DE3942685A1

DE3942685A1 - Verfahren zur gewinnung eines fadenspannungssignals sowie fadensensor

Info

Publication number: DE3942685A1
Application number: DE3942685A
Authority: DE
Inventors: Peter Anderegg; Peter Oehy
Original assignee: Maschinenfabrik Rieter AG
Current assignee: Maschinenfabrik Rieter AG
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1991-06-27
Also published as: CS643490A2; EP0436204B1; EP0608001A1; DE59010879D1; EP0608001B1; JPH06229855A; DE59008432D1; US5164710A; EP0436204A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewin nung eines Fadenlaufsignales, bei dem wenigstens ein Sensor an einer Fadenführung oder deren Aufhängung angebracht wird und ein Signal liefert, das unter anderem die durch die Fadenbewegung in der Fadenführung induzierten Schwingungen wiederspiegelt sowie einen Fadensensor zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren bzw. ein Fadensensor dieser Art sind bereits aus der DE-OS 29 19 836 bekannt.

Es ist das Bestreben in der Textilmaschinenindustrie die Produktion an jeder Spindel einer Spinnmaschine überwachen zu können. Ein Fadenbruch an einer Spinnstelle hat Produk tionsausfall und Lohnarbeit zur Folge und kann in gewissen Fällen auch zu Beschädigungen an der Maschine führen. Die Hauptursachen von Fadenbrüchen sind beispielsweise Dünnstel len im Garn, schlecht gewartete Teile im Garnbildungsprozeß oder falsche Einstellung der Spinnmaschine.

Bekannte Fadenüberwachungsvorrichtungen erfassen unter anderem Parameter wie die Ballonierung des Fadens oder die Drehzahl des Läufers in einer Ringspinnmaschine, die zeitlichen Änderungen der Fadendicke des laufenden Fadens oder den Querschnitt des Fadens. Aufgrund der hohen Herstellungskosten werden solche Vorrichtungen jedoch nur an wenigen Maschinen eingesetzt. Die eingangs genannte DE-OS 29 19 836 offenbart einen Fadenbruchsensor, der aus einem piezoelektrischen Element besteht, das an einem Teil des Fadenführers befestigt ist und dessen Ausgangssignal zum Feststellen eines Fadenbruches weiterbearbeitet wird.

Durch die Berührung des Fadenführers mit den Spinnfäden treten an diesem hochfrequente Schwingungen auf, die mit mechanischen Schwingungen der Ringspinnmaschine vermischt sind. Wie in der DE-OS 29 19 836 nachzulesen ist, beträgt die Frequenz der mechanischen Schwingungen etwa 1 kHz, während der Fadenführer etwa mit 15 kHz schwingt. Diese letzteren Schwingungen werden in der DE-OS 29 19 836 zur Feststellung von Fadenbrüchen in der Weise ausgewertet, daß man die Eigenschwingungen gegenüber den mechanischen Schwingungen diskriminiert. Genauer gesagt sind die zwei Anschlußleitungen des piezoelektrischen Elements mit einem Bandpaßfilter verbunden, das die Eigenschwingungskomponente in den Ausgangssignalen des piezoelektrischen Elements aufnimmt, d. h. durchläßt. Diese Eigenschwingungskomponente wird dann mittels eines Verstärkers auf einen bestimmten Wert verstärkt. Ein Gleichrichterfilter wandelt die Wechselspannungssignale in Gleichspannungssignale um. Mit Hilfe eines Spannungskomparators wird ein Spannungsbereich festgelegt, in dem der Normalbetrieb garantiert ist, und am Ausgang des Komparators liegt ein entsprechendes logisches Ausgangssignal an (DE-OS 29 19 836, S. 10, Z. 29 bis S. 11, Z. 6).

Der Fadensensor aus der DE-OS 29 19 836 ist aber nur in der Lage Fadenbrüche festzustellen, nicht jedoch die Fadenspannung zu messen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein preisgünstiges Fadenspannungsmeßgerät vorzustellen, das ggf. auch als Fadenbruchdetektor dienen kann, in der Herstellung preisgünstig ist und an bestehenden den Faden bearbeitenden oder erzeugenden Maschinen angebracht werden kann, ohne daß die Anbringung selbst zu einer Veränderung der Fadenspannung oder einer unerwünschten zusätzlichen Beanspruchung des Fadens führt.

Ausgehend von dem bekannten Verfahren bzw. Sensor zeichnet sich die vorliegende Erfindung verfahrensmäßig dadurch aus, daß zur Gewinnung eines der Fadenspannung entsprechenden Signals entweder die Frequenz eines den Faden aufwickelnden Elementes und/oder Harmonischen dieser Frequenz, oder ein Frequenzband entsprechend dem Fadenrauschen aus dem Sensorsignal ausgefiltert und der Pegel dieser Frequenz oder Frequenzen oder dieses Frequenzbandes gemessen wird.

Ein Fadensensor entsprechend der vorliegenden Erfindung zeichnet sich aus durch ein Filter, das das Sensorsignal filtert, um entweder die Frequenz eines den Faden aufwickelnden Elementes und/oder Harmonischen dieser Frequenz, oder ein Frequenzband entsprechend dem Fadenrauschen zu gewinnen, und durch eine den Pegel der ausgefilterten Frequenz und/oder Frequenzen bzw. des ausgefilterten Frequenzbandes messende Einrichtung, deren Ausgangssignal der Fadenspannung entspricht.

Die Erfindung beruht auf der zu der Erfindung gehörenden Erkenntnis, daß das Ausgangssignal des Sensors ein komplexes analoges Signal ist, das unter anderem auch die Drehzahl des Läufers als Grundschwingung im zeitlichen Verlauf der Auslenkung der Fadenführung sowie harmonische Werte dieser Grundschwingung und das sogenannte Fadenrauschen enthält, und zwar zusätzlich zu anderen Schwingungen wie Eigenschwin gungen der Fadenführer und durch Maschinenvibrationen induzierte Schwingungen. Weiterhin beruht die Erfindung auf der erfinderischen Erkenntnis, daß sowohl die Pegel der Läuferdrehzahl und ihrer Harmonischen, wie auch der Pegel des Fadenrauschens eine Funktion der Fadenspannung sind, so daß eine Auswertung in beiden Frequenzbereichen möglich ist.

Die Auswertung des Sensorsignals kann daher dahingehen, daß der Pegel der Fadenspannung als Wert erfaßt wird, oder daß ein Pegelvergleich mit einem Referenzpegel vollzogen wird. Dieser Referenzpegel kann von Maschinenparametern, wie Spindeldrehzahl, Wartungszustand usw. abhängen. Das Ergebnis dieses Vergleichs kann dann zur Steuerung der entsprechenden Maschine herangezogen werden, beispielsweise zur Steuerung der Spindeldrehzahl einer Ringspinnmaschine im Sinne des Einhaltens einer vorgegebenen Fadenspannung oder eines vorgegebenen Verlaufs der Fadenspannung über dem Kopsbil dungsverfahren.

Es soll hier darauf hingewiesen werden, daß die Amplitude der Eigenschwingungen der Fadenführung, welche in der DE-OS 29 19 836 zur Gewinnung des Fadenbruchsignals ausgewertet wird, von der Fadenspannung praktisch unabhängig ist und daher keine Auswertemöglichkeit für die Fadenspannung bietet.

Mit dem Verfahren bzw. der Vorrichtung der Erfindung sind verschiedene Vorteile gegeben:

a) Das Verfahren bzw. die Vorrichtung erlaubt die quantitative Erfassung der Fadenspannung in einem weiten Frequenz- bzw. Drehzahlbereich, da die schwach ausgebildete Eigenfrequenz oder Resonanzfrequenz unterhalb des Nutzbereiches liegt.
b) Der Fadensensor ersetzt ein bereits vorhandenes Element an der Spinnmaschine, nämlich den Fadenführer, so daß die Verwendung des Fadenspannungssensors keine zusätzliche Belastung für den Faden darstellt.
c) Der Fadensensor kann preisgünstig hergestellt werden und entweder nur als Fadenbruchsensor oder aber auch als Fadenspannungssensor betrieben werden.
d) Es kann auch entsprechend der Erfindung ein tragbares Fadenspannungsmeßgerät vorgesehen werden, das insbesondere mit einer Fadenführungsöse in Form eines Sauschwanzerls ausgestattet ist, welche sich um einen laufenden Faden anlegen läßt, ohne das Laufen des Fadens zu unterbrechen.

Besonders bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor allem im Hinblick auf die Signalauswertung sind den Unteransprüchen 2 bis 5 und 7 bis 29 zu entnehmen.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Fadensensors an einer Ringspinnmaschine ist die Fadenführung vorzugsweise als Fadenführungsöse, beispielsweise in Form des bekannten Sauschwanzerls ausgebildet. Die Fadenführungsöse kann an ihrer Halterung mittels einer Blattfeder befestigt sein, wobei der Sensor bzw. die Sensoren an der Blattfeder befestigt sind. Die Blattfeder selbst kann mit ihrer Ebene zumindest im wesentlichen senkrecht zu der Fadenbewegung oder im wesentlichen parallel zur Fadenbewegung angeordnet werden. Es ist aber auch möglich, anstatt einer Blattfeder einen Teil der Fadenführung bzw. der Fadenführungsöse selbst als Feder auszubilden, wobei der Sensor oder die Sensoren dann an diesem Federteil angebracht ist bzw. sind. Bei einer solchen Ausbildung, d. h. entweder mit einer Blattfeder oder mit einem federnden Teil der Fadenführungsöse, ist es zweck mäßig, eine Drehachse zwischen der Fadenführung und dem federnden Teil auszubilden. Die Drehachse kann entweder durch einen Auflagepunkt oder durch eine Auflagelinie gebil det werden oder gar durch einen elastischen Block ersetzt werden. Auf diese Weise werden ausgeprägte Schwingungen im federnden Teil erzeugt, so daß ein ausgeprägtes Sensorsignal erzeugt wird.

Als Sensor selbst kann man in an sich bekannter Weise entsprechend dem Anspruch 14 einen Piezosensor, d. h. einen akustisch-elektrischen Wandler verwenden.

Eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Sensor eine Piezofolie ist, nämlich eine sogenannte PVDF-Folie, die besonders preisgünstig zu erhalten und extrem dünn ausgebildet ist, so daß die Verwendung dieses Sensors vorteilhafterweise nicht zu einer Verfälschung der gemessenen Schwingungen führt.

Da jeder Sensor, der in der Lage ist, die Schwingungen der Fadenführung aufzunehmen, grundsätzlich für den Zweck der Erfindung einsetzbar ist, kommen eine Vielfalt von verschiedenen Sensoren und Sensoranordnungen in Frage, wie beispielsweise in den Ansprüchen 16 bis 19 angegeben.

Es ist auch erfindungsgemäß möglich, wie in den Ansprüchen 20 bis 23 angegeben, für einen oder mehrere Fadenspannungs sensoren einen nicht fadenführenden Referenzsensor vorzu sehen, der ein von den Maschinenvibrationen abhängiges Signal abgibt, wobei die Fadenspannungssignale mit dem Referenzsignal verglichen werden können und ein Differenz wert gebildet werden kann. Das Referenzsignal kann aber auch als Schwellenwert für die Erzeugung einer binären Fadenbruch information verwendet werden. Es ist aber auch möglich, mittels des Referenzsensors laute Umweltgeräusche wie Ultraschall von Preßluft usw. zu erkennen und im gleichen Zeitraum erzeugte Fadenspannungsinformation für ungültig zu erklären.

Ein etwas anders ausgebildeter Fadenspannungssensor ist dem Anspruch 29 zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in welcher zeigen:

Fig. 1a eine Draufsicht auf eine Fadenführungsöse einer Ringspinnmaschine, wobei diese Öse mit einem erfindungsgemäßen Fadensensor ausgestattet ist,

Fig. 1b eine Seitenansicht der Ausführung gemäß Fig. 1a,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Spinnstelle einer Ringspinnmaschine mit der Fadenführungsöse der Fig. 1a und 1b, jedoch mit einer etwas abgewandelten Anordnung der Blattfeder,

Fig. 3a eine graphische Darstellung der zeitlichen Abhängigkeit der Auslenkung der Fadenführungsöse bei starker Fadenspannung,

Fig. 3b eine Spektral-Darstellung der Auslenkung bei starker Fadenspannung,

Fig. 4a eine graphische Darstellung der zeitlichen Abhängigkeit der Auslenkung der Fadenführungsöse bei schwacher Fadenspannung,

Fig. 4b eine Spektral-Darstellung der Auslenkung der Fadenführungsöse bei schwacher Fadenspannung,

Fig. 5a, 5b und 5c verschiedene elektronische Sensorsig nalbearbeitungsmöglichkeiten,

Fig. 6 eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Fadenspannungssensors, und

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführung der Erfindung.

Um die nachfolgenden Ausführungen zu erleichtern, wird zunächst auf Fig. 2 hingewiesen. Fig. 2 zeigt eine Seitenan sicht einer Spinnstelle 10 einer Ringspinnmaschine, bei der ein Faden 12 die Auslaufwalzen 14, 16 des Streckwerkes verläßt und durch die Fadenführungsöse 18 und einen Antibal lonring 20 zu einem auf der Ringbahn 31 der Ringbank 33 umlaufenden Ringläufer 22 führt, wodurch er auf die drehende Spindelhülse 24 zu einer Kops 26 aufgewickelt wird. Durch die Rotation des Läufers wird der Faden derart um die Spindelhülse herumgeführt, daß sich wegen der Zentrifugal kraft ein Ballon ausbildet, der durch den Antiballon- oder Balloneingrenzungsring 20 begrenzt wird und in der Faden führungsöse seine Spitze hat. Der Reibungs- und Luftwider stand des Läufers, der Luftwiderstand des Fadens und der Reibungswiderstand zwischen Faden und Läufer und zwischen Faden und Balloneingrenzungsring erzeugen eine Fadenspan nung, die am Ort des Fadenführers meßbar ist.

Diese Fadenspannung steigt mit zunehmender Spindeldrehzahl.

Das Berühren des gespannten Fadens in der Fadenführungsöse führt zu Reibungskräften, die sowohl in horizontaler wie auch in vertikaler Richtung wirken.

Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Faden sensors wird nur die vertikale Komponente dieser Reibungs kraft ausgenützt, die bedingt durch den Reibungskoeffizient der Fadenspannung proportional ist. Dieser Fadensensor ist in Fig. 1a und 1b schematisch dargestellt. Hier ist die Fa denführungsöse 18 im hinteren Teil so verjüngt, daß eine biegbare, federnde Zone 30 mit der Form einer Blattfeder ent steht. Das blattfederartige Teil 30 ist an seinem der Faden führungsöse abgewandten Ende fest am Rahmen der Ringspinn maschine in einen Spannblock 35 geklemmt bzw. dort gehalten. Auf der flachen oberen Seite 34 der biegbaren federnden Zone bzw. dieser Blattfeder ist ein dehnungsempfindliches Sensorelement 32 angebracht, das vorzugsweise aus einer PVDF-Piezofolie besteht. Diese Folie gibt über die Anschlußkabel 36 ein dehnungsabhängiges elektrisches Signal an eine nachgeschaltete Elektronik (Fig. 5) ab. Um große Ausweichungen der Fadenführungsöse zu vermeiden und dennoch eine ausgeprägte Dehnung des Blattfederteils zu erreichen, ist in dieser Ausführungsform eine Drehachse 40 vorgesehen. Die Drehachse ist hier durch ein mit der Fadenführungsöse fest verbundenen Achsteil 42 sowie ein dieses Achsteil aufnehmendes Drehlager 44 gebildet.

Anstatt den blattfederartigen Teil der Fadenführungsöse in eine zur Fadenlaufrichtung im wesentlichen senkrechten Ebene anzuordnen, wie in den Fig. 1a und 1b dargestellt, kann der blattfederartige Teil 30 auch in einer zur Fadenlaufrichtung parallelen Ebene angeordnet werden, wie in der Fig. 2 dargestellt. Hier werden aber dann nicht mehr die vertikalen Reibungskräfte, sondern die horizontalen Reibungskräfte ausgewertet.

Fig. 3a zeigt zunächst den zeitlichen Verlauf 38 der senkrechten Auslenkung der Fadenführungsöse bei starker Fadenspannung, und zwar für eine Ausführung entsprechend der Fig. 1a und 1b. Eine ähnliche Kurve ergibt sich aber auch bei der Fadenführungsöse der Fig. 2 mit senkrecht angeordnetem Blattfederteil, hier aber für die seitliche Auslenkung des Blattfederteils. Man sieht, daß die Kurve 38 gemäß Fig. 3a im wesentlichen eine Art Sinuswelle 40 darstellt mit einer überlagerten Hochfrequenzschwingung 42 komplexer Art. Die Sinusschwingung entspricht der Drehzahl des Ringläufers 22 der Führungsöse und die übergelagerten Schwingungen enthalten Information über alle anderen Vibrationen, denen die Fadenführungsöse ausgesetzt ist.

Wenn man eine Spektralanalyse des Sensorsignals gemäß Fig. 3a vornimmt, so bekommt man ein Ergebnis, wie in der Fig. 3b dargestellt. Hier erkennt man gut die Drehzahl f₁ des Läufers als Grundschwingung im zeitlichen Verlauf der Aus lenkung. Der Grundschwingung sind harmonische Schwingungen f₂, f₃, f₄ sowie das sogenannte Fadenrauschen, das von f₁₀ bis f₁₁ reicht, zugeordnet. Das Fadenrauschen wird einerseits von der faserigen Oberfläche des Fadens, andererseits vom stetig schwankenden Querschnitt des Fadens (Dünnstellen oder Dickstellen) hervorgerufen.

Sowohl die Pegel der Drehzahl und ihrer Harmonischen, wie auch der Pegel des Fadenrauschens ist eine Funktion der Fadenspannung. Dies macht ein Vergleich zwischen den Fig. 3a und 3b einerseits und den Fig. 4a bzw. 4b andererseits deutlich.

Aus der Fig. 4b sieht man, daß die spektrale Zusammensetzung des Signals der spektralen Zusammensetzung der Fig. 3b sehr ähnlich ist, jedoch die Amplituden tiefer liegen.

Somit ist eine Auswertung des Sensorsignals in beiden Frequenzbereichen möglich. Die Auswertung kann dahingehen, daß der Pegel der Fadenspannung als Wert erfaßt wird, oder daß nur ein Pegelvergleich mit einem Referenzpegel vollzogen wird. Dieser Referenzpegel kann von Maschinenparametern wie Spindeldrehzahl, Wartungszustand usw. abhängen. Der Vergleich mit einem Referenzpegel reduziert die Fadenspannungsinformation auf eine reine Fadenlauf- bzw. Fadenbruchinformation, was den Datenübermittlungs- und Datenauswerteaufwand erheblich verkleinert. Es ist somit möglich, eine Ringspinnmaschine so auszulegen, daß an allen Spinnstellen nur ein Fadenbruchsignal erzeugt wird, daß aber an manchen Spinnstellen auch die Fadenspannung gemessen wird.

Die sehr breitbandige Empfindlichkeit eines erfindungsge mäßen Fadenspannungssensors, die nach derzeitigen Ermittlun gen von 0,3 Hz bis unendlich reicht, hat zur Folge, daß nicht nur die Fadenspannung des Sensorsignals eingeht, sondern auch Maschinenvibrationen, die mehrheitlich aus dem Bereich der Spindel- bzw. Läuferdrehzahl, aber auch von hochfrequenten Komponenten aus dem Bereich des Fadenrau schens stammen. Läuft ein Faden durch die Fadenführungsöse, stören diese Maschinenvibrationen nicht, da sie zu schwach sind. Im Fall des Fadenbruches kommen diese Vibrations signale aber zum Vorschein und täuschen ein sehr schwaches Fadenspannungssignal vor.

Daher wird ein Referenzsensor an der Maschine angebracht, der unter den genau gleichen Bedingungen arbeitet, aber einen Faden führt. Das Signal dieses Referenzsensors wird in ähnlicher Weise verarbeitet wie die Signale der fadenführen den Sensoren. Aus dem Signal des Referenzsensors wird nun der obere Referenzpegel gewonnen. Der Referenzsensor liefert den Referenzpegel für einen oder mehrere Fadenbruchsensoren.

Mögliche Ausführungen der Signalauswerteelektronik sind in den Fig. 5a bis 5c gezeigt.

Gemäß Fig. 5a wird das an der Klemme 52 anliegende Signal des Sensors mit einem oder mehreren Verstärkern 54 ver stärkt, mit Filter 56 von unerwünschten Signalkomponenten befreit und anschließend einem Gleichrichterintegrator 58 zugeführt. Der Filter 56 kann ein sogenannter mitlaufender Filter sein, der eine Steuerung auf die Mittenfrequenz beinhaltet. Das Ausgangssignal des Gleichrichter/Integrators 58, das an der Klemme 60 ansteht, wird dann der Schaltung gemäß Fig. 5b als Eingangssignal zugeführt. Die Schaltung gemäß Fig. 5a wird insgesamt mit dem Bezugszeichen 62 gekennzeichnet.

In Fig. 5b wird das an der Klemme 60 anstehende Signal mittels eines Analog/Digitalwandlers 64 in ein Digitalsignal gewandelt, das von einem nachfolgenden Mikrocontroller 66 analysiert wird, um die Fadenspannung zu gewinnen. Die Klemme 70 ermöglicht es, eine Referenzspannung an den Analog/Digitalwandler anzulegen, wobei diese Referenzspan nung von dem oben erwähnten Referenzsensor gewonnen wird und zwecks Vergleich mit dem an der Klemme 60 anstehenden Signal ebenfalls durch eine Schaltung entsprechend der Schaltung 62 vorbereitet wird. Das vom Mikrocontroller erzeugte Fadenspannungssignal steht an der Klemme 68 an und kann in verschiedenster Weise dargestellt werden; z. B. kann das Fadenspannungssignal als Teil einer Bildschirmanzeige auf einem Bildschirm dargestellt werden. Es kann aber auch der Maschinensteuerung zugeführt und hier berücksichtigt werden, beispielsweise bei der Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Spindelantriebes.

Die Fig. 5c zeigt eine alternative Ausführung der Auswertung des an der Klemme 60 anstehenden Signals durch einen Komparator 72, der es in analoger Form mit einer Referenz spannung U_Ref vergleicht, welche an der Klemme 74 anliegt und, wie oben erwähnt, vom Referenzsensor über eine Schaltung entsprechend der Schaltung 62 gewonnen wird. Das Ausgangssignal des Komparators 72 wird dann von einem Mikrocontroller 76 zu einem Fadenspannungssignal weiterver arbeitet, das an der Klemme 78 abgegriffen werden kann. Das Fadenspannungssignal kann entsprechend dem an der Klemme 68 anstehenden Fadenspannungssignal angezeigt bzw. ausgewertet werden. Bei der Ausführung gemäß Fig. 5c findet die Analog/ Digitalwandlung im Mikrocontroller 76 statt.

Sowohl in Fig. 5b als auch in Fig. 5c kann man, anstatt eine Referenzspannung am Referenzsensor anzulegen, eine vorbe stimmte Referenzspannung U_Ref verwenden, die entweder konstant ist oder deren Pegel in Abhängigkeit von Maschinenbetriebszuständen variiert werden kann.

Die Fig. 6 zeigt eine alternative Auswertung, die insbe sondere dann benutzt werden kann, wenn ein Referenzsensor 80, wie oben erläutert, an der Maschine angebracht wird, d. h. wenn ein Referenzsensor 80 an einer Stelle angebracht wird, wo er nicht direkt dem Fadenlauf ausgesetzt wird.

Die Fig. 6 zeigt zunächst eine Reihe von Eingangsklemmen 52, 52.1, 52.2 bis 52.n, welche jeweils das Signal eines fadenführenden Sensors 32 führen. Jede Klemme 52 bis 52.n führt zu einer jeweiligen Schaltung 62 gemäß Fig. 5a und die Ausgangsklemmen 60, 60.1 bis 60.n dieser Schaltungen 62 sind an einen elektronischen Umschalter 80 angelegt, der in der Lage ist, die Signale sukzessiv oder in einer bestimmten Reihenfolge bzw. in einer gewählten Reihenfolge an eine weiteren Schaltung 82 weiterzuführen, wobei diese weitere Schaltung 82 entweder entsprechend der Fig. 5b, oder entsprechend der Fig. 5c ausgebildet sein kann. Die Klemme 52.r führt die Spannung vom Referenzsensor 80, welche ebenfalls mittels einer Schaltung 62 entsprechend der Fig. 5a verstärkt, gefiltert und integriert wird. Wie der Pfeil 84 zeigt, bildet das Ausgangssignal der dem Referenzsensor 80 zugeordneten Schaltung 62 die Referenzspannung für die Weiterverarbeitungsschaltung gemäß Fig. 5b oder Fig. 5c.

Mit anderen Worten wird der Pegel des Referenzsensors 80 mit dem Pegel der fadenführenden Sensoren 32, 32.1, 32.2 bis 32.n verglichen. Die Differenz wird dann als reines Fadenspannungssignal weiterverarbeitet, beispielsweise entsprechend der Fig. 5b oder 5c. Der Umschalter 62 wird im Regelfall nicht als mechanischer Schalter ausgebildet, sondern als elektronischer Schaltkreis, beispielsweise nach einem Multiplexverfahren. Eine Anordnung gemäß Fig. 6 hat den Vorteil, daß nur eine aufwendige Auswertungsschaltung erforderlich ist, um die Signale einer Vielzahl von Faden bruchsensoren zu Fadenspannungssignalen weiterzubearbeiten.

Schließlich zeigt die Fig. 7 einen Fadenspannungssensor, der etwas anders arbeitet, als bisher beschrieben.

In der Fig. 7 wird schematisch dargestellt, daß die Fadenführungsöse 18 über eine erste Kraftmeßzelle 90 an einem Steg 92 einer Fadenführungshalterung 94 angebracht ist. Genauer gesagt, ist die Fadenführungsöse an der einen Stirnfläche der Kraftmeßzelle 96 angebracht, während die andere Stirnseite der Kraftmeßzelle an dem Steg 92 angebracht ist. Auf der anderen Seite des Steges 92 befindet sich eine weitere Kraftmeßzelle 96, welche mit ihrem einen Stirnende ebenfalls am Steg 92 befestigt ist, während eine Kompensationsmasse 98 mit der Masse m₂ an dem dem Steg abgewandten Stirnende der Kraftmeßzelle 96 angebracht ist. Die Kraftmeßzelle 96 ist daher mit der Kraftmeßzelle 90 ausgerichtet, aber auf der anderen Seite des Steges 92 angeordnet. Die Fadenführungsöse 18 hat eine Masse m₁. Aufgrund der Fadenbewegung werden Schwingungen der Fadenführungsöse erzeugt und diese führen zu Schwingungen des Steges, die in der Zeichnung mit a bezeichnet sind. Diese Schwingungen führen aufgrund der schwankenden Beschleunigung der Massen m₁ und m₂ zu Schwankungen der Kräfte an den Kraftmeßzellen 90 und 96, so daß diese Ausgangssignale U1 bzw. U2 mit entsprechenden Schwankungen liefern.

Man kann diese Spannungen U1 und U2 wie folgt mathematisch darstellen:

U1 = C1 (A×m₁+F),
U2 = C2 (A×m₂).

Hier ist A die Amplitude der Schwankung des Steges 82 und F die erwünschte Fadenspannung. C1 und C2 sind Konstanten.

Subtrahiert man nunmehr diese beiden Signale, so bekommt man

ΔU = U1-U2 = A (C1 m₁-C2 m₂)+C1 F.

Wenn C1 m₁-C2 m₂ = 0 ist (abgleich), so kann man schreiben

ΔU ≃ C1×F.

Mit anderen Worten ist F etwa gleich ΔU geteilt durch C1. Nachdem C1 m₁ konstant ist und ΔU direkt gemessen werden kann, hat man mittels der Erfindung ein Signal für die Fadenspannung gewonnen.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung eines Fadenlaufsignals, bei dem wenigstens ein Sensor (32) an einer Fadenführung (18) oder deren Aufhängung (30) angebracht wird und ein Sig nal liefert, das unter anderem die durch die Fadenbewe gung in der Fadenführung induzierten Schwingungen wieder spiegelt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung eines der Fadenspannung entsprechenden Signals entweder die Frequenz (f₁) eines den Faden aufwickelnden Elementes (22) und/oder Harmonische dieser Frequenz (f₂ bis f₉), oder ein Frequenzband (f₁₀ bis f₁₁) entsprechend dem Fadenrauschen aus dem Sensorsignal ausgefiltert und der Pegel dieser Frequenz oder Frequenzen oder dieses Frequenzbandes gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal an einem oder mehreren Verstärkern (54) verstärkt, in einem Filter (56) oder mehreren Filtern von den unerwünschten Frequenzen befreit und anschließend zu einem Gleichrichter/Integrator (58) überführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal durch einen Analog/Digitalwandler (64) in digitale Form gebracht und anschließend durch einen Mikrocontroller ausgewertet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal mit einer Referenzspannung (U_Ref) verglichen wird, wobei der Pegel dieser Referenzspannung konstant ist oder in Abhängigkeit vom Maschinenbetriebszustand variiert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Referenzsignal bzw. die Referenzspannung von einem an der zugeordneten Maschine angebrachten Referenzsensor (80) erzeugt wird, der Maschinenvibrationen ermittelt und keinem Fadenführer (18) direkt zugeordnet ist.

6. Fadensensor (32), der an einer Fadenführung (18) bzw. an deren Aufhängung (30) angebracht ist, wobei der Sensor (32) ein elektrisches Signal liefert, das die durch die Fadenbewegung in der Fadenführung induzierten Schwingungen wiederspiegelt, wobei dieses Signal filtriert und analysiert wird, gekennzeichnet durch ein Filter (56), das das Sensorsignal filtert, um entweder die Frequenz (f₁) eines den Faden (12) aufwickelnden Elementes (22) und/oder Harmonischen (f₂ bis f₉) dieser Frequenz (f₁), oder ein Frequenzband (f₁₀ bis f₁₁) entsprechend dem Fadenrauschen zu gewinnen, und durch eine den Pegel der ausgefilterten Frequenz und/oder Frequenzen bzw. des ausgefilterten Frequenzbandes messende Einrichtung (66, 76), deren Ausgangssignal der Fadenspannung entspricht.

7. Fadensensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenführung eine Fadenführungsöse (18), beispiels weise in Form eines Sauschwanzerls, ist, beispielsweise an einer Ringspinnmaschine oder an einem tragbaren Fadenspannungsmeßgerät.

8. Fadensensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich net, daß die Fadenführung bzw. Fadenführungsöse (18) an ihrer Halterung (35) mittels einer Blattfeder (39) befestigt ist, und daß der Sensor (32) bzw. die Sensoren an der Blattfeder (30) befestigt sind.

9. Fadensensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (30) mit ihrer Ebene zumindest im wesent lichen senkrecht zur Fadenbewegung angeordnet ist (Fig. 1a, Fig. 1b).

10. Fadensensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (30) mit ihrer Ebene zumindest im wesent lichen parallel zur Fadenbewegung verläuft (Fig. 2).

11. Fadensensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Teil der Fadenführung (18) bzw. Faden führungsöse (18) als Feder (30) ausgebildet ist, vorzugs weise der Teil, der von der Führung bzw. Öse zu der Halterung (35) führt, und daß der Sensor (32) bzw. die Sensoren am federnden Teil angebracht ist bzw. sind.

12. Fadensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Fadenführung bzw. der Fadenführungsöse (18) und dem federnden Teil eine Drehachse (40) ausgebildet ist.

13. Fadensensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (40) entweder durch einen Auflagepunkt oder durch eine Auflagelinie gebildet oder durch einen elastischen Block ersetzt ist.

14. Fadensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem bzw. jedem Sensor um einen Piezosensor (32), d. h. einen akustisch-elektrischen Wandler handelt.

15. Fadensensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Sensor um eine Piezofolie (32) handelt.

16. Fadensensor nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem bzw. jedem Sensor um einen Dehnungsmeßwiderstand handelt.

17. Fadensensor nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Sensor (32) ein länglicher Sensor ist und daß ein solcher Sensor an einer Seite (34) oder an beiden Seiten der Blattfeder (30) bzw. des federnden Teils angebracht ist.

18. Fadensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem bzw. jedem Sensor um einen induktiven oder kapazitiven Sensor handelt, der die Auslenkung der Fadenführung, bzw. der Fadenführungsöse erfaßt.

19. Fadensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß vier Sensoren vorhanden und zu einer Meßbrücke zusammengeschlossen sind.

20. Fadensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Referenzsensor (80) an der den Faden erzeugenden bzw. verarbeitenden Maschine vorgesehen ist, der ebenfalls wie der eigentli che Fadenmeßsensor (32) bzw. die eigentlichen Fadenmeß sensoren (32, 32.1 ... 32.n) den Maschinenvibrationen ausgesetzt, jedoch kaum oder nicht durch einen laufenden Faden (12) beeinflußt wird, und daß das Signal des Referenzsensors (80) einen Referenzpegel (U_Ref) für den anderen Sensor (32) bzw. die anderen Meßsensoren (32, 32.1 ... 32.n) liefert.

21. Fadensensor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenspannungssignale mit dem Referenzpegel in einem Komparator (72) verglichen und aus diesem Vergleich ein Differenzsignal gebildet ist.

22. Fadensensor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal (U_Ref) als Schwellenwert für die Erzeugung einer binären Fadenbruchinformation verwendet ist.

23. Fadensensor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzsensor (80) laute Umweltgeräusche wie Ultraschall von Preßluft usw. erkennt und die Fadenspannungsmeßschaltung (Fig. 5b; Fig. 5c) so ausgelegt ist, daß im gleichen Zeitraum erzeugte Fadenspannungsinformation für ungültig erklärt ist.

24. Fadensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Gehäuse aus Metall oder Kunststoff untergebracht ist, das vorzugsweise von der Maschine bzw. an der Maschine isoliert angebracht ist, beispielsweise mittels Isolation aus Gummi oder Schaumstoff.

25. Fadensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal vor oder nach der Filterung (56) durch einen oder mehrere Verstärker (54) verstärkt und nach dem Verstärken und der Filterung einem Gleichrichter/Integrator (58) zugeführt wird, an dessen Ausgang (60) das Fadenspannungssignal ansteht bzw. dessen Ausgang zu einem Fadenspannungssignal weiter ausgewert wird.

26. Fadensensor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das am Ausgang (60) des Gleichrichters/Integrators anstehende Signal einem Analog/Digitalwandler zuführbar ist, dessen Ausgang an einen Mikrocontroller (66) angeschlossen ist, der die Auswertung des Signales vornimmt.

27. Fadensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem bzw. jedem Sensor um eine Lichtschranke handelt, die die Auslenkung der Fadenführung bzw. der Fadenführungsöse erfaßt.

28. Fadensensor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der Auslenkung als Fadenspannungssignal ausgewertet ist.

29. Fadensensor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der Änderung der Auslenkung als Faden spannungssignal ausgewertet ist.

30. Fadenspannungssensor, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fadenführungsöse (18) über eine Kraftmeßzelle (90) an der einen Seite eines Steges (92) einer Fadenführungshalterung (94) angebracht ist, daß auf der anderen Seite des Steges (92) eine weitere Kraftmeßzelle (96) an diesem angebracht und mit der ersten Kraftmeßzelle (90) ausgerichtet ist, wobei eine die Masse (m₁) der Fadenführungsöse (18) kompensierende Masse (m₂) an der zweiten Kraftmeßzelle angebracht ist, und daß die Ausgangssignale der beiden Kraftmeßzellen (90, 96) einer Differenzschaltung zugeführt werden, deren Ausgangssignal der Fadenspannung proportional ist.