EP0337339A1

EP0337339A1 - Steuerbares Bewegungssystem

Info

Publication number: EP0337339A1
Application number: EP89106261A
Authority: EP
Inventors: Urs Meyer; Walter Slavik; Giorgio Citterio; Stefan Hüppi
Original assignee: Maschinenfabrik Rieter AG
Current assignee: Maschinenfabrik Rieter AG
Priority date: 1988-04-14
Filing date: 1989-04-08
Publication date: 1989-10-18
Anticipated expiration: 2009-04-08
Also published as: JPH02234929A; EP0337339B1; ES2029092T3; ATE70317T1; DE58900549D1

Abstract

Bewegungen eines Garnstueckes beim Ansetzen werden durch einen digitalen Positionsregler geregelt.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein steuerbares Bewegungssystem zur Bewegung eines laenglichen Gebildes, z.B. eines Fadens, einer Lunte oder eines Bandes. Die Erfindung ist besonders zur Anwendung in Ansetzgeraeten fuer Spinnmaschinen konzipiert, ist aber auch auf solche Anwendungen nicht eingeschraenkt.

Stand der Technik

Nach dem heutigen Stand der Technik werden Ansetzgeraete zu Spinnmaschinen zeitabhaengig gesteuert. Die einzelnen Vorgaenge, wie das Ein- und Ausschalten von Motoren, das Betaetigen von Kupplungen und Magnetventilen wird mit einem durch Zeitablaeufe bestimmten Programm gesteuert. Der Vollzug der betreffenden Aktionen wird durch Sensoren wie Endschalter, Druckschalter, Lichtschranken ueberwacht. Diese Ueberwachung gestattet es, bestimmte Vorgaenge beim Erreichen ihres Zieles abzubrechen und gegebenenfalls nach Abschluss eines bestimmten Vorganges einen anderen Vorgang zu starten (siehe DE 36 34 992 und CH 640576).
Die beschriebene Art der Steuerung stammt aus der Technik der mechanischen Programm-Schaltwerke, bei denen der Ablauf des Programmes durch eine Reihe von Nockenscheiben bestimmt ist, welche durch einen Motor mit konstanter Drehzahl gedreht werden. Die moderne Mikroprozessor-Technik hat diese Struktur direkt uebernommen. An die Stelle der mit konstanter Geschwindigkeit drehenden Welle mit den Nockenscheiben tritt nun lediglich ein interner Zeit-Zaehler. Sehr komplexe Ablaeufe werden dabei unterteilt in einzelne, fuer sich wieder zeit- und ablaufgesteuerte Vorgaenge, die der Mikroprozessor einzeln verarbeitet. Diese Art der Steuerung ist in der Patentschrift CH 640 576 in der Figur 6 dargestellt.
Die beschriebene Art der Steuerung hat nun den wesentlichen Nachteil, dass jede Abweichung der Geschwindigkeit, beispielsweise infolge von Spannungsschwankungen oder Motor-Erwaermung, zu bedeutenden Abweichungen in der Fadenlaenge fuehrt, welche in der gegebenen Zeit durch den Antrieb gefoerdert wird. Um dies zu vermeiden, sind zwei Massnahmen in Anwendung:
- Der Fadenantrieb wird vor Erreichen der Endlage in den Schleichgang umgeschaltet und faehrt dann mit geringer Geschwindigkeit bis zur bestimmten Endposition. Diese Loesung entspricht der ueblichen Steuerungstechnik. Sie erbringt die gewuenschte Praezision der Endposition auf Kosten des erhoehten Zeitbedarfes.
- Die Fadenbewegung wird durch mechanische Hebel mit festen Anschlaegen erzeugt (siehe DE 36 34 992, Figur 3). Damit wird wohl der zurueckgelegte Weg praezise begrenzt, aber die Geschwindigkeit ist dem freien Spiel der Massen und Kraefte ueberlassen, was zu mangelhafter Reproduzierbarkeit der Zeitablaeufe fuehrt.
Die deutsche Offenlegungsschrift 2130690 beschreibt ein Verfahren, wonach die Laenge des in einem Ansetzverfahren zurueckgespiesenen Fadenstueckes durch Zaehlung von Impulsen gesteuert wird und diese Impulse in Abhaengigkeit der Drehung einer Speisewalze erzeugt werden. Das Zaehlverfahren wird durch Feststellung des Endes vom zurueckzuspeisenden Fadenstueck ausgeloest. Ein solches Verfahren versucht nur, den Anfang und das Ende der Fadenendebewegung festzulegen.
Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, eine wesentliche Verbesserung der Genauigkeit von Bewegungssystemen zur Bewegung laenglicher Gebilde zu erzielen.
Die Erfindung sieht ein System zum steuerbaren Bewegen eines laenglichen Gebildes mit einem bewegbaren Element, Mittel zur Koppelung des Gebildes mit dem Element und Antriebsmittel zum steuerbaren Bewegen des Elementes vor. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel einen Regelkreis beinhaltet, welcher die kontinuierliche oder pseudokontinuierliche Regelung der Lage des bewegbaren Elementes bewirken kann.
Das Antriebsmittel kann vorteilhafterweise ein Motor mit einer drehbaren Welle beinhalten. Das bewegbare Element kann dann eine Walze sein, die vorzugsweise steif mit der Motorwelle gekoppelt ist.
Der Regelkreis kann ein programmierbares Geraet sein, das ausgehend von einer feststellbaren Anfangsposition und einer vorbestimmten Endposition einen vorprogrammierten Bewegungsablauf errechnen kann und der Ist-Ablauf kontinuierlich oder pseudokontinuierlich waehrend der Bewegung mit diesem Soll-Ablauf vergleicht und entsprechende Korrekturen an die Antriebsmittel weiterleitet. Das Geraet kann auch bezueglich erwuenschte Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung programmierbar sein.
Solche Geraete sind heutzutage kaeuflich, z.B. von Galil Motion Control, Inc., 1054 Elwell Court, Palo Alto, California unter der Bezeichnung MCC-3000 (Motion Control Chip Set). Die Theorie und die Wirkungsweise solcher Geraete sind in der Veroeffentlichung "Motion Control by micro Processors" von Jakob Tal, welche Veroeffentlichung von der Firma Galil Motion Control, Inc. erhaeltlich ist.
Die Erfindung ist von besonderem Vorteil im Zusammenhang mit Ansetzverfahren in Spinnmaschinen. In solchen Verfahren, ist es bekannterweise notwendig, die Bewegung eines Fadenendes genau zu steuern, so dass andere Operationen (z.B. Zuspeisung von Fasern) genau im Zusammenhang mit dieser gesteuer ten Bewegung durchgefuehrt werden koennen. Dies gilt z.B. fuer das Ansetzen beim Rotorspinnverfahren z.B. wie in unserer USPS Nr. 4689945 (Objekt 610) geschrieben worden ist, aber auch fuer Ansetzverfahren beim sogenannten Duesen- und/oder Friktionsspinnen, z.B. wie in unseren Schweiz. Patentanmeldungen Nrn. 1695/87 und 4950/87 beschrieben worden sind. Solche Fadenbewegungen koennen sehr gut mit einem System gemaess dieser Erfindung durchgefuehrt werden, wobei das bewegbare Element durch eine drehbare Walze und das Koppelungsmittel durch eine Gegenwalze gebildet wird. In diesem Falle wird nur die erstgenannte Walze vom Antriebsmittel positiv angetrieben, waehrend die Gegenwalze nur durch ihre Beruehrung mit der erstgenannten Walze angetrieben wird. Ein solches Walzenpaar ist an und fuer sich aus der deutschen Offenlegungsschrift 2711554 bekannt. Eine Ausfuehrungsform der Erfindung wird nun als Beispiel anhand der Zeichnungen naeher beschrieben. Es zeigt:

Figur 1: Eine schematische Darstellung eines Bewegungssystems gemaess dieser Erfindung,
Figur 2: Einen Bewegungsablauf gemaess dem Stand der Technik fuer ein Ansetzverfahren beim Rotorspinnen,
Figur 3: Ein Bewegungsablauf, welcher beim gleichen Verfahren durch ein Bewegungssystem gemaess dieser Erfindung erreichbar ist,
Figur 4: Ein Geraet gemaess dieser Erfindung in Kombination mit einer Vorrichtung zur Bestimmung der Anfangsposition des Fadenendes,
Figur 5: Eine Variante von Figur 4,
Figur 6: eine Rotor-Spinn-Einheit (schematisch dargestellt),
Figur 7: eine Steuerung zur Verwendung mit der Einheit gemäss Fig. 6, und
Figur 8: ein Bewegungsdiagramm für ein von dieser Steuerung bewirktes "Fahrprogramm".

Die Beschreibung bezieht sich zuerst auf das Diagramm der Figur 1. Der zu bewegende Faden 1 wird von einer Treibrolle 2 und einer Druckrolle 3 eingeklemmt und gefoerdert. Das nicht angedeutete Fadenende wird von einer nicht gezeigten Fuehrung in einer bekannten Weise gefuehrt, z.B. beim Rotorspinnen durch den Abzugskanal der Rotorspinneinheit zurueck in den Rotor. Die Treibrolle 2 sitzt auf der Welle eines Motors 4. Auf der selben Welle ist ein Inkremental-Drehgeber 5 angeordnet. Das elektronische Leistungs-Stellglied 6 erzeugt aus der Speisespannung 8 den zum Betrieb des Motors noetigen, geregelten Strom 10. Der Strom-Sollwert 9 wird diesem Stellglied vom digitalen Positionsregler 7 zugefuehrt.
Das digitale Positions-Regelgeraet 7 erhaelt als Einstellangaben Signale einerseits die Sollwerte fuer die Zielposition 12 des Fadenendes, die gewuenschte Geschwindigkeit 13 und die gewuenschte Beschleunigung 14, andererseits das Ausgangssignal 11 des Inkremental-Drehgebers 5.
Das Positions-Regelgeraet 7 errechnet aus der ihm eingegebenen Sollwert-Signale die jedem Punkt der abzufahrenden Strecke zugeordnete Geschwindigkeit als Geschwindigkeits-Sollwert. Die gleiche Schaltung ermittelt aus dem Ausgangs-Signal 11 den Istwert der Position und durch Differenzieren nach der Zeit die tatsaechliche Geschwindigkeit. Aus den drei zur Verfuegung stehenden Werten Ist-Position, Soll-Geschwindigkeit und Ist-Geschwindigkeit wird mit Hilfe bekannter Regler-Algorithmen das Steuersignal fuer das Leistungs-Stellglied ermittelt.
Ein geeigneter Positionsregler zum Gebrauch auf das Positionsgeraet 7 ist von der obenerwaehnten Firma Galil Motion Control, Inc. unter der Bezeichnung Motion Control Chip Set MCC-3000 erhaeltlich.
Die Diagramme Figur 2 und Figur 3 zeigen den Unterschied zwischen der zeitabhaengigen und der streckenabhaengigen Regelung des Fadenvorschubes. Dabei ist jeweils im linken Teil die Geschwindigkeit (vertikale Achse) durch die voll ausgezogene Linie in Abhaengigkeit von der Zeit dargestellt. In das gleiche Diagramm ist auch der zurueckgelegte Weg als gestrichelte Linie eingetragen. In dazu passender Projektion ist rechts auf einen separaten Diagrammteil die Geschwindigkeit in Funktion des Weges dargestellt.
Figur 2 zeigt die konventionelle Art der Steuerung. Zum Zeitpunkt 1 beginnt der Bewegungsvorgang. Nach einer Phase der konstanten Beschleunigung wird in Zeitpunkt 2 die gewuenschte Vorschubgeschwindigkeit erreicht und danach bis zum Zeitpunkt 3 beibehalten. In diesem Zeitpunkt setzt die Verzoegerung ein. Sofern nun groessere Toleranzen im Anhaltepunkt in Kauf genommen werden, endigt diese Verzoegerungsphase direkt mit dem Stillstand. Da sich bei diesem Verfahren Fehler aufsummieren, wird die Annaeherung an die gewuenschte Endposition normalerweise im Schleichgang durchgefuehrt. Im Zeitpunkt 4 wird auf die langsame Geschwindigkeit umgeschaltet, im Zeitpunkt 5 faellt die Bremse ein und im Zeitpunkt 6 ist die Endposition erreicht.
Demgegenueber zeigt Figur 3 den streckenabhaengig geregelten Vorgang. Hochlauf und Vorschub mit konstanter Geschwindigkeit bis zum Umschaltpunkt 3 (Einleiten des Bremsvorganges) verlaufen prinzipiell gleich wie bie der zeitabhaengigen Steuerung. Der Umschaltpunkt 3 wird nun nicht zeitabhaengig, sondern wegabhaengig bestimmt und der Verzoegerungsvorgang ebenso wegabhaengig geregelt. Damit wird der Zielpunkt X ohne Zeitverlust und ohne Unregelmaessigkeit im Bewegungsablauf erreicht. Die wegabhaengige Regelung der Fadengeschwindigkeit vermeidet Streuungen in der Position des Fadenendes und in der Aufenthaltsdauer des Fadenendes im Drallorgan und bietet somit Gewaehr fuer einen reproduzierbaren Ansetzvorgang.
Wichtig fuer eine hohe Genauigkeit der Fadenbewegung ist die drehsteife Ankoppelung der Treibwalze an die Motorwelle. Es ist deshalb zweckmaessig, die Treibwalze direkt auf der Motorwelle anzubringen oder zumindest beide Elemente mit einer kurzen, drehsteifen Kupplung zu verbinden.
Weiter ist fuer die Genauigkeit des Ansetzvorganges wichtig, dass das Ende des Ansetzfadens als Referenz fuer die gesamte Bewegung genau erfasst wird. Hierfuer sind zwei verschiedene Verfahren moeglich, welche in den Figuren 4 und 5 naeher gezeigt sind.
Das erste Verfahren (Figur 4) besteht darin, das Ende des Fadens 30 nach dem Einziehen in das Antriebswalzenpaar 31 (welches dem in Figur l gezeigten Walzenpaar 3, 2 entspricht) zu spannen und in einer bestimmten Distanz abzuschneiden. Zu diesem Zweck wird ein Saugrohr 32 in Verbindung mit einer Fadenschneid-Vorrichtung 33 eingesetzt. Dieses Verfahren ist im Zusammenhang mit ungeregelten Fadenantrieben bereits bekannt. Sein Nachteil besteht darin, dass ein klar definierter Schnitt des Fadenendes fuer die Bildung des Ansetzers nachteilig ist. In dieser Beziehung ist ein aufgeloestes Fadenende guenstiger, wie es beispielsweise durch einen Schleifvorgang entsteht. Mit dem Trennen des Fadens durch Schleifen geht aber wiederum der praezis definierte Abstand zwischen der Antriebswalze und der Trennstelle verloren.
Ein zweites, hier neu vorgeschlagenes Verfahren (Figur 5) beruht deshalb auf einer separaten Erfassung des Fadenendes. Der Faden 30 wird durch die Schleifscheibe 34 getrennt. Danach wird er durch den Antrieb selbst zurueckgezogen und passiert waehrend diesem Vorgang einen Fadenwaechter 35, beispielsweise in Gestalt einer fotoelektrischen Schranke. Sobald das Fadenende die Schranke 35 passiert, entsteht das Signal "kein Faden", das seinerseits in der Antriebs-Steuerung den Wert fuer die Fadenlaenge festlegt auf die Distanz zwischen dem Antriebs-Walzenpaar 31 und der fotoelektrischen Schranke 35. Bezogen auf den Galil Motion Control Chip Set entspricht dieses Signal dem Kommando DH "Define Home".
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausfuehrung eingeschraenkt. Es sind z.B. weitere elektronische Regelkreise bekannt als die erwaehnten Varianten von Galil Motion Control, Inc. Ein digitales System, welches auf der Microprozessor-Technik beruht, ist vorteilhaft, aber ein analog arbeitendes System ist denkbar. Der in Figur 3 gezeigte Ablauf ist nicht erfindungswesentlich. Z.B. im Zusammenhang mit einem Duesenspinnverfahren ist es nicht immer wichtig, die Rueckfuehrungsphase genau zu steuern. Es wuerde dann unter Umstaenden ausreichen, die Anfangsposition des Fadenendes zu bestimmen und das Fadenende mittels eines Bewegungssystems gemaess dieser Erfindung aus dieser Anfangsposition durch eine Garnbildungsstelle zu ziehen, wobei einen Ansetzer beim Ziehen des Fadenendes durch diese Garnbildungsstelle gebildet wird. Eine besteuerte Bewegung im Sinne dieser Erfindung findet dann nur in einer Richtung statt.
Die Erfindung ist auch nicht auf die Anwendung von drehbaren Elementen eingeschraenkt. Mit Hilfe eines Linearantriebes könnte z.B. eine Linearbewegung gesteuert werden und an einen Faden mittels eines Klemmelementes übertragen werden.
Um die potentielle Anwendung und Vorteile der Erfindung zu verdeutlichen, wird nun als Beispiel der schon erwähnte Gebrauch beim Ansetzen in einer Rotorspinnmaschine anhand von Fig. 6 und 7 näher erklärt werden. Fig. 6 zeigt schematisch eine Rotorspinneinheit mit einem Rotor 60, Rotorlager 62, Gehäuse 64, Absaugkanal 66 und Deckel 68. Der Deckel 68 ist relativ zum Gehäuse 64 bewegbar um das Gehäuse abzuschliessen (Fig.6) bzw. zu öffnen und dabei den Rotor freizulegen.
Der Deckel 68 umfasst einen Vorsprung 70, der beim geschlossenen Gehäuse in das offene Ende des Rotors 60 hineinragt. Ein Speisekanal 72 erstreckt sich zwischen eine Faserspeisung (nicht gezeigt) und eine Mündung 74 im Vorsprung 70. Durch Kanal 72 können Fasern in den Rotor 60 zur Bildung eines Faserringes in der Rotorrille 76 in einen Luftstrom gefördert werden. Die Luft fliesst zwischen dem Rotorrand und dem Deckel und aus dem Gehäuse durch den Absaugkanal 66.
Der Deckel 68 umfasst ferner einen Abzugskanal 78, durch welchen im normalen Betrieb das gebildete Garn abgezogen werden kann und zum Ansetzen ein Hilfsgarn 80 in den Rotor 60 nachgeführt werden kann, wie nachfolgend beschrieben werden wird. Ein Sensor 82 ist auch im Deckel 68 vorgesehen und kann auf einen Signalgeber 84 reagieren, um die Speisung von Fasern durch den Speisekanal 72 auszulösen.
Der Signalgeber 84, zusammen mit einem Walzenpaar 86, 88 und Steuerung 90 (Fig.7), ist von einem nichtgezeigten fahrbaren Ansetzgerät getragen. Das Gerät kann bei Bedarf an der in Fig. 6 gezeigten Spinnstelle positioniert werden, um ein Ansetzvorgang durchzuführen. In diesem Zusammenhang wird das "Ansetzen" dem "Anspinnen" gleichgesetzt, d.h. es wird zwischen dem Neuanfangen des Spinnens nach einem Fadenbruch und dem Neuanfangen nach dem Abstellen der Maschine kein Unterschied gezogen.
Das Walzenpaar 86, 88 entspricht dem Walzenpaar 2, 3 (Fig. 1) - die Walze 86 ist in Betrieb von einem Motor 92 in Drehung versetzt und die Walze 88 wird dabei von einer nicht gezeigten Halterung 80 mit der Walze 86 in dem Sinn "gekoppelt", dass die Bewegung des Garns 80 in Richtung der eigenen Länge (mindestens in der Klemmlinie der Walzen 86, 88) durch die Drehung der Walze 86 bestimmt wird. Die Bewegung des Garnendes 80 A wird der Bewegung in der Klemmlinie entsprechen, vorausgesetzt natürlich, dass das Garn zwischen der Klemmlinie und dem Garnende gestreckt gehalten wird. Dies kann dadurch gewährleistet werden, dass das Garnende 80 A in den Abzugkanal 78 eingeführt wird, wobei ein Luftstrom durch den Kanal von der Absaugung 66 erzeugt wird, vorausgesetzt nochmals, dass die Geschwindigkeit des Garnendes diejenige des Luftstroms nicht übertrifft.
Der Anker der Motors 92 ist über eine Welle 94 starr mit der Walze 86 verbunden und ist auch mit einem Tachogeber 96 verbunden, welcher Signale an die Steuerung 90 abgibt. Anhand dieser Signale, der bekannten Eigenschaften des Motors 92 und von einem Eingabegerät 98 bestimmte Sollwerte, welche ein vorbestimmtes "Fahrprogramm" festlegen, errechnet die Steuerung das notwendige Leistungssignal, das an den Motor 92 geliefert wird, um das "Fahrprogramm" über den Motor durchzulaufen.
Zu diesem Zweck gibt der Tachogeber 96 eine hohe Anzahl (z.B. 2000) von Impulsen pro Umdrehung der Motorwelle 94 an die Steuerung ab. Die entspricht einer feinen Unterteilung der Bewegung des Garnes in "digitaler Abschnitte" (z.B. bei einem Durchmesser der Lieferwalze von 12 mm und 2000 Impulse pro Umdrehung, gibt der Tachogeber ca. 53 Impulse pro mm Garnbewegung an die Steuerung weiter). Unter den oben erwähnten Voraussetzungen kann daher die Position des Garnendes, ausgehend von einer bekannten Startposition, kontinuierlich (bzw. pseudo-kontinuierlich - mit einer beliebigen, vom Aufwand abhängiger Genauigkeit) bestimmt werden.
Die Steuerung 90 umfasst:
- einen Steuerprozessor 100
- einen digitalen Positionsregler 102 (in der Form eines Mikroprozessors) welcher ein "Fahrprogramm" in der Form von Sollwerten vom Prozessor 100 und Impulse vom Tachogeber 96 erhält,
- ein Leistungsteil 104, welcher ein Signal vom Prozessor 102 erhält und ein entsprechendes Leistungssignal an den Motor 92 abgibt, und
- einen Signalgeber 106, welcher die Speisung der Fasern über Geber 84 und Empfänger 82 auslöst.
Der Mikroprozessor 102 rechnet für jede "Lage" (Position) des "Garnendes" sowohl eine Ist-Geschwindigkeit als auch eine Ist-Beschleunigung aus und vergleicht diese Werte mit dem vom Fahrprogramm bestimmten Sollwerte. Dieser Vergleich bestimmt das Ausgangssignal, welches an den Leistungsteil abgegeben wird und dadurch das an den Motor 92 gelieferten Leistungssignal festlegt. Dieser Vergleich wird für jeden neuen Inpuls von Tachoge-ber 96 durchgeführt, so dass die Positionsregelung (Lagerregelung) des Garnendes "kontinuierlich" ist - die "Kontinuität" kann durch eine Zunahme der Anzahl Impulse pro Umdrehung der Motorwelle erhöht werden - allerdings muss diese höhere Genauigkeit durch grösseren Aufwand (besonders in der Signalverarbeitung) erkauft werden.
Falls niedrigere Genauigkeit akzeptabel ist, kann dies durch Wegfall der Errechnung der Beschleunigung (oder sogar der Geschwindigkeit) für jede Position mit einer entsprechenden Reduktion des Aufwandes erzielt werden. Das System ist auch unter diesen Umständen von den vorbekannten Vorschlägen (z.B. JE 2711554) dadurch zu unterscheiden, dass die bekannten Lösungen keinen Regelkreis umfassen, sondern verlassen sich darauf, dass das Antriebsystem die ihm gelieferten Steuerungssignale folgt. Das neue System wird die Reaktion des Systems zu den Steuerungssignalen kontinuierlich prüfen und wenn notwendig verbessern.
Die Signalverarbeitung in Prozessor 102 wird gemäss vom Hersteller der Steuerung bestimmten Algorithmen durchgeführt. Geeignete Steuerungen sind von den Firmen : GALIL, Palo Alto, Californien, USA und Hewlett Packard, erhältlich.
Fig. 8 zeigt ein Zeit-/Wegdiagramm für ein System gemäss der Figuren 6 und 7, wobei die Position des Garnendes auf der vertikalen Achse und die Zeit auf der horizontalen Achse dargestellt wird. Die "Null-Position" entspricht der Rotorrille 76 (Fig.6). Zur Zeit T gibt die Steuerung 90 über den Geber 84 ein Signal zum Auslösen der Faserspeisung ab, wobei das Garnende 80 A einen vorbestimmten Abstand A (Fig.8 - z.B. 40 mm) von der Rotorrille einhält. Das Garnende liegt zur Zeit To im Abzugkanal 78, allenfalls im Rotor 60, wobei die Rückführung des Garnes der Kanal 78 entlang auch gemäss einen von der Steuerung 90 bestimmten Programm durchgeführt wurde, um die kontinuierliche Ausstreckung des Garnes zu gewährleisten.
Zur Zeit T , vor der Beendigung der Bildung eines Faserringes in der Rotorrille 76, wird die Bewegung des Garnes zum Eindringen in diesen Ring ausgelöst. Programmgemäss wird diese Bewegung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit durchgeführt und ist zur Zeit T2 vollzogen, wobei die Position des Garnendes kontinuierlich geregelt wird wie schon vorher beschrieben wurde.
Dabei ist zu beachten, dass das Einleiten der Faserspeisung ein rascher Vorgang ist, aber in seinem Verlauf unkontrolliert. Er wird durch ein Startsignal ausgelöst, das gleichzeitig für den Bezug zum parallellaufenden Vorgang des Fadenvorschubes den Referenzpunkt darstellt. Der Bezug auf diese Referenz ist zeitlicher Natur.
Bei geregeltem Fadenvorschub werden die Steuerungsaufgaben zweckmässigerweise aufgeteilt in einen Steuerprozessor (100) und digitalen Faden-Vorschubregler (102). Der Vorgang als Ganzes wird durch den Prozessor 100 ausgelöst. Dieser Prozessor kann nun in zeitlicher Staffelung das Startsignal für beide Vorgänge geben, wobei der digitale Fadenvorschubregler die erforderliche Präzision erzeugt. Es ist aber auch denkbar, die Position des Fadens parallel zum Positions-Regelkreis mit einem Schwellwert zu vergleichen, der dann rein fadenpositionsabhängig die Faserspeisung startet.
Beide Vorgänge werden grundsätzlich vom Prozessor 100 koordiniert, indem dieser einerseits die Faserspeisung direkt startet, andererseits den Sollwert-Verlauf für den Fadenvorschub eingibt und diesen auch auslöst. Im allgemeinen erfolgt der Start des Fadenvorschubes zu einem früheren Zeitpunkt als der Start der Faserspeisung.
Nach einer vorbestimmten Verweilzeit T löst die Steuerung 90 den Abzug des Garnes 80 zum Zeitpunkt T aus. Der Abzug wird in zwei Phasen durchgeführt, nämlich einer ersten Phase P, welche dem Abzug einer vorbstimmten abgezogenen Garnlänge L mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit entspricht, und einer zweiten anschliessenden Phase, welche von unbestimmter Dauer aber mit einer vorbestimmten Betriebsgeschwindigkeit (Produktionsgeschwindigkeit) höher als der Garngeschwindigkeit während der ersten Phase ist. Die zweite Phase wird dadurch beendet, dass das Garn vom Walzenpaar 86, 87 an das nicht-gezeigte Abzugssystem der Maschine abgegeben wird.
Es hat sich gezeigt, dass beim Ansetzen eines Garns an einer Rotorspinnmaschine es von höchster Wichtigkeit für die Qualität des Ansetzers ist, wie die lineare Bewegung in einem Bereich verläuft, der dem ersten Rotorumfang entspricht.
In der Rotorrille besteht ja ein Faserring, dessen Querschnitt sich noch nicht durch kontinuierliche Speisung und Einspinnung eingependelt hat, und der durch das Aufreissen mit den abgezogenen Ansetzfaden eine markante Inhomogenität aufweist. Mit der digital geregelten Steuerung kann genau in diesem Grössenbereich eine individuelle Anpassung gemacht werden, im dargestellten Fall die reduzierte Abzugsgeschwindigkeit über den ersten Rotorumfang L, vergleiche Diagramm in Figur 8.
Mit der Digitaltechnik ist es möglich, Bewegungen des Fadens in schneller zeitlicher Abfolge über Längen, die dem Umfang des Rotors 2 entsprechen, präzise zu steuern und mit der Faserspeisung zu verknüpfen. Durch programmierbare Steuerung wird auch eine hohe Flexibilität erreicht:
Jede Modifikation am Bewegungsablauf wird in der Software oder durch Verstellen von Dekadenwerten durchgeführt. Die Mechanik ist über weite Bereiche universell einsetzbar, bzw. an die Verhältnisse anpassbar.
Nicht zuletzt dürfte auch der Preis für ein einfaches mechanisches System geringer sein, als für eine ziemlich komplexe Anordnung, die man wählen muss, um die Handhabung des Garns einigermassen genau mit Hilfe von Klemmen, beweglichen Zangen und Antriebselementen über Anschläge und Hebel zu realisieren.

Die Qualität der Ansetzstelle im Garn ist mit dem Verfahren der digitalel Positionsregelung auf Anhieb viel besser als mit dem konventionellen beim Ansetzautomaten. Dieses Ergebnis ist zwar angestrebt worden, die Verbessertung der Festigkeit und Gleichmässigkeit ist aber überraschend, sie ist auch vom Fachmann nicht in diesem Masse erwartet worden.

Werte des Vergleichsgarns: Baumwolle Ne 16
Geprüftes Objekt	Reisskraft p	Streuung % (10 Proben)
Garn ab Spule	352	6,5
Ansetzer von AA	139 (40%)	34
Ansetzer von Servo komponente	274 (78%)	14
AA = Ansetzautomat (ohne Servokomponente)
Servokomponente = Vorrichtung gemäss der Erfindung

Das Prinzip der gesteuerten Garnbewegung erlaubt ein kontrolliertes Einführen des Fadenendes in die Spinneinheit im ganzen Bereich.
Weil das Garn immer fest mit dem Vorschubmotor gekoppelt ist, und weil mit dem geregelten Antrieb die Geschwindigkeit der Bewegung stets den technologischen Bedürfnissen angepasst werden kann, lässt sich das Ende so durch die Abzugdüse in den Rotor einführen, dass der Luftstrom immer für eine gestreckte Lage sorgt. Bekanntlich ist, dass eine zu schnelle Bewegung beim Eintreten in den Rotorraum das Garnende an der gegenüberliegenden Wand aufprallen lässt, was zu Veränderungen in seiner Struktur führt, die sich negativ auf die Qualität des Ansetzers auswirken.
Durch die schnelle Regelung, die die Position des Garns immer den Sollwerten nachführt, kann ein exakt mit der Faserspeisung koordiniertes Einführen und Herausziehen des Garnendes sichergestellt werden, ohne irgendwann die Kontrolle über seine genaue Lage zu verlieren.
So ist es möglich, immer die gleichen - in technologischen Versuchen zu optimierenden - Strecken für die einzelnen Phasen des Ansetzvorgangs mit ebensolcher Geschwindigkeit abzufahren, und gleichzeitig genau die Faserspeisung entsprechend ein- auszuschalten.
Wie schon vorher erwähnt, ist die Erfindung nicht bloss in Zusammenhang mit dem Rotorspinner anwendbar. Wo ein längliches Gebilde mit einem von einem Lageregelkreis regelbaren Antriebssystem koppelbar ist, kann diese Erfindung zur Bestimmung der Bewegung des Gebildes eingesetzt werden.
Es ist nicht erforderlich, dass für die Lieferung des Fadens oder eines anderen länglichen Gebildes ein Rollenpaar vorgesehen ist. Es ist auch denkbar, dass zwei nicht drehbare Klemmelemente an einem Hebel befestigt sind, die den Faden auf einem Kreisbogen oder längs einer Geraden bewegen. Diese Schwenkbewegung legt nur Bruchteile eines Vollkreises zurück und muss deshalb besonders fein aufgelöst werden. Dies gilt in analoger Weise für ein linear bewegliches Klemmelementenpaar.
Um diese Aussage zu untermauern, werden nun zwei weitere Ausführungsbeispiele gemäss der Erfindung erläutert werden, wobei beide Ausführungen zur Anwendung in einem Bedienungsroboter für eine Ringspinnmaschine geeignet sind.
Figur 9 zeigt den Arbeitskopf eines Gerätes 150 zur gesteuerten Bildung von Garnwindungen um einen eine Längsachse P aufweisenden Körper, z.B. eine Spindel 102 und eine von Spindel 102 getragene Hülse (nicht gezeigt). Das Gerät 150 umfasst eine Trägerpartie 220, eine C-förmige Halterung 222 und ein C-förmiger Bedienungsläufer 224 (der in einer von der Halterung 222 gebildeten Laufbahn 226 um die Achse P drehbar ist).
Der Bedienungsläufer hat einen Zahnkranz 228, der mit zwei Ritzel 230 kämmt, die ihrerseits mit einem Zahnkranz 232 auf einer Scheibe 231 kämmen. Die Scheibe 231 ist direkt mit der Welle (nicht gezeigt) eines Antriebsmotors 234 verbunden.
Der Bedienungsläufer 224 ist mit einer Klemmvorrichtung 241 (Figur 10) versehen, die ein Stift 242 mit einem Klemmkopf 246 und eine (schematisch angedeutete) Federbelastung 244 aufweist. Der Stift 242 erstreckt sich durch eine Bohrung im Bedienungsläufer hindurch und rägt an beiden Enden aus der Bohrung hinaus. Die Federbelastung 244 übt eine Vorspannung auf den Stift aus, die den Klemmkopf 246 normalerweise in Berührung mit der Unterseite des Bedienungsläufers 224 drückt und damit eine Klemmstelle K bildet. Durch Ueberwindung der Federbelastung kann der Stift der Bohrung entlang bewegt werden, um die Klemmvorrichtung zu öffnen.
Im Betrieb wird ein zu bewegendes Fadenende bei offener Klemmvorrichtung 244 zwischen den Klemmkopf 246 und den Bedienungsläufer 224 gebracht und durch Schliessen der Klemmvorrichtung festgehalten (mit dem Bedienungsläufer 224 verbunden). Es kann dann (nach geeigneter Positionierung der Elemente) einen gesteuerten Wickelvorgang durchgeführt werden, indem der Motor 234 in Gang gesetzt wird und die Drehung der Motorwelle über den Ritzel 230 an den Bedienungsläufer 224 übertragen wird. Der zu wickelnde Faden wird dabei von der Klemmvorrichtung (z.B. aus einem geeigneten Speicher) mitgeschleppt und bildet Fadenwindungen an die Spindel 102 (bzw. Hülse).
Figur 11, 12 und 13 zeigen ein anderes steuerbares Bewegungssystem für einen Faden. Dieses System umfasst zwei Hebel 172, 176, die über eine Schwenkachse 174 mit Motorantrieb (nicht besonders angedeutet) miteinander verbunden sind. Hebel 176 ist über eine weitere Schwenkachse 188 (die auch mit einem nicht angedeuteten Motor versehen ist) mit einem Gehäuse 190 verbunden. Letzteres ist schliesslich über eine weitere, senkrechte Schwenkachse 178 (auch mit dem eignen Motor, nicht angedeutet) mit einem Träger 180 verbunden. Der Hebel 172 trägt an seinem freien Ende eine Halterung 168 für den Mündungsteil 167 eines Fadenspeichers in der Form z.B. eines Saugrohrs 165, der an ein nicht gezeigtes Saugsystem gekoppelt ist.
Der gespeicherte Faden F muss mit einer Ankerstelle A verbunden werden. Diese Stelle könnte z.B. eine Klemmvorrichtung gemäss Figur 8 sein. Figur 13 zeigt aber zwei weitere Möglichkeiten. Gemäss der ersten Möglichkeit (voll ausgezogene Linien) ist der Faden F ein Hilfsfaden, der nach einem Fadenbruch an einem Kops bzw. an einer Hülse angewickelt wurde, um die Wiederaufnahme des Spinnens zu ermöglichen. Gemäss der gestrichelt angedeuteten Variante ist der Faden F vom Garnkörper des Kops 116 selber (nach einem Suchvorgang) abgewickelt worden. In beiden Fällen ist der Faden F mit einem von einem Spinnring 106 getragenen Ringläufer eingefädelt worden.
Die Motoren der Achsen 174, 178, 188 können nun in Gang gesetzt werden, um die Mündung M des Teils 167 im Raum gesteuert zu bewegen und dabei die Fadenlänge zwischen dieser Mündung M und dem Läufer 108 entsprechend zu bewegen. Das Saugsystem hält den Faden dabei gespannt und die Lichtweite der Mündung M kann derart begrenzt sein, dass die vorbestimmte (programmierte) Bewegung des Teils 167 in eine entsprechende bestimmte Bewegung des Fadens umgesetzt wird.
Figur 14 zeigt ein Blockschaltdiagramm eines Systems zur Steuerung der Anordnungen gemäss Figur 9 und 10 bzw. Figuren 11, 12 und 13, wobei in Figur 11 je ein Regelsystem für die Achsen 174, 178, 188 vorgesehen werden muss. Jeder Antriebsmotor MT hat eine Welle MW, die mit dem zu bewegenden Teil (in Figur 14 mit L angedeutet) gekoppelt und mit einem Encoder E zur Bestimmung der Position (Winkelstellung) der Welle zusammenarbeitet. Der Motor MT wird über einen Verstärker AMP mit Energie versorgt, wobei die durch den Verstärker gelieferte Leistung von einem Digital/Analog-Umsetzer DAC bestimmt wird. Das Ausgangssignal des Umsetzers DAC wird von einem Regler R gesteuert, der seinerseits in Abhängigkeit von einem Vergleicher VGL arbeitet.
Der Vergleicher VGL erhält einerseits ein vom Encoder E geliefertes Signal, welches der Ist-Position der Welle MW entspricht, und andererseits einen Sollwert, der vom Programmteil PR geliefert wird. Der Regler R steuert den Motor MT, um allfällige Abweichungen zwischen der Ist-Position (vom Encoder E) und Soll-Position (durch die Programmierung bestimmt) auszumerzen. Das System kann derart ausgelegt werden, dass die Welle sich von einer beliebigen Anfangsposition mit einem vorbestimmten Fahrcharakteristik an die von der Programmierung festgelegte Endposition bewegt.
Der Sensor S zeigt bei der Initialisierung des Systems die Position der Motorwelle MW bzw. des zu bewegenden Teils L gegenüber einer Referenz (z.B. einem Gestell, nicht gezeigt) an. Weitere Bewegungen des Motors MT bzw. der Welle MW können gegenüber dieser Anfangsstellung bestimmt werden. Im komplexen System gemäss Figur 11, 12, 13 können die Bewegungen der drei Achsen (Wellen) 174, 178, 188 gegeneinander abgestimmt werden, um der Mündungsteil einem programmierbaren Pfad im Raum entlang zu bewegen.

Claims

1. Ein System zum steuerbaren Bewegen eines laeng lichen Gebildes (z.B. eines Fadens, einer Lunte, eines Bandes) mit einem bewegbaren Element, Mitteln zum Koppeln des Gebildes mit dem Element und Antriebsmittel zum steuerbaren Bewegen des Elementes dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel einen Regelkreis zur kontinuierlichen oder pseudokontinuierlichen Regelung der Lage des bewegbaren Elementes waehrend seiner Bewegung enthaelt.

2. Ein System gemaess Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis digitale Signale verarbeitet.

3. Ein System gemaess Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis die Geschwindigkeit des Elementes zu jeder geregelten Lage des Elementes regelt.

4. Ein System gemaess Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass das System in Kombination mit einem Ansetzgeraet fuer eine Spinnmaschine verwendet wird und die Bewegung eines Fadenstueckes waehrend eines Ansetzverfahrens regelt.

5. Ein System gemaess Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnmaschine eine Rotorspinnmaschine ist und das System die Bewegung des Fadens sowohl waehrend der Rueckspeisung in einer Spinneinheit als auch beim Abzug des Fadenstueckes mit dem neu angesponnenen Garn regelt.

6. Ein System gemaess Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnmaschine eine Luftspinnmaschine ist und das System zur Regelung der Bewegung eines Fadenstueckes in eine einzige Richtung durch eine Garnbildungsstelle eingesetzt wird.