwinkels α_s,i angepasst würde, dargestellt. Die durchgezogene Linienführung zeigt demgegenüber den Verlauf der von dem PID-Regler 34 gebildeten Winkelgeschwindigkeit ω des Drehtellers, welche geringfügig hinter dem idealen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit zurückliegt.
In der Folge werden zwei mögliche Betriebsweisen der Regeleinrichtung 20 der Spulmaschine 3 verdeutlicht:
Bei einer ersten Betriebsweise ist eine Wertetabelle 33 im Speicher 32 der Recheneinheit 21 hinterlegt. In dieser Wertetabelle 33 sind in Zuordnung zu berechneten Solldurchmessern der Spule D_s,b bestimmte Drehwinkel α_s,b zugeordnet. Bei Beginn der Spulreise wird mit dem Timer 36 die Zeit gemessen und ein Zeitintervall gebildet. Nach Ablauf des Zeitintervalls wird erstmalig in dem Rechenglied 31 unter Anwendung der Gleichungen 1 und 2 das Gewicht G der Spule und daraus der aktuelle Solldurchmesser D_s,b der Spule berechnet. Aus der Wertetabelle 33 wird der Solldrehwinkel α_s,b des Drehtellers entnommen, welcher zu dem aktuellen, berechneten Solldurchmesser D_s,b der Spule gehört, und dem PID-Regler 34 zugeführt. Ebenfalls nach Ablauf des Zeitintervalls wird erstmalig der Istdrehwinkel α_ist des Drehtellers 6 von dem Sensor 38 erfasst und dem PID-Regler 34 zugeführt. Da zu diesem Zeitpunkt der Motor 18 für den Antrieb des Drehtellers 6 noch nicht aktiviert ist, ergibt sich ein Istdrehwinkel α_ist = 0. Aus der Drehwinkeldifferenz ∆α und dem Zeitintervall Δt wird erstmalig die Winkelgeschwindigkeit ω des Drehtellers 6 bestimmt, die nötig gewesen wäre, um den Solldrehwinkel α_s,b einzunehmen. Diese Winkelgeschwindigkeit ω wird mit dem Frequenzumrichter 37 in eine Sollfrequenz umgewandelt und dem Motor 18 zugeführt. Der Motor 18 wird erstmals in Gang gesetzt und mit dieser Sollfrequenz f_soll angetrieben. Nach jedem Ablauf eines Zeitintervalls Δt werden die Rechenschritte wiederholt und in nachfolgenden Regelschritten wird die jeweils vorangegangene Sollfrequenz (Winkelgeschwindigkeit) durch eine neu gebildete Sollfrequenz (Winkelgeschwindigkeit) ersetzt. Die Anzahl der Rechenschritte kann hierbei durchaus abweichen von der Anzahl der Regelschritte.
Es ist aber auch möglich, die Regeleinrichtung 20 ohne Hinterlegung einer Wertetabelle zu betreiben:
Hierbei wird der Solldrehwinkel α_s,b des Drehtellers 6 direkt in dem Rechenglied 31 unter Anwendung der bekannten Formel α = arc cos((b2 + c2 – a2)/(2 * b * c))berechnet. Ansonsten ist diese zweite Betriebsweise mit der ersten Betriebsweise identisch. Diese beiden Betriebsweisen sind bei beiden Ausführungsformen der Regeleinrichtungen gemäß 4 und 5 anwendbar.

1: Faden
2: Pfeil
3: Spulmaschine
4: Verlegeeinrichtung
5: Kontaktwalze
6: Drehteller
7: Achse
8: Pfeil
9: Spulspindel
10: Spulspindel
21: Recheneinheit
22
23
24: Sensor
25
26
27: Frequenzumrichter
28: Frequenzumrichter
29: Eingabegerät
30: PID-Regler
11: Achse
12: Achse
13: Achse
14: Hülse
15: Spule
16: Motor
17: Motor
18: Motor
19: Getriebe
20: Regeleinrichtung
31: Rechenglied
32: Speicher
33: Wertetabelle
34: PID-Regler
35: PID-Regler
36: Timer
37: Frequenzumrichter
38: Sensor

Claims

Spulmaschine zum Aufwickeln eines kontinuierlich zulaufenden Fadens auf eine Spule (15), mit einem während der Spulreise ohne Unterbrechung über einen Motor angetriebenen Drehteller (6), auf dem zwei antreibbare Spulspindeln (9, 10) drehbar gelagert sind, mit einer Verlegeeinrichtung (4), mit einer am Umfang der sich in Betrieb befindlichen Spulspindel (9 oder 10) bildenden Spule (15) anliegenden Kontaktwalze (5), mit einer Recheneinheit (21) zur Ermittlung des jeweils aktuellen Solldrehwinkels α_s,b des Drehtellers (6) unter Anwendung einer Formel betreffend die geometrischen Beziehungen der Spulmaschine (3) oder durch Vergleich mit einer hinterlegten Wertetabelle und zur Berechnung des jeweiligen aktuellen Spulendurchmessers D_s,b der sich auf der in Betrieb befindlichen Spulspindel (9 oder 10) bildenden Spule (15), und mit einer Regeleinrichtung (20) für die kontinuierliche Drehung des Drehtellers (6) während der Spulreise, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingabegerät (29; 29, 24) zur Eingabe der Fadengeschwindigkeit, der Fadenstärke, des Hülsenaußendurchmessers, der Bewicklungsbreite der Spule, des spezifischen Garngewichts und der Spulendichte vor Beginn einer Spulreise vorgesehen ist, dass ein als Taktgeber für Zeitintervalle Δt zur Ausführung von Rechen- und Regelschritten ausgebildeter Timer (36) vorgesehen ist, dass die Recheneinheit (21) zur Berechnung eines aktuellen Spulengewichts G, eines aktuellen Spulendurchmessers D_s,b, einer jeweils aktuellen Winkeldifferenz Δα zwischen dem jeweils aktuellen Solldrehwinkel α_s,b und dem jeweils aktuellen Istdrehwinkel α_ist des Drehtellers (6) und einer Winkelgeschwindigkeit ω aus der Winkeldifferenz Δα und dem Zeitintervall Δt jeweils in den von dem Taktgeber vorgesehenen Zeitintervallen Δt über die Spulreise ausgebildet ist, und dass die Regeleinrichtung (20) zur Ansteuerung des Motors (18) des Drehtellers (6) mit den den jeweils aktuellen Winkelgeschwindigkeiten ω entsprechenden Signalen als Stellrößen ausgebildet ist.
Spulmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (21) einen PID-Regler (34) zur Generierung der Folge von Stellrößen ω als Signale, die den jeweils aktuellen Winkeldifferenzen Δα dividiert durch die Zeitintervalle Δt entsprechen, aufweist.
Spulmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (21) zur Bereitstellung jeweils aktueller Zeitintervalle Δt des Timers (36) für das Rechenglied (31) und für den PID-Regler (34) ausgebildet ist.
Spulmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktwalze (5) relativ zu der Achse des Drehtellers (6) und damit zu der jeweiligen Spulspindel (9 oder 10) ausweichbar gelagert ist.
Spulmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (18) für den Antrieb des Drehtellers (6) ein Asynchronmotor ist, der über einen Frequenzumrichter (37) ansteuerbar ist, und dass dem Motor (18) ein Sensor (38) zur Ermittlung des jeweils aktuellen Istdrehwinkels α_ist nachgeschaltet ist.
Spulmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (21) zur Generierung einer Folge von Stellrößen entsprechend den Zeitintervallen Δt des Timers (36) mit einem Wiederholtakt von etwa 10 msec ausgebildet ist.
Verfahren zum Aufwickeln eines kontinuierlich zulaufenden Fadens auf eine Spule (15) einer Spulmaschine, bei dem ein Drehteller (6), auf dem zwei antreibbare Spulspindeln (9, 10) drehbar gelagert sind, gegenüber einer Kontaktwalze (5) kontinuierlich mit sich in der Regel ändernden Winkelgeschwindigkeiten unabhängig von einer Bewegung der Kontaktwalze (5) gedreht wird und der Faden mit einer Verlegeeinrichtung (4) über die Kontaktwalze (5) auf die Spule (15) aufgewickelt wird, wobei der Abstand zwischen der Achse der Kontaktwalze (5) und der Achse der in Betrieb befindlichen Spulspindel (9 oder 10) im Sinne einer Vergrößerung entsprechend dem wachsenden Durchmesser der Spule (15) ohne Unterbrechung des Antriebes des Drehtellers (6) verändert wird, und wobei der jeweils aktuelle Durchmesser D_s _, _b der Spule unter Benutzung der Drehzahl n_K der Kontaktwalze (5) oder der Fadengeschwindigkeit berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der Fadenstärke, des Hülsenaußendurchmessers, der Bewicklungsbreite der Spule, des spezifischen Garngewichts und der Spulendichte vor Beginn einer Spulenreise der Recheneinheit (21) zugeführt werden, dass Zeitintervalle Δt eines als Taktgeber für Rechen- und Regelschritte ausgebildeten Timers (36) gebildet und daraus das Spulengewicht G gemäß der Formel G = Titer * vF * Δtund nachfolgend der aktuelle Spulendurchmesser D_s,b gemäß der Formel Ds,b = Wurzel aus (((4 * G)/π * Hub * γ * ρSP)) + d2)berechnet wird, dass entsprechend den Zeitintervallen Δt über die Spulreise der jeweils aktuelle Istdrehwinkel α_ist des Drehtellers (6) ermittelt und unter Anwendung einer Formel betreffend die geometrischen Beziehungen der Spulmaschine oder durch Vergleich mit einer hinterlegten Wertetabelle der jeweils aktuelle Solldrehwinkel α_s,b des Drehtellers, der zu dem jeweils aktuellen Durchmesser D_s,b der Spule gehört, ermittelt wird, entsprechend den Zeitintervallen Δt jeweils eine Winkeldifferenz Δα zwischen dem jeweils aktuellen Solldrehwinkel α_s,b und dem jeweils aktuellen Istdrehwinkel α_ist des Drehtellers gebildet wird, dass aus der Winkeldifferenz Δα dividiert durch das jeweilige Zeitintervall Δt eine Winkelgeschwindigkeit ω gebildet wird, und dass der Motor des Drehtellers (6) mit den den jeweils aktuellen Winkelgeschwindigkeiten ω entsprechenden Signalen als Stellrößen angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Timer (36) bereitgestellten Zeitintervalle Δt sowohl einem Rechenglied (31) als auch einem PID-Regler (34) zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitintervalle Δt des Timers (36) über die Spulreise konstant oder in der Zeitdauer zunehmend gebildet werden.