DE19757009A1 - Verfahren zur Überwachung des Paraffinauftrags auf einen laufenden Faden - Google Patents
Verfahren zur Überwachung des Paraffinauftrags auf einen laufenden FadenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem
Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Für die Garnverarbeitung kann es erforderlich sein, den Reibwert
des Garns herabzusetzen. Ein bekanntes Verfahren dazu ist das
Paraffinieren. Durch auf das Garn aufgetragene Paraffinpartikel
werden die Lauf- und Gleiteigenschaften, insbesondere beim
Wirken und Stricken, wesentlich verbessert. Der Paraffinauftrag
erfolgt z. B. an Spulmaschinen während des Umspulens des Garns
von Kopsen auf Kreuzspulen. Dabei wird der Faden mit einem
Paraffinkörper in Kontakt gebracht, der sich durch den
Paraffinabtrag verbraucht.
Ist ein Paraffinkörper aufgebraucht oder dessen Kontakt zum
Faden unterbrochen und wird das nicht erkannt, kann das
nichtparaffinierte Garn bei der nachfolgenden Verarbeitung
Garnbrüche oder an einer Strickmaschine sogar Nadelbrüche
verursachen, was zu Produktionsfehlern oder Produktionsausfall
führt. Es sind deshalb bereits verschiedene Verfahren und
Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die eine Überwachung der
Paraffinierung des Garns ermöglichen.
Die meisten Verfahren beruhen darauf, daß der Paraffinkörper
selbst überwacht wird und dessen festgestellter Aufbrauch
signalisiert wird. Nachteilig ist hier, daß der Kontakt des
Paraffinkörpers mit dem Faden auch unterbrochen sein kann, ohne
daß der Paraffinkörper aufgebraucht, sondern nur verklemmt oder
verschmutzt ist.
In der DE 195 47 870 A1 werden ein Verfahren und eine
Vorrichtung beschrieben, womit das Ergebnis des Parafffinierens
überprüft werden kann. Dazu sind im Fadenlauf vor und hinter der
Paraffiniereinrichtung Wärmesensoren angeordnet, die vom
laufenden Faden mit Gleitreibung beaufschlagt werden. Jede über
einen bestimmten Wert hinausgehende Reibungswärmeerhöhung wird
als Defekt an der Paraffiniereinrichtung gedeutet, der zum
Abschalten der betreffenden Spulstelle führt.
Für das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung sind
zusätzliche Sensoren erforderlich, deren Einsatz in der Regel an
einer Spulmaschine nicht vorgesehen ist. Die Signalverarbeitung
muß deshalb auf diese Sensoren abgestimmt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Überwachung des
Paraffinauftrags auf einen laufenden Faden mit Mitteln
durchzuführen, die bereits bei der Überwachung des laufenden
Spulbetriebs eingesetzt werden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Hilfe der kennzeichnenden
Merkmale des ersten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen des
Verfahrens werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Laufen Friktionstrommel und Spule mit derselben
Winkelgeschwindigkeit um oder stehen die Winkelgeschwindigkeiten
in einem starke Bilder verursachenden definierten Verhältnis,
z. B. 1 : 1,5, zueinander, werden die Garnlagen übereinander
abgelegt. Damit liegen auch die Umkehrpunkte übereinander. Das
führt zu den nicht erwünschten Wulstbildungen auf der Oberfläche
der Spule, den sogenannten Bildwicklungen. Durch wechselnden
Schlupf zwischen Friktionstrommel und Spule kann der Aufbau von
Bildwicklungen wirksam gemindert werden. Ein wechselnder Schlupf
kann durch intervallweises Beschleunigen der Friktionstrommel
erzeugt werden. Bei unveränderter Antriebsleistung ändert sich
der Schlupf mit steigendem Spulendurchmesser und damit
zunehmender Spulenmasse. Aber nur dann, wenn sich der
Ablageversatz auf der Oberfläche der Kreuzspule in
aufeinanderfolgenden Beschleunigungsphasen der Kreuzspule
merklich ändert, wird erfindungsgemäß auf einen Ausfall des
Paraffinauftrags geschlossen.
Der Antrieb der Spule erfolgt mittels Friktion durch die
Friktionstrommel. Beim Beschleunigen der Friktionstrommel bleibt
die Spule in ihrer Umfangsgeschwindigkeit schlupfbedingt mehr
oder weniger hinter der Umfangsgeschwindigkeit der
Friktionstrommel zurück. Mit Hilfe dieses Schlupfes wird die
Bildstörung bewirkt. Die Friktionskraft und damit das
Antriebsmoment auf die Spule sind abhängig von den
spultechnologischen Parametern wie Auflagekompensation, Garnart,
Spulenmasse, Garnpräparation usw.
An der Friktionstrommel sowie auch an der Kreuzspulenhalterung
im Spulenrahmen sind Sensoren angebracht, mit denen der
Drehwinkel und damit die Winkelgeschwindigkeit bzw.
Umlaufperiodendauer der beiden Rotationskörper ständig bestimmt
werden. Dies dient üblicherweise der Ermittlung des sich während
der Spulenreise ständig ändernden Durchmessers der Kreuzspule.
Diese Sensoren werden im Rahmen der Erfindung auch für die
Überwachung des Paraffinauftrages eingesetzt. Dabei geht die
Erfindung von der Erkenntnis aus, daß bei Ausfall der
Paraffinierung der durch den Changierhub die Oberfläche der
Kreuzspule zunehmend überdeckende Faden schon nach kurzer Zeit
das Reibungsverhalten der Kreuzspulenoberfläche signifikant
verändert.
Setzt während einer Spulenreise die Paraffinierung aus, ist ohne
weiteres die Veränderung des Reibungsverhaltens der
Spulenoberfläche erkennbar. Da jedoch das Reibungsverhalten der
aus paraffiniertem Faden gebildeten Spulenoberfläche in
Abhängigkeit von der Spulstelle, der Partie und den
Spulparametern normalerweise bekannt ist, spätestens jedoch,
wenn die Partie eine zeitlang läuft, ist es auch möglich, nach
einem Kreuzspulenwechsel zu erkennen, daß das Reibungsverhalten
der Kreuzspulenoberfläche außerhalb erwarteter Werte liegt.
Um zu vermeiden, daß eine längere, nicht paraffinierte
Fadenstrecke auf die Kreuzspule aufläuft, ist erfindungsgemäß
vorgesehen, die Spulstelle sofort nach erkanntem Ausfall des
Paraffinauftrages stillzusetzen. Allerdings wäre es auch
möglich, jedoch mit Verlusten verbunden, wenn die Kreuzspule
fertig gewickelt und anschließend als Off-Standard-Spule
ausgesondert wird.
Sinnvoll ist es, mit dem Stillsetzen der Spulstelle auch ein
Signal auszusenden, durch welches die Bedienungsperson
herbeigerufen wird. Die Bedienungsperson kann dann entsprechende
Maßnahmen einleiten, um einen ordnungsgemäßen Paraffinauftrag
wiederherzustellen.
Sollte bezüglich der Weiterverarbeitung des auf die Kreuzspule
aufgewundenen Fadens die Forderung bestehen, daß auch kurze
Fadenabschnitte ohne Paraffin vermieden werden sollen, kann nach
dem Stillsetzen der Spulstelle der nicht paraffinierte
Fadenabschnitt mittels der Saugdüse von der rückwärts gedrehten
Kreuzspule oder auch von Hand abgezogen werden.
Ein ganz wesentliches Maß zur Bestimmung des Reibungsverhaltens
der Oberfläche der Kreuzspule auf der Friktionstrommel ist die
absolute Größe des Schlupfes zwischen Friktionstrommel und
Spule, der in den Beschleunigungsphasen während der Bildstörung
auftritt. Dieser läßt sich durch die Auswertung der
Winkelgeschwindigkeiten bzw. Umlaufperiodendauern der
Friktionstrommel und der Kreuzspule bestimmen. Um jedoch diesen
Schlupf zu ermitteln, ist der Spulendurchmesser, der sich
während der Kreuzspulenreise ständig ändert, wie in bekannter
und weiter oben bereits angesprochener Weise zu berechnen. Diese
Berechnung kann während der Beschleunigungsphasen nicht
durchgeführt werden, da in dieser Zeit durch den Schlupf ein
verfälschter Durchmesser ermittelt würde. Aus diesem Grunde wird
der Durchmesser der Spule in den beschleunigungsfreien
Auslaufphasen berechnet und der Verlauf der Zunahme des
Spulendurchmessers unter Zugrundelegung der vorangegangenen
Werte für die Beschleunigungsphasen vorausberechnet. Aus der
Differenz zwischen dem durch Schlupf verfälschten
Spulendurchmesser und dem tatsächlichen Wert des
Spulendurchmessers läßt sich die Größe des Schlupfes in den
Schlupfphasen quantitativ bestimmen.
Fällt dann in aufeinanderfolgenden Beschleunigungsphasen bei
unveränderter Antriebsleistung der Friktionstrommel der Schlupf
ab und verbleibt auf einem niedrigeren Niveau, ist das
erfindungsgemäß ein Signal dafür, daß kein Paraffinauftrag auf
das Garn erfolgt ist. Der Reibwert des Garnes und damit die
Friktionskraft haben sich erhöht. Diese Erhöhung ist so deutlich
spürbar, daß die Zuordnung zum Paraffinauftrag ohne weiteres
möglich ist.
Wird zusätzlich die mittels des von der Friktionstrommel auf die
Spule übertragenen Antriebsmomentes ermittelte Friktionskraft in
die Bewertung einbezogen, lassen sich die Aussagen zum
Reibungsverhalten der Oberfläche der Kreuzspule noch deutlicher
treffen. Wird dazu in den schlupffreien Auslaufphasen der beiden
Rotationskörper im Rahmen der Bildstörung deren Verzögerung
ermittelt, sind Reibungs-, Trägheits- und Konvektionsverluste
sowie Belastungselemente, letztere hervorgerufen z. B. durch die
Fadenzugkraft des auflaufenden Fadens, bestimmbar. Diese liegen
aber auch in den Beschleunigungsphasen vor. Auf diese Weise
können Parameter eliminiert werden, die in keiner Beziehung zum
Reibungsverhalten der Oberfläche der Kreuzspule auf der
Friktionstrommel stehen. Dadurch wird das Ausbleiben des
Paraffinauftrages noch schneller und deutlicher sichtbar. Vor
allem ist es dadurch auch möglich, auch schon zu Beginn der
Spulenreise die Lage der Funktion der Friktionskraft in
Abhängigkeit vom Schlupf klar nach den Kriterien
Paraffinauftrag/kein Paraffinauftrag zu differenzieren.
Ist an der Spulstelle ein Fadenzugkraftsensor vorhanden, können
alternativ dessen Ausgangswerte, die das Belastungsmoment für
die beiden Rotationskörper bilden, in die Auswertung einbezogen
werden. Dadurch wird zumindest verhindert, daß Schwankungen der
Fadenzugkraft das Ergebnis der Schlupfermittlung verfälschen.
Durch Ermittlung des Ablageversatzes wird nicht nur die jeweils
absolute Schlupfgröße in die Auswertung einbezogen, sondern auch
das Ergebnis des Schlupfes, wodurch der Schlupfverlauf
einschließlich der Dauer des Schlupfes miterfaßt wird. Die
Einbeziehung dieser zusätzlichen Dimension führt ebenfalls zu
signifikanteren Abweichungen, hier in der Funktion des
Ablageversatzes abhängig vom Schlupf, gegenüber der isolierten
Betrachtung des Schlupfes.
Eine Verbesserung der Aussagefähigkeit hinsichtlich des
Paraffinauftrages kann auch dadurch erreicht werden, daß ein
Referenzwert durch Mittelung des Reibungsverhaltens der
Kreuzspulen an mehreren Spulstellen bestimmt wird, von dem ein
bestimmtes Maß einer Abweichung als Ausbleiben des
Paraffinauftrages definiert wird.
Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Spulvorrichtung mit einer Auswerteeinrichtung zur
Bestimmung des Schlupfes,
Fig. 2 in einem Blockdiagramm den Aufbau einer
Auswerteeinrichtung,
Fig. 3 ein Diagramm als einen kleinen Ausschnitt aus einer
Spulreise zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 ein Diagramm über den zwischen einer Friktionstrommel
und einer Spule auftretenden Schlupf während des
Ausschnittes der Spulreise nach Fig. 3, wobei der
Schlupf auf den Durchmesser der Spule skaliert ist,
Fig. 5 den Durchmesserverlauf in einem Beschleunigungs-
Auslaufdiagramm einer konischen Spule,
Fig. 6 einen egalisierten Auslaufvorgang einer konischen
Spule,
Fig. 7 ein Diagramm, in dem der relative Ablageversatz über
den Schlupf aufgetragen ist, jeweils für ein
paraffiniertes und ein nichtparaffiniertes Garn, und
Fig. 8 ein Diagramm, in dem die Friktionskraft über den
Schlupf aufgetragen ist, jeweils für ein paraffiniertes
und ein nichtparaffiniertes Garn.
Die in Fig. 1 nur schematisch dargestellte Spulvorrichtung,
insbesondere die Spulvorrichtung einer Spulstelle einer
Spulmaschine, besitzt eine Friktionstrommel 10, die mittels
eines Antriebsmotors 11 angetrieben ist. Die Friktionstrommel 10
ist mit einer Kehrgewindenut 12 versehen, so daß sie
gleichzeitig als eine Changiereinrichtung für einen in
Pfeilrichtung über einen Fadenzugkraftsensor 13 durch eine
Fadenöse 14 zulaufenden Faden 15 dient. Der Faden 15 wird auf
eine Spulenhülse 16 als Spule in wilder Wicklung aufgewickelt,
so daß eine sogenannten Kreuzspule 17 entsteht. Da die Erfindung
sowohl beim Herstellen zylindrischer Kreuzspulen als auch beim
Herstellen konischer Kreuzspulen anwendbar ist, ist in Fig. 1
eine zylindrische Kreuzspule 17 und in Fig. 2 eine konische
Kreuzspule 17' dargestellt. Wenn im nachstehenden von einem
Spulenradius oder Spulendurchmesser gesprochen wird, so ist bei
einer konischen Kreuzspule 17' der neutrale Durchmesser oder der
sogenannte treibende Durchmesser gemeint. Die Spulenhülse 16 ist
mittels zweier Spulenteller 18, 19 gehalten, die jeweils mit
einem Konus 20, 21 kraftschlüssig in die offenen Enden der Hülse
16 eingreifen. Die Spulenteller 18, 19, die mit der Hülse 16 und
damit mit der Spule 17 rotieren, sind in einem nicht
dargestellten Spulenrahmen gelagert, der um eine zur Welle 22
der Friktionstrommel 10 parallele Achse schwenkbar ist.
Der Welle 22 der Friktionstrommel 10 ist ein Sensor 23
zugeordnet, der beispielsweise als Drehwinkelgeber ausgebildet
ist. Mittels dieses Sensors 23 wird die Winkelgeschwindigkeit,
Periodendauer oder Drehzahl der Friktionstrommel erfaßt. Dem
Spulenteller 18 ist ein Sensor 24 zugeordnet, der ebenfalls als
ein Drehwinkelgeber ausgebildet ist. Mittels dieses Sensors
werden die entsprechenden Meßwerte der Spule 17 ermittelt. Die
Signale der Sensoren 23 und 24 werden in einer Steuer- und
Auswerteeinrichtung 25 erfaßt.
Um Bildwicklungen bei der Herstellung der Spule 17 zu vermeiden,
wird eine sogenannte Bildstörung durchgeführt, bei welcher
intermittierend Schlupf zwischen der Friktionstrommel 10 und der
Spule 17 erzeugt wird. Dies geschieht dadurch, daß der
Antriebsmotor 11 der Friktionstrommel 10 abwechselnd ein- und
ausgeschaltet wird. Unterschreitet die Drehzahl der
Friktionstrommel 10 nach dem Ausschalten des Antriebsmotors 11
einen vorgegebenen Wert, so wird der Antriebsmotor 11 wieder
eingeschaltet, wodurch die Friktionstrommel 10 bis zu einer
Maximaldrehzahl beschleunigt wird. Danach wird der Antriebsmotor 11
wieder abgeschaltet, worauf sich das Spiel wiederholt.
Aufgrund der Massenträgheit der Spule entsteht während der
Beschleunigung der Friktionstrommel 10 ein Schlupf zwischen der
Friktionstrommel 10 und der zylindrischen Spule 17.
Ausgehend von der zunächst leer auf der Friktionstrommel 10
aufliegenden Spulenhülse 16 wächst der Radius oder der
Durchmesser der Spule 17 aufgrund des aufgewickelten Fadens 15
an, bis die Spule 17 ihren maximalen Radius oder Durchmesser
erreicht hat.
Der Spulenradius rsp läßt sich aufgrund der Signale der Sensoren
23, 24 nach folgender Formel berechnen:
ωsp × rsp = ωfw × rfw und daraus rsp = (ωfw × rfw)/ωsp
darin bedeuten:
ωsp Winkelgeschwindigkeit der Spule
ωfw Winkelgeschwindigkeit der Friktionstrommel
rsp Radius der Spule
rfw Radius der Friktionstrommel
ωsp Winkelgeschwindigkeit der Spule
ωfw Winkelgeschwindigkeit der Friktionstrommel
rsp Radius der Spule
rfw Radius der Friktionstrommel
Wird diese Berechnung in kurzen Zeitabständen laufend
durchgeführt, beispielsweise in Zeitabständen von 0,1 s, so
ergibt sich eine Kurve, wie sie in Fig. 3 als Durchmesser
(2 × rsp) über der Zeit dargestellt ist.
Fig. 3 zeigt eine Durchmesservergrößerung von etwa 0,75 mm im
Bereich eines Spulendurchmessers von etwa 155,15 bis etwa
155,9 mm in einer Zeitspanne von etwa 17 Sekunden. Die unteren
Abschnitte 30 dieser Kurve entsprechen den Auslaufphasen, in
denen der Antriebsmotor 11 der Friktionstrommel 10 abgeschaltet
ist, so daß Friktionstrommel 10 und Spule 17 im Falle einer
zylindrischen Spulengeometrie schlupffrei laufen. In diesen
Auslaufphasen 30 ist daher die erwähnte Formel anwendbar, so daß
der in den Auslaufphasen 30 dargestellte Verlauf der Kurve dem
tatsächlichen Verlauf der Zunahme des Spulenradius rsp oder hier
des Spulendurchmessers entspricht. In den zwischen den
Auslaufphasen 30 liegenden Beschleunigungsphasen 31 hat die
Spule 17 eine geringere Umfangsgeschwindigkeit als die
Friktionstrommel 10. Die Berechnung des Spulenradius rsp oder des
Spulendurchmessers mit der genannten Formel führt dort zu einem
fiktiven Spulendurchmesser oder Spulenradius, der durch den
auftretenden Schlupf verfälscht ist. Aufgrund des Schlupfes wird
eine Zunahme des Spulenradius oder Spulendurchmessers mittels
obiger Formel errechnet, die größer als der tatsächliche Verlauf
der Zunahme des Spulendurchmessers in der Beschleunigungsphase
31 ist. Für die Spulgeschwindigkeit gilt: νsp = (1-S) × νtr.
S steht dabei für den Schlupf.
Als bekannte Größen im Spulprozeß können die
Trommelgeschwindigkeit νtr und der Spulenradius rsp angegeben
werden. Somit gilt: ωsp × rsp = (1-S) × νtr
oder S = 1 - (ωsp × rsp)/ νtr und damit
S = [νtr - (ωsp × rsp)]/νtr
oder S = 1 - (ωsp × rsp)/ νtr und damit
S = [νtr - (ωsp × rsp)]/νtr
Mit νtr = ωsp|s=o × rsp gilt:
S = [(ωsp|s=o × rsp) - (ωsp × rsp)]/(ωsp|s=o × rsp).
S = [(ωsp|s=o × rsp) - (ωsp × rsp)]/(ωsp|s=o × rsp).
Daraus folgt: S = 1 - (ωsp/ωsp|s=o)
Der Spulenradius errechnet sich in den Beschleunigungsphasen als
sogenannter verfälschter Spulenradius:
rsp|r verf. = rsp × (ωsp|s=o/ωsp)
ωsp|s=o bedeutet: Unter der Bedingung, daß der Schlupf = 0 ist.
Für den Schlupf zwischen Trommel und Spule ergibt sich damit
folgende Beziehung:
S = (rsp|r verf. - rsp)/rsp|r verf.
Unter Berücksichtigung des aus den Meßwerten berechneten
Verlaufs der Zunahme des Spulenradius oder Spulendurchmessers in
einer oder mehreren vorausgehenden Auslaufphasen 30 läßt sich
der (tatsächliche) Verlauf der Zunahme des Spulenradius oder
Spulendurchmessers für die jeweils nachfolgende
Beschleunigungsphase in Form einer zeitvarianten
Ausgleichsgeraden 32 vorausberechnen. Die Differenz zwischen dem
aus den Signalen der Sensoren 23, 24 errechneten (verfälschten)
Spulenradius oder Durchmesser in den Beschleunigungsphasen 31
und dem vorausberechneten Verlauf der Zunahme des
Spulendurchmessers gemäß den Ausgleichsgeraden 32 in den
Beschleunigungsphasen 31 ist ein Maß für den in den
Beschleunigungsphasen 31 tatsächlichen aufgetretenen Schlupf. In
Fig. 4 ist dieser Schlupf in Prozent über der Zeit auf den
Durchmesser der Spule 17 skaliert aufgetragen.
Bei konischen Kreuzspulen verändert sich der angetriebene
Durchmesser, bei bei dem die Umfangsgeschwindigkeiten von
Friktionstrommel und Kreuzspule übereinstimmen, fiktiv bei einer
Beschleunigung, wie aus Fig. 5 ersichtlich. Es erfolgt ein
fiktiver Durchmesseranstieg 40. Ab diesem Zeitpunkt 41 erfolgt
ein ausschließlich schlupfbehafteter Antrieb. Der während der
Beschleunigungsphase (Durchmesseranstieg 40) berechnete
Spulendurchmesser ist verfälscht und ist während der Phase 42
des schlupfbehafteten Antriebs etwa gleichbleibend. Nach
Abschalten der Friktionstrommel erreicht der fiktive
Spulendurchmesser die Spule im Punkt 43 wieder, und ein realer,
angetriebener Durchmesser wandert, proportional zur abfallenden
Drehzahl der Friktionstrommel, auf der Spule vom großen in
Richtung auf den kleinen Durchmesser. Dies ist die sogenannte
Auslaufphase 44. Gegen Ende der Einlaufphase 44 erreicht der
angetriebene Durchmesser aufgrund des beschleunigungsfreien
Antriebs eine sogenannte neutrale Durchmesserzone, in der
jeweils ein erreichter Durchmesser der konischen Kreuzspule
definierbar ist.
Das Erreichen der neutralen Zone ist von mehreren
Einflußfaktoren abhängig, beispielsweise von der Walkarbeit, der
Konizität der Spule und der Reibung zwischen Trommel und Spule,
was sich störend auf die Durchmesserbestimmung auswirkt. Der
Kurvenverlauf zeigt einen zeitlichen Einlauf- oder
Einschwingvorgang. Für eine Durchmesserbestimmung der Kreuzspule
ist der Einschwingvorgang nicht verwendbar, weil hier der
verfälschte Durchmesser mit dem neutralen Spulendurchmesser,
nicht übereinstimmt. Da aber bereits für die nächste
Beschleunigungsphase kurzfristig ein tatsächlicher
Spulendurchmesser vorliegen muß, muß dieser Einschwingvorgang
egalisiert werden. Dies geschieht durch Einbringung von
Vorabkenntnissen des Einlaufverlaufs in die neutrale Zone. Geht
man davon aus, daß während eines Störzyklus' sich die oben
genannten Einflußfaktoren nicht ändern, dann ist anzunehmen, daß
die vorhergehenden Störzyklen einen ähnlichen Verlauf aufweisen
wie der aktuelle. Mit dieser Erkenntnis ist es möglich, einen
Modellverlauf des aktuellen Einlaufverhaltens zu erstellen. Ist
dieser Modellverlauf gefunden, kann eine Vorhersage des
neutralen Konusdurchmessers zu jedem Zeitpunkt der Einlaufphase
berechnet werden.
Als Modellverfahren bietet sich die Berechnung eines
Ausgleichspolynoms n-ten Grades an. Sind die Modellparameter
(Polynomkoeffizienten) der letzten n Einlaufzyklen berechnet, so
kann simultan zur aktuellen Einlaufphase eine modellierte
Einlaufphase bestimmt werden. Hierzu müssen die n Parametersätze
der Einlaufzyklen gemittelt und ein simultaner Verlauf erstellt
werden. Dividiert man den gemessenen verfälschten
Durchmesserwert mit dem entsprechenden Modelldurchmesserwert, so
erhält man einen egalisierten Durchmesserverlauf. Dieser Verlauf
wird um den Betrag des aktuell gültigen Konusdurchmessers
korrigiert.
Die Einbindung mehrerer Auslaufzyklen in den Modellauslauf
empfiehlt sich, da davon auszugehen ist, daß damit auftretende
Unterschiede verschiedener Auslaufzyklen ausgemittelt werden.
Diese Methode ist in Fig. 6 dargestellt. Aufgrund der Ausläufe
(n-2) und (n-1) wird ein Modellauslauf für den Auslauf (n)
berechnet und simultan mitgeführt. Gleichzeitig wird der erfaßte
verfälschte Durchmesserverlauf durch den
Modelldurchmesserverlauf dividiert, was einen egalisierten
Durchmesserverlauf in der Auslaufphase ergibt.
Die Berechnung der zeitvarianten Ausgleichsgeraden 32 und des
Schlupfes kann beispielsweise entsprechend einer in Fig. 2
erläuterten Auswerteeinrichtung erfolgen. Die von den Sensoren
23, 24 gemessenen Periodendauern und damit auch die
Winkelgeschwindigkeit der Spule ωsp und der Friktionstrommel ωfw
werden in einen Quotientenbildner 33 eingegeben. Da der Radius
rfw der Friktionstrommel 10 konstant ist, ist bereits der
Quotient ωfw zu ωsp für den Spulenradius rsp repräsentativ, so daß
auf einer Multiplikation mit dem Radius rfw der Friktionstrommel
10 verzichtet werden kann. Dieser Wert ist allerdings noch nicht
für eine Schlupfbestimmung einsetzbar, da er durchmesserabhängig
ist. Dieser Wert wird deshalb in ein lineares Filter 34,
beispielsweise ein Kalman-Filter, eingegeben, dem auch die
Winkelgeschwindigkeit ωsp der Spule 17' oder 17 in Fig. 1 und die
Winkelgeschwindigkeit ωfw der Friktionstrommel 10 eingegeben
werden. Es werden die Durchmesserwerte oder im Falle der
konischen Kreuzspule der berechnete egalisierte Verlauf nur in
den Auslaufphasen der Bildstörung dem Filter zur Verfügung
gestellt. Dieses lineare Filter 34 bildet die zeitvariante
Ausgleichsgerade 32. Die Berechnung der Ausgleichsradien findet
in den schlupffreien Phasen statt. In den Beschleunigungsphasen
erfolgt die Weiterführung des Ausgleichsgeraden aufgrund ihrer
vorgegebenen Steigung. Diese Ausgleichsgerade 32 wird zusammen
mit dem Signal des Quotientenbildners 33 in eine
Subtraktionseinrichtung 35 eingegeben, die dann den
drehzahlunabhängigen und durchmesserunabhängigen Schlupf angibt,
d. h. den Schlupf, der von dem Spulprozeßzustand unabhängig ist.
Der so bestimmte Schlupfs bildet die vom Durchmesser
unabhängige Berechnungsgrundlage für den Ablageversatz. Für die
Geschwindigkeit der Spule gilt: vSpule (t) = (1 - s(t)) × vTrommel(t).
Die durch den Schlupf erzeugte Differenzstrecke auf der
Spulenoberfläche errechnet sich zu
wobei
t2 - t1die zu untersuchende Zeitspanne darstellt. Im Falle
diskretisierter Schlupf- und Geschwindigkeitsverläufe gilt mit
Δt als Abtastzeit:
Die Größe Δl ist der Ablageversatz. Hieraus eine Aussage über
die Garnverlegung auf der Spulenoberfläche zu formulieren,
gelingt unter Zuhilfenahme der Länge eines Doppelhubs auf der
Spulenoberfläche. Diese Länge ist trommelspezifisch und
errechnet sich zu lTrommel = 2 × gg × 2 × π × rTrommel, mit gg als
Trommelgangzahl (Anzahl der Trommelumdrehungen für einen
Ablagehub auf der Spulenoberfläche). Wird der Versatz auf einen
Doppelhub bezogen, ergibt sich der relative Versatz in Prozent.
Δ = (Δl/lTrommel) × 100% und damit:
Da keine weiteren Manipulationsmechanismen für die
Versatzbildung zur Verfügung stehen, kann nur die Beschleunigung
der Friktionstrommel den für die Bildstörung erforderlichen
Schlupf und damit den Versatz erzeugen. Ausgehend davon, daß das
Antriebsmoment bei jedem Störzyklus unabhängig vom
Motorarbeitspunkt immer gleich ist, gibt die Größe des Versatzes
während einer Spulenreise auch Auskunft über die Größe des
gerade herrschenden Schlupfes.
Werden während einer Spulenreise nach jedem Störzyklus, das ist
eine Aufeinanderfolge von Beschleunigung der Spule und ihrem
antriebslosem Auslauf, die Werte für den Schlupf und den Versatz
als Punkt in ein Diagramm eingetragen, entstehen eng begrenzte
Punktwolken, deren Lage und Ausrichtung Auskunft über die
Qualität des jeweiligen Störzyklusses und damit des Schlupfes
ergeben. Es ergibt sich eine Zustandsdarstellung der Störzyklen.
Mit steigendem Durchmesser der Spule wandert auch die
Punktwolke.
Weil ein paraffiniertes Garn andere Friktionseigenschaften
aufweist als ein nichtparaffiniertes, ist der beim Spulen dieser
Garne auftretende Schlupf unterschiedlich und folglich auch der
Ablageversatz. Das ist deutlich in dem in Fig. 7 dargestellten
Schlupf-Ablageversatzdiagramm zu sehen. Eine Punktwolke, die
während einer Spulenreise eines nichtparaffinierten Garns
aufgezeichnet wurde, unterscheidet sich hinsichtlich Lage,
Ausdehnung und Verlauf deutlich von einer Punktwolke, die
während der Spulenreise eines paraffinierten Garns aufgezeichnet
wurde. Voraussetzung für diesen Vergleich ist, daß außer der
Präparation die Einstellparameter während der beiden
Spulenreisen gleich sind.
Die absolute Lage der Punktwolke kann über die gesamte Maschine
oder Partie, also zwischen vielen Einzelaggregaten, verglichen
werden. Dadurch werden Abweichungen, die auf nachlassenden oder
wegfallenden Paraffinauftrag hinweisen, noch schneller und
besser erkannt.
Es wurden zylindrische Spulen aus Garn der gleichen Garnnummer
bei gleichen Spulgeschwindigkeiten gespult. Es war eine mittlere
Auflagekompensation eingestellt und es herrschte eine
Fadenzugkraft von 30 cN. Die Punktwolke des nichtparaffinierten
Garns erstreckt sich in einem Bereich geringen Ablageversatzes
und Schlupfes, etwa bis 3,5% relativen Ablageversatz bei 1,5%
Schlupf, während sich die Punktwolke des paraffinierten Garns,
von der vorhergehenden Wolke deutlich abgesetzt, von etwa 4%
relativen Ablageversatz und 1,5% Schlupf bis über 8% relativen
Ablageversatz und über 2,5% Schlupf erstreckt. Ein Schlupf-
Versatzdiagramm ermöglicht es, den paraffinierten und den
nichtparaffinierten Zustand eines Garns allein durch die Lage
der Schlupf-Versatz-Punkte deutlich zu unterscheiden.
Schlupf und Friktionskraft stehen ebenfalls in einem
proportionalem Zusammenhang. Ein Abfall des Schlupfes kann
deshalb über den Verlauf der Friktionskraft ermittelt werden.
Die Friktionskraft läßt sich aus dem auf die Spule wirkenden
Antriebsmoment berechnen. Während der Beschleunigungsphase der
Bildstörung wirkt auf die Spule das Antriebsmoment:
mSpule = mReib - mVerlust - mBelastung
Dieses Moment bewirkt eine Drehzahlsteigerung der Spule
innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls. Dabei gilt: mSpule =
Spule × JSpule. Im Bereich der Auslaufphase von Trommel und Spule
ist das Friktionsmoment mReib = 0 und die Spulendrehzahl reduziert
sich aufgrund der Verlust- und Belastungsmomente, die auf das
System wirken. Da in dieser Phase das System ohne weitere äußere
Einflüsse ist, können diese Momente über die
Winkelgeschwindigkeitsverläufe errechnet werden. Eine
Entkopplung der Momentenbestimmung zwischen den Rotationskörpern
Spule und Trommel wird über die Berechnung der
korrespondierenden Leistungen durchgeführt. So gilt für die im
Auslauf der Bildstörung erfaßte Verlust- und Belastungsleistung:
pVerlust,Belastung = mV,B|Trommel × ωTrommel + mV,B|Spule × ωSpule
Während es keine Möglichkeit gibt, mit den gegebenen Meßmitteln
die Verlustleistung des Trommel-Spulensystems zu messen, kann
die Summe der Antriebsverlustleistung und der
fadenzugkraftbedingten Belastungsleistung explizit bestimmt
werden.
Die Bestimmung der Reib- und Konvektionsverluste des
Trommelantriebs kann mit Hilfe von Auslaufkurven durchgeführt
werden. Da die Spulgeschwindigkeit und damit die
Trommelwinkelgeschwindigkeit während des Spulbetriebs nur um den
eingestellten Bildstörhub variiert (beispielsweise zwischen
± 1,5% bis ± 6%), ist die Bestimmung dieser Verlustleistung
auch nur in diesem Arbeitsbereich sinnvoll. Aus diesem Grund
kann ein Modellansatz gewählt werden, der die Auslaufsteigung
der Trommelgeschwindigkeit im Bereich der
Produktionsgeschwindigkeit berücksichtigt. Es gilt somit:
m V|Trommel = JTrommel × (ΔωTrommel/Δt|Arbeitspunkt)
JTrommel ist die Trommelträgheit
Die Messung der Steigung ΔωTrommel/Δt ist während des normalen
Produktionsbetriebs ohne nennenswerten Produktionsverlust
durchführbar. Nach jeder Spulprozeßunterbrechung braucht der
Trommelantrieb nur für eine sehr kurze Zeitspanne von der Spule
entkoppelt (Abhebung der Kreuzspule) und abgeschaltet zu werden.
Nachdem die Anfangssteigung gemessen worden ist, kann der
Trommelantrieb aktiv abgebremst werden, um keinen unnötigen
Produktionsverlust entstehen zu lassen. Da während einer
Spulenreise dieses Verlustmoment konstant ist, brauchen die
Auslaufmessungen nur nach jeder prozeßbedingten
Spulbetriebsunterbrechung durchgeführt werden.
Die Bestimmung der Antriebsleistung erfolgt über die gemessenen
Beschleunigungsmomente von Trommel und Spule. Für die Berechnung
der Gesamtantriebsleistung ergibt sich demnach unter
Berücksichtigung der Gleichung
mV,B|Spule=JTrommel×Trommel×(rSpule/rTrommel)+(JSpule×(Spule)
während
der beschleunigungsfreien Phasen:
pAntrieb = mTrommel × ωTrommel + mSpule × ωSpule + pV,B
Wird diese Leistung auf das zugehörige Moment des
Trommelantriebs bezogen, gilt: mAntrieb|Spule = pAntrieb/ωTrommel. Die
Bestimmung des über die Reibkraft erzeugten Friktionsmoments
geht von der Gleichung für die Gesamtantriebsleistung aus. Die
in dieser Gleichung aufgeführten Leistungen werden jedoch nicht
alle über die Friktion aufgebracht. So hat die reine
Trommelantriebsleistung, die reine Leistung, um die Trommel zu
bewegen, keinen Einfluß auf die Kreuzspule. Ebenso sind die
Antriebsverluste der Trommel für das Friktionsmoment ohne
Bedeutung. Nach Umformen dieser Gleichung ergibt sich für die
Friktions- oder Reibleistung:
pReib = mSpule × ωSpule + pV,B. Hierbei berechnet sich das Friktionsmoment, bezogen auf die Kreuzspule, zu:
pReib = mSpule × ωSpule + pV,B. Hierbei berechnet sich das Friktionsmoment, bezogen auf die Kreuzspule, zu:
mReib|Spule = pFriktion/ωSpule
Der Friktionsschlupf erzeugt während der Beschleunigungsphase
der Bildstörung unter Berücksichtigung der Reibparameter des
Trommel-Spulensystems die Friktionskraft und damit das
Antriebsmoment auf die Spule. Es ist eine direkte Abhängigkeit
von den spultechnologischen Parametern wie Auflagekompensation,
Garnart, Spulenmasse, Garnpräparation usw. ersichtlich.
Werden die während der Spulenreise gemessenen und über die
Gleichung VSpule (t) = (1-s(t)) × vTrommel (t) beziehungsweise
Gleichung mReib|Spule = pFriktion/ωSpule berechneten Arbeitspunkte des
Schlupfes und die über die Gleichung zur Berechnung des
Friktionsmoments berechneten Arbeitspunkte der Friktionskraft in
ein Diagramm fFriktion = f(s) eingezeichnet, ergibt sich eine
Punktwolke. In Fig. 8 sind die Punktwolken von zwei Spulenreisen
aufgetragen. Es wurden zwei konische Spulen gespult. Außer der
Garnpräparation waren alle Einstellparameter gleich, also
gleiche Garnnummer, Nm 24, gleiche Spulgeschwindigkeit und
gleiche Bildstörung von 6%. Es war eine mittlere
Auflagekompensation eingestellt. Die Punktwolken zeigen eine
lineare Abhängigkeit zwischen Friktionskraft und Schlupf. Diese
Abhängigkeit ist mit Hilfe einer Geraden approximierbar. Über
die zwei Parameter der Geradengleichung kann das Verhalten einer
Punktwolke während des Spulprozesses dargestellt werden.
Um eine genauere Lokalisierung der Punktwolkencharakteristik und
damit der Prozeßeigenschaften vornehmen zu können, ist es
möglich, bei dieser Darstellung den Schwerpunkt und die Streuung
der Punktwolke zu bestimmen und zu verwerten. In der Fig. 8 ist
der Einfluß des Paraffinauftrags deutlich zu erkennen. Ohne eine
Lokalisierung der Punktwolke vornehmen zu müssen, kann alleine
über die Steigung der Punktwolke im Schlupf-
Friktionskraftdiagramm die Qualität des Paraffinauftrags
festgestellt werden. Die Steigung der Punktwolke des
nichtparaffinierten Garns beträgt 4,2 N/%, die des
paraffinierten Garns 0,63 N/%. Das erfindungsgemäße Verfahren
zur Überwachung des Paraffinauftrags kann als sehr sicher
betrachtet werden, da die Präparation des Garnes, der
Paraffinauftrag, direkten Einfluß auf die Reibungszahl µ des
Friktionsantriebs ausübt.
Ist ein Fadenzugkraftsensor 13 an der Spulstelle vorhanden, kann
dieser eine Verbindung zur Auswerteeinrichtung 25 besitzen, so
daß Änderungen in der Fadenzugkraft bei der Schlupfermittlung
berücksichtigt werden können. Dadurch wird einer der
wesentlichsten Einflußfaktoren, die keine Beziehung zum Reibwert
der Kreuzspule aufweisen, eliminiert.
Claims (9)
1. Verfahren zur Überwachung des Paraffinauftrags auf einen
laufenden Faden an einer Spulstelle einer Kreuzspulen
herstellenden Textilmaschine, an der die Kreuzspule an ihrem
Umfang mittels einer Friktionstrommel angetrieben wird, wobei
der Antrieb der Friktionstrommel zur Vermeidung von
Bildwickeln in Intervallen derart ein- und ausgeschaltet wird,
daß Beschleunigungsphasen mit Schlupf zwischen
Friktionstrommel und Spule und schlupflose Auslaufphasen
aufeinanderfolgen,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Reibungsverhalten der Oberfläche der Kreuzspule auf der Friktionstrommel während der Spulenreise überwacht wird,
daß dazu zum Reibwert proportionale Größen durch laufendes Ermitteln der Winkelgeschwindigkeiten der Friktionstrommel und der Kreuzspule bestimmt und ausgewertet werden, daß diese Werte mit dem erwarteten Verlauf über die Spulenreise verglichen werden und daß signifikante Abweichungen von diesem Verlauf als Ausfall des Paraffinauftrags bewertet werden.
daß das Reibungsverhalten der Oberfläche der Kreuzspule auf der Friktionstrommel während der Spulenreise überwacht wird,
daß dazu zum Reibwert proportionale Größen durch laufendes Ermitteln der Winkelgeschwindigkeiten der Friktionstrommel und der Kreuzspule bestimmt und ausgewertet werden, daß diese Werte mit dem erwarteten Verlauf über die Spulenreise verglichen werden und daß signifikante Abweichungen von diesem Verlauf als Ausfall des Paraffinauftrags bewertet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
erkanntem Ausfall des Paraffinauftrages die Spulstelle
stillgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich ein Signal zum Ruf der Bedienperson generiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet,daß als zum Reibwert proportionale Größe der
Schlupf zwischen Kreuzspule und Friktionstrommel bestimmt und
ausgewertet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
mittels des von der Friktionstrommel auf die Spule
übertragenen Antriebsmomentes die Friktionskraft bestimmt
wird, die als Funktion des Schlupfes erfaßt und zur Bewertung
des Reibungsverhaltens der Oberfläche der Kreuzspule
herangezogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf
das Antriebssystem Friktionstrommel/Kreuzspule wirkende
Verlust- und Belastungsmomente während der schlupffreien
Auslaufphasen gemessen und bei der Bestimmung der
Friktionskraft berücksichtigt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Fadenzugkraft gemessen wird und die Schlupfgröße von
Änderungen der Fadenzugkraft während der Spulenreise bereinigt
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ablageversatz, der einer Verschiebung eines Umkehrpunktes der
Fadenablage auf einer Umfangslinie der Spule gegenüber dem
vorhergehenden Umkehrpunkt entspricht, als Funktion vom
Schlupf ermittelt und zur Bewertung des Reibungsverhaltens der
Oberfläche der Kreuzspule auf der Friktionstrommel
herangezogen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Reibungsverhalten der Oberfläche der
Kreuzspulen auf den Friktionstrommeln an einer vorgebbaren
Anzahl von Spulstellen der Spulmaschine gemittelt wird und als
Vergleichsbasis für das Reibungsverhalten an jeder einzelnen
Spulstelle dient.
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