[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Qualitätsüberwachung von Garnen, welche über
sogenannte Lieferwerke geführt sind, wie sie beispielsweise in Umspulmaschinen, Umwirbelungsmaschinen,
Texturiermaschinen und Streckmaschinen verwendet werden.
[0002] In diesen Maschinen wird eine unterschiedliche Anzahl von Lieferwerken oder allgemein
Antriebsrollen eingesetzt, die verschiedene Aufgaben im Fadenlauf erfüllen. Im Fall
von Texturiermaschinen oder Streckmaschinen sind die Antriebsrollen beheizt und werden
als Galetten bezeichnet. Eine der Aufgaben der Antriebsrollen besteht beispielsweise
in der Entkoppelung von Abzugsspannungen von Spulvorlagen von der eigentlichen Aufwickelspannung,
wobei die Antriebsrollen je nach Garnart mehrere, vorzugsweise zwei bis zehn Garnumschlingungen
aufweisen und die Anzahl der Umschlingungen den Schlupf zwischen Garn und Oberfläche
der Antriebsrolle bestimmt.
[0003] Bis in die jüngste Vergangenheit wurden von einem zentralen Motor über Transmissionsriemen
angetriebene Antriebsrollen verwendet, bei denen wegen der nahezu schlupffreien Kraftübertragung
die Synchronisation unter den einzelnen Antriebsrollen weitgehend gewährleistet ist.
Da aber weder eine Überwachung der resultierenden Drehzahl noch eine solche der Transmissionsriemen
erfolgt, können Riemenbrüche, Spannungsschwankungen des Garns oder andere Fehlfunktionen
in der Regel nicht erkannt werden. Da ausserdem zwischen den einzelnen Antriebsrollen
wegen der Transmissionsriemen und Riemenscheiben ein festes Übersetzungsverhältnis
besteht, können unterschiedliche Verzüge nur durch Auswechseln von Riemen und Riemenscheiben
eingestellt werden. Diese mangelnde Flexibilität hinsichtlich der Einstellung der
Verzüge ist ein gravierender Nachteil des Antriebs mittels eines Zentralmotors.
[0004] Neuerdings werden einzeln angetriebene Antriebsrollen oder Lieferwerke verwendet,
die von einem zentralen Steuerrechner geregelt werden. Die Synchronisation erfolgt
hier über ein Leitsignal und es ist eine Folgeregelung vorgesehen, welche die Drehzahl
der Lieferwerke ständig dem Leitwert nachführt. Etwaige lokale Abweichungen und Unregelmässigkeiten
werden aber bei diesen einzeln angetriebenen Lieferwerken nicht erfasst und können
daher bei der Drehzahlregelung nicht berücksichtigt werden.
[0005] Diese bekannten Verfahren sollen nun durch die vorliegende Erfindung so verbessert
werden, dass eine on-line Kontrolle des Garns in den einzelnen Lieferwerken möglich
wird.
[0006] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätsüberwachung von Garnen im Fadenlauf
von Antriebsrollen, wobei jede Antriebsrolle einzeln angetrieben und der Antrieb von
einem zentralen Spindelrechner geregelt ist.
[0007] Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Antriebsrolle
lokal überwacht und anhand dieser lokalen Überwachung geregelt wird.
[0008] Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, dass bei der lokalen Überwachung eine Kontrolle der Garnspannung erfolgt.
[0009] Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Garnspannung die Drehzahl jeder Antriebsrolle
gemessen und mit einem Sollwert verglichen, und dass der jedem Antriebsmotor der Antriebsrollen
zugeführte Strom überwacht wird.
[0010] Eine dritte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Momentanbelastung jeder Antriebsrolle separat erfasst wird,
wobei über den aktuell fliessenden Strom zur Ausregelung eines Regelfehlers auf das
aktuelle Lastmoment rückgerechnet wird.
[0011] Eine vierte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, dass die gesamte Kette der Signalerfassung und Signalübermittlung
vom Sensor bis zu dem die Sensorsignale auswertenden Rechner überwacht wird.
[0012] Beim erfindungsgemässen Verfahren erfolgt also eine dezentrale oder lokale Regelung
und Überwachung der einzelnen Lieferwerke (Antriebsrollen), wobei Lieferwerksteuerungen
vorgesehen sind, die zusätzlich zur eigentlichen Motorenregelung die Funktion der
Überwachung des Laufverhaltens der Lieferwerke übernehmen. Letzteres garantiert, dass
jeder Meter Garn mit überwachten Spannungsverhältnissen bearbeitet wird. Da die Garnspannung
zu den wichtigsten Prozessparametern gehört, ist dadurch eine einwandfreie Garnqualität
gewährleistet.
[0013] Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens,
mit einem Aufwickelaggregat und einem vom zentralen Spindelrechner gesteuerten Antriebsmotor
für jede Antriebsrolle.
[0014] Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antriebsrolle
mindestens ein Sensor für die Drehzahl des Antriebsmotors sowie ein lokaler Rechner
zugeordnet ist, welchem die Signale des mindestens einen Sensors zur Verarbeitung
zugeführt sind.
[0015] Eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, dass eine ständige on-line Regelung der durch den Verzug und die Überlieferung
der einzelnen Antriebsrollen im Fadenlauf bestimmten Fadenspannungsverhältnisse erfolgt.
[0016] Eine zweite bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine separate
Erfassung der Drehzahl und der Momentanbelastung jeder Antriebsrolle erfolgt. Vorzugsweise
ist die Erfassung redundant ausgeführt und erfolgt durch zwei einander gegenseitig
kontrollierende Sensoren.
[0017] Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, dass ein motorinterner Sensor zur Überwachung des abgenommenen Stroms
und ein Sensor zur Erfassung der Drehzahl jedes Antriebsmotors vorgesehen sind, und
dass in den lokalen Rechnern ein Vergleich der Signale der beiden Sensoren erfolgt.
[0018] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, dass die lokalen Rechner mit dem zentralen Spindelrechner verbunden
sind, und dass anhand der Überwachung der Drehzahlen und des von den Antriebsmotoren
aufgenommenen Stroms eine Überwachung der aus Sensoren, elektrischen Verbindungen,
Rechnern und Antriebsmotoren bestehenden Signalkette erfolgt, wobei jeder Fehler an
einer beliebigen Stelle im System eine erfassbare Laufschwankung einer Drehzahl und/oder
Schwankung des von einem Antriebsmotor aufgenommenen Stroms bewirkt.
[0019] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen
näher erläutert; es zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung des Fadenlaufs in einer Luftverwirbelungsmaschine; und
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung der Regelung und Überwachung der Lieferwerke einer Luftverwirbelungsmaschine.
[0020] In Fig. 1 ist zur Erläuterung der Funktion von Lieferwerken oder Antriebsrollen ein
beispielhafter Fadenlauf in einer Luftverwirbelungsmaschine für hohe und höchste Produktionsgeschwindigkeiten
dargestellt. Bezüglich derartiger Maschinen wird auf die europäischen Patentanmeldungen
Nr. 99 106 310.8 und 99 109 917.7 der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung
verwiesen. Grundsätzlich geht es bei Luftverwirbelungsmaschinen darum, einen Endlos-Elastanfaden
mit einem oder mehreren Filament- oder Stapelfasergarnen oder kundenspezifischen Mischformen
solcher Garne zu verbinden.
[0021] Gemäss Fig. 1 läuft ein von einer Vorlage (nicht dargestellt) abgezogenes Garn A
über eine Umlenkrolle 1 zu einem ersten Lieferwerk L
1 und umschlingt dieses in Abhängigkeit vom jeweiligen Prozess mit einer bestimmten
Anzahl von Umschlingungen. Das Garn A kann ein einzelner Filament- oder Stapelfaden
sein, es können aber auch mehrere Fäden zusammengenommen werden. Vom ersten Lieferwerk
L
1 ist das Garn A zu einem zweiten Lieferwerk L
2 geführt.
[0022] Ein Faden B, der in der Regel ein spezieller Faden, beispielsweise ein Elastanfaden
ist, wird von einem dritten Lieferwerk L
3 von einer Vorlage (nicht dargestellt) abgezogen und dem zweiten Lieferwerk L
2 zugeführt und auf diesem mit einer Anzahl von Umschlingungen aufgenommen. Vom Lieferwerk
L
2 gelangen die beiden Garne A und B in eine Prozessstrecke 2, in welcher die Luftverwirbelung
erfolgt. Nach der Prozessstrecke 2 ist das durch die Luftverwirbelung entstandene
Garn über ein viertes Lieferwerk L
4 zu einem Aufwickelaggregat 3 geführt. Auch beim Lieferwerk L
4 ist die Anzahl der Umschlingungen prozessabhängig, d.h. abhängig vom Garn, von der
zu erreichenden Verwirbelungsqualität und von der Prozessgeschwindigkeit.
[0023] Die Funktion der Lieferwerke ist durch ihre Position im Fadenlauf definiert. Das
erste Lieferwerk L
1 hat zusammen mit der Umlenkrolle 1 die Aufgabe, diejenigen Fadenspannungsschwankungen
im Garn A zu eliminieren, die aufgrund der Ballonspannung der Vorlage entstehen. Zu
diesen merklich periodischen Schwankungen kommt noch eine stetige Spannungszunahme
aufgrund des abnehmenden Durchmessers der Vorlage. Beide Effekte werden durch das
Lieferwerk L
1 in Verbindung mit der Umlenkrolle 1 beseitigt, so dass das dem Lieferwerk L
2 zugeführte Garn A beruhigt ist.
[0024] Durch Variation des Drehzahlverhältnisses zwischen den Lieferwerken L
1 und L
2 in bestimmten Grenzen kann das Garn "verstreckt" werden. Das bedeutet, dass man mit
dem Lieferwerk L
1 unterliefert und mit dem Lieferwerk L
2 überliefert. Bezogen auf die Drehzahl des Lieferwerks L
4 bedeutet das, dass L
1 etwas langsamer und L
2 etwas schneller angetrieben wird als L
4. Damit wird das Garn A zwischen L
1 und L
2 gespannt und zwischen L
2 und L
4 enspannt.
[0025] Das Lieferwerk L
4 bestimmt somit im Zusammenwirken mit den Lieferwerken L
2 und L
3 den Elastanverzug insgesamt, dessen Grösse von der gewünschten Endqualität des Garns
abhängt; gängige Elastanverzüge liegen im Bereich von 1:1,3 bis 1:4. Die Lieferwerke
L
1 bis L
4 werden synchron zur Drehzahl des Aufwickelaggregats 3 elektronisch geregelt, wobei
die Regelung auf dezentralen Steuerungsrechnern (Fig. 2) programmiert ist.
[0026] Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus der Regelung und Überwachung
der Lieferwerke einer Luftverwirbelungsmaschine. In der Figur sind vier Lieferwerke
L
1 bis L
4 dargestellt, welche je einen Antriebsmotor M
1 bis M
4 und eine von diesem angetriebene Spindel S
1 bis S
4 aufweisen. Jedem der Lieferwerke L
1 bis L
4 ist ein lokaler Steuerungsrechner oder Prozessor P
1 bis P
4 zugeordnet, welchem einerseits über Leitungen 4 und 5 Sensorsignale zugeführt sind
und welcher andererseits über eine Leitung 6 an den Motor M
1 bis M
4 ein Ansteuersignal abgibt. Die Prozessoren sind über einen Bus 7 mit einem zentralen
Spindelrechner 8 verbunden.
[0027] Wie aus der Beschreibung von Fig. 1 hervorgeht, ist für die Qualität des durch den
Prozess 2 hergestellten Endprodukts der Elastanverzug von wesentlichem Einfluss. Da
der Elastanverzug durch die Drehzahlen und Drehzahlverhältnisse der Lieferwerke L
1 bis L
4 bestimmt ist, ist die Qualität des Elastangarns in erster Linie von der Drehzahlen
der Lieferwerke L
1 bis L
4 abhängig. Diese Drehzahlen werden einerseits über Encoder in den Motoren M
1 bis M
4 gemessen und den Prozessoren P
1 bis P
4 über die Leitungen 4 zugeführt. Andererseits ist zusätzlich eine externe Drehzahlerfassung
vorgesehen, die der Überwachung der Winkelgenauigkeit dient und den Prozessoren P
1 bis P
4 über die Leitungen 5 zugeführt ist. Die motorinternen Encoder messen den den Motoren
zugeführten Strom und in den Prozessoren wird die Ist-Drehzahl mit der Soll-Drehzahl
verglichen und der fliessende Strom überwacht. Bei Drehzahlabweichungen wird der Strom
entsprechend erhöht oder die Bremswirkung verstärkt. Wenn dabei der Strom oder die
aufgenommene Leistung zu hoch wird, wird der betreffende Motor abgestellt.
[0028] Die Prozessoren werten diese Drehzahlinformationen ständig on-line aus und überwachen
dadurch das Laufzeitverhalten der Lieferwerke L
1 bis L
4. Der Spindelrechner 8 liefert die Verzüge und die entprechenden Soll-Drehzahlen an
die einzelnen Lieferwerke L
1 bis L
4, wobei Verzüge immer Drehzahlunterschiede der Lieferwerke untereinander und relativ
zum Aufwickelaggregat 3 bedeuten. Der Spindelrechner 8 definiert die Abweichung der
Drehzahl jedes Lieferwerks von der Spindeldrehzahl, wobei gilt, dass die Fadenspannung
bei höherer Drehzahl eines Lieferwerks sinkt und bei geringerer Drehzahl steigt.
[0029] Die Lieferwerke L
1 bis L
4 werden synchron zur Drehzahl des Aufwickelaggregats 3 ständig elektronisch geregelt,
wobei die Regelung auf den lokalen Steuerungsrechnern P
1 bis P
4 programmiert ist. Da jedes Lieferwerk einen eigenen Rechner und eigene Sensoren besitzt,
kann jedes Lieferwerk separat überwacht werden. Zusätzlich arbeiten die Steuerungsrechner
mit redundanten Informationen, indem die Messung der Umdrehungszahl einerseits in
den Motoren M
1 bis M
4 und anderseits extern erfolgt. Beide Drehzahlinformationen werden ständig on-line
ausgewertet, so dass das Laufzeitverhalten der Laufwerke on-line überwacht wird. Die
gesamte Regelung und Überwachung erfolgt digital.
[0030] Die einzelnen Komponenten der gesamten Vorrichtung wirken bei dieser on-line Kontrolle
der Fadenspannung oder der Spannung des Fadengemisches im Prozess (Luftverwirbelung,
Texturieren oder Verstrecken des Garns) zusammen, um eine einwandfreie Garnqualität
zu garantieren. Dabei ist wichtig, dass die Signalkette (Fig. 2) komplett überwacht
und dass jeder Meter Garn unter überwachten Spannungsverhältnissen bearbeitet wird.
Denn die Garnspannung gehört bei diesen Prozessen neben der Garngeschwindigkeit und
dem Luftdruck zu den wichtigsten Prozessparametern.
[0031] Die Signalkette besteht aus Sensoren, elektrischen Verbindungen (Kabel mit Kontakten),
Rechnern und Motoren. Wenn an irgendeiner Stelle in der Signalkette ein Fehler auftritt,
so äussert sich dieser als Systemfehler, welcher eine Schwankung in der Drehzahl des
betreffenden Lieferwerks bewirkt, die im zugehörigen Steuerrechner erfasst wird. Ein
solcher Systemfehler wäre beispielsweise ein bleibende, nicht ausregelbare Regelabweichung
aufgrund von Kontaktproblemen (Leckströmen) oder eine Sensorfehlfunktion. Auf diese
Weise wird die gesamte Kette der Signalerfassung und -übermittlung vom einzelnen Sensor
bis zum Spindelrechner überwacht.
[0032] Die Haupteigenschaft der beschriebenen Vorrichtung zur Qualitätsüberwachung besteht
darin, dass die Lieferwerksteuerungen zusätzlich zur Funktion der eigentlichen Motorregelung
die Funktion der Überwachung des Laufverhaltens der Lieferwerke L
1 bis L
4 übernehmen, und dass von diesem Laufverhalten eindeutige Rückschlüsse auf eine ganze
Anzahl von potentiellen Fehlerquellen möglich sind. Die Überwachung des Laufverhaltens
der Lieferwerke wird durch die Sensoren und die dezentral vorgesehenen Rechner ermöglicht.
Bei Fehlfunktionen oder Überlast aufgrund von Falscheinstellungen wird sofort in den
Prozess eingegriffen und die betreffende Arbeitsstation wird abgestellt.
[0033] Da jedes Lieferwerk eine bestimmte Drehzahl einzuhalten hat, und zwar nahezu 100%
synchron mit der Drehzahl des Aufwickelaggregats 3 (Fig. 1 ) bestimmt das Laufverhalten
der Lieferwerke ganz wesentlich die Garnqualität. Oder mit anderen Worten, ein einwandfreies
Laufverhalten der Lieferwerke garantiert eine hohe Garnqualität. Jede vom Synchronismus
abweichende Drehzahlschwankung führt unmittelbar zu einer Qualitätsminderung im Garn
bis hin zu Fadenbrüchen mit dem damit verbundenen Anhalten des Prozesses.
[0034] Mit der beschriebenen Vorrichtung können zusätzlich zur Regelung und Überwachung
der Lieferwerke auch statistische Auswertungen zur Ermittlung der Ausfallhäufigkeit
und zur Standzeitüberwachung vorgenommen werden. Die digitale und dezentrale Regelung
und Überwachung ermöglicht die Parametrierung der einzelnen Lieferwerke mit einem
zentralen Bediencomputer. Die Anwendung der Vorrichtung bei Luftverwirbelungsprozessen
führt zu einer hohen Qualität und Reproduzierbarkeit, die Anwendung bei Streckprozessen
führt zu einem sehr gleichmässigen Garn mit garantierter Qualität. Ausserdem können
mit der Vorrichtung durch gezielte Drehzahlvariationen Effektgarne produziert werden,
1. Verfahren zur Qualitätsüberwachung von Garnen (A, B) im Fadenlauf von Antriebsrollen
(L1 - L4) wobei jede Antriebsrolle einzeln angetrieben und der Antrieb (M1 - M4) von einem zentralen Spindelrechner (8) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
jede Antriebsrolle (L1 - L4) lokal überwacht und anhand dieser lokalen Überwachung geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der lokalen Überwachung
eine Kontrolle der Garnspannung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Garnspannung
die Drehzahl jeder Antriebsrolle (L1 - L4) gemessen und mit einem Sollwert verglichen, und dass der jedem Antriebsmotor (M1 - M4) der Antriebsrollen (L1 - L4) zugeführte Strom überwacht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentanbelastung jeder
Antriebsrolle (L1 - L4) separat erfasst wird, wobei über den aktuell fliessenden Strom zur Ausregelung eines
Regelfehlers auf das aktuelle Lastmoment rückgerechnet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte
Kette der Signalerfassung und Signalübermittlung von den die Signale erfassenden Sensoren
bis zum Spindelrechner überwacht wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Aufwickelaggregat
(3) und einem vom zentralen Spindelrechner (8) gesteuerten Antriebsmotor (M1 - M4) für jede Antriebsrolle (L1 - L4), dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antriebsrolle (L1 - L4) mindestens ein Sensor für die Drehzahl des Antriebsmotors (M1 - M4) sowie ein lokaler Rechner (P1 - P4) zugeordnet ist, welchem die Signale des mindestens einen Sensors zur Verarbeitung
zugeführt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine ständige on-line Regelung
der durch den Verzug und die Überlieferung der einzelnen Antriebsrollen (L1 - L4) im Fadenlauf bestimmten Fadenspannungsverhältnisse erfolgt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Erfassung
der Drehzahl und der Momentanbelastung jeder Antriebsrolle (L1 - L4) erfolgt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung redundant
ausgeführt ist und durch zwei einander gegenseitig kontrollierende Sensoren erfolgt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein motorinterner Sensor
zur Überwachung des abgenommenen Stroms und ein Sensor zur Erfassung der Drehzahl
jedes Antriebsmotors (M1 - M4) vorgesehen sind, und dass in den lokalen Rechnern (P1 - P4) ein Vergleich der Signale der beiden Sensoren erfolgt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen
Rechner (P1 - P4) mit dem zentralen Spindelrechner (8) verbunden sind, und dass anhand der Überwachung
der Drehzahlen und des von den Antriebsmotoren (M1 - M4) aufgenommenen Stroms eine Überwachung der aus Sensoren, elektrischen Verbindungen,
Rechnern (P1 - P4; 8) und Antriebsmotoren (M1 - M4) bestehenden Signalkette erfolgt, wobei jeder Fehler an einer beliebigen Stelle im
System eine erfassbare Laufschwankung einer Drehzahl und/oder eine Schwankung des
von einem Antriebsmotor (M1 - M4) aufgenommenen Stroms bewirkt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen
den lokalen Rechnern (P1 - P4) und dem zentralen Spindelrechner (8) über ein Bussystem (7) erfolgt, und dass der
Spindelrechner (8) die lokalen Rechner (P1 - P4) überwacht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsrollen (L1 - L4) synchron zur Drehzahl des Aufwickelaggregats (3) geregelt sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Feststellung
eines Fehlers, bei Überlastung oder bei Überschreiten von für die zulässige Garnqualität
repräsentativen Grenzwerten eine Abstellung der betreffenden Arbeitsstation und die
Abgabe einer Fehlermeldung erfolgt.