DE102008047336A1

DE102008047336A1 - Verfahren zur berührungslosen Kontrolle der Dicke einer auf ein Garn aufgebrachten Präparationsschicht und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102008047336A1
Application number: DE200810047336
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Schäfer; Jan Posvic; Frank Jenke
Original assignee: NEUMANN ELEKTROTECHNIK GmbH
Current assignee: Sentex Chemnitz 09112 Chemnitz De GmbH
Priority date: 2008-09-15
Filing date: 2008-09-15
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: WO2010028642A1; EP2331906A1; DE102008047336B4

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur berührungslosen Kontrolle der Dicke einer auf ein Garn aufgebrachten Präparationsschicht und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, die sowohl den Präparationsauftrag online und kontinuierlich im Produktionsprozess des Filamentgarnspinnens an jeder Spinndüse überwacht und ggf. steuert als auch ein Nachrüsten bestehender Textilmaschinen erlaubt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Feldwirkung direkt, ohne Umwege durch deren Kompensation, über die von ihr verursachte Influenzwirkung erfasst wird, dass infolge der Influenzwirkung eine der Influenz proportionale elektrische Spannung erzeugt wird und dass diese elektrische Spannung nach ihrer Höhe und nach ihrem Verlauf ausgewertet wird. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Kontrolle der Dicke einer auf ein Garn aufgebrachten Präparationsschicht und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Kontrolle der Dicke einer auf ein Garn aufgebrachten Präparationsschicht und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Herstellung von Geweben, Gestricken, Gewirken, Stickereien oder dergleichen werden Garne benötigt, die aus Filamentgarnen mit unendlich langen Fasern bestehen, die unverdreht zusammenhalten. Diese Garne bestehen je nach Anwendung aus einer unterschiedlichen Zahl von Filamenten, bis hin zu Garnen aus nur einem Filament, den Monofilamenten. Um eine weitere Verarbeitung der Garne zu ermöglichen bzw. die Verarbeitbarkeit zu verbessern, werden diese unmittelbar nach dem Austritt aus der Spinndüse mit flüssigen chemischen Substanzen, Präparation genannt, beschichtet. Präparationen bestehen aus verschiedenen chemischen Komponenten, wie Gleitmitteln, Emulgatoren, Antistatika usw. Der Auftrag erfolgt mit Hilfe von Präparationsfingern oder Walzen. Ist die erzielte Beschichtungsqualität nicht ausreichend, sind Störungen des weiteren Verarbeitungsprozesses, insbesondere durch Fadenbrüche, beispielsweise wegen ungenügender Gleiteigenschaften, die Folge.
Stand der Technik ist es, im Rahmen der Qualitätssicherung eine stichprobenartige Kontrolle des Präparationsauftrages außerhalb des technologischen Prozesses im Labor durchzuführen. Eventuelle Mängel betreffen meist die komplette Produktionscharge. Intensität und Gleichmäßigkeit des Präparationsauftrags werden dabei nur unzureichend ermittelt, im Ergebnis liegen lediglich Aussagen zur aufgetragenen Menge auf dem betreffenden Fadenabschnitt vor. Nachteilig ist bei der herkömmlichen Qualitätskontrolle, dass sie erst erfolgt, wenn der Produktionsprozess abgeschlossen ist und am Produkt nichts mehr zu verändern ist. Um die Ausschussquote zu verringern, könnte eine Überpräparierung vorgenommen werden. Doch diese ist kostenintensiv und unwirtschaftlich und vermeidet nicht sicher Produktionsprozessstörungen.
Bekannt ist, dass eine elektrostatische Feldwirkung, welche vom Faden ausgeht, durch die Präparation schichtdickenabhängig modifiziert ist. Es wäre möglich, die Feldwirkung mit einem marktüblichen Verfahren auf dem Umweg der Feldkompensation zu erfassen. (Vosteen, William E., A Review of current electrostatic Measurement Techniques and their Limitations, Vortrag auf der „ELECTRICAL OVERSTRESS EXPOSITION, 24.–26. April 1984, San Jose, Kalifornien) Die Information über die Feldstärke wird bei diesem Verfahren indirekt, über ein zur Kompensation dienendes Zusatzfeld, gewonnen. Die dafür angewandten Geräte haben große Abmessungen und sind aufwändig sowie kostenintensiv, so dass sie ebenfalls nur im Labor Anwendung gefunden haben. Das Verfahren ist außerdem nur in der Lage, aus dem Ladungsverlauf des Garnes langwellige Anteile zu erfassen, die nur ein niederfrequentes Signal, mit einem schmalbandigen Spektrum, zulassen. Dadurch kann auch der Verlauf der Präparations-Schichtdicke längs des Fadens nur mit geringer örtlicher Auflösung widergespiegelt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur berührungslosen Kontrolle der Dicke einer auf ein Garn aufgebrachten Präparationsschicht und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln, die sowohl den Präparationsauftrag online und kontinuierlich im Produktionsprozess des Filamentgarnspinnens an jeder Spinndüse überwacht und ggf. steuert, als auch ein Nachrüsten bestehender Textilmaschinen erlaubt.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es eine kostengünstige kontinuierliche Erfassung der Güte der aufgebrachten Präparation während des Produktionsprozesses ermöglicht und durch seine Kompaktheit auch an schwierigen und engen Maschinenpositionen installiert werden kann.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt
1 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens und
2 eine Elektrodenanordnung der Schaltungsanordnung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur berührungslosen Kontrolle der Dicke einer auf ein Garn aufgebrachten Präparationsschicht wird die vom Garn ausgehende elektrostatische Feldwirkung direkt, ohne Umwege durch Feldkompensation, über die von der Feldwirkung verursachte Influenzwirkung, als Verschiebung von Ladungen in einer Elektrode, erfasst, und es wird nachfolgend entsprechend der Influenzwirkung eine zur Ladung proportionale elektrische Spannung erzeugt. Diese elektrische Spannung wird nach ihrer Höhe und nach ihrem Verlauf ausgewertet. Die Auswertung kann derart erfolgen, dass bei Überschreitung oder Unterschreitung eines gespeicherten Vorgabewertes ein Fehlersignal erzeugt wird, es ist aber auch möglich, die erzeugte Spannung zur Regelung der Präparationsschichtdicke zu nutzen.
Zur Durchführung des Verfahrens zeigt 1 eine Schaltungsanordnung zur Auswertung der auf einem Messgut, beispielsweise einem Garn oder Faden, befindlichen, unregelmäßig verteilten, Ladungsansammlungen, welche z. B. beim Produktionsprozess der Garnherstellung oder durch Reibstellen im Garnherstellungsprozess entstanden sind. Eine Elektrodenanordnung 1, beispielsweise eine aus zwei ineinander greifenden Kämmen bestehende gitterförmige Elektrodenanordnung gemäß 2, ist mit ihren Anschlüssen jeweils mit einem Ladungsverstärker, nämlich der erste Anschluss 16 mit einem ersten Ladungsverstärker 2 und der zweite Anschluss 17 mit einem zweiten Ladungsverstärker 3 verbunden. Die Ausgänge des ersten Ladungsverstärkers 2 und des zweiten Ladungsverstärkers 3 sind mit dem Eingang eines Differenzverstärkers 4 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 4 ist über einen Wandler 5 sowohl mit einem AD-Umsetzer 6 als auch mit einem Analogsignalabgriff 7 verbunden. Der AD-Umsetzer 6 ist über einen Microcontroller 8 sowohl mit einer seriellen Schnittstelle 9 als auch mit einer Bedien- und Anzeigeeinheit 10 verbunden.
Der Wandler 5 kann beispielsweise ein RMS-Wandler, ein anderer Mittelwertbildner, ggf. mit einer verstellbaren Mittelungszeit, ein Spitzenwertgleichrichter mit einstellbarer Entladezeit oder ein Tiefpassfilter mit einstellbarer Eckfrequenz sein.
Es ist auch möglich, den Wandler 5 in den Microcontroller 8 zu verlagern und ihn dort durch ein digitales Filter, insbesondere aber auch durch eine nichtlineare Rechenvorschrift, wie beispielsweise das aus der Mathematik bekannte Linienintegral, zu ersetzen. Dies vereinfacht den analogen Schaltungsteil, setzt jedoch die Anforderungen für den AD-Umsetzer 6, den Microcontroller 8 und dessen Firmware herauf. Der RMS-Wandler erzeugt aus dem Wechselspannungssignal des Differenzverstärkers 4 ein Gleichspannungssignal, dessen Restwelligkeit und damit die örtliche Auflösung des Signals auf dem Messgut u. a. durch die Mittelungszeit des RMS-Wandlers bestimmt werden. An dieser Stelle der Signalkette ist es möglich, das analoge Ausgangssignal des RMS-Wandlers abzugreifen und einer externen Anzeige oder Steuerung zwecks Weiterverarbeitung in einer Maschinensteuerung zuzuführen. Somit ist der Aufbau eines Regelkreises möglich, der online und autonom die Auftragsmenge der Präparation verändern kann und somit zur Qualitätssicherung beiträgt. Gleichzeitig wird das analoge Ausgangssignal des Wandlers 5 mittels des AD-Umsetzers 6 digitalisiert und dem Microcontroller 8 zugeführt. Nach einer parametrierbaren digitalen Tiefpassfilterung bzw. Mittelwertbildung werden durch diesen Microcontroller 8 die Anzeige des Messwertes in der Bedien- und Anzeigeeinheit 10 und die Ausgabe über die serielle Schnittstelle 9 gesteuert. Dadurch wird eine Messwertprotokollierung durch direktes Ablesen oder durch einen PC ermöglicht. Diese digitalen Daten können auch wie das analoge Ausgangssignal des Wandlers 5 zum Aufbau eines Regelkreises genutzt werden. Der Microcontroller 8 ermöglicht auch die Parametrierung der Systemparameter, beispielsweise der Mittelungszeit, durch den Bediener.
2 zeigt eine erfindungsgemäße gitterförmige Elektrodenanordnung, im Ausführungsbeispiel eine Elektrodenanordnung 1 aus einer Kombination aus mindestens einer in Garnbewegungsrichtung unterbrochenen Signalelektrode 11 und mindestens einer ebenfalls in Garnbewegungsrichtung unterbrochenen, Bezugselektrode 12. Beide Elektroden 11 und 12 weisen unterschiedlich breite Gitterstege und unterschiedlich breite Zwischenräume auf. So weisen die Signalelektrode 11 beispielsweise die unterschiedlich breiten Stege 14a und 14b und die Bezugselektrode 12 die unterschiedlich breiten Unterbrechungen 15a und 15b auf. Die Längsrichtung sowohl der Signalelektrode 11 als auch die der Bezugselektrode 12 ist parallel zum Garn 13 ausgerichtet. Die Bezugselektrode 12 ist zwischen dem Garn 13 und der Signalelektrode 11 derart angeordnet, dass die Stege 14a und 14b der Signalelektrode 11 dem Unterbrechungsbereich 15a und 15b der Bezugselektrode 12 zugeordnet sind. Nach einer Ausbildung der Erfindung weisen die Signalelektrode 11 mindestens zwei Stege 14a und 14b und die Bezugselektrode mindestens zwei Unterbrechungen 15a und 15b auf.
Das Garn 13 wird an der Elektrodenanordnung 1 vorbeibewegt und influenziert so, infolge der vorstehend beschriebenen Gestalt und Geometrie des Gitters, Signale mit einem erfindungsgemäß breitbandigen Spektrum, welches den Verlauf der Präparationsschichtdicke längs des Garnes mit hoher örtlicher Auflösung widerspiegelt.
Sofern die Elektrodenanordnung 1 neben der vom Garn 13 ausgehenden Influenz auch elektrischen Störfeldern einer industriellen Umgebung (beispielsweise verursacht von Thyristor-Maschinensteuerungen) ausgesetzt ist, entstehen Signale mit Nutzanteil (vom Garn ausgehend) und Störanteil (vom Störfeld ausgehend), wobei letzterer bei der Kontrolle der Präparationsdicke Fehler verursacht.
Die Bildung der Differenz der beiden Signale, welche einmal von Signalelektrode 11 und zum anderen von der Bezugselektrode 12 abgenommen wurden, im Differenzverstärker 4, bewirkt die Kompensation oder zumindest Abschwächung der infolge der fernen Störquelle untereinander ungefähr gleichartig ausfallenden Störsignalanteile. Dagegen werden die beiden wegen der Nähe zum Garn unterschiedlich ausfallenden Nutzsignalanteile gegenseitig nicht abgeschwächt. Dies dient der Verwirklichung eines hohen Signal-Stör-Abstandes (Signal to Noise Ratio = SNR).
Wenn die Bezugselektrode 12 zwischen dem Garn 13 und der Signalelektrode 11 und in der Weise angeordnet ist, dass die Stege 14a und 14b der Signalelektrode 11 dem Unterbrechungsbereich 15a und 15b der Bezugselektrode 12 zugeordnet sind, kann die Bezugselektrode 12 dazu dienen, ebenfalls mit dem Ziel eines hohen SNR, Störfelder gegenüber der Signalelektrode 11 abzuschirmen. Zu diesem Zweck ist in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Bezugselektrode 12 über ihren Anschluss 16 nicht nur mit dem Eingang des Ladungsverstärkers 2, sondern, wie in 2 dargestellt, zusätzlich noch mit Massepotenzial verbunden.

1: Elektrodenanordnung
2: erster Ladungsverstärker
3: zweiter Ladungsverstärker
4: Differenzverstärker
5: Wandler
6: AD-Umsetzer
7: Analogsignalabgriff
8: Microcontroller
9: serielle Schnittstelle
10: Bedien- und Anzeigeeinheit
11: Signalelektrode
12: Bezugselektrode
13: Garn
14a, 14b: Stege
15a, 15b: Unterbrechungen
16: erster Anschluss
17: zweiter Anschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Vosteen, William E., A Review of current electrostatic Measurement Techniques and their Limitations, Vortrag auf der „ELECTRICAL OVERSTRESS EXPOSITION, 24.–26. April 1984, San Jose, Kalifornien [0004]

Claims

Verfahren zur berührungslosen Kontrolle der Dicke einer auf ein Garn aufgebrachten Präparationsschicht, wobei die vom Garn ausgehende elektrostatische Feldwirkung ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldwirkung direkt, ohne Umwege durch deren Kompensation, über die von ihr verursachte Influenzwirkung erfasst wird, dass infolge der Influenzwirkung eine der Influenz proportionale elektrische Spannung erzeugt wird, dass diese elektrische Spannung nach ihrer Höhe und nach ihrem Verlauf ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung derart erfolgt, dass bei Überschreitung oder Unterschreitung eines gespeicherten Vorgabewertes ein Fehlersignal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Spannung zur Regelung der Präparationsschichtdicke genutzt wird.
Schaltungsanordnung zur Erfassung und Auswertung der Influenz von Ladungen eines Garnes, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der vom Garn (13) ausgehenden Influenz parallel zum Garn eine Elektrodenanordnung (1) angeordnet ist, deren erster Anschluss (16) zur Auswertung des Ausgangssignals der Elektrodenanordnung (1) mit einem ersten Ladungsverstärker (2) und deren zweiter Anschluss (17) mit einem zweiten Ladungsverstärker (3) verbunden sind, denen ein Differenzverstärker (4) nachgeschaltet ist, dass der Ausgang des Differenzverstärkers (4) über einen Wandler (5) sowohl mit einem AD-Umsetzer (6) als auch mit einem Analogsignalabgriff (7) verbunden ist und dass der AD-Umsetzer (6) über einen Microcontroller (8) sowohl mit einer seriellen Schnittstelle (9) als auch mit einer Bedieneinheit (10) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (1) gitterförmig ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (1) aus einer Kombination aus mindestens einer in Garnbewegungsrichtung unterbrochenen Signalelektrode (11) und mindestens einer ebenfalls in Garnbewegungsrichtung unterbrochenen, Bezugselektrode (12) besteht, die Längsrichtung beider Elektroden (11; 12) parallel zum Garn (13) ausgerichtet ist und die Bezugselektrode (12) zwischen dem Garn (13) und der Signalelektrode (11) derart angeordnet ist, dass die Stege (14a; 14b) der Signalelektrode (11) dem Unterbrechungsbereich (15a; 15b) der Bezugselektrode (12) zugeordnet sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch unterschiedlich breite Stege (14a; 14b) und unterschiedlich breite Unterbrechungen (15a; 15b).
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugselektrode (12) wenigstens zwei Unterbrechungen (15a; 15b) hat.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalelektrode (11) wenigstens zwei Stege (14a; 14b) hat.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugselektrode (12) sowohl mit dem Ladungsverstärker (2) als auch mit Massepotenzial verbunden ist.