Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungsfreien Messung der Temperatur von textilen Materialien bei einzelnen Prozessen während der Verarbeitung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches.
In der Textilindustrie ist es zum Einhalten der Qualität in allen verschieden Stadien der Verarbeitung vom Filament bis zum fertigen Gewebe oder Gestricke wichtig, dass die Arbeitstemperaturen den verschiedenen Stoffen und Arbeitsprozessen entsprechend eingehalten werden können. Beispielsweise unterzieht sich der ausgesponnene synthetische Faden einer angepassten thermischen Behandlung, Erhitzung dann Abkühlung und anderen mechanischen Aufbereitungen, um ihm besondere physikalische Eigenschaften zu verleihen, die es ihm erlauben, hohe mechanische Leistungen zu erwerben.
Es wird aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Wettbewerbsfähigkeit zwingend, über leistungsstarke Mittel der Kontrolle / Steuerung zu verfügen, die imstande sind, in einer reellen Zeit, mit grosser Präzision und welches auch immer die Abzugs-Geschwindigkeit des Fadens sein mag, Informationen über die Temperatur des Fadens an die Regler zu übermitteln.
Um bei allen diesen Prozessen die Temperaturen zu kontrollieren und zu steuern, müssen diese zuerst gemessen werden. Dies geschieht normalerweise durch indirekte Messung, indem die Temperatur am bearbeitenden Maschinenelement gemessen wird und damit gearbeitet wird. Es wird dabei vereinfacht vorausgesetzt, dass das Filament, der Faden oder das halbfertige Produkt die gleiche Temperatur aufweist oder übernimmt, wie sie an eben dieser verarbeitenden Prozessstelle vorhanden ist. Dies muss aber nicht unbedingt so sein, denn dabei bleiben die thermischen Eigenschaften des textilen Materials unberücksichtigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, welche ermöglicht im Bereich einer Prozessstelle der Verarbeitung von textilen Materialien, wie Fasern, Filamenten, Lunten, Faden, Geweben und Gestricken mit allen Zwischenstufen, die Temperatur eben dieses textilen Materiales selbst berührungsfrei zu messen.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst.
Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung ist, dass dieses Verfahren und die Vorrichtung grundsätzlich an jeder Stelle in jedem der verschiedenen Verarbeitungsprozesse anwendbar ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die jeweilige Temperaturmessung direkt zur Kontrolle und Regelung des Prozessschrittes verwendet werden kann, wie beispielsweise für die Regelung der Heizleistung einer Heizrolle.
Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel einer Heizrolle im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schema einer Ausführungsform des Systems mit Heizrolle, Messfühler, Faden gemäss Erfindung;
Fig. 2 dito, mit Messfühler mehr detailliert;
Fig. 3 das synoptische Schema des Regelkreises und darin enthalten der schnelle thermofluxmetrische Hilfsring gemäss Erfindung;
und
Fig. 4 eine schematische Sicht des Messfühlers für die Kontrolle der Oberflächen-Temperatur des Fadens.
Das kontaktlose Messen einer heissen Oberfläche basiert auf der Wahrnehmung von Strahlenaustausch, das heisst das Messen der thermischen Strahlung, ausgetauscht zwischen zwei Oberflächen deren Temperatur, wenigstens bei einer der beiden, im Laufe der Zeit variiert. Die Infrarot-Emission, die von einer Oberfläche abstrahlt, beispielsweise von einer Heizrolle, verursacht Strahlungs-Störungen zwischen eben dieser Oberfläche und der umgebenden Umwelt. Ein thermischer Messfühler, nahe bei dieser abstrahlenden Oberfläche positioniert, wird die ausgesetzte Energie messen und wird ein elektrisches Signal zur Kontrolle aussenden, welches charakteristisch ist für die physikalische Grösse.
Es ist bekannt, dass eine ganze Anzahl von herkömmlichen thermischen Messfühlern, welche ökonomisch annehmbar sind für die textile Verwendung, nach diesem Prinzip funktionieren (Thermoelement, Platin-Sonde, Thermistanz, usw.).
Die direkte Kontrolle der Temperatur eines Fadens ist präziser als diejenige, die man durch die Vermittlung der Heizrolle erhält, und sie bringt dem Regler eine aussagekräftigere Information, um die Heizung der Rolle zu steuern. Die Anwendung dieses Prinzips führt zu einem intelligenteren System, bei welchem es der Faden selbst ist, der die thermische Kinematik der Heizrolle kontrolliert und nicht umgekehrt. Obwohl die Durchmesser der textilen Multifilament-Faden klein sind, etwa 0.10 mm bei etwa 30 Filamenten, und daher diese Fäden eine sehr schwach abstrahlende Oberflächen aufweisen, bleibt die Oberflächen-Temperatur eines solchen Fadens noch zugänglich für ein Messen der Strahlungsenergie.
Herkömmlichen wirtschaftliche thermische Messfühler sind meist nicht genügend leistungsfähig für eine Anwendung bei höheren Geschwindigkeiten als etwa 3000 bis 10000 m/min. Die Konstante der Zeit und vor allem eine grosse Sensibilität auf konvektive thermische Störungen sind zu wichtig.
Beim System mit der Heizrolle zieht der Faden in Bewegung eine begrenzt gestörte kalte Schicht nach sich, die darauf abzielt, nicht nur den Faden, sondern durch Konvektion auch den ganzen thermischen Messfühler nahe bei der Oberfläche des Fadens schnell abzukühlen, und dies mit so viel Effizienz, dass die Abzugs-Geschwindigkeit des Fadens gross ist. Die sehr schwache hemisphärische Strahlung des Fadens (kleiner Durchmesser) auferlegt eine Nähe des thermischen Messfühlers gleich bei der abstrahlenden Oberfläche des zu kontrollierenden Fadens.
Die vorliegende Erfindung basiert nun darauf, dass ein Messfühler mit einer thermofluxmetrischen Strahlungszelle an der geeigneten Prozessstelle angeordnet wird. Das abgegebene Signal gibt ein genaueres Abbild der Temperatur des textilen Materiales, als es nach dem Stand der Technik erhalten werden kann.
Eine erfindungsgemässe Vorrichtung, die diesen Unannehmlichkeiten vorbeugt, bringt in den Regelkreis einen solchen schnellen thermofluxmetrischen Hilfsring hinein, dessen Signal von einem Messfühler abgeben wird der, ohne Kontakt, die Oberflächentemperatur des Fadens kontrolliert und der eine thermofluxmetrische Strahlungs-Zelle enthält, mit tangentieller Steigerung und hoher Empfindlichkeit. Dieser Typ einer thermofluxmetrischen Strahlungszelle, die wirtschaftlich noch annehmbar ist für diese Art der Verwendung, besitzt die Eigenschaft, unempfindlich zu sein auf den konvektiven Störungsfluss einerseits und auf die Temperatur des Trägers, auf dem sie fixiert ist, andererseits. Dieser Typ eines Messfühlers ist beispielsweise besonders geeignet für die Verwendung bei Heizrollen den Einfluss der begrenzt gestörten kalten Schicht beträchtlich reduziert.
Er kann aber an jeder Stelle von jedem Prozess, an welcher textiles Material vorbeitransportiert wird, angeordnet werden und die Messwerte zu dessen Regelung verwendet werden.
Gemäss einer bevorzugten Methode wird ein schneller thermofluxmetrischer Hilfsring, der einen thermofluxmetrischen Messfühler enthält, welcher eine repräsentative Information über die physikalische Grosse "Oberflächen-Temperatur" des abgehenden Fadens liefert, dem Regelkreis PID für die Heizrollen zugefügt, es ist eine dynamische, vorrangige und sehr schwach zeitkonstante Information.
In einer Variante wird der Messfühler aus einem Tunnel gebildet, durch welchen der Faden läuft, von dem man die Oberflächen-Temperatur kontrollieren möchte. Er enthält eine Basis, welche aus einer empfindlichen thermofluxmetrischen Strahlungszelle besteht und zwei Wänden.
Die thermofluxmetrische Strahlungszelle kann thermisch fest an einen metallischen Heizkörper gekoppelt sein, der durch natürliche Konvektion die Erhitzung der Gesamtheit des Messfühlers begrenzt, und der ebenso die integrierte Elektronik für die Verarbeitung gegen eine anormale Erhitzung schützt.
Am Beispiel der Heizgalette ist es eine Vorrichtung für die Temperatur-Regulierung eines synthetischen Fadens, beheizt durch Heizrollen, deren thermische Regulierung im Mindesten mit dem Haupt-Regelkreis einen schnellen thermofluxmetrische Hilfsring aufweist, der von einem Messfühler gesteuert wird, welcher die Kontrolle der Oberflächen- Temperatur eines heissen Fadens mit grosser Abzugs-Geschwindigkeit erlaubt. Der Messfühler mit thermischem Fluss enthält einen Tunnel mit zwei Wänden und der Basis aus einer thermofluxmetrischen Strahlungs-Zelle. Diese ist unempfindlich auf konvektiven und konduktiven Fluss und ist thermisch fest an den Körper des Messfühlers mit thermischem Fluss gekoppelt. Er verhält sich wie ein Heizkörper, der seine Erhitzung durch eine natürliche Konvektion begrenzt.
In den Fig. 1 und 2 ist das Kontroll- System dargestellt. Es umfasst die Heizung 1, den Faden 2, die Fadenspule 3, das Heizrollen System 4, den Antriebsmotor der Heizrolle 5, den Messfühler 6, welcher die Oberflächen-Temperatur des Fadens 2 kontrolliert, und die Retexturierungs-Vorrichtung 7 des Fadens 2.
In Fig. 3 wird das System des Verfahren mit seinen Elementen dargestellt. Es umfasst den thermischen Haupt-Regelkreis 8, einen herkömmlichen thermischen Messfühler 9, der die Strahlen-Temperatur der Heizrolle 4 kontrolliert, die Temperatur- Vorwahl 10 der Heizrolle 4, den Regler 11 und das Induktions-Heizsystem 12 der besagten Heizrolle 4 beinhaltend, und andererseits den schnellen thermofluxmetrischen Regelkreis 13, der den Messfühler für die Kontrolle der Oberflächen-Temperatur des Fadens 2 und die Temperatur-Vorschrift 15 des Fadens enthält.
In Fig. 4 wird der Messfühler zur Kontrolle der Oberflächen-Temperatur 14 des Fadens 2 dargestellt, beinhaltend den Körper des thermischen Messfühlers 15, den Tunnel 16, die thermofluxmetrische Zelle 17, die zwei Wände 18 des Tunnels 16 und die Ritze für die Einführung 19 des Fadens.
The present invention relates to a device for non-contact measurement of the temperature of textile materials in individual processes during processing according to the preamble of the independent claim.
In the textile industry, in order to maintain quality at all different stages of processing from filament to finished fabric or knitted fabric, it is important that the working temperatures can be maintained in accordance with the various fabrics and work processes. For example, the spun synthetic thread is subjected to an adapted thermal treatment, heating, then cooling and other mechanical treatments in order to give it special physical properties that allow it to acquire high mechanical performance.
For reasons of economy and competitiveness, it becomes imperative to have powerful means of control that are able to provide information about the temperature in a real time, with great precision and whatever the speed of the thread of the thread to the controller.
In order to control and control the temperatures in all of these processes, these must first be measured. This is usually done by indirect measurement, in which the temperature on the machine element being processed is measured and worked with. To simplify the process, it is assumed that the filament, the thread or the semi-finished product is at the same temperature or takes over as it is at this processing point. However, this does not necessarily have to be the case, because the thermal properties of the textile material are not taken into account.
The object of the invention is to provide a device which enables the temperature of this textile material itself to be measured without contact in the area of a process point for processing textile materials, such as fibers, filaments, slivers, threads, fabrics and knitted fabrics.
This object is achieved by the invention specified in the patent claims.
An additional advantage of the invention is that this method and the device can basically be used at any point in any of the different processing processes.
Another advantage of the invention is that the respective temperature measurement can be used directly to control and regulate the process step, such as for regulating the heating power of a heating roller.
The invention is described below using the example of a heating roller in connection with the drawings. Show it:
Figure 1 is a diagram of an embodiment of the system with heating roller, sensor, thread according to the invention.
Fig. 2 ditto, with sensor in more detail;
3 shows the synoptic diagram of the control loop and contains the fast thermofluxmetric auxiliary ring according to the invention;
and
Fig. 4 is a schematic view of the sensor for checking the surface temperature of the thread.
The contactless measurement of a hot surface is based on the perception of radiation exchange, that is to say the measurement of thermal radiation, exchanged between two surfaces whose temperature, at least in one of the two, varies over time. The infrared emission that radiates from a surface, for example from a heating roller, causes radiation disturbances between this surface and the surrounding environment. A thermal sensor, positioned close to this radiating surface, will measure the exposed energy and will send out an electrical signal for control, which is characteristic of the physical size.
It is known that a large number of conventional thermal sensors, which are economically acceptable for textile use, work according to this principle (thermocouple, platinum probe, thermistor, etc.).
The direct control of the temperature of a thread is more precise than that obtained through the mediation of the heating roller, and it gives the controller more meaningful information to control the heating of the roller. Applying this principle leads to a more intelligent system, in which it is the thread itself that controls the thermal kinematics of the heating roller and not vice versa. Although the diameters of the multifilament textile threads are small, about 0.10 mm for about 30 filaments, and therefore these threads have a very weakly radiating surface, the surface temperature of such a thread still remains accessible for measuring the radiation energy.
Conventional economical thermal sensors are usually not sufficiently powerful for use at speeds higher than approximately 3000 to 10000 m / min. The constant of time and above all a great sensitivity to convective thermal disturbances are too important.
In the system with the heating roller, the thread in motion entails a limited disturbed cold layer, which aims to quickly cool not only the thread, but also the entire thermal sensor near the surface of the thread by convection, and with so much efficiency that the take-off speed of the thread is high. The very weak hemispherical radiation of the thread (small diameter) imposes a proximity of the thermal sensor right at the emitting surface of the thread to be checked.
The present invention is based on the fact that a measuring sensor with a thermofluxometric radiation cell is arranged at the suitable process point. The signal emitted gives a more accurate picture of the temperature of the textile material than can be obtained according to the prior art.
A device according to the invention, which prevents these inconveniences, brings such a fast thermofluxmetric auxiliary ring into the control loop, the signal of which is emitted by a sensor which, without contact, controls the surface temperature of the thread and which contains a thermofluxmetric radiation cell, with tangential increase and high sensitivity. This type of thermofluxometric radiation cell, which is still economically acceptable for this type of use, has the property of being insensitive to the convective interference flow on the one hand and to the temperature of the carrier on which it is fixed on the other hand. This type of sensor, for example, is particularly suitable for use with heating rollers and considerably reduces the influence of the limited disturbed cold layer.
However, it can be arranged at any point of any process in which textile material is transported past and the measured values can be used to regulate it.
According to a preferred method, a fast thermofluxmetric auxiliary ring, which contains a thermofluxmetric sensor, which provides representative information about the physical size "surface temperature" of the outgoing thread, is added to the control circuit PID for the heating rollers, it is a dynamic, priority and very weakly constant information.
In one variant, the sensor is formed from a tunnel through which the thread runs, from which one wants to control the surface temperature. It contains a base consisting of a sensitive thermofluxometric radiation cell and two walls.
The thermofluxmetric radiation cell can be thermally firmly coupled to a metallic radiator, which limits the heating of the entirety of the sensor by natural convection, and which also protects the integrated electronics for processing against abnormal heating.
Using the example of the heating godet, it is a device for regulating the temperature of a synthetic thread, heated by heating rollers, the thermal regulation of which, at least with the main control circuit, has a fast thermofluxmetric auxiliary ring which is controlled by a sensor which controls the surface Temperature of a hot thread allowed at high take-off speed. The sensor with thermal flow contains a tunnel with two walls and the base of a thermofluxmetric radiation cell. This is insensitive to convective and conductive flow and is thermally firmly coupled to the body of the sensor with thermal flow. It behaves like a radiator that limits its heating through natural convection.
1 and 2, the control system is shown. It comprises the heater 1, the thread 2, the thread spool 3, the heating roller system 4, the drive motor of the heating roller 5, the sensor 6, which controls the surface temperature of the thread 2, and the retexturing device 7 of the thread 2.
In Fig. 3 the system of the method is shown with its elements. It comprises the main thermal control circuit 8, a conventional thermal sensor 9 which controls the radiation temperature of the heating roller 4, the temperature preselection 10 of the heating roller 4, the controller 11 and the induction heating system 12 of the said heating roller 4, and on the other hand, the fast thermofluxmetric control circuit 13, which contains the sensor for controlling the surface temperature of the thread 2 and the temperature regulation 15 of the thread.
FIG. 4 shows the sensor for checking the surface temperature 14 of the thread 2, including the body of the thermal sensor 15, the tunnel 16, the thermofluxmetric cell 17, the two walls 18 of the tunnel 16 and the crack for the insertion 19 of thread.