DE2113974A1 - Verfahren zur Behandlung von Fadengut - Google Patents

Verfahren zur Behandlung von Fadengut

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DE2113974A1 DE19712113974 DE2113974A DE2113974A1 DE 2113974 A1 DE2113974 A1 DE 2113974A1 DE 19712113974 DE19712113974 DE 19712113974 DE 2113974 A DE2113974 A DE 2113974A DE 2113974 A1 DE2113974 A1 DE 2113974A1
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Windley William Thomas
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EI Du Pont de Nemours and Co
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Description

Patentanwälte *
Dr. Dioter F. Mori
Dr. Han?.-A. 3:ai?ns
8 fviünchori Lo, ii.-r.2~.-i~.uG. air. 28
23. März 197-1
RD-1617
E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Del. 19898, V.St.A.
Verfahren zur Behandlung von Fadengut
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Fadengut und insbesondere die vorsorgliche Überwachung der potentiellen Anfärbbarkeit eines Fadengutes während seiner.Behandlung zur Erzielung eines brauchbaren Endproduktes.
Im vorliegendem Zusammenhang betrifft der Ausdruck"Fadengut" nicht nur Einzelfäden, sondern auch Kombinationen von Fadenbündeln wie auch Garn.
Änderungen in der potentiellen Anfärbbarkeit von Fadengut können zu'befriedigenden Produkteigenschaften führen. Beispielsweise können unannehmbare Streifen oder Schattierungen in Geweben auftreten, welche aus Garnen hergestellt sind, die zu grosse Unterschiede in potentieller Anfärbbarkeit aufweisen.
Bisher war es üblich, Fadenstrangproben von in bestimmten Abständen hergestellten Packungen zu entnehmen und diese
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einem Laboratoriums-Farbtest zu unterziehen. Dabei werden die Strangproben gefärbt, getrocknet und bezüglich ihrer .Anfärbbarkeit vermessen. Diese Art der Überwachung der Anfärbbarkeit ist nicht nur langwierig und kostspielig, sondern bringt auch eine nachteilige.Zeitverzögerung zwischen der Garnherstellung und dem Erkennen einer unbrauchbaren potentiellen Anfärbbarkeit. Diese Verzögerung führt manchmal zur Herstellung grosser Mengen von Ausschuss-Fadengut, welches bei Anwendungen, die ein Färben erfordern, nicht mit normalem Fadengut kombiniert werden darf. Es wurde ferner gefunden, daß der Grad der Anfärbbarkeit sich während kurzer Zeitspannen verändern kann und auch während jener, die zur Herstellung einer einzigen Packung erforderlich sind. In derartigen Fällen würde ein Einfärben der äusseren Lagen der Packung nicht zum Auffinden einer Änderung in der Anfärbbarkeit innerhalb der Packung führen. In anderen Fällen können sich die Betriebsbedingungen, welche zu einem Zeitpunkt eine nicht mehr zulässige Anfärbbarkeit hervorrufen, sich zu einem späteren Zeitpunkt von selbst korrigieren, so dass die Strangproben-Einfärbungen zu einer Voraussage und Ausscheidung von erheblich mehr Garnproduktion führen als tatsächlich unbrauchbar war. Daher besteht ein Bedürfnis für eine Echtzeit-Überwachung der potentiellen Anfärbbarkeitsänderungen.
Es hat sich gezeigt, dass zwischen Indexzahlen, die aus bestimmten Kombinationen von Prozess-Veränderlichen berechnet werden, welche die potentielle Anfärbbarkeit beeinflussen, eine enge Korrelation mit der Anfärbbarkeit zeigen, die durch Strang-Farbproben ausgewählter Garnproben und durch die Anfärbbarkeit des Endproduktes, beispielsweise des Gewebes
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oder Gestrickes, ermittelt wurde. In diesem Zusammenhang werden unter dem Ausdruck "Prozess-Veränderliche" sowohl unmittelbar messbare Betriebszustände (insbesondere der elektrische Leitungsbedarf der Motore) als auch die physikalischen Eigenschaften (beispielsweise Polymerviscosität oder Temperatur) des behandelten Fadenguts verstanden.
Die Erfindung umfasst sowohl ein Verfahren als auch die Vorrichtung zur Überwachung und Vorhersage der potentiellen Anfärbbarkeit eines synthetischen Fadenguts während seiner Herstellung.
Bei der Behandlung eines Polymerenmaterials, bei welcher mehrere Prozess-Variable die potentielle Anfärbbarkeit des Garns beeinflussen, sieht die vorliegende Erfindung folgende Verfahrensschritte und Einrichtungen vor:
(1) Erzeugung erster Signale, welche mindestens zwei der Prozess-Variablen proportional sind,
(2) Erzeugung zweiter Signale im Einklang mit einer expli~ ziten polynomischen Funktion der ersten Signale und empirisch bestimmter Konstanten für die jeweilige Polymer- und Farbart, und
(3) Vergleich der zweiten Signale mit vorgegebenen Grenzwerten.
Auf diese Weise wird die potentielle Anfärbbarkeit überwacht, indem bestimmt wird, ob die zweiten Signale innerhalb oder ausserhalb der vorgegebenen Grenzwerte liegen.
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Wie aus der Mathematik bekannt ist und nachfolgend angewandt wird, betrifft das Wort "explizit" eine Funktion, welche durch einen Ausdruck oder Ausdrücke bestimmt ist, die nur unabhängige Variable enthalten, und das Wort "polynomisch" betrifft eine Punktion, welche die Summe von zwei oder mehr algebraischen Ausdrücken darstellt. Explizite polynomische Funktionen, die anschliessend beschrieben werden, enthalten sowohl lineare wie auch quadratische Funktionen.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform stellt der elektrische Leistungsbedärf,der an verschiedenen Orten in einer Garnspinnmaschine erforderlich ist, die zu überwachenden Prozess-Variablen dar. Es werden elektrische Signale (erste Signale), welche ein Maß für die Prozess-Variablen an jeder der verschiedenen Stellen darstellen, erzeugt. Zweite Signale (D) werden ausgehend von diesen ersten Signalen gemäss einer expliziten quadratischen polynomischen Funktion mit Wechselwirkunggliedern erster Ordnung von folgender Form erzeugt:
η n__ η
D = d0 + \ d.x. + 2^ di,öXiXj +
wobei η der Anzahl der Prozess-Variablen entspricht, fur welche die ersten Signale erzeugt werden und d , d., d. . und d^ empirisch ermittelte Konstanten für eine bestimmte Polymer- und Farbart sind, wobei einige davon unter bestimmten Umständen den Wert Null haben können. X1 und x. sind die ersten für die verschiedenen Positionen erzeugten Sig-
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nale. Die zweiten Signale können elektrische Signale sein (beispielsweise wenn sie durch einen Analogrechner im Einklang mit der vorausgehend angegebenen polynomischen Punktion erzeugt werden) oder können in digitaler Form vorliegen (beispielsweise wenn sie durch Lösung der expliziten polynomischen funktion in einem Digitalrechner geliefert werden).
Diese zweiten Signale können mit den vorgegebenen Grenzwerten in Form von erzeugten Signalen verglichen werden. Jedoch werden die Signale vorzugsweise in lesbare Form (Auslesewerte) umgewandelt, beispielsweise durch die Verwendung eines digitalen Voltmeters für die elektrischen Signale, und die Auslesewerte werden mit vorgegebenen Grenzwerten für die potentielle Anfärbbarkeit in einem Komparator verglichen, welcher über den Grenzwerten liegende Werte ermittelt und ein Aufzeichnungs- und/oder Warnsystem betätigt. Diese Auslesewerte werden anschliessend als Indexwert der potentiellen Anfärbbarkeit bezeichnet.
Eine Abtasteinrichtung und ein Zeitrelais ermöglichen wahlweise eine Kontrolle einer gegebenen Spinnposition für unterschiedliche Anfärbbarkeitstypen, sowie eine nacheinander durchgeführte Überwachung einer Anzahl von Spinnpositionen und schliesslich durch zeitliche Koordination eine Kennzeichnung von Garnpackungen mit dem Anfärbbarkeitswert zum Zeitpunkt seiner Feststellung.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer Garnepinnmaschine zusaramenmit einem Blockschaltbild eines Signalanalyse-Systems gemäss einer Ausführungsform
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der Erfindung, und
Figur 2 ein schematisches Schaltbild eines Rechnerteils eines Analysesystema für eine derartige Ausführungsform.
Figur 1 zeigt einen typischen Spinnvorgang für die Herstellung von Nylongarn. Geschmolzenes Polymeres aus einem nicht dargestellten Vorrat wird über die Zuleitung IO einer Dosierpumpe (MP) 12 zugeführt, die durch einen elektrischen Motor 14 angetrieben wird. Die Pumpe 12 drückt das Polymere durch ein Filter und eine Spinndüse 16, um eine Fadengruppe 18 zu erzeugen, welche nach dem Abschrecken mittels einer Konvergenzführung 20 zu einem Garn 22 vereinigt wird. Das Garn 22 wird mehrmalE um die Zuführwalze (FR) 24 und die daneben liegende Abstandswalze 26 geführt. "Die Walze 24
wird durch einen Elektromotor 28 mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben. Das Garn 22 gelangt dann zur ersten Ziehwalze (ID) 30 und umschlingt diese und die daneben angeordnete Abstandswalze 32 mehrmals Ein Elektromotor 34 treibt die Walze 30 mit konstanter Drehzahl. Ein weiterer Satz Ziehwalzen 36, 36' kann für die weitere Behandlung des Garns 22 vorgesehen sein. Nach dem letzten Behandlungsschritt wird das Garn 22 in einer Wickelmaschine zu einer Garnpackung 40 aufgewickelt.
Die Leistung für den elektrischen Motor 14 wird von der Leitung 42 über einen Leistungswandler 44 zugeführt. Das vom Wandler 44 erzeugte Ausgangssignal gelangt über die Leitung 46 zum Signalanalysesystem 60. In ähnlicher Weise wird die Leistung für den Motor 28 von der Leitung 48 über den Leistungswandler 50 zugeführt und das vom Wandler 50 erzeugte Signal gelangt über die Leitung 52 ebenfalls zum System 60.
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In gleicher Weise liefert die über die Leitung 54 über den Leiatungswandler 56 zum Motor 34 gespeiste Leitung über das Kabel 58 ein Signal an das System 60. In dieser bevorzugten Au3führungsform bestehen die Leistungswandler 44, 50 und 56 aus Hall-Generatoren, welche elektrische Signale liefern, die ein Mass für den Leistungsbedarf der einzelnen Motoren darstellen.
In anderen Ausführungsformen können zusätzliche Signale, die beispielsweise von Antriebsmotoren für die Ziehwalzen 36, 36· und/oder die Wickelwalze 38 erhalten werden, parallel zu den Leitungen 46, 52, 58 vorgesehen oder anstelle einer oder mehrerer dieser Leitungen verwendet werden. Signalgruppen aus parallelen Spinnpositionen können in das System 60 über die Anordnung der Leitungen 61, 62, 63 eingespeist werden.
Wie aus dem Blockschaltbild gemäss Figur 1 ersichtlich ist, weist das Signalanalysesystem ein Datenerfassungssystem 100 und einen Analogrechner 200 auf, welche nachfolgend in Verbindung mit Figur 2 näher beschrieben werden. Das Datenerfassungssystem 100 besteht aus einer Abtasteinrichtung 300, einem digitalen Voltmeter 400, einem Komparator 500, einem Drucker 600 und einem Taktgeber 700. In der bevorzugten Ausführungsform besteht das System 100 aus einem im Handel erhältlichen elektronischen Instrument, nämlich einem Hewlett Packard No. 2010K Datenerfassungssystem.
In Figur 2 ist schematisch ein Schaltbild des Rechners dargestellt. Aus Gründen der Einfachheit zeigt das Schaltbild den Stromkreis für eine Einposition-Spinnmaschine. Eine Erweiterung, welche die Überwachung von Spinnmaschinen
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mit mehreren Positionen ermöglicht, ist offensichtlich. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ferner dafür vorgesehen, um die potentielle Anfärbbarkeit für Nylon 66 zu überwachen, wobei es sich zeigte, dass die Anfärbbarkeit an der Basis von zwei zweiten Signalen vorgenommen werden kann, die durch die folgenden verhältnismassig einfachen linearen Punktionen erhalten werden:
A0 +
= dA0 + ΣΙ
DB = dB0 + ^L. dBiXi
wobei die acht Konstanten d.ß dB0' dAi* und dBi
i d At d
risch ermittelt werden, abhängig von der Art der zu überwachenden Farbempfindlichkeit. Diese Gleichungen werden erhalten, wenn die Konstanten für die quadratischen und Wechselwirkungsglieder (d.. und d. .) jeweils Null sind. Für Nylon-66 stellt D -Index den Wert des zweiten Signals dar, welcher in Beziehung mit der lageplatz-abhängigen Anfärbbarkeit steht, während D^ den Wert des zweiten Signals darstellt, welches in Beziehung zur strukturabhängigen Anfärbbarkeit steht.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, werden die drei ersten elektrischen Leistungswandlersignale von den Hall-Generatoren der Dosierpumpe (MP), der Zuführwalze (FR) und der
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ersten Ziehwalze (ID) über Leitungapaare 201, 202 und 203 jeweils getrennt in den Rechner eingegeben. Leitungspaare 204-205, 206-207 und 208-209 bringen diese drei Signale zu entsprechenden Temperaturstabilisierungs-Widerständen 210, 211 und 212, die ihrerseits mit Umschaltern 213, 214 und 215 verbunden sind. Die Ausgänge dieser Schalter gelangen über Leitungspaare 225-226, 227-228 und 229-230 und Zungenrelais-Schalter 219, 220 und 221 jeweils an Koeffizienten-Spannungsteilerwideratände 237, 238 und 239, wenn die Relais-Spule 325 über Leitungen 241 und 242 und Schalter 244 von der Stromquelle 298 betätigt wird. Eine konstante Gleichspannung wird an den Spannungsteilerwiderstand 245 über Leitungen 246, 247 und den Widerstand 248, ausgehend von der Stromquelle 249 zugeführt, welche in dieser Ausführungsform aus einer 15 Volt-Ferrotran-Stromquelle besteht. Die Summe der an den Widerständen 237, 238, 239 und 245 vorhandenen Spannungen (das heisst der Rechnerausgang in Form der zweiten elektrischen Signale) wird durch eine Reihenschaltung der Leitungen 250, 251, 252, 253 und 254 über das Zungenrelais 260 und der Leitungen 261 und 262 zum digitalen Voltmeter 400 gemäsa Figur 1 mittels der Abtasteinrichtung 300 erhalten. Das Zungenrelais 260 wird ebenfalls durch die Spule 325 erregt und arbeitet daher gleichzeitig mit den Zugenrelais-Schaltern 219, 220 und 221. Eine Abschirmung von jeder Eingangsleitung wird über die Leitung 264 durch das System und zum digitalen Voltmeter 400 geführt. Der Schalter 244 ist ein Teil der Abtasteinrichtung 300. In ähnlicher Weise werden Eingangssignale von den drei LeJsfcungswandlern auch durch die Leitungspaare 270-271, 272-273 und 274-275 zu den Polaritätsumkehrschaltern 216, 217 und 218 herangeführt. Die Signale werden mittels der Zungenrelais 222, 223 und 224, die Span-
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nungsteilerwiderstände 275, 276 und 277, die in Reihe geschalteten Leitungen 278, 279, 280, 281 und 282, das Zungenrelais 283 und die Leitungen 284 und 285 jeweils an die Leitungen 262 und 261 übertragen, wenn die Abtasteinrichtung 300 den Schalter 244 mit der Leitung 243 verbindet. Anschliessend wird die Spule-326 durch den Schalter 2-44 und die Leitungen 241, 243 von der Stromquelle 298 erregt und schliesst die Relais 222, 223, 224 und 283. Befindet sich der Schalter 244 in dieser letztgenannten Stellung, so ist die Spule 325 stromlos und die Relais 219, 220, 221 und 260 sind geöffnet.
Damit wird ein dualer Analogrechner für zwei Anfärbbarkeitsindices auf der Grundlage der vier Glieder aufweisenden vorausgehend angegebenen linearen Gleichungen geschaffen, wobei die d -Ausdrücke jeweils durch den einstellbaren Ausgang der Stromquellen 249 und 291 geliefert werden und die konstanten Multiplikatoren d^, dp und d für die drei Hall-Generatorsignale durch die Einstellung der Spannungsteilerwiderstände 237, 238 und 239 für den einen Anfärbbarkeitsindex und der Widerstände 275, 276 und 277 für den anderen Anfärbbarkeitsindex erhalten werden.
Die Erzeugung der ersten Signale und der zweiten Signale sind von der Vorrichtung durchgeführte Schritte.
Der vorausgehend beschriebene Analogrechner hat sich als sehr brauchbar bei der Erzeugung der ersten Signale für eine oder mehrere Positionen erwiesen. Es ist offensichtlich, dass für eine grosse, viele Positionen aufweisende Anlage die Anwendung eines üblichen Digitalrechners zweckmässiger wäre. Dieser könnte ohne Schwierigkeit program-
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miert werden, um die vorausgehend genannten Gleichungen zu lösen.
Bei Betrieb werden die ersten Signale der Hall-Generatoren aus jeder der überwachten Positionen in den Analogrechner 200 eingegeben, in welchem zweite Signale erzeugt werden, indem die ersten Signale im Einklang mit der vorausgehend beschriebenen expliziten, polynomischen Punktion verändert und kombiniert werden. Die von jedem Rechner erzeugten zweiten Signale werden durch die elektronische Abtasteinrichtung abgetastet und zusammen mit die Garnpackung identifizierenden Daten dem Digitalvoltmeter 4Q0 zugeführt. Das Voltmeter 400 wandelt den Rechnerausgang in Zahlenangaben um, die in Beziehung zur Anfärbbarkeit stehen und welche durch Farbergebnisse normalisiert sind, so daß die elektrischen Ausgänge der verschiedenen Positionen auf gleichwertiger Basis verglichen werden können. Der Ausgangswert des Voltmeters 400 wird dann im Komparator 500 mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen, damit für die vorgesehene Verarbeitung des Fadengutes zulässige Anfärbbarkeitswerte erhalten werden. Der Komparator 500 betätigt einen Warnkreis sooft eine Überschreitung der Grenzwerte ermittelt wird. Ausserdem ermöglichen Signale von jeder Position und Signale vom Taktgeber 700 eine Zuordnung zu den Signalen des digitalen Voltmeters und infolgedessen eine Identifizierung von jeweiligen Packungen,welche als unbrauchbar ermittelt wurden. Daten, aus welchen der vorausgesagte Anfärbbarkeitswert und die Anzeige der Packungen hervorgehen, werden vom Drucker 600 aufgezeichnet.
Das System wurde ferner über eine Telefonleitung an entfernt liegende Laboratorien verbunden, wobei die Fähigkeit der
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Anlage nachgewiesen wurde, ausserhalb der Grenzwerte liegende Warndaten über beträchtliche Entfernungen weiterzugeben. Eine zusätzliche Ausleseraöglichkeit (Lochstreifenband) wurde vorgesehen, um eine unmittelbare Analyse der Daten aus dem Analogrechner 200 durch einen anderen Rechner zu ermöglichen, falls es gewünscht wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wurde in Verbindung mit drei LeistungswandIerausgangen an einer Spinnmaschine zur Herstellung von Nylon-66-Garn beschrieben. Es ist denkbar, dass die Leistungswandler an anderen Positionen längs der Spinnmaschine oder an einer erhöhten Anzahl von Positionen angeordnet sind, und/oder dass eine kompliziertere Berechnungsweise als eine Berechnung mittels eines expliziten quadratischen Polynoms erfolgt, wel- · ches Wechselwirkungsglieder erster Ordnung aufweist, falls dies erforderlich ist, um beispielsweise eine grössere Genauigkeit zu erzielen, oder in Verbindung mit einem anderen Fadengut oder für andere Arten von Anfärbbarkeit-Indexwerten.
Alle Ausführungsformen wurden in .Verbindung mit einer Spinnmaschine gezeigt. Das verbesserte Verfahren kann ohne Schwierigkeit für getrennte Garnbehandlungsstufen verwendet werden, in welchem mehrere Prozess-Variable die Anfärbbarkeit verändern, beispielsweise wenn eine elektrische Leistung dazu verwendet wird, um eine Garneigenschaft durch Ziehen, durch Erhärten mittels Wärme, durch Stabilisierung und dergleichen.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft die Überwachung der potentiellen Anfärbbarkeit eines Garns auf der
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Basis numerischer Indices, welche durch eine mathematische Kombination von Signalen erhalten wurden, die mit dem Leistungsbedarf einiger Schritte im Garnherstellungsprozess in Beziehung stehen, jedoch können Signale, die zu anderen bestimmten physikalischen Parametern in Beziehung stehen, welche die Anfärbbarkeit beeinflussen, wie beispielsweise die Garnspannung, die Polymervisoosität und die Temperatur, ebenfalls verwendet werden, um die mit dem Leistungsνerbrauch zusammenhängenden Signale bei der Berechnung zu ergänzen oder zu ersetzen.
Weitere Abänderungen der Erfindung sind möglich und werden im Rahmen der anliegenden Ansprüche von diesen mit umfasst.
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Claims (6)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Behandlung eines Fadengutes von polymerer Zusammensetzung, bei welchem mehrere Prozess-Veränderliche die potentielle Anfärbbarkeit des Fadengutes beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass erste Signale erzeugt werden, welche mindestens zwei der Prozess-Veränderlichen proportional sind, dass zweite Signale im Einklang mit einer expliziten polynomischen Funktion der ersten Signale und empirisch ermittelter Konstanten für ein gegebenes Polymer und eine Farbart erzeugt werden, und dass die zweiten Signale mit vorgegebenen Grenzv/erten verglichen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die explizite polynomische Funktion eine quadratische Funktion ist, welche Wechselwirkungsglieder erster Ordnung vorzugsweise folgender Form aufweist:
η IL 1I
V X J
worin D für die zweiten Signale steht, η der Anzahl der Prozess-Variablen entspricht, für welche die ersten Signale erzeugt werden, d , d., d. . und d.. die empirisch
O 1 X,Ί Xl
ermittelten Konstanten und X. und X. die ersten Signale darstellen.
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4S"
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die explizite, polynomische Funktion eine lineare Punktion, vorzugsweise folgender "Form ist:
D = d0 + \ ' dA
worin D für die zweiten Signale steht, d und d die
ο i empirisch ermittelten Konstanten darstellen und X. die
ersten Signale darstellt.
4· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Signale aus elektrischen Signalen bestehen, die durch von der Maschine vorgenommene Verfahrensschritte erzeugt werden und dass der Wert der zweiten Signale in lesbare Form umgewandelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine und vorzugsweise zwei der Prozess-Veränderlichen, für welche ein erstes Signal erzeugt wird, aus der im Verfahren verwendeten elektrischen Leitung besteht.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5» gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung erster Signale, welche mindestens zwei der Prozessvariablen proportional sind, durch eine Einrichtung zur Erzeugung zweiter Signale in Einklang mit einer expliziten polynomischen Funktion der ersten Signale und empirisch bestimmter Konstanten für ein vorgegebenes Polymeres und
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eine Farbart, und eine Einrichtung zum Vergleichen der zweiten Signale mit vorgegebenen Grenzwerten.
7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Einrichtung zur Erzeugung der zweiten Signale aus einem Rechner, vorzugsweise einem Analogrechner besteht.
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