In Spinnerei- und Texturieranlagen ist Präzision entscheidend: Soll Garn auf- oder abgespult werden, müssen die Fadenlaufgeschwindigkeit und der Wicklungswinkel kontinuierlich an den Spulendurchmesser angepasst werden. Dabei sorgen spezielle optische Drehgeber dafür, dass die notwenige Regelperformance erreicht wird.

Spinnen ist die Herstellung von Fäden oder Garnen aus einer Vielzahl von Fasern. Das ist schon seit vielen tausend Jahren so und eine der ältesten Techniken der Menschheit. Was allerdings früher das mühsame Verdrehen pflanzlicher oder tierischer Fasern mit den Fingern war, ist in der modernen Textilindustrie ungleich komplexer. Wir sprechen heute über das 'Verspinnen' von Stapelfasern zu Garn (sprich Faden). Und über das 'Erspinnen', also das Primärspinnen von Filamenten aus natürlichen und synthetischen Polymeren sowie nichtpolymeren Rohstoffen. Die Maschinen, die in diesem Umfeld eingesetzt werden, haben mit den frühen Spinnrädern nicht mehr viel gemeinsam. Moderne Spinnanlagen zur Garnproduktion oder Texturiermaschinen zur Veredelung von vorverstrecktem Garn sind leistungsfähige High-Tech-Anlagen. Je nach Fertigungsschritt spulen sie dafür Garne auf, ab oder um und tragen mit ihrer Performance wesentlich zur Qualität des jeweiligen Endprodukts bei.

Herausforderung beim Auf- und Abspulen

„Spinnerei- und Texturieranlagen beeindrucken durch ihre Vielzahl an Spulen – häufig mehrere Hundert in einer Maschine“, erklärt Konstantin Senef, der als Entwicklungsingenieur Grundlagen Mechatronik/Elektronik bei Pepperl+Fuchs auf eben diese Anlagen ein Augenmerk hat. „Die Herausforderung beim Auf- oder Abspulen besteht darin, die Fadenlaufgeschwindigkeit sehr konstant zu halten, auch bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten“, betont Senef. Das erfordert erstklassige Drehzahl-Regelkreise für die Spulköpfe, um die Umfangsgeschwindigkeiten der zu- beziehungsweise abnehmenden Spulendurchmesser zu synchronisieren. Abweichungen führen zu unterschiedlichen Spannungen im aufgespulten Garn, die letztlich in der Weiterverarbeitung zu Qualitätsbeeinträchtigungen im gewebten Material oder gar zum Abreißen des Garns führen.
Ein weiteres Qualitätsmerkmal beim Spulen ist die Präzisionswicklung, mit der das aufzuspulende Garn nicht parallel, sondern in einem vorbestimmten Winkel auf die Hülse gelegt wird. So überquert jede folgende Schicht die gelegten Fäden und es entsteht eine sogenannte Kreuzspule. Um dies zu realisieren, verfährt ein Fadenführer, respektive eine Changier-Einheit, über die Länge der Hülse hin und her. Senef erklärt dies am Beispiel einer konischen Hülse, wie sie für Webereien und Stickereien häufig verwendet werden: „Auch die Geschwindigkeit im seitlichen Hub der Fadenführung ist abhängig vom zunehmenden Spulendurchmesser. Sie bestimmt den Wicklungswinkel und damit die Homogenität, den Zusammenhalt und insgesamt die Qualität einer Garnrolle“.

Hohe Regelperformance

Die Güte der synchronisierten Rotationsgeschwindigkeiten sämtlicher Spulen in einer Spinnerei- oder Texturieranlage sowie die Präzision der ebenfalls synchronisiert ausgeführten Hubbewegungen bei der Changierung, hängen maßgeblich von der Regelperformance der eingesetzten Drehgeber ab. Diese erfassen die Drehbewegungen, Lage und Winkelgeschwindigkeiten. Mit dem neuen BlueBeam-Drehgeber ENI58IL bietet Pepperl+Fuchs einen Inkremental-Drehgeber mit optischem Abtastprinzip an, der den hohen Systemgenauigkeiten entspricht. Die ENI58IL-Serie ist ein Inkremental-Drehgeber, der statt dem üblichen Infrarotlicht speziell entwickelte Sende-LEDs mit blauem Licht nutzt. „Das blaue Licht der neuen Sende-LEDs weist bei gleicher Spaltbreite eine verringerte Beugung gegenüber dem längerwelligen Infrarotlicht auf und kann deshalb schärfer abbilden“, erklärt Stefan Horvatic, Leiter Produktmanagement bei Pepperl+Fuchs Drehgeber. Das ermöglicht den Einsatz neuer Abtastchips, mit feineren und flacheren Strukturen. Die Eindringtiefe des blauen Lichtes in den Chip ist kürzer und daher energetischer, was den Wirkungsgrad der Lichtquelle so stark erhöht, dass der Abtastchip viel schärfere Konturen erzeugt. Das Resultat: eine höhere Auflösung, eine verbesserte Signalamplitude und ein verringerter Flanken-Jitter. Mit der BlueBeam-Technologie werden beispielsweise die Toleranzen der Phasenlage A zu B auf weit unter 10 Prozent reduziert. Das ist, im Vergleich zu den sonst im Markt üblichen und mit Infrarot-Technologie erreichbaren Werten, eine Verdopplung der Signalgüte. Gleichzeitig bieten die BlueBeam-Drehgeber eine höhere Auflösung, die aus dem zuverlässigeren Tastverhältnis resultiert. Als Tastverhältnis der digitalen Signale eines Inkremental-Drehgebers wird die zeitliche Folge des Zustandes, sprich die Flankenwechsel von logisch 1 (High) und logisch 0 (Low) bezeichnet.
Bei Toleranzen, unter anderem auch durch den bereits genannten Jitter, wird es vor allem bei hohen Geschwindigkeiten immer schwieriger Impulsvervielfachungen umzusetzen. Impulsvervielfachungen dienen der Erhöhung der Anzahl von auswertbaren Impulsen um bis zu Faktor 4. So macht es die BlueBeam-Technologie möglich, mit den ENI58IL-Drehgebern absolute Genauigkeiten auch in Drehzahlbereichen von bis 12.000 U/min zu garantieren. Die maximale Ausgangsfrequenz der Drehgeber liegt bei 400 kHz und damit um bis zur Hälfte höher als bei gängigen Varianten.

Zusammenfassung

Mit der BlueBeam-Technologie bieten die neuen ENI58IL eine hohe, verfügbare Signalgüte in Inkremental-Drehgebern. Die daraus resultierende hohe Genauigkeit und Prozesssicherheit entspricht den hohen Anforderungen bei der Regelung von Spulköpfen in modernen Spinnerei- und Texturieranlagen. So tragen die Drehgeber mit blauen Sende-LEDs zu homogener und exakt gewickelter Garne bei – und damit zu einer Verbesserung der Qualität im Endprodukt.