EP4361328A1 - Verfahren zum betrieb einer karde, karde und spinnereivorbereitungsanlage - Google Patents

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Publication number
EP4361328A1
EP4361328A1 EP22204503.1A EP22204503A EP4361328A1 EP 4361328 A1 EP4361328 A1 EP 4361328A1 EP 22204503 A EP22204503 A EP 22204503A EP 4361328 A1 EP4361328 A1 EP 4361328A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
card
drum
fiber
spinning preparation
operator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22204503.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yifei Song
Andreas Sobotka
Jürgen März
Martin Dovern
Guido Engels
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Truetzschler Group SE
Original Assignee
Truetzschler Group SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Truetzschler Group SE filed Critical Truetzschler Group SE
Priority to EP22204503.1A priority Critical patent/EP4361328A1/de
Priority to CN202310987523.9A priority patent/CN116971063A/zh
Publication of EP4361328A1 publication Critical patent/EP4361328A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G31/00—Warning or safety devices, e.g. automatic fault detectors, stop motions
    • D01G31/006—On-line measurement and recording of process and product parameters
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G15/00—Carding machines or accessories; Card clothing; Burr-crushing or removing arrangements associated with carding or other preliminary-treatment machines
    • D01G15/02—Carding machines
    • D01G15/12—Details
    • D01G15/36—Driving or speed control arrangements
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G15/00—Carding machines or accessories; Card clothing; Burr-crushing or removing arrangements associated with carding or other preliminary-treatment machines
    • D01G15/02—Carding machines
    • D01G15/08—Carding machines with flats or like members or endless card sheets operating in association with a main cylinder

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a carding machine, a carding machine and a spinning preparation plant according to the preamble of the independent patent claims.
  • nep When producing a yarn, the number of neps in the fiber sliver of the spinning preparation is a decisive quality criterion.
  • a nep is understood to be a collection of knotted fibers that arises during the cotton harvest, the ginning process and the mechanical cotton processing.
  • husk neps arise when a piece of a seed husk is connected to the fibers.
  • Fiber neps arise from a collection of short fibers that contract to form a knot or compaction after the carding process in the draw frame or flyer. Neps lead to an uneven color distribution in the yarn in the subsequent spinning process, which is undesirable.
  • fiber knots also lead to a yarn of inferior quality, in which individual defects have to be removed.
  • the term neps is used to summarize husk neps, short fiber collections and fiber knots.
  • the EP0409772A1 discloses a method for determining the number of neps at the exit of the card, whereby the pile of the fibers is measured at the same time. If the measured values deviate from the specified target values, an attempt is first made to improve the corresponding values by resetting the fine cleaning machine. If this is not successful, it is necessary to change the mixing ratios, which must be done by controlling the bale removal machine and ultimately also has an impact on the bale storage.
  • the individual variables of nep number and pile are measured, and a new card setting is made that is individually assigned to the individual variables of nep number and pile. A certain card setting can either reduce the number of neps or change the pile by using a different card setting.
  • control variable e.g. a card setting (carding speed, carding gap)
  • a significant reduction in the number of neps occurs, but at the same time a significant negative change in the pile occurs, or vice versa.
  • the known method assumes that an improvement in the two individual measured variables, namely the reduction in the number of neps and an improvement in the pile, which cannot be achieved on the card itself, but rather a change in the mixing ratios must be made.
  • the DE 19651893 B4 provides for the measured values for the number of neps and the measured values for the fiber length or shortening to be linked with one another, so that, in contrast to the known method, the greatest possible reduction in the number of neps and at the same time the least possible fiber damage (fiber shortening) is achieved.
  • the measured values for the number of neps and the fiber lengths are combined and used for control intervention. In this way, optimization is achieved in a particularly advantageous way.
  • the disadvantage is that a partial amount of fibers has to be manually removed from the carded fiber sliver, which makes the process complex. By the time the partial amount has been analyzed and the carding machine settings have been changed, too much fiber material, possibly of poor quality, has been produced.
  • the object of the invention is to further develop a method for operating a carding machine or a carding machine in such a way that the operator receives an optimal setting of the carding machine depending on the raw material, with which a minimum of neps and/or an energy-efficient mode of operation is possible.
  • neps covers the shell neps, the short fiber accumulations and the fiber knots.
  • the invention solves the problem by a method having the features specified in claim 1.
  • the card according to the invention is further improved by the features of claim 11.
  • the features of claim 16 relate to the design of a spinning preparation system with several cards.
  • the invention relates to a method for operating a carding machine in which fiber flocks are broken down into individual fibers, aligned and cleaned between a clothed rotating drum and stationary or rotating carding elements.
  • the resulting fiber web is transferred from the drum to a doffer and subsequently formed into a fiber sliver.
  • the invention includes the technical teaching that the raw material and a production quantity are entered into a card control with an operating unit by an operator and the card control determines the reference drum speed.
  • the operator can start an optimization program with which the operation of the card can be switched between a neps and/or energy-optimized mode of operation is possible.
  • the card control system carries out an automatic series of measurements in which several sensors detect the number of neps in the fiber web at different drum speeds over a predetermined period of time and at the same time the drive power of the card is determined, with the data from the sensors and the drive power determined being transmitted to a higher-level control system for spinning preparation. Based on this data, a mathematical algorithm within the higher-level control system suggests to the operator how the card should operate in different quality categories.
  • the operator can select whether he wants to operate the carding machine with nep optimization, energy optimization, or a mixture of both modes of operation.
  • the advantage of the process is that the higher-level control system can process a large amount of data from individual sensors using the mathematical algorithm.
  • the sensors' computers evaluate the image data in parallel for their respective track width and forward this to the higher-level control system of the carding machine, which then forwards it to the control system of the spinning preparation system.
  • the processing speed increases when a large amount of data is processed in parallel, and the carding machine is adjusted more quickly without too many fibers with an increased nep value being processed or the carding machine consuming too much energy.
  • the automatic series of measurements can only be carried out above or below this reference drum speed.
  • the series of measurements can only be carried out at speeds below the reference drum speed, since an increased drum speed leads to a further increase in temperature and the carding gap must be regulated back for this purpose.
  • the different drum speeds can be above and below the reference drum speed, so that the number of neps and the energy consumption are determined for different speed ranges around the reference drum speed.
  • the different drum speeds can be at equal drum speed intervals above and below the reference drum speed.
  • the equal intervals in the drum speeds increase the processing speed and the accuracy when evaluating the data, especially when only a small amount of data is available.
  • the measurement to determine the neps and drive power can be carried out several times at each drum speed, with the added duration (t) of the individual measurements giving the total time (T).
  • the number of neps in the card sliver or an energy-optimized mode of operation can be further improved by designing the card control to automatically adjust the carding gap when the card temperature varies. This means that at higher temperatures but the same card speed, the carding gap is kept constant even though the drum expands. By keeping the carding gap constant at different card temperatures, the minimum possible number of neps is always achieved regardless of the card temperature, regardless of the operating mode (energy-optimized or nep-optimized).
  • the optimization program can be started on the control of at least one card or the control of the spinning preparation plant.
  • the operator can manually confirm a selection of the quality category.
  • the operator's experience can prevent a false start, especially if the data basis was insufficient or if the data was incorrectly transmitted between the individual control units.
  • the result of the optimization program can be determined by the control system of the spinning preparation plant after selection of the quality category and confirmation by the operator, so that an automatic start in the selected operating mode takes place for all cards of the spinning preparation plant.
  • the card according to the invention has an inlet side for fiber flakes, wherein the card is designed to feed the fiber flakes to a rotating drum by means of at least one licker-in, wherein the fiber flakes are broken down to the individual fiber, aligned and cleaned between fixed carding elements and rotating flat bars and the drum, and the resulting fiber web can be transferred from the drum to a doffer, which is followed by a device for converting the fiber web into a fiber band.
  • the card has at least three sensors that are designed to detect the fiber web for neps or short fiber accumulations.
  • the card also has a control system with an operating device by means of which an operator can select, after entering a raw material and the production quantity, whether the card should start an optimization program with which the card should be operated in a nep-optimized and/or energy-optimized mode. If, from the operator's point of view, the raw material is of high quality and a low number of neps is to be expected in the card sliver produced, the operator can directly select the energy-optimized mode of operation so that the spinning preparation control system evaluates the data with a higher weighting for energy optimization.
  • the operator can directly select the nep-optimized mode of operation so that the spinning preparation control system evaluates the data with a higher weighting in terms of quality. If the operator has little experience or is not yet able to estimate the number of neps, he can start the optimization mode to get a neutral suggestion for an energy-optimized or nep-optimized operating mode. Alternatively, this selection can also be made in the spinning preparation control system.
  • At least one card starts a series of measurements in which, if the card settings and raw material remain unchanged, only the setting values are checked. If the raw material has changed, the card starts several series of measurements in which the at least three sensors detect the fiber web, for example on the doffer.
  • the sensors are designed to detect at least neps or short fiber accumulations in the fiber web based on a previous calibration and they transmit the data to the card control.
  • the card control simultaneously monitors the power consumption of the drives and transmits both sets of data to the higher-level control of the spinning preparation.
  • the sensors can be arranged in a fleece guide element that guides the fiber web between rollers.
  • the sensors can also be arranged anywhere else, provided that the flat fiber web between the drum and the web funnel is detected for neps.
  • the carding machine is designed to automatically adjust the carding gap. This allows the number of neps to be further reduced depending on the drum speed. At a lower drum speed, which is associated with lower energy consumption, the carding gap can be reduced via the automatic carding gap adjustment, which can reduce the number of neps.
  • the card is designed to determine the energy consumption at different speeds, it can be operated with an energy-optimized mode of operation, a nuisance-reduced mode of operation or with a mixture of both modes of operation.
  • the spinning preparation system has a control system and several cards, the control system being designed to process at least the data of one card, preferably several cards, using a mathematical algorithm, in a first step the data of the at least one card being clustered or categorized to generate quality categories and in a second step being further processed using a regression model, the result of the mathematical algorithm being transmitted to each card for setting a neps and/or energy-optimized setting.
  • the advantage of the mathematical algorithm lies in the grouping of the data into quality categories, which are subsequently assigned to an optimal drum speed using the regression model. The method delivers reliable results with a high degree of probability even with a small amount of data.
  • the data can be clearly assigned to the selected quality categories. If the operating mode is chosen beforehand based on knowledge of the quality of the raw material, this influences the weighting in the assignment of the data.
  • the first step of grouping or categorizing the data can be determined by a semi-supervised learning model called label propagation, which allows the system to train itself.
  • the classified data can be further processed by a regression model that is designed as a random forest regressor or a polynomial classifier or an artificial neural network.
  • the number of nits is assigned to a speed with optimized energy consumption.
  • the assignment according to these mathematical models delivers a good result with a high degree of probability even with a small amount of data.
  • control system can issue a visual or acoustic warning signal if the clustered or categorized data deviates from a specified reference. This allows incorrect settings on individual cards to be identified and subsequently corrected.
  • Fig.1 shows a card 100 according to the prior art, in which fiber flakes are guided via a shaft to a feed roller 1, a feed table 2, via at least one licker-in 3a, 3b, 3c, to the drum 4 or the tambour.
  • the fibers of the fiber flakes are parallelized and cleaned by means of fixed carding elements 13, suction hoods and separating knives and by means of rotating carding elements arranged on a revolving flat system 17, which are designed as flat bars 14.
  • the resulting fiber web 16 is then conveyed via a doffer 5, a doctor roller 6 and several squeezing rollers 7, 8 to a fleece guide element 9, which forms the fiber web with a web funnel 10 into a fiber band, which is transferred via take-off rollers 11, 12 to a subsequent processing machine or a can 15.
  • the adjustment of the flat bars 14 and the carding elements 13 to the drum 4 (carding gap) is carried out via sliding strips (not shown here), which can have wedge-shaped elements aligned against each other.
  • the card 100 is adjusted and operated using an operating unit 18, which can be designed as a monitor with an integrated input device.
  • the fleece guide element 20 is essentially formed by four sides 20a, 20c, 20d, 20e, which enclose a cavity 20f.
  • the front side 20a has at least partially a translucent element 20b, which is designed to enable the detection area or the field of view of a sensor 30 located in the cavity 20f to the fiber web 16 located in the clothing 5a of the doffer 5.
  • the translucent element 20b can be arranged only in the area of the viewing angle of a sensor 30, or extend as a continuous translucent element 20b at least partially or completely over the working width of the card 100.
  • the front side 20a of the fleece guide element 20 is thus aligned at a small distance from the surface of the doffer 5.
  • the concave upper side 20c of the fleece guide element 20 guides the fiber web 16 from the doctor roller 6 to the squeeze rollers 7, 8.
  • the sensor 30 detects the fiber web 16 that is still in the teeth of the set 5a of the pickup 5.
  • the fiber web 16 thus brushes against the almost vertically arranged front side 20a of the fleece guide element 20 and thus also continuously over the translucent element 20b, which thus becomes significantly less dirty than the horizontally arranged concave upper side 20c.
  • the translucent element was arranged in the horizontally arranged concave upper side 20c, which was not fully touched by the fiber web 16, which allowed dirt to settle. This results in a longer service life before the fleece guide element 20 or the translucent element 20b needs to be cleaned.
  • a single sensor 30 can be arranged so that it can move within the fleece guide element 20, or at least one sensor 30 is arranged in a fixed position. If several fixed sensors 30 are arranged within the fleece guide element, these can be arranged at a regular distance from one another.
  • the transparent element 20b can be designed as a glass or plastic pane, behind which a polarization filter 31 is arranged. The polarization filter 31 is therefore arranged between the transparent element 20b and the sensor 30.
  • the polarization filter 31 is designed for circular polarization, whereby the reflected rays of the sensor 30, which are reflected by a shiny surface, for example the metallic fitting 5a, are blocked out. The reflection of the rays on the matt fibers and Interference particles, however, remain visible to the sensor 30.
  • the sensor 30 thus only detects the fibers and the interference particles contained therein of the fiber pile 16 and can detect thick spots or fiber knots, neps, shell neps or even foreign parts via image analysis. For this purpose, white light is generated, which in combination with the polarization filter can be used to mask out the set 5a.
  • the polarization filter 31 is framed by a reference film 32, with which a white balance can be carried out.
  • the representation of the sensor 30 in the Figure 2a is only schematic.
  • Each sensor 30 is equipped with its own computer 35, which can immediately evaluate the recorded data.
  • the design of each sensor 30 with its own computer 35 results in parallel processing of the determined data, so that the determined values are available more quickly.
  • the sensor 30 can, for example, be designed as a CCD or CMOS sensor, with which individual images can be recorded.
  • a simple binary assignment of the data takes place in the computer 35.
  • a boundary condition for example, a certain size of a shell nit, or a certain size of a fiber nit or fiber knot can be defined, which is done by evaluating the image of the sensor data, either in the individual computer 35 of the sensors 30, or together in the control of the card 100, or together in the control 43 of the spinning preparation system.
  • the fleece guide element 20 For example, five sensors 30 are distributed within the fleece guide element 20, preferably evenly at a distance a across the working width A of the card. With a width of the drum 4 of, for example, 1280 mm, this results in a working width A of approximately 1180 mm, which is detected by five sensors, each with a detection width of 20 to 30 mm. In the evaluation of the card control, this results in a separate track for each sensor, which is detected. With fixed sensors 30, with a width of the drum 4 of 1000 mm, a minimum number of three sensors 30 within the fleece guide profile 20 has proven advantageous, with which the number of neps can be determined with sufficient accuracy.
  • the arrangement of five sensors 30 has proven to be optimal, with which the number of neps can be determined with very high accuracy.
  • the five sensors 30 are preferably arranged at the same distance a across the working width A of the card within the fleece guide element 20.
  • To detect the neps around 10,000 images must be taken via the sensors per A measured value is determined and evaluated.
  • a quantity of 100 meters of fiber web 16 passing through the doffer 5 is formed as a measured value, of which around 10,000 images are taken.
  • a band nib mean value with an error of 3% can be determined using the number of tracks, in this case with five sensors 30.
  • the error of the band nib mean value increases to 12%. If nine sensors are used ( Figure 3a ) 30, which are arranged at a distance b from one another, the error of the band nit mean value is reduced to 1%.
  • the use of a large number of sensors 30 not only increases the accuracy in determining the nits, but also shortens the time required to determine the measured value, since more images are recorded at the same time and the computers 35 process them in parallel. For example, the measuring time for three sensors 30 is approximately 40 seconds, for five sensors 30 approximately 30 seconds, and for nine sensors 30 approximately 15 seconds.
  • the data evaluation algorithm may need to be adapted. It can therefore be advantageous to arrange the sensors 30 at a greater or smaller distance from the center of the fiber web 16, since the detection of certain neps, thick spots or foreign parts can occur more frequently in the edge area (due to side flight) or in the center of the fiber web 16 (due to carding gap differences across the drum width) due to the specific card construction.
  • the sensors 30 are also to be used to detect foreign parts, all sensors 30 together must capture around 25,000,000 images. When using five sensors 30 in a fleece guide element 20, each sensor must therefore generate 5,000,000 images before a reliable statement can be made about the presence of foreign parts. A corresponding amount of fiber web must be detected, which means that the measurement process and evaluation takes around 18 hours. When using nine sensors 30, the measurement and evaluation time is still 10 hours, which means that the card production is at least processing a roving and must be destroyed if a serious error occurs.
  • the invention proposes to combine the data from the sensors 30 of at least one card 100, preferably at least two cards, in a control system 43 of the spinning preparation and to evaluate them together.
  • the cards can be operated in an energy-optimized manner with a maximum number of neps. This does not exclude the possibility that the sensors can also detect foreign parts and other undesirable components and that the upstream blowroom machines can be adjusted by the control system 43, as is the case in the EN 10 2019 115 138 A1 described.
  • Figure 4 shows a carding machine with a large number of cards 100, the machine control of which is connected to a higher-level control 43 of the spinning preparation.
  • the higher-level control 43 sums up the individual data from the sensors 30 from the individual cards 100 and evaluates them according to different criteria.
  • the evaluation can relate to the proportion of short fibers, or to foreign parts, or to the number of neps or knots, or to characteristics such as cloudiness, thin/thick spots or fiber orientation.
  • a display is designed to show different types of fiber, as well as foreign parts, neps or dirt particles.
  • an input module 44 which can be designed as a mobile input with a keyboard such as a laptop, tablet or smartphone, not only a predetermined waste quantity or separation rate can be entered, so that an optimization of the data can already take place within the control 43.
  • the optimization program can be started via this, after which the carding machine can be operated in a neps-optimized and/or energy-optimized manner.
  • the control system 43 transmits the new specifications with the optimized data to the control system of the individual cards, which can then be adjusted by the operator or automatically depending on the quality requirements and energy consumption.
  • the aim is to optimize the setting so that the required quality of the starting material (fiber ribbon formed from the fiber web) of the card is achieved and maintained.
  • the combination of the data from the sensors 30 from several cards 100 in the control system 43 shortens the time for capturing the required number of images and reduces the time for processing the data. This means that any faulty card production can be stopped early on before further processing begins in the subsequent spinning mill.
  • the combination of the data from the sensors 30 of at least two cards in the control system 43 results in another advantage. If the control system 43 determines that the measured values of the sensors 30 change simultaneously or in the same way in all cards, it can be assumed that this has a common cause, such as a change in the raw material, a change in one or more machines or blow room lines, or a common change in the processing conditions, such as the temperature or humidity in the spinning preparation. If, on the other hand, the change is only observed in one card, the cause is more likely to be found in the card itself. Comparing the measured values of at least two cards in the control system 43 can therefore be used to determine more precisely which machine needs to be intervened in order to achieve the desired quality.
  • a common cause such as a change in the raw material, a change in one or more machines or blow room lines, or a common change in the processing conditions, such as the temperature or humidity in the spinning preparation. If, on the other hand, the change is only observed in one card, the cause is more likely to be found in the card itself. Compar
  • the operator When starting the card, the operator enters the raw material and the desired production quantity into the control of each individual card 100 using an operating unit 18.
  • the production quantity in kg/h is also linked to the reference drum speed n R or drum speed, so that these alternatives can be regarded as equivalent inputs.
  • this information is stored in the card control, so that only the input varies.
  • the carding gap is entered or set either by the operator or by the control of the card 100. A larger carding gap must be set when the machine is cold if a higher drum speed is desired, since heat development then increases and the carding gap therefore changes more.
  • the larger carding gap is counterproductive to reducing neps.
  • the number of neps can be reduced, but fiber damage increases.
  • the carding gap can be determined automatically by entering the raw material. Although the operator also enters the production quantity into the control unit 18, the carding gap remains constant because it is adjusted to be narrower or wider via the temperature level on the drum 4.
  • the operator can start the optimization program according to the invention by means of the operating unit 18 on the card 100 or via the control 43 or the input module 44 of the spinning preparation system by operating the card 100 for a predetermined time window with a graduated deviation of the referenced drum speed n R up or down, starting from the referenced drum speed n R.
  • the aim is to determine the detected neps and the energy consumption at each drum speed, so that the operator can choose between a neps-optimized and/or energy-optimized operating mode.
  • n R 500 rpm for the duration T 1 , then with n R -10 rpm for the duration T 2 , then with n R -20 rpm for the duration T 3 , then with n R -30 rpm for the duration T 4 .
  • the process is then operated with the referenced drum speed n R +10 rpm for the duration T 5 , then with n R +20 rpm for the duration T 6 , then n R +30 rpm for the duration T 7 .
  • the duration T 1 ... T x for the respectively graduated operating mode of the card above and below the referenced drum speed depends on the size of the data determined by the sensors 30, but is the same for all measuring processes.
  • the speed differences to the referenced drum speed n R can occur at equal intervals, for example in steps of 10 or 20, or at different intervals and rows.
  • the operator can directly select the energy-optimized operating mode so that the spinning preparation control evaluates the data with a higher weighting for energy optimization.
  • the operator can directly select the nep-optimized operating mode so that the spinning preparation control evaluates the data with a higher weighting in terms of quality. If the operator has little experience or is not yet able to estimate the number of neps, he can start the optimization mode to receive a neutral suggestion for an energy-optimized or nep-optimized operating mode. Alternatively, this selection can also be made in the spinning preparation control.
  • Two data sets are used to determine the detected nits and the energy consumption.
  • One relates to the production-relevant data, which is determined by the sensors 30, among other things.
  • the other data set relates to the machine status data, in which the energy consumption is determined at a certain drum speed.
  • the current power of the drive is also determined. Both data sets are combined. Several measurement runs with an individual time or duration t 1 ... t x can be carried out for each duration T 1 to T x in order to determine the result with a high degree of certainty. If the raw material has been used unchanged for several hours, a single measurement run is sufficient for a check.
  • a control of the sensitivity can be carried out by manually evaluating a fiber band taken in a textile technology laboratory, so that due to this feedback the data from all sensors 30 are evaluated in the same way.
  • At least three fixed sensors 30 are used according to the invention, at least three data sets with a number of neps are obtained for each sensor 30 and measuring process, which are shown as an example over the working width in the following table. This means that for each measuring process 4.1 to 4.5, corresponding to the number of sensors 30 - here three sensors 30 - there are measured values for a partial width or track of the working width A, which are extrapolated to the entire working width A and thus to production.
  • the table shows that as the drum speed increases, energy consumption increases, but up to a certain point the number of detected neps also decreases, even though the carding gap remains unchanged. As the drum speed increases, which is given here as 520 rpm, for example, the number of detected neps can increase again.
  • the evaluation of the measured values is carried out in the control system 43 of the spinning preparation by a mathematical algorithm which runs as follows:
  • the measured values are evaluated by clustering the data.
  • Each cluster is assigned a quality category of high, medium or low.
  • the data of each cluster can be processed in a K-Means algorithm, whereby the drum speed is predicted by a regression model for each quality category.
  • the K-Means algorithm is used for cluster analysis of data, whereby a previously known number of k groups is formed from a set of similar objects.
  • the value k can be determined using the elbow method or the silhouette coefficient.
  • the elbow method a value for each k is calculated using the sum of the squared distances of the data points to their nearest cluster center, while the silhouette coefficient is calculated using the similarity between a data point and its own cluster in comparison to other clusters.
  • other methods can be used to categorize or cluster the data, such as fuzzy c-means algorithm or hierarchical cluster analysis.
  • the measured values can be summarized into quality categories using the semi-supervised learning model label propagation.
  • the user must set boundary conditions, so-called labels. These are predefined target variables that correspond to a designation of a class.
  • a boundary condition a small amount of data is labeled by the operator from experience by predefining or entering a small range of the number of nits for the respective quality category. These n labels are then propagated and in the end exactly n classes are created.
  • the data from both concepts can be further processed in the spinning preparation control system 43 using a regression model that determines or predicts the optimal drum speed for each quality category.
  • This can be a random forest regressor that delivers reliable results with a high degree of probability even with a small amount of data.
  • This is a tree algorithm that can be easily adapted to the number of decision nodes and the depth using its parameters.
  • a polynomial classifier or an artificial neural network could be used.
  • the control 43 of the spinning preparation is designed to transmit the measurement data of at least one card evaluated by means of an algorithm to the card 100, so that after selecting the desired quality level, it can be operated either with the lowest possible number of neps or in an energy-optimized manner.
  • the control of the card can automatically set the associated drum speed and operate in the desired operating mode, or display the suggested values to the operator on the control unit 18 and leave the selection to him with a confirmation button or by setting the card.
  • Table 3 Quality level Drum speed [n] Delivery speed [m/min] Power kW] Number of nits [1/g] High 510 350 11.8 75 Medium 490 350 11.2 108 Low 470 350 10.5 135
  • Table 3 shows a recommendation if the operator has not selected a nitrate or energy optimized mode of operation when starting the optimization mode.
  • the weighting factor in the K-Means method is changed and the recommended setting may look like Table 4: Table 4 Quality level Drum speed [n] Delivery speed [m/min] Power kW] Number of nits [1/g] High 520 350 12.0 68 Medium 500 350 11.5 92 Low 480 350 10.8 115
  • the weighting factor in the K-Means method is changed and the recommended setting can look like Table 5: Table 5 Quality level Drum speed [n] Delivery speed [m/min] Power kW] Number of nits [1/g] High 480 350 10.8 115 Medium 470 350 10.5 135 Low 450 350 10.3 263
  • the operator can select whether he wants to operate the card with the lowest possible number of neps or with an acceptable number of neps within specified limits at which the card's energy consumption is minimal.
  • the operator receives a suggestion from the control 43 of the spinning preparation system, which is displayed on the operating unit 18 and which only needs to be confirmed.
  • the control 43 of the spinning preparation system can be designed to intervene in the control of at least one card 100 and to automatically start the desired operating mode according to the operator's specifications. The operator then makes the selection at the level of the control 43 of the spinning preparation system.
  • Table 3 above can be displayed or represented graphically.
  • the values in Table 3 can also be displayed on the control 43 of the spinning preparation and from there at least one card 100 can be started automatically or manually. The same applies if the operator has directly selected a nep-optimized or energy-optimized operating mode and then either the data in Table 4 or Table 5 is displayed or represented graphically.
  • the test run on one card is sufficient to set all the other cards using the determined values via the control 43 of the spinning preparation.
  • the process is time-optimized, however, and runs faster with at least two cards, as more data can be processed in parallel.
  • the carding gap is kept at a constant value, regardless of the state of wear of the clothing, which only depends on the raw material and the temperature of the card.
  • worn clothing can increase the number of neps, but the optimized setting of the card recommended in Tables 3 to 5 also applies here.
  • a laboratory test of the card sliver showed a deviation of 1% to 3% for different quality levels compared to the data determined by the K-Means algorithm with Random Forest Regression.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Karde in einer Spinnereivorbereitungsanlage, bei dem Faserflocken zwischen einer garnierten drehenden Trommel (4) und feststehenden und umlaufenden Kardierelementen bis zur Einzelfaser aufgelöst, ausgerichtet und gereinigt werden und der dabei entstehende Faserflor von der Trommel (4) auf einen Abnehmer (5) übergeben und nachfolgend in ein Faserband umgeformt, aufweisend eine Kardensteuerung mit einer Bedieneinheit (18), und dass nach Eingabe eines Rohmaterials und einer Produktionsmenge durch einen Bediener die Kardensteuerung die Referenz-Trommeldrehzahl (n<sub>R</sub>) bestimmt.Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bediener ein Optimierungsprogramm startet, das eine Auswahl zwischen einer nissen- und/oder energieoptimierten Betriebsweise ermöglicht, wobei die Kardensteuerung eine automatische Messreihe durchführt, bei der mehrere Sensoren (30) bei unterschiedlichen Trommeldrehzahlen über eine jeweilige vorbestimmte Zeitdauer (T) die Anzahl der Nissen im Faserflor detektieren und gleichzeitig die Antriebsleistung der Karde bestimmt wird, wobei die Daten der Sensoren (30) und die dabei bestimmte Antriebsleistung an eine übergeordnete Steuerung (43) der Spinnereivorbereitung übermittelt werden, die anhand zumindest dieser Daten mittels eines mathematischen Algorithmus dem Bediener eine Betriebsweise der Karde in unterschiedlichen Qualitätskategorien vorschlägt.

Description

    Beschreibung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Karde, eine Karde und eine Spinnereivorbereitungsanlage nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
  • Bei der Herstellung eines Garns ist die Anzahl der Nissen im Faserband der Spinnereivorbereitung ein entscheidendes Qualitätskriterium. Als Nisse wird eine Ansammlung von verknoteten Fasern verstanden, die während der Baumwollernte, des Entkörnungsprozesses und der mechanischen Baumwollverarbeitung entsteht. Dabei wird zwischen Schalennissen und Fasernissen unterschieden. Schalennissen entstehen, wenn ein Stück von einer Samenschale mit den Fasern verbunden ist. Fasernissen entstehen durch eine Ansammlung von Kurzfasern, die sich nach dem Kardierprozess in der Strecke oder dem Flyer zu einer Verknotung oder Verdichtung zusammenziehen. Nissen führen im nachfolgenden Spinnprozess zu einer ungleichen Farbverteilung im Garn, was unerwünscht ist. Weiterhin führen Faserverknotungen ebenfalls zu einem qualitativ minderwertigen Garn, bei dem einzelne Störstellen entfernt werden müssen. Im Nachfolgenden werden unter dem Begriff Nisse die Schalennissen, die Kurzfaseransammlungen und die Faserverknotungen zusammengefasst.
  • Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, die Einstellung der Karde so zu ändern, dass die Anzahl der Nissen minimiert wird. Allerdings variieren die Einstellungen auch in Abhängigkeit des Rohmaterials, so dass der Bediener sehr erfahren sein muss, um ein optimales Ergebnis zu erreichen.
  • Die EP 0409772 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Nissenzahl am Ausgang der Karde, wobei gleichzeitig der Stapel der Fasern gemessen wird. Weichen die gemessenen Werte von den vorgegebenen Soll-Werten ab, so wird zunächst versucht, durch eine Neueinstellung der Feinreinigungsmaschine die entsprechenden Werte zu verbessern. Gelingt dies nicht, so ist es erforderlich, eine Veränderung der Mischverhältnisse vorzunehmen, was durch die Ansteuerung der Ballenabtragungsmaschine erfolgen muss und schließlich auch Auswirkungen auf das Ballenlager hat. Bei diesem Verfahren werden die Einzelgrößen Nissenzahl und Stapel gemessen, und es wird eine den Einzelgrößen Nissenzahl bzw. Stapel jeweils einzeln zugeordnete neue Kardeneinstellung vorgenommen. Durch eine bestimmte Kardeneinstellung kann einerseits entweder die Nissenzahl reduziert oder es kann andererseits durch eine andere Kardeneinstellung der Stapel verändert werden. Dabei kann es vorkommen, dass durch eine Änderung der Stellgröße, z. B. einer Kardeneinstellung (Kardiergeschwindigkeit, Kardierspalt), zwar eine deutliche Reduzierung der Nissenzahl, jedoch zugleich eine erhebliche negative Änderung des Stapels eintritt oder umgekehrt. Außerdem wird bei dem bekannten Verfahren davon ausgegangen, dass eine Verbesserung der beiden Einzelmessgrößen, nämlich die Reduzierung der Nissenzahl und eine Verbesserung des Stapels, die sich an der Karde selbst nicht erreichen lassen, vielmehr eine Veränderung der Mischverhältnisse vorzunehmen ist.
  • Die DE 19651893 B4 sieht vor, die Messwerte für die Nissenzahl und die Messwerte für die Faserlänge bzw. -kürzung miteinander zu verknüpfen, so dass im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren eine möglichst hohe Reduzierung der Nissenzahl und gleichzeitig eine möglichst geringe Faserschädigung (Faserkürzung) verwirklicht wird. Die Messwerte für die Nissenzahl und die Faserlängen werden kombiniert und für einen Regeleingriff herangezogen. Auf diese Art wird in besonders vorteilhafter Weise eine Optimierung erreicht. Nachteilig ist, dass dem kardierten Faserband eine Teilmenge an Fasern manuell entnommen werden muss, was den Prozess aufwendig macht. Bis die Teilmenge analysiert und die Einstellung der Karde geändert wurde, ist zu viel Fasermaterial mit ggfs. schlechter Qualität produziert worden.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Karde bzw. eine Karde dahingehend weiterzubilden, dass der Bediener in Abhängigkeit vom Rohmaterial eine optimale Einstellung der Karde erhält, mit der ein Minimum an Nissen und/oder eine energieeffiziente Betriebsweise möglich ist. Dabei werden unter dem Begriff Nisse die Schalennissen, die Kurzfaseransammlungen und die Faserverknotungen zusammengefasst.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Mit den Merkmalen von Anspruch 11 wird die erfindungsgemäße Karde weiter verbessert. Die Merkmale von Anspruch 16 betreffen die Ausbildung einer Spinnereivorbereitungsanlage mit mehreren Karden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Karde, bei dem Faserflocken zwischen einer garnierten drehenden Trommel und feststehenden oder umlaufenden Kardierelementen bis zur Einzelfaser aufgelöst, ausgerichtet und gereinigt werden. Der dabei entstehende Faserflor wird von der Trommel auf einen Abnehmer übergeben und nachfolgend in ein Faserband umgeformt.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass in eine Kardensteuerung mit einer Bedieneinheit durch einen Bediener das Rohmaterials und eine Produktionsmenge eingegeben wird und die Kardensteuerung die Referenz-Trommeldrehzahl bestimmt. Der Bediener kann ein Optimierungsprogramm starten, mit dem der Betrieb der Karde zwischen einer nissen- und/oder energieoptimierten Betriebsweise möglich ist. Dabei führt die Kardensteuerung eine automatische Messreihe durch, bei der mehrere Sensoren bei unterschiedlichen Trommeldrehzahlen über eine jeweilige vorbestimmte Zeitdauer die Anzahl der Nissen im Faserflor detektieren und gleichzeitig die Antriebsleistung der Karde bestimmt wird, wobei die Daten der Sensoren und die dabei bestimmte Antriebsleistung an eine übergeordnete Steuerung der Spinnereivorbereitung übermittelt werden. Anhand dieser Daten wird innerhalb der übergeordneten Steuerung mittels eines mathematischen Algorithmus dem Bediener eine Betriebsweise der Karde in unterschiedlichen Qualitätskategorien vorgeschlagen.
  • Der Bediener kann anhand von unterschiedlichen Qualitätskategorien auswählen, ob er die Karde nissenoptimiert, energieoptimiert oder mit einer Mischung aus beiden Betriebsweisen betreiben möchte. Der Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass die übergeordnete Steuerung mittels des mathematischen Algorithmus eine Vielzahl von Daten aus einzelnen Sensoren verarbeiten kann. Die Rechner der Sensoren hingegen werten die Bilddaten parallel für ihre jeweilige Spurbreite aus und leiten diese an die übergeordnete Steuerung der Karde und diese an die Steuerung der Spinnereivorbereitungsanlage weiter. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht sich in der parallelen Verarbeitung einer Vielzahl von Daten und die Einstellung der Karde erfolgt schneller, ohne dass zu viele Fasern mit erhöhtem Nissenwert verarbeitet werden oder dass die Karde zu viel Energie verbraucht. Sofern es technologisch sinnvoll ist und sich die Referenz-Trommeldrehzahl bereits an einem Grenzwert befindet, kann nur oberhalb oder nur unterhalb dieser Referenz-Trommeldrehzahl die automatische Messreihe durchgeführt werden. Beispielsweise bei hohen Betriebstemperaturen aufgrund des zu verarbeitenden Fasermaterials oder aufgrund von heißen und feuchten klimatischen Bedingungen in der Spinnerei kann es sinnvoll sein, die Messreihe nur mit Drehzahlen unterhalb der Referenz-Trommeldrehzahl durchzuführen, da eine erhöhte Trommeldrehzahl zu einer weiteren Temperaturerhöhung führt und hierzu der Kardierspalt zurück reguliert werden muss.
  • Alternativ können die unterschiedlichen Trommeldrehzahlen oberhalb und unterhalb der Referenz-Trommeldrehzahl liegen, so dass für verschiedene Drehzahlbereiche um die Referenz-Trommeldrehzahl die Anzahl der Nissen und der Energieverbrauch bestimmt werden.
  • Dabei können die unterschiedlichen Trommeldrehzahlen in gleichen Trommeldrehzahlabständen oberhalb und unterhalb der Referenz-Trommeldrehzahl liegen. Die gleichen Abstände in den Trommeldrehzahlen erhöht die Verarbeitungsgeschwindigkeit die Genauigkeit bei der Auswertung der Daten, insbesondere, wenn nur wenige Daten verfügbar sind.
  • Dadurch, dass die Zeitdauer für die Messung bei unterschiedlichen Trommeldrehzahlen gleich ist, kann ein vereinfachter mathematischer Algorithmus verwendet werden.
  • Erfolgt eine Speisung der Karden mit einem neuen Rohmaterial oder die Garnituren werden gewechselt oder es erfolgt eine andere Grundeinstellung der Karde, kann die Messung zur Bestimmung der Nissen und Antriebsleistung mehrfach bei jeder Trommeldrehzahl erfolgen, wobei eine aufaddierte Dauer (t) der einzelnen Messung die gesamte Zeitdauer (T) ergibt. Die Anzahl der Nissen im Kardenband oder eine energieoptimierte Betriebsweise kann weiter dadurch verbessert werden, indem die Steuerung der Karde ausgebildet ist, bei unterschiedlicher Temperatur der Karde den Kardierspalt automatisch einzustellen. Das heißt bei erhöhter Temperatur aber gleicher Drehzahl der Karde wird der Kardierspalt konstant gehalten, obwohl sich die Trommel ausdehnt. Durch den gleichbleibenden Kardierspalt bei unterschiedlicher Kardentemperatur wird unabhängig von der Betriebsweise (energie- oder nissenoptimiert) immer das mögliche Minimum an Nissen unabhängig von der Kardentemperatur erreicht.
  • Je nach Konfiguration der Kardensteuerung und der Steuerung der Spinnereivorbereitungsanlage kann der Start des Optimierungsprogrammes an der Steuerung der mindestens einen Karde oder der Steuerung der Spinnereivorbereitungsanlage erfolgen.
  • Dadurch, dass das Ergebnis des Optimierungsprogrammes von der Steuerung der Spinnereivorbereitungsanlage an die Bedieneinheit der mindestens einen Karde übermittelt wird, kann der Bediener manuell eine Auswahl der Qualitätskategorie bestätigen. Durch die Erfahrung des Bedieners kann hierdurch ein Fehlstart vermieden werden, insbesondere dann, wenn die Datengrundlage nicht ausreichend war oder eine fehlerhafte Übertragung der Daten zwischen den einzelnen Steuerungseinheiten erfolgt ist.
  • Alternativ kann das Ergebnis des Optimierungsprogrammes nach Auswahl der Qualitätskategorie und Bestätigung durch den Bediener durch die Steuerung der Spinnereivorbereitungsanlage erfolgen, so dass ein automatischer Start in der gewählten Betriebsweise für alle Karden der Spinnereivorbereitungsanlage erfolgt.
  • Dadurch, dass der Bediener mit dem Start des Optimierungsprogrammes direkt auswählen kann, ob die mindestens eine Karde nissenoptimiert oder energieoptimiert betrieben werden soll, erfolgt eine stärkere Gewichtung bei der Klassifizierung bzw. Clusterung der Daten im Hinblick auf die gewählte Betriebsweise.
  • Die erfindungsgemäße Karde weist eine Einlaufseite für Faserflocken auf, wobei die Karde ausgebildet ist, die Faserflocken mittels mindestens einem Vorreißer einer drehenden Trommel zuzuführen, wobei die Faserflocken zwischen Festkardierelementen und umlaufenden Deckelstäben und der Trommel bis zur Einzelfaser aufgelöst, ausgerichtet und gereinigt werden, und der dabei entstehende Faserflor von der Trommel auf einen Abnehmer übergebbar ist, dem eine Vorrichtung zur Umwandlung des Faserflors in ein Faserband nachgeordnet ist. Dabei weist die Karde mindestens drei Sensoren auf, die ausgebildet sind, den Faserflor auf Nissen oder Kurzfaseransammlungen zu detektieren. Weiterhin weist die Karde eine Steuerung mit einer Bedieneinrichtung auf, mittels der ein Bediener nach Eingabe eines Rohmaterials und der Produktionsmenge auswählen kann, ob die Karde ein Optimierungsprogramm starten soll, mit dem die Karde in einer nissenoptimierten und/oder energieoptimierten Betriebsweise betrieben werden soll. Ist aus Sicht des Bedieners das Rohmaterial von hoher Qualität und im erzeugten Kardenband eine geringe Nissenanzahl zu erwarten, kann der Bediener direkt die energieoptimierte Betriebsweise auswählen, so dass die Steuerung der Spinnereivorbereitung die Daten mit einer höheren Gewichtung für die Energieoptimierung auswertet. Der Bediener kann hingegen bei schlechtem oder staubbelastetem Rohmaterial direkt die nissenoptimierte Betriebsweise auswählen, so dass die Steuerung der Spinnereivorbereitung die Daten mit einer höheren Gewichtung in der Qualität auswertet. Hat der Bediener nur eine geringe Erfahrung oder kann die Anzahl der Nissen noch nicht abschätzen, kann er den Optimierungsmodus starten, um einen neutralen Vorschlag zu einer energieoptimierten oder nissenoptimierten Betriebsweise zu bekommen. Alternativ kann diese Auswahl auch in der Steuerung der Spinnereivorbereitung getroffen werden.
  • Mit dem Start des Optimierungsmodus startet die mindestens eine Karde mit einer Messreihe, bei der bei unveränderter Kardeneinstellung und unverändertem Rohmaterial nur eine Überprüfung der Einstellwerte erfolgt. Hat sich das Rohmaterial geändert, startet die Karde mehrere Messreihen, bei der die mindestens drei Sensoren den Faserflor, beispielsweise auf dem Abnehmer, detektieren. Die Sensoren sind ausgebildet, anhand einer vorherigen Kalibrierung im Faserflor zumindest Nissen oder Kurzfaseransammlungen zu detektieren und sie übermitteln die Daten an die Kardensteuerung. Die Kardensteuerung überwacht gleichzeitig parallel die Leistungsaufnahme der Antriebe und übermittelt beide Datensätze an die übergeordnete Steuerung der Spinnereivorbereitung.
  • Dabei können die Sensoren in einem Vliesleitelement angeordnet sein, das den Faserflor zwischen Walzen führt. Die Sensoren können aber auch an beliebiger anderer Stelle angeordnet sein, sofern der flächige Faserflor zwischen der Trommel und dem Flortrichter auf Nissen detektiert wird.
  • Vorzugsweise ist die Karde ausgebildet ist, den Kardierspalt automatisch einzustellen. Damit kann die Anzahl der Nissen in Abhängigkeit der Trommeldrehzahl weiter reduziert werden. Bei einer geringeren Trommeldrehzahl, die mit einem geringeren Energieverbrauch einhergeht, kann über die automatische Kardierspalteinstellung der Kardierspalt reduziert werden, wodurch die Anzahl der Nissen sinken kann.
  • Dadurch, dass die Karde ausgebildet ist, den Energieverbrauch bei unterschiedlichen Drehzahlen zu bestimmen, kann diese mit einer energieoptimierten Betriebsweise, einer nissenreduzierten Betriebsweise oder mit einer Mischung aus beiden Betriebsweisen betrieben werden.
  • Die erfindungsgemäße Spinnereivorbereitungsanlage weist eine Steuerung und mehrere Karden auf, wobei die Steuerung ausgebildet ist, zumindest die Daten einer Karde, vorzugsweise mehrerer Karden, mit einem mathematischen Algorithmus zu verarbeiten, wobei in einem ersten Schritt die Daten der mindestens einen Karde zur Erzeugung von Qualitätskategorien geclustert oder kategorisiert werden und in einem zweiten Schritt mit einem Regressionsmodel weiterverarbeitet werden, wobei das Ergebnis des mathematischen Algorithmus an jede Karde zur Einstellung einer nissen- und/oder energieoptimierten Einstellung übermittelt wird. Der Vorteil des mathematischen Algorithmus liegt in der Gruppierung der Daten in Qualitätskategorien, die nachfolgend durch das Regressionsmodel einer optimalen Trommeldrehzahl zugeordnet werden. Das Verfahren liefert auch bei einer kleinen Datenmenge sichere Ergebnisse mit einer hohen Wahrscheinlichkeit.
  • Dadurch, dass der erste Schritt der Clusterung durch einen K-Means-Algorithmus oder einen Fuzzy-c-Means-Algorithmus oder durch eine hierarchische Clusteranalyse bestimmt wird, lassen sich die Daten eindeutig den gewählten Qualitätskategorien zuordnen. Wird bereits vorher die Betriebsweise aufgrund der Kenntnis von der Qualität des Rohmaterials gewählt, wird dadurch die Gewichtung in der Zuordnung der Daten beeinflusst.
  • Alternativ kann der erste Schritt der Gruppierung bzw. der Kategorisierung der Daten durch ein teilüberwachtes Lernmodel Label Propagation bestimmt wird, wodurch sich das System selbst trainieren kann.
  • Im zweiten Schritt können die klassifizierten Daten durch ein Regressionsmodel weiter verarbeitet werden, das als ein Random-Forest-Regressor oder ein Polynomklassifikator oder ein künstliches neuronales Netz ausgebildet ist. Dabei erfolgt die Zuordnung der Anzahl der Nissen zu einer Drehzahl mit einem optimierten Energieverbrauch. Die Zuordnung nach diesen mathematischen Modellen liefert auch bei einer kleinen Datenmenge ein gutes Ergebnis mit hoher Wahrscheinlichkeit.
  • Werden die Daten mehrerer Karden in der Steuerung der Spinnereivorbereitungsanlage verarbeitet und im ersten Schritt miteinander vergleichen, so kann bei einer Abweichung der geclusterten oder kategorisierten Daten von einer vorgegebenen Referenz die Steuerung ein optisches oder akustisches Warnsignal ausgeben. Damit lassen sich fehlerhafte Einstellungen einzelner Karden erkennen und nachfolgend beheben.
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
    • Es zeigen:
    • Figur 1:
    eine schematische Seitenansicht einer Spinnereivorbereitungsmaschine in Form einer Karde, bei der die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt wird;
    Fig. 2
    eine vergrößerte Darstellung eines eingebauten Vliesleitelementes;
    Fig. 2a
    eine Detaildarstellung des Vliesleitelementes;
    Fig. 3
    ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung in einem Vliesleitelement;
    Fig. 3a
    ein zweites Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung in einem Vliesleitelement;
    Fig. 4
    eine Spinnereivorbereitungsanlage mit einer Anordnung mehrerer Karden mit einer Steuerung zum Zusammenfassen und Auswerten von Daten.
  • Fig. 1 zeigt eine Karde 100 nach dem Stand der Technik, bei der Faserflocken über einen Schacht zu einer Speisewalze 1, einem Speisetisch 2, über mindestens einen Vorreißer 3a, 3b, 3c, zu der Trommel 4 oder dem Tambour geleitet werden. Auf der Trommel 4 werden die Fasern der Faserflocken mittels feststehender Kardierelemente 13, Absaughauben und Ausscheidemesser und mittels an einem Wanderdeckelsystem 17 angeordneter umlaufender Kardierelemente, die als Deckelstäbe 14 ausgebildet sind, parallelisiert und gereinigt. Der entstehende Faserflor 16 wird nachfolgend über einen Abnehmer 5, eine Abstreichwalze 6 und mehrere Quetschwalzen 7, 8, zu einem Vliesleitelement 9 gefördert, der den Faserflor mit einem Flortrichter 10 zu einem Faserband umformt, das über Abzugswalzen 11, 12 an eine nachfolgende Verarbeitungsmaschine oder eine Kanne 15 übergeben wird. Die Einstellung der Deckelstäbe 14 und der Kardierelemente 13 zur Trommel 4 (Kardierspalt) erfolgt über hier nicht dargestellte Gleitleisten, die keilförmig gegeneinander ausgerichtete Elemente aufweisen können. Mittels einer Bedieneinheit 18, die aus einem Monitor mit einer integrierten Eingabevorrichtung ausgebildet sein kann, erfolgt die Einstellung und Bedienung der Karde 100.
  • In Figur 2 und 2a ist die beispielhafte Anordnung des Vliesleitelementes 20 zwischen dem Abnehmer 5, der Abstreichwalze 6 und einer Quetschwalze 7 dargestellt, bei dem der Faserflor 16 durch die Abstreichwalze 6 vom Abnehmer 5 abgenommen und entlang einer konkaven Oberseite 20c des Vliesleitelementes 20 zum Flortrichter 10 geführt wird.
  • Unabhängig von diesem Ausführungsbeispiel ist eine Integration der nachfolgend beschriebenen Sensoren 30 zur Erfassung von Nissen genau in diesem Vliesleitelement nicht notwendig. Wichtig ist die Ausrichtung der Sensoren 30 auf den flächigen Faserflor 16, irgendwo zwischen der Trommel 4 und dem Flortrichter 10, durch den der Faserflor 16 zu einem Faserband umgeformt wird.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird das Vliesleitelementes 20 im Wesentlichen durch vier Seiten 20a, 20c, 20d, 20e gebildet, die einen Hohlraum 20f umschließen. Die Vorderseite 20a weist zumindest teilweise ein lichtdurchlässiges Element 20b auf, das ausgebildet ist, den Erfassungsbereich bzw. den Sichtbereich eines im Hohlraum 20f befindlichen Sensors 30 auf den in der Garnitur 5a des Abnehmers 5 befindlichen Faserflor 16 zu ermöglichen. Das lichtdurchlässige Element 20b kann nur im Bereich des Sichtwinkels eines Sensors 30 angeordnet sein, oder sich als durchgehendes lichtdurchlässiges Element 20b zumindest teilweise oder vollständig über die Arbeitsbreite der Karde 100 erstrecken. Die Vorderseite 20a des Vliesleitelementes 20 ist damit in einem kleinen Abstand zur Oberfläche des Abnehmers 5 ausgerichtet. Die konkave Oberseite 20c des Vliesleitelementes 20 leitet den Faserflor 16 von der Abstreichwalze 6 zu den Quetschwalzen 7, 8. Ein Unterschied zum Stand der Technik liegt darin, dass der Sensor 30 den Faserflor 16 detektiert, der sich noch in den Zähnen der Garnitur 5a des Abnehmers 5 befindet. Der Faserflor 16 streift damit die annähernd senkrecht angeordnete Vorderseite 20a des Vliesleitelementes 20 und damit auch kontinuierlich über das lichtdurchlässige Element 20b, das damit deutlich weniger verschmutzt, als die waagerecht angeordnete konkave Oberseite 20c. Nach dem Stand der Technik war das lichtdurchlässige Element in der waagerecht angeordneten konkaven Oberseite 20c angeordnet, dass durch den Faserflor 16 nicht vollflächig berührt wurde, wodurch sich eine Verschmutzung ablagern konnte. Es ergibt sich damit eine längere Standzeit, bis das Vliesleitelement 20 bzw. das lichtdurchlässige Element 20b gereinigt werden muss. Innerhalb des Vliesleitelementes 20 kann ein einzelner Sensor 30 verfahrbar angeordnet, oder mindestens ein Sensor 30 ist ortsfest angeordnet. Bei Anordnung von mehreren ortsfesten Sensoren 30 innerhalb des Vliesleitelementes können diese in einem regelmäßigen Abstand zueinander angeordnet sein. Das lichtdurchlässige Element 20b kann als Glas- oder Kunststoffscheibe ausgebildet sein, hinter dem ein Polarisationsfilter 31 angeordnet ist. Der Polarisationsfilter 31 ist also zwischen dem lichtdurchlässigen Element 20b und dem Sensor 30 angeordnet. Der Polarisationsfilter 31 ist für eine zirkulare Polarisation ausgebildet, wodurch die reflektierenden Strahlen des Sensors 30, welche von einer glänzenden Oberfläche, beispielsweise der metallischen Garnitur 5a reflektiert werden, ausgeblendet werden. Die Reflexion der Strahlen an den matten Fasern und Störpartikeln bleiben hingegen für den Sensor 30 sichtbar. Der Sensor 30 erfasst damit nur die Fasern und darin enthaltenen Störpartikel des Faserflors 16 und kann über die Bildauswertung Dickstellen bzw. Faserverknotungen, Nissen, Schalennissen oder auch Fremdteile erkennen. Hierzu wird Weißlicht erzeugt, mit dem in Kombination mit dem Polarisationsfilter die Garnitur 5a ausgeblendet werden kann. Innerhalb des Vliesleitelementes 20 wird der Polarisationsfilter 31 von einer Referenzfolie 32 umrahmt, mit der ein Weißabgleich durchgeführt werden kann. Die Darstellung des Sensors 30 in der Figur 2a ist nur schematisch.
  • Jeder Sensor 30 ist mit einem eigenen Rechner 35 ausgestattet, der die erfassten Daten sofort auswerten kann. Die Ausbildung jedes Sensors 30 mit einem eigenen Rechner 35 bewirkt eine Parallelverarbeitung der ermittelten Daten, so dass die ermittelten Werte schneller zur Verfügung stehen. Der Sensor 30 kann beispielsweise als CCD- oder CMOS-Sensor ausgebildet sein, mit der sich einzelne Bilder erfassen lassen. Es erfolgt eine einfache binäre Zuordnung der Daten im Rechner 35. Als Randbedingung kann beispielsweise eine bestimmte Größe einer Schalennisse, oder eine bestimmte Größe einer Fasernisse bzw. Faserverknotung definiert werden, was durch die Bildauswertung der Sensordaten, entweder im einzelnen Rechner 35 der Sensoren 30 erfolgt, oder zusammen in der Steuerung der Karde 100, oder zusammen in der Steuerung 43 der Spinnereivorbereitungsanlage. Es erfolgt damit im klassischen Sinn der Messtechnik eine Kalibrierung der Empfindlichkeit der Messdaten. Die Auswertung der Daten in den jeweiligen Rechnern 35 der Sensoren 30 ermöglicht aufgrund der Parallelverarbeitung eine schnellere Datenverarbeitung. Die ausgewerteten Daten werden von den Rechnern 35 über die Steuerung der Karde an die Steuerung 43 der Spinnereivorbereitungsanlage zur Kategorisierung oder Clusterung und Weiterverarbeitung geleitet.
  • In Figur 3 sind innerhalb des Vliesleitelementes 20 beispielsweise fünf Sensoren 30 vorzugsweise gleichmäßig im Abstand a über die Arbeitsbreite A der Karde verteilt. Bei einer Breite der Trommel 4 von beispielsweise 1280 mm ergibt sich eine Arbeitsbreite A von ca. 1180 mm, die von fünf Sensoren mit jeweils einer Erfassungsbreite von 20 bis 30 mm detektiert wird. In der Auswertung der Steuerung der Karde ergeben sich damit für jeden Sensor eine eigene Spur, die detektiert wird. Bei feststehenden Sensoren 30 hat sich bei einer Breite der Trommel 4 von 1000 mm eine Mindestanzahl von drei Sensoren 30 innerhalb des Vliesleitprofiles 20 als vorteilhaft ergeben, mit denen eine hinreichende Genauigkeit zur Nissenzahl ermittelt werden kann. Im Hinblick auf die Kosten der Sensoren 30 und die Breite der Trommel 4 hat sich die Anordnung von fünf Sensoren 30 als optimal erwiesen, mit denen mit sehr hoher Genauigkeit die Nissenzahl ermittelt werden kann. Die fünf Sensoren 30 sind vorzugsweise mit gleichem Abstand a über die Arbeitsbreite A der Karde innerhalb des Vliesleitelementes 20 ortsfest angeordnet. Zur Erfassung der Nissen müssen rund 10.000 Bilder über die Sensoren pro Messwert ermittelt und ausgewertet werden. Als ein Messwert wird bei einer Kardenproduktion von beispielsweise 80kg/h eine auf dem Abnehmer 5 durchlaufende Menge an Faserflor 16 von 100 Metern gebildet, von dem rund 10.000 Bilder ermittelt werden. Bei ungleichmäßiger Breitenverteilung kann über die Anzahl der Spuren, in diesem Fall mit fünf Sensoren 30, ein Bandnissenmittelwert mit einem Fehler von 3 % ermittelt werden. Bei Verwendung von nur drei Sensoren 30 erhöht sich der Fehler des Bandnissenmittelwertes auf 12 %. Bei Verwendung von neun Sensoren (Figur 3a) 30, die in einem Abstand b zueinander angeordnet sind, verringert sich der Fehler des Bandnissenmittelwertes auf 1 %. Die Verwendung einer hohen Anzahl von Sensoren 30 erhöht nicht nur die Genauigkeit bei der Ermittlung der Nissen, sondern verkürzt auch die Zeit zur Bestimmung des Messwertes, da mehr Bilder gleichzeitig erfasst werden und die Rechner 35 diese gleichzeitig parallel verarbeiten. Beispielsweise beträgt die Messzeit bei drei Sensoren 30 ca. 40 Sekunden, bei fünf Sensoren 30 ca. 30 Sekunden und bei neun Sensoren 30 ca. 15 Sekunden. Aufgrund des begrenzten Bauraumes innerhalb des Vliesleitelementes 20 bei einer Trommelbreite von 1000 mm bis 1500 mm hat sich die Anordnung von drei bis neun ortsfest angeordneten Sensoren zur Bestimmung der Nissen als optimal herausgestellt. Zum einen steht über die Arbeitsbreite A ein ausreichender Bauraum zur Verteilung der Sensoren 30 zur Verfügung, zum anderen ist eine ausreichende Genauigkeit in Kombination mit einer Messgeschwindigkeit gewährleistet, und letztendlich halten sich die Kosten im bezahlbaren Rahmen.
  • Auch wenn in diesem Ausführungsbeispiel nur ein gleichmäßiger Abstand a, b der Sensoren 30 zueinander dargestellt ist, kann dieser auch ungleichmäßig ausgebildet sein. Dann muss ggfs. der Auswertealgorithmus der Daten angepasst werden. Es kann daher vorteilhaft sein, die Sensoren 30 von der Mitte des Faserflors 16 in einem größeren oder kleineren Abstand zueinander anzuordnen, da die Erfassung von bestimmten Nissen, Dickstellen oder Fremdteilen aufgrund der spezifischer Kardenkonstruktion vermehrt im Randbereich (wegen Seitenflug) oder in der Mitte des Faserflors 16 (wegen Kardierspaltunterschiede über die Trommelbreite) auftreten kann.
  • Sollen die Sensoren 30 auch zur Erfassung von Fremdteilen genutzt werden, müssen alle Sensoren 30 zusammen rund 25.000.000 Bilder ermitteln. Bei der Verwendung von fünf Sensoren 30 in einem Vliesleitelement 20 muss demzufolge jeder Sensor 5.000.000 Bilder erzeugen, bis eine zuverlässige Aussage zu dem Vorhandensein von Fremdteilen möglich ist. Eine entsprechende Menge Faserflor muss damit detektiert werden, wodurch sich der Messvorgang mit der Auswertung auf rund 18 Stunden hinzieht. Bei Verwendung von neun Sensoren 30 ergibt sich eine Mess- und Auswertezeit von immer noch 10 Stunden, was bedeutet, dass sich die Kardenproduktion zumindest in der Verarbeitung eines Vorgarnes befindet und beim Auftreten eines gravierenden Fehlers vernichtet werden muss.
  • Um diesen Prozess zu verkürzen, schlägt die Erfindung vor, die Daten der Sensoren 30 von mindestens einer Karde 100, vorzugsweise mindestens zwei Karden, in einer Steuerung 43 der Spinnereivorbereitung zusammenzufassen und gemeinsam auszuwerten. Im Gegensatz zur DE 10 2019 115 138 A1 ist es hier Ziel der Erfindung, eine genaue Anzahl der Nissen (= Schalennissen, Kurzfaseransammlungen und Faserverknotungen) zu detektieren und damit alle Karden der Karderie optimal einzustellen. Alternativ oder ergänzend können die Karden bei einer maximalen Anzahl von Nissen energieoptimiert betrieben werden. Das schließt nicht aus, dass mit den Sensoren weiterhin auch Fremdteile und andere unerwünschte Bestandteile detektiert und die vorgelagerte Putzereimaschinen durch die Steuerung 43 eingestellt werden können, wie dies in der DE 10 2019 115 138 A1 beschrieben ist.
  • Figur 4 zeigt eine Karderie mit einer Vielzahl von Karden 100, deren Maschinensteuerung mit einer übergeordneten Steuerung 43 der Spinnereivorbereitung verbunden ist. Die übergeordnete Steuerung 43 summiert die einzelnen Daten der Sensoren 30 aus den einzelnen Karden 100 auf und wertet diese nach unterschiedlichen Kriterien aus. Die Auswertung kann sich auf den Anteil der Kurzfasern beziehen, oder auf Fremdteile, oder auf die Zahl der Nissen oder Knoten oder auf Kennwerte wie Wolkigkeit, Dünn-/Dickstellen oder Faserorientierung. Eine Anzeige ist ausgebildet, unterschiedliche Faserarten darzustellen, ebenso wie beispielsweise Fremdteile, Nissen oder Schmutzpartikel. Über ein Eingabemodul 44, das als mobile Eingabe mit einer Tastatur wie ein Laptop, Tablett oder Smartphone ausgebildet sein kann, kann nicht nur eine vorgegebene Abfallmenge oder Ausscheiderate eingegeben werden, so dass innerhalb der Steuerung 43 bereits eine Optimierung der Daten erfolgen kann. Hierüber kann das Optimierungsprogramm gestartet werden, nach deren Abschluss die Karde nissenoptimiert und/oder energieoptimiert betrieben werden kann.
  • Die Steuerung 43 übermittelt die neuen Vorgaben mit den optimierten Daten an die Steuerung der einzelnen Karden, die dadurch je nach Qualitätsanforderung und Energieverbrauch entsprechend durch den Bediener oder automatisch eingestellt werden können. Ziel ist die Optimierung der Einstellung, so dass die geforderte Qualität des Ausgangsmaterials (Faserband, das aus dem Faserflor gebildet wird) der Karde erreicht und gehalten wird.
  • Die Zusammenfassung der Daten der Sensoren 30 aus mehrerer Karden 100 in der Steuerung 43 verkürzt die Zeit zur Erfassung der erforderlichen Bildmenge und reduziert die Zeit zur Verarbeitung der Daten. Damit kann eine mögliche fehlerbehaftete Kardenproduktion so frühzeitig zurückgehalten werden, bevor die Weiterverarbeitung in der nachfolgenden Spinnerei beginnt.
  • Die Zusammenfassung der Daten aus den Sensoren 30 von mindestens zwei Karden in der Steuerung 43 ergibt noch einen weiteren Vorteil. Stellt die Steuerung 43 fest, dass sich die Messwerte der Sensoren 30 gleichzeitig oder gleichartig in allen Karden verändern, so kann davon ausgegangen werden, dass dies eine gemeinsame Ursache hat wie etwa eine Veränderung im Rohstoff, eine Veränderung an einer oder mehreren Maschinen oder Putzereilinien oder eine gemeinsame Veränderung der Verarbeitungsbedingungen wie z.B. der Temperatur oder Feuchtigkeit in der Spinnereivorbereitung. Ist die Veränderung dagegen nur an einer Karde zu beobachten, so findet man die Ursache eher an der Karde selbst. Der Vergleich der Messwerte von mindestens zwei Karden in der Steuerung 43 kann also dazu dienen, genauer zu ermitteln, an welcher Maschine eingegriffen werden muss, um die gewünschte Qualität zu erreichen.
  • Beim Start der Karde gibt der Bediener das Rohmaterial und die gewünschte Produktionsmenge mittels einer Bedieneinheit 18 in die Steuerung jeder einzelnen Karde 100 ein. Mit der Produktionsmenge in kg/h ist gleichzeitig die Referenz Trommeldrehzahl nR oder Trommelgeschwindigkeit verbunden, so dass diese Alternativen als gleichwertig Eingaben anzusehen sind. Diese sind jedoch von Kardentyp zu Kardentyp unterschiedlich, da je nach Kardentyp der Trommeldurchmesser und die Arbeitsbreite variieren kann. Diese Angaben sind nach heutigem Stand der Technik aber in der Steuerung der Karde hinterlegt, so dass nur die Eingabe variiert. Danach wird bei gleicher Produktionsmenge entweder durch den Bediener oder durch die Steuerung der Karde 100 der Kardierspalt eingegeben oder eingestellt. Ein größerer Kardierspalt muss bei kalter Maschine eingestellt werden, wenn eine höhere Trommeldrehzahl angestrebt wird, da dann die Wärmeentwicklung zunimmt und sich der Kardierspalt dadurch stärker ändert. Der größere Kardierspalt ist aber kontraproduktiv zur Reduzierung der Nissen. Mit einem kleineren Kardierspalt lässt sich daher die Anzahl der Nissen reduzieren, die Faserschädigung nimmt aber zu. Bei einer automatischen Kardierspalteinstellung kann der Kardierspalt durch Eingabe des Rohmaterials automatisch bestimmt werden. Zwar gibt der Bediener auch die Produktionsmenge mit in die Bedieneinheit 18 ein, der Kardierspalt bleibt aber konstant, da er über das Temperaturniveau an der Trommel 4 enger oder weiter eingestellt wird.
  • Mittels der Bedieneinheit 18 an der Karde 100 oder über die Steuerung 43 bzw. das Eingabemodul 44 der Spinnereivorbereitungsanlage kann das erfindungsgemäße Optimierungsprogramm durch den Bediener gestartet werden, indem ausgehend von der referenzierten Trommeldrehzahl nR die Karde 100 für ein vorgegebenes Zeitfenster mit einer abgestuften Abweichung der referenzierten Trommeldrehzahl nR nach oben oder unten betrieben wird. Ziel ist es, bei jeder Trommeldrehzahl die detektierten Nissen und den Energieverbrauch zu ermitteln, so dass der Bediener zwischen einer nissenoptimierten und/oder energieoptimierten Betriebsweise wählen kann. Beispielsweise wird gestartet mit der referenzierten Trommeldrehzahl nR = 500 U/min für die Dauer T1, dann mit nR -10U/min für die Dauer T2, weiter mit nR -20U/min für die Dauer T3, dann mit nR -30U/min für die Dauer T4. Das Verfahren wird dann mit der referenzierten Trommeldrehzahl nR +10U/min für die Dauer T5, weiter mit nR +20U/min für die Dauer T6, dann nR +30U/min für die Dauer T7, betrieben. Die Dauer T1 ... Tx für die jeweils abgestufte Fahrweise der Karde oberhalb und unterhalb der referenzierten Trommeldrehzahl hängt von der Größe der ermittelten Daten durch die Sensoren 30 ab, ist aber für alle Messvorgänge gleich. Die Drehzahlunterschiede zur referenzierten Trommeldrehzahl nR können in gleichen Abständen erfolgen, beispielsweise in 10er- oder 20er-Schritten, oder in unterschiedlichen Abständen und Reihen erfolgen.
  • Ist aus Sicht des Bedieners das Rohmaterial von hoher Qualität und im erzeugten Kardenband eine geringe Nissenanzahl zu erwarten, kann der Bediener direkt die energieoptimierte Betriebsweise auswählen, so dass die Steuerung der Spinnereivorbereitung die Daten mit einer höheren Gewichtung für die Energieoptimierung auswertet. Der Bediener kann hingegen bei schlechtem oder staubbelastetem Rohmaterial direkt die nissenoptimierte Betriebsweise auswählen, so dass die Steuerung der Spinnereivorbereitung die Daten mit einer höheren Gewichtung in der Qualität auswertet. Hat der Bediener nur eine geringe Erfahrung oder kann die Anzahl der Nissen noch nicht abschätzen, kann er den Optimierungsmodus starten, um einen neutralen Vorschlag zu einer energieoptimierten oder nissenoptimierten Betriebsweise zu bekommen. Alternativ kann diese Auswahl auch in der Steuerung der Spinnereivorbereitung getroffen werden.
  • Für die Ermittlung der detektierten Nissen und des Energieverbrauchs werden zwei Datensätze genutzt. Der eine betrifft die produktionsrelevanten Daten, die unter anderem durch die Sensoren 30 ermittelt werden. Der andere Datensatz betrifft die maschinellen Zustandsdaten, bei denen bei einer bestimmten Trommeldrehzahl der Energieverbrauch bestimmt wird. Zu jedem Messdurchlauf zur Ermittlung der Nissenanzahl wird auch die aktuelle Leistung des Antriebes ermittelt. Beide Datensätze werden zusammengefasst. Dabei können mehrere Messdurchläufe mit einer Einzelzeit bzw. Dauer t1 ... tx für jede Dauer T1 bis Tx durchgeführt werden, um das Ergebnis mit einer hohen Sicherheit zu ermitteln. Wird das Rohmaterial unverändert schon über mehrere Stunden verwendet, reicht für eine Kontrolle ein einziger Messdurchlauf. Wird ein neues Rohmaterial verwendet oder eine andere Maschineneinstellung hat sich verändert, ist ein mehrfacher Messdurchlauf mit gleicher Trommeldrehzahl sinnvoll. Beispielsweise kann bei einer Trommeldrehzahl von nR = 500 U/min für die Dauer T1 = 30 min mit fünf Messdurchläufen gestartet werden, die jeweils t=6 Minuten dauern. Selbstverständlich setzt das eine Kalibrierung der Empfindlichkeit der Sensoren 30 voraus, ab welcher Größe einer Kurzfaseransammlung bzw. Nisse ein Messwert gezählt wird. Eine Kontrolle der Empfindlichkeit kann durch die manuelle Auswertung eines entnommenen Faserbandes in einem textiltechnischen Labor erfolgen, so dass aufgrund dieser Rückkopplung die Daten aller Sensoren 30 gleich ausgewertet werden. Da erfindungsgemäß mindestens drei feststehende Sensoren 30 verwendet werden, ergeben sich pro Sensor 30 und Messvorgang mindestens drei Datensätze mit einer Anzahl von Nissen, die über die Arbeitsbreite beispielhaft in der nachfolgenden Tabelle dargestellt werden. Damit liegen für jeden Messvorgang 4.1 bis 4.5 entsprechend der Anzahl der Sensoren 30 - hier drei Sensoren 30 - Messwerte für eine Teilbreite oder Spur der Arbeitsbreite A vor, die auf die gesamte Arbeitsbreite A und damit die Produktion hochgerechnet wird. Tabelle 1
    Nr. Dauer t [min] Trommeldrehzahl [n] Liefergeschwindigkeit [m/min] Leistung [kW] Anzahl Nissen [1/g]
    4.1 6 500 350 11,5 93
    4.2 6 500 350 11,2 92
    4.3 6 500 350 11,4 98
    4.4 6 500 350 11,5 95
    4.5 6 500 350 11,8 97
  • Diese mehrfachen Messdurchläufe nach Tabelle 1 werden in gleicher Anzahl für jede Trommeldrehzahl durchgeführt. Eine Auswertung aller Messdurchläufe für die jeweilige Trommeldrehzahl erfolgt beispielsweise nach dem Clustering oder einer Kategorisierung der Messwerte bzw. Daten, wobei die Messwerte 4.1 bis 4.5 in der nachfolgenden Tabelle 2 unter Messwert Nr. 4 zusammengefasst wurden. Die Dauer T und t aller einzelnen Messungen ist dabei gleich. Die hier verwendete Dauer oder Zeit T für jeden Drehzahlbereich entspricht der Summer der einzelnen Messdauer t. Tabelle 2
    Nr. Dauer T [min] Trommeldrehzahl [n] Liefergeschwindigkeit [m/min] Leistung [kW] Anzahl Nissen [1/g]
    1 30 470 350 10,5 156
    2 30 480 350 10,8 130
    3 30 490 350 11,2 112
    4 30 500 350 11,5 95
    5 30 510 350 11,8 75
    6 30 520 350 12,1 79
    n 30 530 350 12,5 87
  • Die Tabelle lässt erkennen, dass mit steigender Trommeldrehzahl der Energieverbrauch ansteigt, bis zu einem gewissen Punkt aber auch die Anzahl der detektierten Nissen abnimmt, obwohl der Kardierspalt unverändert ist. Ab einer zunehmenden Trommeldrehzahl, die hier beispielsweise mit 520 U/min angegeben wird, kann sich die Anzahl der detektierten Nissen wieder erhöhen.
  • Die Auswertung der Messwerte erfolgt in der Steuerung 43 der Spinnereivorbereitung durch einen mathematischen Algorithmus, der wie folgt abläuft:
    Die Auswertung der Messwerte erfolgt durch ein Clustering der Daten. Jedem Cluster wird eine Qualitätskategorie hoch, mittel oder niedrig zugeordnet. Die Daten jedes Clusters können in einem K-Means-Algorithmus verarbeitet werden, wobei die Trommeldrehzahl durch ein Regressionsmodell für jede Qualitätskategorie vorhergesagt wird. Der K-Means-Algorithmus wird zur Clusteranalyse von Daten verwendet, wobei aus einer Menge von ähnlichen Objekten eine vorher bekannte Anzahl von k Gruppen gebildet wird. Der Wert für k entspricht der Anzahl der Qualitätskategorien, die zwischen 1 und X liegen kann, also auch 5 oder 10 Kategorien umfassen kann. In diesem Ausführungsbeispiel wurde für k=3 gewählt für die drei Qualitätskategorien hoch, mittel und niedrig. Dabei kann der Wert k mittels der Ellbogenmethode oder durch den Silhouettenkoeffizient bestimmt werden. Bei der Ellbogenmethode wird damit ein Wert für jedes k durch die Summe der quadratischen Abstände der Datenpunkte zu ihrem nächstliegenden Clusterzentrum berechnet, während der Silhuettenkoeffizient durch die Ähnlichkeit zwischen einem Datenpunkt und seinem eigenen Cluster im Vergleich zu anderen Clustern berechnet wird. Alternativ zum K-Means-Algorithmus können auch andere Verfahren zur Kategorisierung oder Clusterung der Daten verwendet werden, beispielsweise Fuzzy-c-Means-Algorithmus oder Hierarchische Clusteranalyse.
  • Alternativ können die Messwerte mittels des teilüberwachten Lernmodells Label Propagation zu Qualitätskategorien zusammengefasst werden. Hierzu muss der Benutzer Randbedingungen setzen, sogenannte Labels. Darunter sind vordefinierte Zielvariablen zu verstehen, die einer Bezeichnung eine Klasse entspricht. Als Randbedingung wird eine kleine Menge der Daten vom Bediener aus Erfahrung gekennzeichnet, indem er einen kleinen Bereich der Nissenanzahl für die jeweilige Qualitätskategorie vordefiniert bzw. eingibt. Diese n Labels werden dann propagiert und am Ende entstehen genau n Klassen.
  • Die Daten beider Konzepte können in der Steuerung 43 der Spinnereivorbereitung mit einem Regressionsmodell weiterverarbeitet werden, mit dem für jede Qualitätskategorie die optimale Trommeldrehzahl ermittelt bzw. vorhergesagt wird. Dies kann ein Random-Forest-Regressor sein, der auch bei einer kleinen Datenmenge sichere Ergebnisse mit einer hohen Wahrscheinlichkeit liefert. Dabei handelt es sich um einen Baumalgorithmus, der sich mit seinen Parametern sehr gut in der Anzahl der Entscheidungsknoten und der Tiefe anpassen lässt. Alternativ könnte auch ein Polynomklassifikator oder ein künstliches neuronales Netz verwendet werden.
  • Im Ergebnis ist die Steuerung 43 der Spinnereivorbereitung ausgebildet, an die Karde 100 die mittels Algorithmus ausgewerteten Messdaten der mindestens einen Karde zu übermitteln, so dass diese nach Wahl der gewünschten Qualitätsstufe entweder mit geringstmöglicher Anzahl an Nissen oder energieoptimiert betrieben werden kann. Die Steuerung der Karde kann die damit verbundene Trommeldrehzahl automatisch einstellen und dabei in der gewünschten Betriebsweise betrieben werden, oder die vorgeschlagenen Werte dem Bediener auf der Bedieneinheit 18 anzeigen und ihm die Auswahl mit einer Bestätigungstaste oder über die Einstellung der Karde überlassen. Die über das Auswertemodell ermittelten Daten für die nachfolgenden Qualitätsstufen müssen dabei nicht mit den tatsächlichen Messwerten übereinstimmen, sondern sind eine Korrelation der ermittelten Daten: Tabelle 3
    Qualitätsstufe Trommeldrehzahl [n] Liefergeschwindigkeit [m/min] Leistung [kW] Anzahl Nissen [1/g]
    Hoch 510 350 11,8 75
    Mittel 490 350 11,2 108
    Niedrig 470 350 10,5 135
    Tabelle 3 zeigt eine Empfehlung, wenn der Bediener keine nissen- oder energieoptimierte Betriebsweise mit Beginn des Optimierungsmodus ausgewählt hat.
  • Hat der Bediener beispielsweise eine nissenoptimierte Einstellung ausgewählt, wird der Gewichtungsfaktor beim K-Means-Verfahren geändert und die empfohlene Einstellung kann wie in Tabelle 4 aussehen: Tabelle 4
    Qualitätsstufe Trommeldrehzahl [n] Liefergeschwindigkeit [m/min] Leistung [kW] Anzahl Nissen [1/g]
    Hoch 520 350 12,0 68
    Mittel 500 350 11,5 92
    Niedrig 480 350 10,8 115
  • Bei einer energieoptimierten Einstellung bzw. Auswahl durch den Bediener, wird der Gewichtungsfaktor beim K-Means-Verfahren geändert und die empfohlene Einstellung kann wie in Tabelle 5 aussehen: Tabelle 5
    Qualitätsstufe Trommeldrehzahl [n] Liefergeschwindigkeit [m/min] Leistung [kW] Anzahl Nissen [1/g]
    Hoch 480 350 10,8 115
    Mittel 470 350 10,5 135
    Niedrig 450 350 10,3 263
  • Ohne vorherige Auswahl der gewünschten Betriebsweise kann nach dem Start des Optimierungsprogramms nach Durchlauf der Messintervalle bei unterschiedlichen Drehzahlen der Bediener auswählen, ob er die Karde bei einer möglichst geringen Nissenanzahl betreiben möchte, oder bei einer akzeptablen Nissenanzahl innerhalb vorgegebener Grenzwerte, bei der der Energieverbrauch der Karde minimal ist. Hierzu erhält der Bediener einen Vorschlag von der Steuerung 43 der Spinnereivorbereitung, der auf der Bedieneinheit 18 angezeigt wird und der nur zu bestätigen ist. Alternativ kann die Steuerung 43 der Spinnereivorbereitungsanlage ausgebildet sein, in die Steuerung der mindestens einen Karde 100 einzugreifen und die gewünschte Betriebsweise nach der Vorgabe des Bedieners automatisch zu starten. Die Auswahl durch den Bediener erfolgt dann auf der Ebene der Steuerung 43 der Spinnereivorbereitungsanlage.
  • Als Vorschlag kann die obenstehende Tabelle 3 angezeigt oder grafisch dargestellt werden. Alternativ können die Werte der Tabelle 3 auch an der Steuerung 43 der Spinnereivorbereitung dargestellt werden und von dort aus die mindestens eine Karde 100 automatisch oder manuell gestartet werden. Gleiches gilt, wenn der Bediener direkt eine nissenoptimierte oder energieoptimierte Betriebsweise ausgewählt hat und dann entweder die Daten der Tabelle 4 oder Tabelle 5 angezeigt oder grafisch dargestellt bekommt.
  • Wenn sichergestellt ist, dass die Karden die gleiche Einstellung aufweisen, beispielsweise Einstellung Vorreißer, einstellbare Messer, Festkardierelemente, Abstand Abnehmer, etc., ist der Testlauf an einer Karde ausreichend, um mit den ermittelten Werten über die Steuerung 43 der Spinnereivorbereitung alle anderen Karden einzustellen. Zeitoptimiert läuft das Verfahren bei mindestens zwei Karden aber schneller ab, da hier mehr Daten parallel verarbeitet werden können.
  • Bei der automatischen Einstellung des Kardierspaltes wird unabhängig vom Verschleißzustand der Garnituren der Kardierspalt auf einem konstanten Wert gehalten, der nur vom Rohstoff und der Temperatur der Karde abhängt. Insofern können verschlissene Garnituren zwar die Nissenanzahl hochtreiben, die nach Tabelle 3 bis Tabelle 5 empfohlene optimierte Einstellung der Karde gilt aber auch hier.
  • Eine Laboruntersuchung des Kardenbandes zeigte eine Abweichung von 1% bis 3% für unterschiedliche Qualitätsstufen im Vergleich zu den durch den K-Means-Algorithmus mit der Random-Forrest Regression ermittelten Daten.
    • Bezugszeichen
    • 100
    Karde
    1
    Speisewalze
    2
    Speisetisch
    3a, 3b, 3c
    Vorreißer
    4
    Trommel
    5
    Abnehmer
    5a
    Garnitur
    6
    Abstreichwalze
    7,8
    Quetschwalze
    9
    Vliesleitelement
    10
    Flortrichter
    11, 12
    Abzugswalzen
    13
    Kardierelement
    14
    Deckelstab
    15
    Kanne
    16
    Faserflor
    17
    Wanderdeckelsystem
    18
    Bedieneinheit
    20
    Vliesleitelement
    20a
    Vorderseite
    20b
    Element
    20c
    Oberseite
    20d
    Rückseite
    20e
    Unterseite
    20f
    Hohlraum
    30
    Sensor
    31
    Polarisationsfilter
    32
    Referenzfolie
    35
    Rechner
    43
    Steuerung
    44
    Eingabemodul
    A
    Arbeitsbreite
    a
    Abstand
    b
    Abstand
    nR
    Referenz Trommeldrehzahl
    t1 - tx
    Zeit
    T1 - Tx
    Zeit

Claims (20)

  1. Verfahren zum Betrieb mindestens einer Karde in einer Spinnereivorbereitungsanlage, bei dem Faserflocken zwischen einer garnierten drehenden Trommel (4) und feststehenden und umlaufenden Kardierelementen bis zur Einzelfaser aufgelöst, ausgerichtet und gereinigt werden und der dabei entstehende Faserflor von der Trommel (4) auf einen Abnehmer (5) übergeben und nachfolgend in ein Faserband umgeformt, aufweisend eine Kardensteuerung mit einer Bedieneinheit (18), wobei nach Eingabe eines Rohmaterials und einer Produktionsmenge durch einen Bediener die Kardensteuerung die Referenz-Trommeldrehzahl (nR) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Bediener ein Optimierungsprogramm startet, das eine Auswahl zwischen einer nissen- und/oder energieoptimierten Betriebsweise durch den Bediener ermöglicht, wodurch die Kardensteuerung eine automatische Messreihe durchführt, bei der mehrere Sensoren (30) bei unterschiedlichen Trommeldrehzahlen über eine jeweilige vorbestimmte Zeitdauer (T) die Anzahl der Nissen im Faserflor detektieren und gleichzeitig die Antriebsleistung der Karde bestimmt wird, wobei die Daten der Sensoren (30) und die dabei bestimmte Antriebsleistung an eine übergeordnete Steuerung (43) der Spinnereivorbereitung übermittelt werden, die anhand zumindest dieser Daten mittels eines mathematischen Algorithmus dem Bediener eine Betriebsweise der Karde in unterschiedlichen Qualitätskategorien vorschlägt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Trommeldrehzahlen oberhalb und unterhalb der Referenz-Trommeldrehzahl (nR) liegen.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Trommeldrehzahlen in gleichen Trommeldrehzahlabständen oberhalb und unterhalb der Referenz-Trommeldrehzahl (nR) liegen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer (T) für die unterschiedlichen Trommeldrehzahlen gleich ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung zur Bestimmung der Nissen und Antriebsleistung mehrfach bei jeder Trommeldrehzahl erfolgt, wobei eine aufaddierte Dauer (t) der einzelnen Messung die gesamte Zeitdauer (T) ergibt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Karde ausgebildet ist, bei unterschiedlicher Drehzahl der Trommel (5) den Kardierspalt automatisch einzustellen.
  7. Verfahren nach einem der der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Start des Optimierungsprogrammes an der Steuerung der mindestens einen Karde (100) oder der Steuerung (43) der Spinnereivorbereitungsanlage erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis des Optimierungsprogrammes von der Steuerung (43) der Spinnereivorbereitungsanlage an die Bedieneinheit (18) der mindestens einen Karde (100) übermittelt wird zur manuellen Auswahl der Qualitätskategorie und Bestätigung durch den Bediener.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis des Optimierungsprogrammes nach Auswahl der Qualitätskategorie und Bestätigung durch den Bediener durch die Steuerung (43) der Spinnereivorbereitungsanlage die automatische Betriebsweise aller Karden (100) der Spinnereivorbereitungsanlage gestartet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bediener mit dem Start des Optimierungsprogrammes direkt auswählen kann, ob die mindestens eine Karde nissenoptimiert oder energieoptimiert betrieben werden soll.
  11. Karde mit einer Einlaufseite für Faserflocken, wobei die Karde ausgebildet ist, die Faserflocken mittels mindestens einem Vorreißer (3a, 3b, 3c) einer drehenden Trommel (4) zuzuführen, wobei die Faserflocken zwischen Festkardierelementen und umlaufenden Deckelstäben (17) und der Trommel (4) bis zur Einzelfaser aufgelöst, ausgerichtet und gereinigt zu werden, und der dabei entstehende Faserflor von der Trommel (4) auf einen Abnehmer (5) übergebbar ist, dem eine Vorrichtung zur Umwandlung des Faserflors in ein Faserband nachgeordnet ist, aufweisend mindestens drei Sensoren (3), die ausgebildet sind, den Faserflor auf Nissen oder Kurzfaseransammlungen zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Karde eine Steuerung mit einer Bedieneinrichtung (18) aufweist, mittels der ein Bediener nach Eingabe eines Rohmaterials und der Produktionsmenge ein Optimierungsprogramm starten kann, mit der die Karde in einer nissenoptimierten und/oder energieoptimierten Betriebsweise betrieben werden soll.
  12. Karde nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Sensoren (30) den Faserflor auf dem Abnehmer (5) detektieren.
  13. Karde nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (30) in einem Vliesleitelement (20) angeordnet sind.
  14. Karde nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Karde ausgebildet ist, den Kardierspalt automatisch einzustellen.
  15. Karde nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Karde ausgebildet ist, den Energieverbrauch bei unterschiedlichen Drehzahlen zu bestimmen.
  16. Spinnereivorbereitungsanlage mit einer Steuerung (43), aufweisend mehrere Karden (100), die nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 9 betrieben werden, wobei die Steuerung (43) ausgebildet ist, zumindest die Daten einer Karde (100), vorzugsweise mehrerer Karden, mit einem mathematischen Algorithmus zu verarbeiten, wobei in einem ersten Schritt die Daten der mindestens einen Karde (100) zur Erzeugung von Qualitätskategorien geclustert oder kategorisiert werden und in einem zweiten Schritt mit einem Regressionsmodel weiterverarbeitet werden, wobei das Ergebnis des mathematischen Algorithmus an jede Karde (100) zur Einstellung einer nissen- und/oder energieoptimierten Einstellung übermittelt wird.
  17. Spinnereivorbereitungsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schritt der Clusterung durch einen K-Means-Algorithmus oder einen Fuzzy-c-Means-Algorithmus oder durch eine hierarchische Clusteranalyse bestimmt wird.
  18. Spinnereivorbereitungsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schritt der Kategorisierung durch ein teilüberwachtes Lernmodel Label Propagation bestimmt wird.
  19. Spinnereivorbereitungsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Regressionsmodel ein Random-Forest-Regressor oder ein Polynomklassifikator oder ein künstliches neuronales Netz verwendet wird.
  20. Spinnereivorbereitungsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten mehrerer Karden in der Steuerung (43) der Spinnereivorbereitungsanlage verarbeitet und im ersten Schritt miteinander verglichen werden, so dass bei einer Abweichung der geclusterten oder kategorisierten Daten von einer vorgegebenen Referenz die Steuerung ein optisches oder akustisches Warnsignal ausgibt.
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