DE4211684A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Drehzahlregelung von Spinnmaschinen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Ringspinn- oder Zwirnmaschine gemäß Oberbegriff des An­ spruches 1 und eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfah­ rens nach Anspruch 6.

Es ist bereits bekannt, daß zum Zweck der Drehzahlregelung von Spindelantriebsmotoren Detektoren, Sensoren oder sonsti­ ge Meßvorrichtungen an den Spindeln bzw. den Fadenführungs­ vorrichtungen angebracht werden.

So offenbart die DE 37 17 749 ein Verfahren zum Erfassen von Drehzahl und/oder Drehmomentschwankungen an Spinn-, Zwirn- oder Spulmaschinenantrieben, die von drehzahl- und/oder dreh­ momentveränderbaren Einzelelektromotoren angetrieben werden, wobei die Ist-Drehzahl und/oder das Ist-Drehmoment aus Kommu­ tierungssignalen abgeleitet wird und bei einer Abweichung von den, durch die vorausgegangenen Kommutierungssignale ge­ bildeten Sollwerte nachgeregelt wird.

In der DE 39 42 685 wird ein Verfahren zur Gewinnung eines Fadenspannungssignals mittels eines Sensors an einer Faden­ führung oder deren Aufhängung vorgestellt, wobei die durch die Fadenbewegung induzierte Schwingung unmittelbar mit der Fadenspannung in Verbindung gebracht werden kann und ein daraus resultierendes Signal zur Drehzahl-Regelung benutzt wird.

Die europäische Offenlegungsschrift 91 109 881 gibt ein Ver­ fahren zum Betrieb einer Ringspinn- oder Zwirnmaschine an, deren auf einer Ringbank angeordneter Spinnring bzw. ein an diesem laufender Läufer temperaturüberwacht wird, wobei die­ ses Temperatursignal bzw. die Temperaturschwankungen propor­ tional zu der Fadenspannung sind und zur Adaption des Dreh­ zahlprogramms dienen, welches die Drehzahl des mit den Spin­ deln verbundenen Antriebs im Sinn maximal möglicher Spindel­ drehzahlen regelt.

Alle bekannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß an jeder einzelnen Spindel die entsprechenden Meßgrößen abgenom­ men werden müssen. Durch die Anbringung der jeweiligen Senso­ ren bzw. Detektoren an jeder Spindel, durch die dabei notwen­ dig werdende Weiterleitung der Meßsignale an die entsprechen­ den, ebenfalls in dieser Anzahl benötigten Verarbeitungs- und Steuereinheiten und durch die sich anschließende, sepa­ rate Ansteuerung jedes einzelnen Antriebs durch eine eigene Verarbeitungs- und Steuereinheit ist ein sehr hoher Aufwand an Steuer- und Regelungstechnik erforderlich. Weiterhin sum­ mieren sich die Kosten mit jeder bei einer Spindel anzubrin­ genden Detektor-, Steuer- und Verkabelungseinrichtung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, bei welchem sowohl der Kostenaufwand für die Meßvorrichtungen wie auch der Aufwand für die Verarbeitungs- und Steuervorrichtungen sowie für die mechanische Wartung gesenkt werden kann, den­ noch aber eine optimale Erfassung der Spinnbedingungen für den Betrieb der Spinnmaschine gewährleistet wird, um so eine optimale Drehzahl sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruches 1 bzw. 6 gelöst.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß alle nahe bei­ einander liegenden Spindeln zumindest im wesentlichen den gleichen extern einwirkenden Einflüssen, wie beispielsweise Temperatur oder Luftfeuchtigkeit, ausgesetzt sind. Die Reak­ tion jeder Spindel dieser Gruppe auf diese externen Einflüs­ se ist daher im großen und ganzen gleich. Es ist beispiels­ weise denkbar, daß sich ein Einflußfaktor auf die eine Hälf­ te der Spindeln einer Spinnmaschinen von dem entsprechenden Einflußfaktor auf die andere Hälfte der Spindeln unterschei­ det. In diesem Fall wäre es sinnvoll, die beiden verschiede­ nen Spindelgruppen mit unterschiedlichen Drehzahlen zu be­ treiben. Ausgehend von dieser Erkenntnis ist es nicht not­ wendig, die auf die Drehzahlregelung Einfluß nehmenden Meß­ größen an allen einzelnen Spindeln gesondert abzunehmen, son­ dern es genügt, stellvertretend für eine räumlich zusammenge­ hörige Gruppe von Spindeln nur die Meßgrößen einer Spindel, der sogenannten Leitspindel, als repräsentativ für die Meß­ größen der übrigen Spindeln, den sogenannten Nebenspindeln, anzusehen. Auf diese Art können die aufgenommenen Meßwerte den vorgegebenen Sollwerten angepaßt werden, ohne daß jede Spindel eigene Meßvorrichtungen aufweist. Damit kann ein großer Anteil der Meß- und Steuertechnik eingespart werden.

Eine einer Leitspindel zugeordnete Verarbeitungs- und Steu­ ereinheit nimmt die Meßgrößen einer Leitspindel auf und adap­ tiert ein Drehzahlprogramm im Sinne maximaler Spindeldrehzah­ len. Eine sehr hohe Spindeldrehzahl bedeutet eine hohe Pro­ duktivität. In diesem Sinne bedeutet eine optimale Spindel­ drehzahl eine optimale Produktivität.

Eine weitere Möglichkeit der Verarbeitung der Meßsignale be­ steht darin, daß alle von den Leitspindeln erfaßten Meßdaten an eine zentrale Verarbeitungs- und Steuereinheit geleitet werden. Diese ermittelt daraufhin, ausgehend von den Meßda­ ten mit Extremwerten, eine maximales Drehzahlprogramm und leitet einen entsprechenden Impuls an die Antriebe aller Spindeln weiter. Damit werden die Meßdaten statistisch ausge­ wertet und ein Drehzahlprogramm so adaptiert, daß für eine Gruppe von Spindeln eine maximale Drehzahl gefahren werden kann. Würde diese Drehzahl überschritten, so würde für diese Gruppe von Spindeln eine erhöhte Gefahr für einen Fadenbruch bestehen. Somit kann durch die erfindungsgemäße Ausstattung der Spinnmaschine mit Leitspindeln auch bei zentraler Steu­ erung der Antriebe eine optimierte Drehzahlregelung unter Be­ rücksichtigung des Kostenaufwandes für die Regelungs- und Steuertechnik sichergestellt werden.

In den Ansprüchen 3 und 4 wird eine vorteilhafte Ausführungs­ form der Erfindung angegeben, bei der die Meßgrößen aus einem Temperatur- und/oder einem Frequenzsignal gebildet wer­ den. Eine optimale Drehzahl der Antriebe der Spindeln hängt eng mit der Fadenspannung zusammen. Ist die Fadenspannung zu groß, so kann es zu einem Bruch des Fadens kommen, ist sie zu klein, so könnte die Drehfrequenz der Spindel noch erhöht werden. Die Fadenspannung wiederum hängt eng mit der Tempera­ tur des Läufers und der des Spinnringes zusammen, und weiter­ hin bedeutet eine hohe Fadenspannung auch eine hohe Frequenz an der Fadenleitvorrichtung. Über diese Meßsignale kann so­ mit die Fadenspannung bestimmt werden, und damit ist es mög­ lich ein Drehzahlprogramm so anzupassen, daß eine optimale Drehzahl der Spindeln erreicht wird.

Der Anspruch 6 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ausfüh­ rung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

Die Ausbildungen der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13 stellen weitere vorteilhafte Ausführungsformen dar. Die beispielsweise externen Einflüsse auf die Nebenspindeln sind denen auf die Leitspindeln um so ähnlicher, je geringer die räumlichen Distanzen zwischen der Leitspindel und den zu­ gehörigen Nebenspindeln sind. Die Nebenspindeln sollen daher in einem vorzugsweise relativ kleinen Abstand um die Leit­ spindel herum, vorzugsweise rechts und links davon, insbeson­ dere aber mit der Leitspindel mittig, angeordnet werden, so daß sich die äußeren Einflüsse und damit die Meßgrößen in diesem Bereich nicht oder nur unwesentlich ändern.

Die verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung der er­ findungsgemäßen Spinnmaschine erlauben die Kosten für die teilweise aufwendigen Messungen zu reduzieren und die Rege­ lungs- bzw. Steuervorrichtungen zu reduzieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der folgen­ den Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematisierte Vorderansicht eines Aus­ schnittes einer erfindungsgemäßen Spinnmaschi­ ne, einschließlich des Steuerschemas,

Fig. 2 eine schematisierte Vorderansicht eines Aus­ schnittes einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spinnmaschine,

Fig. 3 eine schematisierte Vorderansicht der Spinnma­ schine nach Fig. 2 mit Leitspindel und Neben­ spindeln sowie einer Regelungseinrichtung und

Fig. 4 eine vergrößerte und detailliertere Darstel­ lung einer Leitspindel nach Fig. 3.

In Fig. 1 ist eine schematisierte Vorderansicht einer Spinn­ maschine dargestellt, bei der eine Leitspinnstelle 3 bzw. 3′ von Nebenspinnstellen 4 bzw. 4′ umgeben ist. Die an der Leit­ spinnstelle 3 angebrachte Meßvorrichtung 6 liefert ein Sig­ nal 2a, 2b und 2c an eine Verarbeitung- und Steuereinheit 1, welche ein für diese Meßgröße angepaßtes Drehzahlprogramm 5 an sämtliche der Leitspinnstelle 3 zugeordneten Antriebe 10 der Nebenspindeln 11 der Nebenspinnstellen 4 sowie an den An­ trieb 10 der Leitspindel 12 der Leitspinnstelle 3 selbst an­ legt.

Die nächste Leitspinnstelle 3′ ist für weitere Nebenspinn­ stellen 4′ zuständig und ihre Meßvorrichtung 6′ sendet ein Signal 2a′, 2b′ und 2c′ an eine eigene Verarbeitungs- und Steuereinheit 1′, welches ein analoges Drehzahlprogramm 5′ adaptiert.

Ebenso ist es beispielsweise nach Fig. 2 möglich alle von den Leitspinnstellen 3, 3′ ermittelten Meßgrößen 2a, 2b, 2c, 2a′, 2b′, 2c′ mit einer zentralen Verarbeitungs- und Steuer­ einheit 1 zu erfassen und ein für alle Antriebe 10 gemeinsa­ mes Drehzahlprogramm 5 zu ermitteln, welches an jede Spinn­ stelle abgegeben wird.

In Fig. 3 sind vier Nebenspinnstellen 4 und eine Leitspinn­ stelle 3 dargestellt, wobei die Nebenspinnstellen 4 symme­ trisch um die Leitspinnstelle 3 angeordnet sind. Bei jeder Nebenspinnstelle 4 ist eine Nebenspindel 11 angeordnet, wel­ che von einem Einzelantrieb 10 betätigt wird und welche eine in vertikaler Richtung verschiebbare Spinnringbank 8 in Höhe der Spindeln aufweist, auf der ein Spinnring 9 befestigt ist. Weiterhin sind an jeder Nebenspinnstelle 4 auch Faden­ führungsvorrichtungen 19 vorgesehen, durch welche der Faden 7 geführt wird und die beispielsweise in Form eines Ringel­ schwänzchens ausgebildet sein können. Der Faden ist weiter durch einen Läufer 18 gefädelt, der auf dem Spinnring 9 glei­ tend angeordnet ist.

Bei der Leitspinnstelle 3 ist eine Leitspindel 12 vorgese­ hen, welche in der Ausführungsform vorzugsweise nahezu iden­ tisch zu den Nebenspindeln 4 aufgebaut ist, allerdings mit dem Unterschied, daß vorzugsweise an der Spinnringbank 8 ein Meßdetektor 13 angeordnet ist, welcher ein zu der Fadenspan­ nung und der Drehzahl proportionales Temperatursignal lie­ fert, welches zu einer Verarbeitungs- und Steuereinheit 1 geliefert wird. Weiter ist auf der Fadenleitvorrichtung 19 ein Meßdetektor 14 angeordnet, welcher ein der Fadenspannung und Drehzahl proportionales Schwingungssignal ebenfalls an die Verarbeitungs- und Steuereinheit 1 leitet. Die Meßgrößen 2a und 2b werden von der Verarbeitungs- und Steuereinheit 1 in geeigneter Weise verarbeitet und ein Drehzahlprogramm 5 wird so adaptiert, daß sich beim Betreiben der Spindeln 11, 12 mit der entsprechenden Drehzahl die Meßgrößen 2a, 2b an die in der Verarbeitungseinheit 1 gespeicherten, vorgegebe­ nen Sollwerte angleichen.

Nach Fig. 4 ist neben dem Frequenzdetektor 14 an der Faden­ führungsvorrichtung 19 ein weiterer Fühler 15 angeordnet, der die Fadenspannung direkt bestimmt und ein entsprechendes Fadenspannungssignal 2c an die Verarbeitungs- und Steuerein­ heit 1 weitergibt.

Temperatursensoren, Frequenzdetektoren sowie Fadenspannungs­ sensoren der genannten Art sind im Stand der Technik be­ kannt.

Des weiteren ist nach Fig. 4 eine weitere Meßvorrichtung 17 vorgesehen, welche auf magnetischem oder optischem Weg die Drehfrequenz des Läufers 18 dadurch abtastet, daß jedesmal, wenn der Läufer 18 die Vorrichtung passiert, ein Impuls er­ zeugt wird. Dieser sich daraus ergebende Meßwert kann eben­ falls in die Einheit 1 eingespeist werden, um im Zusam­ menwirken mit den übrigen Meßwerten 2a, 2b, 2c die Fadenspan­ nung und die optimal mögliche Drehzahl noch exakter zu kon­ trollieren.

In den Figuren nicht dargestellt ist ein Sensor, der die Größe des sich ausbildenen Fadenballons 16 direkt messen kann. Die Größe des Ballons 16 ist unmittelbar mit der Fa­ denspannung verknüpft. Ist die Fadenspannung groß, so bildet sich ein schlanker Ballon 16′ aus, ist sie klein, so formt sich ein bauchiger Ballon 16′′ aus. Durch die Eingabe einer der Ballongröße proportionalen Meßgröße in die Verarbei­ tungs- und Steuereinheit 1 ist es daher zusätzlich möglich das Drehzahlprogramm 5 so zu beeinflussen, daß die Fadenspan­ nung vorzugsweise möglichst konstant bleibt und die Antriebe 10 im maximal möglichen Drehzahlbereich betrieben werden. Das Überprüfen und Abtasten des Fadenballons 16 ist vor al­ lem beim Anfahr- und beim Bremsvorgang der Spindeln 11, 12 von großer Bedeutung. Während des Hochlaufens aus dem Still­ stand kann die Beschleunigung der Spinnmaschine so gewählt werden, daß sich der Fadenballon 16 in möglichst kurzer Zeit zumindest im wesentlichen optimal ausbildet und diese Ausbil­ dung während des weiteren Hochlaufens und des stationären Be­ triebes der Spinnmaschine erhalten bleibt.

Eine Möglichkeit, die Drehzahl der Spindeln 11, 12 zu regeln, besteht auch über den Changierhub. Bei der Aufwärts- und Ab­ wärtsbewegung der Fadenleitvorrichtung 8 ändert sich die Fa­ denspannung und die Größe des Fadenballons. Über die Senso­ ren und die Verarbeitungs- und Steuereinheit 1 kann bei­ spielsweise die Drehzahl der Antriebe so angepaßt werden, daß die Fadenspannung konstant bleibt.

Bezugszahlenliste

 1 Steuereinheit
 2a, 2a′ Frequenz Meßgrößen
 2b, 2b′ Temperatur Meßgrößen
 2c, 2c′ Fadenspannungs Meßgröße
 3, 3′ Leitspinnstelle
 4, 4′ Nebenspinnstellen
 5, 5′ Drehzahlprogramme
 6, 6′ Meßvorrichtungen
 7 Faden
 8 Ringbank
 9 Spinnring
10 Antrieb
11 Nebenspindeln
12 Leitspindeln
13 temperaturfühlender Meßsensor
14 frequenzdetektierender Meßsensor
15 Fadenspannungssensor
16 Fadenballon
17 weiteres Meßgerät
18 Läufer
19 Fadenführungsvorrichtung

Claims (13)

1. Verfahren zum Betrieb einer Ringspinn- oder Zwirnmaschi­ ne, deren in einem Rahmen angeordnete und betriebsfähig mit einem durch ein Drehzahlprogramm gesteuerten Antrieb verbundene Spinn- bzw. Zwirneinheiten mindestens je eine Fadenleitvorrichtung und je eine Fadenführungsvorrich­ tung mit je einem auf einer Ringbank angeordneten Spinn­ ring sowie mit je einem an diesem laufenden Läufer und je eine Spindel für einen Spinnring aufweisen und mit Meßvorrichtungen zur Festellung von Meßgrößen, dadurch gekennzeichnet, daß nur an bestimmten Spindeln, den repräsentativen Leitspindeln (12), Meßgrößen (2a, 2b, 2c) ermittelt und diese Meßgrößen dazu verwendet wer­ den, um ein Drehzahlprogramm (5) zu adaptieren, so daß die Meßgrößen (2a, 2b, 2c) zumindest im wesentlichen vor­ gegebenen Sollwerten angepaßt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgrößen (2a, 2b, 2c) jeweils einer Steuereinheit (1) zugeleitet werden, wobei durch die Steuereinheiten (1) eine fortlaufende Adaption der Drehzahlprogramme (5) der Antriebe (10) der zugeordneten Leitspindeln (12) und der diesen zugeordneten Nebenspindeln (11) im Sinne max­ imal möglicher Spindeldrehzahlen vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Meßgröße (2a) entweder eine Frequenz eines den Faden (7) aufwickelnden Elements und/oder Harmoni­ sche dieser Frequenz, oder ein Frequenzband entsprechend dem Fadenrauschen sind, wobei diese Frequenzen aus einem Sensorsignal ausgefiltert werden und der Pegel dieser Frequenz oder Frequenzen oder dieses Frequenzbandes ge­ messen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Meßgröße (2b) die Betriebstemperatur der Leitspindeln (12) darstellt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Fadenspannungssensor (15) eine Fadenspannung abtastet und eine diesbezügliche Meß­ größe (2c) an die Steuereinheit (1) leitet.

6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Reihe von nebeneinan­ der liegenden Spinnstellen, wobei jede Spinnstelle einen Antrieb, eine Spindelvorrichtung und Fadenführungsvor­ richtungen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß nur an bestimmten Spindeln, den repräsentativen Leitspindeln (12), Meßfühler (13, 14, 15) angebracht sind und Steuer­ einheiten (1) vorgesehen sind, die eine das Drehzahlpro­ gramm (5) bestimmende Stellgrößen nicht nur an den An­ trieb (10) der zugeordneten Leitspindeln (12), sondern auch an die Antriebe (10) einer Anzahl jeder Leitspindel (12) zugeordneten Nebenspindeln (11) anlegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler ein an der Fadenleitvorrichtung (8) der Leitspindel (12) angebrachter temperaturfühlender Meß­ sensor (13) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Meßfühler ein an der Fadenleitvorrichtung (19) der Leitspindel (12) angebrachter frequenzdetek­ tierender Meßdetektor (14) ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßfühler ein Fadenspannungssensor (15) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadenspannungssensor mit der Fadenleitvorrichtung (19) kombiniert ist, wodurch keine zusätzliche Belastung für den Faden entsteht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die den Leitspindeln (12) zugeord­ neten Nebenspindeln (11) in einem Bereich um die zugeord­ nete Leitspindel herum angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die den Leitspindeln (12) zugeordneten Nebenspindeln (11) zu beiden Seiten der Leitspindeln, insbesondere in gleicher Anzahl zu beiden Seiten der Leitspindeln ange­ ordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leitspindel (12) 5 bis 50, vor­ zugsweise 10 bis 20, insbesondere 15 Nebenspindeln zuge­ ordnet sind.