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Die Erfindung betrifft das Überwachen von Prozessen, bei denen Garn von einer Spule abgezogen wird.
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Zahlreiche Typen von Textilmaschinen, die Garn verarbeiten, entweder zum Verbessern der Garneigenschaften oder bei deren Verarbeitung zu Stoffen, machen Gebrauch von zuvor aufgewickelten Garnspulen, die derart aufgehängt sind, dass die Garne - häufig mit hoher Geschwindigkeit - „über Kopf“ zu den aktiven Verarbeitungskomponenten der Maschine abgewickelt werden. Ein Beispiel hierfür bilden bekannte Strecktexturiermaschinen, mit denen der Fachmann vertraut ist.
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Das Wort „Garn“ bezieht sich hier auf jegliche längliche flexible Faser, die auf eine Spule gewickelt werden kann, ungeachtet des Zwecks oder des Materials. Garne können natürliche oder syntetische Garne sein, und können für Stoffe oder für andere Zwecke eingesetzt werden.
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Die Struktur, welche die Spulen trägt und die Garne zu den aktiven Elementen der Verarbeitungsmaschine leitet, ist als Spulengestell bekannt. 1 zeigt ein Beispiel für ein Spulengestell 10 bekannte Bauart, es besitzt eine leichtgewichtige Rohrrahmenstruktur 12, wobei die Spulen 14 auf Zapfen 16 gelagert sind, welche derart gelenkig angebracht sind, dass sie verschwenkt werden können, um Zugriff zu den auszutauschenden Spulen 14 zu haben. Auf seinem Weg von seiner Spule 14 zu der (nicht gezeigten) Maschine wird das Garn durch eine Reihe von Keramikführungen und -röhren geleitet, die innerhalb der Spulengestell-Struktur angebracht sind. Typischerweise kann ein Spulengestell 10 hunderte von Spulen 14 aufnehmen. Die Spulen 14 können ein Gewicht von jeweils 10kg oder mehr haben, und häufig ist eine mechanische Unterstützung erforderlich, um die Spulen in ihre Position an dem Spulengestell 10 zu manövrieren.
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Die Spulen 14 drehen sich selbst nicht, wenn das Garn von ihnen abgezogen wird. Das Garn wird entlang einer Richtung etwa axial bezüglich der Spule abgezogen, sodass sich das Garn frei von der Spule 14 weg bewegen kann. Natürlich ist das Garn in Umfangsrichtung um die Spule gewickelt. Beim Abwickeln bewegt sich der Ablösepunkt des Garns von der Spule in Umfangsrichtung. Ein freier Abschnitt des Garns zwischen der Spule 14 und einer Ösen-Führung, durch die das Garn abgezogen wird, wirbelt um die Spule und wird auch aufgrund ihres Eigengewichts nach außen gedrängt, sodass das Garn eine drehende Hüllkurve bildet, bekannt als Ballon.
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Um einen kontinuierlichen Maschinenbetrieb zu erleichtern, wird das Garn von einer Reservespule an das freie Ende einer aktiven Spule gespleißt, sodass die Zufuhr von Garn zu dem Verarbeitungsbereich der Maschine andauert, wenn die aktive Spule verbraucht ist. Die Leerrohre der verbrauchten Spulen werden entfernt, und es werden bei Bedarf Reservespulen installiert und an die aktive Spule angespleißt. Typischerweise wird das Garn von dem Spulenträger 10 mit einer konstanten Geschwindigkeit von mehreren hundert Metern/Minute abgezogen. Abhängig von der Verarbeitungsgeschwindigkeit der Maschine und von der Größe der Vorratsspulen kann es zwischen einigen Stunden und einigen Tagen für einen solchen Transfer von einer aktiven Spule zu einer Reservenspule brauchen. Üblicherweise werden die benutzten Spulen ausgetauscht durch „manuelles“ Überprüfen und Orten derjenigen Spulenträger-Stellen, wo ein Transfer von der aktiven Spule zu der Reservespule stattgefunden hat.
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Eine manuelle Aufzeichnung von Transfer-Einzelheiten pro Verarbeitungsort dient der Produktionssteuerung und insbesondere der Qualitätssteuerung, weil zahlreiche Verarbeitungsfehler ihre Ursache in Mängeln haben, die bereits in den gelieferten Spulen vorliegen, bedingt durch stromaufwärts befindliche Verarbeitungsfehler. In einigen Prozessen kann der Transfer-Spleiß mit einem signifikanten Mangel behaftet sein, der es erforderlich macht, das verarbeitete Garn abzusondern und einer zweiten Qualitätsstufe zuzuordnen. Die manuelle Überwachung bedeutet Arbeit und dementsprechend Kostenaufwand, was folglich vermieden werden sollte durch Automation der erforderlichen Überwachung.
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Es sind Spulenträger-Überwachungssysteme entwickelt worden, die von einem Paar Bewegungssensoren Gebrauch machen, von denen sich einer an der aktiven Spule und der andere an der Reservespule befindet, sodass der Transfer von der aktiven zu der Reservespule direkt in das Produktions- und Qualitätssteuersystem der Textilfabrik eingeloggt werden kann. Dies erfordert, dass die Bewegungssensoren nahe den jeweiligen Spulen (aktiver und Reservespule) angebracht werden und Strom- und Signalleitungen entlang den häufig bewegbaren Gestellteilen des Spulengestells verlegt werden. Diese Systeme erfordern häufig ein manuelles Einfädeln des Sensors, wenn die neue Reservespule eingespleißt wird, sodass in unvermeidbarer Weise menschliche Fehler dazu führen, dass es nicht zu einem korrekten Einfädeln des Sensors kommt oder diese System insgesamt unzuverlässig sind. Es wurden auch andere Systeme verwendet, die auf Mikroschaltern im Bewegungsweg des Garns beruhen, allerdings beruhen diese auf einem Bauteil, das mit dem Garn in Berührung tritt, sodass dieses Bauteil mit einem raschen Verschleiß und damit einhergehenden Ausfall verbunden sind.
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Es wird daher ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung benötigt, um das Abziehen vom Garn von der Spule zu überwachen.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Überwachen des Abziehens von Garn von einer Spule geschaffen, bei dem
das Garn axial von der Spule abgezogen wird und ein freier Abschnitt des Garns sich um die Spule entlang deren Umfang bewegt;
ein auf elektromagnetische Strahlung ansprechender Sensor vorgesehen ist, um den freien Abschnitt des Garns zu erfassen und ein Ausgangssignal zu liefern, welches sich mit einer Periode ändert, die der Periode der Umfangsbewegung des freien Abschnitts des Garns um die Spule entspricht.
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Der Ausdruck, dass das Garn axial von der Spule abgezogen wird, bedeutet nicht, dass der Weg des Garns exakt axial verläuft, sondern bedeutet schlicht, dass das Garn von einem Ende her von der Spule abgezogen wird, und nicht entlang einer radialen Richtung, mit der eine Drehung der Spule einhergehen würde. Wenn die Rede von der Periode P ist, sollte gesehen werden, dass dies eine gewisse Frequenz f impliziert, die zu der Periode reziprok ist, und dass jede Abschätzung oder Berechnung auf der Grundlage von oder unter Einbeziehung der Periode P somit die entsprechende Frequenz f beinhaltet. Bezugnahmen auf die Bestimmung der Periode P oder Verwendungen der Periode P sind so zu verstehen, dass sie eine Bezugnahme auf die Verwendung oder die Bestimmung der berechnenden Frequenz f beinhalten.
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Im Folgenden werden spezifische Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine Ansicht eines Spulengestells gemäß Stand der Technik von einer Seite; und
- 2 eine Ansicht eines Teils eines Spulengestells, das eine Überwachungsanordnung als Ausführungsform der Erfindung beinhaltet, betrachtet von oben.
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2 zeigt lediglich einen Teil eines Spulengestells 20 mit einem Paar von Spulenträgern 22a, 22b. Zu jedem gegebenen Zeitpunkt des Arbeitsablaufs ist eine der Spulen 24a die aktive Spule, und eine ist die Reservespule 24b. Garn wird von der aktiven Spule für die Verarbeitung abgezogen. Das Garn ist in der oben erläuterten Weise derart gespleißt, dass, wenn die aktive Spule 24a aufgebraucht ist, automatisch der Abzug von Garn von der anderen Spule 24b beginnt, die dann zu der aktiven Spule wird. Dieser Übergang von einer Spule zur anderen wird hier als „Transfer“ bezeichnet. Nach dem Transfer wird die aufgebrauchte Spule 24a ersetzt, und Garn wird an die neue aktive Spule 24b angespleißt, sodass im Anschluss an den Verbrauch der neuen aktiven Spule 24b ein weiterer Transfer stattfindet. Auf diese Weise lässt sich Garn ohne Unterbrechung abziehen.
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Um den Austausch der Spulen 24a, 24b zu erleichtern, sind die Spulenträger 22a, 22b jeweils drehbar gelagert, sodass sie aus einer Arbeitsstellung, die durch ausgezogene Linien in der Zeichnung veranschaulicht ist, verschwenkt werden können in eine Ladestellung, die gestrichelt angedeutet ist. Jeder Spulenträger ist mit einem zugehörigen Handgriff 26 versehen, der einer Bedienungsperson beim Bewegen der Spulenträger in die beiden Stellungen hilft. Wenn sich der Spulenträger in der Ladestellung befindet, kann die Bedienungsperson die verbrauchte Spule abnehmen und sie mit einer vollen Spule ersetzen, hier ebenfalls in der Zeichnung durch gestrichelte Linien dargestellt.
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In ihren Arbeitsstellungen tragen die Spulenträger 22a, 22b jeweils ihre zugehörigen Spulen 24a, 24b in einer derartigen Orientierung, dass die Spulenachsen (zumindest angenähert) zu einer Führung 28 weisen, durch die hindurch das Garn abgezogen wird, wobei die Führung bei dieser Ausführungsform die Form einer Öse aufweist.
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Ein freier Abschnitt 30 des Garns der aktiven Spule 24a führt von der Spule zu der Führung 28, um, wie oben erläutert wurde, die Spule zu wirbeln, wodurch das entsteht, was der Fachmann als Ballon bezeichnet. Die Zeichnung veranschaulicht den freien Abschnitt 30 als gestreckt, in der Praxis jedoch biegt er sich etwas nach außen, um eine Kurve zu beschreiben.
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Erfindungsgemäß beinhaltet das Spulengestell 20 ein Sensormodul 32, welches den Ballon zu dem Zweck erfasst, das Abziehen des Garns von den Spulen 24a, 24b zu überwachen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Sensor ein optischer Sensor. Insbesondere spricht er an auf Licht im sichtbaren Bereich des Spektrums. Bei anderen Ausführungsformen könnte der Sensor im Prinzip auf elektromagnetische Strahlung in anderen Frequenzbereichen ansprechen, zum Beispiel im ultravioletten oder infraroten Teil des Spektrums.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Führung 28, durch die hindurch das Garn läuft, um in die Führungsstruktur des Spulengestells einzutreten, in das Sensormodul 32 inkorporiert, bei anderen Ausführungsformen kann sie jedoch separat ausgebildet sein.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Sensor ein Reflexions-Typ-Sensor. Eine (bei dieser Ausführungsform in das Sensormodul 32 eingebaute, wenngleich bei anderen Ausführungsformen auch separat ausgebildete) Lichtquelle dient zum Emittieren von Licht in eine Richtung, etwa fort von dem Sensormodul 32 zum Beleuchten des Ballons. Von dem Ballon reflektiertes Licht ist durch das Sensormodul 32 nachweisbar und ist moduliert durch die Drehbewegung des Garns um die Spule 24a. Bei anderen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung von Transmissions-Typ sein und eine Lichtquelle verwenden, die durch den Ballon hindurch in Richtung des Sensormoduls 32 weist, sodass der Schatten des Ballons das am Sensormodul empfangene Licht moduliert. Eine speziell zugeordnete Lichtquelle kann sich als nicht notwendig erweisen.
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Der Sensor liefert ein Ausgangssignal, welches aufgrund der durch das wirbelnde Garn erfolgten Modulation periodisch schwankt. Das Sensorsignal kann natürlich etwas Rauschen beinhalten, allerdings können dem Fachmann bekannte Signalverarbeitungsmethoden angewendet werden, um aus dem Signal einen Wert für die Frequenz (Äquivalenz der Periodendauer) der Signalveränderung zu gewinnen, und folglich einen Wert der Frequenz (Periode) der Bewegung des freien Abschnitts 30 des Garns um die aktive Spule 24a. Grundsätzlich könnte die Signalverarbeitung auch beispielsweise von numerischen Frequenzanalysemethoden Gebrauch machen, beispielsweise von einer schnellen Fouriertransformation, in der Praxis jedoch erweist sich die Berechnungskomplexität derartiger Vorgehensweise als unnötig, und eine einfach Methode, die beispielsweise das Glätten des Signals beinhaltet, gefolgt von der Bestimmung der Frequenz, bei der ein Schwellenwert gekreuzt wird, erweist sich als für den Zweck angemessen. Dies lässt sich als „Nulldurchgangsmethode“ bezeichnen, obschon das Signal in diesem Fall nicht notwendigerweise auf Null abfällt, wenn nicht ein Offset-Wert von dem Signal subtrahiert wird.
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Die Überwachungsanordnung liefert somit ein Ausgangssignal, welches eine Echtzeitangabe für die Periode der Bewegung des Garns um die aktive Spule 24a ist, im Folgenen als „Periode P“ bezeichnet. Der Fachmann erkennt, dass Berechnungen und weitere Feststellungen auf der Grundlage der Periode P gleichermaßen aufgrund der entsprechenden Frequenz möglich sind.
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Die Periode P kann bei Ausführungsbeispielen der Erfindung dazu verwendet werden, festzustellen: (a) wann ein Transfer von einer Spule zu der anderen stattfindet, und (b) die ungefähre Menge an auf der Spule verbleibenden Garn und/oder die angenäherte Laufzeit bis zur Entleerung der Spule.
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Um abzuschätzen, wie diese Feststellungen getroffen werden, sei als Erstes angemerkt, dass der freie Abschnitt des Garns 30 von der äußersten Schicht des Körpers 34 bis auf die Spule 24a gewickelten Garns abgezogen wird. Der Durchmesser dieses Garnkörpers verringert sich, während Garn von der Spule abgezogen wird. In 2 ist die aktive Spule 24a teilweise entleert, und der Garnkörper dieser Spule ist kleiner als der der vollen Reservespule 24b. Typischerweise ist die lineare Geschwindigkeit, mit welcher Garn von der Spule 24a abgezogen wird, im Wesentlichen konstant. Folglich muss beim Entleeren der Spule die Drehgeschwindigkeit, mit welcher der freie Abschnitt 30 des Garns sich um die Spule 24a bewegt, progressiv ansteigen, folglich die Periode P entsprechend abnehmen. Bei einem realen Beispiel beträgt die für eine volle Spule gemessene Periode P etwa den vierfachen der Periode, die für eine Spule am Punkt der vollständigen Entleerung gemessen wird. Somit existiert eine mathematische Beziehung zwischen der Periode P und der ungefähren Garnlänge, die auf der Spule verbleibt, oder - äquivalent - der verbleibenden Zeit bis zur Entleerung der Spule. Damit lässt sich durch Verarbeiten des Ausgangssignals des Sensormoduls 32 eine Angabe über die angenäherte Zeit bis zur Entleerung der aktiven Spule 24a und/oder der Länge des darauf verbliebenen Garns gewinnen.
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Die Periode P ist unmittelbar vor dem Transfer von einer aktiven Spule 24a zur nächsten auf einem Minimum, da an diesem Punkt der Durchmesser des Garnkörpers 34 am kleinsten ist. Unmittelbar nach dem Transfer auf die nächste aktive Spule ändert sich die Periode P aprubt auf einen Maximumwert, da das Garn von der vollen Spule abzugehen beginnt. Diese Änderung in der Periode P wird erfasst und interpretiert als Angabe dafür, wann ein Transfer stattfindet. Damit wird das Ausgangssignal des Sensormoduls 32 verarbeitet, um eine Echtzeit- oder Nahezu-Echtzeit-Angabe für den Zeitpunkt des Transfers zu liefern.
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In einem praktischen System gibt jedes Paar von Spulenträgern 22a, 22b auf einem Spulengestell, typischerweise ausgestattet mit einem entsprechenden Sensormodul 32, von sämtlichen Sensormodulen 32 Ausgangssignale ab, die (durch Analog-Digital-Wandler beispielsweise) digitalisiert und zu einem Computer oder Computernetzwerk übertragen werden, hier schematisch bei 36 dargestellt. Die Sensordaten lassen sich für einen Benutzer über eine grafische Benutzeroberfläche darstellen, sodass der Benutzer Echtzeitdaten bezüglich jedes Spulenpaars erhält. Die von einem derartigen System erfassten und dargestellten Daten können beispielsweise ein Protokoll installierter Spulen, von Transfers zwischen Spulen, und von angenäherter Zeit bis zum endgültigen Verbrauch aktiver Spulen enthalten. Diese Daten sind eine Hilfe bei der Gewährleistung, dass neue Spulen installiert werden, die für die Aufrechterhaltung der Produktion erforderlich sind, ohne dass das Erfordernis einer konstanten, manuellen Überwachung besteht. Die Daten können aber auch dazu dienen, die Verarbeitung spezifischer Charge von Garn aus bekannten Quellen zu verfolgen, was zum Beispiel das Aufspüren jeglicher Probleme bei der Produktion zurück bis zur spezifischen Lieferquelle des Garns erleichtert.
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Die oben beschriebene Ausführungsform dient als ein Beispiel für eine mögliche Art und Weise der Implementierung der Erfindung, sie ist jedoch nicht beschränkend, sondern es sind zahlreiche Varianten, Abänderungen und Modifikationen möglich, ohne vom Schutzumfang der Erfindung gemäß den beigefügten Ansprüchen abzuweichen. Die dargestellte Ausführungsform macht Gebrauch von einem Sensormoduls 32 mit einem einzelnen Sensor, der ausgebildet ist zum Überwachen des Ballons beider Spulen 24a, 24b, wann immer eine von ihnen gerade aktiv ist, wobei dies vorteilhaft ist bezüglich Einfachheit und Wirtschaftlichkeit, die Erfindung könnte jedoch auch implementiert werden unter Einsatz jeweiliger Sensoren für jede des Paars von Spulen 24a, 24b.
