Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Wickeln mit vorgegebener Fadenspannung
Es ist bekannt, beim Aufspulen von Fäden vor dem Wickel bzw. vor der Changiereinrichtung Fadenbremsen anzuordnen, die den Faden gespannt halten und deren Bremswirkung mit fortschreitender Spulzeit oder zunehmendem Wickeldurchmesser meist im Sinne einer nachlassenden Fadenspannung ver ändert wird.
Es sind weiterhin Spulverfahren bekanntgeworden, bei denen der Faden zwischen der Fadenbremse und der Aufwickelspule auf seine Spannung anhand einer winkligen Fadenführung abgetastet wird. Nimmt bei einer solchen Einrichtung während des Spulens die Fadenspannung zu, so wurde die Bremse von dem Tastorgan auf niedere Bremswirkung gesteuert. Umgekehrt geschah es bei zu geringer Fadenspannung auf der Taststrecke.
Die vorgenannten Vorrichtungen und Verfahren konnten nicht befriedigen. Leider ist eine Fadenbremse nur ein Hemmorgan, welches den Faden zurückzuhalten vermag, welches ihm also Energie entzieht und daher günstigstenfalls bei zu hoher Vorspannung völlig ausser Funktion treten kann. Die Fadenbremse ist aber bei noch weiter ansteigender Vorspannung im Faden niemals in der Lage, denselben derart zu fördern, dass sie ihm Energie zuführt und damit die Vorspannung herabsetzt. Übernormal hohe Vorspannungen des Fadens, die sich, z. B. aus Verklebungen auf der Lieferspule, ergeben können, wusste die gesteuerte Fadenbremse nicht zu beseitigen; die Fäden wurden dann eben mit zu hoher Spannung auf dem Wickel verlegt, was wiederum Nachteile vielfältigster Art bei der Weiterverarbeitung zur Folge hatte.
Fäden sehr feinen Titers konnten - zumal wenn Spulmaschinen der üblichen Bauart mit konstanter Wickeldrehzahl verwendet wurden - niemals mit ausreichend geringer Spannung verlegt werden, weil einfach die vorgeschalteten Geräte, wie Reinigungsscheibe, Flusenmesser und Umlenkrollen bereits eine Vorspannung einbrachten, die über dem für den Wickel geforderten Soll, insbesondere dem der obern Lagen hinausgingen.
Man hat daher versucht, die Drehzahl des Wickels entsprechend der Vorspannung im Faden zu steuern. Abgesehen davon, dass bei diesen Vorrichtungen der massereiche Wickel, dessen Masse bei den heutigen Wickelgrössen im Laufe der Spulzeit erhebliche Unterschiede aufweist, ständigen Drehzahlkorrekturen unterliegt und diese folglich nur sehr schleppend ausgeführt werden können, entbehrt dieses Steuerprinzip dadurch einer grösseren Präzision, weil Spannungsschwankungen von der Lieferspule her unmittelbar an das Tastorgan und über dieses an den Wickel gelangen können.
Die bisherigen Aufspulverfahren und Vorrichtungen zeigen also erhebliche Mängel bei der Bildung von Wickeln: einmal war es bei der Verwendung von Bremsen nicht möglich, alle Fadenspannungsschwankungen vornehmlich bei feinen Fäden mit zunehmendem Wickeldurchmesser aufzufangen und zum andern waren die wickelgesteuerten Spulvorrichtungen in ihrer Arbeitsweise zu schwerfällig und zu wenig präzis.
Das erfindungsgemässe Verfahren sowie die zugehörende Vorrichtung bezwecken, die vorbenannten Nachteile zu beheben, sie lassen sich bei veränderlicher und unveränderter Aufwickelgeschwindigkeit anwenden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäss der Erfindung wird der Faden nach dem Abzug von der Lieferspule über eine angetriebene, mit veränderlicher Drehzahl umlaufende Fadenüberlaufrolle geführt und nach Passieren dieser Überlaufrolle in schleifenförmigem Lauf über ein belastetes Fühlorgan der Changiervorrichtung und der Aufwickelspule zugeleitet. Das genannte belastete Fühlorgan erzeugt einmal die geforderte Fadenspannung vor der Aufwickelspule und kontrolliert ausserdem die vorhandene mit der vorgegebenen Fadenreserve, wobei Abweichungen vom Sollwert einer Regelvorrichtung aufgegeben werden, die Steuerimpulse auf ein Getriebe weiterleitet, welches die Drehzahl der vorbenannten Fadenüberlaufrolle im Sinne der notwendigen Fadenreservebildung steigert oder mindert.
Ehe der Faden dann den Wickel erreicht, wird er über das schwenkbare Changierorgan geführt, welches z. B. bei zunehmendem Durchmesser des Wickels auf die Belastung des Fühlorgans einwirken kann und damit eine veränderliche Fadenspannung im Laufe des Aufspulprozesses erzwingt.
Verändert sich also die Fadenreserve im Bereich der Schleifenführung zwischen Fadenüberlaufrolle und Aufwickelspule, so wird das Fühlorgan die Regelvorrichtung und diese wiederum das Getriebe so beeinflussen, dass die Fadenüberlaufrolle zu einem veränderten Abzug und damit zu einer entsprechenden Mehr- oder Minderanlieferung an laufendem Fadenmaterial in die Schleifenführung veranlasst wird. Da bei diesem Beispiel die Fadenüberlaufrolle so in ihrer Drehzahl gesteuert wird, dass sie immer gerade die geforderte Fadenreserve in der Schleifenführung hält und ausserdem der Faden schlupffrei über die Fadenüberlaufrolle läuft, ist diese in der Lage, alle Vorspannungsspitzen vor der Schleifenführung abzufangen und dabei sowohl bremsend als auch fördernd zu wirken.
Die gesteuerte Fadenüberlaufrolle hebt also jegliche Spannungsschwankungen im Faden auf, so dass der Faden unter dem belasteten Fühlorgan mit der geforderten Spannung auf den Wickeln auflaufen kann. Die sehr kurzwelligen Schwankungen in der Fadenreserve, die sich aus der Changierung vor dem Wickel ergeben, gleicht das Fühlorgan in seinem freien Schwingbereich ohne Einflussnahme auf den Regler durch Hin- und Herpen dem selbsttätig aus.
Durch die gesteuerte Fadenüberlaufrolle dieses Beispiels, die im Falle zu hoher Fadenvorspannung als Abzugsrolle wirkt, im Falle zu niedriger Fadenvorspannung hingegen eine Bremsung des Fadens erzwingt, werden also die Fadenspannungen vor dem Aufwickeln und in Abhängigkeit von dem Wickeldurchmesser oder einer Programmsteuerung voll beherrscht, wobei die kurzwelligen Abzugsschwankungen aus der Fadenchangierung sich bei dieser Steuerung unberücksichtigt ausgleichen können. Die Fadenüberlaufrolle, die über ein stufenlos steuerbares Getriebe angetrieben wird, kann ihren Antrieb zweckmässig von der Wickelspindel oder andern Antriebselementen erhalten. Als steuerlos regelbare Getriebe sind sowohl mechanisch regelnde, z. B. auf der Basis der Reibgetriebe oder elektrisch bzw. magnetisch regelnde geeignet.
Wesentlich ist nur, dass mit diesen Getrieben und der Regelvorrichtung nebst Fühlorgan eine Fadenreserve und eine Fadenspannung vor dem Aufwickeln von vorbestimmter Grösse erzielt werden kann.
Da man aber bestrebt ist, beim Bau von Textilmaschinen weitgehend mechanische Steuerungen zu verwenden und diesen gegenüber den elektrischen Regeleinrichtungen wegen ihrer einfacheren Ausführung und geringeren Störanfälligkeit den Vorzug zu geben und weiterhin der Einsatz von marktgängigen Vorrichtungen und Getrieben gerade bei der Feinheit der geforderten Regelung schwer so abzustimmen und den Betriebsverhältnissen in ausreichendem Masse anzupassen ist, dass eine befriedigende, leicht einstellbare Regelung erreicht wird, wurde für ein bevorzugtes Beispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung ein Steuerkopf entwickelt, der die Regelvorrichtung sowie das Getriebe und die Belastung für das Fühlorgan zusammengefasst enthält und als geschlossenes Maschinenaggregat an die Wickelvorrichtung angebaut werden kann.
Dieser Steuerkopf kann über einen Riementrieb unmittelbar von der Wickelwelle angetrieben werden und vereinigt in sich z. B. ein Reibradgetriebe mit seiner stufenlosen Verstelleinrichtung, einen mechanisch betriebenen Kraftverstärker für die Weitergabe der Impulse des Faden fühiorgans sowie eine Vorrichtung zur Änderung der Belastung auf das Fadenfühlorgan. Dieser Steuerkopf kann in einem Gehäuse untergebracht werden, so dass im weitesten Umfang alle bewegten Teile vor Zugriff und Einwirkung von Staub und Schmutz geschützt sind.
In der beiliegenden Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 die Gesamtanordnung einer Vorrichtung an einer Spulenmaschine,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Fühlorgan, Regelvorrichtung und Getriebe umfassenden Steuerkopf eines andern Beispiels längs der Steuer- und Fadenfühlerwelle,
Fig. 3 einen Schnitt gemäss der Linie A-B der Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt gemäss der Linie C-D der Fig. 2,
Fig. 5 in grösserem Massstab den Klemmeingriff eines Kraftverstärkermitnehmers an einer Rohrmutter.
Nach der Zeichnung wird von der Lieferspule 1 ein Faden 2 über nicht gezeichnete Reinigungsscheiben und Flusenmesser evtl. noch Umlenkorgane zur angetriebenen und in ihrer Drehzahl gesteuerten Überlaufrolle 3 geführt. Der Faden verläuft danach schleifenförmig über ein Fühlorgan 4, welches hier im Drehpunkt 5 schwenkbar gelagert und von einer Feder 6 belastet ist. Vor dem Aufwickeln auf die mit beliebiger Drehzahl angetriebene Aufwickelspule 7 wird der Faden von dem hin und her gehenden Fadenführer 10 auf dem um die Achse 8 schwenkbaren Changierträger 9 übernommen. Dieser schwenkbare Changierträger 9, der seine Lage mit zunehmendem Wickeldurchmesser ändert, ist über ein Kupplungsgestänge 11 mit dem Träger 12 der Belastungsfeder 6 verbunden. Im Verlaufe des Aufspulens kann damit in einfacher Weise die Belastung des Fühlorgans 4 verändert werden.
Das schwenkbare Fühlorgan 4 wird unter der Changierbewegung des Fadenführers 10 gleichmässig hin und her pendeln. Um nun diese vom Fühlorgan aufgenommene kurzwellige Bewegung nicht auf die Regelvorrichtung 13 zu übertragen, sind vor derselben zwei Kontaktpunkte 14 und 15 so angeordnet, dass der Arm des Fühlorgans 4 zwischen diesen Kontaktpunkten frei schwingen kann. Erst wenn über das Mittel der kurzwelligen Pendelbewegung hinausgehende einseitige Änderungen der Fadenreserve in der Schleifenfüh rung eintreten, wird das Fühlorgan gegen einen der Kontaktpunkte 14 oder 15 anstossen und damit den Regelvorgang auslösen.
Als Regelvorrichtung 13 sind bekannte Arten mechanischer, pneumatischer, hydraulischer, elektrischer und magnetischer Vorrichtungen verwendbar, die die Kontaktausschläge des Fühlorgans 4 in Steuerimpulse zur Verstellung des Getriebes 16 umzusetzen vermögen. So kann z. B. ein umsteuerbarer Elektromotor benutzt werden, bei welchem je nach Berührung des Fühlorgans 4 mit dem Kontaktpunkt 14 oder 15 eine Verstellung des Getriebes 16 auf nachlassende oder zunehmende Drehzahl der Faden überlaufrolle 3 erfolgt.
Das Getriebe 16, das auf Steuerimpulse der Regelvorrichtung 13 reagiert, muss stufenlos verstellbar sein. In einfachster Weise kann z. B. ein bekanntes verstellbares Reibradgetriebe verwendet werden.
Der Getriebeantrieb kann von einem getrennten Motor aus erfolgen; er kann aber auch, wie hier gezeichnet, iiber Keilscheiben 17 und 18 von der Welle
19 der Aufwickelspule 7 abgeleitet werden.
Als Fadenüberlaufrolle 3 wird vorteilhafterweise eine solche mit gegeneinander versetzt angeordneten Kugelkalottenreihen verwendet, da diese bei ausreichender Umschlingung eine absolut schlupffreie Führung und damit sichere Steuerung des Fadens 2 ermöglicht.
An Stelle der Vorrichtung mit Fühlhebel können auch andere, die Fadenreserve in der Schleifenführung abtastende und den Faden belastende Organe, die z. B. statt der Federspannung mit elektrischer oder magnetischer Feldwirkung arbeiten, verwendet werden, sofern die Organe nur ausreichend geringe Masse aufweisen, um den Schwingungen aus der Changierung ohne zu hohe, sich auf die Fadenspannung auswirkende Beschleunigungs- oder Verzögerungskräfte folgen zu können. Soll die Fadenspannung im Wickel während der Spulzeit unverändert bleiben, so kann der Träger 12 der Belastungsfeder 6, die selbstverständlich auch als Spiralfeder in entsprechender Anordnung anwendbar ist, festgelegt werden. Es ist aber auch möglich, den Träger 12 in anderer Abhängigkeit als vom Wickeldurchmesser verstellbar anzuordnen. So ist z.
B. angängig, den Träger 12 von der Einstellung des Verstellgetriebes 16, also von der Aufwickelgeschwindigkeit abhängig zu machen oder ihn überhaupt nach einem Programm zu steuern. In jedem Fall kann durch diese Massnahme die Fadenspannung unmittelbar vor und auf dem Wickel beliebig fein und beliebig veränderlich über die Spulzeit eingestellt werden, ohne dass die Regelung der Fadendurchlaufgeschwindigkeit wegen der grossen Weichheit des Belastungsorgans nachteiligen Einfluss auf die Fadenspannung nehmen wird.
In den Fig. 2 bis 5 ist nun ein Steuerkopf dargestellt, der auf mechanischem Wege die Drehzahlregelung der Fadenüberlaufrolle 3 ausführt und in gedrängter Bauweise den gesamten Regelmechanismus angefangen vom Fühlorgan 4 über die Regelvorrichtung 13 zum Getriebe 16 in einem einzigen Einbau aggregat enthält.
Aus dem Steuerkopfgehäuse 20 ragen heraus: die Fadenüberlaufrolle 3, das Fadenfühlorgan 4 und die Riemenscheibe 17 für den Antrieb des Getriebes. Auf der Antriebswelle 21 ist die Treibscheibe 22 des Reibradgetriebes befestigt. Die Abtriebsscheibe 23 sitzt axial verschiebbar, aber drehfest auf der Steuerwelle 24 der Fadenüberlaufrolle 3. Eine Feder 25 drückt die Abtriebsscheibe 23 gegen das Schraubrohr 26, welches einen Anzeigefinger 27 besitzt, der es gleichzeitig an der Verdrehung hindert und seine Einstellage nach aussen in einem Schlitz 28 des Gehäuses 20 erkennen lässt.
Das Schraubrohr 26 steht mit seinem Gewinde 29 in Verbindung mit dem Gewinde 30 der Rohrmutter 31, die drehbar gelagert ist und von den Kraftverstärkermitnehmern 32 und 33 (Fig. 3 und 4) in Links- oder Rechtsdrehbewegung versetzt werden kann, je nachdem das Fühlorgan 4 entsprechend der Reserve in der nicht näher gezeichneten Fadenschleife aus schwingt. Die Kraftverstärkermitnehmer 32 und 33 sind als Winkelhebel ausgebildet und übergreifen mit ihrer Klemmnut 34, 35 den Rand der Rohrmutter 31. Die Kraftverstärkermitnehmer 32 und 33 vollführen eine schwingende Drehbewegung, die über das Hebelgestänge 36, 37 von einem Nocken 38 auf der Antriebswelle 21 abgenommen wird.
Bei der Schwenkbewegung der Kraftverstärkermitnehmer 32, 33 wird je nach der Höheneinstellung derselben zur Rohrmutter 31 eine mehr oder weniger grosse Mitnahme oder überhaupt keine Mitnahme der Rohrmutter erzielt. Erstere erfolgt durch Festklemmen eines der Kraftverstärkermitnehmer 32, 33 am Randende der Rohrmutter 31 (s. Fig. 4), wobei die scharfen Kanten 39 der Mitnehmer in angehobenem oder abgesenktem Zustand - je nach deren Ausbildung - einen festen Sitz an der Rohrmutter ermöglichen. Auf diese Weise wird die Rohrmutter 31 je nach der Höhenlage der Kraft verstärkeanitnehmer 32, 33 in Links- oder Rechtsdrehung versetzt.
Diese Höhenlage der Kraftverstärkermitnehmer 32, 33 wird von Hebestössel 40, 41 über den Schwenkhebel 42 am Ende der Fadenführerwelle 43 gesteuert. Bei Normalstellung des Fadenfühlorgans stehen die beiden Hebestössel 40, 41 und dementsprechend die Kraftverstärkermitnehmer 33, 32 ebenfalls in gleicher Höhenlage. Ein Hin- und Hergehen des Hebelgestänges 36, 37 für die Kraftverstärkermitnehmer 32, 33 führt nicht zu einem Festklemmen der scharfen Kanten 39 am Rande der Rohrmutter 31.
Erst nach Übersteigen einer bestimmten Höhendifferenz zwischen den beiden Kraftverstärkermitnehmern 32, 33 wird der gehobene oder abgesenkte Kraftverstärkermitnehmer eine feste Klemmverbindung mit der Rohrmutter 31 eingehen. Je grösser die Höhendifferenz dann noch wird, umso grösser wird der Mitnahmeweg der Rohrmutter 31 sein und umso schneller die Verstellung der Abtriebsscheibe 23 vorgenommen. Die als Spiel zu bezeichnende Höhendifferenz zwischen den beiden Kraftverstärkermitnehmern, in der keine Mitnahme der Rohrmutter erfolgt, dient zum Ausgleich der Spannungsschwankungen, die von der Changierung des Fadens herrühren und auf diese Weise leicht auszugleichen sind.
Die Belastung des Fadenfühlorgans 4 wird durch eine Torsionsfeder 44 vorgenommen, die mit ihrem einen Ende 45 an der Welle 43 des Fadenfühlorgans 4 befestigt ist, und mit ihrem andern Ende 46 sofern konstante Belastung des Fadens während der Spulzeit eingehalten werden soll - am Gehäuse 20 angeklemmt werden kann (nicht in Figur dargestellt).
Will man nun aber eine Änderung der Belastung auf das Fadenfühlorgan während der Spulzeit errei chen in dem Sinne, dass eine stetige Zu- oder Abnahme der Fadenspannung erfolgen soll, so ist das zweite Ende 46 der Torsionsfeder 44 an einem Zahnrad 47, welches drehbeweglich auf der Welle 43 des Fadenfühlorgans 4 gelagert ist, befestigt, und dieses Zahnrad 47 ist über Zwischenräder 48, 49 mit einem auf der Rohrmutter 31 befestigten Zahnrad 50 gekuppelt. Wird nun im Laufe der Spulzeit die Geschwindigkeit der Fadenüberlaufrolle 3 über das Reibgetriebe mittels der Kraftverstärkerregelung verstellt, so wird auch entsprechend der Verstellung der Rohrmutter 31 das Federzahnrad 47 auf der Fadenfühlerwelle 43 im Sinne zunehmender oder abnehmender Torsionsspannung verdreht.
Auf diesem Wege ist eine stetige änderung der Fadenbelastung auf das Fühlorgan 4 in einfacher Weise gewährleistet.
Das vorbeschriebene Verfahren und die vorbeschriebenen Vorrichtungen, insbesondere der vorbeschriebene Steuerkopf, welche durch die angetriebene und Drehzahl geregelte Fadenüberlaufrolle mit nachfolgender Schleifenführung gekennzeichnet sind, gestatten, den Aufbau des Wickels bei beliebiger Aufwickelgeschwindigkeit auch fadenspannungsmässig vollkommen nach Grösse und Ausgeglichenheit zu beherrschen, gleichgültig, ob es sich um künstliche oder natürliche Fäden handelt und ob grosse oder feine, ja allerfeinste Titer aufgespult werden. Die gesteuerte Fadenüberlaufrolle übernimmt funktionsmässig abwechselnd je nach Erfordernis die Aufgabe von Abzugsorgan und Fadenbremse.