DE4314308A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls in einem Garn - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Fortpflanzungsge­ schwindigkeit des Schalls in einem Garn werden eingesetzt, um Aus sagen zur Garnstruktur des zu untersuchenden Garnes zu erhal­ ten.

Zu den gegenwärtig bekannten Spinnverfahren werden Anstrengungen unternommen, um die Garneigenschaften weiter zu verbessern. Para­ meteränderungen an Maschinen der Spinnerei können zu veränderten Garneigenschaften führen. Einen wesentlichen Einfluß auf die Garneigenschaft hat die Orientierung der Fasern im Garn. Die Orientierung der Fasern im Garnverband wird geprägt durch den Prozeßverlauf im Spinnereivorwerk und das Spinnverfahren selbst. Es ist deshalb für den Garnproduzenten wichtig zu wissen, welche Garnstruktur das produzierte Garn besitzt und ob Veränderungen zu erkennen sind. Zu diesem Zweck wird im Labor stichprobenartig produziertes Garn auf seine Struktur untersucht. Es wird bekann­ terweise die Fortpflanzungszeit des Schalls in einem definierten Garnabschnitt gemessen. Aus diesen Werten wird die Fortpflanzungs­ geschwindigkeit des Schalls ermittelt. Die Fortpflanzungsge­ schwindigkeit des Schalls im Garn ist neben solchen Parametern wie der Faserart, der Länge der Einzelfasern, insbesondere abhän­ gig vom Orientierungsgrad der Fasern in der Längsachse des Gar­ nes. Der Grad der Orientierung der Fasern im Garnverband ist bei sonst gleichen Randbedingungen ein Maß für die Garnstruktur.

Zur Messung der Fortpflanzungszeit des Schalls in Garnen verwen­ det man den Dynamic Modulus Tester PPM-5 der Firma Morgan Co., Massachusetts (USA). Mit dieser Meßvorrichtung läßt sich die Fortpflanzungsgeschwindigkeit in Fasern, Garnen u. a. für eine konstante Garnbelastung bestimmen.

Das Funktionsprinzip basiert auf der kontinuierlichen Messung der Schallfortpflanzungszeit einer Longitudinalwelle fester Frequenz in einem zugbelasteten Garnabschnitt. Die gewählte Wellenlänge der Schallimpulse ist gegenüber dem Garndurchmesser sehr groß. Die Schallfortpflanzungszeit wird als Funktion eines Fadenab­ schnittes aufgezeichnet. Die Länge des Fadenabschnittes ist be­ kannt. Die Schallfortpflanzungszeit wird ständig gemessen. Aus beiden Größen ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls ermittelbar.

Das nach dem Stand der Technik verwendete Meßverfahren hat den Nachteil, daß zahlreiche Meßreihen durchgeführt werden müssen, bevor ein Funktionsverlauf zwischen Fadenzugkraft und Fortpflan­ zungsgeschwindigkeit des Schalls ermittelt werden kann. Erst die­ ser in zahlreichen Meßreihen ermittelte Funktionsverlauf ermög­ licht eine Aussage zur Garnstruktur über einen Längenabschnitt im Fadens. Diese Meßreihen zu erlangen, erfordert vorrichtungsseitig einen hohen Bedienaufwand. Für jede einzelne Meßreihe sind die Garnabschnitte zu erneuern und auszutauschen. Um die Vorspannung des Garnes zu verändern, sind manuell die Gewichte am Fadenende zu tauschen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Vorrichtung so zu ver­ bessern, daß das Meßverfahren bezüglich seiner Aussage qualitativ erweitert wird und der Gebrauchswert der Vorrichtung erhöht wird.

Neben der bekannten Messung der Fortpflanzungszeit des Schalls im Garn, wird diese Messung zugleich im Zusammenhang mit einer ande­ ren Messung am gleichen Garn, der Messung der Fadenzugkraft ge­ führt. Während des Meßvorganges wird die Fadenzugkraft geändert. Das erfindungsgemäße Meßverfahren ermöglicht die funktionale Dar­ stellung des Zusammenhangs zwischen der Fortpflanzungsgeschwin­ digkeit des Schalls und Werten der zugehörigen Fadenzugkraft. Aus dieser Darstellung kann sofort eine Aussage zur Garnstruktur er­ mittelt werden.

Es ergibt sich somit der Vorteil, daß

• a) zeitaufwendige Meßreihen gespart werden können,
• b) große Garnlängen geprüft werden können,
• c) Garnstrukturänderungen innerhalb eines Garnes leicht festge­ stellt werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, daß das Garn von einer Garnspule abgezogen und fortlaufend in die Meßvorrichtung geführt und untersucht wird. Ein wesentliches Merkmal dabei ist, daß das Garn im fortlaufenden, d. h. bewegten Zustand untersucht werden kann. Das Garn kann mit einer kontinuierlichen oder inter­ mittierenden Geschwindigkeit bewegt werden, die das Meßverfahren nicht beeinflußt.

Das zu untersuchende Garn wird zwischen zwei Walzenpaaren trans­ portiert und zugleich geklemmt. Die beiden Walzenpaare werden als Eingangs- und Abzugswalzenpaar bezeichnet.

Ein weiteres vorrichtungsgemäßes Merkmal ist, daß eine Vorrich­ tung zur Änderung der Fadenzugkraft zwischen beiden Walzenpaaren angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine periodische Dehnungs- bzw. Kraftänderung im geklemmten Fadenabschnitt erzielt.

Ein weiteres vorrichtungsgemäßes Merkmal ist, daß in Garntrans­ portrichtung nach dem Einzugswalzenpaar ein Fadenzugkraft-Sensor angeordnet ist, der seine Meßwerte zur Verarbeitung an einen Rechner übermittelt.

Im Gegensatz zur bekannten Meßvorrichtung wird ein On-line-Be­ trieb der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ermöglicht. Ein manu­ elles Austauschen der zu untersuchenden Garnabschnitte und das manuelle Anhängen unterschiedlicher Gewichte zur Belastung des Garnes entfällt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 Meßvorrichtung zur Ermittlung der Fortpflanzungszeit des Schalls im Garn nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 Meßvorrichtung zur Ermittlung der Fortpflanzungsgeschwin­ digkeit das Schalls im Garn in Abhängigkeit der Fadenzug­ kraft.

Nach dem bekannten Stand der Technik (Fig. 1) wird aus einer Garnspule eine definierte Garnlänge herausgeschnitten und in der bekannten Meßvorrichtung mittels Fadenklemme 2 einseitig ge­ klemmt. Das Garn 1 verläuft von einer Fadenklemme 2 über die Füh­ rungskerbe 3 eines Schallempfängers 6 sowie die Führungskerbe 4 eines Schallsenders 5 zu einer Umlenkrolle 8. Das Garn ist über die Umlenkrolle 8 gelegt und wird am Ende mit einem Gewicht 7 be­ lastet, so daß das Garn gespannt ist. Der Aufbau der Vorrichtung ist so gestaltet, daß ein guter Kontakt zwischen Garn 1 sowie Schallsender 5 und Schallempfänger 6 gewährleistet ist, d. h. die Führungskerben 4, 5 bilden die mechanischen Kontaktstellen zum Garn 1. Die Führungskerbe 4 steht mit dem Schallsender 5 und die Führungskerbe 3 steht mit dem Schallempfänger 6 in Verbindung. Die Führungskerben 4, 5 sind Sensoren, bestehend aus Piezokera­ mik. Der Zeitmesser Z realisiert zugleich eine Meßwertverarbei­ tung, so daß die Fortpflanzungszeit des Schalls direkt ermittelt wird. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit muß bei diesem Verfahren manuell ermittelt werden. Die Länge L des Garns zwischen den bei­ den Führungskerben 3, 4 wird konstant eingestellt. Sie wird in der Regel zwischen 10 cm und 30 cm betragen. Mit dieser Vorrich­ tung ist über die Messung der Fortpflanzungszeit des Schalls im Faden die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls ermittelbar. Nachteilig ist, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit nur zu ei­ ner ganz konkreten Fadenzugkraft ermittelbar ist. Um mit dieser Vorrichtung einen Funktionsverlauf der Fortpflanzungsgeschwindig­ keit in Abhängigkeit der Fadenzugkraft ermitteln zu können, müs­ sen im Off-line-Betrieb zu untersuchende Fadenabschnitte für jede Meßreihe ausgetauscht werden und unterschiedliche Fadenzugkräfte durch Anhängen unterschiedlicher Gewichte realisiert werden. Die Bestimmung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls ermög­ licht bei dem bekannten Verfahren und dessen Meßvorrichtung keine unmittelbare Aussage zur Garnstruktur. Eine Aussage zur Garn­ struktur ist erst dann möglich, wenn die Fortpflanzungsgeschwin­ digkeit des Schalls in Abhängigkeit der Fadenzugkraft betrachtet wird. Erst die nachfolgend beschriebene Meßvorrichtung liefert Meßergebnisse, die sofort eine Aussage zur Garnstruktur ermögli­ chen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung (schematisch in Fig. 2 darge­ stellt) fördert von einer Garnspule 8 ein Garn 9 über eine Umlenkrolle 10 zwischen ein zylindrisches Einzugswalzenpaar 11. Das Garn 9 wird weiterbefördert zu einem Abzugswalzenpaar 15, um dann in einem Behälter 16 abgelegt zu werden. Das zu untersuchen­ de Garn 9 wird während seines Transportes zwischen dem Einzugs­ walzenpaar 11 und dem Abzugswalzenpaar 15 zugleich geklemmt. Um auf dem laufenden Garn 9 eine periodische Dehnungs- bzw. Kraftän­ derung zu erzeugen, ist eine Vorrichtung zur Änderung der Faden­ zugkraft angeordnet. Diese Vorrichtung befindet sich in Garn­ transportrichtung vor dem Abzugswalzenpaar 15. Diese Vorrichtung zur Änderung der Fadenzugkraft kann eine Changiervorrichtung 17 sein, wobei dann das Abzugswalzenpaar 15 als Konuswalzenpaar aus­ gebildet ist. Die Changiervorrichtung 17 führt den laufenden Fa­ den auf der Mantellinie der Konuswalzen.

Die Vorrichtung zur Änderung der Fadenzugkraft kann auch durch eine andere Variante realisiert werden. Erforderlich sind ein Einzugswalzenpaar 11 und ein Abzugswalzenpaar 15. Beide Walzen­ paare sind zylindrische Walzen. Das Einzugswalzenpaar 11 und das Abzugswalzenpaar 15 haben zueinander ein bestimmtes Drehzahlver­ hältnis. Die Änderung der Fadenzugkraft kann auch realisiert wer­ den durch eine kontinuierliche Änderung des Drehzahlverhältnis­ ses. Erfolgt diese kontinuierliche Änderung des Drehzahlverhält­ nisses zwischen zwei festgelegten Werten periodisch, beispiels­ weise sinusförmig, dann ist eine gewünschte Änderung der Faden­ zugkraft realisiert.

Zwischen den beiden Walzenpaaren, in Nähe des zylindrischen Ein­ zugswalzenpaares 11 befindet sich ein Fadenzugkraft-Sensor 12. Die ermittelten Werte der Fadenzugkraft übermittelt der Fadenzug­ kraft-Sensor 12 an einen Rechner 18. Zwischen Fadenzugkraft-Sen­ sor 12 und Abzugswalzenpaar 15 mit Changiervorrichtung 17 ist auf dem Faden ein konstanter Fadenabschnittes durch die piezoelek­ trischen Kristalle 13, 14 eingestellt. Die piezoelektrischen Kri­ stalle 13, 14 sind Sensoren, die im ständigen mechanischen Kon­ takt zum laufenden Garn 9 stehen und den Schallimpuls auf das Garn 9 bringen und nach Durchlaufen des Fadenabschnittes Δs die Schallwelle wieder empfangen. Der piezoelektrische Kristall 13 ist mit einem Schallsender 19 verbunden. Der Schallsender 19 lie­ fert eine hochfrequente Schwingungen, beispielsweise 10 Kilo­ hertz. Die Schwingung wird in Form eines Impulses auf den zu un­ tersuchenden Fadenabschnitt Δs übergeben. Dieser Impuls von 10 Kilohertz kommt sehr schnell zum Abklingen, so daß keine stehen­ den Wellen und keine Interferenzen entstehen. Durch die mechani­ sche Einkopplung in den Faden wird diese Resonanzfrequenz als longitudinale Bewegung weitergeleitet, die ihrerseits über den piezoelektrische Kristall 14 den Schallempfänger 20 erregt. Schallsender 19 und Schallempfänger 20 verarbeiten die von den piezoelektrischen Kristallen 13, 14 gelieferten Signale. Die Si­ gnale für die Fortpflanzungszeit des Schalls werden on-line an den Rechner 18 geleitet. Die Steuerung der Impulse des Schallsen­ ders 19 erfolgt durch den Rechner 18.

Der Rechner 18 wird zugleich benutzt, um den Funktionsverlauf der Fortpflanzungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Fadenzugkraft zu ermitteln und darzustellen. Der Faden 9 kann sich sowohl mit einer kontinuierlichen Geschwindigkeit bewegen als auch mit einer intermittierenden Geschwindigkeit. Die Bewegung des Fadens wirkt sich nicht beeinflussend auf das Meßverfahren aus.

Eine Ausführung der Erfindung ist auch denkbar an einer Spinnma­ schine der Textilindustrie. Nachfolgend wird der Einsatz des Ver­ fahrens und der Meßvorrichtung an einer Rotorspinnmaschine be­ schrieben. Fig. 3 zeigt schematisch den Fadenlauf an einer Ro­ torspinnmaschine ausgehend von einer Spinnbox 21 über die Abzugs­ walze 22 bis hin zur Aufwindewalze 25, die das Garn 9 zu einer Spule 26 aufwickelt. Die Erfindung wird im Garnabschnitt zwischen Abzugswalzenpaar 22 und Aufwindewalze 25 angeordnet. Da das Garn 9 in diesem Abschnitt unterhalb der Aufwindewalze 25 durch einen Fadenführer 24 changiert wird, wird die Fadenzugkraft kontinuier­ lich und periodisch in einem für die Rotorspinnmaschine zulässi­ gen Bereich geändert. Auch wenn dieser Änderungsbereich der Fa­ denzugkraft relativ gering ist, so ist er für das Meßverfahren doch ausreichend. Da die Changierbewegung des Garnes 9 in unmit­ telbarer Nähe, unterhalb der Aufwindewalze 25 am größten ist, so ist sie im Gegensatz dazu in unmittelbarer Nähe oberhalb des Ab­ zugswalzenpaares 22 kaum registrierbar. Aus diesem Grund wird der zu untersuchende Garnabschnittes in die Nähe des Abzugswalzen­ paares 22 gelegt. Die beiden piezoelektrischen Kristalle 13 und 14 haben einen direkten mechanischen Kontakt zum Garn 9, welches fortlaufend sich bewegt. Damit ist der Garnabschnitt Δs abge­ steckt. Der piezoelektrische Kristall 13 ist mit dem Schallsender 19 verbunden, der wie beschrieben eine hochfrequente Schwingung liefert, die auf das Garn übertragen wird. Über den piezoelektri­ schen Kristall 14 wird das ausgesandte Schallsignal empfangen und dem Schallempfänger 20 übermittelt. Schallsender 19 und Schall­ empfänger 20 stehen mit einem Rechner 18 in Verbindung. Der er­ forderliche Fadenzugkraftsensor 12 ist ebenfalls in unmittelbarer Nähe nach dem Abzugswalzenpaar 22 installiert und liefert seine Werte an den Rechner 18.

Diese Ausführung ermöglicht die kontinuierliche Überwachung der Garnstruktur eines produzierten Garnes 9. Die im Rechner 18 er­ mittelten funktionalen Zusammenhänge zwischen Fortpflanzungsge­ schwindigkeit des Schalls und entsprechenden Werten der Fadenzug­ kraft können als Erzeugnisdaten an eine Maschinenzentrale über­ mittelt werden. Diese Erzeugnisdaten wären somit on-line-verfüg­ bar.

Claims (8)

1. Verfahren zur Ermittlung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls in einem Garn, wobei Schallimpulse auf einen de­ finierten Fadenabschnitt gegeben werden, der mit einer Faden­ zugkraft belastet ist und die Fortpflanzungszeit des Schalls im Garn gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zu un­ tersuchende Garn (9) ein fortlaufendes Garn ist und im Garn (9) die Fadenzugkraft geändert wird und diese Änderung der Fadenzugkraft von einem Fadenzugkraftsensor (12) erfaßt wird und aus diesen Werten der Fadenzugkraft und den Werten der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Funktionsverlauf im Rechner (18) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenzugkraft am fortlaufenden Garn (9) periodisch geändert wird.

3. Vorrichtung zur Ermittlung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls in einem Garn, wobei das Garn geklemmt ist und mit einer Fadenzugkraft belastet ist und durch einen Schall­ sender Schallimpulse auf das Garn gegeben werden und nach Durchlaufen eines definierten Fadenabschnittes erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet daß das Garn zwischen einem Einzugs­ walzenpaar (11) und Abzugswalzenpaar (15) fortlaufend trans­ portiert und zugleich geklemmt wird und zwischen Einzugswal­ zenpaar (11) und Abzugswalzenpaar (15) ein Fadenzugkraftsen­ sor (12) und eine Vorrichtung zur Änderung der Fadenzugkraft während des Garnlaufs angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadenzugkraftsensor (12) seine Signale an den Rechner (18) übermittelt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Änderung der Fadenzugkraft aus einer Chan­ giervorrichtung (17) und einem als Konuswalzenpaar ausgebil­ deten Abzugswalzenpaar (15) besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Änderung der Fadenzugkraft aus einem Einzugs­ walzenpaar (11) und einem Abzugswalzenpaar (15) besteht, de­ ren Drehzahlverhältnis periodisch geändert wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallempfänger (20) seine Signale an den Rechner (18) über­ mittelt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß an der Spinnmaschine zwischen Fa­ denabzugswalze (22) und Aufwindewalze (25) die beiden piezoe­ lektrischen Kristalle (13), (14) zueinander dem Abstand eines Garnabschnittes Δs auf dem fortlaufendem Garn (9) angeordnet sind, wobei der piezoelektrische Kristall (13) mit dem Schallsender (19) und der piezoelektrische Kristall (14) mit dem Schallempfänger (20) verbunden sind und ein Fadenzug­ kraftsensor (12) in unmittelbarer Nähe des Garnabschnittes Δs angeordnet ist.