EP1446346B1

EP1446346B1 - Spulvorrichtung

Info

Publication number: EP1446346B1
Application number: EP02792790A
Authority: EP
Inventors: Heinrich Prof. Dr.-Ing. Planck; Christoph RIETHMÜLLER; Helmut Dr.-Ing. WEINSDÖRFR
Original assignee: Deutsche Institute fuer Textil und Faserforschung Denkendorf DITF
Current assignee: Deutsche Institute fuer Textil und Faserforschung Denkendorf DITF
Priority date: 2001-11-23
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2022-11-22
Also published as: EP1446346A1; CN1615262A; US20060169824A1; ATE337256T1; DE10157303A1; DE50207952D1; US20050029386A1; AU2002358529A1; CN100347063C; US7410116B2; WO2003043919A1

Description

Bei der Herstellung von Garn wird der entstandene Faden beim Ringspinnen zunächst als Kops aufgespult. Hierbei handelt es sich um kleine Spulen mit einer relativ geringen Fadenmenge. Die Kopse eigenen sich nicht dazu, den Faden unmittelbar an eine fadenverbrauchende Maschine beispielsweise eine Webmaschine abzugeben. Hierzu muss der Faden zunächst in eine Kreuzwickelspule umgespult werden, von der der Faden über Kopf abgezogen werden kann. Überkopfabzug ist notwendig, da nur er eine hohe Fadenabzugsgeschwindigkeit bei kurzen Start-Stoppzeiten gewährleistet.
Aus der DE 121 963 ist eine Aufspulvorrichtung bekannt, die dazu geeignet ist Kreuzwickelspulen zu erzeugen. Hierzu weist die Vorrichtung einen drehbar gelagerten Hülsenträger auf, auf den die Hülsen aufgesteckt werden, auf denen der Kreuzwickel erzeugt wird. Zum Antreiben der Hülse bzw. des darauf gebildeten Kreuzwickels, ist eine Rolle oder Walze vorgesehen, die achsparallel zu der Drehachse des Hülsenträgers ausgerichtet ist. Sie wird reibschlüssig an der Außenseite des jeweils gebildeten Kreuzwickels zur Anlage gehalten. Um den einlaufenden Faden changieren zu können, ist ein Fadenführungselement vorgesehen, das parallel zu der Drehachse der Hülse verschoben werden kann. Es sitzt auf einem Seil, das um drei Rollen umläuft. Eine der Rollen ist angetrieben, während zwischen den anderen beiden Rollen das Fadenführungselement hin und her bewegt wird. Mittels einer Mikroprozessorsteuerung, die mit einem Sensor die Drehzahl des Hülsenträgers erfasst, wird der Antriebsmotor so gesteuert, dass der gewünschte Kreuzwickel erzeugt wird.
Durch entsprechende Steuerung des Motors und somit des Changierhubs, soll ein hoher Kantenaufbau an den Stirnenden vermieden werden. Außerdem soll die Anordnung Bildwicklungen verhindern. Bei Bildwicklungen würden die Fäden in jeweils der übernächsten Wicklung mit dem gleichen Wickelsinn unmittelbar übereinander liegen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die bekannte Anordnung einen erheblichen Energiebedarf zeigt. Am Ende des Changierhubs muss der Motor abgebremst und mit der umgekehrten Drehrichtung beschleunigt werden, was einen erhöhten Strombedarf verursacht.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Aufspulvorrichtung zu schaffen, die bei zumindest gleicher Flexibilität einen geringeren Energiebedarf für den Umkehrvorgang aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Aufspulvorrichtung gemäß dem Auspruch 1 gelöst.
Bei der Aufspulvorrichtung ist ein um eine Rotationsachse drehbar gelagerter Hülsenträger vorgesehen. Parallel zu der Drehachse des Hülsenträgers bewegt sich ein Fadenführungselement, das mit Hilfe eines Arbeitszylinders angetrieben wird. Dem Arbeitszylinder ist eine Fluidversorgungseinrichtung zugeordnet, die über eine Steuereinrichtung gesteuert wird. Mit Hilfe der Fluidversorgungseinrichtung werden die beiden Zylinderkammern des Arbeitszylinders wahlweise mit unter Druck stehendem Fluid versorgt, so dass der Kolben sich in die entsprechende Richtung bewegt und dabei das Fadenführungselement mitnimmt. Die Geschwindigkeit, mit der sich der Kolben bewegt, hängt im Wesentlichen von der Einströmgeschwindigkeit des Fluids ab.
Das Abbremsen des Kolbens erfolgt praktisch energiefrei durch Schließen der Entlüftungsöffnung derjenigen Zylinderkammer, deren Volumen sich bei dem laufenden Changierhub verkleinert.
Aus der CH 525,8,28A ist eine pneumatisch angetriebene Aufspulvorrichtung bekannt. Bei dieser Anordnung ist ein Pneumatikzylinder vorgesehen, der parallel zu der zu erzeugenden Spule angeordnet ist. In dem Pneumatikzylinder läuft ein Kolben, an dem das Fadenführungselement unmittelbar befestigt ist. Das Fadenführungselement ragt durch einen entsprechend langen Längsschlitz in der Zylinderwand nach Außen vor.
Der Schlitz, durch den das Fadenführungselement vorsteht, bildet eine Leckage-Öffnung, über die die Druckluft nach außen abströmt, die an sich dazu vorgesehen ist, den Kolben zu bewegen.
Das bekannte System zeigt deswegen einen erhöhten Luftverbrauch und eine vergleichsweise große Kolbenmasse.
Mit Hilfe der neuen Anordnung können hohe Changiergeschwindigkeiten erreicht werden. Insbesondere ist es möglich, an den Stirnenden des Kreuzwickels sehr schnell, das heißt auf einem sehr kurzen Weg, die Bewegungsumkehr des Fadenführungselementes zu erreichen.
Darüber hinaus ist die Anordnung sehr flexibel, in dem Sinne, dass sich leicht für den Hin- und den Rücklauf beim Changierhub unterschiedliche Changiergeschwindigkeiten einstellen lassen. Es lassen sich die erforderlichen Bildstörungen in dem Kreuzwickel ebenso erzeugen, wie die axiale Verlagerung (Jitter) des Umkehrpunktes, um den Kantenaufbau zu vermeiden.
Mit Hilfe wenigstens eines Sensors, der zumindest als digitaler Positionssensor arbeitet, erfährt die Steuerung, dass sich das Fadenführungselement an der Position des Sensors befindet. Aus den aufeinander folgenden Positionsmessungen und der in der Steuerung vorliegenden Kenntnis über die dazwischen liegenden Changierhubanteile, ist die Steuerung in der Lage, den Fluidzufluss zu der jeweiligen Zylinderkammer im obigen Sinne zu steuern.
Durch entsprechendes Zu- und Abschalten der Fluidversorgung zu der jeweiligen Zylinderkammer wird der aktuelle Changierhub an der richtigen Stelle beendet und der nächste Changierhub in der entgegengesetzten Richtung gestartet.
Um die Hülse bzw. den jeweils gebildeten Kreuzwickel in Umdrehungen zu versetzen, kommen grundsätzlich zwei Arten von Antriebseinrichtungen in Frage. Bei der einen Antriebseinrichtung ist eine walzenförmige Antriebsrolle vorgesehen, die durch entsprechende Maßnahmen an der Außenumfangsfläche des jeweils gebildeten Kreuzwickels reibschlüssig in der Anlage gehalten wird. Diese Antriebsrolle wird mit einem Motor angetrieben. Der Motor arbeitet zweckmäßigerweise mit konstanter Drehzahl. Es ist allerdings auch eine variable Drehzahl denkbar.
Die andere Möglichkeit zum Antrieb sieht einen Motor vor, der unmittelbar mit dem Hülsenträger drehfest gekoppelt ist. In diesem Falle muss der Motor eine variable Drehzahl aufweisen, wenn eine konstante Umfangsgeschwindigkeit und somit eine konstante Spulgeschwindigkeit erreicht werden soll.
Als Motor kommen frequenzgeregelte Wechselstrommotoren oder Schrittmotoren in Frage, mit denen sich sehr präzise eine gewünschte Drehzahl unmittelbar einstellen lässt, ohne zusätzliche Regelschleifen für die Drehzahlstabilisierung.
Wenn der Antrieb des Hülsenträgers unmittelbar erfolgt, das heißt auch ohne an dem Wickel anliegende Antriebsrolle, ist es ohne weiteres möglich, sowohl zylindrische als auch kegelstumpfförmige Kreuzwickelspulen zu erzeugen. Hierzu genügt es, lagenweise einen mehr oder weniger verkürzten Changierhub auszuführen.
Bei dem kolbenstangenlosen Arbeitszylinder sind hingegen die effektiven Kolbenflächen auf beiden Seiten gleich, womit das Brems- und Beschleunigungsverhalten des Kolbens unabhängig von der Bewegungsrichtung bei gegebenem Fluiddruck gleich ist. Wenn als Fluid Druckluft verwendet wird, kann eine bestimmte Leckage in Kauf genommen werden, wenn hierdurch die Reibung an Dichtungen vermieden werden kann.
Die Fluidversorgungseinrichtung umfasst je Zylinderkammer ein Mehrwegeventil, das einen Anschluss zur Verbindung mit der jeweiligen Zylinderkammer, einen der Entlüftung dienenden Anschluss und einen mit einer Fluiddruckquelle verbindbaren Anschluss aufweist. Das Ventil ist möglichst nahe an die jeweilige Zylinderkammer herangerückt, um Toträume zu vermeiden. Die Vermeidung von Toträumen führt zu einem besseren Steuer- und Regelverhalten und vermindert obendrein erheblich den Luftverbrauch.
Die Mehrwegeventile sind magnetisch gesteuerte Mehrwegeventile, die unmittelbar von der Steuereinrichtung beaufschlagt werden.
Anstelle der Verwendung von lediglich einem Positionssensor ist auch möglich, einen Geschwindigkeitssensor zu setzen, der es zusätzlich gestattet, die Geschwindigkeit zu messen. Aufgrund seiner Position bekommt die Steuerung damit sowohl eine Information über die aktuelle Position des Kolbens, bzw. des Fadenführungselements als auch über dessen Geschwindigkeit.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit zwei oder noch mehr Sensoren für die Position und/oder die Geschwindigkeit zu verwenden. Selbstverständlich sind die Sensoren innerhalb des Hubs angeordnet, den das Fadenführungselement bei dem kleinsten konstruktiv vorgesehenen Hub vollführt.
Im übrigen sind Weiterbildungen Gegenstand von Unteransprüchen. Dabei sollen auch solche Merkmalskombinationen als geschützt angesehen werden, auf die kein ausdrückliches Ausführungsbeispiel gerichtet ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer Aufspulvorrichtung mit direktem Antrieb des Spulenträgers, in einer vereinfachten perspektivischen schematischen Darstellung,
Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel einer Aufspulvorrichtung mit Antrieb über eine Friktionswalze, in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung,
Fig. 3: ein Ausführungsbeispiel einer Aufspulvorrichtung mit einem Arbeitszylinder mit Kolbenstange, in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung, und
Fig. 4: ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Arbeitszylinder mit Seil, in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung.

Die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 1 bis 3 fallen nicht in den schutzumfang der beauspruchten Erfindung.
Fig. 1 zeigt in schematisierter Form die wesentlichen Bestandteile einer neuen Vorrichtung zum Aufspulen einer Kreuzwickelspule 1; Bestandteile, die überlicherweise vorhanden, aber für das Verständnis der Erfindung unwesentlich sind, sind weggelassen. Zu der Vorrichtung gehören ein Hülsenträger 2, der bezüglich einer Rotationsachse 3 drehbar gelagert ist, eine Antriebseinrichtung 4 für den Hülsenträger 2, ein Fadenführungselement 5, ein Arbeitszylinder 6 zum Bewegen des Fadenführungselementes 5, eine Fluidversorgungseinrichtung 7 für den Arbeitszylinder 6 sowie eine Steuereinrichtung 8, die mit Sensoren 9 und 10 zusammenwirkt.
Der Hülsenträger 2 besteht im Wesentlichen aus einer Welle, die zwischen zwei Lagerflanschen 11 und 12 drehbar gelagert ist. Zumindest an einem Ende ist der Hülsenträger 2 von einem der Lagerflansche 11, 12 lösbar, um axial eine zylindrische Spulenhülse 13 aufstecken zu können. Mittels nicht weiter gezeigter Einrichtungen, die sich am/innerhalb des Hülsenträgers 2 befinden, kann die Spulenhülse 13 reibschlüssig auf der Außenumfangsfläche des Hülsenträgers 2 festgelegt werden. Die Hülse 13 dient als Träger für einen darauf aufzubauenden Kreuzwickel 14 der Kreuzwickelspule 1 mit zwei Stirnenden 15.
Beispielsweise an dem in dem Flansch 12 drehbar, aber ansonsten starr verbundenen Ende, sitzt auf dem Hülsenträger 2 drehfest eine Riemenscheibe 16, über die ein Endlosriemen 17 läuft, mittels dem der Hülsenträger 2 antriebsmäßig mit einer Riemenscheibe 18 gekuppelt ist. Die Riemenscheibe 18 sitzt drehfest auf einer Motorwelle 19 des Antriebsmotors 4. Bei dem Antriebsmotor 4 handelt es sich um einen in der Drehzahl steuerbaren Motor, beispielsweise einen Schrittmotor oder einen frequenzgeregelten Wechselstrommotor. Aus Gründen der Lebensdauer handelt es sich vorzugsweise um einen Motor, der bürstenlos ist.
Der Antriebsmotor 4 wird so geregelt, dass der Hülsenträger 2 mit einer Winkelgeschwindigkeit rotiert, die zu einer im Wesentlichen konstanten Umfangsgeschwindigkeit des jeweils gebildeten Kreuzwickels 14 führt. Demgemäß ist die Winkelgeschwindigkeit höher, wenn der Außendurchmesser des Kreuzwickels 14 klein ist, und sinkt mit zunehmendem Durchmesser des Kreuzwickels 14 bis auf einen Minimalwert bei vollem Kreuzwickel 14.
Das Fadenführungselement 5, in diesem Falle als einfache Gabel gezeigt, ist im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse 3 vor dem Kreuzwickel 14 bzw. der Hülse 13 hin und her bewegbar. Zu diesem Zweck dient der Arbeitszylinder 6. Der Arbeitszylinder 6 ist als kolbenstangenloser Arbeitszylinder ausgeführt. Sein Aufbau ist grundsätzlich bekannt, womit eine vereinfachte Erläuterung genügt.
Er weist ein längliches quaderförmiges Gehäuse 21 auf, in dem eine Zylinderbohrung 22 enthalten ist. Innerhalb der Zylinderbohrung 22 bewegt sich ein Kolben 23, der die Zylinderbohrung 22 in zwei Zylinderkammern 24 und 25 aufteilt.
Wie bei kolbenstangenlosen Arbeitszylindern 6 üblich, öffnet sich die Zylinderbohrung 22 zu einer Seite hin in einem außen führenden Schlitz 26, der nach innen zu von einem Dichtband 27 und nach außen von einem Schutzband 28 verschlossen ist.
Der Kolben 23 setzt sich aus einem Mittelstück 29 und zwei endseitigen scheibenförmigen Stirnstücken 31 und 32 zusammen, die kreiszylindrisch sind und einen Durchmesser entsprechend dem Durchmesser der Zylinderbohrung 22 aufweisen. Die Stirnstücke 31, 32 dichten mit geringer Leckage gegen die Wand der Zylinderbohrung 22 bzw. das Dichtungsband 27 im Bereich des Schlitzes 26 ab. Kleinere Leckagen sind unschädlich. Im Interesse eines möglichst geringen Energieverbrauchs sollte der Kolben 23 so leichtgängig wie irgend möglich in der Zylinderbohrung 22 verschieblich sein, weshalb zweckmäßigerweise auf Dichtungen an den Stirnstücken verzichtet wird.
Die Stirnstücke 31, 32 sind so voneinander beabstandet, dass das Dichtband 27 im Bereich des Mittelstücks 29 nach unten von dem Schlitz 26 abgezogen werden kann. In diesem Bereich läuft es durch eine schlitzartige Öffnung in einem Fortsatz 33, der durch den Schlitz 26 nach außen ragt.
Auf dem Fortsatz 33 sitzt auf der Oberseite des Arbeitszylinders 6 gleitend geführt ein Gleiter 34, auf dem das Fadenführungselement 5 befestigt ist. In dem Gleiter 34 befindet sich eine ähnliche Nut, um das Schutzband 28 abzuheben, damit der Fortsatz 33 durch den Spalt zwischen dem abgehobenen Dichtband 27 und dem abgehobenen Schutzband 28 nach außen geführt werden kann. Auf diese Weise sind der Kolben 23 und der Gleiter 32 mechanisch miteinander verbunden.
Anstelle der gezeigten mechanischen Verbindung zwischen dem Fadenführungselement 5 und dem Kolben 23 über den Fortsatz 33 kann auch eine magnetische Kopplung verwendet werden. In diesem Falle benötigt der Zylinder keinen seitlichen Schlitz 26 und die dafür notwendigen Dichtungen.
An jedem Stirnende des Zylindergehäuses 21 ist jeweils ein Mehrwegeventil 35 bzw. 36 aufgeflanscht, das zu der Fluidversorgungseinrichtung 7 gehört. Die beiden Mehrwegeventile 35, 36 sind mit einem schematisch angedeuteten Elektroantrieb 37 bzw. 38 versehen, über den eine zugehörige Ventilspindel 38 in einer Ventilkammer zu bewegen ist. Mit Hilfe des Wegeventils 35 kann die Zylinderkammer 25 wahlweise mit einer Entlüftungsöffnung 41 oder einer Fluidzufuhröffnung 42 verbunden werden. In einer Mittelstellung der Ventilspindel 39 ist die Zylinderkammer 25 hermetisch dicht abgeschlossen, so dass kein Fluid aus der Zylinderkammer 25 entweichen kann.
Der Aufbau von derartigen Mehrwegeventilen mit Spindel ist bekannt und braucht deswegen hier auch nicht näher erläutert zu werden.
Das Wegeventil 36 hat einen entsprechenden Aufbau. Es ist mit einer Auslassöffnung 43 sowie einer Einlassöffnung 44 versehen. Die Einlassöffnungen 42 und 44 sind über Leitungen 45 und 46 mit einer Quelle 47 für unter Druck stehendes Fluid beispielsweise Druckluft verbunden.
Ferner sitzen in dem Zylindergehäuse 21 in entsprechenden von der Unterseite hineinführenden Bohrungen 48 und 49 die beiden Sensoren 9 und 10, die dazu dienen, die Position des Kolbens 23 bzw. den Vorbeilauf der Stirnstücke 31 und/oder 32 zu erfassen.
Die Steuerung der gesamten Vorrichtung übernimmt die elektronische Steuereinrichtung 8, die beispielsweise mikrocontroller-basiert ist.
Sie empfängt Signale von einer Eingabetastatur 51, sowie die Signale der über Leitungen 52 und 53 angeschlossenen Sensoren 9 und 10. Über Leitungen 54 und 55 ist die zentrale Steuereinrichtung 8 mit den Elektroantrieben 37 und 38 der Wegeventile 35 und 36 verbunden, und außerdem ist sie über eine Leitung 56 mit dem Antriebsmotor 4 verbunden, um dessen Drehzahl zu steuern.
Die insoweit beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Nach Wegschwenken des Flansches 12 wird von dem Hülsenträger 2 die zuvor gewickelte volle Kreuzwickelspule 1 abgezogen. Sodann wird auf den Hülsenträger 2 eine neue leere Hülse 13 aufgeschoben und dort mittels nicht weiter gezeigter Sicherungseinrichtungen reibschlüssig befestigt. Nunmehr wird ein von einem nicht weiter gezeigten Fadenvorrat kommender Faden 57 durch das Fadenführungselement 5 hindurchgeführt und in geeigneter Weise an der Hülse 13 befestigt. Der Faden 57 kommt von einer an sich bekannten nicht gezeigten Spinnstelle oder einem Garnkörper.
Nachdem die Vorrichtung insoweit vorbereitet ist, gibt der Benutzer über das Bedientableau 51 den Startbefehl, woraufhin die zentrale Steuerung 8 zwei Dinge gleichzeitig veranlasst: Sie schaltet den Motor 4 mit einer Drehzahl ein, die bei dem kleinsten Wickeldurchmesser die erforderliche Umfangsgeschwindigkeit erzeugt. Außerdem beginnt sie gleichzeitig wechselweise die Wegeventile 35 und 36 anzusteuern, damit der Kolben 23 eine oszillierende Bewegung vor der Seite der Hülse 14 vollführt. Die Steuerung durch die Steuereinrichtung 8 erfolgt in der Weise, dass die Geschwindigkeit des Kolbens 23 und damit des Fadenführungselementes 5 zwischen den beiden Stirnenden 15 des Kreuzwickels 14 im Wesentlichen konstant ist.
Das Verhältnis zwischen der Umfangsgeschwindigkeit des Kreuzwickels 14 und der Lineargeschwindigkeit des Fadenführungselementes 5 definiert den Steigungswinkel, den die Fadenwindung auf der Außenumfangsfläche des Kreuzwickels 14 bildet.
Wenn angenommen wird, dass der Faden 57 von der linken Stirnseite 15 zur rechten Stirnseite 15 laufend abgelegt werden soll, bringt die Steuerung 8 das Wegeventil 36 in eine Position, in der die rechte Zylinderkammer 24 strömungsmäßig mit der Entlüftungsöffnung 43 verbunden ist. Gleichzeitig hält die Steuerungseinrichtung 8 das Wegeventil 35 in einer Position, in der eine Strömungsverbindung zwischen der Zylinderkammer 25 und der Fluidquelle 47 besteht. Dadurch kann das Fluid bzw. die Druckluft unter Druck in die Zylinderkammer 25 einströmen und den Kolben 23 nach rechts verschieben.
Kurz bevor der Fadenführer 5 eine Position erreicht, bei der der Faden 57 bei dem rechten Stirnende 15 ankommt, schaltet die Steuereinrichtung 8 das Wegeventil 35 in eine Position, in der die Zylinderkammer 25 strömungsmäßig mit der Entlüftungsöffnung 41 in Verbindung steht. Dadurch wird die Antriebskraft für den Kolben 23 umgehend abgeschaltet. Die noch vorhandene kinetische Bewegungsenergie und der Restdruck in der Zylinderkammer 25 würden dazu führen, dass sich der Kolben 23 noch ein beträchtliches Stück, bezogen auf die Figur nach rechts weiterbewegen würde.
Um den Bremsweg so kurz wie möglich zu gestalten, sorgt die Steuereinrichtung 8 gleichzeitig dafür, dass das Wegeventil 36 aus der Entlüftungsstellung in die Absperrstellung gelangt, in der die Zylinderkammer 22 weder mit der Entlüftungsöffnung 43 noch mit der Entlüftungsöffnung 44 strömungsmäßig verbunden ist. Da diese Situation eintritt, kurz bevor das rechte Stirnstück 32 das rechte Ende der Zylinderkammer 24 erreicht und die Wegeventile angeflanscht sind, ist das darin gefangene Gaspolster sehr klein. Bereits eine kurze Bewegung des Kolbens 23 wird zu einem erheblichen Druckanstieg führen, die in Verbindung mit der entlüfteten Zylinderkammer 25 den Kolben 23 relativ abrupt abbremst. Die in der rechten Zylinderkammer 24 komprimierte Luft wird nach dem Stillstand des Kolbens 23 beginnen, den Kolben 23 in der entgegengesetzten Richtung in Bewegung zu setzen. Sobald der Druck in der Zylinderkammer 24 unter den Druck der Fluidquelle 47 gefallen ist, steuert die Steuereinrichtung 8 das Wegeventil 36 in die Belüftungsstellung. In dieser Stellung ist die Fluidquelle 47 über die Leitung 45 und die Einlassöffnung 44 mit der rechten Zylinderkammer 24 verbunden. Der Kolben 23 wird sich nunmehr von rechts nach links bewegen und entsprechend den Faden 57 in einer Schraubenlinie ablegen, die von dem rechten Stirnende 15 zu dem linken Stirnende 15 verläuft.
Diese Ventilstellung bleibt beibehalten, bis der Kolben 25 das Fadenführungselement 5 in die unmittelbare Nähe der linken Stirnseite 15 bewegt hat. Die Steuereinrichtung 8 wird das Wegeventil 36 aus der Belüftungsstellung in die Entlüftungsstellung überführen, gleichzeitig das Wegeventil 35 in die Absperrstellung. Damit wiederholt sich am linken Ende für die Zylinderkammer 25 der Vorgang wie er oben in Verbindung mit der Zylinderkammer 24 beschrieben ist, wenn der Kolben 23 das rechte Ende erreicht.
Wie sich aus der Darstellung ergibt, benötigt die neue Vorrichtung zum Abbremsen der kinetischen Energie des Kolbens 23, der zum Antrieb des Fadenführungselements 5 erforderlich ist, keine zusätzliche Energie. Das Abbremsen geschieht einfach durch Komprimieren der Luft in der betreffenden Zylinderkammer. Dabei kann die komprimierte Luft gleichzeitig auch als Energiespeicher verwendet werden, um den Kolben in der entgegengesetzten Richtung zu beschleunigen. Jedenfalls kann die beim Bremsen für die Gaskomprimierung aufgewandte Bremsenergie beim Beschleunigen zurückgewonnen werden.
Das möglichst energiearme Bremsen der kinetischen Energie ist beim Erzeugen von Kreuzwickelspulen erheblich, da je Lage der Kreuzwickelspule ein Brems- und ein Beschleunigungsvorgang auftritt und eine Kreuzwickelspule mehrere zehntausend Lagen aufweist.
Durch Regulieren der Druckquelle 47 oder der Einströmgeschwindigkeit des Fluids in die Zylinderkammern 24 und 25 beispielsweise durch zusätzliche nicht gezeigte Stromventile oder proportionales Einstellen der Wegeventile auf der Einlassseite kann die Geschwindigkeit eingestellt werden, mit der sich der Kolben 23 im konstanten Geschwindigkeitsbereich bewegt. Hierdurch ist es möglich, in weiten Grenzen den Winkel zu bestimmen, den die Windungen auf dem Kreuzwickel 15 aufweisen. Es ist ohne weiteres möglich, unterschiedliche Winkel zu produzieren, beispielsweise, indem der Winkel bei der Ablage des Fadens 57 kleiner ist, wenn der Faden von dem linken Stirnende 15 zu dem rechten Stirnende 15 aufgespult wird, verglichen mit der entgegengesetzten Spulrichtung.
Anstelle einer Regelung an der Einlassseite kann auch eine Regelung an der Auslassseite durch die Wegeventile oder zusätzliche Proportionalventile verwendet werden.
Durch geringfügige Variationen des Hubs, den das Fadenführungselement 5 vollführt, können sogenannte Bildstörungen und auch eine Streuung der Umkehrpunkte (Kantenverlegung) an den beiden Stirnenden 15 verursacht werden.
Die Bildstörungen verhindern, dass in jeweils übernächsten Windungen der Faden exakt deckungsgleich zu der übernächsten darunter liegenden Windung abgelegt wird. Ein derartiges deckungsgleiches Aufspulen würde die Menge aufzubringenden Fadens bei gleichem Wickeldurchmesser vermindern. Der Jitter im Bereich der Stirnenden 58 und 59 verhindert, dass die Umkehrstellen deckungsgleich übereinander liegen, was zu einem hohen Kantenaufbau führen würde.
Durch Verstellen der Drehzahl des Motors 4 kann ebenfalls der Steigungswinkel beeinflusst werden.
Das "Annähern" des Fadenführungselements 5 an die betreffende Stirnseite 15 wird mit Hilfe der beiden Sensoren 9 und 10 erfasst, die den Vorbeilauf des benachbarten Stirnstücks 31 oder 32 messen. Dabei ist der Abstand zwischen den beiden Sensoren 9 und 10 zweckmäßigerweise so gewählt, dass er kleiner ist als der kleinste von dem Fadenführungselement 5 betriebsmäßig zurückgelegte Weg parallel zu der Rotationsachse 3.
Aufgrund der geometrischen Verhältnisse zwischen den Sensoren 9 und 10 sowie den beiden Stirnstücken 31 und 32 kann die Steuereinrichtung 8 die Geschwindigkeit messen, mit der sich der Kolben 23 seit dem letzten Vorbeilauf beispielsweise an dem Sensor 9 bis zum ersten Passieren des Sensors 10 durch das Stirnstück 32 von links nach rechts bewegt. Aus dieser Bewegungsgeschwindigkeit in Verbindung mit der Lage des Sensors 10 kann die Steuerung 8 abschätzen, wie lange es noch dauert, bis der Kolben 23 den Faden 57 bis zu dem rechten Stirnende 15 transportiert hat und die oben beschriebene Umsteuerung der Ventile 35 und 36 erfolgen muss. Für die entgegengesetzte Richtung gilt sinngemäß Dasselbe.
Im Übrigen kennt die Steuerung 8 aufgrund der Laufzeit der Anordnung in Verbindung mit der beispielsweise über die Tastatur 51 eingegebenen Fadenstärke und den über die Tastatur eingegebenen Steigungswinkeln den mittlerweile entstandenen Durchmesser des Kreuzwickels 14 seit Spulbeginn und kann entsprechend ohne Sensoren für den Wickeldurchmesser entweder den Antriebsmotor 4 nachstellen und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 23 beeinflussen.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform, die sich von der Ausführungsform nach Figur 1 durch die Art und Weise unterscheidet, wie die Hülse 13 in Umdrehungen versetzt wird. Während bei der Ausführungsform nach Figur 1 der Hülsenträger 2 unmittelbar von dem Motor 4 angetrieben wird, ist nach dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 eine Friktionsrolle 65 vorgesehen, die achsparallel zu der Rotationsachse 3 drehbar gelagert ist. Die Elemente zum Lagern der Friktionsrolle 35 sind im Einzelnen nicht gezeigt und aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.
Die Friktionsrolle 65 wird von dem Motor 4 unmittelbar angetrieben. Mit Hilfe der nicht gezeigten Lagereinrichtung wird dafür gesorgt, dass die Friktionsrolle 65, deren Länge der größten axialen Länge des Kreuzwickels 14 entspricht, an dessen jeweils gebildeter Außenumfangsfläche reibschlüssig zur Anlage gehalten wird. Auf diese Weise wird zwangsläufig eine konstante Umfangsgeschwindigkeit erzeugt, wenn der Motor 4 die Friktionsrolle 65 mit konstanter Drehzahl antreibt.
Figur 3 zeigt schließlich eine Ausführungsform der Erfindung, bei der anstelle des in den Figuren 1 und 2 gezeigten kolbenstangenlosen Arbeitszylinders 6 ein Arbeitszylinder 6 mit einer Kolbenstange 66 verwendet wird. Ansonsten ist die Funktionsweise wie oben eingangs anhand von Figur 1 erläutert, wobei lediglich den unterschiedlichen Wirkdurchmessern des Kolbens Rechnung getragen werden muss.
In Figur 4 ist wiederum ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, bei der der Arbeitszylinder 6 ohne Kolbenstange auskommt. Die Verbindung zwischen dem Kolben 23 und dem Gleiter 34 geschieht durch ein biegeschlaffes Glied in Gestalt eines Seiles 68. Der Gleiter 34 läuft frei verschieblich auf der glatten Oberseite des Arbeitszylinders 6.
Das Seil 68 ist an der dem Betrachter zugekehrten Stirnseite des Gleiters 34 befestigt und läuft von dort in Richtung auf die linke Stirnseite des Arbeitszylinders 6. An der Außenseite des Arbeitszylinders 6 ist auf der Stirnseite durch einen Lagerbocke 69 eine Umlenkrolle 71 drehbar gelagert. Um diese Umlenkrolle 71 läuft das Seil 68 herum. Unterhalb der Umlenkrolle 71 führt das Seil durch eine Bohrung 72 in die Zylinderkammer 25, innerhalb der es mit dem Stirnstück 31 verbunden ist. Das Seil 68 erstreckt sich innerhalb der Zylinderkammer 25 zu dieser koaxial und verläuft oben parallel zu der planen Oberseite des Arbeitszylinders 6.
Ein weiterer Abschnitt des Seils 68 führt von der vom Betrachter abgewandten Stirnseite des Gleiters 34 in Richtung auf das rechte stirnseitige Ende des Arbeitszylinders 6. Hier ist mit Hilfe eines weiteren Lagerbocks 73 ebenfalls lose drehbar eine Umlenkrolle 74 gelagert. Um die Umlenkrolle 74 führt der betreffende Abschnitt des Seils 68 herum und an der Unterseite der Umlenkrolle 74 durch eine nicht erkennbare Bohrung in die Zylinderkammer 24. Innerhalb der Zylinderkammer 24 ist der betreffende Abschnitt des Seils 68 mit dem Stirnstück 32 des Kolbens 28 verbunden.
Durch nicht weiter gezeigte Federglieder wird das Seil 68 straff gehalten.
Bei einer Bewegung des Kolbens 23 nach links, bewegt sich der Gleiter 34 mit dem Fadenführer 5 auf der Oberseite des Arbeitszylinders 6 in die rechte Endlage, und umgekehrt. Die Bewegung des Gleiters 34 ist mit der Bewegung des Kolbens 23 zwangsgekoppelt jedoch gegenphasig.
Die gezeigte Anordnung arbeitet dynamisch in dem Sinne als der Kolben 23 während des Spulvorgangs ansich ständig in Bewegung ist. Es besteht deswegen auch keine zwingende Notwendigkeit, die Zylinderkammern 24 und 25 hermetrisch dicht gegen die Außenatmosphäre abzudichten. Dementsprechend genügt es, wenn das Seil 68, das beispielsweise aus einem Monofilament besteht ohne besondere Abdichtung durch die Bohrung 72 hindurchführt, bzw. die korrespondierende Bohrung am anderen stirnseitigen Endes des Arbeitszylinders 6. Eine leckagefreie Abdichtung ist nicht erforderlich. Es genügt, wenn das Seil 68 zusammen mit der Bohrung eine Drosselung mit hinreichender Drosselwirkung erzeugt.
Im Interesse eines möglichst geringen Energieverbrauches der Anordnung ist es hingegen wichtig, die Reibung des Gesamtsystems so klein wie möglich zu halten und außerdem würde die Gefahr bestehen, dass eine Dichtung wegen der enormen Zahl von Bewegungen alsbald durch das Seil 68 ohnehin geschädigt wäre.
Der Vorteil der Anordnung nach Figur 5 ist derselbe wie bei der Anordnung nach den Figuren 1 und 2. Die Masse der bewegten Teile wird sehr klein gehalten, womit der Energieaufwand zum Abbremsen und Beschleunigen reduziert wird. Ein weiterer Vorteil der Anordnung nach Figur 4 besteht in der Vermeidung komplizierter Dichtbänder am Arbeitszylinder 6. Die konstruktive Gestaltung ist deutlich einfacher.
Maßnahmen, wie das Seil 68 gespannt gehalten werden kann, sind dem Fachmann hinreichend bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden.
Anstelle eines Seils zur Kopplung des Gleiters 34 mit dem Kolben 23 kann auch ein dünnes Band, beispielsweise ein Stahlband verwendet werden, wie es ausschnittsweise gestrichelt bei 75 veranschaulicht ist. Der Vorteil des Bandes gegenüber dem Seil besteht in der geringeren Dicke bei gleicher Fläche, so dass die Biegekräfte bei der Umlenkung über die Rollen 71 und 74 klein gehalten werden. Es erhöht sich unter Umständen die Lebensdauer deutlich.
Eine Vorrichtung zum Aufspulen einer Kreuzwickelspule weist einen drehbar gelagerten-Hülsenträger auf, der zur Aufnahme einer Hülse vorgesehen ist. Das Fadenführungselement, das dem Changieren dient, bewegt sich in Richtung parallel zu der Rotationsachse der Hülse und wird mit Hilfe eines Arbeitszylinders in die oszillierende Hin- und Herbewegung gebracht. Der Arbeitszylinder hat den Vorteil, dass zum Bremsen der kinetischen Energie am Umkehrpunkt des Fadenführungselements keine zusätzliche Fremdenergie aufgebracht werden muss. Es genügt, wenn die betreffende Zylinderkammer abgesperrt wird. Außerdem kann das dabei komprimierte Gas zum Beschleunigen des Kolbens in der entgegensetzen Richtung verwendet werden. Die gespeicherte Bremsenergie kann gleichzeitig auch als Beschleunigungsenergie herangezogen werden. Da beim Erzeugen einer Kreuzwickelspule viele tausend derartige Richtungswechsel auftreten, ist die Energieersparnis wesentlich.

Claims

Vorrichtung zum Aufspulen von Kreuzwickelspulen (1), deren Kreuzwickel (14) zwei Stirnenden (15) aufweisen,
mit einem um eine Rotationsachse (3) drehbar gelagerten Hülsenträger (2), auf den eine Hülse (13) für eine Kreuzwickelspule (1) abnehmbar aufsteckbar ist,
mit einer Antriebseinrichtung (4), die dazu eingerichtet ist, die Hülse (13) in Umdrehungen zu versetzen, um einen Faden (57) auf die Hülse (13) auf zu spulen,
mit einem Fadenführungselement (5), das im Wesentlichen in Längsrichtung des Kreuzwickels (14) hin und her bewegbar geführt ist, um den Faden (57) während des Aufspulens im Sinne des Erzeugens eines Kreuzwickels (14) zu changieren,
mit einem kolbenstangenlosen Arbeitszylinder (6), dessen Zylinderraum (22) durch einen Kolben (23) in eine erste und eine zweite Zylinderkammer (24,25) aufgeteilt ist, wobei der Kolben (23) mit dem Fadenführungselement (5) gekoppelt ist, um das Fadenführungselement (5) im Sinne des Changierens hin und her zu bewegen,
mit einer gesteuerten Fluidversorgungseinrichtung (7), die mit den Zylinderkammern (24,25) verbunden ist, um wenigstens eine der Zylinderkammern (24,25) abwechselnd mit unter Druck stehendem Fluid zu speisen oder zu entlüften, derart, dass der Kolben (23) die erforderliche Längsbewegung ausführt, und
mit einer Steuereinrichtung (8) zum Steuern der Fluidversorgungseinrichtung (7), derart, dass diese den Kolben (23) in die erforderliche auf die Rotation der Hülse (13) bzw. des Kreuzwickels (14) abgestimmte Bewegung bringt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Fadenführungselement (5) mit dem Kolben (23) über ein Seil(68) oder ein Band(75) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (13) von einer zylindrischen oder konischen Hülse gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (4) eine drehbar gelagerte Antriebsrolle (65) aufweist, die an dem Außenumfang der jeweils gebildeten Kreuzwickelspule (1) reibschlüssig in Anlage gehalten ist und die über einen Motor (4) angetrieben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (4) mit konstanter Drehzahl läuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (4) einen in der Drehzahl verstellbaren Elektromotor (4) umfasst, der getrieblich unmittelbar mit dem Hülsenträger (13) gekuppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (4) über die Steuereinrichtung (8) derart gesteuert ist, dass die Umfangsgeschwindigkeit des jeweils gebildeten Kreuzwickels (14) von dem Wickeldurchmesser im Wesentlichen unabhängig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (4) ein frequenzgeregelter Wechselstrommotor oder ein Schrittmotor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Fluiderversorgungseinrichtung (7) je Zylinderkammer (24,25) wenigstens ein Mehrwegeventil (36,37) gehört, das einen mit der Zylinderkammer (24,25) verbundenen Anschluss, einen mit einer Fluiddruckquelle verbundenen Anschluss (43,44) und einen Entlüftungsanschluss (41,42) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil (35,36) ein elektrisch gesteuertes Mehrwegeventil ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (9,10) vorgesehen ist, der dazu eingerichtet ist, zumindest eine Position des Fadenführungselements (5) zumindest mittelbar zu erfassen und der an die Steuereinrichtung (8) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (9,10) ein Geschwindigkeitssensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Sensoren (9,10) vorgesehen sind, die sich innerhalb einer Strecke befinden, deren Enden durch die Stirnenden (15) des gebildeten Kreuzwickels (14) definiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (9,10) mit dem Kolben (23) des Arbeitszylinders (6) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor vorgesehen ist, um den Durchmesser des Kreuzwickels (14) an wenigstens einer Stelle zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) den Arbeitszylinder (6) derart steuert, dass Bildwicklungen und/oder ein hoher Kantenaufbau an den Stirnenden (15) der Kreuzspule (1) vermieden werden.