DE19840408A1

DE19840408A1 - Verfahren zum Messen einer Fadenzugkraft

Info

Publication number: DE19840408A1
Application number: DE19840408A
Authority: DE
Inventors: Tobias Binner
Original assignee: Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 1999-03-18

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer Fadenzugkraft an einem laufenden Faden sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens.

Es ist bekannt, daß bei der Herstellung und Verarbeitung von synthetischen Fäden die Fadenzugkraft als Qualitätsmerkmal gemessen und überwacht wird. Um die Fadenzugkraft an dem laufenden Faden zu messen, ist ein Ver fahren beispielsweise aus der DE 43 00 633 bekannt, bei welchem der Faden aus seiner Fadenlaufrichtung ausgelenkt wird. Im Auslenkungspunkt wird der Faden über einen Meßbalken geführt. Die physikalische Erkenntnis des bekannten Verfahrens liegt darin, daß die Reibkraft mit einer Kom ponente an der Fadenüberlaufstelle der Rückstellkraft des federnden Meßbal kens entgegenwirkt. Mit diesem Verfahren können nur relativ kleine Faden spannungen bis ca. 500 cN gemessen werden. Bei Messung von höheren Fadenspannungen treten erhebliche Reibkräfte am Faden auf, die zur Schädi gung des Fadens führen.

Zur Vermeidung der Reibung ist zwar bekannt, daß Sensoren mit bewegli chen Fadenführungsorganen, beispielsweise Rollen, eingesetzt werden. Diese Sensoren sind aber mechanisch recht aufwendig und schwierig zu justieren.

Die Auslenkung des Fadens läßt sich damit jedoch nicht vermeiden. Jede Auslenkung des Fadens aus seiner Laufrichtung sollte jedoch vermieden werden, um einen stabilen Prozeßverlauf zu erhalten.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Messung der Fadenzugkraft zu schaffen, bei welchem der durch den Prozeß bestimmte Verlauf des Fadens nicht verändert wird, um insbesondere relativ große Fadenspannungen an dem laufenden Faden zu messen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkma len des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 sowie mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen nach An spruch 10 gelöst.

Bei einem Prozeß zur Herstellung eines Fadens oder einem Prozeß zur Veredelung eines Fadens laufen die Fäden prozeßbedingt über Galetten. Die Galetten dienen dazu, die Fäden zu führen, fördern oder verstrecken. Die Erfindung macht sich nun die Erkenntnis zunutze, daß die Antriebe dieser Galetten in ihrer Leistung von den an der Galette angreifenden Kräften abhängen. Somit wird von dem Antrieb der Galette eine elektrische Kenn größe wie der Strom oder die elektrische Leistung abgegriffen. Diese Kenn größe wird einmal während des Leerlaufs in dem Betriebspunkt, also ohne Fadenumschlingung, als Leerlaufwert ermittelt und gespeichert. Die gleiche elektrische Kenngröße wird sodann unter Last, also mit Fadenumschlingung, als Lastwert ermittelt. Nun läßt sich die Fadenzugkraft aus dem Differenz wert zwischen dem Lastwert und dem Leerlaufwert bestimmen.

Der besondere Vorteil dieser Erfindung liegt darin, daß der Fadenlauf innerhalb des Prozesses zur Messung der Fadenzugkraft nicht verändert werden muß. Die in einem Prozeß eingesetzten Förderorgane können gleich zeitig als Sensor der Fadenzugkraft genutzt werden. Die Differenzwertbildung besitzt zudem den Vorteil, daß die Komponenten der Antriebsleistung der Galette, die aus der Luft- und Lagerreibung resultieren, das Meßergebnis nicht beeinflussen. Der Differenzwert gibt allein nur den Anteil der An triebsleistung, der durch die vom Faden auf die Galette ausgeübte Fadenzug kraft bestimmt ist.

Die Verfahrensvariante nach Anspruch 2 ist besonders von Vorteil, um die Fadenzugkraft allein aus mathematischen Zusammenhängen zu ermitteln. Die an der Galette angreifende gesamte Zugkraft ergibt sich hierbei aus der Hälfte der Summe der Zugkraft des zulaufenden Fadens und der Zugkraft des ablaufenden Fadens.

Zur Erhöhung der Meßempfindlichkeit ist die Verfahrensvariante nach Anspruch 3 besonders geeignet. Hierbei geht jede Umschlingung an der Galette und der Rolle als Multiplikator ein. Das heißt, bei beispielsweise fünf Umschlingungen wäre die Fadenzugkraft, die an der Galette angreift, um den Multiplikator 5 vergrößert. Damit können auch relativ geringe Fadenzugkräfte im Bereich von 10 N gemessen werden.

Die Verfahrensvarianten nach Anspruch 4 und 5 sind besonders vorteilhaft, um die Fadenzugkraft während des Verstreckens eines Fadens zwischen zwei Galetten zu ermitteln. Durch die Ermittlung der Streckkraft liegt ein für die Qualität des Fadens wesentlicher Kennwert vor. Durch den Streckvorgang werden die physikalischen Eigenschaften des Fadens wie die Bruchdehnung und die Zerreißspannung bestimmt.

Die Verfahrensvariante gemäß Anspruch 5 besitzt zudem den Vorteil, daß ein Eingreifen in den Streckvorgang zur Veränderung der Streckkraft mög lich wird. Hierzu wird die ermittelte Streckkraft mit einer hinterlegten Soll-Streckkraft verglichen. Für den Fall, daß eine zu geringe oder zu hohe Streckkraft vorliegt, könnten sodann über eine Steuereinrichtung die Antriebe der Galetten zur Veränderung der Streckkraft gesteuert werden. Eine der artige Streckkraftregelung besitzt den Vorteil, daß der Faden mit relativ hoher Gleichmäßigkeit verstreckt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet, um relativ große Fadenzugkräfte, die im Bereich von 10 N bis 100 N liegen, zu ermitteln.

Gemäß der Verfahrensvariante nach Anspruch 7 ist die Bestimmung der Fadenzugkraft allein aus mathematischen Zusammenhängen möglich. Hierzu wird aus dem Differenzwert das elektrische Drehmoment aus der Formel

M_t=(P.30)/n.π

berechnet. Die Fadenzugkraft ergibt sich sodann aus der Formel

F=M_t/r.

Hierbei ist P die Differenzleistung, n die Drehzahl und r der Radius der Galette.

Um die Fadenzugkraft in einem möglichst großen Betriebsbereich zu er mitteln, ist die Verfahrensvariante gemäß Anspruch 8 besonders geeignet. Hierbei ist ein Kennlinienfeld hinterlegt, aus dem der Zusammenhang zwi schen dem Differenzwert und der Fadenzugkraft für verschiedene Betriebs zustände hervorgeht. Dieses Kennlinienfeld ist in einer Auswertelektronik hinterlegt, so daß nach Ermittlung des Differenzwertes sofort eine Bestim mung der Fadenzugkraft erfolgt.

In der Praxis werden vorzugsweise mehrere Fäden gleichzeitig parallel nebeneinander über Galetten geführt. In diesem Fall ist die Verfahrensvarian te gemäß Anspruch 9 besonders vorteilhaft anzuwenden. Aus dem Abgleich zwischen dem Leerlaufwert und dem Lastwert läßt sich eine Gesamtfaden zugkraft ermitteln, die sich aus der Summe der Einzelfadenzugkräfte ergibt. Um die Einzelfadenzugkraft zu bestimmen, wird der Gesamtwert der Faden zugkraft durch die Anzahl der Fäden, die über die Galette geführt werden, dividiert.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen definiert.

Im folgenden wird das Verfahren an einem Ausführungsbeispiel unter Hin weis auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.

Es stellt dar:

Fig. 1 eine Spinnanlage für Filamentfäden in schematischer Darstellung mit den Prozeßstufen Spinnen, Verstrecken und Aufspulen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielhaft an einer Spinnanlage beschrieben. Das Verfahren läßt sich ohne Änderung auch in Prozessen zur Veredelung des Fadens, wie beispielsweise das Texturieren, einsetzen.

In Fig. 1 ist eine Spinnanlage mit den Prozeßstufen Spinnen, Verstrecken und Aufspulen gezeigt. Hierbei wird ein Faden 1 aus einem thermoplasti schen Material gesponnen. Das thermoplastische Material wird zuvor durch einen Extruder (hier nicht gezeigt) aufgeschmolzen und mit Hilfe einer Pumpe (hier nicht gezeigt) als Schmelzestrom zu einem beheizten Spinn kasten 2 gefördert. An der Unterseite des Spinnkastens 2 ist eine Spinndüse 3 angeordnet. Aus der Spinndüse 3 tritt die Schmelze in Form von feinen Filamentsträngen 4 aus. Die Filamentstränge durchlaufen einen Kühlschacht 5. In dem Kühlschacht 5 wird durch Anblasen ein Luftstrom 6 quer oder radial auf die Filamentschar 4 gerichtet, und die Filamente werden dadurch gekühlt.

Am Ende des Kühlschachtes 5 wird die Filamentschar durch eine Präpara tionswalze 8 zu einem Faden 1 zusammengefaßt und mit einer Präparations flüssigkeit versehen. Der Faden wird aus dem Kühlschacht 5 und von der Spinndüse 3 durch eine Abzugsgalette 10 abgezogen. Der Faden 1 um schlingt die Abzugsgalette 10 mehrfach. Dazu dient eine verschwenkt zu der Galette 10 angeordnete Rolle 9. Die Rolle 9 ist frei drehbar. Die Galette 10 wird durch einen Elektroantrieb 25 mit einer einstellbaren Geschwindig keit angetrieben. Diese Abzugsgeschwindigkeit ist um ein Vielfaches höher als die natürliche Aussetzgeschwindigkeit der Filamente 4 aus der Spinndüse 3.

Der Abzugsgalette 10 folgt eine Streckgalette 12 mit einer weiteren Rolle 11. Beide entsprechen in ihrem Aufbau der Abzugsgalette 10 und der Rolle 9. Zum Antrieb der Streckgalette 12 dient ein Elektroantrieb 26. Die Elektroantriebe 25 und 26 werden über eine Steuereinrichtung 24 angesteu ert.

Die Elektroantriebe 25 und 26 sind ebenfalls mit einer Meßeinrichtung 27 verbunden. Die Meßeinrichtung 27 ist mit einer Auswertelektronik 28 gekoppelt. Die Auswertelektronik 28 besitzt einen Ausgang 29, um die ermittelte Fadenzugkraft auszugeben bzw. anzuzeigen.

Von der Streckgalette 12 gelangt der Faden 1 zu dem sogenannten Kopffa denführer 13 und von dort in das Changierdreieck 14. Vor Auflauf auf eine Andrückwalze 15 wird der Faden 1 mittels einer Changiereinrichtung (hier nicht gezeigt) innerhalb eines Changierhubes hin- und hergeführt. Die Andrückwalze 15 liegt auf der Oberfläche einer zu wickelnden Spule 17 an. Die Andrückwalze 15 dient zur Messung der Oberflächengeschwindigkeit der Spule 17. Die Spule 17 wird auf einer Hülse 18 gebildet. Die Hülse 18 ist auf einer Spulspindel 19 aufgespannt. Die Spulspindel 19 wird durch einen Spindelmotor 20 und eine Spindelsteuerung 21 derart angetrieben, daß die Oberflächengeschwindigkeit der Spule 17 konstant bleibt. Hierzu wird als Regelgröße die Drehzahl der Andrückwalze 15 an der Walzenwelle 16 mittels einer ferromagnetischen Einlage 22 und einem magnetischen Impuls geber 23 abgetastet.

Als Changiereinrichtungen können hierbei die bekannten Flügelchangierungen oder die bekannten Kehrgewindewellen-Changierungen eingesetzt werden.

Der Faden 1 wird zwischen der Abzugsgalette 10 und der Streckgalette 12 verstreckt. Hierzu ist die Streckgalette 12 mit einer höheren Drehzahl angetrieben als die Abzugsgalette 10. Die Drehzahlen der Elektroantriebe 25 und 26 werden durch die Steuereinrichtung 24 vorgegeben. Um die Faden zugkraft zu messen, ist nun die Meßeinrichtung 27 mit dem Elektroantrieb 25 der Abzugsgalette 10 verbunden. Die Meßeinrichtung 27 erfaßt nun eine elektrische Kenngröße wie beispielsweise den Strom oder die Leistung des Elektroantriebs 25. Die Meßeinrichtung 27 ist ebenfalls mit dem Elektroan trieb 26 der Streckgalette 12 verbunden, um die elektrische Kenngröße des Elektroantriebs 26 zu erfassen. Beim Anlaufen des Prozesses werden die Galetten 10 und 12 zunächst ohne Faden mit der für den Betriebszustand erforderlichen Drehzahl angetrieben. In dieser Phase werden die elektrischen Kenngrößen von der Meßeinrichtung 27 erfaßt und der Auswertelektronik 28 übermittelt. Die Auswertelektronik 28 speichert diese übermittelten Leerlauf werte ab.

Nachdem der Faden angelegt wurde, erfolgt eine Messung der elektrischen Kenngrößen der Elektroantriebe 25 und 26 unter Last. Die Meßeinrichtung 27 übermittelt die gemessenen Lastwerte der Auswertelektronik 28. Nun bildet die Auswertelektronik 28 einen Differenzwert zwischen der Summe der Lastwerte und der Summe der Leerlaufwerte. Aus dem Differenzwert folgt sodann die Bestimmung der Fadenzugkraft durch Berechnung oder durch Abgleich mit einem Kennlinienfeld. Sodann wird die ermittelte Faden zugkraft F über den Ausgang der Auswertelektronik 28 ausgegeben.

Das in Fig. 1 gezeigte Verfahren dient dazu, die Streckkraft zwischen der Galette 10 und der Galette 12 zu ermitteln. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Auswertelektronik 28 mit der Steuereinrichtung 24 verbunden ist (gestrichelt gezeichnet in Fig. 1). Hierbei kann in der Steuereinrichtung 24 ein Abgleich zwischen einer Soll- und der Ist-Streckkraft durchgeführt werden. In Abhängigkeit von dem Ergebnis läßt sich sodann eine Korrektur der Drehzahlen der Elektroantriebe 25 und 26 durchführen, um eine Erhö hung oder eine Verringerung der Streckkraft zu erhalten. Es ist jedoch auch möglich, über die Steuereinrichtung 24 bei Einsatz von beheizten Galetten die Heizeinrichtung derart zu steuern, daß eine höhere oder niedrige Tempe ratur eingestellt wird, um die Streckkraft zu beeinflussen.

Die ermittelten Werte für die Fadenzugkraft können für die Qualitätsbeur teilung des Prozesses laufend ermittelt und gespeichert werden.

Das Verfahren ist grundsätzlich geeignet, um die Fadenzugkraft auch an einer Galette zu ermitteln. Hierzu wäre die Meßeinrichtung 27 beispielsweise nur mit einer der in Fig. 1 gezeigten Galette 10 oder 12 verbunden. Mit Hilfe der Meßeinrichtung 27 werden sodann ein Leerlaufwert und ein Lastwert des Elektroantriebs 25 oder 26 ermittelt und jeweils der Auswert elektronik 28 zugeführt. Die Auswertelektronik 28 ermittelt sodann aus dem Differenzwert zwischen dem Lastwert und dem Leerlaufwert die Fadenzug kraft.

Bezugszeichenliste

1

Faden

2

Spinnkopf

3

Spinndüse

4

Filamente, Filamentstrom

5

Kühlschacht

6

Luftstrom

8

Präparationswalze

9

Rolle

10

Galette, Abzugsgalette

11

Rolle

12

Galette, Streckgalette

13

Kopffadenführer

14

Changierdreieck

15

Andrückwalze

16

Walzenwelle

17

Spule

18

Hülse

19

Spulspindel

20

Spindelmotor

21

Spindelsteuerung

22

Einlage

23

Impulsgeber

24

Steuereinrichtung

25

Elektroantrieb

26

Elektroantrieb

27

Meßeinrichtung

28

Auswertelektronik

29

Ausgang

Claims

1. Verfahren zum Messen einer Fadenzugkraft an einem laufendem Faden in einem Betriebspunkt,
bei welchem der Faden mittels einer durch einem Elektroantrieb angetriebene Galette gefördert wird,
bei welchem eine elektrische Kenngröße (Strom, Leistung) des Elektroantriebs bei Leerlauf ohne Fadenumschlingung als Leerlaufwert vor dem Fadenanlegen ermittelt und gespeichert wird
bei welchem die elektrische Kenngröße des Elektroantriebs unter Last mit Fadenumschlingung als Lastwert ermittelt wird,
und bei welchem die Fadenzugkraft aus dem Differenzwert zwischen dem Lastwert und dem Leerlaufwert bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden die Galette am Umfang mit einem Winkel von 1800 umschlingt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden vor Ablauf von der Galette mehrfach über eine im Abstand zu der Galette angeordneten drehbaren Rolle und der Galette geführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Faden über eine der Galette im Fadenlauf nachgeordneten zweiten Galette geführt wird,
daß die zweite Galette mittels einem zweiten Elektroantrieb mit einer höheren Drehzahl als die erste Galette angetrieben wird,
daß ein Summenwert der Lastwerte und ein Summenwert der Leerlaufwerte der Elektroantriebe ermittelt wird und daß aus dem Differenzwert der beiden Summenwerte die Fadenzugkraft bestimmt wird.

5. Verfahren zum Messen der Fadenzugkraft beim Verstrecken eines laufenden Fadens,
bei welchem der Faden über zwei im Fadenlauf hintereinander angeordneten Galetten geführt wird,
bei welchem die Galetten mit jeweils einem Elektroantrieb mit unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben werden,
bei welchem jeweils eine elektrische Kenngröße (Strom, Leistung) der Elektroantriebe bei Leerlauf ohne Fadenumschlingung als Leerlaufwert vor dem Fadenanlegen ermittelt und gespeichert wird,
bei welchem die elektrischen Kenngrößen der Elektroantriebe unter Last mit Fadenumschlingung als Lastwert ermittelt werden,
bei welchem ein Summenwert der Lastwerte und ein Summenwert der Leerlaufwerte der Elektroantriebe ermittelt wird und bei welchem die Fadenzugkraft aus dem Differenzwert der beiden Summenwerte bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenzugkraft im Bereich von 10 N bis 100 N liegt.

7. Verfahren nach nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenzugkraft aus einem Drehmoment bestimmt wird, das aus dem Differenzwert berechnet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenzugkraft aus einem hinterlegten Kennlinenfeld bestimmt wird, aus welchem der Zusammenhang zwischen dem Differenzwert und der Fadenzugkraft hervorgeht.

9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Fäden gleichzeitig parallel nebeneinander über die Galette/n geführt werden, wobei sich die Einzelfadenzugkraft aus der Gesamtfadenzugkraft im Verhältnis zu der Anzahl der Fäden errechnet.

10. Vorrichtung zur Messung der Fadenzugkraft an einem laufendem Faden (1) mit einer Galette (10), die vom Faden teilumschlungen ist, mit einem die Galette (10) antreibenden Elektroantrieb (25), mit einer Meßeinrichtung (27), die zur Erfassung einer elektrischen Kenngröße (Strom, Leistung) des Elektroantriebes (25) mit dem Elektroantrieb (25) verbunden ist und mit einer mit der Meßeinrichtung (27) verbun denen Auswertelektronik (28) zur Bestimmung der Fadenzugkraft.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine drehbare Rolle (9) im Abstand zur Galette (10) angeordnet ist, wobei der Faden mehrfach über die Galette (10) und die Rolle (9) geführt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Galette (12) im Fadenlauf hinter der Galette (10) ange ordnet ist, die mittels einem zweiten Elektroantrieb (26) antreibbar ist, und daß die Meßeinrichtung (27) zur Erfassung der elektrischen Kenngröße des zweiten Elektroantriebes (26) mit dem zweiten Elektroantrieb (26) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertelektronik (28) mit einer Steuereinrichtung (24) verbunden ist, welche die Drehzahl und/oder die Temperatur der Galette/n (10, 12) steuert.