DE2720918C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Schnittüberwachung einer Stapelfaserschneidmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schnittüberwachung einer Stapelfaserschneidmaschine, bestehend aus einem drehbar gelagerten, mit Schneidklingen bestückten Rad und einer mit dessen Schneiden in Wirkverbindung stehenden drehbar gelagerten Druckrolle, wobei zur Überwachung de
Schneidfähigkeit der Schneidklingen die Schnittkral >. der Druckrolle gemessen, daraus ein Signal gebildet und bei Unterschreiten einer bestimmten Schneidfähigkeit die Schneidmaschine abgestellt wird.

Bei Stapelfaserschneidmaschinen der in der DE-OS 25 54 578 beschriebenen Art werden Faserkabel bzw. Faserbündel dem Messerkranz eines rotierenden Schneidenrades zugeführt, wobei die Schneidkanten der Schneidklingen auf der nach der Rotationsachse hin gerichteten Innenseite des Messerkranzes liegen. Die Faserkabel werden derart zugeführt, daß ständig eine Anzahl einen Wickel bildende Windungen auf den Schneiden liegen. Von einer Druckrolle, welche mit der den Schneidkanten abgewandten Schicht dieses Wickels in Berührung steht, wird ein solcher Druck auf die Faserwindungen ausgeübt, daß mindestens die untere Schicht der Windungen durchgeschnitten wird, sobald die Schichtdicke der abgelegten Windungen genügend groß ist. Um eine gleichmäßig hohe Qualität der erzeugten Stapelfasern zu gewährleisten, ist es erwünscht, die Schneidfähigkeit der Vorrichtung ständig zu überwachen.

Nach der DE-OS 21 44 104 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerschneiden einer kontinuierlichen Länge von Werg oder dergleichen Material in kurze Längen bekannt. Danach ist eine Stapelfaserschneidmaschine mit einer Andrückwalze ausgerüstet, die nachgiebig und mit Vorspannung derart gelagert ist, daß beim Vorbeilaufen eines Messers an der Andrückwalze die auf dem Messer liegende Faserschicht unter Druck durchgetrennt wird. Weicht die radiale Auslenkung der Andrückwalze vom normalen Maß ab, weil z. B. aufgrund des stumpf gewordenen Messers die auf diesem Messer liegende Wickelschicht zu dick geworden ist, so springt die Andrückwalze — aufgrund von Feder- und Hebelanordnungen — zurück, gelangt außer Kontakt mit dem Schneidmaterial und kann dabei in ihrer neuen Stellung Elemente betätigen, um die gesamte Stapelfaserschneidmaschine stillzusetzen. Bei einer besonderen Ausführungsform der dort beschriebenen Vorrichtung ist die Andrückwalze mit einer Meßeinrichtung zum Erfassen des Druckes verbunden. Dabei wird der gemessene Druck angezeigt oder aufgezeichnet. Hiermit soll insbesondere dann ein Signal erzeugt werden, wenn der Schnittdruck aus irgendeinem Grunde über den vorgegebenen und bei optimalen Arbeitsbedingungen erreichbaren Schnittdruck ansteigt. Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß nur dann eine Reaktion erfolgt, wenn der Schnittdruck einen oberen Grenzwert überschreitet, bzw. daß nur eine wertfreie Druckaufzeichnung stattfindet. Damit kann aber z. B. nicht festgestellt werden, wenn an einer Schneidstelle die Faserlage überhaupt nicht geschnitten wird, weil ein Messerbruch vorliegt oder zu wenig Materiallagen auf den Schneidlingen aufliegen, so daß nicht geschnitten werden kann. In solchen Fällen, in denen ein Messer infolge Bruch ausgefallen ist, und die anderen Messer zufriedenstellend arbeiten, werden Stapelfasern unterschiedlicher Längen hergestellt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schnittüberwachung einer Stapelfaserschneidmaschine bereitzustellen, welche die Schneidfähigkeit jeder einzelnen Schneidklinge feststellen und sowohl bei zu hohem als auch bei zu niedrigem Druck — d. h. bei stumpfen und auch bei völlig fehlenden bzw. gebrochenen Schneidklingen — ein Signal erzeugen, das dazu benutzt werden kann, die Stapelfaserschneidmaschine abzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1

angegebene Erfindung gelöst Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß durch das Messen der jeweils im Augenblick herrschenden Schnittkräfte der gesamte Schnittvorgang überwachbar ist und durch die freie Wahl dei· Sollwerte jeder gewünschte Arbeitsbereich vorgegeben werden kann. Dadurch ist es nunmehr auch möglich, den Ausfall eines einzelnen Schnittes meßtechnisch zu erfassen.

Die Vorrichtung arbeitet dabei unabhängig von der Lage der Andrückvorrichtung für die Druckwalze, so daß keine Beeinflussung der Meßeinrichtung gegeben ist Dadurch wird die Genauigkeit der Schnittdruckerfassung wesentlich erhöht

Es hat sich dabei meßtechnisch als besonders günstig erwiesen, die beiden gewonnenen Meßsignale nach : zweierlei Arten abzufragen, wodurch sichergestellt ist, daß keinerlei Fehler während der Messung auftreten. Zudem ist es dadurch leichter, eine optische Anzeige zur Unterscheidung der gemessenen Fehlerarten zu installieren. Jede Veränderung in der Schnittdruckhöhe wird erfaßt, und jeder einzelne Messerbruch sofort festgestellt

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Kennzeichen des Anspruchs 2 beschrieben. Die verwendeten konstruktiven Mittel sind ■; einfach und wenig kostenaufwendig. Als Meßelemente kommen dabei hydraulisch, pneumatisch oder piezoelektrisch arbeitende Bauelemente in Betracht. Die vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung nach Anspruch 3 gewährleistet daß jegliche Kippbewegung der ;■■■■ Druckrolle sicher und verzögerungsfrei erfolg in kann. Dabei besitzt diese Ausführungsform den Vorteil, daß die Ausbildung des Lagergehäuses und die Anordnung der Lagerung für die Druckrollenachse in diesem Gehäuse einfach und wartungsfrei aufgebaut ist. >

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Figurenbeschreibung. Die Figuren geben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung wieder. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Stapelfaserschneidmaschine; ■

F i g. 2 einen Axialschnitt durch das Lagergehäuse der Druckrolle;

Fig.3 ein Übersichtsflußdiagiamm zur Steuerung der Schnittüberwachung;

Fig.4 eine schematische Darstellung des Flußdia- ■ grammes mit analogen Bauelementen;

Fig.5 eine schematische Darstellung des Flußdiagrammes mit digitalen Bauelementen.

In F i g. 1 ist ein schematischer Querschnitt durch eine Stapelfaserschneidmaschine dargestellt. Das Schneiden- ■"> < ■ rad 1 besteht im wesentlichen aus der Trägerplatte 2, dem Haltering 3 und den Schneidklingen 4. Die Schneidklingen 4 sind auswechselbar eingebaut. Die Trägerplatte 2 ist in den Lagern 5 im Gestell S drehbar gelagert und wird über den Antriebsriemen 7 von einem hier nicht dargestellten Motor bewegt.

Unterhalb der Trägerplatte 2 ist am Gestell 6 ein umlaufender Ringkanal 8 fest angeordnet. Dieser weist zumindest im Bereich der Schnittstelle 9 unterhalb der Schneidklingen eine Einlaßöffnung auf. Eine Saugein- ·-<■ richtung (nicht dargestellt) saugt die Stapelfasern aus dem Ringkanal 8 ab.

An der Schnittstelle 9 ist die Druckrolle 10 angeordnet. Sie ist über die Achse 11 im Lagergehäuse 12 drehbar gelagert. Das Lagergehäuse 12 ist zum ·■ Abheben der Druckrolle 10 um den Drehpunkt 13 verschwenkbar. Gleichfalls an der Schnittstelle 9 ist auf der Höhe des Halteringes 3 ein als zweites Meßelement ausgebildeter Impulsgeber 14 ortsfest angeordnet Im Außenumfang des Halteringes 3 ist an jeder Schneidenstelle eine Markierung 15 angeordnet, die von dem Impulsgeber 14 registriert werden kann.

in F i g. 2 ist das Lagergehäuse 12 der Druckrolle 10 im Axialschnitt dargestellt Dabei wird sichtbar, daß die Druckrollenachse 11 unter Zwischenschaltung der Lager 16 in der Nabe 17 in dem Lagergehäuse 12 gehalten wird. Die Nabe ist gegen axiales Verrücken durch ihr flanschförmiges Ende 18 gesichert das zwischen dem Gehäusemantel 19 und der hinteren Abschlußplatte 20 gehalten wird. Gegen radiale Bewegungen (Kippbewegung) ist die Nabe 17 in ihrem hinteren Bereich durch die Membran 21 geschützt wobei die radialen Bewegungen nur dann vermieden werden, wenn keine äußere Kraft an der Druckrolle 10 angreift Das vordere Nabenende wird gegen radiale Bewegungen nur durch das Spannen eines elastischen Elementes — beispielsweise eines O-Ringes22 — durch den Deckel 23 gesichert Beim Auftreten einer äußeren Kraft an der Druckrolle 10 liegt auf der Höhe des O-Ringes 22 der Drehpunkt der Nabe 17, so daß hier kleinere Lageänderungen als in dem hinteren Bereich zu erwarten sind.

Ein diese Lageänderungen im vorderen Bereich der Nabe 17 erfassendes erstes Meßelement ist mit 24 bezeichnet Als dieses Meßelement wird bevorzugt ein Dehnungsmeßstreifen verwendet

Das Fadenbündel 25 wird — wie in F i g. 1 angedeutet — über eine Umlenkgalette und geeignete Fadenführer auf die Schneidklingen 4 abgelegt. Der Abstand der Druckrolle 10 von den Schneidklingen 4 ist so eingestellt, daß erst der notwendige Schnittdruck zum Durchtrennen des Fadenbündels erreicht wird, wenn einige Fadenbündellagen auf den Schneidklingen aufliegen. Ist dies erreicht, wird an der Schnittstelle 9 immer nur die unterste Lage durchtrennt.

Die Schnittüberwachungseinrichtung soll im folgenden anhand der F i g. 3 bis 5 näher erläutert werden.

Jedesmal, wenn eine Schneidklinge 4 unter der Druckrolle 10 hindurchgedreht wird, erfaßt der Impulsgeber 14 die Markierung 15 und liefert ein Signal. Diese Signal wird — wie Fig. 3 zeigt — unter Zwischenschaltung eines Entzerrers in eine Auswerteschaltung eingegeben.

Zum Schneiden der untersten Lage wird ein Schneiddruck benötigt Dieser Schneiddruck wird u. a. durch die Schärfe der Schneidklingen bestimmt. Aufgrund der kippbaren Lagerung der Druckrollenachse 11 läßt sich jeder Schneiddruckhöhe eine genau erfaßbare Auslenkung der Druckrolle 10 zuordnen. Das als Dehnungsmeßstreifen ausgebildete erste Meßelement 24 erfaßt diese Auslenkung exakt und praktisch verzögerungsfrei. Dieser daraus resultierende Impuls wird unter Zwischenschaltung eines Verstärkers ebenfalls in die Auswerteschaltung eingegeben. Des weiteren wird in die Auswerteschaltung ein oberer und unterer Grenzwert für die zulässige Schnittkrafthöhe eingegeben.

Nach Auswertung der eingegebenen Signale liefert diese Schaltung ein Signal, wenn der Schnittwert zu hoch oder zu niedrig ist, wenn ein Fehler auftritt oder nicht und — falls erwünscht — den analogen Wert der mittleren Schnittkraft. Eine Konkretisierung der Auswerteschaltung wird im folgenden beschrieben.

Fig.4 zeigt unter Verwendung analoger Schaltelemente eine mögliche Verarbeitung der von den Meßelementen 14 und 24 gelieferten elektrischen

Signale in der Auswerteschaltung. Das von dem Impulsgeber 14 — je nach Abstand der Messer untereinander — meist nahezu periodisch gelieferte Signal wird in einem Entzerrer 30 in ein Rechtecksignal bestimmter Höhe und Dauer umgewandelt. Dieses Rechlecksignal ist in Fig.4a bei A dargestellt. Dieses Signal A wird anschließend in ein Differenzierglied 31 eingegeben, so daß das dargestellte Signal gewonnen wird (A'). Dieses Signal besitzt einen positiven und einen negativen Ast. Durch die Dioden 32 und 33 werden die Äste in zwei getrennte Weiterverarbeitungskreise geleitet. Der negative Ast wird von der Diode 33 eliminiert, so daß der verbleibende positive Ast zu einem Spitzenwertspeicher 34 weitergeleitet werden kann.

Dieser Spitzenwertspeicher 34 erhält außerdem ein Eingangssignal von dem Kraftaufnehmer 24, das zur Auswertung vorher durch einen Verstärker geschickt wurde. Die Form dieses verstärkten Signals ist in F i g. 4a bei ßdargestellt.

Das aus dem Spitzenwertspeicher 34 austretende Signal Cwird dadurch gebildet, daß durch den positiven Ast des differenzierten Gebersignales 14 das vom vorherigen Schnitt übriggebliebene Kraftaufnehmersignal gelöscht wird und durch das neu eintreffende Signal B auf eine dem Maximalwert dieses Signals B entsprechende Höhe anschwellt. Dies ist auch in F i g. 4a sichtbar. Die Spitze des positiven Astes des Signals A' deckt sich mit dem Sprung des Signales A und dem Abfall des Signales C. Der Wiederanstieg des Signales C deckt sich mit dem Anstieg des Signales B.

Damit wird erreicht, daß während der Weiterverarbeitung des Signales C sichergestellt ist, daß auch wirklich das zuletzt gelieferte Signal θ verwendet wird. Zudem steht bis zum Auftreten eines weiteren Signales des Meßelementes 24 der Höchstwert des bisherigen Signales konstant zur Verfugung.

Das Signal Cwird dann zu einem Fensterdiskriminator 35 weitergeleitet, in dem es mit vorgebbaren Grenzwerten (min, max.) für die Schnittkraft verglichen wird. Die beiden Ausgänge dieses Fensterdiskriminators

35 (Wert des Signals 24 ist zu hoch, zu tief) werden jeweils auf UN D-Glieder 36 und 37 gegeben.

Das zweite Signal für die UND-Glieder 36 und 37 wird von dem negativen Ast des differenzierten Rechtecksignales A geliefert, indem dieses Signal A' über einen Inverter und Impulsformer 38 umgewandelt worden ist. Dieses Signal tritt — da es vom negativen Ast des differenzierten Rechtecksignales A gebildet wurde — erst auf, wenn das Signal C bereits seinen Höchstwert erreicht hat (siehe F i g. 4a). Dies hat den Vorteil, daü nur dann ein Signal von den UND-Gliedern

36 und 37 weitergeleitet werden kann, wenn absolut sicher ist, daß tatsächlich ein Fehler vorliegt.

Dieses zweite Signal D kann dann noch weiterverwendet werden, indem es mit dem aus dem Spitzenwertspeicher 34 gewonnenen Signal C in eine Sample and Hold-Schaltung 39 eingegeben wird. Dadurch wird erreicht, daß jeder Schneidenstelle die tatsächliche Schnittkrafthöhe zugeordnet wird. Dieser Wert kann dann über einen Verstärker auf einem Anzeigeelement sichtbar gemacht werden.

Der Ausgang der beiden UND-Glieder 36 und 37 isl jeweils mit einem Speicher 40, 41 verbunden. Über ein

;■ Verzögerungsglied 42 wird aus dem Signal Ddas Signal E, welches die Signalübernahme in die Speicher 40, 41 veranlaßt. Dies dient der Erhöhung der Sicherheit, da dadurch gewährleistet ist, daß in dem Speicher auch nur das augenblicklich untersuchte Signal vorliegt. Durch das Verzögerungsglied 42 wird der Laufzeit des Signales von den UND-Gliedern 36, 37 zum Speicher 40,41 Rechnung getragen.

Der Ausgang der Speicher 40, 41 kann dann zu entsprechenden Anzeigeelementen geführt werden, . wobei der Ausgang des Speichers 40 ein Signal liefert, wenn das Meßsignal des ersten Meßelementes 24 zu hoch ist, d. h. die Messer — bzw. Schneidklingen — des Schneidrades sind zu stumpf oder mit ihren stumpfen Seiten nach oben eingebaut. Der Ausgang des Speichers . 41 ist mit einem Anzeigeelement gekoppelt, das betätigt wird, wenn das Meßsignal des Kraftaufnehmers zu niedrig ist. Dies bedeutet, daß der Schnittdruck noch nicht genügend hoch war. Es liegen also entweder zu wenig Fadenlagen auf den Schneidklingen 4 auf oder der Abstand der Druckrolle 10 von den Schneidklingen ist zu groß eingestellt.

Eine andere Möglichkeit der Anzeige besteht darin, daß die Ausgänge der Speicher 40 und 41 auf ein ODER-Glied 43 geführt werden und daß nur aligemein

;, ein Fehler angezeigt wird, ohne aufzuschlüsseln, welcher Art der Fehler ist

In F i g. 5 ist die Digital-Lösung der in F i g. 4 aufgezeigten Analoglösung dargestellt. Das Signal des Spitzenwertspeichers 34 und das invertierte und in

... Impulsform vorhandene Signal D, welches aus dem negativen Ast des differenzierten Rechtecksignales A gewonnen wurde, werden in einen Analog-Digitalumsetzer eingespeist Das aus dem Analog-Digitalumsetzer 44 gewonnene digitale Signal wird in einen Speicher 45

: -, eingespeichert, von dem es auf einen Komparator 46 geleitet wird. In diesem Komparator 46, der digital arbeitet, werden in digitaler Form die Grenzwerte für Maximum und Minimum der Schnittkraft eingegeben. Der Ausgang des Komparators 46 liefert dann in

•ν, digitaler Form ein Signal für zu hohe, zu niedrige oder richtige Schnittkrafthöhe.

Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, die Schnittüberwachung mit anders arbeitenden Meßelementen bzw. Gebern und anders gearteten Impulsfor-

y, men durchzuführen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Schnittüberwachung einer Stapelfaserschneidmaschine, bestehend aus einem drehbar gelagerten mit Schneidklingen bestückten Schneidenrad und einer mit dessen Schneiden in Wirkverbindung stehenden drehbar gelagerten Druckrolle, wobei zur Überwachung der Schneidfähigkeit der Schneidklingen die Schnittkraft der Druckrolle gemessen, daraus ein Signal gebildet und bei Unterschreiten einer bestimmten Schneidfähigkeit die Schneidmaschine abgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Schneidfähigkeit einer jeden Schneidklinge (4) die Schnittkraft der Druckrolle (10) an jeder einzelnen Schneidklinge gemessen wird und daß ein zweites Signal für jede Schneidklingenstelle geliefert wird, so daß das erste Meßsignal mit dem zweiten Meßsignal einerseits und mit Grenzwertsignalen zur Vorgabe der Schnittkrafthöhe andererseits auf Einhaltung der vorgegebenen Amplitudengrenzen verglichen wird und die Auswertung des ersten Meßsignals in Abhängigkeit des zweiten Meßsignals vorgenommen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem drehbar gelagerten, mit Schneidklingen bestückten Rad und einer mit den Schneiden in Wirkverbindung stehenden, drehbar gelagerten Druckrolle, welche Druckrolle mit einer Einrichtung zum Messen der Schnittkraft verbunden ist, die ihrerseits an eine Überwachungseinrichtung zur Erzeugung von Signalen angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (11) der Druckrolle (10) kippbar im Lagergehäuse (12) angeordnet ist und das Maß ihrer Auslenkung von dem vorzugsweise als Dehnungsmeßstreifen ausgebildeten ersten Meßelement (24) erfaßbar ist, wobei das Meßelement (24) im Lagergehäuse (12) der Druckrollenachse (11) angeordnet ist, und daß als zweites Meßelement ein Impulsgeber (14) verwendet wird, der ortsfest in einem Abstand zum und außerhalb des Schneidenrades (1) angeordnet ist und der durch eine am Außenumfang des Schneidenrades (1) und an jeder Schneidenstelle angeordnete Markierung (15) angesprochen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippbewegung der Druckrollenachse (11) durch mit Radialspiel im Gehäuse (12) eingebaute Lager (16) der Druckrollenachse (11) herstellbar ist, wobei als Spielausgleich im vorderen Bereich der Achse (11) ein elastisches Zwischenelement, vorzugsweise als O-Ring ausgebildet, und im hinteren Bereich der Achse eine senkrecht zur Achse (11) im Gehäuse (12) befestigten Membrane (21) angeordnet ist.