DE19919543C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsprüfung von Biegewandlern, bevorzugt in Textilmaschinen - Google Patents

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).