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Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen des
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Reibungsverhaltens von langgestreckten Gebilden, insbesondere von
Garnen
Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen des Reibungsverhaltens
von langgestreckten Gebilden, insbesondere von Garnen Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen des Reibungsverhaltens
von langgestreckten Gebilden, insbesondere von Garnen.
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Die Weiterverarbeitung von Garnen wird von ihrem Reibungsverhalten
beeinflusst, welches die Zugkraft, die Reissfestigkeit, die Dehnung und die Temperatur
in Abhängigkeit der Fadengeschwindigkeit z.B. beim Wegvorgang beeinflusst. Garne
mit ungleichem Reibungsverhalten erhalten während eines Arbeitsprozesses ungleiche
Garnspannungen, welche leicht zu Fadenbruch und Bandenbildung im Fertigprodukt,
z.B. in Gewirken und Geweben, führen. Untersuchungen haben ergeben, dass es sich
bei der Reibung von Garnen gegen einen Reibkörper um eine Mischreibung zwischen
Festkörperreibung und Flüssigkeitsreibung handelt. Der Reibungskoeffizient von Garnen,
ermittelt nach der Eytelweinschen Beziehung für Seilreibung, ergibt
von
Garnen, erlaubt, ohne dass deren Reibungskoeffizient bekannt sein muss.
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Dieser Zweck wird mit dem erwähnten Verfahren erfindungsgemäss dadurch
erreicht, dass das langgestreckte Gebilde von einer die Abzugsgeschwindigkeit festlegenden
Zugrolle über eine erste, in einem Abstand vor der Zugrolle angeordnete Zulaufrolle,
in der eine für die Laufgeschwindigkeit des Gebildes kennzeichnende Grösse erzeugt
wird, durch eine Garnzugmesseinrichtung gezogen wird, in welcher eine für die Zugkraft
des Gebildes kennzeichnende Grösse erzeugt wird, und dass aus der Differenz zwischen
Abzuggeschwindigkeit und der gemessenen Zulaufgeschwindigkeit eine für die Dehnung
des Gebildes kennzeichnende Grösse abgeleitet wird, um die gegenseitige Abhängigkeit
von Abzugsgeschwindigkeit, Dehnung und Zugkraft des langgestreckten Gebildes zu
ermitteln.
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Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäss
gekennzeichnet durch eine Zugrolle zum Bewegen des langgestreckten Gebildes, welche
die Abzugsgeschwindigkeit des Gebildes festlegt, durch eine Zulaufrolle, welche
die Zulaufgeschwindigkeit feststellt, durch eine Garnzugmesseinrichtung, welche
die Zugkraft des Gebildes feststellt, durch eine Garndehnungsmesseinrichtung, welche
mit der Zulaufrolle und der Zugrolle in Wirkverbindung ist und eine die Dehnung
im Gebilde bestimmende, von der Differenz zwischen Abzuggeschwindigkeit und Laufgeschwindigkeit
abhängige Grösse erzeugt, um die gegenseitige Abhängigkeit von Abzuggeschwindigkeit,
Zugkraft und Dehnung des Gebildes zu ermitteln.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des Erz in
dungsgegenstandes
näher erläutert.
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Es zeigen schematisch Fig. 1 eine Darstellung der Garnführung bei
einem Ausführungsbeispiel eines Gerätes zur Garnprüfung, Fig. 2 ein Blockschema
des in Fig. 1 gezeigten Gerätes, Fig. 3 ein Blockschema der in Fig. 2 gezeigten
Garndehnungsmesseinrichtung, Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Garnzugmesseinrichtung,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Einstelleinrichtung für die Garnzugmesseinrichtung,
und Fig. 6 ein Diagramm aus welchem die Steuerung der Garndehnungsmesseinrichtung
und der Antriebseinrichtung zur Anzeige der Garndehnung ersichtlich ist.
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Wie Fig. 1 zeigt, enthält das Gerät einen Halter für eine Garnrolle
2 mit dem zu prüfenden Garn 3, einen Giraffenhaken 4, einen Umlenkhaken 5, eine
Vorspannrolle 6, eine Zulaufrolle 7, eine Garnzugmesseinrichtung 8, eine Zugrolle
9 mit einer Andrückrolle 10, eine Leitrolle 11, ein Führungsorgan 12 und eine Aufspulrolle
13, die vor einer nicht dargestellten Frontplatte des Gerätes liegen.
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Das Garn 3 wird, wie ersichtlich, von der Garnrolle 2 über den Giraffenhaken
4, den Umleithakten 5 und einer Vorspannrolle 6 der Zulauf rolle 7 zugeführt. Die
Zulaufrolle 7 ist eine freilaufend gelagerte Rolle, um die das Garn 3 herumgeführt
ist. Die Vorspannrolle 6 bewirkt einen minimalen Gegenzug im durchlaufenden Garn
3, damit das Schwingmoment der Zulaufrolle 7 sicher überwunden wird.
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Diese Vorspannung wirkt vor der Einrichtung 8 und wird
durch
die Einstellung der Einrichtung 8 eliminiert. Anschliessend durchläuft das Garn
die Einrichtung 8 und umschlingt die Zugrolle 9. Die Zugrolle 9 ist mit einer nicht
dargestellten Antriebseinrichtung gekoppelt und bildet mit dieser eine Abzugeinrichtung.
Die Andrückrolle 10 sorgt dabei dafür, dass das umlaufende Garn mit einer Sollgeschwindigkeit
(in/min) gefördert wird. Danach wird das Garn 3 über die Leitrolle 11 und das Führungsorgan
12 der Aufspulrolle 13 zugeführt, die schwenkbar ist. Die Vorspannrolle 6, die Zulaufrolle
7, die Garnzugmesseinrichtung 8 und die Zugrolle 9 sind für die Bewertung der Garndehnung
massgebend.
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Wie aus dem Blockschema der Fig. 2 ersichtlich ist, enthält das Gerät
einen Motorsteuerteil 20 für den mit einem Tachogenerator 21 gekoppelten Antriebsmotor
22 der Abzugeinrichtung, eine Garndehnungsmesseinrichtung 23, die über einen 2-stufigen
Steuerschalter 24 mit dem Motorsteuerteil 20 verbunden ist, und die bereits erwähnte
Einrichtung 8, der eine Garnzugmesseinrichtung bildet und aus einer Messanordnung
25 zum Messen einer auf das Garn ausgeübten Zugkraft K und eine Einstelleinrichtung
26 zum Einstellen einer auf das Garn einwirkenden Normalkraft N besteht. Der Tachogenerator
21 ist mit einem Analoganzeigegerät 27 zur Anzeige der Laufgeschwindigkeit (in/min)
gekoppelt. Die Garndehnung (%) wird von einem Analoganzeigegerät 28 angezeigt, das
mit der Garndehnungsmesseinrichtung 23 verbunden ist. Die Garnzugmesseinrichtung
8 ist mit einem Digitalanzeigegerät 29 verbunden und hat zwei Anzeigefelder, um
die auf das Garn einwirkende Zugkraft K und die auf das Garn aufgebrachte Normalkraft
N
anzuzeigen. Zur Aufzeichnung der Messresultate können Zwei-Kanalschreiber
(nicht dargestellt) verwendet werden.
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Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Garndehnungsmesseinrichtung.
Wie in Zusammenhang mit Fig. 1 bereits erwähnt, enthält das Gerät eine freilaufend
gelagerte Zulaufrolle 7 und eine Zugrolle 9. Jede dieser Rollen 7, 9 ist mit einer
Lochscheibe 31,32 gekoppelt, die gleiche Lochzahlen aufweisen. Jeder Lochscheibe
31,32 ist eine Lichtschranke 33,34 bekannter Bauart zugeordnet. Jede Lichtschranke
33,34 ist über eine Anpassschaltung 35 an einen Verstärker 36 angeschlossen, dessen
Ausgang jeweils an den Steuerschalter 24 geführt ist. Anstelle der Lochscheiben
31,32 können Tachogeneratoren mit den Rollen 7,9 gekuppelt werden, die eine zu den
Drehzahlen proportionale Spannung abgeben.
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Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Messanordnung 25 zur Bestimmung
des Garnzuges K. Im Gerät ist eine Welle 40 so gelagert, dass ein Ende derselben
aus der Frontplatte herausragt. An diesem Ende ist eine scheibenförmige Skala 41
befestigt. Auf die Welle 40 sind vor der Frontplatte ferner eine frei dreh ihre
Wippe 42 und hinter der Frontplatte ein frei drehbarer Hebel 43 an einem Ende gehalten.
Der Hebel 43 ist einerseits mit einem Mitnehmer 44, der mit der Wippe 42 in Eingriff
steht, und andererseits mit einem Klemmstück 45 versehen, in das ein Ende einer
Schneckenf eder 46 gehalten und durch eine nicht dargestellte Schraube festgeklemmt
ist. Das andere Ende der Schneckenfeder 46 ist an der Welle 41 befestigt. An der
Welle 41 ist weiterhin ein Zahnrad 47 befestigt, das mit einem zweiten Zahnrad 48
kämmt. Das zweite Zahnrad 48 ist
an einer Welle 49, die an einem
Ende aus der Frontplatte herausragt, befestigt. An diesem Ende ist ein Drehknopf
50 zur Einstellung der Zugkraft K montiert. Um eine Verstellung des Drehknopfes
50 durch die Spiralfeder 46 über das erste und zweite Zahnrad 47,48 zu verhindern,
ist eine Bremseinrichtung 51 vorgesehen, die die freie Dehnung der Welle 41 verhindert.
Ferner ist ein Potentiometer 52 an der Welle 41 angekuppelt, der mit dem Digitalanzeigegerät
29 (Fig. 2) verbunden ist, um die auf das Garn 3 ausgeübte Zugkraft anzuzeigen.
Das freie Ende des Hebels 43 steht mit einem Mitnehmerstift 53 im Eingriff, der
an eineml Stellring 54 befestigt ist. Dieser Stellring 54 und eine Scheibe 55 sind
an einer Welle 56 befestigt, so dass die Welle 56 und damit die Scheibe 55 durch
den Hebel 43 gedreht werden können. Die Scheibe 55 besteht aus einem durchsichtigen
Material und weist einen undurchsichtig gemachten Bereich 57 auf. Der Scheibe 55
ist eine Lichtschranke 58 so zugeordnet, dass der Bereich 57 die Lichtschranke 57
durchlaufen kann.
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Am freien Ende der Wippe 42 ist ein auswechselbarer Reibkörper 58
aufgesteckt. An einem un eine in der Frontplatte gelagerte Achse 59 schwenkbaren
einarmigen Hebel 60 ist ein zweiter Reibkörper 61 so montiert, dass er mit dem erstgenannten
Reibkörper 58 in Anlage bringbar ist.
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Die Reibkörper 58,61, zwischen denen das Gran 3 durchläuft, bilden
einen Bremskopf.
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Zur Einstellung der auf das Garn aufgebrachten Normalkraft greift
an der mit N bezeichneten Stelle des ein-0 armigen Hebels 60 eine Einstelleinrichtung
an, die nachfolgend mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben wird.
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Wie Fig. 5 zeigt, enthält die Einstelleinrichtung einen Belastungshebel
63 und einen Federhebel 64, die im Abstand und parallel zueinander von einer Welle
65 abstehen. Der Belastungshebel 63 ist mit einer Einstellschraube 66 versehen und
ist vor der Frontplatte 1 (Fig. 1) liegend so angeordnet, dass die Einstellschraube
an der Stelle No am einarmigen Hebel 60 anlegbar ist. Am freien Ende des Federhebels
64 ist ein Ende einer Zugfeder 67 eingehängt. Am anderen Ende der Zugfeder 67 ist
ein Zugseil 68 befestigt, das auf eine an einem Schneckenrad 69 vorgesehene Seiltrommel
70 aufwickelbar ist. Das Schneckenrad 69 kämmt mit einer Schnecke 71, die in der
Frontplatte gelagert ist und mit einem Drehknopf 72 versehen ist, um die Einstelleinrichtung
zu betätigen. Das Schneckenrad 69 ist auf einer Achse 73 befestigt, die mit einem
Potentiometer 74 gekoppelt ist. Um den einarmigen Hebel 60 freizugeben, kann der
Belastungshebel 63 verschwenkt werden, bis der Federhebel 64 an einem Anschlagstift
75 anliegt. Da dabei die Totpunktlage überschritten wird, kann der Belastungshebel
63 nicht zurückkippen.
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Zwischen der Garnzugmesseinrichtung 8 und der Zugrolle 9 ist ein
nicht dargestellter Temperaturfühler in der Frontplatte der Vorrichtung angeordnet,
an den das laufende Garn 3 anliegt, um die Temperatur desselben festzustellen.
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Wie eingangs erwähnt, wird die Weiterverarbeitung eines Garnes von
seinem Reibungsverhalten beeinflusst, so dass durch dieBestimmung desselben eine
Qualitätsaussage ermöglicht wird. Bei dem hier in Rede stehenden Verfahren wird
dieses Reibungsverhalten in Abhängigkeit der
Abzugsgeschwindigkeit,
der Garndehnung und der auf das Garn einwirkenden Zugkraft ermittelt, ohne dass
der Reibungskoeffizient des Garnes bekannt sein muss. Dies erfolgt auf dem vorstehend
beschriebenen Gerät, dessen Funktion nachfolgend dargelegt wird.
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Nach der Zulaufrolle 7 läuft das Garn 3 durch die Garnzugmesseinrichtung
8, d.h. zwischen den beiden Reibkörper 58,61 der Messanordnung 25 (Fig. 4). Durch
das durchlaufende Garn 3 entsteht eine Reibkraft, welche dem Garnzug K entspricht.
Dieser Garnzug K ist bestrebt, die Wippe 42 mitzunehmen, d.h. um die Welle 40 zu
schwenken.
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Diese Bewegung der Wippe 42 wird auf den Hebel 43 übertragen. Dadurch
wird die Scheibe 55 gedreht und der undurchsichtige Bereich 57 aus dem Wirkungsbereich
der Lichtschranke 58 geschwenkt. Wird nun die Wippe 42 durch die Schnecken feder
47 gegen die Laufrichtung des Garnes 3 vorgespannt und erreicht der Garnzug K infolge
der Reibung zwischen den Reibkörpern 58,61 beim Garndurchlauf das Gleichgewicht
zur Federkraft FK, dann schwingt die Scheibe 55 zurück, so dass der undurchsichtige
Bereich 57 in den Wirkungsbereich der Lichtschranke 58 kommt. Dadurch wird eine
Signallampe (nicht dargestellt) eingeschaltet zum Zeichen, dass das Gleichgewicht
erreicht ist, d.h. K ist gleich FK. Der Anzeigewert am Digitalanzeigegerät 29 (Fig.
2) entspricht dann dem herrschenden Garnzug.
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Die Einstellung des Garnzuges K, d.h. das Vorspannen der Schneckenfeder
56, wird folgendermassen vorgenommen. Die Zahnräder 47,48 haben ein Untersetzungsverhältnis
von 1:5. Der Verdrehwinkel der Welle 40 ist dem max. Drehwinkel des Potentiometers
52 durch einstellbare Anschlag-
organe (nicht dargestellt) angepasst.
Die Skala am Drehknopf 50 hat eine 10-er Teilung. Jede Umdrehung erzeugt an der
Skalenscheibe 41 je 100 gr Anzeige. Zum Beispiel Toatl 300 gr Federkraft FK ergeben
am sich mitdrehenden Potentiometer 52 eine Maximalspannung am Abgriff. Da das Digitalanzeigegerät
29 Grammwerte von 0 (ungespannte Feder) bis 300 oder mehr anzeigt, kann der zu messende
oder im voraus einstellbare Garnzug K am Digital instrument bis auf 1 Gramm genau
abgelesen werden. Die Skalen geben nur Richtwerte an.
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Damit eine Reibkraft zwischen den Reibkörpern 58, 61 auftritt, wird
auf die Reibkörper eine Normalkraft N aufgebracht, die durhc die an der Stelle N
in der Mess-0 anordnung 25 eingreifende Einstelleinrichtung 26 einstellbar ist.
In Fig. 5 ist die Einstelleinrichtung in der Null-Lage dargestellt, d.h. für N =
0. Die Zugfeder 67 ist entspannt. Betätigt man den Drehknopf 72, wird das Schneckenrad
69 in Richtung des Pfeiles A gedreht und das Seil 68 auf die Seiltrommel 70 aufgewickelt.
Dadurch wird die Spiralfeder 67 gespannt. Durch das Ausziehen der Feder 67 um die
Strecke F1 oder F2 entstehen Federkräfte, die über den Federhebel 64, die Welle
65 und den Belastungshebel 63 auf den einarmigen Hebel 60 einwirken. Die Drehung
des Schneckenrades 69 wird über die Achse 73 auf das Potentiometer 74 übertragen.
Da die Federkräfte einer Zugfeder proportional dem Federweg sind, ergibt jede Drehung
des Schneckenrades am Potentiometer eine proportionale Spannungsänderung, so dass
das an den Potentiometer 74 angeschlossene Digitalanzeigegerät 29 (Fig. 2), die
eingestellten Grammwerte anzeigt.
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Durch die am Drehknopf 50 (Fig. 4) eingestellte Zugkraft K und die
am Drehknopf 72 (Fig. 5) eingestellte Normalkraft N wird beim Abziehen des Garnes
durch die Zugrolle 9 eine Dehnung auftreten, die durch die Garndehnungsmesseinrichtung
(Fig. 3) gemessen wird und deren Funktion nachfolgend mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben
wird.
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Wie im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits erwähnt, werden zur Bewertung
der Garndehnung die Zulaufrolle 7 und die Zugrolle 9 verwendet, die beide den gleichen
Durchmesser haben und mit einer Lochscheibe 31,32 (Fig. 3) gekoppelt sind. Die Drehzahl
der Zugrolle 9 wird während eines Messvorganges konstant gehalten, während die Drehzahl
der Zulaufrolle 7 in Abhängigkeit der auftretenden Garndehnung schwankt. Durch die
rotierenden Lochscheiben werden Impulse gleicher Stromstärke erzeugt, wobei die
Anzahl der Impulse proportional zur Drehzahl der Lochscheibe ist. Je nach Drehzahl
der Lochscheiben entstehen Wechselströme in Form einer Rechteckwelle. Jeder Impulszahl
ist daher eine Wechselspannung zugeordnet. Die Differenz der beiden erzeugten Spannungen
entspricht der Dehnung (%) bei den vorliegenden Drehzahlen. Diese Spannungsdifferenz
bleibt aber über den gesamten Drehzahlbereich nicht gleich, d.h. verdoppelt man
zum Beispiel die Drehzahl, dann verdoppeln sich nicht nur die erzeugten Spannungen
sonden auch deren Differenz für die gleiche Dehnung (%). Um bei allen Drehzahlen
für die gleiche Dehnung (%) die gleiche Differenz zu erhalten, muss der Steuerschalter
24 (Fig. 2 und 3) verstellt werden. Der Verstärker 36 (Fig. 3) richtet die Differenz
der Wechselspannungen gleich. Diese Gleichspannungen sind aber nicht mehr proportional
der Drehzahl der
Lochscheibe 32 an der Zugrolle 9, wenn die am
Steuerschalter 24 vorgenommene Einstellung proportional erfolgt.
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Der Steuerschalter 24 (Fig. 2 und 3) besteht aus drei Potentiometern
R1, R2 und R3, die mechanisch gekoppelt sind und gleichlaufend verstellt werden.
Der Potentiometer R1 dient als Motorregler und ist z.B. in 20 Schaltstufen linear
à 260>t unterteilt, während die Potentiometer R2, R3 zur Einstellung der Differenz
der von den Lochscheiben 31 bzw. 32 erzeugten Spannungen dienen und in 20 Schaltstufen
von 6i000-130'000 2 logarithmisch unterteilt sind. Dadurch wird erreicht, dass für
jede einer bestimmten Motordrehzahl zugeOrdnete Schaltstufe sich die richtigen Widerstandswerte
(Q) ergeben, die für die auftretende Dehnung von 0-100 (%) gültig sind. Dreht z.B.
der Motor mit 1300 min-¹, dann hat das Potentiometer R1 einen Widerstand von 2400D
und die Potentiomater R2, K3 haben einen Widerstand von 60'000# (Fig. 6).
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Beim Diagramm (Fig. 6) sind die Motorkoordinaten linear, wobei auf
der Ordinate die Motordrehzahl n1 von -l 0-2800 min und auf der Abszisse der Widerstand
R des 0 Tachogenerators 21 von 0-5200 ;) abgetragen sind. Die Linie n = f (Ro) ist
zugleich die Frequenz linie der von den Lochscheiben erzeugten Stromimpulse. Die
Wechselstromfre-4 -1 quenz beträgt t = 4/5 sek-¹. Die Koordinaten für die Lochscheiben
sind logarithmisch geteilt, wobei die Ordinate -l die Drehzahl der Lochscheiben
31,32 von 100-2800 min -¹ und die Abszisse die zur Justierung der %-Anzeige an den
Potentiometern R2, R3 einzustellenden Widerstandswerte zeigt.
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Die Funktionslinie ist (log.n) = f (log . R ). Die Koppe-2,3
lung
für die Dehnungsanzeige in 90 erfolgt zwischen der Drehzahl der Lochscheibe und
der Frequenzlinie. Drehen beide Lochscheiben 31,32 mit der gleichen Drehzahl, dann
werden diese unabhängig voneinander eine gleiche Wechselspannung erzeugen, deren
Gleichstromwerte entgegengesetzt gerichtet sind. Es ergibt sich keine Spannungsdifferenz
und somit liegt keine Dehnung vor.
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Hat die Lochscheibe 31 der Zulaufrolle 7 eine Dreh--l zahl n2 = 2800
min 1 und die Lochscheibe 32 die Zugrolle -l 9 eine Drehzahl von n3 = 1400 min dann
ergibt sich das Dreieck A B C, wobei die Strecke BC symbolisch der Dehnung von 50%
und gleichzeitig eine diese Dehnung kennzeichnende Spannungsdifferenz darstellt.
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-l Bei den Drehzahlen n2 = 1000 min und n3 = 500 min -l ergibt sich
das Dreieck A1B1C1. Wie ersichtlich, sind die Strecken BC und B 1C1 gleich. Das
Dreieck A2B2C2 kennzeichnet eine Dehnung von 30%. Diese Uebereinstimmung ergibt
sich, wenn gleichzeitig mit der Drehzahländerung des Motors durch R1 die Widerstände
R2, R3 für die Lochscheiben entsprechend geändert werden.
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Durch den Temperaturfühler kann die Temperatur des laufenden Garnes
festgestellt werden, wobei bei Ueberschreitung eines bestimmten Grenzwertes die
Vorrichtung abgestellt werden kann.