DE19919543C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsprüfung von Biegewandlern, bevorzugt in Textilmaschinen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsprüfung von Biegewandlern, bevorzugt in TextilmaschinenInfo
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Abstract
Bei dem Verfahren wird die von einem Biegewandler (BA) nach einer Ansteuerung (E1) für einen Zustandswechsel benötigte Stellzeit (Ta1) dadurch erfaßt, daß dessen Beendigung (t2) durch eine Auswertung eines Anschlaggeräusches (Sp1) detektiert wird. Bei einer Vorrichtung zur Funktionsprüfung erfaßt eine Auswerteeinheit (M) die Stellzeit, indem die Zeit (Tm1) zwischen einer Ansteuerung (E1) des Biegewandlers und der Beendigung des Zustandswechsels durch eine Detektion des Anschlaggeräusches mit einer elektroakustischen Aufnahmevorrichtung (MK) erfaßt wird.
Description
Biegewandler sind elektrisch ansteuerbare Elemente, bei denen
mittels eines piezoelektrischen Effektes ein Steueranker me
chanisch zwischen zwei Endlagen hin- und hergeschaltet werden
kann. Häufig sind eine Vielzahl einzelner Biegewandler in ei
nem gemeinsamen Gehäuse zu einem Biegewandlermodul zusammen
gefaßt. Jeder einzelne Biegewandler eines solchen Moduls kann
so angesteuert werden, daß dessen Steueranker die eine oder
andere der beiden möglichen Endlagen einnimmt. Nachfolgend
werden diese Endlagen auch als Zustände, die Übergänge zwi
schen den Endlagen als Zustandswechsel und der Zeitraum für
einen Zustandswechsel als Stellzeit bezeichnet.
Biegewandler bzw. Biegewandlermodule der oben genannten Art
finden z. B. Anwendung in Textilmaschinen. Maschinen der dabei
in Betracht kommenden Art sind insbesondere Strick-, Wirk-
und Webmaschinen. Bei einer derartigen Maschine ist in der
Regel eine sehr große Anzahl an Biegewandlern eingesetzt.
Diese werden von einer zentralen Steuerung mit Steuersignalen
beaufschlagt, wobei die Steuersignale abhängig von einem
Strick- oder Webmuster vorgegeben werden. Die Steueranker ei
nes jeden Biegewandlers wirken nun auf die zur Führung der
Fäden dienenden Elemente einer Textilmaschine derartig ein,
daß entsprechend dem jeweiligen, durch die Steuerung hervor
gerufenen Zustand des Biegewandlers entweder Fäden miteinan
der verbunden oder nicht verbunden werden. Handelt es sich
bei einer Textilmaschine beispielsweise um eine Rund- oder
Flachstrickmaschine, wirkt der Steueranker eines jeden Biege
wandlers auf die zur Führung der Fäden dienenden Nadeln der
Maschine so ein, daß abhängig von dessen strickmusterabhängi
gen Zustand eine oder keine Masche gestrickt wird.
Aus der EP 0 860 529 A2 ist ein Steuermodul zur Steuerung der
Nadeln einer Wirk- oder Strickmaschine bekannt. Dieses Steu
ermodul weist ein Gehäuse auf, in dem eine Vielzahl von pie
zoelektrischen Biegewandlern mit jeweils gleichem Abstand
voneinander und parallel zueinander angeordnet sind. Die
Stell- oder Ansprechzeit eines derartigen Biegewandlers wird
beeinflusst durch sein mechanisches Schwingungsverhalten. Für
dieses sind die Eigen- und Resonanzfrequenz des Biegewandlers
von Bedeutung. Eine kurze Stell- oder Ansprechzeit lässt sich
erzielen durch Beeinflussung des Verhältnisses der freien
Länge eines Biegewandlers zu seiner Dicke.
In der Praxis wird eine Textilmaschine aus Gründen der Effek
tivität bei einer möglichst hohen Geschwindigkeit betrieben.
Dies hat bei den Biegewandlern der Textilmaschine eine andau
ernde, hochfrequente und vom jeweiligen Strick- oder Webmu
ster abhängige Umschaltung zwischen den beiden Zuständen zur
Folge. Dabei ist die Leistungsfähigkeit einer Textilmaschine
besonders von der Stellzeit der Biegewandler abhängig, d. h.
von der für einen Zustandswechsel benötigten Zeit. Desweite
ren ist es für die Qualität eines Produktes von besonderer
Bedeutung, daß die Stellzeiten aller, an einem Strick- oder
Webprozeß beteiligten Biegewandler einer Textilmaschine in
nerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegen. Falls die
Stellzeiten einzelner Biegewandler in einer Textilmaschine
von dem Sollwert abweichen, können Strick- oder Webfehler
auftreten, da das aktuelle Muster auf Grund der dann in der
Regel verzögerten Zustandswechsel der betroffenen Biegewand
ler nicht ordnungsgemäß getaktet umgesetzt werden kann.
Schwankungen in der Stellzeit von Biegewandlern können auf
Toleranzen bei der Fertigung bzw. auf Alterungs- oder Ver
schleißeffekten beruhen. In der Praxis kann es erforderlich
sein, die Funktionsfähigkeit eines jeden Biegewandlers in ei
ner Textilmaschine durch Messung von dessen Stellzeit zu
überprüfen. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn bei
einer Textilmaschine im laufenden Betrieb Strick- bzw. Web
fehler und damit Ausschluß produziert werden.
Dabei tritt bislang einerseits das Problem auf, daß die
Stellzeit eines Biegewandlers nur mit einem sehr großen Auf
wand erfaßt werden kann. Da die hierfür erforderlichen Meß
einrichtungen in aller Regel in einer Produktionsstätte für
Textilwaren nicht zur Verfügung stehen, werden Biegewandler
beim Hersteller auf Funktionsfähigkeit überprüft. Dies hat
aber zur Folge, daß eine Textilmaschine wegen des erforderli
chen Ausbaus der Biegewandler entweder für einen u. U. länge
ren Zeitraum stillgelegt werden muß, oder die Textilmaschine
komplett mit vollständig neuen Biegewandler bestückt werden
muß, obwohl die Fehlfunktion in der Regel nur auf einige we
nige, aber nicht bekannte, der bisherigen Biegewandler zu
rückzuführen ist.
Ein weiteres Problem liegt darin, daß unterschiedliche Meß
vorgänge erforderlich sein können, um einerseits den mechani
schen Anteil und andererseits den elektrischen Anteil der
Stellzeit zu erfassen. Die Erfassung der mechanischen Stell
zeit, d. h. der Bewegungszeit des Steuerankers, kann mit Hilfe
von optischen Meßverfahren erfolgen, z. B. durch eine Laser-
oder Videoauswertung. Die Erfassung der elektrischen Stell
zeit, d. h. der Totzeit zwischen dem Eintreffen des elektri
schen Stellsignales am Biegewandler und dem Beginn von dessen
mechanischer Bewegung, kann z. B. durch eine Laufzeitmessung
mit Hilfe von Oszilloskopen erfolgen. Dabei tritt das weitere
Problem auf, daß trotz einer Addition der beiden Meßwertan
teile nicht sichergestellt ist, ob andersartige physikalische
Einflüsse, die z. B. auf Temperaturen, Feuchtigkeit oder Haf
tungen zurückzuführen sind, tatsächlich in den beiden Meß
wertanteilen enthalten sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Funktionsprüfung eines Biegewandlers anzugeben, womit die
oben angeführten Nachteile überwunden werden können. Der Er
findung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine besonders
geeignete Vorrichtung zur Funktionsprüfung eines Biegewand
lers anzugeben.
Diese Aufgaben werden gelöst mit dem in den Ansprüchen ange
gebenen Verfahren und der Vorrichtung. Vorteilhafte weitere
Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen
enthalten.
Die Erfindung wird an Hand der nachfolgend kurz angegebenen
Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1: die Verläufe der wesentlichen Signale, welche bei
zwei aufeinander folgenden, komplementären Zu
standswechseln eines Biegewandlers auftreten und
bei einer Anwendung des Verfah
rens nach der Erfindung auswertbar sind, und
Fig. 2: eine vorteilhafte Ausführung für eine Vorrichtung
zur Funktionsprüfung nach der Erfindung.
Das Verfahren zur Funktionsprüfung eines
Biegewandlers nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine vom Biege
wandler nach einer elektrischen Ansteuerung für die Durchfüh
rung eines Zustandswechsels benötigte Stellzeit erfaßt wird,
wobei die Beendigung des Zustandswechsels durch eine Auswer
tung eines Anschlaggeräusches des Biegewandlers detektiert
wird. Dies soll unter Zuhilfenahme der in der Fig. 1 darge
stellten Signalverläufe nachfolgend näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt in der linken Hälfte die Verläufe von Signalen,
welche bei einem Biegewandler bei einem Wechsel von einem Zu
stand Z1 in einen Zustand Z2 auftreten. Entsprechend zeigt
Fig. 1 in der rechten Hälfte die Verläufe von Signalen, wel
che bei dem Biegewandler beim komplementären Zustandswechsel
auftreten, d. h. beim Wechsel vom Zustand Z2 zurück in den Zu
stand Z1. Die Zustandswechsel werden ausgelöst durch je ein
elektrisches Ansteuersignal E1 bzw. E2. Diese sind in Fig. 1
ganz oben dargestellt.
Während des ersten Zustandswechsels Z1 → Z2 kippt der Steu
eranker des Biegewandlers von einer ersten in eine zweite
Endlage, bzw. während des zweiten Zustandswechsels Z2 → Z1
wieder von der zweiten in die erste Endlage zurück. Der Zeit
verlauf des dabei jeweils zurückgelegten Weges ist in Fig. 1
mit S1 bzw. S2 bezeichnet. Die dazu jeweils erforderliche
Stellzeit ist mit Ta1 bzw. Ta2 bezeichnet. Zur Sicherstellung
der Funktionsfähigkeit müssen die Werte dieser Stellzeiten
innerhalb vorgegebener Toleranzbänder liegen. Das Ziel der
Erfindung besteht darin, die Stellzeiten Ta1, Ta2 zu erfassen.
Es ist in Fig. 1 an den Verläufen von S1 bzw. S2 zu erken
nen, daß zu Beginn des jeweiligen Zustandswechsels, d. h. nach
den Zeitpunkten t1 bzw. t3, trotz des Abschlusses der Ansteu
ersignal E1 bzw. E2, zunächst keine Veränderung im Verlauf
von S1 bzw. S2 auftritt. Die Ursache hierfür liegt im elek
trischen Meßwertanteil der Stellzeit. Die Aktivierung der
piezokeramischen Komponenten des Biegewandlers erfordert eine
gewisse Totzeit. Danach schließt sich der mechanische Meß
wertanteil an. Dieser ist mit dem Erreichen der neuen Endla
ge, d. h. dem Zustand Z2 bzw. Z1 im Zeitpunkt t2 bzw. t4 abge
schlossen. Während des mechanische Meßwertanteils schwingt
der Steueranker von der einen in die andere Endlage um. Diese
ist bei einem Übergang Z1 → Z2 im Zeitpunkt t2, bzw. beim
einem Übergang Z2 → Z1 im Zeitpunkt t4 abgeschlossen.
Da während des Zustandswechsels der Steueranker des Biege
wandlers während des Zustandswechsels mechanisch erheblich
beschleunigt wird, wird der neue Zustand quasi ungebremst er
reicht, d. h. der Steueranker schlägt an einer Begrenzung an.
Das hierbei in den Zeitpunkten t2 bzw. t4 auftretende Auf
schlaggeräusch ist in Fig. 1 mit Sp1 bzw. Sp2 bezeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Funktionsprüfung zeichnet
sich nun dadurch aus, daß eine von einem Biegewandler nach
einer elektrischen Ansteuerung mit einem Ansteuersignal E1
bzw. E2 für die Durchführung eines Zustandswechsels Z1 → Z2
bzw. Z2 → Z1 benötigte Stellzeit Ta1 bzw. Ta2 erfaßt wird,
indem die Beendigung des Zustandswechsels im Zeitpunkt t2
bzw. t4 durch Auswertung eines dabei auftretenden Anschlagge
räusches Sp1 bzw. Sp2 im Biegewandler detektiert wird.
Vorteilhaft kann aus dem akustischen Anschlaggeräusch Sp1
bzw. Sp2 ein elektrisches Triggersignal abgeleitet werden,
welches im Beispiel der Fig. 1 mit S1 bzw. S2 bezeichnet
ist. Der beim Zustandswechsel von Z1 nach Z2 zwischen der
steigenden Flanke des Ansteuersignals E1 und dem Triggersig
nal S1 liegende Zeitraum Tm1 kann meßtechnisch erfaßt werden,
und ist ein Maß für die Stellzeit Ta1. In der gleichen Weise
kann der bei einem komplementären Zustandswechsel von Z2 nach
Z1 zwischen der steigenden Flanke des Ansteuersignals E2 und
dem Triggersignal S2 liegende Zeitraum Tm2 meßtechnisch er
faßt werden, und ist ein Maß für die Stellzeit Ta2.
Eine gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltete Vorrichtung
zur Funktionsprüfung eines Biegewandlers enthält eine elekt
roakustische Aufnahmevorrichtung, die am Biegewandler ange
bracht ist und eine Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit er
faßt eine vom Biegewandler für die Durchführung eines Zu
standswechsels benötigte Stellzeit, indem die zwischen einer
elektrischen Ansteuerung des Biegewandlers und der Beendigung
des Zustandswechsels liegende Zeit durch eine Detektion eines
von der elektroakustischen Aufnahmevorrichtung erfaßten An
schlaggeräusches des Biegewandlers auswertet wird. Dies soll
nachfolgend am Beispiel der in Fig. 2 dargestellten Vorrich
tung näher erläutert werden.
Eine Definition des Begriffs "elektroakustischer Wandler" ist
z. B. dem Nachschlagewerk "ABC Technik und Naturwissenschaft",
Bd. 1, A-K, Frankfurt/M. u. a.: Harry Deutsch, zu entnehmen.
In Fig. 2 ist ein, aus beispielhaft acht Biegewandlern BA
bestehendes Biegewandlermodul BM dargestellt. Die beiden Zu
stände Z1, Z2, die jeder einzelne Biegewandler einnehmen kann,
sind beispielhaft am obersten der acht Biegewandler markiert.
Zur Ansteuerung des Biegewandlermoduls BM für den Zweck der
Funktionsprüfung der einzelnen Biegewandler ist eine Auswer
teeinheit M vorhanden. Diese versorgt das Biegewandlermodul
BM einerseits über eine Stromversorgung SV und eine erste Zu
leitung SE mit der nötigen elektrischen Energie. Andererseits
werden über eine weitere Zuleitung SD elektrische Steuersig
nale insbesondere in Form der Ansteuersignale E1, E2, womit
Zustandswechsel eingeleitet werden, an die Biegewandler des
Moduls übertragen. Diese können von einer Ansteuereinrichtung
AS in der Auswerteeinheit M bereitgestellt werden, und werden
ebenfalls einer Verarbeitungseinheit CP zugeführt. Mit Emp
fang eines Ansteuersignals E1 bzw. E2 startet die Verarbei
tungseinheit CP die Messung der Stellzeiten Ta1 bzw. Ta2.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Beendigung eines
Zustandswechsels durch eine Detektion eines Anschlaggeräu
sches Sp1 bzw. Sp2 eines Biegewandlers BM mittels einer elek
troakustischen Aufnahmevorrichtung MK erfaßt. Vorteilhaft ist
ein Mikrofon als eine elektroakustische Aufnahmevorrichtung
MK eingesetzt. Zur Unterdrückung von störenden Nebengeräu
schen Vorteilhaft kann weiterhin zusätzlich eine Vorrichtung
zur Akustikkopplung A vorhanden sein, welche zwischen dem
Biegewandler BA und der elektroakustische Aufnahmevorrichtung
MK angeordnet ist.
Das Mikrofon MK ist über eine elektrische Zuleitung EM vor
teilhaft mit einer zur Signalaufbereitung dienenden Einrich
tung SA verbunden. Diese enthält vorteilhaft einen über die
Verarbeitungseinheit CP und eine Zuleitung VE einstellbaren
Verstärker VV und einen nachgeschalteten Schmitt-Trigger ST.
An dessen Ausgang treten die elektrischen Triggersignale S1
bzw. S2 auf und werden ebenfalls der Verarbeitungseinheit CP
zugeführt. Diese kann nun aus einem zeitlichen Vergleich ei
nes Ansteuersignals E1 bzw. E2 und einem dazugehörigen Trig
gersignal S1 bzw. S2 den gewünschten Meßwert Tm1 bzw. Tm2 der
Stellzeit des jeweiligen Biegewandlers BA des Moduls BM be
stimmen, und z. B. auf einer Anzeigevorrichtung AZ ausgeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor
richtung haben einerseits den Vorteil, daß die erfaßten Meß
werte die tatsächlichen Stellzeiten der Biegewandler zwischen
einer elektrischen Ansteuerung und dem Anschlag bei Erreichen
des neuen Zustandes exakt erfaßt. Die Meßwerte enthalten so
mit alle Meßwertanteile und alle eventuellen zusätzlichen me
chanischen und elektrischen Störgrößen und Toleranzen. Ein
weiterer Vorteil besteht darin, daß die Funktionsprüfung ge
mäß der Erfindung am Aufstellungsort der Maschine, insbeson
dere einer Textilmaschine, welche die zu prüfenden Biegewand
ler enthält, vorgenommen werden kann. Gegebenenfalls ist für
die Funktionsprüfung keine Entnahme der zu prüfenden Biege
wandler aus der Maschine erforderlich. Vielmehr kann u. U.
durch eine entsprechende Positionierung der elektroakusti
schen Aufnahmevorrichtung eine Funktionsprüfung sogar im ein
gebauten Zustand vorgenommen werden.
Claims (4)
1. Verfahren zur Funktionsprüfung eines Biegewandlers (BA),
wobei für eine Erfassung der vom Biegewandler (BA) nach einer
elektrischen Ansteuerung (E1) für die Durchführung eines Zu
standswechsels (Z1 → Z2) benötigten Stellzeit (Ta1) die Been
digung des Zustandswechsels (t2) durch eine Auswertung eines
Anschlaggeräusches (Sp1) des Biegewandlers (BA) detektiert
wird.
2. Vorrichtung zur Funktionsprüfung eines Biegewandlers (BA),
gekennzeichnet durch
- a) eine elektroakustische Aufnahmevorrichtung (MK), die am Biegewandler (BA) angebracht ist, und
- b) eine Auswerteeinheit (M), welche eine vom Biegewandler (BA) für die Durchführung eines Zustandswechsels (Z1 → Z2) benötigte Stellzeit (Ta1) erfaßt, indem die zwischen ei ner elektrischen Ansteuerung (E1) des Biegewandlers (BA) und der Beendigung des Zustandswechsels liegende Zeit (Tm1) durch eine Detektion eines von der elektroakusti schen Aufnahmevorrichtung (MK) erfaßten Anschlaggeräu sches (Sp1) des Biegewandlers (BM) auswertet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet
durch eine Vorrichtung zur Akustikkopplung (A), welche
zwischen dem Biegewandler (BA) und der elektroakustische Auf
nahmevorrichtung (MK) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekenn
zeichnet durch ein Mikrofon als eine elektroaku
stische Aufnahmevorrichtung (MK).
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DE (1) | DE19919543C1 (de) |
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1999
- 1999-04-29 DE DE19919543A patent/DE19919543C1/de not_active Expired - Fee Related
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