DE4402582C2

DE4402582C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung der Spinngeometrie einer Ringspinnmaschine

Info

Publication number: DE4402582C2
Application number: DE4402582A
Authority: DE
Inventors: Helmut Nickolay
Original assignee: Zinser Textilmaschinen GmbH
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2014-01-29
Also published as: DE4402582A1; US5551223A; ITMI950135A1; IT1273458B; ITMI950135A0; JPH07292531A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Spinngeometrie einer Ringspinnmaschine sowie eine Ringspinn maschine, bei der dieses Verfahren realisiert ist.

Die mit einer Ringspinnmaschine erreichbare Fadenqualität sowie die Produktivität ist im wesentlichen durch die Spinn geometrie, d. h. die Ausbildung des Fadenlaufs vom Ausgangs walzenpaar des Streckwerks durch die Fadenführeröse und den Balloneinengungsring zum Ringläufer und auf die Spinnhülse bestimmt, insbesondere durch die Längen der einzelnen Faden abschnitte und ihrer Winkel zueinander. Die Spinngeometrie wird üblicherweise an die Länge der verwendeten Spinnhülsen, den eingesetzten Ringdurchmesser, die Feinheit des gesponnenen Fadens, die versponnene Faserart und andere Parameter ange paßt.

Bei bekannten Ringspinnmaschinen werden hierzu Ringbank sowie die Bänke für die Balloneinengungsringe und Fadenführerösen mittels mechanischer Getriebe in gegenseitiger, einstellbarer Abhängigkeit im Verlaufe eines Abzugs vertikal bewegt und ver legt.

Hierzu ist aus der DE 37 32 052 A1 bekannt, die Zugglieder der daran aufgehängten Ringbänke bzw. der Bänke für die Ballonein engungsringe und Fadenführer auf jeweils gesonderten Aufwinde trommeln zu befestigen und jede Aufwindetrommel durch einen separaten Antriebsmotor anzutreiben.

Hierdurch wird erreicht, daß die verschiedenen Bankarten unab hängig voneinander bewegt werden können, wobei diese unter schiedlichen Bewegungen leicht einstellbar und veränderbar sind.

Die Steuerung der Bewegungen dieser die Spinngeometrie beein flussenden Elemente der Ringspinnmaschine erfolgt bei den be kannten Maschinen nach einem vorgegebenen Programm, das entwe der einen Kompromiß hinsichtlich der unterschiedlichen zu verspinnenden Faden oder Garne darstellt oder aber für jedes zu verspinnende Garn neu bestimmt und/oder optimiert werden muß. Mit anderen Worten: Ist für eine zu verspinnende Garnart kein optimales Programm in der Maschinensteuerung abgelegt, so muß entweder der Spinnvorgang mit der nicht-optimierten Spinn geometrie, d. h. mit reduzierter Spinnqualität oder -quantität, durchgeführt werden, oder aber eine aufwendige manuelle Opti mierung der Spinngeometrie erfolgen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Maschinen besteht darin, daß weitere, die Spinnqualität beeinflussende Parameter, wie beispielsweise die Temperatur oder Luftfeuchtigkeit des Spinn saals, insbesondere deren Veränderungen während des Spinnpro zesses kaum berücksichtigt werden können.

Im Stand der Technik sind zwar Spinnmaschinen bekannt, bei denen die Arbeitsgeschwindigkeit der betreffenden Maschine bzw. die Drehzahl der Spindeln optimiert wird, wobei hierzu eine Regelung der Arbeitsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von folgenden Parametern erfolgen kann: 1) von einem ermittelten Fadenbruchzustand (DE-AS 21 40 067); 2) von der Maschinenlei stung bzw. der auf die Garnlänge bezogenen Garnbruchhäufigkeit (DE 36 24 212 A1); 3) von der Garndrehung bzw. damit verkop pelter Meßgrößen (DE 36 36 288 A1); 4) von der Fadenspannung und ggf. vom Changierhub (DE 42 11 684 A1); vom Verhältnis der tatsächlich vorhandenen Fadenbruchbehebungskapazität und der ermittelten Fadenbruchhäufigkeit (DE 39 28 755 A1). Damit kann bei derartigen Maschinen jedoch allenfalls eine Optimierung der Produktivität für eine bestimmte Spinngeometrie erfolgen. Eine Optimierung der Fadenqualität ist damit jedoch nicht mög lich.

Aus der EP 0 282 713 A1 ist eine Kabliermaschine bekannt, bei der das Fadenzugkraftverhältnis von Außen- und Innenfaden ohne ein Stillsetzen der Maschine einstellbar ist und aufrechter halten werden kann. Hierzu wird jeweils der Teilwinkel des Außen- bzw. Innenfadens als ein mit der betreffenden Faden spannung korrelierender Wert gemessen und abhängig hiervon ein Steuersignal für eine Verstellvorrichtung für eine axiale Verstellung des Ösenteils erzeugt. Damit wird zwar das Umwin dungsverhältnis abhängig vom Verhältnis der Fadenspannungen geändert. Die absoluten Größen der Fadenspannungen sind jedoch - zumindest in weiten Grenzen - unerheblich. Schwankungen von Umgebungsparametern, die beide Fäden betreffen, lassen sich daher nicht berücksichtigen.

Schließlich sind in dem Fachartikel "Die Fadenspannung ver ändernde Einflüsse beim Spinnen", Textilbetrieb, ′′/1980, Sei ten 23 bis 31, die wesentlichen Ursachen für Fadenspannungs änderungen erläutert, wobei insbesondere auf das ballonlose Spinnen eingegangen und der Einfluß der Form des Spindel schafts in diesem Zusammenhang untersucht wird. Es werden jedoch keine konkreten Maßnahmen für eine Optimierung der Spinngeometrie beschrieben.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Optimierung der Spinngeo metrie einer Ringspinnmaschine zu schaffen, welches gewähr leistet, daß die Spinngeometrie auch während des Spinnprozes ses selbsttätig dahingehend optimiert wird, daß eine ausrei chende Spinnqualität bei einer vorgegebenen oder maximalen Produktivität gewährleistet ist. Des weiteren liegt der Erfin dung die Aufgabe zugrunde, eine Ringspinnmaschine zu schaffen, bei welcher dieses Verfahren realisiert ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patent ansprüche 1 bzw. 15.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß die Spinnkraft bzw. die Fadenspannung und/oder die Fadenbruchhäufigkeit als Meßgrößen zur Optimierung des Spinnvorgangs dienen können. Dabei ist die Fadenspannung, d. h. die Zugspannung im Faden zwischen dem Lieferwalzenpaar und der Kopswicklung, insbeson dere in der Kammgarnspinnerei von großer Bedeutung. Im Spinn prozeß selbst hängt u. a. von dieser Zugspannung vor allem die Fadenbruchhäufigkeit ab, wogegen im fertigen Produkt die Fa denspannung die Dehnfähigkeit des Fadens bestimmt, wobei die Bruchdehnung des Fadens mit abnehmender Spinnspannung zunimmt. In der Fadenschar, also vor allem in der Webkette, ist jedoch neben der Reißkraft für das Reißen des Fadens die Bruchdehnung eines Fadens maßgebend, so daß während des Spinnprozesses die Fadenspannung minimal sein oder zumindest einen vorbestimmten Wert nicht überschreiten sollte.

Da die Fadenbruchhäufigkeit im wesentlichen durch die Faden spannung bestimmt ist, kann diese anstelle oder in Verbindung mit dieser als weitere Größe zur Optimierung der Spinngeome trie dienen.

Das Ziel einer minimalen Fadenbruchhäufigkeit oder Spinnkraft bzw. Fadenspannung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zumindest Meßwerte für die Spinnkraft und/oder die Fadenbruch häufigkeit einem Regler als Eingangsgrößen zugeführt werden, wobei der Regler zumindest einen Stellantrieb eines die Spinn geometrie beeinflussenden Elements der Ringspinnmaschine in geeigneter Weise ansteuert. Hierdurch wird erreicht, daß ohne jeglichen manuellen Eingriff die Spinngeometrie auch während eines Spinnvorgangs hinsichtlich der vorgenannten Ziele opti miert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wählt der Regler zusätzlich die Spindeldrehzahl innerhalb eines vorgege benen Stellbereichs so, daß die Fadenbruchhäufigkeit und/oder die Spinnkraft bzw. die Fadenspannung einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet oder minimal ist.

Kann das vorgegebene Regelziel nicht innerhalb der vorgegebe nen Stellbereiche erreicht werden, so kann der Regler ein Fehlersignal erzeugen, wodurch beispielsweise ein Bedienerruf ausgelöst werden kann.

Als die Spinngeometrie beeinflussende und vom Regler ansteuer bare Stellgröße kann z. B. eine oder mehrere der Größen "ver tikale Position der Fadenführerösen", "vertikale Position der Balloneinengungsringe", "vertikale Position der Ringläufer und Spindeln" oder "horizontaler Abstand zwischen Streckwerk und Spindeln" dienen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung können dem Regler weitere Eingangsgrößen, beispielsweise Meßwerte der Temperatur und/- oder der Luftfeuchtigkeit der Umgebung der Ringspinnmaschine zugeführt werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Regelvorgang in vorbestimmten zeitlichen Abständen durchgeführt werden. Hierzu kann der Regler beispielsweise den gesamten Stellbereich oder einen Teil des Stellbereichs der zumindest einen Stellgröße in vorbestimmten Schritten abtasten und aus den sich hierdurch ergebenden Meßwerten für die Eingangsgrößen den optimalen Wert der zumindest einen Stellgröße bestimmen und ausgeben.

Im Fall mehrerer Stellgrößen kann diese Art der Regelung bei spielsweise so erfolgen, daß für jede der Stellgrößen in einer vorbestimmten Reihenfolge jeweils ein Abtast- und Optimie rungsvorgang durchgeführt wird.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Reg ler jedoch als Fuzzy-System ausgebildet, welches die ihm zu geführten Meßsignale fuzzifiziert, nach vorgegebenen Regeln einer Wissensbasis entsprechend der Fuzzy-Logic verknüpft und gewichtet und die Stellgröße durch Defuzzifizierung des Ergeb nisses der Verknüpfung und Gewichtung ermittelt und ausgibt.

Da bei einer Ringspinnmaschine die wichtigste Eingangsgröße des Reglers von Spinnstelle zu Spinnstelle leicht variieren kann, wird bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens diese Größe an mehreren oder allen Spinn stellen gemessen und dem Regler ein über die entsprechenden Spinnstellen ermittelter Meßwert zugeführt. Vorzugsweise sind für die Mittelung solche Spinnstellen auszuschließen, an denen zur Zeit der Messung nicht gesponnen wurde oder ein Fadenbruch aufgetreten ist. Dies kann beispielsweise so erfolgen, daß Meßwerte, die kleiner sind als ein vorbestimmter Schwellwert, nicht für die Mittelung herangezogen werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Teile einer Arbeitsstelle einer Spinnereimaschine;

Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm des Reglers der Steuer einheit in Fig. 1;

Fig. 3 den Zugehörigkeitsgrad der einzelnen Terme der lingui stischen Variablen "Spinnkraft" und "Fadenbruchhäufig keit" eines als Fuzzy-Regler ausgebildeten Reglers nach den Fig. 1 und 2 und

Fig. 4 den Zugehörigkeitsgrad der einzelnen Terme der lingui stischen Ausgangsvariablen "FF-Weg" und "Spindeldrehzahl" des Fuzzy-Reglers mit den Eingangsvariablen gemäß Fig. 3.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Arbeitsstelle 1 einer im übrigen nicht näher dargestellten Ringspinnmaschine, so weit dieser für das Verständnis der Erfindung von Bedeutung ist. Darüber hinaus zeigt Fig. 1 die für die Erfindung wesentlichen Elemente einer Maschinensteuerung 3 in Form eines Block diagramms.

Die Arbeitsstelle 1 besteht im wesentlichen aus dem dieser zu geordneten Teil eines Streckwerks 5 für das Verstrecken und Zuliefern eines Vorgarns 7′ sowie aus einer in einer Spindelbank 9 um eine vertikale Achse drehbar gelagerte und angetriebene Spindel 11.

Ein durch das Lieferwalzenpaar 13 zugelieferter Faden 7 läuft in üblicher Weise durch eine Öse eines Fadenführers 15 und einen Ringläufer 19 der in einem auf einer Ringbank 17 gelagerten Ring 19′ geführt ist und wird auf einer auf der Spindel 11 aufge steckten Spule 21 aufgewunden. Durch die Drehung der Spindel 11 bzw. der Spule 21 wird der auf der Ringbank 17 auf einer Kreis bahn geführte Ringläufer 19 vom Faden 7 mitgenommen, so daß das Aufwinden des Fadens auf die Spule 21 mit der Differenz zwischen der Spindel bzw. Spulendrehzahl und der Drehzahl des Ringläufers 19 erfolgt, wobei der Faden 7 hierdurch gleichzeitig eine Dre hung erfährt. Zur Erreichung eines bestimmten Kopsaufbaus wird die Ringbank 17 nach einem vorbestimmten Bewegungsmuster in vertikaler Richtung, d. h. in Richtung der Spulenachse auf- und abbewegt.

Aufgrund der relativ hohen Spindel- bzw. Spulendrehzahl und der damit verbundenen hohen Drehzahl des Ringläufers 19 wirken auf den Fadenabschnitt zwischen dem Fadenführer 15 und dem Ringläu fer 19 verhältnismäßig hohe Zentrifugalkräfte. Dies führt zu einer Ausbauchung des Fadenstücks in radialer Richtung, so daß durch die Rotation des Fadenstücks um die Vertikalachse der Spule 21 ein Fadenballon entsteht.

Zur Reduzierung der Spinnkraft, d. h. der auf das Fadenstück zwischen dem Lieferwalzenpaar 13 und der Fadenwicklung auf der Spule 21 wirkenden Zugkraft ist im Bereich des den Ballon bil denden Fadenstücks ein Balloneinengungsring 23 vorgesehen, der den Durchmesser des Fadenballons an einer bestimmten vertikalen Position zwischen dem Fadenführer 15 und dem Ringläufer 19 auf einen vorgegebenen Wert begrenzt. Dabei hat sich die Positionie rung des Balloneinengungsrings in der horizontalen Schwereebene des Ballons als optimale Position erwiesen.

Sämtliche Balloneinengungsringe 23 einer Maschinenseite der Ringspinnmaschine sind ebenso wie die entsprechenden Fadenführer 15 auf je einer sich längs der Maschine erstreckenden, nicht dargestellten Bank angeordnet. Hierdurch wird ermöglicht, die Spinngeometrie der Ringspinnmaschine, also insbesondere den Lauf des Fadens vom Lieferwalzenpaar 13 durch die Öse des Fadenfüh rers 15 und den Balloneinengungsring 23 zum Ringläufer 19 hin sichtlich der Länge der einzelnen Fadenabschnitte und ihrer Winkel zueinander auf die Länge der verwendeten Spinnhülsen, den eingesetzten Ringdurchmesser, die Feinheit des gesponnenen Fa dens, die versponnene Faserart und andere Parameter einzustel len.

Diesbezüglich ist beispielsweise bekannt, daß für grobe Garne kleine Ablaufwinkel und für feine Garne große Ablaufwinkel vor teilhaft sind, wobei als Ablaufwinkel derjenige Winkel definiert ist, den das Fadenstück zwischen dem Lieferwalzenpaar 13 und dem Fadenführer 15 mit der Vertikalen einschließt.

Zur Einstellung der Spinngeometrie können bei bekannten Ring spinnmaschinen die die Balloneinengungsringe 23 bzw. die Faden führer 15 tragenden Bänke, beispielsweise durch separate Stell antriebe, in ihrer vertikalen Position verstellt werden. So ist beispielsweise aus der DE 37 32 052 bekannt, die Bänke für die Fadenführer 15 und die Balloneinengungsringe 23 während eines Abzugs nach einer vorgegebenen Funktion zu verstellen, wobei die jeweilige Funktion im wesentlichen mit dem beispielsweise leicht ansteigenden Mittelwert des zeitlichen Verlaufs der in vertika ler Richtung oszillierenden Bewegung der Ringbank 17 korreliert.

Die Ermittlung dieser Funktionen muß jedoch für jede Spinnaufga be getrennt erfolgen, wobei bestimmte Parameter, insbesondere die Spindeldrehzahl, die Fadenfeinheit und die Faserart, zu berücksichtigen sind.

Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß ins besondere die Parameter "Spinnkraft" und "Fadenbruchhäufigkeit" als Maß für eine selbsttätige Optimierung der Spinngeometrie und damit der Spinnqualität dienen können.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung weist daher einen Sensor 25 zur Erfassung der Fadenspannung auf, der an dem Fadenstück zwischen dem Lieferwalzenpaar 13 und dem Fadenführer 15 angeordnet sein kann. Der Sensor 25 kann hierzu beispielsweise die Auslenkung eines am Faden anliegenden Fingers 27 gegen die Kraft einer Feder erfassen. Selbstverständlich ist anstelle dieses Sensors jeder beliebige Sensor verwendbar, der die Spinnkraft oder eine damit korrelierende Größe erfaßt.

Der in Fig. 1 dargestellte Sensor 25 bietet jedoch den Vorteil, daß zusätzlich zur Erfassung der Spinnkraft der Sensor gleich zeitig als Fadenbruchdetektor wirken kann. Dabei wird ein Faden bruch dann detektiert, wenn auf den Finger 25 keine Kraft mehr wirkt, so daß dessen Auslenkung gegen Null geht.

Das Ausgangssignal 29 des Sensors 25 ist einer Steuereinheit 31 zugeführt, die als separate Steuereinheit oder Teil einer zen tralen Maschinensteuerung ausgebildet sein kann.

Die Steuereinheit 31 wertet das Ausgangssignal 29 des Sensors 25 aus und steuert abhängig davon einen Stellantrieb 33 zur Ein stellung der vertikalen Position der die Fadenführer 15 tragen den Bank jeder Maschinenseite der Ringspinnmaschine an. Hier durch ergibt sich eine Veränderung der mittleren Höhe der zwi schen den Fadenführern 15 und den Ringen 19 ausgebildeten Faden ballone.

Das der Steuereinheit 31 vorgegebene Ziel besteht darin, die Fadenführer 15 so zu positionieren, daß die Spinnkraft minimal wird oder zumindest einen vorbestimmten Schwellwert nicht über schreitet. Die von verschiedenen Parametern abhängige zulässige Spinnkraft kann der Steuereinheit 31 entweder direkt eingegeben sein oder dieser beispielsweise von einer zentralen Betriebs datenerfassungseinheit (BDE) übermittelt werden.

Stellt die Steuereinheit 31 fest, daß die vorgegebene Spinnkraft durch eine Verstellung der vertikalen Fadenführerposition im gesamten möglichen Stellbereich nicht erreicht werden kann, so kann die Steuereinheit 31 beispielsweise ein Fehlersignal 35 erzeugen und mit diesem eine Bedienerrufeinheit 37 ansteuern.

Des weiteren kann, wie in Fig. 1 dargestellt, vorgesehen sein, daß die Steuereinheit 31 die Steuerung 37 des Spindelantriebs so ansteuert, daß die Spindeldrehzahl reduziert wird und auf diese Weise eine Verringerung der Spinnkraft erreicht wird.

Als weiteren Parameter zur Steuerung der vertikalen Position der Fadenführer 15 kann die Steuereinheit 31 die Fadenbruchhäufig keit auswerten. Hierzu ist jedoch erforderlich, daß entweder an sämtlichen Arbeitsstellen der Ringspinnmaschine oder zumindest an einem repräsentativen Querschnitt Fadenbruchdetektoren an geordnet sind, deren Signale der Steuereinheit 31 zugeführt werden, welche dann aus diesen Signalen die Fadenbruchhäufigkeit bestimmt.

Selbstverständlich können jedoch die Signale der Fadenbruchde tektoren auch einer separaten Auswerteeinheit zugeführt werden, die dann die Fadenbruchhäufigkeit bestimmt und an die Steuer einheit 31 übermittelt.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nicht nur die Spinnkraft an einer einzigen Arbeitsstelle 1 der Ringspinn maschine, sondern an mehreren Arbeitsstellen erfaßt und der Steuereinheit 31 die entsprechenden Ausgangssignale 29 der meh reren Sensoren 25 zugeführt. Die Steuereinheit 31 kann dann die Fadenspannung durch Bildung eines Mittelwerts ermitteln, wobei vorzugsweise solche Spinnstellen ausgeschlossen werden, an denen im Meßzeitpunkt ein Fadenbruch aufgetreten ist, der Spinnvorgang unterbrochen ist oder die Spinnstelle außer Betrieb ist.

Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Steuereinheit 31 solche Sensorsignale 29 unberücksichtigt läßt, deren Wert unterhalb eines bestimmten Schwellwertes liegt oder gleich Null ist.

Sind die Fadenbruchdetektoren und die Sensoren zur Erfassung der Spinnkraft als separate Sensoren ausgebildet, kann dies dadurch erfolgen, daß die Steuereinheit 31 solche Signale der Spinn kraftsensoren außer Betracht läßt, für die die entsprechenden Fadenbruchdetektoren einen Fadenbruch bzw. das Nicht-Vorhanden sein eines Fadens anzeigen.

Für die Gestaltung des Regelvorgangs der geschlossenen Regel schleife bzw. Regelschleifen, d. h. für die Gestaltung eines in der Steuereinheit 31 enthaltenen Reglers bieten sich verschiede nen Möglichkeiten an.

Da die optimale Spinngeometrie erst während des Betriebs der Ringspinnmaschine mittels des oben beschriebenen Regelkreises erreicht wird, müssen zunächst für die veränderbaren Parameter "vertikale Fadenführerposition" und "Spindeldrehzahl" sinnvolle Ausgangswerte gewählt werden. Dabei wird man vorzugsweise von einer für optimal gehaltenen Ausgangsstellung der Fadenführer ausgehen und die Spindeldrehzahl so wählen, daß eine ausreichen de Produktivität gewährleistet ist.

Eine Möglichkeit zur Durchführung der Regelung besteht darin, daß der in der Steuereinheit 31 vorhandene Regler ausgehend von diesen Startwerten den gesamten zulässigen Stellbereich für die Fadenführer 15 mit einer vorgegebenen Schrittweite abtastet und in jeder Position die zugehörige Spinnkraft ermittelt und zwi schenspeichert. Aus diesen Meßwerten kann der Regler dann die minimale Spinnkraft, beispielsweise durch nicht-lineare Regres sion ermitteln und den Stellantrieb 33 so ansteuern, daß diese für optimal befundene vertikale Position der Fadenführer 15 angefahren wird.

Sollte die Steuereinheit 31 nach dem Vergleich der in dieser Position erreichten Spinnkraft mit einem gespeicherten Wert für die maximal zulässige Spinnkraft feststellen, daß diese über schritten ist, so kann die Steuereinheit 31 die Steuerung 39 des Spindelantriebs so ansteuern, daß die Spindeldrehzahl um einen vorgegebenen Betrag reduziert wird. Ist nach dieser Reduzierung der Spindeldrehzahl die Spinnkraft kleiner oder gleich dem maxi mal zulässigen Wert, so ist der Regelvorgang beendet. Im anderen Fall wiederholt die Steuereinheit 31 diesen Regelvorgang solan ge, bis diese Bedingung erfüllt ist.

Der Regelvorgang kann laufend oder in zeitlich vorbestimmten Abständen wiederholt werden, so daß sich praktisch während des gesamten Betriebs der Ringspinnmaschine, insbesondere während eines Abzugs, die vertikale Position der Fadenführer 15 und die Spindeldrehzahl immer in einem optimalen Bereich bewegen. Auf diese Weise ist mit einer Ringspinnmaschine nach der Erfindung ständig eine maximale Produktivität bei einer vorgegebenen, ausreichenden Spinnqualität gewährleistet.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, daß lediglich die vertikale Position der Fadenführer 15 und die Spindeldrehzahl in den Regelkreis mit einbezogen sind. Vielmehr können beliebige weitere, die Spinngeometrie beeinflussende Parameter mit berücksichtigt werden, insbesondere die vertikale Position der Balloneinengungsringe 23 oder der horizontale Ab stand des Lieferwalzenpaares 13 von den Vertikalachsen der Spin deln 11.

Letzteres ist jedoch mit einem erheblichen mechanischen Aufwand verbunden, da eine horizontale Verschiebung des gesamten Streck werks erforderlich wäre.

Des weiteren können selbstverständlich auch zusätzliche Ein gangsgrößen, beispielsweise Meßwerte für die Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Umgebung der Ringspinnmaschine, der Steuereinheit 31 bzw. dem entsprechenden Regler zugeführt wer den.

Je mehr Eingangsgrößen der Steuereinheit 31 bzw. dem Regler zugeführt werden und je mehr Stellgrößen zur Optimierung der Spinngeometrie in den Regelkreis miteinzubeziehen sind, umso komplizierter wird der Aufbau bzw. die Auslegung des Reglers bzw. das Regelverfahren.

Dies kann im Extremfall dazu führen, daß der Entwurf des Reglers nach herkömmlichen Methoden praktisch unmöglich wird.

Einen Ausweg aus dieser Situation bietet jedoch die Möglichkeit, anstelle eines oder mehrerer herkömmlicher Regelkreise die ge samte Regelung als Fuzzy-Control auszubilden.

Dieses in jüngerer Zeit verschiedentlich angewandte Regelver fahren ermöglicht, anstelle bekannter funktionaler Abhängigkei ten zwischen den zu verknüpfenden Eingangs- und Ausgangsgrößen des Reglers diese durch gespeicherte Regeln zu verknüpfen, die mit dem Expertenwissen eines Spinnereifachmanns zu formulieren sind.

Hierzu müssen die physikalischen Eingangs- und Ausgangsgrößen des Reglers mit sogenannten linguistischen Variablen beschrieben werden, deren mögliche Werte keine Zahlen, sondern sprachliche Begriffe sind, die durch unscharfe Mengen repräsentiert werden. Diese Terme einer linguistischen Variablen werden durch Zugehö rigkeitsfunktionen beschrieben, die einen vorgegebenen physika lischen Wertebereich der entsprechenden physikalischen Variablen auf eine Zugehörigkeit abbilden, die einen Wertebereich zwischen 0 und 1 aufweist. Dieser Vorgang wird als Fuzzifizierung be zeichnet.

Nach dem man durch die Fuzzifizierung alle Eingangsgrößen des Fuzzy-Systems bzw. Fuzzy-Reglers sprachlich interpretiert hat, muß im nächsten Schritt die sogenannte Fuzzy-Inferenz, die Pro zeßsituation, beschrieben werden, auf die reagiert werden soll und es muß die Reaktion auf diese Situation angegeben werden. Dies erfolgt durch die Formulierung von "wenn-dann"-Regeln, die mit Hilfe der Fuzzy-Inferenz berechnet werden. Der "wenn"-Teil beschreibt dabei die Situation, in der die Regel gelten soll, der "dann"-Teil die Reaktion hierauf.

Die Fuzzy-Inferenz besteht aus zwei Komponenten, nämlich zum einen der Aggregation, d. h. der Berechnung des "wenn"-Teils der Regeln und zum anderen aus der Composition, d. h. der Berechnung des "dann"-Teils der Regeln. Nach Durchführung der Fuzzy-Infe renz steht das Resultat für die zu bestimmende Stellgröße bzw. die zu bestimmenden Stellgrößen als Wert einer oder mehreren linguistischen Variablen fest.

Die Rückwandlung dieser Werte der linguistischen Variablen in technische Größen bezeichnet man als "Defuzzifikation".

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines allgemeinen Reglers für die Steuereinheit 31 mit den Eingangsgrößen "Spinn kraft" und "Fadenbruchhäufigkeit" sowie den Ausgangsgrößen "Spindeldrehzahl" und "Fadenführerposition" (FF-Position).

Die Fig. 3a und 3b zeigen in einem Beispiel die gewählten Zugehörigkeitsfunktionen der einzelnen Terme der linguistischen Eingangsvariablen "Spinnkraft" und "Fadenbruchhäufigkeit" für einen als Fuzzy-Regler ausgebildeten Regler nach Fig. 2. Dabei wird die linguistische Variable "Spinnkraft" durch die Terme "klein", "mittel" und "groß" beschrieben, deren Zugehörigkeits funktionen mit den Bezugszahlen 41, 43 und 45 bezeichnet sind. In analoger Weise sind die Zugehörigkeitsfunktionen der Terme "klein", "mittel", "groß" und "sehr groß" der linguistischen Variablen "Fadenbruch-Häufigkeit" mit den Bezugszahlen 47, 49, 51 und 53 bezeichnet.

Anhand dieser Zugehörigkeitsfunktionen kann nunmehr die Fuzzifi zierung vorgenommen werden. Hierzu ist als Beispiel in den Fig. 3a und 3b jeweils ein Wert für die Spinnkraft (in [cN]) sowie für die Fadenbruchhäufigkeit (in [1/(1000 Spindeln·h)]) eingetragen.

Wie aus den Fig. 3a bzw. 3b ersichtlich, wird eine Spinnkraft von 22 [cN] bzw. eine Fadenbruchhäufigkeit von 44 (in [1/(1000 Spindeln·h)]) charakterisiert durch die folgenden Zugehörig keiten der Terme der linguistischen Variablen "Spinnkraft" bzw. "Fadenbruchhäufigkeit".

Linguistische Variable "Spinnkraft"
Linguistische Variable "Fadenbruchhäufigkeit"
klein zum Grad 0,6
klein zum Grad 0
mittel zum Grad 0,4	mittel zum Grad 0,8
groß zum Grad 0	groß zum Grad 0,2
-	sehr groß zum Grad 0

In der nachstehenden Tabelle 1 ist ein Beispiel für den Entwurf der "wenn-dann"-Regeln für die nunmehr durchzuführende Fuzzy- Inferenz angegeben.

Tabelle 1

Dabei ist bei den in Tabelle 1 angegebenen Regeln angenommen, daß die Verknüpfung der linguistischen Variablen "Spinnkraft" und "Fadenbruchhäufigkeit" durch den Fuzzy-Operator "UND" er folgt. Hierfür kann beispielsweise der "Minimum-Operator" ver wendet werden, d. h. die Zugehörigkeit der verknüpften Variablen µ_AAB ergibt sich aus den einzelnen Zugehörigkeiten µ_A bzw. µ_B nach der Beziehung

µ_AAB = min{µ_A, µ_B}

wobei mit A und B jeweils eine beliebige linguistische Variable bezeichnet ist.

Des weiteren ist bei dem in Tabelle 1 dargestellten Ausführungs beispiel davon ausgegangen, daß der "wenn"-Teil der Regeln so wohl auf die linguistische Variable "FF-Weg" als auch auf die Variable "Spindeldrehzahl" angewandt wird. D.h., jede Zeile der Tabelle 1 stellt zwei Regeln dar, eine für den "FF-Weg" und eine für die "Spindeldrehzahl".

Werden die in Tabelle 1 dargestellten Regeln auf das vorstehend fuzzifizierte Beispiel einer Spinnkraft von 22 [cN] bzw. einer Fadenbruchhäufigkeit von 44 [1/1000 Spindeln/h] angewandt, so ergibt sich das nachstehend in Tabelle 2 dargestellte Ergebnis der Aggregation.

Tabelle 2

Dabei ergibt sich das vorläufige Aggregationsergebnis durch die Auswahl der jeweils niedrigeren Zugehörigkeit des "wenn"-Teils der betreffenden "wenn-dann"-Bedingung. Das Endergebnis, d. h. das gewichtete Ergebnis, ergibt sich durch die Multiplikation der auf diese Weise ermittelten Zugehörigkeit mit dem jeweiligen Regelgewicht.

Die nunmehr durchzuführende Komposition folgt in der Weise, daß jedem Term einer linguistischen Ausgangsvariablen entsprechend den Regeln gemäß Tabelle 1 unter Berücksichtigung des Aggrega tionsergebnisses gemäß Tabelle 2 ein Zugehörigkeitsgrad zugeord net wird. Da jeweils mehrere Regeln die gleiche Schlußfolgerung aufweisen, kann die Komposition in der Weise erfolgen, daß je weils der maximale Zugehörigkeitsgrad sämtlicher, die gleiche Schlußfolgerung aufweisender Regeln ausgewählt wird. Mit diesem einfachen Compositions-Verfahren gelangt man zu dem Ergebnis:

Spindeldrehzahl
FF-Weg
positiv zum Grad 0,0
klein zum Grad 0,0
{0,0 v 0,0 v 0,0}	{0,0 v 0,0 v 0,0 v 0,0}
Null zum Grad 0,0	mittel zum Grad 0,4
{0,6 v 0,4 v 0,0}	{0,0 v 0,4 v 0,14 v 0,0}
negativ zum Grad 0,14	groß zum Grad 0,6
{0,14 v 0,0 v 0,14 v 0,0 v 0,0 v 0,0}	{0,0 v 0,6 v 0,14 v 0,0}

Mit diesem Ergebnis der Fuzzy-Inferenz kann anhand der in den Fig. 4a und 4b dargestellten Zugehörigkeitsfunktionen für die Terme der linguistischen Variablen "FF-Weg" bzw. "Spindeldreh zahl" die Defuzzifikation vorgenommen werden. Als eines der einfachsten Defuzzifikationsverfahren kann beispielsweise das "Center-of-Maximum-Verfahren" angewandt werden, nach dem zu nächst für jeden Term einer linguistischen Variablen der "ty pischste" Wert ermittelt wird. Bei den in den Fig. 4a und 4b dargestellten Zugehörigkeitsfunktionen ist dieser Wert jeweils dort erreicht, wo das Maximum der Zugehörigkeitsfunktion vor liegt.

In einem zweiten Schritt wird dann der "beste Kompromiß" wie folgt bestimmt. Man denkt sich am Ort der typischen Werte je weils ein "Gewicht" in der Größe des jeweiligen Zugehörigkeits grades dieses Terms abgelegt (Ergebnis der Fuzzy-Inferenz) und versucht dann durch Verschieben eines gedachten untergelegten Keils den Punkt zu finden, an dem sich die Gewichte ausbalan zieren.

Dieses Verfahren ist schematisch in den Fig. 4a und 4b darge stellt, wobei man zu Werten von 58,1 mm für die physikalische Variable "FF-Weg" und 300 min^-1 für die physikalische Variable "Spindeldrehzahl" gelangt.

Dabei kommt der physikalischen Variablen "Spindeldrehzahl" bzw. der entsprechenden linguistischen Variablen strenggenommen die Bedeutung einer Drehzahländerung zu. Das heißt, im vorliegenden Beispiel müßte die momentane Spindeldrehzahl um einen Wert von 300 min^-1 erhöht werden.

Dieser anhand des vorstehenden Fallbeispieles erläuterte Rege lungsvorgang wird vorzugsweise in relativ kurzen zeitlichen Abständen wiederholt. Hierdurch ist gewährleistet, daß auch bei relativ schnellen Änderungen eines Parameters die Spinngeometrie immer eine optimale Konfiguration einnimmt.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das vorstehend dargestellte Ausführungsbeispiel eines Fuzzy-Reglers beschränkt, insbesondere nicht auf die dargestellten einfachen Zugehörigkeitsfunktionen und die beschriebenen einfachen Ver fahren für die Fuzzy-Inferenz und die Defuzzifizierung.

Claims

1. Verfahren zur Optimierung der Spinngeometrie einer Ring spinnmaschine,

a) bei dem die Spinnkraft oder eine mit der Spinnkraft korrelierende Größe gemessen und/oder die Fadenbruchhäu figkeit erfaßt wird,
b) bei dem diese Meßwerte als Eingangsgrößen einem Regler zugeführt werden und
c) bei dem der Regler abhängig von den Eingangsgrößen als Stellgröße zumindest einen Stellantrieb (33) eines die Spinngeometrie beeinflussenden Elements der Ringspinn maschine innerhalb eines vorgegebenen Stellbereichs so ansteuert, daß
c1) die Fadenbruchhäufigkeit einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet oder minimal ist und/oder
c2) die Spinnkraft oder die Fadenspannung einen vorbe stimmten Wert nicht überschreitet oder minimal ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler zusätzlich die Spindeldrehzahl innerhalb eines vorgegebenen Stellbe reichs so wählt, daß die Fadenbruchhäufigkeit und/oder die Spinnkraft oder die Fadenspannung einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet oder minimal ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler ein Fehlersignal erzeugt, falls das Regelziel mit den vorgege benen Stellbereichen nicht erreichbar ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Position der Fadenführer (15) als Stellgröße vom Regler angesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Position der Balloneinengungsringe (23) als Stellgröße vom Regler angesteuert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Position der Ringläufer (19) und der Spindeln (11) als Stellgröße vom Regler angesteuert werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Abstand zwischen Streckwerk und den Spin deln als Stellgröße vom Regler angesteuert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler als zusätzliche Eingangsgrößen Meßwerte eines die Umgebungsbedingungen der Ringspinnmaschine charakteri sierenden Parameters, z. B. Meßwerte der Temperatur und/oder der Luftfeuchtigkeit, zugeführt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler den Regelvorgang in vorbestimmten zeitlichen Abständen ausführt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Regler den gesamten Stellbereich oder einen Teil des Stellbereichs der zumindest einen Stellgröße in vorbe stimmten Schritten abtastet und aus den damit verbundenen Meßwerten der Eingangsgrößen den optimalen Wert der zu mindest einen Stellgröße bestimmt und ausgibt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall mehrerer Stellgrößen die optimalen Werte für die Stellgrößen durch in einer vorbestimmten Reihenfolge nacheinander durchge führte Abtast- und Optimierungsvorgänge für jede einzelne Stellgröße ermittelt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler als Fuzzy-System ausgebildet ist, in dem die Meßsi gnale fuzzifiziert, nach vorgegebenen Regeln einer Wis sensbasis verknüpft und gewichtet und die Stellgröße durch Defuzzifizierung des Ergebnisses der Verknüpfung und Ge wichtung ermittelt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnkraft oder eine mit der Spinnkraft korrelierende Größe an mehreren oder allen Spinnstellen der Ringspinn maschine gemessen und dem Regler als Summenwert oder ge mittelter Wert zugeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß solche Meßwerte unbe rücksichtigt bleiben, die kleiner sind als ein vorbestimm ter Schwellwert.

15. Ringspinnmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 14,

a) mit einem oder mehreren jeweils an einer Spinnstelle (1) angeordneten Sensoren (25) zur Erfassung der Spinnkraft oder einer mit der Spinnkraft korrelierenden Größe und/ oder einem oder mehreren jeweils an einer Spinnstelle angeordneten Sensoren (25) zur Erfassung von Fadenbrüchen,
b) mit einer einen Regler aufweisenden Steuereinheit (31), welcher das oder die Sensorsignale (19) zugeführt sind,
c) wobei die Steuereinheit (31) abhängig von den Eingangs signalen (29) zumindest einen Stellantrieb (33) eines die Spinngeometrie beeinflussenden Elements (15) der Ringspinnmaschine innerhalb eines vorgegebenen Stell bereichs so ansteuert, daß
- c1) die Fadenbruchhäufigkeit einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet oder minimal ist und/oder
- c2) die Spinnkraft oder die Fadenspannung einen vorbe stimmten Wert nicht überschreitet oder minimal ist.