DE10060043A1

DE10060043A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines laufenden Garnes

Info

Publication number: DE10060043A1
Application number: DE2000160043
Authority: DE
Inventors: Jan Gruenert; Klaus Markert
Original assignee: CETEX CHEMNITZER TEXTILMASCHIN
Current assignee: CETEX CHEMNITZER TEXTILMASCHIN
Priority date: 2000-12-02
Filing date: 2000-12-02
Publication date: 2002-06-06

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Überwachung eines laufenden Garnes auf vollständigen oder teilweisen Bruch bei unmittelbarem Kontakt mit dem zu überwachenden Garn (nicht berührungslos), ohne Gefahr der Verfälschung der Messwerte durch Resonanz ermöglicht, wobei zu jedem Zeitpunkt ein verarbeitbarer Wert der im Garn herrschenden Spannung ermittelbar sein soll. DOLLAR A Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Verfahren gelöst, gemäß dem vom zu überwachenden Garn eine der Spannung im Garn direkt proportionale Messkraft abgenommen, in ein dieser Messkraft proportionales elektrisches Signal umgewandelt und ausgewertet wird. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungssensor (6) mit einem Garnführungselement (1) in Verbindung steht und als spannungssensitives Element einen Dünnfilm-Kraftaufnehmer aufweist. DOLLAR A Die Erfindung ist an Textilmaschinen, insbesondere Kabliermaschinen, anwendbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines laufenden Garnes an einer Textilmaschine, vorzugsweise an einer Kabliermaschine.

Beim Verzwirnen mehrerer Komponenten, insbesondere beim Direktkablieren, bildet der Außenfaden einen um den Innenfaden rotierenden Fadenballon, so dass an der artigen Vorrichtungen eine Überwachung der Einzelfäden nach einem kontaktgeben den Prinzip auf Grund der Unzugänglichkeit des durch den Fadenballon abge schirmten Innenfadens nur schwer möglich ist. Zur Fadenbruchüberwachung wird deshalb vorzugsweise der abgezogene Zwirn zwischen Zwirnpunkt und Aufspulung beobachtet. Die Schwierigkeit, an dieser Stelle zu beobachten, besteht nun darin, dass bei Fadenbruch einer Zwirnkomponente die übrige Komponente weiterhin vor handen ist und somit von einfachsten Fadenfühlern kein Fadenbruch erkannt wird. Zur Lösung dieses Problems sind verschiedene Beobachtungssysteme auf der Grundlage unterschiedlicher Funktionsprinzipien bekannt.

Berührungslos arbeitende Systeme basieren auf der Beobachtung abbildbarer Grö ßen. Bei Änderung der beobachteten Größe über einen tolerierten Bereich hinaus wird auf Bruch des Zwirns bzw. einer Einzelkomponente geschlossen. Die DE-OS 40 34 333 beschreibt eine Anordnung, bei der sich das zu überwachende Material zwischen einem Ultraschallsender und einem Empfänger befindet. Der Einsatz der artiger Systeme zur Überwachung des abgezogenen Zwirns erscheint jedoch nicht sicher genug. So können bei akustischen Systemen Störungen durch Maschinen schwingungen auftreten, bei optischen Prinzipien Probleme durch technologiebe dingte Verschmutzungen.

Die Anwendung mechanischer, den Zwirn abtastender Detektoren ist ebenfalls be kannt. Diese Systeme beruhen auf der Auswertung der am laufenden Zwirn messba ren Fadenspannung. Der Moment des Fadenbruches nur einer Zwirnkomponente ist durch eine sprunghafte Verringerung des Spannungswertes im abgezogenen Zwirn charakterisiert. Auf Grund der implementierten Abzugscharakteristik an der Arbeits stelle bleibt der Wert der Fadenspannung anschließend dauerhaft auf dem niedrigen Niveau erhalten. EP 0 158 199 beschreibt einen auf der Nutzung dieses Effekts ba sierenden Fadenfühler auf pneumatischer Basis. Nachteil eines solchen Systems ist jedoch die ständig notwendige und relativ kostenaufwendige Bereitstellung von Druckluft. Darüber hinaus besteht für pneumatische Detektoren erfahrungsgemäß ein erhöhter Wartungsaufwand.

In der DE-OS 40 39 121 wird ein System beschrieben, welches ebenfalls auf der Nutzung der Fadenspannungscharakteristik bei Komponentenbruch im Zwirn beruht. Dabei tastet ein federbelasteter Fadenfühler den Zwirn mechanisch ab. Die zur Auf rechterhaltung eines sicheren Kontaktes zwischen Tastkopf und laufendem Zwirn notwendige Gegenkraft zur Auslenkung des Tasters wird durch eine mechanische Feder erreicht. Ein spezifisches Problem bei dieser Art Taster-Faden-Kontakt bildet die Schwingungsneigung des so ausgebildeten Feder-Masse-Systems. Auf Grund des Aufbaus einer der Auslenkkraft des Fadens entgegenwirkenden Rückstellkraft am Fadenfühler entsteht ein weiches System mit einer entsprechend hohen Neigung zum Schwingen. Eine Erhöhung der Systemsteifigkeit wiederum verringert die zur Signalauswertung notwendige Bewegung der mit dem Fühler verbundenen Sensoren (Hallsensor, Tauchspule) stark und beeinträchtigt somit die Funktionssicherheit die ser Systeme.

Weitere Systeme basieren auf der Auswertung von Messwerten, die durch Dehn messstreifen-Messbrücken geliefert werden. So ausgeführte Sensoren arbeiten im Zusammenhang mit der entsprechenden Auswerteelektronik sehr genau und gehen damit über eine einfache, kostengünstig zu realisierende Bewächterung des abgezo genen Zwirns weit hinaus.

Ebenfalls bekannt sind Fadenwächter, die auf dem Piezo-Effekt basieren. Ein solcher Sensor beobachtet das Vorhandensein der einzelnen Drehungen im laufenden Zwirn. Durch diese spezielle Oberflächenform des Zwirns entsteht, über eine scharfe Messkante abgezogen, im Piezo-Kristall ein auswertbares Signal in Form einer Im pulsfolge, deren Frequenz der Anzahl der Drehungen im laufenden Zwirn proportio nal ist. Das Signal selbst steht jedoch nur am laufenden Zwirn zur Verfügung. Aus sagen über die vorhandene Fadenspannung sind nicht möglich. Für mehrfädige Zwirnsysteme, bei denen der Oberflächencharakter des Zwirns auch nach Bruch ei ner der Komponenten erhalten bleibt, wird damit ein erhöhter Auswerteaufwand in der dem Sensor nachzuschaltenden Auswerteelektronik auf Grund der jetzt notwen digen Frequenzbeobachtung erforderlich.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrich tung zu schaffen, welche die Überwachung eines laufenden Garnes auf vollständigen oder teilweisen Bruch bei unmittelbarem Kontakt mit dem zu überwachenden Garn (nicht berührungslos), ohne Gefahr der Verfälschung der Messwerte durch Resonanz ermöglicht, wobei zu jedem Zeitpunkt ein verarbeitbarer Wert der im Garn herr schenden Spannung ermittelbar sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß dem kennzeich nenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale des Verfahrens enthalten die Ansprüche 2 bis 8. Eine Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch Anspruch 9 angegeben. Weitere vorteilhafte Merkmale der Vorrichtung sind in den Ansprüche 10 bis 17 enthalten.

Die Erfindung gestattet es, nach dem Hochlaufen der Arbeitsstelle zu jedem Be triebszeitpunkt eine in der Steuerung bzw. Regelung der betreffenden Textilmaschine technisch verwertbare Aussage über die im zu überwachenden Garn herrschende Spannung zu machen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Garnspannung über ein mit dem Garn in Kontakt stehendes Führungselement in eine zu dieser Spannung proportionale Messkraft umwandelt wird. Der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzte Dünnfilm-Kraftaufnehmer formt daraus ein dieser Messkraft propor tionales elektrisches Signal. Vorteilhaft ist, dass er dieses Signal auch bei konstant bleibender Messkraft liefert, also nicht nur (wie z. B. Piezoelemente) auf eine Verän derung dieser Messkraft reagiert.

Die Verfahrensweise, den Referenzwert für den Vergleich der aktuell gemessenen Garnspannung aus der Garnspannung nach Erreichen des stabilen Betriebes der Textilmaschine zu ermitteln, ermöglicht es, dass sich die Überwachungsvorrichtung selbsttätig an veränderte Prozessbedingungen (Abzugseinstellungen, Material, Zwirnparameter etc.) anpasst. Sie ist insofern nicht von der eigentlichen Maschinen steuerung abhängig.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die für die Auswertung der Messergebnisse erforderliche Schaltung aufgrund ihrer geringen Abmessungen problemlos in ein die Garnüberwachungsvorrichtung insgesamt oder teilweise umfassendes Gehäuse ein beziehen lässt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher be schrieben. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 das Verhalten der Garnspannung am Beispiel eines Zwirnes im Zeit punkt des Bruches einer Zwirnkomponente,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und in

Fig. 3 eine elektronische Schaltung zur Auswertung der durch die Vorrichtung gemessenen Werte.

Die durch die Erfindung zu lösende Problematik wird in Fig. 1 durch eine Span nungscharakteristik in einem Zwirn, beispielsweise in einem durch Direktkablieren gebildeten Reifenkord, veranschaulicht. Die in Versuchen zu beobachtende Span nungscharakteristik bei Fadenbruch in einer Zwirnkomponente zeigt einen deutlichen Sprung in der Spannung des abgezogenen Kords auf einen Teil des Ausgangswer tes. Wie bereits eingangs geschildert, besteht bei mechanischen Systemen mit be wegungsabhängiger Abtastung der Garnspannung die Gefahr, dass entweder ein zu weiches System bei dieser sprunghaften Spannungsänderung zum Schwingen neigt oder ein zu hartes System die Messgenauigkeit und damit die Funktionssicherheit negativ beeinflusst.

Die Erfindung sieht deshalb vor, dass eine aus der Garnspannung ableitbare Mess kraft ohne Abhängigkeit von deren zeitlichen Ableitungen direkt in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Dies erfolgt dadurch, dass ein druckempfindliches Ele ment, welches in definierter Abhängigkeit von dem darauf ausgeübten mechanischen Druck seinen elektrischen Widerstand ändert, zur Erzeugung einer damit für die Garnspannung repräsentativen elektrischen Spannung herangezogen wird.

Eine mögliche Ausführung einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah rens geeigneten Vorrichtung zeigt Fig. 2.

Ein Garnführungselement 1, über das das zu überwachende Garn 2 geführt wird, ist in einem Führungsrohr 3 axial beweglich angeordnet. Im Garnführungselement 1 kann das Garn 2 sowohl über ein festes Element (Öse, Stab) gezogen als auch über eine Rolle geleitet werden. Als Messrolle kann dabei vorteilhaft eine im Garnlauf oh nehin vorhandene und geeignete Führungsrolle verwendet werden.

Das Führungsrohr 3 sitzt auf einem Bügel 4 auf, in welchem eine gegenüber den auftretenden Messkräften biegesteife Trägerplatte 5 fest angeordnet ist. Auf der Trä gerplatte 5 selbst sitzt der eigentliche Spannungssensor 6, der vorzugsweise als Dünnfilm-Kraftaufnehmer ausgebildet ist, der im dargestellten Ausführungsfall als druckempfindlicher Widerstand ausgeführt ist und seine Impedanz ausschließlich in Abhängigkeit vom auftretenden Druck auf die Sensorfläche 7 ändert. Über diese Sensorfläche 7 steht der Spannungssensor 6 entweder direkt mit dem Garnfüh rungselement 1 in Kontakt oder es ist - wie in Fig. 2 dargestellt - ein Übertragungs element 8 zwischengeschaltet.

Durch die geschilderte Ausbildung der das laufende Garn 2 abtastenden Vorrichtung wird wegen der großen Steifigkeit eine hohe Eigenfrequenz der Vorrichtung erreicht, so dass eine Resonanz auf Schwingungen der Textilmaschine nicht auftritt.

Das mit der Zugkraft F_F über das Garnführungselement 1 geführte Garn 2 schließt zwischen seinen beiden Schenkeln den Führungswinkel α ein, so dass sich als Re sultierende die in Richtung zum Spannungssensor 6 hin wirkende Messkraft F_M er gibt. Sie wirkt unmittelbar auf den Spannungssensor 6. Es besteht somit keine kine matische Abhängigkeit über den Weg des Garnführungselementes 1 oder dessen zeitliche Ableitungen. Damit ist es möglich, die Bewegung des Garnführungsele mentes 1 in Richtung der Messkraft F_M nahezu völlig zu unterbinden.

Über eine elektronische Messschaltung gemäß Fig. 3 wird, ausgehend von der an gelegten Spannung U_CC, eine die Garnspannung im laufenden Garn 2 repräsentie rende, elektrische Spannung abgegriffen. In die Schaltung einbezogen ist deshalb der Spannungssensor 6 sowie in Reihe dazu ein Messwiderstand 9, des weiteren ein Analog-Digital-Wandler 10, ein Comparator 11 mit einem Signalausgang 12 und ein Speicher 13. Letzterer weist einen Set-Eingang 14 auf.

Als Messwert wird eine vom aktuellen Widerstand des Spannungssensors 6 abhän gige Spannung U_M über den Messwiderstand 9 abgegriffen und dem Analog-Digital- Wandler 10 zugeführt. Durch den Set-Eingang 14 kann ein digitalisierter Messwert, der einen für den momentanen Betriebszustand der Arbeitsstelle repräsentativen Wert der Zugkraft F_F darstellt, im Speicher 13 festgeschrieben werden. Abtastung und Speicherung dieses Messwertes erfolgen nach dem Start der Textilmaschine im stabilen Arbeitspunkt der Arbeitsstelle entweder auf ein Signal der Bedienkraft hin oder ggf. auch automatisch, z. B. nach Ablauf einer repräsentativen Karenzzeit oder durch Feststellung anderer repräsentativer Maschinenparameter wie bspw. der Spin deldrehzahl. Dieser abgespeicherte Wert entspricht damit der Spannung im abge zogenen Garn mit dem Charakter eines Referenzwertes. Durch Vergleich der am Messwiderstand 9 abgetasteten Spannung U_M mit dem ermittelten Referenzwert in einem Comparator 11 lässt sich über den Signalausgang 12 der Auswerteeinheit feststellen, wann ein Fadenbruch vorliegt. Die über den Set-Eingang 14 getroffenen Einstellungen bleiben über die Produktion des Garns bis zum Auslösen des Faden wächters erhalten. Nach jedem Hochfahren der Arbeitsstelle erfolgt über den Set- Eingang das erneute Einlesen eines Referenzwertes, wodurch die geforderte einfa che Anpassung an veränderte Prozessbedingungen (Abzugseinstellungen, Material, Zwirnparameter) gegeben ist.

Der Einfluss von Schwankungen der zu beobachtenden Garnspannung, hervorgeru fen durch das laufende Garn 2 oder auch von Maschinenschwingungen, wird unter drückt, indem die Differenz zwischen ständig am Messwiderstand 9 abgetasteter Spannung U_M und abgespeichertem Referenzwert außerhalb eines bestimmten Fensters liegen muss, bevor der Signalausgang 12 gesetzt und Fadenbruch signali siert wird. Durch eine arithmetische Mittelung der sowohl am Messwiderstand 9 ab zutastenden als auch durch den Set-Eingang 14 zu speichernden Referenzspannung wird die Funktionssicherheit des Systems auf Grund der damit verringerten Empfind lichkeit gegenüber zufällig auftretenden Messwertspitzen erhöht.

Die Realisierung der beschriebenen Schaltung (A/D-Wandlung, Speicherung und fortlaufender Vergleich) erfolgt in einer Prozessorschaltung, die selbst Bestandteil der Vorrichtung ist und auf Grund der geringen Baugröße in das Gehäuse der Vor richtung integriert werden kann. Damit erfolgt die Anpassung der Vorrichtung an den konkreten Maschineneinsatz in der Vorrichtung selbst, autark von der Maschinen steuerung.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

Garnführungselement

2

Garn

3

Führungsrohr

4

Bügel

5

Trägerplatte

6

Spannungssensor

7

Sensorfläche

8

Übertragungselement

9

Messwiderstand

10

Analog-Digital-Wandler

11

Comparator

12

Signalausgang

13

Speicher

14

Set-Eingang
F_F

Zugkraft
F_M

Messkraft
U_CC

angelegte Spannung
U_M

Spannung
α Führungswinkel

Claims

1. Verfahren zur Überwachung eines laufenden Garnes an einer Textilmaschine, insbesondere Kabliermaschine, dadurch gekennzeichnet, dass vom zu über wachenden Garn (2) eine der Spannung im Garn (2) direkt proportionale Messkraft (F_M) abgenommen, in ein dieser Messkraft (F_M) proportionales elektrisches Signal umgewandelt und ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal aus dem sich in einem definierten Verhältnis zur Messkraft (F_M) verän dernden elektrischen Widerstand eines druckempfindlichen Elementes abge leitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal als Istwert mit einem Referenzwert verglichen und bei Überschreiten vorgegebener Grenzen ein Ausgangssignal zur Weiterverarbeitung in einer nachfolgenden Steuerung/Regelung bereitgestellt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert durch Auslesen eines Set-Einganges (14) bereitgestellt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzwertbildung durch Speicherung des der Messkraft (F_M) proportiona len elektrischen Signalwertes bei Erreichen eines stabilen Arbeitszustandes der Textilmaschine erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert durch die Bildung des Mittelwertes aus n Messungen der Messkraft (F_M) gebil det wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzwert bildung durch ein externes Signal ausgelöst wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzwert bildung durch eine manuelle Betätigung ausgelöst wird.

9. Vorrichtung zum Messen der Spannung in einem laufenden Garn, mit einem ein elektrisches Signal abgebenden Spannungssensor und einer Schaltung zur Auswertung dieses Signals, insbesondere zur Durchführung des Verfah rens nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Span nungssensor (6) mit einem Garnführungselement (1) in Verbindung steht und als spannungssensitives Element einen Dünnfilm-Kraftaufnehmer aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungssensor (6) auf einem biegesteifen Träger angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Garnführungselement (1) in einer mit dem Träger für den Spannungssensor (6) fest verbundenen Führungsbahn (3) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Garnführungselement (1) unmittelbar mit dem Spannungssensor (6) in Kontakt steht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Garnfüh rungselement (1) mit dem Spannungssensor (6) fest verbunden ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Garnfüh rungselement (1) mit dem Spannungssensor (6) verklebt ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, dass der Spannungssensor (6) im Garnführungselement (1) in tegriert ist.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Garnführungselement (1) mit dem Spannungssensor (6) mittelbar über ein Übertragungselement (8) in Kontakt steht.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 16, dadurch ge kennzeichnet, dass Garnführungselement (1) und Spannungssensor (6) ganz oder teilweise von einem zusätzlich eine Auswerteschaltung einschließenden Gehäuse umgeben sind.