DE4105181C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung von Fäden, Drähten, Kabeln oder Bändern - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung von Fäden, Drähten, Kabeln oder Bändern

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung von Fäden, Drähten, Kabeln oder Bändern, insbesondere im textilen Bereich, z. B. bei einer Schärmaschine in der Weberei, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekannt sind auf optischer oder kapazitiver Basis arbeitende Vorrichtungen zur Einzelüberwachung von Fäden an Textilmaschinen. Diese Vorrichtungen können jedoch nur feststellen, ob ein Faden vorhanden ist, bzw. ob er bewegt wird oder nicht. Bei den kapazitiven Überwachungseinrichtungen ist es zudem nachteilig, daß nicht alle zur Anwendung kommenden Fadenmaterialien für dieses Meßprinzip gleichermaßen geeignet sind. Außerdem reagieren diese kapazitiven Überwachungsvorrichtungen auf sich verändernde Umweltbedingungen, wie z. B. Luftfeuchtigkeit, Staub und ähnliches. Dadurch ergibt sich eine große Störanfälligkeit.
Ebenfalls sind die optischen Überwachungsvorrichtungen, je nach den verwendeten Fadenmaterialien, aufgrund des davon abhängigen Verschmutzungsgrades mehr oder weniger störanfällig.
Es wurde aber auch schon an mechanische Vorrichtungen gedacht, wo der Faden über ein System von Rollen, eine Spannrolle, Umlenkrolle usw. läuft, die wegen des Staubes keine hohe Standzeit aufbringen und einem hohen Verschleiß unterliegen. Nachteilig ist auch hierbei, daß für jeden Faden eine separate Vorrichtung erstellt werden muß, die den Fadenverlauf einzeln überwacht. Diese Überwachungsvorrichtungen bedingen aufgrund ihrer Vielzahl einen großen technischen und materiellen Aufwand.
Die Druckschrift DE 37 06 872 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Regeln des Schärbandzuges beim Schären. Hierbei werden die von Spulen abgezogenen Fäden über je eine ein- und verstellbare Fadenbremse einem Schärblatt zugeleitet und dort vor dem Aufwickeln auf die Schärtrommel zu einem Band geordnet, wobei mittels einer zentralen Bremsverstelleinrichtung alle Fadenbremsen im Betrieb der Schärmaschine gleichzeitig und gleichartig verstellt werden können und somit eine Korrektur der Fadenspannung mit Hilfe der Fadenbremsen erreicht wird. Die Spannungsmesseinrichtung umfasst u. a. eine Meßwalze, die das ganze Schärband zwischen Schärblatt und Schärtrommel auslenkt. Diese Vorrichtung ist folglich auf eine Homogenisierung der Schärbandspannung und nicht zur Ermittlung einzelner Fadenspannungen ausgerichtet.
Die Druckschrift JP 61-127575 A betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Seilen oder Kabeln für die Verstärkung von Reifen, bei denen verschiedene Kabel von entsprechenden Wickeln abgezogen und der Verarbeitung zugeführt werden. Im Förderweg der Kabel befindet sich eine Meßvorrichtung, bei der auf zwei Basisplatten beidseits eines Trägers drucksensitive Elemente angebracht sind. Auf der Oberfläche dieser drucksensitiven Elemente laufen die Kabel, deren Zugkräfte auf die Oberfläche durch die drucksensitiven Elemente aufgenommen werden. Der Aufbau dieser Meßvorrichtung ist äußerst aufwendig.
Die Druckschrift DE 32 23 054 A1 zeigt eine Fehlervorwarnvorrichtung in Teppichherstellungsmaschinen mit einer Schaltleiste, die keinen kontinuierlichen Kraftmesser, sondern ein Schaltelement darstellt. Daher ist keine Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Zugspannung möglich.
Die Druckschrift DE-AS 12 26 864 zeigt eine Fadenüberwachungsvorrichtung mit separaten nebeneinander und parallel geschalteten Kontaktgebern. Jeder Faden bzw. jedes Wickelelement wird hier separat überwacht, wobei zudem keine Auswertung der Zugspannung als Funktion der Zeit möglich ist, das es sich um Schaltelemente handelt.
Die Druckschrift DE 31 50 118 A1 zeigt eine Steuerung zur Überwachung der Fadenspannung einzelner Fäden bei Tufting- Maschinen.
Die Erfindung hat das Ziel eine bekannte gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, daß die Überwachung von Fadenbrüchen bzw. von sich anbahnenden Fadenbrüchen auch einzelner Fäden ermöglicht ist, wobei die Herstellung der Vorrichtung billig ist, und die Vorrichtung einer verhältnismäßig geringen Wartung bedarf. Ein weiteres Ziel ist es, ein Verfahren zur Fadenüberwachung anzugeben, welches die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 7.
Gemäß Anspruch 1 ist eine Halterung für den Führungsbalken vorgesehen, die mindestens einen Kraftmesser aufweist, dessen Ausgangssignal ein Maß für die durch die Fäden auf den Führungsbalken ausgeübten Kräfte ist, und des Weiteren ist eine Auswerteeinheit zur Erkennung von Spannungsschwankungen einzelner Fäden aus den Schwankungen des Ausgangssignals des Kraftmessers vorhanden.
Dadurch daß der Führungsbalken über eine mittige oder je eine seitliche Aufnahme mit einem oder zwei Kraftmessern verbunden ist, sind die einzelnen Fadenkräfte in der Summe erfaßbar.
Durch die seitliche Anordnung der Kraftmesser werden größere Kräfte, wie z. B. bei dicken Fäden vorhanden, gut übertragen. Damit der Führungsbalken auch für unterschiedliche Fäden oder Fadenbündel einsetzbar ist, wird beidseitig am Balken zur Führungsseite hin überstehend ein Begrenzungselement angebracht. In einem weiteren Anwendungsfall wird zur Übertragung hoher Zugkräfte die in Fadenbündeln mit größerem Durchmesser auftreten können, der Führungsbalken beidseitig mit Trägern und über diese mit Federelementen verbunden. Die Federelemente sind in einer festen Einspannung gehalten und bilden mit dem Führungsbalken und den Trägern eine Art Schwinge, die mit einem mittig angebrachten Kraftmesser verbunden ist.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Fadenüberwachung vorgeschlagen, um das elektrische Ausgangssignal des Kraftmessers der beschriebenen Vorrichtung zu verarbeiten. Der Grundgedanke dieses Verfahrens besteht darin, daß das Ausgangssignal des Kraftmessers mit einem Grenzwert G1 verglichen wird, der durch folgende Formel bestimmt ist
n bedeutet die Anzahl der von der Vorrichtung erfaßten Fäden und
F* ist der zeitliche Mittelwert oder Durchschnittswert des Ausgangssignals.
Wenn das Ausgangssignal unter den Grenzwert absinkt, erfolgt ein Stopsignal, welches den Antrieb der Trommel stillsetzt, auf welche die Fäden aufgewickelt werden.
Dem Vorschlag liegt der Gedanke zugrunde, daß die einzelnen Fäden zu der vom Kraftmesser erfaßten Gesamtkraft etwa gleiche Anteile beitragen. Wenn also ein Faden bricht, so sinkt das Ausgangssignal um den entsprechenden Anteil schlagartig ab. Bei fünf überwachten Fäden ist z. B. ein Absinken auf 4/5 des vorherigen Wertes anzunehmen.
Neben der zuverlässigen Überwachung von Fadenbrüchen bietet die Vorrichtung den weiteren Vorteil, den Antrieb schon stillsetzen zu können, bevor ein sich anbahnender Fadenbruch eintritt. Meist kündigt sich ein Fadenbruch durch kontinuierliches Ansteigen der Zugspannung in dem betreffenden Faden und somit auch durch Ansteigen des Ausgangssignals des Kraftmessers vorher an. Die Bruchspannung und damit auch der Maximalwert des Ausgangssignals des Kraftmessers im Moment des Fadenbruchs ist für die verwendeten Fäden ziemlich genau bekannt. Es wird daher vorgeschlagen, daß das Stopsignal dann entsteht, wenn das Ausgangssignal über einen Grenzwert ansteigt, der den Bruch eines Fadens erwarten läßt, und wenn seit Beginn des Anstiegs ein Zeitintervall vergangen ist.
Dieses festliegende Zeitintervall wird gestartet, sobald das Ausgangssignal um einen kleinen Betrag über den Normalwert hinaus ansteigt. Das Zeitintervall hat somit eine Filterfunktion. Ein Fadenzupfer, der das Ausgangssignal kurzzeitig nach oben ausschlagen läßt, wird nicht berücksichtigt.
Eine zweckmäßige Weiterbildung in dieser Hinsicht kann darin bestehen, daß das Stopsignal selbst ein weiteres Zeitintervall auslöst, nach dessen Ablauf die Grenzwertüberschreitung noch einmal überprüft wird, und daß das Stopsignal nur im Falle der Bestätigung weitergeleitet wird. Diese Ausfilterung von kurzfristigen Irritationen gilt für Überschreitungen sowohl des oberen als auch des unteren Grenzwerts.
Durch die Früherkennung des Anstiegs der Fadenzugkraft, lassen sich bestimmte Fehlbedienungen an den Produktionsmaschinen sofort erkennen und z. B. eine falsch eingestellte Fadenbremse kann entsprechend neu einjustiert werden. Durch die kontinuierliche Überwachung der im Faden wirkenden Zugkräfte, wird auch die Qualität beim Wickeln von Spulen erheblich verbessert werden. So können wesentliche Zugkraftunterschiede im Faden beispielsweise durch eine entsprechende Regelung des Spulenantriebes ausgeglichen werden.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in jedem Fall gewährleistet, daß die Unterbrechung eines Fadens sofort bemerkt wird und die Fehler nicht auf die Wickeltrommel übertragen werden können.
Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Fadenüberwachungs­ vorrichtung in schematischer Darstellung;
Fig. 2 eine Vorderansicht der Fadenführung nach Fig. 1;
Fig. 3 eine Vorderansicht eines Führungsbalkens mit zwei Kraftmessern;
Fig. 4 eine Seitenansicht des Führungsbalkens als Schwingenausführung;
Fig. 5 ein Signaldiagramm des Abschaltvorganges und
Fig. 6 ein Signaldiagramm des Kontrollvorganges.
Die schematische Darstellung in den Fig. 1 und 2 zeigt die Vorrichtung im technologischen Arbeitsprozeß. Hierbei werden Fäden 1 von Spulen 2 durch starre Ösen 3 über einen Führungsbalken 4 abgezogen und auf eine Trommel 5 gewickelt. Die Öse 3 ist gegenüber dem Führungsbalken 4 so angeordnet, daß sie eine Umlenkung des Fadens 1 über den Führungsbalken 4 zur Trommel 5 erzwingt. Unter dem Führungsbalken 4 ist ein Kraftmesser 6 angeordnet, der durch die Zugkraft der Fäden in senkrechter Richtung mit einer Kraftkomponente beaufschlagt wird. Der Führungsbalken 4 ist mit dem Kraftmesser 6 über eine Aufnahme 7 verbunden. Die Kraftkomponente stellt die Summe der entsprechenden Komponenten aller Zugkräfte der Einzelfäden dar. Bei veränderten Zugkraftwerten der einzelnen Fäden gibt der Kraftmesser an eine nicht dargestellte elektronische Einrichtung ein Signal. Dieses Signal dient zum Abschalten der Trommel 5 bei veränderten Zugkräften der einzelnen Fäden.
In dem Beispiel nach Fig. 3 wird ein Führungsbalken 4 gezeigt, welcher jeweils mit außen angeordneten Kraftmessern verbunden ist. Diese Anordnung von zwei Kraftmessern 6 an dem Führungsbalken 4 ist besonders für die Verwendung bei großen Kräften, die in Fadenbündeln auftreten, und bei hohen Fadenzahlen vorteilhaft.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsvariante des Führungsbalkens dargestellt. Dieser ist zwischen je einem Träger 8 angeordnet und mit diesen fest verbunden. Die Träger 8 sind über Blattfedern 9 in eine Lagerstelle 10 eingespannt. Dieser schwingenartig angeordnete Führungsbalken 4 ermöglicht trotz großer Balkenlänge eine mittige Anordnung des Kraftmessers 6. Die spielfreie Lagerung der Träger 8 im Lager 10 über die Blattfedern 9 ermöglicht eine feinfühlige genaue Kraftübertragung der Fadenbündel auf den Kraftmesser 6.
Die Anordnung mehrerer Fäden oder Fadenbündel macht eine seitliche Begrenzung 11 notwendig. Bei dem schwingenartig angeordneten Führungsbalken übernimmt diese Funktion der Träger 8. An einzelnen Führungsbalken 4 sind jeweils eine Begrenzung 11 seitlich so angeordnet, daß ein Abspringen der Fäden verhindert wird.
Fig. 5 zeigt ein Signaldiagramm, in welchem eine Fadenunterbrechung durch Abschneiden oder beispielsweise durch Leerlaufen einer Spule dargestellt ist. Der Beitrag der Zugspannung eines von - in diesem Beispiel - sechs Fäden an dem dargestellten Ausgangssignal F fällt plötzlich weg. Dadurch sinkt das Signal, das zunächst seinen normalen mittleren Wert hat, plötzlich auf den 5/6 betragenden Grenzwert G1 ab. Dies erkennt die Elektronik und erzeugt das erwähnte Stopsignal zur Stillsetzung des Antriebes.
In Fig. 6 werden weitere Verfahrenseinzelheiten gezeigt. Auch hier hat das Ausgangssignal F zunächst seinen Normalwert. Es ist vorgesehen, daß jedes Mal dann ein Zeitintervall t1 gestartet wird, wenn das Ausgangssignal vom Normalwert ausgehend anzusteigen beginnt. Bildet sich aber nur eine kurze Zacke aus (Fadenzupfer), die kürzer als t1 ist, und die einen oberen Grenzwert G2 nicht erreicht, so hat dies keine weiteren Folgen. Im weiteren zeitlichen Verlauf ist dargestellt, daß das Ausgangssignal kontinuierlich zu steigen beginnt. Das hat einen neuerlichen Zeitintervall-Start zur Folge. Das Signal steigt kontinuierlich weiter und übersteigt den Grenzwert G2. Nach Ablauf des zweiten Intervalls t1 ist der Grenzwert weiterhin deutlich überschritten. Hier kann nun das Stopsignal ausgelöst werden mit der Folge, daß Fadenstillstand erreicht wird, noch bevor der betreffende Faden reißt. Dieser gedachte weitere Signalverlauf ist gestrichelt eingezeichnet.
Nun könnte es aber sein, daß am Ende eines Zeitintervalls t1, das durch einen kurzen Fadenzupfer ausgelöst wurde, ein weiterer Zupfer auftritt, der den Grenzwert G2 überspringt und in diesem Moment somit ein Stopsignal auslösen würde. Ein solches Stopsignal kann dadurch ausgefiltert werden, daß es zunächst nicht weitergeleitet wird, sondern ein weiteres kürzeres Zeitintervall t2 startet. Auch dies zeigt Fig. 6. Am Ende von t2 ist das Ausgangssignal noch weiter über den Grenzwert G2 angestiegen, es hat jedoch den Maximalwert noch nicht erreicht. Somit kann auch in diesem Moment noch rechtzeitig abgeschaltet werden.
Der Start von t2 durch das Stopsignal selbst kann auch bei dem einfachen Beispiel nach Fig. 5 Anwendung finden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Überwachung von mehreren parallel nebeneinander laufenden Fäden oder dergleichen, die von Spulen abgezogen und durch eine Führung gleitend auf eine Wickeltrommel aufgewickelt werden, wobei die Fäden über einen Führungsbalken in einem Winkel zur Abzugsrichtung gespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halterung für den Führungsbalken (4) vorgesehen ist, welche mindestens einen Kraftmesser (6) aufweist, dessen Ausgangssignal ein Maß für die durch die Fäden auf den Führungsbalken (4) ausgeübten Kräfte ist, und eine Auswerteeinheit zur Erkennung von Spannungsschwankungen einzelner Fäden aus den Schwankungen des Ausgangssignals des Kraftmessers (6) vorhanden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung außer zur Überwachung von z. B. textilen Fäden auch zur Überwachung von Drähten, Kabeln oder Bändern geeignet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbalken (4) mittig (7) mit einem Kraftmesser (6) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbalken (4) beidseitig mit Trägern (8) verbunden ist und mit diesem eine U-förmige Schwinge bildet, die an den Trägerenden über Federelemente, insbesondere Blattfedern (9), gelagert ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbalken (4) an beiden Enden mit je einem Kraftmesser (6) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbalken (4) beidseitig je ein den Balken zur Führungsseite hin überragendes Begrenzungselement (11) aufweist.
7. Verfahren zur Überwachung der Fadenführung von vorwiegend textilen Fäden, unter Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Kraftmessers (6) mit einem Grenzwert n (G1) verglichen wird, wobei
ist und n die Anzahl der erfassten Fäden und F* der zeitliche Mittelwert des Ausgangssignals ist, und daß ein Stopsignal den Zugvorgang an der Trommel (5) unterbricht, wenn das Ausgangssignal unter den Grenzwert (G1) absinkt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelvorgang unterbrochen wird, wenn das Ausgangssignal des Kraftmessers über einen Grenzwert (G2) ansteigt, der den Bruch eines Fadens erwarten lässt, und wenn seit Beginn des Anstiegs ein Zeitintervall (t1) vergangen ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stopsignal ein weiteres Zeitintervall (t2) auslöst, nach dessen Ablauf die Grenzwertüberschreitung überprüft wird, und daß das Stopsignal nur im Falle der Bestätigung weitergeleitet wird.
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