EP1377700B1

EP1377700B1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer zentrifugenspinn- und -zwirnmaschine

Info

Publication number: EP1377700B1
Application number: EP02724237A
Authority: EP
Inventors: Karl Koltze
Original assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2022-03-15
Also published as: WO2002081796A1; DE10116706A1; EP1377700A1; DE50212067D1; CN1513066A; CN1308512C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Zentrifugenspinn- und -zwirnmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 beziehungsweise eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 16.
Wie bekannt und beispielsweise in der DE 195 23 835 A1 oder in der DE 198 02 656 A1 ausführlich beschrieben, wird insbesondere beim Zentrifugenspinnen zunächst mittels eines Streckwerkes ein Vorlagematerial auf die gewünschte Garnfeinheit verzogen und anschließend über ein axial verschiebbar gelagertes Fadenführerrohr in eine mit hoher Drehzahl umlaufende Spinnzentrifuge befördert.
Das Vorlagematerial ist dabei entweder ein in einer Spinnkanne bevorratetes Faserband oder eine Faserlunte, die beispielsweise von einer Flyerspule abgezogen wird.
Das aus der Mündung des Fadenführerrohres austretende, verzogene Vorlagematerial legt sich, unter Bildung eines Garnschenkels, an die Innenwandung der Spinnzentrifuge an und wird von dieser mitgenommen.
Das heißt, das Fasermaterial erhält durch die Rotation der Spinnzentrifuge eine Drehung.
Der durch die Drehungserteilung entstandene Faden wird durch das axial verschiebbar gelagerte Fadenführerrohr an der Zentrifugeninnenwandung abgelegt und bildet dort einen Garnkörper, der auch als Garnkuchen bezeichnet wird.
Beim sogenannten Einstufenspinnen sind die Zentrifugendrehzahl und die Liefergeschwindigkeit des Vorlagematerials dabei so aufeinander abgestimmt, daß der als Garnkuchen abgelegte Faden bereits seine volle Drehung aufweist und in einem nachfolgenden Arbeitsschritt auf eine in die Zentrifuge eingeführte Umspulhülse umgewickelt werden kann.
Der bei diesem Umspulprozeß entstehende Spinnkops wird anschließend gedofft und später auf einer im Produktionsablauf nachgeschalteten Spulmaschine zu einer großvolumigen Kreuzspule umgespult.
Bei einem anderen Zentrifugenspinnverfahren, dem sogenannten Zweistufenspinnen sind die Zentrifugendrehzahl und die Liefergeschwindigkeit des Vorlagematerials so gewählt, daß der in der ersten Spinnstufe an der Innenwandung der Spinnzentrifuge abgelegte Faden zunächst nur einen Teil, beispielsweise 60 %, seiner endgültigen Drehung erhält.
Die fehlende Drehung wird dem als Garnkörper abgelegten, teilverdrallten Faden erteilt, wenn er in einer zweiten Spinnstufe aus der Spinnzentrifuge abgezogen und dabei auf einer zugehörigen Spulvorrichtung direkt zu einer großvolumigen Kreuzspule aufgewickelt wird.
Das bedeutet, sowohl beim Einstufen- als auch Zweistufenspinnen wird zunächst an der Innenwandung einer Spinnzentrifuge ein Garnkörper gebildet, der von außen nach innen aufgebaut ist. Unabhängig von der angewandten Wicklungsart, z.B. Flyerwicklung oder Kopswicklung, weist der entstehende Garnkörper stets einen Innendurchmesser d_Gi > 0 mm und einen Kegelwinkel γ_KZ ≤ 90° auf.
Wenngleich in der DE 40 02 230 A1 , der DE 41 03 771 A1 oder der DE 195 48 669 A1 bereits verschiedene Arten derartiger Garnkörper dargestellt sind, erfolgt der Aufbau solcher Garnkörper bislang ohne genaue Kenntnis der Garnkörperstruktur beziehungsweise ohne exakte Kenntnis der Grenzen der Fadenablage.
Das heißt, bislang wurde für jedes Garn durch Versuch und Irrtum der spinnbare, minimale Innendurchmesser des Garnkörpers sowie der maximale Kegelwinkel des Garnkörpers ermittelt und dann unsystematisch verallgemeinert.
Diese Methodik der Parameterfestlegung des Garnkörpers ist nicht nur zeit- und kostenintensiv, sondern auch sehr ungenau und unsicher.
Beim Zentrifugenspinnen wird aufgrund der unbekannten Parameterstreuung daher in der Regel mit einem hohen Sicherheitsabstand gearbeitet und damit die maximal mögliche Zentrifugenfüllung in den allerwenigsten Fällen ausgenutzt.
Des Weiteren ist durch die US-PS 5,621,637 ein Verfahren bekannt, das bei der Qualitätssicherung einer beispielsweise Synthetikgarn produzierenden Textilmaschine zum Einsatz kommt. Die entsprechenden Textilmaschinen verfügen in der Regel über eine Vielzahl gleichartiger, "regulärer" Arbeitsstellen sowie über wenigstens eine Referenzarbeitsstelle.
Gemäß diesem bekannten Verfahren wird an jeder der zahlreichen "regulären" Arbeitsstellen der Textilmaschine kontinuierlich wenigstens ein Prozessparameter sensorisch erfasst und die ermittelten Messwerte an eine übergeordnete Auswerteeinheit weitergeleitet.
Der entsprechende Prozessparameter wird außerdem an der Referenzarbeitsstelle überwacht und in der Auswerteeinheit mit einem vorgebbaren Sollwert verglichen.
Aus dem an der Referenzarbeitsstelle gemessenen Prozessparameter und dem vorgegebenen Sollwert wird in der Auswerteeinheit eine Stellgröße generiert, die zur Einregelung der Referenzarbeitsstelle auf ein gewünschtes Arbeitsergebnis benutzt wird.
Anhand der an der Referenzarbeitsstelle ermittelten Werte können anschließend die "regulären" Arbeitsstellen ordnungsgemäß eingestellt werden.
Bei diesem bekannten Verfahren finden als Prozessparameter, die an der Referenzarbeitsstelle und den "regulären" Arbeitsstellen überwacht werden, beispielsweise die Fadenspannung vor dem Aufspulvorgang, die Spulenkontur der gewickelten Spule, der so genannte K-Wert oder der Elastizitätsmodul des hergestellten Fadens Berücksichtigung.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung zu schaffen, durch das/die der Wirkungsgrad einer Zentrifugenspinn- und -zwirnmaschine, unabhängig vom jeweiligen Spinn- oder Zwirnverfahren, deutlich verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, wie es im Anspruch 1 beschrieben ist beziehungsweise durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 16.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 15 beziehungsweise der Unteransprüche 17 bis 22.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat insbesondere den Vorteil, daß auf einfache Weise wenigstens ein Garnkörperparameter ermittelt werden kann, so daß aufgrund dessen Kenntnis das Spinnvolumen der einzelnen Spinnzentrifugen einer Zentrifugenspinn- und zwirnmaschine maximal ausgenutzt und so der Wirkungsgrad dieser Textilmaschinen insgesamt deutlich gesteigert werden kann.
Außerdem kann durch Vermeidung von Überdimensionierung der Spinnzentrifugen auch der Energiebedarf solcher Textilmaschinen minimiert werden.
Das Wachstum des in der Spinnzentrifuge der Referenzspinnstelle entstehenden Garnkörpers wird dabei anhand einer die Größe des Innenradius über die Zeit darstellenden R(t)-Kurve erfaßt.
Vorzugsweise wird dabei in einem Koordinatensystem auf der Abszisse die Spinnzeit des Garnkörpers festgehalten, während auf der Ordinate die Werte für die jeweiligen Innenradien des Garnkörpers aufgetragen werden.
Wie in den Ansprüchen 2 - 4 dargelegt, können in vorteilhafter Ausgestaltung als Garnkörperparameter, die anhand einer die Größe des Innenradius des Garnkörpers über die Zeit darstellenden R(t)-Kurve ermittelt werden, beispielsweise die Strukturdichte (ρ(R)), der minimaler Innenradius (R_(min)) und/oder der maximaler Kegelwinkel (γ_{KZ (max)}) Anwendung findet.
Gemäß Anspruch 5 wird in bevorzugter Ausführungsform bei der Erstellung der R(t)-Kurve mit einer Auflösung gearbeitet, die etwa einer Fadendicke entspricht und damit ausreichend genau ist.
Wie im Anspruch 6 beschrieben, werden die mittels der Referenzspinnstelle für jede Garnart ermittelten relevanten Garnkörpersparameter im Zentralrechner der Zentrifugenspinnmaschine abgespeichert.
Das bedeutet, bei allen späteren Spinnprozessen kann unmittelbar auf diese gespeicherten Werte zurückgegriffen und damit der Spinnprozeß an den "regulären" Spinnstellen sofort mit den optimalen Einstellungen gestartet werden.
Die genaue Kenntnis dieser wichtigen Prozeßparameter ermöglicht dabei eine besonders robuste Prozeßführung, in die bei Bedarf auch gezielt eingegriffen werden kann.
Wie im Anspruch 7 dargestellt, kann aus der R(t)-Kurve, unter Berücksichtigung der Changierkinematik der Referenzspinnstelle, auf relativ einfache Weise eine die Dichte der Struktur des Garnkörpers über den Innenradius kennzeichnenden ρ_KZ(R)-Kurve dargestellt werden.
Auf ähnliche Weise kann, wie im Anspruch 8 angedeutet, aus der R(t)-Kurve auch eine die jeweilige Kegelkontur des Garnkörpers darstellende h_kk(R)-Kurve erstellt werden.
Die Kegelkontur des Garnkörpers kann dabei beispielsweise einen konkaven, einen konvexen oder einen linearen Verlauf aufweisen.
Wie in den Ansprüchen 9 bzw. 10 dargelegt, eignet sich die R(t)-Kurve auch ideal zur Bestimmung des minimalen Innenradius und des maximalen Kegelwinkels des Garnkörpers.
Das Erreichen des maximalen Kegelwinkels macht sich bei einem Garnkörper, der in Kopswicklung erstellt wird, beispielsweise als Sprung in der R(t)-Kurve bemerkbar. In diesem Fall muß allerdings der minimale Innenradius des Garnkörpers berücksichtigt werden.
Wie im Anspruch 10 beschrieben, deutet bei einem Garnkörper mit Flyerwicklung ein entsprechender Sprung in der R(t)-Kurve auf das Erreichen des minimalen Ablageradius des Garnkörpers hin.
Der Sprung in der R(t)-Kurve ist dabei auf das Auftreten einer Fadensehne oder das Abgleiten von Fadenlagen vom Kegel des Garnkörpers zurückzuführen, was durch die Sensoreinrichtung zuverlässig erfaßt wird.
Das heißt, die z.B. durch die Fadensehne ausgelöste zusätzliche Abschattung einer beispielsweise lichtbandartig ausgebildeten Laserlichtschranke löst ein Signal aus, das in der Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung verarbeitet wird und in der R(t)-Kurve als deutlicher Sprung kenntlich gemacht wird.
Entsprechend deutet bei einem Garnkörper mit der Wicklungsart Kopswicklung eine durch ein Abrutschen einer oder mehrerer Fadenlagen verursachte Abschattung der Sensoreinrichtung in der Regel auf das Erreichen des maximalen Kegelwinkels hin.
In vorteilhafter Ausführungsform werden, wie im Anspruch 11 dargelegt, die von der Sensoreinrichtung eingehenden Meßdaten in der Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung sofort zu einem statistischen Modell verarbeitet.
Das heißt, es werden zum Beispiel die voraussichtlichen Garnkörperparameter "minimaler Innenradius" und "maximaler Kegelwinkel" des Garnkörpers sofort berechnet.
Der Einsatz mehrerer Referenzspinnstellen und die Auswertung derer Meßergebnisse oder die Auswertung mehrerer nacheinander eingehender Meßergebnisse einer Referenzspinnstelle macht es dabei auf einfache Weise möglich, auch Streuungen, die bei der Herstellung der Garnkörper entstehen, ausreichend genau zu berücksichtigen.
Durch Extrapolation am statischen Modell kann dabei anhand der p(R)-Kurve relativ leicht auch der Mittelwert für die Dichte der Struktur des Garnkörpers ermittelt werden (Anspruch 12).
Wie im Anspruch 13 dargelegt, ist in einer vorteilhaften Variante außerdem vorgesehen, daß die Spinnstellenrechner der regulären Spinnstellen online mit der Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung der Referenzspinnstelle(n) in Verbindung stehen.
Das bedeutet, bei einem Partiewechsel, bei dem auf eine bislang noch nicht verarbeitete Garnart gewechselt werden soll, können die "regulären" Spinnstellen bereits kurz nach dem Start der Referenzspinnstelle gestartet werden. Die erforderlichen Garnkörperparameter können nachträglich, das heißt so bald sie vorliegen, an die Spulstellenrechner der "regulären" Spinnstellen übermittelt und diese entsprechend eingestellt werden.
Die Online-Verbindung zwischen der Referenzspinnstelle und den regulären" Spinnstellen ermöglicht es außerdem, die regulären Spinnstellen entsprechend den an der Referenzspinnstelle ermittelten Daten ständig, automatisch nachzustellen.
Durch die in den Ansprüchen 14 und 15 beschriebenen Merkmale ergibt sich eine Optimierung des Spinnvorganges insbesondere dann, wenn die Zentrifugenspinnmaschine nach dem Einstufenspinnprinzip arbeitet.
Das heißt, durch die Kenntnis der Größe der Spinnzentrifuge, der Kenntnis der mittleren Strukturdichte des Garnkörpers sowie des genauen minimalen Innenradius bzw. des maximale Kegelwinkels des an der Innenwandung einer Spinnzentrifuge abgelegten Garnkörpers läßt sich dessen Umwickelzeit auf eine Umspulhülse leicht berechnen.
Es ist folglich eine genaue Einstellung des zeitlichen Verlaufes des Doffvorganges möglich, so daß die bislang aus Sicherheitsgründen üblichen, relativ langen Wartezeiten bis zum Einleiten des Doffvorganges minimiert werden können.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verfügt, wie im Anspruch 16 dargelegt, über eine im Bereich der Referenzspinnstelle angeordnete Sensoreinrichtung, die an eine zugehörige Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung angeschlossen ist.
Die Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung der Refenzspinnstelle ist dabei ihrerseits über ein Datenübertragungssystem, beispielsweise einen Datenbus, wenigstens mit der Zentralsteuereinheit der Zentrifugenspinnmaschine verbunden.
Vorteilhafterweise ist die Sensoreinrichtung, wie im Anspruch 17 dargelegt, als optische Sensoreinrichtung ausgebildet.
Das heißt, wenn die Referenzspinnstelle eine Rohrzentrifuge aufweist, kommt in vorteilhafter Ausgestaltung als optische Sensoreinrichtung beispielsweise eine lichtbandartig ausgebildete Laserlichtschranke zum Einsatz (Anspruch 18).
Die Laserlichtschranke verfügt dabei über einen Sender, der zum Beispiel unterhalb und einen Empfänger, der dann oberhalb der Rohrzentrifuge angeordnet ist.
Die Laserlichtschranke erfaßt Lage für Lage den Aufbau des an der Innenwandung der Spinnzentrifuge der Referenzspinnstelle entstehenden Garnkörpers und meldet die ermittelten Meßdaten an die zugehörige Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung, wo diese unter Berücksichtigung der Changierkinematik der Referenzspinnstelle verarbeitet werden.
Das bedeutet, in der Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung werden unmittelbar die relevanten Garnkörperparameter berechnet.
In alternativer Ausgestaltung, insbesondere wenn eine einseitig geschlossene Topfzentrifuge Verwendung findet, kann anstelle einer Laserlichtschranke auch eine CCD-Kamera eingesetzt werden (Anspruch 19).
Auch mit einer solchen CCD-Kamera ist, bei entsprechender Bildverarbeitung und Kurzzeitaufnahmen eine einwandfreie Überwachung des entstehenden Garnkörpers gewährleistet.
Solche Kurzzeitaufnahmen sind beispielsweise durch kurze Verschlußzeiten der Kamerablende, insbesondere beim Einsatz eines Stroboskopblitzes relativ leicht realisierbar.
Die CCD-Kamera ist dabei zum Beispiel an der Referenzspinnstelle stationär installiert und so angeordnet, daß jederzeit der an der Innenwandung der Spinnzentrifuge entstehende Garnkörper überwacht werden kann.
Wie aus den Ansprüchen 20 und 21 ersichtlich, ist die Referenzspinnstelle oder sind die Referenzspinnstellen entweder Bestandteil einer Zentrifugenspinnmaschine oder die Referenzspinnstelle(n) ist/sind als eine separate Spinneinrichtung konzipiert.
Eine solche separate Referenzspinneinrichtung weist dann vorzugsweise eine Schnittstelle auf, die einen Anschluß an das Datenübertragungssystem der Zentrifugenspinnmaschine ermöglicht.
Wenn die Referenzspinnstelle Bestandteil der Zentrifugenspinnmaschine ist, ist wenigstens eine der Spinnstellen gegenüber den "regulären" Spinnstellen der Zentrifugenspinnmaschine, wie vorstehend erläutert, modifiziert.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind einem nachfolgend anhand der Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiel entnehmbar.
Es zeigt:

Fig. 1: schematisch eine Vorderansicht einer Zentrifugenspinnmaschine mit einer Vielzahl von Spinnstellen, wobei eine der Spinnstellen als Referenzspinnstelle ausgebildet ist,
Fig. 2: eine schematische Seitenansicht auf die Referenzspinnstelle, der in Fig.1 dargestellten Zentrifugenspinnmaschine,
Fig. 3: die Zentrifugenspinnvorrichtung einer Referenzspinnstelle gemäß Fig.2, in einem etwas größeren Maßstab, mit einer als Laserlichtschranke ausgebildeten Sensoreinrichtung,
Fig. 4: die Zentrifugenspinnvorrichtung gemäß Fig.3, wobei als Sensoreinrichtung eine CCD-Kamera Verwendung findet,
Fig. 5: schematisch eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Zentrifugenspinnmaschine mit einem verfahrbaren Bedienläufer,
Fig. 6a - 6e: jeweils ein Koordinatensystem mit einer oder mehreren Kurve(n), die Aussagen über relevante Garnkörperparameter ermöglichen.

Die Figur 1 zeigt schematisch eine insgesamt mit der Bezugszahl 1 gekennzeichnete Zentrifugenspinnmaschine, die nach dem sogenannten Zweistufenspinnprinzip arbeitet. Die Zentrifugenspinnmaschine 1 verfügt über eine Vielzahl von Spinnstellen 2, wobei wenigstens eine dieser Spinnstellen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel die beiden linken, wie nachfolgend näher erläutert werden wird, als Referenzspinnstelle 3 ausgebildet ist/sind.
Die einzelnen Spinnstellen 2 beziehungsweise 3 sind jeweils mit einer Einrichtung zur Aufnahme von Vorlagematerial 5 ausgestattet.
Das Vorlagematerial 19 kann dabei entweder, wie in Figur 1 dargestellt, als Faserlunte ausgebildet sein, in diesem Fall weist die Zentrifugenspinnmaschine 1 ein Gatter zur Aufnahme von Flyerspulen 5' auf. Oder das Vorlagemateriel 19 liegt, wie in Figur 5 angedeutet, als Faserband vor, das in Spinnkannen 5" bevorratet ist.
In beiden Fällen wird das Vorlagematerial 19 zunächst in einem Streckwerk 6, der gewünschten Garnfeinheit entsprechend, verzogen und gelangt über ein Fadenführerrohr 7 in die Spinnzentrifuge 8 einer insgesamt mit 4 bezeichneten Zentrifugenspinnvorrichtung.
Die Zentrifugenspinnvorrichtung 4, die nachfolgend anhand der Figur 3 näher erläutert wird, ist vorzugsweise mittels eines Antriebes 12 vertikal verschiebbar gelagert.
Auch das Fadenführerrohr 7 verfügt über einen Antrieb 18, der eine definierte Changierung des Fadenführerrohres 7 ermöglicht. Des weiteren ist im Bereich der Zentrifugenspinnvorrichtung 4 eine optische Sensoreinrichtung 17 zur Überwachung des Aufbaus eines an der Innenwandung 20 der Spinnzentrifuge 8 entstehenden Garnkörpers 21 angeordnet.
Die optische Sensoreinrichtung 17 ist dabei entweder, wie in den Figuren 1 bis 3 angedeutet, als lichtbandartige Laserlichtschranke 22 mit einem Sender 26 und einem Empfänger 27 oder, wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt, als CCD-Kamera 23 ausgebildet.
Wenn die Zentrifugenspinnmaschine 1, wie im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 dargestellt, als Zentrifugenspinnmaschine ausgebildet ist, die nach dem sogenannten Zweistufenprinzip arbeitet, verfügt jede Spinnstelle 2 beziehungsweise 3 außerdem über eine Spulvorrichtung 9.
Wie bekannt und in Figur 2 lediglich schematisch dargestellt, weist eine solche Spulvorrichtung 9 üblicherweise einen Spulenrahmen 10 zum schwenkbaren Haltern einer Kreuzspule 28, eine Fadenführungstrommel 11 zum Antreiben der Kreuzspule 28 sowie zum Changieren des in der Spinnzentrifuge 8 gesponnenen Fadens während des Wickelns des Kreuzspule auf.
Die Zentrifugenspinnvorrichtung 4, die in den Figuren 3 und 4 in einem etwas größeren Maßstab dargestellt ist, besteht, wie bekannt, aus einer Spinnzentrifuge 8, die über Lager 24 in einem Zentrifugengehäuse 29 rotierbar abgestützt und über einen Elektromotor 25 einzelmotorisch angetrieben ist.
Die Lager 24 sind dabei vorzugsweise, wie beispielsweise in der DE 196 37 270 A1 beschrieben, als Magnetlager ausgebildet.
Das gesamte Zentrifugengehäuse 29 kann außerdem durch einen (nur schematisch angedeuteten) Antrieb 12 in vertikaler Richtung verlagerbar sein.
Wie in den Figuren 3 und 4 weiter angedeutet, ist im Bereich der Zentrifugenspinnvorrichtung 4, wenn diese als Referenzspinnstelle 3 betrieben wird, außerdem eine optische Sensoreinrichtung 17 angeordnet, die an eine Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung 13 angeschlossen ist und den Aufbau des an der Innenwandung 20 der Spinnzentrifuge 8 entstehenden Garnkörpers 21 überwacht.
Die optische Sensoreinrichtung 17 ist dabei beispielsweise, wie im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 dargestellt, als lichtbandartig arbeitende Laserlichtschranke 22 ausgebildet, wobei der Sender die Bezugszahl 26 und der Empfänger die Bezugszahl 27 trägt. Eine solche Laserlichtschranke 22 arbeitet dabei mit einer Auflösung in Größe einer Fadendicke.
Wie insbesondere aus Figur 1 ersichtlich, ist die Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung 13 über ein Datenübertragungssystem 16, einen sogenannten Datenbus, außerdem mit der Zentralsteuereinheit 15 der Zentrifugenspinnmaschine 1 sowie mit den Spinnstellenrechnern 14 der "regulären" Spinnstellen 2 verbunden.
Derartige Datenübertragungssysteme 16 sind bekannt und Zusammenhang mit einer Zentrifugenspinnmaschine 1 ist ein solches Datenbussystem beispielsweise in der DE 195 48 667 A1 beschrieben.
Die Figur 4 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Referenzspinnstelle 3.
Das heißt, als optische Sensoreinrichtung 17 kommt hier eine CCD-Kamera 23 zur Anwendung, die über eine Signalleitung 31 an die Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung 13 angeschlossen ist. Die CCD-Kamera arbeitet dabei mit Kurzzeitaufnahmen, das heißt, kurzen Verschlußzeiten der Kamerablende.
Vorzugsweise kann zusätzlich ein Stroboskopblitz 30 vorgesehen sein, durch den sich die Qualität der Aufnahmen der CCD-Kamera 23 weiter optimiert läßt.
In Figur 5 ist schematisch, ebenfalls in Seitenansicht, eine Referenzspinnstelle 3 einer Zentrifugenspinnmaschine 1 dargestellt, die nach dem Prinzip Einstufen-Spinnen arbeitet. Als Vorlagematerial findet im dargestellten Ausführungsbeispiel Faserband 19 Verwendung, das in einer Spinnkanne 5'' bevorratete ist.
Wie üblich, wird das Faserband 19 zunächst in einem Streckwerk 6 auf die gewünschte Garnfeinheit verzogen und gelangt über ein Fadenführerrohr 7 in das Innere einer Zentrifugenspinnvorrichtung 4, wo es als Garnkuchen an der Innenwandung der Spinnzentrifuge 8 abgelegt wird.
Dieser (in Fig.5 nicht dargestellte) Garnkörper wird anschließend, wie beim Einstufen-Spinnen üblich, auf eine sogenannte Umspulhülse umgespult und als Spinnkops abgefördert.
Das Prinzip des Einstufen-Spinnens ist allgemein bekannt und wird daher nicht näher erläutert.
Gemäß Ausführungsbeispiel Fig.5 wird der Aufbau des Garnkörpers an der Innenwandung der Spinnzentrifuge 8 der Referenzspinnstelle 3 über eine optische Sensoreinrichtung 17 überwacht, die im Bereich der Referenzspinnstelle stationär am Spinnstellengehäuse angeordnet und beispielsweise als CCD-Kamera ausgebildet ist.
Oberhalb der Spinnstellen 2, 3 der Zentrifugenspinnmaschine 1 ist außerdem ein verfahrbarer, selbsttätig arbeitender Bedienläufer 32 angeordnet.
Der Bedienläufer 32, beispielsweise ein Spinnkopswechselaggregat, sorgt dafür, daß in den Spinnzentrifugen fertiggestellte Spinnkopse ordnungsgemäß entsorgt, das heißt, der Weiterverarbeitung zugeführt werden.
Die Figuren 6a bis 6e zeigen jeweils ein Koordinatensystem, in das eine oder mehrere der in der Datenermittlungs- und - auswerteeinrichtung 13 erarbeiteten Kurve(n), die relevante Garnkörperparameter darstellen, eingetragen ist/sind.
Die Fig.6a zeigt beispielsweise eine R(t)-Kurve 35, wobei auf der Abszisse die Spinnzeit t der Referenzspinnstelle 3 dargestellt ist und auf der Ordinate der lichte Innenradius R des Garnkörpers 21. Mit R_Ga ist dabei der durch die Konstruktion der Spinnzentrifuge 8, das heißt deren Innenradius, vorgegebene Außenradius des Garnkörpers 21 bezeichnet, während mit R_Gi der zu ermittelnde minimalen Innenradius des Garnkörpers 21 gekennzeichnet ist.
In Fig.6b ist anhand der Geraden I, II und III der angenäherte Verlauf der Dichte ρ_KZ(R) des in der Zentrifuge 8 entstehenden Garnkörpers 21 dargestellt.
Die Gerade I zeigt dabei den ungefähren Dichteverlauf, wenn die Kontur des Garnkörperkegels, wie in Fig. 6c anhand der Kurve IV angedeutet, eine konvexe Form aufweist.
Die Gerade II zeigt den entsprechenden Dichteverlauf bei einem konkav ausgebildeten Garnkörperkegel, wie er in Fig.6c anhand der Kurve V dargestellt ist, während die Gerade III auf einen linearen Garnkegelkörper gemäß der Geraden VI der Fig.6c hinweist.
Die Fig.6d entspricht im wesentlichen der Fig.6a, allerdings zeigt die R(t)-Kurve hier einen deutlichen Sprung, der, wenn der Garnkörper 21 in Flyerwicklung erstellt wird, auf eine Fadensehne und damit auf die Garnkörperbildungsgrenze "minimaler Innenradius des Garnkörpers" R_Gi hinweist.
Bei einem Garnkörper mit Kopswicklung weist dieser Sprung auf die Garnkörperbildungsgrenze "maximaler Kegelwinkel des Garnkörpers" γ_KZ(max) hin.
Wie anhand der Fig.6e dargestellt, kann der "maximaler Kegelwinkel des Garnkörpers" γ_KZ(max) anhand einer γ_KZ(R)-Kurve ermittelt werden, die sich ihrerseits aus der R(t)-Kurve berechnen läßt.
Die Kurven IV, V und VI entsprechen dabei den aus der Fig.6c bekannten Kegelkonturverläufen.

Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens:

Wenn auf einer Zentrifugenspinnmaschine 1 ein neues Garn gesponnen werden soll, dessen Garnkörperparameter nicht oder nicht genau bekannt sind oder wenn bei einem Garn die Maschinenparameter geändert werden sollen, werden zunächst auf einer sogenannten Referenzspinnstelle 3 die Garnkörperparameter ermittelt.
Das heißt, mittels dieser Refenzspinnstelle 3 werden zunächst relevante Spinnparameter, wie beispielsweise der "minimale Innendurchmesser" d_Gi, der "maximale Kegelwinkel" γ_KZ sowie die Garnkörperstrukturdichte ρ(R) ermittelt.
zu diesem Zweck wird aus dem neuen Garn an der Innenwandung 20 der Spinnzentrifuge 8 der Referenzspinnstelle 3 ein Garnkörper 21 erstellt, dessen Aufbau permanent durch eine vorzugsweise optische Sensoreinrichtung 17, die an eine Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung 13 angeschlossen ist, überwacht wird.
Der Garnkörper 21 kann dabei wahlweise in der Wicklungsart "Flyerwicklung" oder "Kopswicklung" erstellt werden.
In der Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung 13 wird während des Aufbaus des Garnkörpers 21 aus den von der optischen Sensoreinrichtung 17 übermittelten Daten die in Figur 6a angedeutete R(t)-Kurve erstellt.
Aus dieser R(t)-Kurve leitet die Datenermittlungs- und - auswerteeinrichtung 13, unter Berücksichtigung der Changierkinematik der Referenzspinnstelle 3, die in der Fig.6b mit I, II und III bezeichneten Verläufe von ρ_KZ(R)-Kurven ab, die jeweils die lokale Dichte ρ des Garnkörpers 21 bei verschiedenen Garnkörperradien wiedergeben.
Auf gleiche Weise ermittelt die Datenermittlungs- und - auswerteeinrichtung 13 auch die in Fig.6c dargestellten Formen für die Kegelkontur h_KK (R) des Garnkörpers 21.
Die Kurve IV zeigt dabei eine konvexe, die Kurve V eine konkave und die Kurve VI eine lineare Kegelkonturform.
Wenn der Garnkörper 21 in der Wicklungsart "Kopswicklung" erstellt und der Aufbau bis zum beginnenden Verrutschen von Garnlagen fortgesetzt wird, wird das Erreichen des maximalen Kegelwinkels γ_KZ(max), der auch als Garnkörpergrenzwinkel bezeichnet wird, in der R(t)-Kurve, wie dies in Figur 6d angedeutet ist, als Sprung sichtbar.
Bei einem Garnkörperaufbau in der Wicklungsart "Flyerwicklung" weist ein solcher Sprung in der R(t)-Kurve auf eine Fadensehne hin, das heißt, der Sprung zeigt das Erreichen des minimalen Innenradius R_(min) des Garnkörpers 21 an.
Wenn die Zentrifugenspinnmaschine mehrere derartiger Referenzspinnstellen 3 mit einzelmotorisch angetriebenen Spinnzentrifugen 8 aufweist, können in einigen dieser Spinnzentrifugen Garnkörper mit Flyerwicklung und in den anderen Garnkörper mit Kopswicklung gesponnen und auf diese Weise gleichzeitig die Garnkörperparameter R_(min) und γ_KZ(max) ermittelt werden.
Der gleichzeitige Einsatz mehrerer Referenzspinnstellen wirkt sich auch positiv auf die Erstellung eines statistischen Modelles aus, da auf diese Weise auch leicht Streuung, wie sie bei der Erstellung von Garnkörpern auftreten können, berücksichtigt werden.
Die anhand der Referenzspinnstelle 3 gewonnenen Garnkörperparameter werden vorteilhafterweise in der Zentralsteuereinheit 15 der Zentrifugenspinnmaschine 1 gespeichert und zum definierten Ansteuern der "regulären" Spinnstellen 2 der betreffenden oder weiterer Zentrifugenspinnmaschine (n) 1 benutzt.
In der Datenermittlungs- und auswerteeinrichtung 13 der Referenzspinnstelle 3 wird aus den Daten der beispielsweise etwas vor den "regulären" Spinnstellen 2 gestarteten Referenzspinnstelle 3 außerdem ein statistisches Modell erstellt.
Da die Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung 13, vorzugsweise über ein Datenübertragungssystem 16, einen sogenannten Datenbus, sowohl mit der Zentralsteuereinheit 15 als auch mit den Spinnstellenrechnern 14 der "regulären" Spinnstellen 2 online verbunden ist, ist es nicht nur möglich, die frühzeitig erste Garnkörperparameter zu ermitteln, sondern diese auch sofort auf die "regulären" Spinnstellen 2 der Zentrifugenspinnmaschine 1 zu übertragen.
Die Online-Verbindung ermöglicht dabei jederzeit eine nachträgliche Optimierung dieser Prozeßparameter.
Das heißt, die "regulären" Spinnstellen profitieren bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt von den in der Referenzspinnstelle 3 ermittelten Meßergebnissen und können ständig nachgestellt werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Zentrifugenspinn- und zwirnmaschine (1) mit einer Vielzahl gleichartiger Spinnstellen (2), die jeweils eine einzelmotorisch angetriebene Spinnzentrifuge (8), ein bezüglich der Spinnzentrifuge (8) vertikal verschiebbar gelagertes Fadenführerrohr (7) sowie einen spinnstelleneigenen Rechner (14) aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
dass zu Beginn des Spinnens eines neuen Garnes bzw. eines Garnes bei dem die Maschinenparameter geändert werden sollen, mittels wenigstens einer Referenzspinnstelle (3), die eine an eine Datenermittlungs- und - auswerteeinrichtung (13) angeschlossene Sensoreinrichtung (17) aufweist, wenigstens einer der Garnkörperparameter eines an der Innenwandung (20) der Spinnzentrifuge (8) der Referenzspinnstelle (3) entstehenden Garnkörpers (21) anhand einer die Größe des Innenradius des Garnkörpers (21) über die Zeit darstellenden R(t)-Kurve ermittelt wird, dass die Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung (13) über ein Datenübermittlungssystem (16) wenigstens mit einer Zentralsteuereinheit (15) der Zentrifugenspinnmaschine (1) verbunden ist und dass entsprechend des ermittelten Garnkörperparameters die Maschinenparameter der "regulären" Spinnstellen (2), zum Beispiel die Changierung des Fadenführerrohres (7), eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Garnkörperparameter die Strukturdichte (ρ(R)) Verwendung findet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Garnkörperparameter der minimaler Innenradius (R_(min)) Verwendung findet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Garnkörperparameter der maximaler Kegelwinkel (γ_{KZ (max)}) Verwendung findet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erstellung der R(t)-Kurve mit einer Auflösung gearbeitet wird, die einer Fadendicke (d) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Referenzspinnstelle (3) für jede neue Garnart ermittelten relevanten Garnkörperparameter in einer Zentralsteuereinheit (15) der Zentrifugenspinnmaschine (1) hinterlegt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der R(t)-Kurve unter Berücksichtigung der jeweiligen Changierkinematik der Referenzspinnstelle (3) eine die Dichte (p)der Struktur des in der Zentrifuge (8) der Referenzspinnstelle (3) entstehenden Garnkörpers (21) über den Innenradius (R) kennzeichnende ρ_KZ(R)-Kurve ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus der R(t)-Kurve unter Berücksichtigung der jeweiligen Changierkinematik der Referenzspinnstelle (3) eine die Kegelkontur (KK) des in der Zentrifuge (8) der Referenzspinnstelle (3) entstehenden Garnkörpers (21) über den Innenradius (R) darstellende h_kk(R)-Kurve ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftreten eines Sprunges in der R(t)-Kurve bei einem in der Referenzspinnstelle (3) in Kopswicklung gesponnenen Garnkörpers (21) von der Datenermittlungs- und - auswerteeinrichtung (13) als das Erreichen des maximalen Kegelwinkels γ_KZ(max)) gedeutet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftreten eines Sprunges in der R(t)-Kurve bei einem in der Referenzspinnstelle (3) in Flyerwicklung gesponnenen Garnkörpers (21) von der Datenermittlungs- und - auswerteeinrichtung (13) als das Erreichen des minimalen Ablageradius (R_(min)) gedeutet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Aufbaus des Garnkörpers (21) in der Spinnzentrifuge (8) der Referenzspinnstelle (3) in der zugehörigen Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung (13) aus den Meßergebnissen der Sensoreinrichtung (17) ein statistisches Modell berechnet und zur Ermittlung der Garnkörperparameter minimaler Innenradius (R_(min)) und maximaler Kegelwinkel (γ_KZ(max)) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des statischen Modells durch Extrapolation die durchschnittliche Dichte (p(R)) der Struktur des Garnkörpers (21) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die "regulären" Spinnstellen (2) der Zentrifugenspinnmaschine (1) in Abhängigkeit wenigstens eines der in einer Referenzspinnstelle (3) ermittelten Garnkörperparameter (ρ(R)), (R_(min)), (γ_{KZ (max)})) ständig online nachgesteuert werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter Berücksichtigung der mittleren Dichte (ρ(R)) der Garnkörperstruktur sowie des minimalen Innenradius (R_(min)) des an der Innenwandung (20) der Spinnzentrifuge (8) der Referenzspinnstelle (3) gebildeten Garnkörpers (21) die Umwickelzeit auf eine in die Spinnzentrifuge (8) eingeschobene Umspulhülse berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der berechneten Umwickelzeit die Wartezeit festgelegt wird, die bis zum Doffen des auf der Umspulhülse entstandenen Spinnkopses eingehalten werden muss.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 zum Betreiben einer Zentrifugenspinn- und zwirnmaschine (1) mit einer Vielzahl gleichartiger Spinnstellen (2), die jeweils eine einzelmotorisch angetriebene Spinnzentrifuge (8), ein bezüglich der Spinnzentrifuge (8) vertikal verschiebbar gelagertes Fadenführerrohr (7) sowie einen spinnstelleneigenen Rechner (14) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung des Aufbaus eines an der Innenwandung (20) der Spinnzentrifuge (8) einer Referenzspinnstelle (3) entstehenden Garnkörpers (21) eine an eine Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung (13) angeschlossene Sensoreinrichtung (17) vorgesehen ist, die wenigstens einen Garnkörperparameter ermittelt, dass die Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung (13) über ein Datenübermittlungssystem (16) wenigstens mit einer Zentralsteuereinheit (15) der Zentrifugenspinnmaschine (1) verbunden ist und dass entsprechend des Garnparameters die Maschinenparameter der "regulären" Spinnstelle (2), zum Beispiel die Changierung des Fadenführerrohres (7), einstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoreinrichtung (17) eine optische Sensoreinrichtung (22, 23) zur Anwendung kommt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnzentrifuge (8) der Referenzspinnstelle (3) als beidseitig offene Rohrzentrifuge gestaltet ist und als optische Sensoreinrichtung (17) eine lichtbandartig ausgebildete Laserlichtschranke (22) Verwendung findet, die über einen Sender (26) sowie einen beabstandet angeordneten Empfänger (27) verfügt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoreinrichtung (17) eine an die Datenermittlungs- und -auswerteeinrichtung (13) der Referenzspinnstelle (3) angeschlossene CCD-Kamera (23) ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Spinnstellen (2) einer Zentrifugenspinnmaschine (1) als Referenzspinnstelle (3) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspinnstelle (3) als separate Zentrifugenspinnstelle ausgebildet ist, die bei Bedarf über eine Schnittstelle an das Datenübermittlungssystem (16) einer Zentrifugenspinnmaschine (1) anschließbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspinnstelle (3) auch als "reguläre" Spinnstelle einsetzbar ist.