Vorrichtung zum Aufspulen von Fäden
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufspulen von Fäden, insbesondere frischgesponnenen Synthesefäden, mit achsangetriebener Spulwelle und einer Einrichtung zum Konstanthalten der Fadenspannung durch Drehzahlregelung des Antriebes der Spulwelle.
Beim Aufwickeln von frischgesponnenen Fäden mit bekannten Vorrichtungen ist der Nachteil zu verzeichnen, dass mit Zunahme des Wickeldurchmessers bei konstanter Antriebsgeschwindigkeit der Spulwelle die Umfangsgeschwindigkeit der Spule wächst und damit die Fadenspannung ansteigt.
Die Veränderung der Fadenspannung bewirkt, dass das aufzuspulende Garn ungleichmässig beansprucht wird, wodurch die Dehnung des Garnes zum Teil verlorengeht.
Des weiteren treten Titerschwankungen im Material auf.
Es ist deshalb auch schon bekannt, durch Regeleinrichtungen bei konstanter Liefergeschwindigkeit die Spindeldrehzahl so zu verändern, dass eine bestimmte Fadenspannung für das aufzuwickelnde Material stets vorhanden ist.
In der Regel bedient man sich dazu Einrichtungen, welche entweder den zunehmenden Wickeldurchmesser oder aber die Spannung des laufenden Fadens abtasten und die Auslenkung des Tastorgans als Verstellimpuls benutzen.
So sind u.a. bereits mechanische Steuereinrichtungen für Kreuzspulmaschinen mit stufenlos veränderbarem Reibscheibengetriebe bekannt, bei welchen durch die Auslenkung eines den Wickeldurchmesser abtastenden Organs die Antriebsscheibe bzw. die von ihr getriebene Scheibe axial bzw. in der Scheibenebene verschoben wird, um eine gleichbleibende Fadengeschwindigkeit zu erzielen bzw. eine Änderung der Fadenspannung zu verhüten.
Weiterhin kennt man auch bereits im Antrieb von Spulmaschinen stufenlos veränderbare I Konoidengetnebe mit einem zwischen den konischen Walzen geklemmt umlaufenden endlosen Reibriemen, bei welchem der Riemen mit wachsendem Wickeldurchmesser zur Steuerung der Fadengeschwindigkeit quer zu seiner Laufrichtung verschoben wird und dabei auf der treibenden Walze stetig in Bezirke anderer Umlaufgeschwindigkeiten gelangt. Da der Reibriemen frei schwingend und ausser der Walzenklemmstelle ungestützt um die innerhalb seines Umfanges gelegene Walze umläuft, ist er quer zu seiner Laufebene üblicherweise biegesteif ausgebildet und benötigt zu seiner Verschiebung sowohl relativ grosse Verstellkräfte wie auch lange Verstellzeiten.
Die den Wickeldurchmesser abtastenden Steuereinrichtungen haben den Mangel von Unsicherlleitsfaktoren bezüglich des Schlupfes sowie der Einstellgenauigkeit und sind im wesentlichen für einen zylindrischen Wickelaufbau bestimmt. Des weiteren sind die bekannten Getriebe als Verstellgetriebe mit hohem Verstellkraftbedarf für eine unmittelbare Verstellbetätigung durch einen Fadenfühler selbst in einem Regelkreis nicht geeignet, weil die an sich schwachen Fadenfühlerimpulse hier offenbar keine Verstellwirkung zeitigen können.
Eine weitere Gruppe von bekannten Regeleinrichtungen tastet den laufenden Faden ab und verwendet ihn als Impulsgeber.
Diese Regeleinrichtungen können dabei als mechanische, elektrische oder pneumatische Regeleinrichtungen in Abhängigkeit von dem Fadenzug ausgeführt werden.
So ist eine Mess- und Regeleinrichtung für die Spannung von Fäden, Schnüren, Seilen, Textilmaterial u.ä. bekannt geworden, die einen pneumatisch arbeitenden Fühlerhebel aufweist, womit über eine Gebläsekammer und einem Verstärker, aufgrund des Ergebnisses der vergleichenden Druckmessung, mittels eines Organs die Rotationsgeschwindigkeit der Spule reguliert wird.
Pneumatisch arbeitende Regeleinrichtungen sind ebenfalls bei Warenbahnen bekannt, wo bei Textilgeweben, Papier, Kunststoff od.ä. die Kante abgetastet wird und mittels elektrischer, magnetischer, pneumatischer oder hydraulischer Steuerung die Liefergeschwindigkeit ver änderlich ist.
Die hier auftretenden Impulse sind jedoch im allgemeinen sehr schwach und werden deshalb dem eigentlichen Stellglied über mechanische, hydraulische oder elek trische bzw. fotoelektrische Zwischenglieder verstärkt zugeleitet.
Die Nachteile der elektrischen Regeleinrichtungen bestehen darin, dass ein hoher ökonomischer Aufwand durch die elektrischen Verstärker benötigt und eine Überlastbarkeit nur in bestimmten Grenzen ermöglicht wird.
Eine hohe Spulendrehzahl erfordert dabei entweder einen speziellen Elektromotor oder die Zwischenschaltung eines Getriebes, wie Stirnradgetriebe od.ä. Ausserdem ist der Platzbedarf und die Verschleissanfälligkeit grösser.
Grundsätzlich kann gesagt werden, dass bei Aufspulvorrichtungen für frischgesponnene Synthesefäden eine Regelung über die Fadenspannung oder den Wickeldurchmesser zuviel Unsicherheitsfaktoren in sich birgt und nicht ausreichend für eine konstante Fadenspannung und entsprechende Aufspulgeschwindigkeit ist.
Um eine hohe Spindeldrehzahl zu erreichen und damit die Abzugsgeschwindigkeit zu steigern, hat man als Antriebsmittel für Spindeln und Flügel von Spinn-, Zwirnund ähnlichen Textilmaschinen bereits versucht, mittels Druckluftturbinen oder Flüssigkeitsgetrieben, wie beispielsweise hintereinandergeschalteter Drehkolbenmaschinen, einen zuverlässig arbeitenden Antrieb zu ermöglichen.
Da insbesondere die für den Antrieb verwendeten Druckluftturbinen den Anforderungen nicht gewachsen waren, so suchte man sie durch den Anbau eines mechanischen Ausgleichgetriebes, z.B. Ausstattung mit Geschwindigkeitsreglern, geeigneter zu machen.
Keiner dieser Vorschläge liess sich jedoch in wirtschaftlicher Weise praktisch ausführen.
Der Nachteil der Drebkolbenmaschinen besteht darin, dass diese nicht mit der grossen Drehzahl umlaufen können, die man für die anzutreibenden Maschinenteile anstreben muss. Eine Zwischenschaltung eines Reibschei ben- oder anderen Getriebes bringt ebenfalls Verteuerung und neue Unsicherheitsfaktoren mit sich, so dass sich in der Praxis weder die Druckluftturbinen noch die Flüssigkeitsgetriebe zum Spindelantrieb entscheidend durchgesetzt haben.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Fadenaufwickelvorrichtung, insbesondere für frischersponnene Synthesefäden, mit grossem Regelbereich für die Aufspulgeschwindigkeit, wenig kostenaufwendigen Bauteilen mit geringer Verschleissanfälligkeit und entsprechender Sicherheit für das Bedienungspersonal.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktionselemente der Fadenaufwickelvorrichtungen so zu gestalten dass mit geringstem technischen Aufwand eine hohe Konstanz der Aufspulgeschwindigkeit bei achsangetriebenen Wickelkörpern erreicht werden kann.
Um diese Aufgabe zu lösen, ist die erfindungsgemässe Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Spulwelle gleichzeitig sowohl in Abhängigkeit von der Fadenspannung regelbar als auch in Abhängigkeit von der Zunahme des Spulendurchmessers steuerbar ist, wobei zumindest die von der Fadenspannung funktionsabhängige Regeleinrichtung eine pneumatische ist.
Die Vorrichtung kann einen Fadenspannungsfühler in Form eines Hebels enthalten, der eine Prallplatte trägt, die zur Druckeinstellung eines Regelluftstromes mit einer Ausgangsdüse einer Leitung des Regelluftstromes zusammenwirken kann. Ein die Drehzahl der Spulwelle regelndes Glied kann dabei mittels eines I Kolbens ein- stellbar sein, auf den der Regelluftstrom einwirkt.
Ein solcher Kolben kann mittels einer manschettenartigen Membrane mit einem zugehörigen Zylinder beweglich verbunden sein. Ferner kann bei dieser Ausführung der Regelluftstrom mittels einer Drossel vordosierbar sein, und an der der Beaufschlagungsseite des Kolbens abgewendeten Seite des Zylinders kann ein Nebenluftstrom anliegen, der mittels einer zweiten Drossel vordosierbar sein kann, wobei sich zwischen der zweiten Drossel und dem Zylinder in der Leitung des Nebenluftstromes eine Ausgangsdüse befinden kann, der eine Prallplatte zugeordnet sein kann.
Ein die Drehzahl der Spulwelle in Abhängigkeit von der Fadenspannung regulierendes Glied kann aus einer Drossel bestehen, die mittels eines Kolbens einstellbar ist und den Antriebsluftstrom einer Turbine dosiert. Dabei kann zur Steuerung der Drehzahl der Spulwelle in Abhängigkeit von der Zunahme des Spulendurchmessers eine weitere Drossel vorgesehen sein, mittels der der Abluftstrom des Arbeitsluftstromes dosiert werden kann.
Ein entsprechend der Zunahme des Spulendurchmessers beweglicher Träger kann ein Steuermittel für diese Drossel bilden.
An einer I Kolbenstange kann ebenfalls ein elektrisches Stellglied, beispielsweise ein einstellbarer Widerstand oder Steuertransformator, ein mechanisches Stellglied oder ein hydraulisches Stellglied angeordnet werden.
Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Aufwickelvorrichtung mit einem zweiseitig druckluftbeaufschlagten I Kolben und einem pneumatischen Steuerglied,
Fig. 2 einen Zylinder mit einem einseitig druckluftbeaufschlagten Kolben und einer Gegenfeder,
Fig. 3 schematisch eine Aufwickelvorrichtung mit einem zweiseitig druckluftbeaufschlagten I Kolben und einem elektrischen Steuerglied.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 ist in einem Maschinenteil 1 ein Träger 2 gelagert. Im Träger 2 ist in zwei Lagerstellen eine Spulwelle 3 angeordnet, auf der eine Hülse 4 mit einem Wickelkörper 5 sitzt. Der Wickelkörper 5 stützt sich gegen eine ortsfest gelagerte Walze 6 ab. Dadurch bleibt der Aufwickelpunkt des Fadens 8 auf den Wickelkörper 5 nahezu an der gleichen Stelle im Raum und ein Fadenführer 7 kann ortsfest angebracht werden, so dass er nur eine Changierbewegung in der Achse x - x ausführt. Der aufzuwickelnde Faden 8 kommt von einem Lieferwerk, das den Faden mit konstanter Geschwindigkeit abliefert, über Fadenleitorgane 9 zum Fadenführer 7.
Zwischen den Fadenleitorganen 9 befindet sich ein löffelartiger Hebel 26, der auf den Faden 8 eine zum Fadenlauf senkrechte I Kraft ausübt und den Faden 8 auslenkt. Das Mass der Auslenkung ist die Regelgrösse für eine pneumatische Regeleinrichtung.
Auf der Welle 3 ist ein Turbinenrad 11 befestigt. Ein Gehäuse 10 der Luftturbine ist mit dem Rahmen 2 verbunden. Die Turbine erhält über am Umfang angebrachte Düsen 12 die Luftbeaufschlagung. Nachdem die Luft ihre Energie abgegeben hat, wird sie aus der Luftturbine in die Sammelleitung 13 abgeführt und ausserhalb des klimatisierten Raumes abgeleitet.
Da das Turbinengehäuse 10 mit Turbinenrad 11 an dem beweglichen Träger 2 angeordnet ist, sind Mittel in der Luftzu- und -abfuhr, beispielsweise flexible Schläuche 14, vorgesehen, die den Luftstrom von der ortsfesten Anlage auf die bewegliche Luftturbine mit Gehäuse 10 übertragen.
Der Luftstrom zum Antrieb der Luftturbine wird einer zentralen Druckluftleitung 17 entnommen und über eine Motorluftdrossel 15 geleitet. Vorher wird Druckluft zur Betätigung der Regeleinrichtung über eine Leitung 22 unter gleichem Druck Pi wie in der zentralen Leitung 17 entnommen.
Durch die Stellung der Nadel 16 der Motorluftdrossel 15 wird dem Turbinenrad 11 der Luftstrom zugeleitet, der zur Erzielung einer bestimmten Drehzahl erforderlich ist. Die Nadel 16 ist mit einer Kolbenstange 18 eines I Kol- bens 19 fest verbunden. Zwischen dem Zylinder 21 und dem Kolben 19 soll die Reibung so gering wie möglich gehalten werden, damit ein proportionales Verhalten der Regeleinrichtung vermieden wird. Durch Anordnung einer schlaffen Membran 20 zwischen Kolben und Zylinderwand hat der Kolben 19 so gut wie keine Rückstellkraft.
Die Regeleinrichtung zeigt ein integrales Verhalten. Damit werden Nichtlinearitäten ausgeschaltet und der bei einem proportionalen Verhalten auftretende statische Feh- lerbereich vermieden.
Durch die schlaffe Membran 20 wird der Raum des Zylinders 21 in zwei Teile unterteilt. In dem Zylinderraum 21a herrscht der Druck p2. Durch Anordnung einer Drossel 23 ist der Druck p2 niedriger als der Druck p1 in der Leitung 22. Der Druck p ist nach erfolgter Einstellung der Drossel 23 nur noch von der Drosselwirkung an einer Düse 27 in Verbindung mit einer Prallplatte 28 abhängig. Die Drosselwirkung durch Düse 27 und Prallplatte 28 kann auch durch eine Drossel oder Blende hervorgerufen werden.
Die Prallplatte 28 ist an dem löffelartigen Fadenabtasthebel 26 befestigt. Die Gegenkraft zu der auf den Löffel des Hebels 26 wirkenden Fadenspannungsresultierenden stellt eine Feder 29 dar. Eine Spindel 30 mit Rändelmutter 31 ist feststehend gelagert, und die an der Spindel befestigte Feder 29 kann auf eine bestimmte Federkraft eingestellt werden, so dass die Fadenspannung regelbar ist.
Der Zylinderraum 21b des Zylinders 21 wird über eine Leitung 34 mit dem Druck p3 beaufschlagt. In der Leitung 34 ist eine Drossel 32 und Düse 33 mit Prallplatte 33a zur Einstellung des Druckes p3 vorgesehen.
Eine schlaffe Membran 21c teilt den Zylinderraum 21b vom Drosselraum der Motorluftdrossel 15 ab. Die allseitig von Druckluft umgebene Nadel 16 liefert annähernd keine Kraftkomponente auf den Kolben 19. Der Kolben 19, die Kolbenstange 18 und die Drosselnadel 16 werden nur durch die am Zylinder angeordneten Membranen 20 und 21c geführt.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist im unteren Kolbenraum 21b eine Druckfeder 38 eingebaut und die
Leitung 34 dorthin entfernt, so dass die Druckluft durch das Abführorgan 39 entweicht. Bei dieser Anordnung zeigt die Regeleinrichtung ein proportionales Verhalten.
Durch die Wahl einer grösseren Verstärkung, die sich ohne weiteres durch Dimensionierung des Messgliedes erreichen lässt, wird der Fehler bei proportionaler Ab weichung in der zulässigen Toleranzgrenze gehalten.
Unter einer geeigneten Dimensionierung im Hinblick auf Verringerung der proportionalen Abweichung ist eine
Verringerung der Düsenbohrung, eine Verringerung der
Federsteife und eine Vergrösserung des Übersetzungs verhältnisses zwischen Federhebelarm und Prallplatten hebelarm zu verstehen.
Das Abschwenken des Trägers 2 wird zur Störgrös senaufschaltung benutzt. Der wachsende Spulendurch messer erfordert einen Drehzahlabfall der Turbine. Das wird im vorliegenden Fall durch stufenlose Erhöhung des
Gegendruckes der Turbine in einer Leitung 35 erreicht.
Im Drehpunkt des Trägers 2 befindet sich eine im Träger 2 befestigte Drossel, bestehend aus einer Scheibe 36 und einer am Gestell 1 befestigten Scheibe 37. Beide Scheiben haben gemeinsame Öffnungen, deren Durchlassquerschnitt durch Verdrehung des Trägers 2 gegenüber dem Gestell 1 bei Zunahme des Durchmessers des Wickelkörpers 5 verringert wird.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Bei Anstieg der Spannung im Faden 8 wird die Prallplatte 28 näher an die Düse 27 gebracht. Dadurch steigt der Druck p. in den Leitungen 24 und 25 sowie im Zylinderraum 21a an.
Da der Druck p3 im Zylinderraum 21b konstant bleibt, bewegt sich der Kolben 19 in Richtung des Zylinderraumes 21b, in dem ein niedriger Druck p vorhanden ist.
In dem vorliegenden Fall bewirkt die Kolbenbewegung eine weitere Drosselung der Turbinenluftzufuhr, wodurch die Drehzahl des Wickelkörpers absinkt. Dadurch vermindert sich die Fadenspannung. Das Absinken der Fadenspannung bewirkt, dass sich die Prallplatte 28 von der Düse 27 wegbewegt, und in dem Zylinderraum 21a sinkt der Druck, wodurch die Bewegung des Kolbens 19 beendet wird. An der Drossel 23 wird die Zeitkonstante eingestellt und an der Drossel 32 erfolgt die Einstellung des Arbeitspunktes.
Im vorliegenden Fall lässt sich eine Störgrössenaufschaltung einfach verwirklichen. Der wachsende Spulendurchmesser stellt die wesentliche Störgrösse dar. So lässt sich der Spulendurchmesser beispielsweise indirekt als Schwenkwinkel der Spulenlagerung abnehmen. Die Grösse dieses Winkels wird zum Stellen einer Drossel benutzt.
Dabei kann die Drossel sowohl als zweite Drossel in der Druckleitung als auch in der Abluftleitung liegen. Es ist vorteilhaft, diese Drossel in die Abluftleitung zu legen.
Sie verringert die Drehzahl der Turbine durch Verringerung des Druckgefälles innerhalb der Turbine.
Diese Drossel kann beispielsweise in den Drehpunkt der Schwinglager eingebaut werden und zwar derartig, dass eine Drehung die Grösse der Durchlassöffnung stufenlos verringert.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 ist die Regeleinrichtung in einem Gleichstromnetz 40 mit einem Schiebewiderstand 45 verbunden.
Der Antrieb der Spulwelle 3 erfolgt durch einen Gleichstromnebenschlussmotor 41 mit Erregerwicklung 44.
Am Kolben 18 der Regelvorrichtung ist ein Übertragungsglied 46 angelenkt, wodurch der Schiebewiderstand in Abhängigkeit von der Fadenspannung betätigt wird und dadurch die Spulendrehzahl veränderlich ist.
Die Störgrössenaufsehaltung erfolgt in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel des Trägers 2 bei zunehmendem Wickeldurchmesser der Spule 5 über ein Übertragungsglied 43 auf einen Regelwiderstand 42 im Ankerstrom kreis, wodurch die Spulendrehzahl verändert wird, so dass die Fadenaufwickelvorrichtung eine Regelung der Spu lendrehzahl, abhängig von der Fadenspannung und Steue rung derselben, abhängig von dem Schwenkwinkel des
Trägers 2 bei zunehmendem Spulendurchmesser aufweist.
Die pneumatische Regeleinrichtung kann weiterhin zur Einstellung eines Steuertransformators oder hydrau lischen sowie mechanischen Stellgliedes benutzt werden, wobei der Antrieb der Spulenwelle 3 entweder durch einen in seiner Drehzahl regelbaren Elektromotor, einen hy draulischen Antrieb oder ein stufenlos regelbares Ge triebe erfolgt.