DE19808879B4

DE19808879B4 - Garnwickelvorrichtung mit Mitteln zur Detektion der Garnspannung und Verfahren zur Wicklung von Garn

Info

Publication number: DE19808879B4
Application number: DE19808879A
Authority: DE
Inventors: Takashi Iwade; Masazumi Moriyama Imae
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: DE19808879A1; CN1319834C; CN1201010A; GB2322940B; GB2322940A; KR100473988B1; KR19980079821A; GB9804509D0; CN1198753C; CN1611437A; US5996925A; TW374749B

Abstract

Garnwickelvorrichtung umfassend:
– Mittel zum Aufwickeln eines Garns während das Garn entlang eines Garnwegs mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt wird;
– Mittel zur Erzeugung einer Querbewegung des Garns auf dem Garnweg;
– erste Detektormittel zur Detektion eines ersten Ortes, an welchem das Garn einer Querbewegung durch die Mittel zur Querbewegung unterworfen ist;
– zweite Detektormittel zur Detektion einer durch die Mittel zur Querbewegung erzeugten und an einen zweiten, von dem ersten Ort beabstandeten Ort übertragenen Transversalwelle;
– Mittel zur Berechung einer scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle basierend auf der Zeit zwischen der von dem ersten Detektormittel detektierten Erzeugung der Querbewegung bis zum von dem zweiten Detektormittel detektierten Empfang der Transversalwelle;
– Mittel zur Berechnung einer wahren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle basierend auf der Garngeschwindigkeit und der scheinbaren Aufbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle; und
– Mittel zur Berechnung einer Garnspannung basierend auf der wahren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle...

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Garnwickelvorrichtung umfassend:

– Mittel zum Aufwickeln eines Garns während das Garn entlang eines Garnwegs mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt wird;
– Mittel zur Erzeugung einer Querbewegung des Garns auf dem Garnweg;
– erste Detektormittel zur Detektion eines ersten Ortes, an welchem das Garn einer Querbewegung durch die Mittel zur Querbewegung unterworfen ist;
– zweite Detektormittel zur Detektion einer durch die Mittel zur Querbewegung erzeugten und an einen zweiten, von dem ersten Ort beabstandeten Ort übertragenen Transversalwelle;
– Mittel zur Berechung einer scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle basierend auf der Zeit zwischen der von dem ersten Detektormittel detektierten Erzeugung der Querbewegung bis zum von dem zweiten Detektormittel detektierten Empfang der Transversalwelle;
– Mittel zur Berechnung einer wahren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle basierend auf der Garngeschwindigkeit und der scheinbaren Aufbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle; und
– Mittel zur Berechnung einer Garnspannung basierend auf der wahren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Wicklung von Garn, umfassend die Schritte:

– Bewegung des Garns entlang eines Garnweges;
– Aufbringung einer Schwingung auf das Garn in einem ersten Ort auf dem Garnweg, so daß eine Transversalwelle auf dem Garn erzeugt wird; und
– Messung einer scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle in einem zweiten Ort auf dem Garnweg mit Abstand zu dem ersten Ort als einen Faktor für die Garnspannung.

Wie allgemein bekannt ist, wird der erwünschte Wert der Spannung des Garnes während eines Wickelprozesses eines aus Synthesefasern bestehenden Garnes in Abhängigkeit von den Wickelbedingungen, wie z.B. der Dicke des Garnes, der Transportgeschwindigkeit des Garnes und der Art des Garnes variiert.

Ist die Wickelspannung sehr hoch, so tritt ein sog. Verdickungsphänomen (bulging phenomenon) auf, wobei ein kompletter Garnkörper Verdickungen an seinen Seitenabschnitten erfährt, wodurch dieser häufig einer Reibung während des Transportes des Garnkörpers in einem Behälter unterworfen ist, wodurch die leichte Entnahme des Garnes während eines nachfolgenden Garnkörperbehandlungsprozesses erschwert ist. Darüber hinaus entsteht ein sog. Sattelungsphänomen (saddling phenomenon), bei welchem der Garnkörper im zentralen Abschnitt seiner Peripherie flachgedrückt ist, was zu einer unterschiedlichen Garnqualität zwischen den zentralen Abschnitten und den Endabschnitten an der äußeren Peripherie des Garnkörpers führt, welche wiederum dazu führt, daß diese Abschnitte während eines späteren Verarbeitungsschrittes unterschiedlich gefärbt werden. Außerdem führt eine sehr hohe Spannung zu erhöhten Spannungen innerhalb des Garnkörpers, so daß eine sog. Spiralbildung (spiraling) entstehen kann, wobei ein Abschnitt einer Garnlage über den verbleibenden Abschnitt aufgrund einer lokalen Entspannung der Garnspannung verschoben wird, was zu einer Verschlechterung der Abwickelqualität des Garnkörpers führt. Schließlich wird auch die Spule als Kern des Garnkörpers einem erhöhten Grad an Deformation unterworfen, der es erschwert, den fertigen, vollen Garnkörper leicht von der korrespondierenden Spindel der Wickelmaschine abzunehmen.

Im Gegensatz hierzu führt eine übermäßig geringe Spannung zu einer instabilen Bewegung des Garns, so daß die das Garn bildenden Filamente dazu neigen, sich voneinander zu lösen oder an einer Führung zur Steuerung der Bewegung des Garnes Schlaufen bilden, was zu einer Reduzierung der Qualität des Garnes führen kann. Darüber hinaus kann die Dichte des Garnkörpers reduziert werden, was zu einer Verringerung der Formstabilität des Garnkörpers führt, so daß die Form des Garnkörpers sich während der Ausführung des Wickelprozesses oder während des Transportes des Garnkörpers zu anschließenden Behandlungsprozessen verändert, was den Garnkörper unbrauchbar macht. Schließlich ist der Führungszwang des Garnes während des Wickelprozesses nicht hinreichend stark, so daß ein sog. Garnverschiebungsphänomen (yarn shift phenomenon) entstehen kann, bei welchem ein Teil des Garns in einer Zwischenlage eines Garnkörpers hin zur Mitte des Garnkörpers verschoben wird, was es erschwert, diesen Teil des Garnes abzuwickeln.

Um die oben beschriebenen Probleme zu vermeiden, ist es bislang üblich, eine Testwicklung durchzuführen, bei der eine Anzahl von Testwicklungen mit unterschiedlicher Aufwickelgeschwindigkeit durchgeführt werden, um eine geeignete Aufwickelgeschwindigkeit, d.h. eine geeignete Garnspannung zu bestimmen, die es ermöglicht, einen fertigen Garnkörper der gewünschten Form herzustellen.

Es ist jedoch nicht möglich, mit Hilfe der derart bestimmten Aufwickelgeschwindigkeit dauerhaft die gewünschten Wickelbedingungen aufrecht zu erhalten, da die Garnspannung während des Wickelprozesses von der gewünschten Garnspannung abhängig von unvermeidbaren Veränderungen in den Wickelbedingungen, wie etwa Veränderungen in der Raumtemperatur, geringen Variationen in der Viskosität eines polymeren Materials, Veränderungen in einer Prozeßtemperatur und Abrasion der Garnführungselemente, abweicht.

Im Lichte dieser Aussagen ist es notwendig, daß während des Wickelprozesses jede Veränderung in den Wickelbedingungen beobachtet wird und daß, basierend auf den Ergebnissen dieser Beobachtungen, eine Prozeßsteuerung, beispielsweise durch Modifikation der Wickelbedingungen oder der Spinnbedingungen oder einer Betriebsbedingung des Wickelsystems und einer Bestimmung der Qualität des fertigen Wickelkörpers, erfolgen muß.

Bislang sind zwei Verfahren zur Prozeßsteuerung während eines Garnwickelprozesses bekannt. Das eine Verfahren basiert sowohl auf einer Messung der Form als auch auf einer Messung der Wickeldichte des fertigen Garnkörpers. Das andere Verfahren basiert auf einer kontinuierlichen oder periodischen Messung einer Garnspannung während des Wickelprozesses.

Das erste Verfahren, bei dem sowohl die Garnform als auch die Wickeldichte gemessen werden, ist mangelhaft, da die Tatsache, daß die Wickelung nicht geeignet ist, sich erst nachträglich feststellen läßt, da die Feststellung einer unerwünschten Form oder Wicklungsdichte erst nach Abschluß der Bildung des Wickelkörpers möglich ist. Das erste Verfahren ist darüber hinaus nachteilig, da ein zeitlich begrenzt entstehender Defekt in dem vollständigen Garnkörper versteckt ist, d.h. nicht durch eine Untersuchung lediglich der äußeren Form des fertigen Garnkörpers gefunden werden kann. Es wäre demzufolge möglich, daß ein Garnkörper mit einem versteckten Fehler für einen nachfolgenden Prozeßschritt, z.B. das Wirken, verwendet wird. Darüber hinaus würde eine übermäßig hohe Spannung, die sehr schnell auftreten kann, unausweichlich zur vollständigen Unbrauchbarkeit des fertigen Garnkörpers führen.

Nach der zweiten Idee, die auf der kontinuierlichen oder periodischen Überwachung der Garnspannung während des Wickelprozesses basiert, wird ein Verfahren angewandt, bei dem die Garnspannung kontinuierlich überwacht wird und eine positive Steuerung der Aufwickelgeschwindigkeit derart erfolgt, daß die Garnspannung konstant bleibt.

Zur Bestimmung der Garnspannung wird üblicherweise eine in 27 dargestellte sog. Dreipunktspannungsmeßvorrichtung mit zwei beabstandeten, ortsfesten Garnführungen 61 und 62, einer zwischen den Garnführungen 61 und 62 angeordneten beweglichen Garnführung 63 und einem Verschiebungssensor oder Spannungssensor 64 zur Detektion der Bewegung oder Ablenkung verwendet.

Bei diesem Typ einer Spannungsmeßvorrichtung bildet das Ausgangssignal nicht direkt die Garnspannung ab. Demzufolge ist eine Kalibrierung des gemessenen Wertes notwendig. Ideal ist hierbei, daß eine solche Kalibrierung anhand eines Garns durchgeführt wird, das mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die der Geschwindigkeit des Garns während des Wickelprozesses entspricht, und die beispielsweise größer als 3000 m/min ist. Es ist jedoch unter praktischen Gesichtspunkten problematisch, eine Kalibrierung durchzuführen, während das Garn mit einer solch hohen Geschwindigkeit bewegt wird. Demzufolge erfolgt die Messung der Garnspannung generell mit unbewegtem Garn, welches eine Belastung korrespondierend dem Meßbereich der Spannung aufweist. Die Kalbibrierung erfolgt dabei dadurch, daß der gemessene Wert dem belasteten Wert gleichgesetzt wird.

Es ist jedoch häufig der Fall, daß die Spannungsmeßvorrichtung, die im statischen Fall präzise Werte liefert, abweichende Werte liefert, wenn das Garn bewegt wird. Es muß berücksichtigt werden, daß eine solche Differenz zwischen den gemessenen Werten durch geringe Abweichungen in verschiedenen Einflußfaktoren erzeugt wird, die verschieden starken Einfluß auf den Meßwert haben, wie der Reibungskoeffizient einer Führung abhängig von Abweichungen des Oberflächenzustands, der Form, der Meßposition und der Dicke des Garns. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß selbst dann, wenn eine nach demselben Funktionsprinzip arbeitende Spannungsmeßvorrichtung verwendet wird, der gemessene Spannungswert aufgrund des Mangels an Präzision unterschiedlich sein kann, was im Ergebnis bedeutet, daß die Meßvorrichtungen nicht beliebig austauschbar sind. Darüber hinaus wird der gemessene Wert auch durch Abrasion an einer Garnführung mit zunehmender Alterung beeinflußt.

Aus den obigen Ausführungen ergibt sich, daß der aus dem Stand der Technik bekannte Dreipunktspannungsdetektor im Hinblick auf die Kompatibilität der gemessenen und evtl. angezeigten Werte Mängel aufweist. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß der optimale Spannungswert, der bei einer aktuellen Testwicklung bestimmt worden ist, einen intrinsischen Wert des jeweiligen Meßsystems darstellt. Daraus folgt, daß der optimale Spannungswert für einen anderen Detektor unbekannt ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß eine unvermeidbare Differenz zwischen den optimalen Spannungswerten verschiedener Spannungsmeßvorrichtungen vorhanden ist. Auf der anderen Seite ist es aus praktischer Sicht unvermeidbar, daß eine Vielzahl von Spannungsmeßvorrichtungen in einer Fabrik zur Gewährleistung einer hochpräzisen Kontrolle des Wickelstatusses über die ganze Fabrik für eine lange Zeit zur Verfügung gestellt werden kann. Angesichts der Variationen der gemessenen Werte zwischen den Vorrichtung und der Veränderung der gemessenen Werte abhängig von Alterungsprozessen, ist eine präzise Beurteilung eines Fehlers nur dann möglich, wenn es sich um einen großen Fehler handelt. Daraus folgt, daß es nicht möglich ist, zu vermeiden, daß Garnkörper mit kleineren Fehlern nachfolgenden Arbeitsschritten zugeführt werden.

Darüber hinaus ist es bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Steuerung der Garnspannung möglich, daß, obwohl die gemessenen Werte der Spannungen der Garne übereinstimmen, die Werte der tatsächlichen Garnspannungen während eines Wickelvorgangs nicht übereinstimmen. Daraus folgt, daß die fertigen Garnkörper nicht so gesteuert werden können, daß sie dieselbe Form aufweisen, ungeachtet der Tatsache, daß die gemessenen Spannungen übereinstimmen.

Aus dem Stand der Technik ist weiter eine Spannungsmeßvorrichtung nach dem Kontaktprinzip des sog. FTS-Typs bekannt, bei der eine bewegliche Führung in dem Weg des Garns angeordnet ist, so daß eine Bewegung oder Deformation der beweglichen Führung detektiert wird, wenn das Garn bei einer Querberührung die Führung berührt, so daß ein die Bewegung der Führung wiedergebendes Signal als Maß für die Garnspannung von einem Dehnungssensor gemessen wird.

Dieser Typ einer Vorrichtung zur Messung der Garnspannung ist vorteilhaft gegenüber dem in 27 dargestellten Dreipunkttyp, da er eine geringere Widerstandskraft an der Führung aufweist. Eine Garngeschwindigkeit von 3000 m/min kann jedoch auch zu einem Bruch eines Filaments oder zur Bildung einer Schleife, verursacht durch eine Änderung in der Qualität des jeweiligen Garns, führen.

Darüber hinaus ist sowohl für den Dreipunkttyp als auch für den FTS-Typ eine regelmäßige Einstellung erforderlich. Bei diesen Sensoren ist der gemessene Wert resultierend aus der Bewegung einer beweglichen Führung ein Wert, der in einen Spannungswert transformiert wird. Daraus folgt, daß eine große Differenz zwischen der Garngeschwindigkeit bei der Eichung der Skala und der Garngeschwindigkeit bei der Messung einen erhöhten Fehler verursacht. Außerdem sind individuelle Abweichungen ebenfalls groß.

Angesichts des zuvor Beschriebenen offenbart die japanische ungeprüfte Offenlegungsschrift 59-88654 ein Verfahren, bei dem ein Garn einer durch Ultraschallwellen verursachten Schwingung unterworfen wird und eine Änderung in den Bedingungen der Schwingung von einem Detektor gemessen wird, so daß die Garnspannung bekannt ist. Bei diesem Verfahren wird eine Abweichung der Schwingung von einer Resonanzschwingung, die durch die Garnspannung vorgegeben ist, gemessen. Außerdem wird als Ergebnis einer Suche nach einer Resonanzfrequenz ein Resonanzfall aufgefunden, der die Messung der Garnspannung ermöglicht.

Das soeben beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Garnspannung durch Verwendung einer Veränderung der Schwingung des Garns mit Hilfe von Ultraschallwellen ist jedoch deshalb mangelhaft, da eine große Anzahl von Abweichungen zu einer Veränderung und Reduzierung in der Amplitude verursacht durch den Mangel eines proportionalen Verhältnisses zwischen der Abweichung und der Amplitude führt, was die Messung der Garnspannung erschwert. Darüber hinaus variieren während der Messung der Veränderung der Amplitude die gemessenen Werte in Übereinstimmung mit verschiedenen Bedingungen, wie der Kontaktbedingungen zwischen dem Ultraschalldetektor und dem Garn und einer Änderung in der Empfindlichkeit des Ultraschalldetektors, was eine Kalibrierung an jeder der Meßstellen erforderlich macht.

Schließlich existieren eine Vielzahl von Resonanzfrequenzen, nämlich Resonanzfrequenzen erster, zweiter, ..., n-ter Ordnung, bei dem Verfahren zur Bestimmung einer Resonanzbedingungen durch Suchen der Resonanzfrequenz, und es ist schwierig, die Ordnung der Resonanz lediglich aus der Amplitude der Frequenz zu bestimmen, was wiederum die Bestimmung der Spannung erschwert.

Aus der britischen Patentanmeldung GB 2 082 323 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Spannungen bei einem sich bewegenden Gewebe oder einer sich bewegenden Papierbahn bekannt. Das dort offenbarte Verfahren sieht vor, daß zunächst die Geschwindigkeit der Papierbahn entlang ihres Bewegungsweges gemessen wird. An einer ersten Position auf seinem Weg wird das Gewebe durch Ultraschallschwingungen so angeregt, daß sich Transversalwellen auf dem Gewebe ausbreiten. Diese Transversalwellen werden an einer zweiten Position auf dem Weg des Gewebebandes detektiert und anschließend wird die Zeitdauer bestimmt, welche die Transversalwellen benötigen, um von der ersten zu der zweiten Position zu gelangen. Mit Hilfe dieser Zeitdauer und dem bekannten Abstand zwischen den beiden Positionen wird dann die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwellen berechnet. Mit Hilfe dieser Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwellen wird unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Gewebes bzw. der Papierbahn als Korrekturgröße die Spannung in dem Gewebe berechnet.

Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung sowie bei dem bekannten Verfahren ist nun, dass ein zusätzlicher Vibrator zur Erzeugung der Transversalwellen auf dem Garn vorgesehen ist. Die von diesem erzeugte Vibration kann zu einer Beeinflussung des Aufwickelvorgangs des Garns führen, indem Öl vom Garn geschleudert wird und das Garn beim Aufwickeln reißen kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bekannte Garnwickelvorrichtung sowie ein bekanntes Verfahren zur Wicklung von Garn derart weiterzubilden, daß eine gewünschte Form eines fertigen Wickelkörpers bei Anwendung der Vorrichtung und des Verfahrens gewährleistet ist.

Gemäß einer ersten Lehre der Erfindung wird die Aufgabe für eine Garnwickelvorrichtung dadurch gelöst, daß Mittel zur Erzeugung einer Querbewegung des Garns oberstromig von Mitteln zum Aufwickeln des Garns angeordnet sind.

Entsprechend der Struktur der vorliegenden Erfindung ist die Messung der Garnspannung möglich, ohne daß das Garn dabei in Kontakt mit einer Führung kommt, so daß ein Filamentbruch oder die Bildung einer Schleife vermieden werden kann.

Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe durch ein Verfahren zur Wicklung von Garn gelöst, bei dem die Steuerung einer Wicklung des Garns zu einem Garnkörper nach Maßgabe durch die gemessene scheinbare Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle erfolgt.

Vorzugsweise umfaßt die beschriebene Steuerung einen Schritt der Steuerung der Wickelgeschwindigkeit, so daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle in dem Garn auf einen Wert im Bereich von 40 bis 70 m/sec gesteuert wird.

Entsprechend des Wicklungsverfahrens der vorliegenden Erfindung erfolgt die Wicklung des Garns zu einem Garnkörper gewünschter Endkontur durch die Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit ohne daß das Garn in Kontakt mit einer Führung kommt, was zu einer Reduzierung der Reibung während des Wickelprozesses führt, und entsprechend Fehler bei der Steuerung des Garnkörpers entsprechend einer gewünschten Form reduziert.

Darüber hinaus gewährleistet das Wickelverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung eine stabile und präzise Steuerung der gewünschten Form eines fertigen Wickelkörpers für lange Zeit ohne eine Beeinflussung durch Alterung. Entsprechend ist die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von fehlerbehafteten Wickelkörpern reduziert, die andernfalls folgenden Verfahrensschritten, wie beispielsweise dem Wirken, schaden würden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems zur Messung der Garnspannung aus einer Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Transversalwelle entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer in 1 dargestellten Vibrationserzeugungseinheit, die ein piezoelektrisches Element verwendet.
3 zeigt eine schematische Illustration einer Modifikation einer Vibrationserzeugungseinheit, die das Einblasen von komprimierter Luft verwendet.
4 zeigt eine schematische Illustration einer weiteren Modifikation einer Vibrationserzeugungseinheit, die einen elektromagnetischen Aktuator verwendet.
5(a), (b) zeigen Zeitdiagramme, die das On/Off-Signal eines Multivibrators bzw. das Schwingungssignal angelegt an einen Vibrator illustrieren.
6(a), (b) zeigen Zeitdiagramme, die ein empfangenes Signal bzw. das On/Off-Signal illustrieren.
7 zeigt das Verhältnis zwischen einer gemessenen Spannung und einer berechneten Spannung.
8 illustriert ein System zur Messung einer Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Transversalwelle in einem Garnwicklungssystems, aufweisend einen Garnquerablenkungsmechanismus.
9 zeigt eine schematische Ansicht eines Garnquerablenkungsmechanismus, wie er in 8 verwendet wird.
10 zeigt eine Modifikation eines Querablenkungsmechanismus, wie er in 8 verwendet wird.
11 ist ein Schnitt entlang einer Linie XI-XI in 10 und zeigt ein Arrangement für einen Detektor zur Detektion einer Querführung.
12 zeigt schematisch ein Arrangement eines Detektors zur Detektion einer Transversalwelle in 8
13 zeigt eine Modifikation eines Detektors zur Detektion einer Transversalwelle in 8.
14 zeigt eine weitere Modifikation eines Detektors zur Detektion einer Transversalwelle in 8.
15 ähnelt 8, illustriert jedoch ein modifiziertes Arrangement, in dem ein Detektor zur Detektion einer Schwingung von einem Fadenführer beabstandet ist.
16 zeigt die Ausbreitung einer Transversalwelle auf einem Garn, wie sie durch einen Fadenführer erzeugt wird.
17 ähnelt 16, zeigt jedoch eine Ausbreitung einer Transversalwelle auf einem Garn, wenn die Richtung der Querbewegung des Fadenführers umgekehrt wird.
18 zeigt einen modifizierten Mode einer Ausbreitung einer Transversalwelle.
19(a), (b) zeigen Zeitdiagramme, die ein Schwingungssignal bzw. ein empfangenes Signal in dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 8 illustrierern, wobei die Ausbreitungsgeschwindigkeit der von einer Querabdeckungsvorrichtung erzeugten Transversalwelle gemessen wird.
20 ähnelt 7, zeigt jedoch den Zusammenhang zwischen einer gemessenen Geschwindigkeit und einer berechneten Geschwindigkeit bei dem in 8 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel.
21 ähnelt 8, zeigt jedoch das Arrangement eines Detektors zur Detektion einer Transversalwelle in dem Garn, welches so modifiziert ist, daß der Detektor auf einer Seite des Garns in der Ebene der Querbewegung des Garns angeordnet ist.
22 illustriert, wie der in 21 dargestellte Detektor relativ zum Garn ausgerichtet ist.
23 ähnelt 22, illustriert jedoch eine abweichende Position der Transversalwelle relativ zu dem Detektor, verursacht durch eine abweichende Querposition des Fadenführers.
24(a), (b) und (c) zeigen Veränderungen in einem empfangenen Signal am Empfänger, das Timing der Erzeugung eines Empfangssignals bzw. das Timing einer Erzeugung eines Schwingungssignals für das in 21 dargestellte System.
25 ähnelt 1, illustriert jedoch ein Arrangement zur Messung einer Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Transversalwelle, wobei eine Vibration auf ein Garn in einer Wickelmaschine aufgebracht wird, um die Form des Wickelkörpers in der Wicklungsmaschine zu steuern.
26 zeigt den Zusammenhang zwischen der Aufwickelgeschwindigkeit und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle während eines Wickelprozesses.
27 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Dreipunktspannungsmeßvorrichtung.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Systems zur Messung einer Garnspannung gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses Systems mißt die Spannung eines Garns 100, welches entlang eines Garnpfades bewegt wird, und weist auf eine Vibrationserzeugungseinheit 1 zur Aufbringung einer Vibration oder Schwingung auf das Garn, eine Meßeinheit 2 zur Messung einer scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit einer auf dem Garn erzeugten Transversalwelle, eine Berechnungseinheit 3 zur Berechnung der wahren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle basierend auf der gemessenen scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit und einer gemessenen Geschwindigkeit des Garns, und eine Input/Output-Schnittstelle 4 zur Ausgabe der gewünschten Signale, zur Gewährleistung einer Darstellung des berechneten Wertes für die Spannung gegenüber einer Bedienungsperson und zur Ermöglichung der Funktionssteuerung durch Steuereinheiten in einer gewünschten Weise.
Die erwähnte Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle bezieht sich auf die Geschwindigkeit der Bewegung einer Verschiebung des Garns in eine Richtung quer zur Bewegungsrichtung des Garns.
Wie in 2 dargestellt ist, weist die Vibrationserzeugungseinheit 1 einen fest mit einem nicht dargestellten Rahmen einer Garnbearbeitungsmaschine, wie etwa einer Wickelmaschine, verbundenen Träger 7, eine fest mit dem Träger 7 verbundene Garnführung 5 mit einer U-förmigen Rille 5a für das Garn und ein piezoelektrisches Element 6, angeordnet zwischen der Garnführung 5 und dem Träger 7, zur Aufbringung der Vibration auf das Garn auf. Die Anordnung der Garnführung 5 ist so gewählt, daß das einer Behandlung, wie etwa dem Wickeln, durch eine Garnbearbeitungsmaschine unterworfene Garn sich auf dem in 1 dargestellten Garnweg 100 befindet. Wie in 1 weiter dargestellt ist, aufweist die Vibrationserzeugungseinheit 1 weiter eine Schwingungsschaltung 8 zur Erzeugung eines Schwingungswellensignals, ein mit der Schwingungsschaltung 8 so verbundenes Tor 10, daß das Signal von der Schwingungsschaltung 8 an das Tor 10 angelegt ist und einen mit dem Tor 10 verbundenen Multivibrator 9 zur Lieferung eines gewünschten On/Off-Signals, das aus einer Wiederholung von von high-Signalen der Zeitdauer t₁ und low-Signalen der Zeitdauer t₂ (5a) besteht, an das Tor 10, so daß das Schwingungssignal an das piezoelektrische Element in einem vorgegebenen Intervall angelegt wird.
Die Meßeinheit 2 weist auf eine Transversalwellendetektiervorrichtung 11 zur Detektion der durch die Vibrationserzeugungseinheit 1 auf das Garn 100 aufgebrachten Transversalwelle und eine Signalverarbeitungseinheit 12 zur Erzeugung eines die scheinbare Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle wiedergebenden Signals basierend auf der Zeit für die von der Transversaldetektiervorrichtung 11 vorgenommenen Detektion der von der Vibrationserzeugungseinheit 1 erzeugten Transversalwelle.
Die Signalverarbeitungseinheit 12 weist auf eine Zeitdifferenzdetektiereinheit 13 zur Detektion einer Zeitdifferenz basierend auf dem Detektionssignal der Transversalwellendetektiervorrichtung 11 und dem Schwingungssignal des Multivibrators 9 und eine Berechnungsschaltung 14 zur Berechnung einer scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle.
Die Berechnungseinheit 3 weist auf eine Geschwindigkeitsberechnungsschaltung, die eine wahre Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle aus der scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit und aus einem vorgegebenen Wert der Garngeschwindigkeit berechnet, und eine Spannungsberechnungsschaltung 16, die eine Garnspannung aus der Dicke des Garns und der wahren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle berechnet.
Die Transversaldetektiervorrichtung 11 ist im wesentlichen so aufgebaut wie die Vibrationserzeugungseinheit 1 und weist auf eine Führung 17 mit einer U-förmigen Rille zur Führung des Garns, einem fest mit einem nicht dargestellten Maschinenrahmen verbundenen Träger 19, über den die U-fömige Rille im Durchgang des Garnes angeordnet ist, und ein piezoelektrisches Element 18 zur Verbindung der Führung 17 mit dem Träger 19, so daß eine Schwingung 17 übertragen wird. Die Transversalwellendetektiervorrichtung 11 ist zu der Vibrationserzeugungseinheit 1 in einem vorgegebenen Abstand L(m) angeordnet.
Wie in 1 dargestellt, ist mit der Input/Output-Schnittstelle 4 eine Tastatur 19a zur Eingabe von Daten, wie etwa einem Wert für die Dicke des Garns und für die Geschwindigkeit des Garns, eine Kathodenstrahlröhre 20 zur Darstellung und ein Drucker 21 zum Ausdruck der gewünschten Informationen verbunden.
Im folgenden wird die Funktionsweise des oben beschriebenen Meßsystems für die Garnspannung zur Durchführung einer Messung der Garnspannung erläutert.
Unter der Voraussetzung, daß das Garn 100 bewegt wird oder einer Wickelung unterworfen wird, liegt an dem Tor 10 ein Schwingungssignal mit einer Frequenz im Bereich von 30 bis 40 KHz des Oszillators 8 ebenso an, wie ein On/Off-Signal als Wiederholung eines low-Signals einer Zeitdauer von t₁ Sekunden und eines high-Signals einer Zeitdauer von t₂ Sekunden, welche sich im Bereich von 20 bis 50 × 10^–3 sec bewegen, an. Als Ergebnis wird hierbei ein durch das On/Off-Signal moduliertes Schwingungssignal, wie es in 5(b) dargestellt ist, erzeugt. Im Ergebnis folgt in dem modulierten Signal ein Zustand mit einem low-Level für eine Zeitdauer von t₁ sec ein Schwingungssignal einer Zeitdauer von t₂.
Das in 5(a) dargestellte On/Off-Signal des Multivibrators 9 wird ebenfalls an die Zeitdifferenzdetektiereinheit 13 der Meßeinheit 2 angelegt.
Das piezoelektrische Element 6 wird betrieben mit dem vom Tor 10 gelieferten Schwingungsignal, welches dazu führt, daß die Führung 5 einer Schwingung mit einer Periode von t₁ + t₂ unterworfen ist. Im Ergebnis wird ebenfalls das Garn 100 einer derartigen Schwingung derselben Periode unterworfen.
Wenn das durch die Schwingungserzeugungseinheit 1 einer Schwingung unterworfene Garn 100 am Ort der Transversalwellendetektiervorrichtung 11 ankommt und das Garn 100 mit der Führung 17 in Kontakt tritt, wird das piezoelektrische Element 18 beeinflußt, so daß im Ergebnis das On/Off-Signal von dem piezoelektrischen Element 18 empfangen wird. Das in 6(a) dargestellte empfangene On/Off-Signal wird an die Zeitdifferenzdetektiereinheit 13 angelegt, wo, wie in 6(b) dargestellt, Zeitdifferenzen t₃ (sec) und t₄ (sec) zwischen dem empfangenen On/Off-Signal zu dem vom Multivibrator 9 gelieferten Schwingungssignal berechnet werden und an die Berechnungsschaltung 14 weitergegeben werden.
Die Beziehung zwischen den Zeitdifferenzen t₃ und t₄ ist derart, daß t₃ < t₄. Außerdem entspricht die Zeitdifferenz t₃, die eine Zeitdifferenz zwischen der vorderen Flanke des empfangenen On/Off-Signals und der vorderen Flanke des Schwingungssignals darstellt, der Übertragungszeit einer Longitudinalwelle in dem Garn. Die Zeitdifferenz t₄, die die Zeitdifferenz zwischen der hinteren Flanke des empfangenen On/Off-Signals und der hinteren Flanke des Schwingungssignals darstellt, entspricht der Übertragungsgeschwindigkeit einer Transversalwelle als einer Funktion der Spannung des Garns. Daraus folgt, daß die Zeitdifferenz t₄ als Meßwert an die Berechnungsschaltung geliefert wird.
Im Anschluß daran wird in der Berechnungsschaltung 14, unter Verwendung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle t₄ und dem Abstand L (m) zwischen der Vibrationserzeugungseinheit 1 und der Transversalwellendetektiervorrichtung 11, die scheinbare Transversalwellenübertragungszeit V₀ (m/sec) nach der folgenden Gleichung berechnet: V0 = L/t4 (1)
Die berechnete scheinbare Übertragungszeit V₀ (m/sec) für die Transversalwelle wird an die Einheit 3 geliefert. Die Geschwindigkeitsberechnungsschaltung 15 berechnet unter Verwendung der scheinbaren Übertragungszeit für die Transversalwelle V₀ und der Garntransportgeschwindigkeit V_a eine wahre Übertragungsgeschwindigkeit für die Transversalwelle V(m/sec) wie folgt. Für den Fall, in dem die Transversalwellendetektiervorrichtung 11 in Transportrichtung des Garns von der Vibrationserzeugungseinheit aufwärts angeordnet ist, wird die wahre Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle V wie folgt berechnet: V = L/t4 + Va (2)
Im Gegenteil hierzu wird, für den Fall, in dem die Transversalwellendetektiervorrichtung 10 bezogen auf die Bewegungsrichtung des Garns relativ zu der Vibrationserzeugungseinheit 1 abwärts angeordnet ist, die wahre Ausbreitungsgeschwindigkeit für die Transversalwelle V wie folgt berechnet: V = L/t4 – Va (3)
In den obigen Gleichungen wird als Garnbewegungsgeschwindigkeit die Aufwickelgeschwindigkeit oder die Geschwindigkeit des Garns am Ort der Ausgabe des Garns verwendet. In dem Fall, in dem die Aufwickelgeschwindigkeit verwendet wird, wird die Präzision zusätzlich erhöht, wenn der Einfluß des Wicklungswinkels θ des Garns während einer Querbewegung des Garns durch die Verwendung der folgenden Gleichung zur Berechnung der Garngeschwindigkeit Va berücksichtigt wird: Va = Vw × (1/cosθ) (4)
Hierbei entspricht Vw der Aufwickelgeschwindigkeit des Garns. Der berechnet Wert für die Garngeschwindigkeit Va wird über die Tastatur 19a an die Schaltung 15 übermittelt. Alternativ ist ein Sensor mit der Wickelmaschine zur Ermittlung eines die Wickelgeschwindigkeit wiedergebenden Signals verbunden, welches an die Schaltung 15 weitergegeben wird.
Die wahre Ausbreitungsgeschwindigkeit für die Transversalwellen V, die in der Schaltung 15 berechnet wird, wird an die Garnspannungsberechnungsschaltung 16 weitergegeben, wo, basierend auf der Geschwindigkeit V und dem Gewicht des Garns pro Längeneinheit (lineare Dichte ρ(Kg/m)), die Garnspannung G (kgf) über die folgende Gleichung berechnet wird: T = ρ × V2/9.807 (5)
In Fällen, in denen Transversalwellendetektiervorrichtungen sowohl aufwärts als auch abwärts von der Vibrationserzeugungseinheit angeordnet sind, wird die Garngeschwindigkeit Va wie folgt berechnet: Va = (L/t4 – L/t4')/2 (6)
Hierbei entspricht t₄ der auf der Aufwärtsseite berechneten Zeitdifferenz und t₄' der auf der Abwärtsseite berechneten Zeitdifferenz. Bei dieser Modifikation ist es nicht notwendig, daß eine Bedienungsperson über die Tastatur Daten über die Garngeschwindigkeit Va eingibt, wie es in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der Fall ist.
Es ist an und für sich unnötig zu erwähnen, daß Modifikationen dahingehend möglich sind, daß die beschriebenen Berechnungen durch die erwähnten Einheiten 14, 15 und 16 auch von einem integrierten Schaltkreis durchgeführt werden können.
Außerdem lassen sich die Funktionen dieser Einheiten 14, 15 und 16 auch über eine Software in einer EDV-Anlage verwirklichen.
In 3 ist eine Modifikation der Vibrationserzeugungseinheit 1 dargestellt, die umfaßt, einen Düsenkörper 22 mit einem Garndurchgang 22a, in dem sich das Garn 100 bewegt, eine sich seitlich in den Garndurchgang 22a öffnende Düsenbohrung 22b, so daß verdichtete Luft über die Düsenbohrung 22b in den Garndurchgang 22a eingeblasen werden kann, einen mit der Düsenbohrung 22b verbundenen Anschluß 23, eine mit dem Anschluß 23 verbundene Rohrleitung 25 und ein zwei Stellungen und zwei Öffnungen aufweisendes elektromagnetisches Ventil 24. Das Schwingungssignal des Multivibrators 9 wird bei geöffnetem Tor 10 an das elektromagnetische Ventil 24 übertragen, so daß dieses vibrierend betrieben wird, was dazu führt, daß verdichtete Luft aus einem Speicher über die Düsenbohrung 22b seitwärts eingeblasen wird, was das Garn 100 einer Vibration unterwirft und somit eine Transversalwelle auf dem Garn 100 generiert. Ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel detektiert eine in 3 nicht dargestellte Transversalwellendetektiervorrichtung mit einer ähnlichen Struktur, wie die in 1 dargestellte (11), die von der Vibrationserzeugungseinheit 1 ausgehende Transversalwelle und die Zeitdifferenz zwischen dieser Detektion der Transversalwelle und der Aufbringung der Vibration auf das Garn, wobei diese Zeitdifferenz verwendet wird, um die Garnspannung zu berechnen.
4 zeigt eine andere Modifikation der Vibrationserzeugungseinheit 1, die umfaßt ein Gehäuse 26, einen in dem Gehäuse 26 angeordneten Stahlkern 27 und eine mit dem vom Multivibrator 9 gesteuerten Tor 10 verbundene elektromagnetische Spule 28. Der Kern 27 steht mit einem Ende mit dem Garn in Kontakt. Daraus folgt, daß bei über den Multivibrator 9 geöffnetem Tor 10 das Schwingungssignal des Oszillators 7 an die elektromagnetische Spule 28 angelegt wird, was dazu führt, daß der Stahlkern 27 vibriert, so daß das in Kontakt mit dem Stahlkern 27 stehende Garn 100 einer Vibration unterworfen wird. Ähnlich wie beschrieben, detektiert eine Transversalwellendetektiereinheit die von der Vibrationserzeugungseinheit 1 ausgehende Transversalwelle und eine Zeitdifferenz zwischen der Detektion der Transversalwelle und der Aufbringung der Vibration auf das Garn, wobei diese Zeitdifferenz zur Berechnung der Garnspannung verwendet wird.
Ergebnis eines Tests 1
Im folgenden werden nun die Ergebnisse von Tests für die Messung einer Garnspannung unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Tests wurden durchgeführt bei der Aufwicklung eines Garns auf eine Spule in einer Wickelmaschine unter den folgenden Bedingungen.
Das Garn: Polyester-Multifilament-Garn einer Dicke von 75 Denier und bestehend aus 36 Filamenten;
Zuführgeschwindigkeit des Garns an einem Godetroller: 4800 m/minute;
Frequenz des vom Oszillator 8 gelieferten Schwingungssignals (8): 30 KHz;
Länge des vom Multivibrator 9 gelieferten On/Off-Signals (9): 0,02 Sekunden;
Abstand (L) zwischen der Vibrationserzeugungseinheit (1) und der Transversalwellendetektiervorrichtung (11):
0,1 m, und;
Gewicht des Garns (lineare Dichte ρ): 0,008 Kg/m.
Die Werte für das Schwingungssignal und das On/Off-Signal sind unter Berücksichtigung der verwendeten Vibrationserzeugngseinheit zweckmäßig bestimmt worden.
Unter den oben genannten Bedingungen ist die Aufwickelgeschwindigkeit für das Garn variiert worden und für jeden Wert der Geschwindigkeit die Zeitdifferenz zur Übertragung der Transversalwelle berechnet worden und in der folgenden Tabelle I zusammen mit den von einer konventionellen Kontaktspannungsdetektiervorrichtung der Firma ONLINE Co. gelieferten Werten dargestellt.
Tabelle 1
7 zeigt das Verhältnis zwischen der gemessenen Spannung und der berechneten Spannung. Wie aus 7 ohne weiteres ersichtlich ist, entspricht der Zusammenhang einer linearen Funktion, die durch den Ursprung (0,0) des Koordinatensystems verläuft. Eine zwischen den Werten für die Spannung existierende Differenz ist nicht wichtig, da, abhängig vom Hersteller und Typ, der Reibungskoeffizient bei der Bewegung des Garns nicht der gleiche ist, was üblicherweise dazu führt, daß die Spannungswerte nicht übereinstimmen. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß zur Messung einer Garnspannung eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung statt einer Garnspannungsmessungsvorrichtung des konventionellen Kontakttyps verwendet werden kann. Die vorliegende Erfindung ist vielmehr sogar vorteilhaft, da präzise Messungen durchgeführt werden können, weil eine Reibung, welche zu einer Reduzierung der Präzision einer Messung führen kann, nicht auftritt.
Im weiteren wird nun unter Bezugnahme auf 8 ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, welches sich auf die Messung einer Garnspannung während der Herstellung eines Wickelkörpers auf einer Wickelmaschine in einem System, beispielsweise einem Schmelzspinnsystem zur Erzeugung synthetischer Fasern, bezieht. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt ein Apparat zur Messung der Garnspannung eine Vibrationserzeugungseinheit bestehend aus einer Garnquerablenkungsvorrichtung der Garnwickelmaschine. Die in 8 dargestellte Wickelmaschine umfaßt eine Querablenkungsvorrichtung, die in bekannter Art und Weise oberhalb einer nicht dargestellten Spindel angeordnet ist, auf der Spulen zur Aufwicklung des Garns lösbar montiert sind, und eine Gelenkführung 35 für die Querbewegung des Garns, welches von einer nicht dargestellten Spinndüse geliefert wird. Wie in 9 dargestellt, umfaßt die Querablenkungsvorrichtung einen Elektromotor 31, eine mit dem Elektromotor 31 so verbundene Kehrgewindewelle 32, da die Kehrgewindewelle 32 sich dreht, und Fadenführer 33, die von der Kehrgewindewelle 32 parallel zur Achse der Kehrgewindewelle 32 bewegt werden. Das Garn 100 wird an der Querführung einer Querbewegung mit einer Breite entsprechend der Breite des Wickelkörpers unterworfen.
Ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel weist die Garnspannungsdetektiervorrichtung auf einen fotoelektrischen Meßgrößenumformer 36 als Transversalwellendetektiereinheit verbunden mit einer Zeitdifferenzdetektiereinheit 13 zur Detektion der Zeitdifferenz zwischen der Aufbringung der Transversalwelle durch die Querablenkungsvorrichtung 30 und der Detektion der Transversalwelle durch den Meßgrößenumformer 36, eine Schaltung 14 zur Berechnung einer scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle basierend auf der von der Schaltung 13 berechneten Zeitdifferenz und eine Berechnungseinheit 3 zur Berechnung der Garnspannung aus der scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle und der Aufwickelgeschwindigkeit für das Garn. Ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel sind Peripheriegeräte, wie eine Kathodenstrahlröhre und eine Druckvorrichtung, mit der Einheit 3 über eine geeignete Interface-Schaltung verbunden.
Zusammengefaßt entspricht bei diesem Ausführungsbeispiel der Fadenführer 33 und die Detektorvorrichtung 34 einer Vibrationserzeugungseinheit wie im ersten Ausführungsbeispiel. Daraus folgt, daß der Abstand zwischen den beiden Bauteilen 33 und 36 dem Abstand L (m) entspricht.
Als Sensor 34 kann ein statisch arbeitender Kapazitätssensor oder ein lichtelektrischer Meßwertumformer verwendet werden.
An Stelle der Detektion einer Position des Fadenführers 33 über einen Detektor 34 kann eine Konstruktion, wie sie in 9 dargestellt ist, verwendet werden. Dabei ist eine Mehrzahl von beabstandeten Nachweisteilen 37 in einer der Anzahl der Fadenführer 33 entsprechenden Anzahl entlang der Peripherie der rotierenden Welle 31-1 des Elektromotors 31 derart angeordnet, daß die Nachweisteile 37 an übereinstimmenden Phasenstellen bezogen auf die zugeordneten Fadenführer 33 während einer vollständigen Periode der Verschiebungsbewegung der Querablenkungsvorrichtung 30 angebracht sind. Außerdem ist ein fotoelektrischer Sensor 34 so angeordnet, daß er der Bewegungsbahn der rotierenden Bewegung der Nachweisteile 37 gegenübersteht. Diese Anordnung ist im Hinblick auf reduzierte Herstellungskosten wünschenswert.
Bei einem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Verwendung fotoelektrischer Detektoren 34 und 36 zum Zwecke der Detektion der Garnspannung die Verwendung von Führungen, die mit dem Garn in Kontakt treten, eliminieren. Eine derartige Konstruktion ist dahingehend vorteilhaft, daß das Garn vor einer Beschädigung geschützt ist, die anderenfalls bei dem in 27 dargestellter Stand der Technik durch das Inkontakttreten der Führung mit der Garn auftreten könnte.
Die 10 und 11 zeigen eine Modifikation der Querablenkungsvorrichtung 30, die an sich bekannt ist und die umfaßt eine Mehrzahl von rotierenden Blatteinheiten 38, einen Antriebsmotor 39 mit einer Antriebswelle 39-1, eine auf der Welle 39-1 befestigte Riemenscheibe 40 und einen Riemen 41. Jede Einheit 38 weist eine erste Rotoranordnung 38a mit drei Blättern 38a-1 und eine zweite Rotoreinheit 38b mit zwei Blättern 38b-1 und einen elektrischen Antriebsmotor 39 auf. Die Einheit 38 umfaßt eine rotierende Welle 38-1, die die erste und zweite Rotoreinheit 38a und 38b einer Rotationsbewegung in entgegengesetzte Richtungen unterwirft. Dementsprechend verursacht während einer rotierenden Bewegung der Welle 38-1 das Blatt 38a-1, welches an einem Garn anliegt, eine Querbewegung des Garns in eine Richtung, während ein Blatt 38b-1 eine Querbewegung des Garns in die entgegengesetzte Richtung bewirkt. Wie in 10 dargestellt, sind mit den rotierenden Wellen 38-1 Riemenscheiben 38-2 verbunden, welche über einen Riemen 41 auf die auf der Antriebswelle 39-1 des Motors 39 angeordnete Riemenscheibe 40 geschleift sind.
Die Riemenscheibe 40 ist entlang ihrer Peripherie mit Nachweisteilen 42 an Orten korrespondierend zu den gewünschten Phasen der Hin- und Herbewegung der Querablenkungseinheiten 38a versehen. Ein Detektor 43 zur Detektion der Zeit des Aufbringens einer Vibration auf das Garn ist an einem Ort entlang der Bewegungslinie der Nachweisteile 42 angeordnet (vgl. 11).
12 zeigt die detaillierte Konstruktion eines fotoelektrischen Sensors zur Verwendung als Transversalwellendetektiereinheit. Dabei umfaßt der Sensor 36 einen Lichtsender 44 mit einer Linse 48, einen Lichtempfänger 45 mit einer Linse 49, einen mit dem Lichtempfänger 45 verbundenen elektrischen Verstärker 46 und ein Gehäuse 47. Genauer beschrieben sind der Lichtsender 44 und der Lichtempfänger 45 so mit dem Gehäuse 47 verbunden, daß sie (44 und 45) einen gewünschten Winkel bezogen auf den Garnweg 100 einschließen. Bei dem Sensor 36 handelt es sich um einen reflektiv arbeitenden Typ, bei dem das vom Sender 44 emitierte Licht nach seiner Reflektion an dem Garn 100 auf dem Garnweg vom Empfänger 46 empfangen wird, so daß nach der Verstärkung durch den Verstärker 46 ein elektrisches Signal in der Signalverarbeitungseinheit 12 erzeugt wird, um wiederum ein Signal zu erzeugen, welches in bezug zu der scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle in dem Garn steht.
13 zeigt eine modifizierte Struktur des fotoelektrischen Sensors 36, die umfaßt einen Lichtsender 50, einen Lichtempfänger 51, einen elektrischen Verstärker 52 und ein Gehäuse 53. Das Gehäuse 53 bildet mit seinem U-förmigen Querschnitt einen Garndurchgang 53a. Genauer beschrieben sind der Lichtsender 50 und der Lichtempfänger 51 mit dem Gehäuse 53 so verbunden, daß sie einander bezogen auf den Garnweg gegenüberstehen. Bei dieser Modifikation des Sensors 36 handelt es sich um einen Lichtdurchgangstyp, bei dem das Licht des Senders 50 von dem Lichtempfänger 51 nur unterbrochen durch das in dem Garndurchgang 53a bewegte Garn empfangen wird.
Im Betrieb des zweiten Ausführungsbeispiels, welches auf die Verwendung der Querablenkungsvorrichtung als einer Einheit zur Aufbringung einer Transversalwelle auf das Garn ausgerichtet ist, detektiert der in 8 dargestellte Detektor 34 den Fadenführer 33 während einer Vorwärtshubbewegung von einem rechten Endpunkt C' hin zu einem linken Endpunkt B' und erzeugt ein Signal mit Bezug zum Zeitverlauf der Erzeugung einer Transversalwelle auf dem Garn 100. Der Detektor 34 ist so aufgebaut, daß dieses Signal durch die Führung 33 während der Rückwärtshubbewegung der Führung 33 vom linken Endpunkt B' zum rechten Endpunkt C' nicht erzeugt wird.
Außerdem zeigt in 14 eine Linie YA eine Bewegungsbahn des Garns, welches einer Querbewegung unterworfen ist, in der den Sensor 36 einschließenden horizontalen Ebene. Es verursacht nämlich, wie in 8 dargestellt, die Querbewegung des Fadenführers zwischen der Position C' und der Position B' die Erzeugung einer Transversalwelle, welche sich aufwärts ausbreitet, und, am Detektor 36 das Garn dazu veranlaßt, zwischen einer Position C und einer Position B, wie in 14 dargestellt, querverschoben zu werden. Der Sensor 36 detektiert das Garn, wenn es sich in einem Detektionsbereich X der Bewegungslinie YA, die einen Teil der Bewegungslinie des Garns zwischen C und A umfaßt, befindet. Außerdem ist der Sensor 36 derart konstruiert, daß der Lichtsender 48 den Detektionsbereich X beleuchtet und der Lichtempfänger 49 Licht reflektiert von dem Garn empfängt, wenn sich das Garn in dem Detektionsbereich X befindet.
16 illustriert die Ausbreitung einer auf dem Garn 100 erzeugten Transversalwelle für den Fall, in dem der Fadenführer 33 in die durch den Pfeil a gezeichnete Richtung bewegt wird. 17 erläutert die Ausbreitung einer Transversalwelle für den Fall, in dem der Fadenführer 33 in die entgegengesetzte, mit dem Pfeil b bezeichnete Richtung bewegt wird. 18 zeigt eine abweichende Mode der Ausbreitung einer Transversalwelle auf dem Garn, wenn der Fadenführer in der Richtung des Pfeils b bewegt wird.
19(a) illustriert ein von dem Fadenführer 33 gegenüberstehenden Sensor 34 geliefertes Schwingungssignal. Und zwar wird dieses Schwingungssignal erzeugt, wenn sich der Fadenführer während seiner Bewegung hin zur linken Seite (vom Punkt C' zum Punkt B') am Punkt A', wie in 8 dargestellt, befindet. Im Gegensatz hierzu wird das Schwingungssignal am Punkt A' nicht erzeugt, wenn sich der Fadenführer 33 rechts herum, in 8 vom Punkt B' zum Punkt C', bewegt.
19(b) zeigt ein Transversalwellendetektionssignal detektiert vom Sensor 36. Wie aus 16 ersichtlich ist, detektiert der Sensor 36 das Garn während der Bewegung des Fadenführers 33 rechts herum in der Position A und gibt entsprechend ein high-Signal aus. Dieser high-Zustand des Sensors 36 wird im Punkt C aufrechterhalten, in dem sich die Bewegungsrichtung des Garns umkehrt. Während der Bewegung des Garns links herum ist die Bewegung des Garns bezogen auf die Bewegung des Fadenführers 33, wie in 16 dargestellt, verzögert. Daraus folgt, daß bezogen auf die Ankunft des Fadenführers A' die Ankunft des Garns am Ort A auf der Bewegungslinie des Garns in der Höhe des Sensors 36 verzögert ist. Dementsprechend existiert eine Zeitdifferenz T₅ zwischen der Zeit der Ankunft der Führung 33 am Punkt A' und der Zeit der Ankunft des Garns, bzw. der Transversalwelle, am Punkt A. Mit anderen Worten wird die Zeitdifferenz T₅ betrachtet als die Zeit, die für die Übertragung der vom Fadenführer 33 erzeugten Transversalwelle hin zu einem Ort mit dem Abstand L benötigt wird. Entsprechend, ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel, berechnet die Berechnungseinheit 3 die Garnspannung, die über die Kathodenstrahlröhre und eine Druckvorrichtung ausgegeben wird.
Anstatt den Detektor 34 in der Bewegungslinie der Querbewegung des Fadenführers 33 der Querablenkungsvorrichtung zur Detektion einer gewünschten Phasenposition der Führung 33, wie in 8 dargestellt, anzuordnen, ist ein Sensor 54 als Vibrationssignalerzeuger vertikal oberhalb der Bewegungslinie der Querbewegung des Fadenführers 33 mit einem Abstand L vom Sensor 36 als Transversalwellendetektor, wie in 15 dargestellt, angeordnet. Basierend auf den Signalen der Sensoren 54 und 36 wird die Berechnung der scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle in ähnlicher Form durchgeführt. Diese Modifikation ist dahingehend vorteilhaft, daß eine bestehende Querablenkungsvorrichtung ohne Änderung ihrer Konstruktion weiter verwendet werden kann.
Ergebnisse eines Tests 2
Ähnlich wie beim ersten Test mit dem ersten Ausführungsbeispiel wurde ein weiterer Test mit einem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel durchgeführt, bei dem ein Garn auf eine Spule unter den folgenden Bedingungen aufgewickelt wurde.
Das Garn: Polyester-Multifilament-Garn einer Dicke von 75 Denier bestehend aus 36 Filamenten;
Zuführgeschwindigkeit des Garns an einem Godetroller zur Zuführung des Garns: 4800 m/min, und;
Abstand (L) zwischen den Detektoren 34 und 36: 0,39 m.
Unter den zuvor beschriebenen Voraussetzungen ist die Aufwickelgeschwindigkeit für das Garn variiert worden und für jeden Wert der variierten Geschwindigkeit die Zeitdifferenz zur Übertragung der Transversalwelle und der berechnete Wert für die Spannung in der folgenden Tabelle zusammen mit dem Wert der Garnspannung gemessen von einer Spannungsdetektionsvorrichtung des konventionellen Kontakttyps, produziert von der Firma ONLINE Co., eingetragen worden.
Tabelle 2
20 zeigt eine Beziehung zwischen der gemessenen Spannung und der berechneten Spannung bei dem zweiten Ausführungsbeispiel. Wie aus 20 und obiger Tabelle II im Vergleich mit Tabelle I und 7, bezogen auf das erste Ausführungsbeispiel, deutlich wird, wird ein ähnliches Resultat bei dem zweiten Ausführungsbeispiel erreicht. Daraus kann die Schlußfolgerung gezogen werden, daß anstelle des Kontakttypsystems zur Detektion der Garnspannung im ersten Ausführungsbeispiel die Vorrichtung im zweiten Ausführungsbeispiel benutzt werden kann um ähnliche Ergebnisse zu erzielen.
21 zeigt ein drittes Ausführungseispiel eines Systems zur Messung der Garnspannung, bei welchem, ähnlich zum zweiten Ausführungsbeispiel, das System aufweist einen Garnfadenführer 33 eines Wicklers als Vibrationserzeugungseinheit, einen Detektor 34 zur Detektion der Ankunft der Führung an einem vorderen Ende C' während einer Hubquerbewegung, einen fotoelektrischen Sensor 36 vom Reflektionstyp, angeordnet an einer Position zwischen dem Fadenführer 33 und der Transversalbewegungsgelenkführung 35, als Transversalwellendetektor, eine Zeitdifferenzberechnungsschaltung 13 zur Berechnung einer Zeitdifferenz zwischen dem Anlegen einer Vibration an das Garn 100 und der Detektion der Transversalwelle basierend auf den Signalen der Detektoren 34 und 36, eine Schaltung 14 zur Berechnung einer scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle basierend auf der Zeitdifferenz und eine Berechnungsschaltung 3 zur Berechnung einer wahren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle basierend auf der scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit und einer Garngeschwindigkeit und zur Berechnung der Garnspannung basierend auf der wahren Garnausbreitungsgeschwindigkeit. Auch ist eine mit einer Kathodenstrahlröhre und einer Druckvorrichtung verbundene Interface-Schaltung, ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel, vorgesehen.
Die Anordnung des fotoelektrischen Detektors, der nach dem Reflektionsprinzuip arbeitet, ist derart gewählt, daß Licht auf das Garn 100 von einer Position außerhalb des Garns in einer von dem querbewegten Garn definierten Ebene zwischen dem entlang einer Bewegungslinie C'-B' bewegten Fadenführer 33 und der Gelenkführung 35 fällt. Mit anderen Worten erfolgt die Aussendung des Lichts in einer Ebene parallel zur Ebene der Querbewegung des Garns. Es ist dargestellt, daß der nach dem Reflektionsprinzip arbeitende Detektor 36 einen Lichtsender 36a und einen Lichtempfänger 36b aufweist. Darüber hinaus ist der Detektor 36 mit einem Verstärker und einer Komparatorschaltung, ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel, versehen.
Während der Wicklung des Garns erfolgt die Bewegung des Fadenführers im allgemeinen mit einer konstanten Geschwindigkeit. In der Region um den Endpunkt B' der Querbewegung wird der Fadenführer 33 jedoch einer rapiden Geschwindigkeitsreduzierung bis zum Eintreffen der Führung am Endpunkt B' unterworfen und, nach der Einleitung einer entgegengesetzten Bewegung am Endpunkt B', wird die Führung auf die gleichförmige Geschwindigkeit beschleunigt. Als folge einer derartigen schnellen Umkehrbewegung der Führung 33 erfolgt die Ausbreitung der von der Führung 33 erzeugten Transversalwelle hin zur Gelenkführung 35 derart, daß ein gekrümmter Abschnitt des Garns D mit einem reduzierten Krümmungsradius von der Führung 33 erzeugt wird, wenn diese ihre Vorwärtshubbewegung B'-C' in die Rückwärtshubbewegung C'-B' umkehrt, der sich aufwärts in Richtung der Gelenkführung 35 bewegt.
Die Anordnung des Lichtsenders 36a und des Lichtempfängers 36b des Detektors 36 ist dergestalt, daß, wenn das Licht des Lichtsenders 36a einen oberen Abschnitt des Garns in Transportrichtung oberhalb zwischen dem gekrümmten Abschnitt D und der Gelenkführung, wie in 22 dargestellt, beleuchtet, ein Anteil des vom Garn reflektierten und vom Lichtempfänger 36b empfangenen Lichts aufgrund der Tatsache, daß der Empfänger 36b auf dem Weg des reflektierten Lichts vom Lichtempfänger 36a angeordnet ist, erhöht ist und daß, wenn das Licht vom Lichtsender 36a einen tieferen Abschnitt des Garns zwischen dem gekrümmten Abschnitt D und der Querablenkungsführung, wie in 23 dargestellt, beleuchtet, ein Teil des vom Garn reflektierten und Lichtempfänger empfangenen Lichts entsprechend der Tatsache, daß der Lichtempfänger 36b außerhalb des Reflektionslichtweges des Lichtsenders 36a angeordnet ist, reduziert ist.
In der obigen Anordnung kann der Abstand 6 zwischen dem gekrümmten Abschnitt D und dem Sensor 36 in einem Bereich E des detektierten Lichtwegs des Senders 36a zum Empfänger 36b variiert werden. Jedenfalls ist der Level des vom Empfänger 36b nach der Passage des gekrümmten Abschnittes D empfangenen Lichtes immer gegenüber dem Level des vom Empfänger 36b vor der Passage des gekrümmten Abschnittes D reduziert. Entsprechend ist es über die Detektion einer solchen Reduktion im Lichtlevel möglich, den exakten Zeitpunkt der Vorbeibewegung des gekrümmten Abschnittes D des Garns zu bestimmen.
In 24(a) zeigt eine obere Kurve eine Veränderung im Level des vom Empfänger 36b empfangenen Lichts abhängig von der Zeit, für den Fall, in dem Abstand 6 zwischen dem gekrümmten Abschnitt D und dem Sensor 36 6 mm entspricht und eine untere Kurve zeigt eine ähnliche Veränderung im Level des Lichts, wenn der Abstand δ 10 mm entspricht. In beiden Kurven erfolgt ein scharfer Abfall des detektierten Lichtlevels zur selben Zeit t, zu der ein Detektionssignal (Transversaldetektionssignal) vom Detektor, wie in 24(b) dargestellt, ausgegeben wird. Vor der Erzeugung des Transversalwellendetektionssignals liefert der gegenüber dem Fadenführer angeordnete, in 21 dargestellte Detektor 34 ein in 24(c) dargestelltes Schwingungssignal. Ähnlich zum zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Zeitdifferenz t₅ aus der Erzeugung des Schwingungssignals und des Detektionssignals berechnet, und die scheinbare Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle V₀(m/sec) wird gemäß der folgenden Gleichung berechnet: V0 = L/t5 (7)
Bei einer derartigen Ausgestaltung ist der Wert für die scheinbare Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle V₀ selbst dann präzise bekannt, wenn der Abstand zwischen dem reflektiv arbeitenden fotoelektrischen Sensor 36 und dem Garnweg variiert, was den Vorteil gegenüber den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen darstellt, bei denen das detektierte Licht quer zur Ebene der Bewegung des Garnpfades ausgesandt wird. Außerdem kann bei der Verwendung einer Querablenkungsvorrichtung für das Garn, wie sie in 10 dargestellt ist, bei der das Garn Führungshandlungen mit Hilfe von Rotoren 38a, 38b mit sich in Richtung quer zur Richtung der Querbewegung erstreckenden Führungsblättern unterworfen ist, eine Situation entstehen, bei der sich der von dem nach dem Reflektionsprinzip arbeitenden photoelektrischen Detektor 36 überwachte Garnweg in einer Richtung quer zur Richtung der eigentlichen Querbewegung infolge einer Veränderung der Spannung bewegt. Selbst in einer solchen Situation erlaubt die Anordnung einer Mehrzahl der Detektoren 38a oder 38b oder beider die Ausdehnung des Detektionsbereich in lateraler Richtung bezogen auf die Richtung der Querbewegung, was wiederum eine zuverlässige Detektion des gekrümmten Abschnittes B des Garns erlaubt.
Im weiteren wird ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, welches sich auf ein Verfahren zur Wicklung eines Garns zum Zwecke der Erzeugung eines Garnkörpers gewünschter Form basierend auf der Information über die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Transversalwelle bezogen auf eine Garnspannung richtet. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Transversalwelle als Indikator für die Garnspannung ist nämlich, wie sich aus der folgenden Beschreibung ergeben wird, mit dem Zustand des fertigen Garnkörpers eng verknüpft. Mit anderen Worten führt die Beibehaltung einer Ausbreitungsgeschwindigkeit für die Transversalwelle innerhalb eines gewünschten Bereichs unter Umständen zu den gewünschten Wickelbedingungen, d.h. im Ergebnis zu der gewünschten Form des fertigen Wickelkörpers.
In dem vierten Ausführungsbeispiel erfolgt die Wicklung des Garns unter Verwendung einer Wickelmaschine, die im wesentlichen der unter Bezugnahme auf die 8 bis 12 beschriebenen Wickelmaschine des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht. Zurückkommend auf 8 wird hier ein Garn von einer nicht dargestellten Düse über eine Gelenkführung 35 zu einem Fadenführer 33 geführt, wo das Garn einer Querbewegung unterworfen wird und auf eine nicht dargestellte Spule auf einer nicht dargestellten Spindel gewickelt wird, so daß der Garnkörper auf der Spule gebildet wird. Dabei fungiert der Fadenführer als Vibrationserzeugungseinheit, so daß ein Schwingungssignal erzeugt wird. Die Konstruktion der Querablenkungsvorrichtung 30 entspricht der des zweiten Ausführungsbeispiels, welche unter Bezugnahme auf die 9 und 10 beschrieben worden ist. Der Sensor 34 ist gegenüber dem Fadenführer 33 angeordnet und erzeugt ein Schwingungssignal. Der photoelektrische Sensor 36 ist in einer Entfernung L vom Sensor 34 angeordnet und detektiert die Querbewegung des Garns, d.h. die auf dem Garn erzeugte Transversalwelle.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine modifizierte Anordnung des Sensors 36, wie sie in bezug auf die 13 oder 14 beim zweiten Ausführungsbeispiel erläutert wurde, ebenfalls möglich. Gleichfalls ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine modifizierte Anordnung des Sensors 54, die unter Bezugnahme auf 15 für das zweite Auführungsbeispiel erläutert wurde, ebenfalls möglich. Schließlich ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Anordnung des Sensors 36 in der Ebene der Querbewegung des Garns, wie sie unter Bezugnahme auf die 21 bis 25 für das dritte Ausführungsbeispiel erläutert wurde, möglich.
Die Verarbeitungsschaltung ähnelt der des zweiten Ausführungsbeispiels in 8. Und zwar detektiert (berechnet) die Zeitdifferenzdetektierschaltung, die der Einheit 13 in 8 korrespondiert, eine Zeitdifferenz t₅ zwischen dem Zeitpunkt der Erzeugung des Oszillationssignals durch den Sensor 34 oder 54 (vergl. 15) und dem Zeitpunkt der Ankunft der Transversalwelle am Sensor 36. Die Transversalwellen-Ausbreitungsgeschwindigkeit-Detektorschaltung, die der Einheit 14 in 8 korrespondiert, berechnet eine Ausbreitungsgeschwindigkeit V der Transversalwelle nach der Formel V = L/t₅.
Unter Bezugnahme auf das vierte Ausführungsbeispiel wird nun das Ergebnis eines Tests für eine Wickelbedingung für einen fertigen Garnkörper unter Berücksichtigung einer Änderung in den Wickelbedingungen erläutert. Der Test wurde durchgeführt mit verschiedenen Typen von Garnen, und zwar: Einem POY Polyestergarn einer Dicke von 120d bestehend aus 36 Filamenten; einem POY Polyestergarn einer Dicke von 240d bestehen aus 48 Filamenten; einem FDY Polyestergarn einer Dicke von 75d bestehend aus 36 Filamenten, welches durch direkte, heiße Streckung aus einer Schmelzspinnmaschine gewonnen wird; einem GOY Polyestergarn einer Dicke von 75d bestehend aus 36 Filamenten welches aus einer direkten Wicklung mit einer Geschwindigkeit größer als 6000 m/min gewonnen wird und; einem Nylonindustriegarn einer Dicke von 1500d. Der Test erfolgte mit Hilfe der Detektion der Garnspannung basierend auf der Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt der Erzeugung eines Schwingungssignals durch den Fadenführer und dem Zeitpunkt des Empfangs der transversalen Welle wie oben beschrieben. Ebenfalls wurde eine Beurteilung der Wickelbedingungen für die fertigen Garnkörper durchgeführt. Die nachfolgende Tabelle III zeigt die Ergebnisse des Tests.
Tabelle III
Wie aus der Tabelle III ersichtlich ist, kann für den oben beschriebenen Test in einem Bereich für die Aufwickelgeschwindigkeiten während des Wickelns von 3300 m/min bis 6000 m/min und einem Bereich für die Garndicke von 75d bis zu 240d, darauf geschlossen werden, daß sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit für die Transversalwellen (T.W.P.V, Transverse Wave Propagation Velocity) zur Gewährleistung der gewünschten Form eines fertigen Wickelkörpers in einem Bereich zwischen 40 bis 70 m/s, vorzugsweise zwischen 45 und 65 m/s, bewegen sollte. Für Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Transversalwellen oberhalb von 70 m/s tritt nämlich zunehmend eine Neigung zu Fehlern, wie dem Sattlungsphänomen oder der Spiralbildung auf. Ist auf der anderen Seite die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle langsamer als 40 m/s tritt eine erhöhte Neigung zur Bildung von Fehlern durch Verdickungen auf, die leicht dazu führen, daß ein gewickelter Abschnitt (Spiralabschnitt) verschoben wird, und hierdurch die Form des Garnkörpers beschädigt wird. Aus dieser Tatsache hat der Erfinder gefolgert, daß anstelle einer Steuerung des Wickelvorgangs durch die Messung der Garnspannung, wie im Stand der Technik, die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwellen als eine Meßgröße zur Steuerung der Wicklungsbedingungen in einer Spinnfabrik herangezogen werden kann.
Dem Ergebnis des Tests entsprechend hat der Erfinder eine empirische Gleichung für eine gewünschte Ausbreitungsgeschwindigkeit V(m/s) der Transversalwellen unter Bezug auf die Wickelgeschwindigkeit v gefunden: 4,3 × v0,765 – v < V < 5,1 × v0,765 – v (8)
Es wird weiter vorgezogen die Wickelgeschwindigkeit so zu steuern, daß eine Ausbreitungsgeschwindigkeit für die Transversalwelle V bestimmt durch die folgende Gleichung erzielt wird: V = 4,7 × v0,765 – v (9)
Angesichts dieser Ausführungen sollte die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwellen in einem Bereich zwischen 35 m/s bis 75 m/s gehalten werden.
25 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel welches sich auf eine gewünschte Steuerung der Form eines Garnkörpers in Übereinstimmung mit einem mit der Garnspannung während des Wickelns verknüpften Faktor bezieht, nämlich die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer auf einem Garn erzeugten Transversalwelle. Anstelle der Detektion einer von einem vorhandenen Fadenführer 33 erzeugten Transversalwelle in einer Wickelmaschine oder einer Schmelzspinnmaschine, wie sie im vierten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine unabhängige Vibrationserzeugungseinheit 1 mit einer ähnlichen Struktur wie zum ersten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben vorgesehen. Entsprechend wird auf eine detaillierte Beschreibung der Einheit 1 verzichtet, um Wiederholungen zu vermeiden. Die Vibrationserzeugungseinheit 5 kann an einer gewünschten Stelle des Garnpfads 100 angeordnet werden.
Ähnlich, wie unter Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel bereits ausgeführt worden ist, liegt ein Schwingungssignal mit einer Frequenz im Bereich zwischen 30 und 40 kHz eines Oszillators 8 an einem Tor 10 an, welches bei Anliegen eines high-Signals von einem Multivibrator 9, welches für eine Zeitdauer von t₂, gefolgt von einer Zeitdauer von t₁, wie in 5(a) dargestellt, wobei die Zeitdauern in einem Bereich von 20 bis 50 msec liegen, anliegt, geöffnet. Dementsprechend wird ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel, das mit dem Tor 10 verbundene piezoelektrische Element betrieben von dem Schwingungssignal des Oszillators 8 moduliert durch das on/off Signal des Multivibrators 9. Im Ergebnis wird auf das Garn 100 eine Vibration aufgebracht, so daß eine Transversalwelle auf dem Garn erzeugt wird.
In einem Abstand L von der Vibrationserzeugungseinheit 1 ist eine Transversalwellendetektiereinheit 11 angeordnet, die eine ähnliche Struktur aufweist, wie im ersten Ausführungsbeispiel. Insbesondere kann die Detektiereinheit als piezoelektrisches Element oder auch abweichend ausgestaltet sein, wie dies unter Bezugnahme auf die 12 bis 14 beschrieben worden ist. Außerdem ist eine Anordnung, wie sie unter Bezugnahme auf die 21 bis 23 beschrieben wurde, ebenfalls möglich. Entsprechend empfängt der Detektor 11 die sich ausbreitende Transversalwelle, wie in 6(a) dargestellt. Der Transversalwellendetektor 11 ist mit der Meßschaltung 2 verbunden, die ebenso aufgebaut ist, wie im ersten Ausführungsbeispiel, d.h. die einschließt eine Zeitdifferenzdetektiereinheit 13 und eine die scheinbare Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle berechnende Schaltung 14. In der Zeitdifferenzdetektierschaltung 13 wird, ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel eine Zeitdifferenz (Übertragungszeit für eine Longitudinalwelle) t₃ zwischen dem Beginn der Aufbringung einer Vibration und dem Beginn des Empfangs einer Transversalwelle bestimmt und eine Zeitdifferenz (Übertragungszeit für eine Transversalwelle) t₄ zwischen dem Ende des Schwingungssignals und dem Ende des Empfangs der Transversalwelle, wie oben unter Bezugnahme auf die 5(a) und 5(b) sowie 6(a) und 6(b) für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben, bestimmt. Die Schaltung 14 berechnet eine scheinbare Ausbreitungsgeschwindigkeit für die Transversalwelle basierend aus der Zeitdifferenz t₄ und dem Abstand L (L/t₄).
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Schaltung 3, wie sie in 1 dargestellt ist, zur Berechnung der Garnspannung unnötig. Entsprechend ist die Schaltung 13 direkt mit der Output-Schnittstelle 4 verbunden, mit der die Tastatur 19a, die Kathodenstrahlröhre 20 und die Druckvorrichtung 21 verbunden sind.
Bezogen auf die in 25 dargestellte Konstruktion findet eine Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwellen unter folgenden Bedingungen statt:
Frequenz des von der Schwingungsschaltung gelieferten Schwingungssignals: 30 kHz
Zeitspanne für das vom Multivibrator gelieferte on/off Signal: 0,020 Sek. und
Abstand zwischen der Vibrationserzeugungseinheit 1 und dem Transversalwellendetektor: 0,1 m.
Einem Test zufolge wird ein Ergebnis erzielt, welches dem mit dem vierten Ausführungsbeispiel erzielten ähnelt. Demzufolge ist es offensichtlich, daß eine erhöhte Austauschbarkeit zwischen den Meßvorrichtungen erzielt wird, im Gegensatz zu den Verfahren zur Überwachung der Garnwicklung im Stand der Technik.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die Messung der Transversalwelle bei einer Abwärtsbewegung des Garns. Die Messung kann jedoch ebenfalls durchgeführt werden, wenn sich das Garn aufwärts bewegt. In diesem Fall wird die Geschwindigkeit der sich aufwärts bewegenden Transversalwelle berechnet als die Geschwindigkeit der sich abwärts bewegenden Transversalwelle minus zweifach der Bewegungsgeschwindigkeit des Garns.
Für dieses Ausführungsbeispiel ist die Beziehung zwischen der Aufwickelgeschwindigkeit und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle in 26 dargestellt, wobei hier ein Polyester FDY mit einer Dicke von 75d und bestehend aus 36 Filamenten gewickelt wurde. Wie aus 26 leicht zu ersehen ist, führt eine Erhöhung der Aufwickelgeschwindigkeit für das Garn zu einer Erhöhung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle. Unter Verwendung dieses Zusammenhangs wird die Aufwickelgeschwindigkeit zweckmäßig so gesteuert, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit für die Transversalwelle auf einen optimalen Wert gesteuert ist. Hiervon abweichend kann auch eine automatische Steuerung der Aufwickelgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle durchgeführt werden.

Claims

Garnwickelvorrichtung umfassend: – Mittel zum Aufwickeln eines Garns während das Garn entlang eines Garnwegs mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt wird; – Mittel zur Erzeugung einer Querbewegung des Garns auf dem Garnweg; – erste Detektormittel zur Detektion eines ersten Ortes, an welchem das Garn einer Querbewegung durch die Mittel zur Querbewegung unterworfen ist; – zweite Detektormittel zur Detektion einer durch die Mittel zur Querbewegung erzeugten und an einen zweiten, von dem ersten Ort beabstandeten Ort übertragenen Transversalwelle; – Mittel zur Berechung einer scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle basierend auf der Zeit zwischen der von dem ersten Detektormittel detektierten Erzeugung der Querbewegung bis zum von dem zweiten Detektormittel detektierten Empfang der Transversalwelle; – Mittel zur Berechnung einer wahren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle basierend auf der Garngeschwindigkeit und der scheinbaren Aufbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle; und – Mittel zur Berechnung einer Garnspannung basierend auf der wahren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der Querbewegung des Garns oberstromig von Mitteln zum Aufwickeln des Garns angeordnet sind.
Garnwickelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Detektormittel eine Querposition der Mittel zur Erzeugung der Querbewegung detektieren.
Garnwickelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Detektormittel in der Richtung der Bewegung des gewickelten Garns oberstromig beabstandet von den Mitteln zur Erzeugung der Querbewegung das Garn detektieren.
Garnwickelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Detektormittel einen nach dem Reflexionsprinzip arbeitenden photoelektrischen Meßwertumsetzer mit einem Lichtsender zum Senden von Licht und einem Lichtempfänger zum Empfang von an dem Garn reflektierten Licht aufweisen, wobei der Lichtsender das Licht von einem Ort außerhalb des Garns in einer Ebene parallel zur Querbewegungsebene des Garns aussendet.
Verfahren zur Wicklung von Garn, umfassend die Schritte. – Bewegung des Garns entlang eines Garnweges; – Aufbringung einer Schwingung auf das Garn in einem ersten Ort auf dem Garnweg, so daß eine Transversalwelle auf dem Garn erzeugt wird; und – Messung einer scheinbaren Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle in einem zweiten Ort auf dem Garnweg mit Abstand zu dem ersten Ort als einen Faktor für die Garnspannung; gekennzeichnet durch – Steuerung einer Wicklung des Garns zu einem Garnkörper nach Maßgabe durch die gemessene scheinbare Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung einen Schritt zur Steuerung der Wickelgeschwindigkeit umfaßt, so daß die scheinbare Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle auf dem Garn in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Bewegung des Garns und auf einen Wert im Bereich von 40 bis 70 m/sec gesteuert wird.