DE4421232A1

DE4421232A1 - Verfahren zur Bestimmung der Qualität eines Fadens

Info

Publication number: DE4421232A1
Application number: DE4421232A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Enders; Tobias Binner
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1993-06-21
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 1995-04-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Qualität eines unter einer Fadenzugspannung laufenden Fadens. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf Verfahren zur Bestimmung der Elastizität eines Fadens, wobei diese Verfahren in dem Verfahren zur Bestimmung der Qualität eines Fadens angewandt werden können.

Bei der Herstellung von Fadenspulen aus Chemiefasern beeinflussen eine Vielzahl von einzelnen Herstellungsvorgängen, wie Extrudieren, Texturie ren, Strecken und Aufspulen, die Qualität des Fadens sowie die Qualität der Wicklung der Spule. Jeder einzelne Herstellungsvorgang ist seinerseits mit einer Vielzahl von Parametern beeinflußbar. Die Qualität des End produkts, der Fadenspule, hängt somit von einer Vielzahl von Parametern ab.

In der nicht veröffentlichten Anmeldung DE-A-43 14 049 der gleichen Anmelderin ist beschrieben, daß durch die Überwachung der Fadenzug kraft während des Aufspulvorgangs eine generelle Aussage darüber getroffen werden kann, ob die Fadenspule schließlich bestimmten Quali tätskriterien genügt. Das Fadenzugkraftsignal eignet sich, um Stellgrößen für Maschinenelemente, die bei der Fadenherstellung zum Einsatz kom men, zu bilden. Andere Parameter, wie das Elastizitätsmodul des Fadens, können auf diese Weise nicht ermittelt werden.

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem unter Ausnutzung bereits aufgenommener Meßsignale ein Qualitätsparameter für den Faden und/oder die Spule angegeben werden kann. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, Verfahren anzugeben, mit dem die Elastizität eines laufenden Fadens bestimmt werden kann.

Die Ziele der Erfindung werden erreicht mit Verfahren mit den Merk malen der Ansprüche 1, 8, 24 und 26. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahren sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Bestimmen der Qualität wird das Elastizitätsmodul eines sich in Aufspulung befin denden Fadens relativ zu Beginn des Aufspulvorgangs ermittelt. Der ermittelte Elastizitätsmodulwert wird zur späteren Verwendung abgespei chert. Während des weiteren Aufspulvorgangs wird das Elastizitätsmodul des Fadens an einer Vielzahl von späteren Zeitpunkten ermittelt. Die so ermittelten Elastizitätsmodulwerte werden jeweils einander gegenüberge stellt, insbesondere dem zu Beginn ermittelten Elastizitätsmodulwert des Fadens, und es wird bestimmt, ob die ermittelten Elastizitätsmodulwerte innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegen und/oder ob die Änderungsraten innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegen. Wenn Elasti zitätsmodulwerte und/oder Änderungsraten außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegen, werden Stellglieder in dem zugehörigen Fadenlaufsystem gezielt beeinflußt, um zu bewirken, daß Elastizitätsmodulwerte des nach folgenden Fadens wieder innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegen.

In einem weiterhin bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das Elastizitätsmodul aus Änderungen der Fadenzugkraft bei Änderungen einer Changierfrequenz ermittelt. Änderungen des Fadenzugkraftverlaufs bei Änderungen der Changierfrequenz ergeben sich aus der Masseträgheit des Fadens. Dabei wird der Kleinsignalhub des Fadenzugkraftverlaufs bei unterschiedlichen Changierfrequenzen gegenübergestellt. In einem beson ders bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt diese Gegenüberstellung, und damit die Ermittlung des Elastizitätsmoduls, bei sprunghaften Änderungen der Changierfrequenz.

In einem weiterhin bevorzugten Ausführungsbeispiel wird bei Überschrei ten einer vorbestimmten Änderungsrate des Elastizitätsmoduls auf Stell glieder des Fadenlaufsystems im Bereich einer Extrudier- und Spinn einheit und/oder einer Galettenanordnung eingewirkt. Auf diese Weise können nachlaufende Fadensegmente bei ihrer Herstellung noch beein flußt werden, so daß deren Elastizitätsmodulwerte in einem tolerierbaren Bereich liegen.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden aus den im Verlaufe eines Aufwickelvorgangs ermittelten Elastizi tätsmodulwerten ein oder mehrere Qualitätsparameter berechnet, mit denen das Qualitätsniveau der in dem Aufwickelvorgang gebildeten Fadenspule angegeben werden kann. Solche Qualitätsparameter können dann zur Güteklassifizierung der Fadenspule herangezogen werden. Wenn im Verlaufe eines Aufwickelvorgangs bestimmt wird, daß der bereits aufgewickelte Faden in seiner Gesamtheit eine vorbestimmte Güteklassifi zierung unterschreitet, dann kann ein Fadenschnitt bewirkt werden, um keinen weiteren Faden auf die bereits als schlecht klassifizierte Spule auflaufen zu lassen.

Es wird dabei weiterhin bevorzugt, daß die ermittelten Qualitätsparameter nach dem Aufwickelvorgang ausgedruckt werden und dann an die Faden spule angebracht werden. Auch dieser Etikettiervorgang kann automati siert sein. Auf diese Weise ist die Güteklassifizierung der Fadenspule sofort erkennbar. Die Signal- und Datenverarbeitung erfolgt vorteilhafter weise vollständig digital.

In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Bestimmen der Elasti zität wird ein laufender Faden, der unter einer Fadenzugspannung läuft, in einem vorbestimmten Längenabschnitt des Fadens einem Dehnen unterworfen. Der Faden wird dabei vorzugsweise nicht an einem vor bestimmten Stück des Fadens gedehnt, sondern es wird vielmehr fort laufend eine vorbestimmte Länge des laufenden Fadens dem Dehnen unterworfen. Vorzugsweise erfolgt dieses Dehnen periodisch. Das Dehnen verursacht eine Änderung der Fadenzugspannung, aus der wiederum ein Meßgrößensignal gebildet wird. Dieses Meßgrößensignal wird ermittelt. Eine dem Elastizitätsmodul entsprechende Größe wird dann durch Bilden des Quotienten aus der Änderung der Fadenzugspannung und der durch das Dehnen verursachten Längenänderung berechnet.

In alternativer Weise werden statt Bildung des Quotienten aus der Änderung der Fadenzugspannung und der durch das Dehnen verursachten Längenänderung, was einer Absolutbestimmung entspricht, diese Werte gespeichert und mit später ermittelten Werten in Beziehung gebracht. Es erfolgt dann eine Relativbestimmung, wobei eine anfängliche Dehnungs messung zur Eichung herangezogen werden kann.

Es ist das besondere Merkmal dieses Verfahrens, daß es bei laufendem Faden ausgeführt werden kann, um einen Elastizitätsmodulwert in einem bestimmten Bereich des laufenden Fadens zu bestimmen.

Es ist bevorzugt, daß das Dehnen an einer konstanten Fadenlänge erfolgt. Selbstverständlich kann eine solche konstante Fadenlänge mehr fach an einem sehr langen Fadenstück abgenommen werden, und somit kann das Elastizitätsmodul viele Male hintereinander bestimmt werden. Typischerweise ist die Querschnittsfläche eines Fadens über seine ganze Lauflänge im wesentlichen konstant. Dann kann die Fadenzugspannung aus einer momentanen Fadenzugkraft durch Quotientenbildung mit der Querschnittsfläche des Fadens gebildet werden. Die Fadenzugkraft ist dabei im wesentlichen proportional zu einem Meßsignal.

Vorzugsweise erfolgt das Dehnen des Fadens durch ein Auslenken des Fadens in einem freilaufenden Abschnitt. Es wird besonders bevorzugt, daß die Auslenkung im wesentlichen senkrecht zur Fadenlaufrichtung erfolgt.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird als Auslenkbe wegung das Changieren des Fadens bei einem Aufspulen verwendet. Durch das Changieren wird der Faden im wesentlichen um die Breite einer Hülse senkrecht zu seiner mittleren Laufrichtung ausgelenkt, und diese Form der Auslenkung macht sich in einem vorgeschalteten Faden zugkraftsensor bemerkbar. Bei der Auswertung der Meßergebnisse werden dabei die Position der Changierung mit der Ausgabe der Zugkraftsensors in Beziehung gebracht.

In alternativer Weise kann das Dehnen durch kurzzeitige Änderung der Aufwickelgeschwindigkeit erfolgen. Zum Beispiel entsteht durch eine impulsförmige Erhöhung der Aufwickelgeschwindigkeit ein Vorlauf der Spule gegenüber dem einlaufenden Faden, wodurch der Faden gedehnt wird. Die Längenänderung durch die Dehnung berechnet sich aus der Zeitdauer des Impulses und die Geschwindigkeitsdifferenz (Impulshöhe). Die Dehnung kann durch eine impulsförmige Absenkung der Aufwickel geschwindigkeit wieder abgebaut werden.

In bevorzugter Weise wird das angegebene Verfahren mehrmals nachein ander aufgeführt und es werden die so ermittelten Größen, die dem Elastizitätsmodul entsprechen, einer Mittelwertbildung unterworfen. Auf diese Weise werden zufällige Abweichungen einzelner Meßgrößensignale eliminiert. Vorzugsweise wird das Verfahren mindestens 5 Mal ausgeführt. Bevorzugterweise wird ein arithmetischer Mittelwert gebildet.

Es wird weiterhin bevorzugt, daß das Meßsignal, das der Fadenzugspan nung entspricht, einem Filter unterworfen wird, das einen Durchlaßbe reich aufweist, der der Periodizität des Dehnens entspricht. Insbesondere handelt es sich dabei um ein Bandpaßfilter, das als Durchlaßbereich den Bereich möglicher Frequenzen der Changierung aufweist. In alternativer Weise wird ein Bandpaßfilter mit sehr engem Durchlaßbereich verwendet, wobei der Durchlaßbereich abstimmbar ist und der Changierfrequenz nachgeführt wird.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das ermittelte Meßgrößen signal abgetastet und in digitale Signalabtastwerte umgewandelt.

Typischerweise ist dabei die Abtastfrequenz mindestens doppelt so groß wie eine Frequenz, die von der Periodizität des Dehnens herrührt. Weiterhin kann eine Signalverarbeitungsvorrichtung vorgesehen sein, die Abtastwerte auswählt, die zur Quotienbildung herangezogen werden sollen. Eine solche Signalverarbeitungsvorrichtung ist vorzugsweise auch in der Lage, Signalanteile, die die Berechnung des Elastizitätsmodul stören könnten, vor Bildung des Quotienten zu eliminieren. Insbesondere handelt es sich dabei um gegenüber der Auslenkung niederfrequente Signalanteile. Auf diese Weise wird verhindert, daß allmähliche Änderung der Fadengrundzugkraft in die Berechnung des Elastizitätsmoduls einge hen. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Berechnungsergebnisse einer Datenverarbeitungsanlage zugeführt, die in der Lage ist, aus den berechneten Größen eine Aussage über die Quali tät des gerade vorbeilaufenden Fadens zu treffen. Sie ist daher vorzugs weise so konfiguriert, daß die Berechnungsschritte in Echtzeit ausgeführt werden und daraus eine oder mehrere Stellgrößen gebildet werden, mit denen dynamisch auf Maschinenelemente innerhalb des Fadenlaufs einge wirkt wird.

In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Tatsache ausgenutzt, daß aufgrund der Masseträgheit des Fadens bei periodischem Auslenken die Dehnung des Fadens von der Auslenkfrequenz abhängig ist. Ein solcher Effekt macht sich insbesondere bei höheren Auslenk frequenzen bemerkbar. Auch das Meßgrößensignal ist periodisch, wobei die Grundfrequenz des Meßgrößensignals der Auslenkfrequenz entspricht. Die Amplitude des Meßgrößensignals wird bei mindestens zwei Frequen zen ermittelt, und die dabei festgestellte Änderung der Amplitude ist ein Maß für das Elastizitätsmodul.

Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders vorteilhaft, wenn die Auslenkung durch die Changierung bewirkt wird. Die Changierung folgt typischerweise bestimmten Changiergesetzen. Die dabei vorkommenden Changierfre quenzänderungen können zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls bzw. einer dem Elastizitätsmodul entsprechenden Größe herangezogen werden. Eine solche Messung kann mehrmals im Verlaufe eines Anwickelvorgangs des Fadens ausgeführt werden. Besonders vorteilhaft sind dabei auch sprunghafte Änderungen der Changierfrequenz. Sprünge mit einem Fre quenzunterschied von 3% liefern bereits aussagekräftige Meßergebnisse.

In einem alternativen Verfahren der Erfindung wird das Elastizitätsmodul eines laufenden Fadens auf der Grundlage der Physik longitudinal schwingend er Seiten berechnet (siehe zum Beispiel Grimsehl, Lehrbuch der Physik, Band I Leipzig, 1970, Seite 409ff.). Es wird zunächst eine Fadenzugkraftänderung an einer Stelle des laufenden Fadens aufgeprägt. Diese Störung pflanzt sich längs des Fadens fort und wird in einem Abstand a von der Aufprägestelle erfaßt. Die Zeitdauer t zwischen Aufprägung der Fadenzugkraftänderung und deren Erfassung an einer anderen Stelle des laufenden Fadens wird ermittelt. Schließlich wird das Elastizitätsmodul auf der Grundlage von:

bestimmt, wobei
ν die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Fadenzugkraftänderung, und
ρ die Dichte des Fadens
ist.

Die Fadenzugkraft wird vorzugsweise mit einem Fadenzugkraftsensor erfaßt. Vorzugsweise erfolgt das Aufprägen einer Fadenzugkraftänderung durch eine Changierung des Fadens beim Aufspulen.

Dieses Verfahren beruht auf einer Laufzeitmessung von Dehnungsstörun gen, die sich entlang des Fadens ausbreiten. Vorzugsweise erfolgt die Erfassung der Fadenzugkraftänderung des laufenden Fadens fadenlauf aufseitig von der Aufprägestelle. Bei der Erfassung der Fadenzugkraft änderung muß dabei auch die Geschwindigkeit des laufenden Fadens berücksichtigt werden. Im Falle einer fadenlauf-aufseitigen Erfassung ist demgemäß die Fadenlaufgeschwindigkeit von der Ausbreitungsgeschwindig keit der Fadenzugkraftänderung zu subtrahieren.

In einem weiteren alternativen Verfahren zur Bestimmung des Elastizi tätsmoduls eines unter einer Fadenzugspannung laufenden Fadens, wobei die Fadenzugspannung Änderungen unterworfen ist, werden zunächst die Fadenzugkraftänderungen des laufenden Fadens an einer ersten und an einer zweiten Erfassungsstelle des laufenden Fadens mit einem Abstand a voneinander erfaßt. Es wird dann die Laufzeit t einer identifizierbaren Fadenzugkraftänderung von der ersten Erfassungsstelle zur zweiten Erfas sungsstelle ermittelt. Bei einer anderen Ausbreitungsrichtung der Faden zugkraftänderung wird die Laufzeit t einer identifizierbaren Fadenzug kraftänderung von der zweiten zur ersten Erfassungsstelle ermittelt. Es wird dann wiederum das Elastizitätsmodul auf der Grundlage von:

Bei diesem Verfahren ist keine besondere Aufprägung einer Fadenzug kraftänderung vorgesehen, da die Fadenzugkraft aufgrund von Maschinen vibrationen oder ähnlichem laufend, zumindest minimalen Schwankungen unterworfen ist. Solche Fadenzugkraftänderungen pflanzen sich entlang des Fadens fort, und zwar mit einer Ausbreitungsgeschwindigkeit, die der Ausbreitungsgeschwindigkeit bei einer longitudinal schwingenden Seite entspricht. Vorzugsweise werden die erfaßten Signale an den beiden Erfassungsstellen durch geeignete Korrelationsverfahren miteinander korreliert, um die Laufzeit von Fadenzugkraftänderungen zwischen den beiden Erfassungsstellen zu bestimmen. Auch bei diesem Verfahren ist die Fadenlaufgeschwindigkeit gegenüber der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Fadenzugkraftänderungen des laufenden Fadens zu berücksichtigen.

In bevorzugten Ausführungsbeispielen wird keine Absolutbestimmung des Elastizitätsmoduls vorgenommen, sondern es wird nur einmal oder wenige Male eine Absolutmessung durchgeführt, und dann wird im weiteren nur noch eine Relativbestimmung des Elastizitätsmoduls anhand der Laufzeit t vorgenommen. Anstelle des Elastizitätsmoduls E kann in alternativer Weise durch die beiden alternativen Verfahren der Erfindung auch die Dichte des laufenden Fadens bestimmt werden, wenn das Elastizitäts modul selbst zuvor auf andere Weise ermittelt worden ist. Die Material dichte des Fadens erlaubt dann weitere Rückschlüsse auf andere Parame ter des laufenden Fadens.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegen den Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeich nung zeigt

Fig. 1 eine typische Anordnung zur Herstellung einer Fadenspule aus einer Chemiefaser;

Fig. 2 geometrische Verhältnisse am Changierdreieck im Bereich einer Aufspuleinrichtung; und

Fig. 3 einen typischen Verlauf einer Changierung und eines zugehöri gen Meßgrößensignals; und

Fig. 4 prinzipielle Anordnung zur Ausführung eines alternativen Ver fahrens der Erfindung.

Fig. 1 zeigt den typischen Aufbau zur Herstellung einer Fadenspule aus einer synthetischen Faser. Der Faden wird dabei einer Extrudier- und Spinneinheit 10 entnommen und dann zu einer Galettenanordnung 11 geführt. In der Galettenanordnung 11 werden dem Faden durch geeignete Maßnahmen erwünschte physikalische Eigenschaften, wie Fadendicke, Dehnungsfähigkeit, Steifheit und anderes, verliehen. Der Faden kann auch durch bekannte Texturiereinrichtungen (nicht gezeigt) geführt werden, um erwünschte Oberflächeneigenschaften zu erzielen. Schließlich wird der Faden 1 durch einen Zugkraftsensor 2 geführt, um über das Changier dreieck 4 auf eine Hülse 7 aufgespult zu werden.

Der Faden 1 tritt in das Changierdreieck 4 über einen Kopffadenführer 3 ein. Eine Changiervorrichtung 5 bewirkt, daß der Faden 1 auf vor bestimmte Weise entlang der Hülse 7 geführt wird und dadurch eine entsprechend strukturierte Spule 6 entsteht. Die Hülse 7 wird dabei von einem Motor 14 angetrieben, der seinerseits einem Stellsignal 16 unter liegt. In alternativer Weise kann jedoch statt des Motors 14 der direkt die Hülle 7 antreibt, ein Friktionsantrieb (nicht gezeigt) der Spule 6 vor gesehen sein. Dieser hat den Vorteil, daß die Geschwindigkeit des Friktionsantriebes unmittelbar die Fadenanlaufgeschwindigkeit darstellt. Die Changiervorrichtung 5 wird von einer Regeleinrichtung 17 gesteuert, die als Eingangsgröße unter anderem die Spindeldrehzahl des Motors 14 aufweist. Die Drehzahl wird dabei über einen Sensor abgenommen.

Der Fadenzugkraftsensor 2 liefert kontinuierlich ein Fadenzugkraftsignal an ein Filter 8. Das Filter 8 hat einen Durchlaßbereich, der nur den zu erwartenden Frequenzbereich der Changierung umfaßt. Das Ausgangs signal 9 des Filters 8 zeigt daher einen Zugkraftspannungsverlauf, der im wesentlichen auf den Verlauf der Changierung zurückzuführen ist. Das gefilterte Zugkraftspannungssigal 9 wird dann einem Datenverarbeitungs system 12 zugeführt, welches auch Information über die Changierung von der Regeleinrichtung 17 erhält. Das Datenverarbeitungssystem 12 weist Signalverarbeitungsvorrichtungen (nicht gezeigt) auf, mit deren Hilfe die eingehenden Signale aufbereitet werden und das gewünschte Ergebnis in Form eines Elastizitätsmoduls berechnet wird.

Fig. 2 zeigt detailliert die geometrischen Verhältnisse am Changierdreieck 4 im Bereich einer Aufspuleinrichtung. In Fig. 2 ist das Changierdreieck als ein symmetrisches, gleichschenkliges Dreieck veranschaulicht, jedoch läßt sich das Verfahren dieser Erfindung auch auf asymmetrische Anord nungen von Changierdreiecken anwenden. Die Spitze des Changierdrei ecks bildet der Kopffadenführer 3. Der Abstand des Kopffadenführers 3 von der Changiervorrichtung 5 beträgt l₃. Die Changiervorrichtung 5 bewirkt eine Auslenkung des Fadens im wesentlichen senkrecht zu seiner Hauptlaufrichtung, um ein gleichmäßiges Aufspulen des Fadens 1 auf die Hülse 7 zu bewirken. Die Amplitude der Auslenkung durch die Chan giervorrichtung 5 beträgt l₃. Durch geometrische Gesetze an einem recht winkligen Dreieck läßt sich die Fadenlänge, die in einer Mittelstellung 12 beträgt, an einer Extremstelle zu l₄ berechnen. Die zwischen diesen beiden Positionen erfolgte Dehnung des Fadens verursacht eine Längenänderung, die aus der Differenz von l₄ und l₂ bestimmt werden kann.

Bei höheren Changierfrequenzen stimmt jedoch die Längenänderung durch Dehnung des Fadens aus den geometrischen Überlegungen nicht mit der tatsächlichen Dehnung überein, da es aufgrund der Masseträgheit des Fadens 1 zu Veränderungen des Fadenverlaufs gegenüber der geome trischen Ideallinie kommt. Insbesondere sind an den Extremstellen der Changierung Ausbauchungen des Fadenverlaufs zu beobachten. In Fig. 2 sind die Ausbauchungen an den Extremstellen durch gestrichelte Linien veranschaulicht. Die Länge des Fadens 1 zwischen dem Kopffadenführer 3 und einer Extremstelle in der Changiervorrichtung 5 beträgt daher nicht l₄ sondern l_4′, wobei l_4′ größer oder gleich l₄ ist. Bei der Berech nung des Elastizitätsmoduls ist daher die tatsächliche Länge des Fadens l₄′ zu verwenden.

Die Stärke der Abweichungen des Fadens 1 von der geometrischen Ideallinie ist unter anderem abhängig von der Changierfrequenz und von der Laufgeschwindigkeit des Fadens 1. Durch eine Änderung in der Changierfrequenz kann daher eine Änderung in der Amplitude der Dehnung des Fadens hervorgerufen werden. Diese veränderte Dehnungs spitze bei einer unterschiedlichen Frequenz wirkt sich entsprechend durch eine geänderte Höhe der Signalspitze am Fadenzugkraftsensor 2 aus. Die Veränderungen können miteinander in Bezug gebracht werden und liefern eine Aussage über das Elastizitätsmodul des Fadens 1.

Dieses Verfahren ist besonders dann vorteilhaft, wenn die geometrische Längenänderung von l₂ nach l₄ durch mechanische Maßnahmen in der Changiervorrichtung 5 kompensiert werden, was bei bestimmten Changier vorrichtungen der Fall ist. Die zusätzliche Dehnung aufgrund der Masse trägheit des Fadens 1 bleibt jedoch erhalten und kann zur Berechnung des Elastizitätsmoduls herangezogen werden. Bei Änderungen der Chan gierfrequenz um ca. 3% sind bereits aussagekräftige Änderungen in der Amplitude des Meßgrößensignals des Fadenzugkraftsensors 2 zu erhalten. Dieses Verfahren ist auch bei asymmetrischen Changierdreiecken vor teilhaft einsetzbar.

Bei der Messung der Änderung der Amplitude des Meßgrößensignals 9 wird bevorzugterweise eine Sprungstelle der sich zeitlich ändernden Changierfrequenz ausgenützt. In bestimmten Changiergesetzen kommen solche Sprungstellen in Verlaufe eines Aufspulvorganges mehrfach vor, so daß mehrmalige Messungen des Elastizitätsmoduls während eines Aufspul vorganges möglich sind. Das so berechnete Elastizitätsmodul kann dann auch als ein Parameter zur Bestimmung der Qualität der Spule her angezogen werden.

Fig. 3 veranschaulicht diagrammartig den zeitlichen Verlauf der Changier bewegung des Fadens und den zeitlichen Verlauf des Meßgrößensignals 9 vom Fadenzugkraftsensor 2. Die gezeigte Wellenform für das Meß größensignal 9 ist veranschaulichend für eine symmetrische Changierung. Bei maximaler Auslenkung des Fadens erhält man dann jeweils ein Maximum des Meßgrößensignals 9. An der Mittelstellung der Changie rung hat das Meßgrößensignal 9 ein Minimum. Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß die Grundfrequenz des Meßgrößensignals 9 doppelt so groß ist wie die Grundfrequenz der Auslenkung durch die Changierung. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei symmetrischer Changierung die jeweilige Richtung der Auslenkung von der Mittelstellung am Fadenzugkraftsensor 2 nicht feststellbar ist.

Im Diagramm von Fig. 3 ist der zeitliche Zugkraftverlauf bei unter schiedlichen Changierfrequenzen veranschaulicht. In einer ersten Frequenz f₁ ergibt sich ein Meßgrößenkleinsignalhub des Zugkraftsensors 2 von AF. Dieser Signalhub ΔF wird der durch das Dehnen verursachten Längenänderung gegenübergestellt. Die Längenänderung durch das Dehnen wird geometrisch berechnet, wobei eine zusätzliche Trägheitskomponente berücksichtigt sein kann. Zu einem Zeitpunkt t₁ erfolgt eine sprunghafte Änderung der Changierfrequenz auf f₂. Der Changierhub bleibt dabei unverändert bei l₃. Durch die geänderte Changierfrequenz verändert sich auch die Trägheitskomponente der durch die Auslenkung verursachten Längenänderung des Fadens 1. Der Kleinsignalhub des Fadenzugkraftsen sors 2 ist um 2 ΔΔF erhöht. Die Änderung im Kleinsignalhub kann mit der durch die Auslenkung verursachten Längenänderung in Beziehung gebracht werden, und somit kann das Elastizitätsmodul bestimmt werden.

Im Verlaufe eine Aufspulvorgangs finden mehrere derartige Sprünge in der Changierfrequenz statt, und diese können jeweils ausgenutzt werden, um das momentane Elastizitätsmodul zu bestimmt. Da das Elastizitäts modul eine wichtige Kenngröße für die Materialeigenschaft des Fadens 1 ist, eignet sich die Kleinsignalhubänderung zur Überwachung der Qualität beim Aufspulen eines Fadens 1. Die gemessenen Werte werden einem Toleranzbereich gegenübergestellt, und es kann durch geeignete Steuerung von Maschinenelementen 111, 112, 113, 114 im Bereich der Galettenanordnung 11 und/oder von Maschinenelementen 101, 102, 103, 104 im Bereich der Extrudier- und Spinneinheit 10 sichergestellt werden, daß eine möglichst gleichbleibende Qualität des Fadens 1 produziert wird. Dazu dient eine Datenverarbeitungseinrichtung 12, die eine Vielzahl von Signalverarbeitungsvorrichtungen enthält.

Fig. 4 zeigt die prinzipielle Anordnung von Fadenzugkraftsensoren zur Ausführung eines alternativen Verfahrens der Erfindung. Es sind dabei zwei Zugkraftsensoren 2, 8 fadenlauf-aufseitig des Kopffadenführers 3 in einem Abstand a voneinander angeordnet. Durch die Changierung und sonstige Nebeneffekte wird fortlaufend auf den laufenden Faden eine Fadenzugkraftänderung aufgeprägt. Diese Fadenzugkraftänderung pflanzt sich entlang des laufenden Fadens fort und wird an den beiden Faden zugkraftsensoren 2, 8 zeitversetzt erfaßt. Bei der Erfassung der Fadenzug kraft ist weder dessen Höhe noch das Ausmaß der Änderung selbst von Bedeutung. Die Bestimmung des Elastizitätsmoduls erfolgt durch eine Laufzeitmessung. Es ist daher keine quantitative Bestimmung der Faden zugkraft oder der Fadenspannung zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls erforderlich. Das Verfahren ist selbst dann noch anwendbar, wenn zwi schen den beiden Erfassungsstellen die Ausbreitung der Fadenzugkraft änderung durch bestimmte Glieder gedämpft sein sollte.

Die von den Fadenzugkraftsensoren 2, 8 erfaßten Fadenzugkraftsignale werden in einer Datenverarbeitungseinrichtung (nicht gezeigt) miteinander korreliert, und es wird daraus die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Störung entlang des laufenden Fadens berechnet. Vorzugsweise ist die Anordnung aus zwei Fadenzugkraftsensoren an einer Seite, vorzugsweise fadenlauf-aufseitig, durch ein Fadenlaufglied abgeschlossen, das selbst keine Fadenzugkraftänderungen erzeugt sowie keine dort ankommenden Fadenzugkraftänderungen reflektiert. Eine solche Funktion erfüllt bei spielsweise eine Galette (nicht gezeigt), über die der Faden 1 in Haf treibung geführt wird. Auf diese Weise werden Reflexionen vermieden, die bei der Laufzeitmessung stören könnten.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen der Qualität eines laufenden Fadens (1), wobei das Verfahren aufweist:

- laufendes Ermitteln der Elastizität des Fadens (1); und
- Ermitteln der Qualität aus dem Verlauf und/oder der Größe der Elastizität.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Er mitteln der Elastizität nach einem Verfahren der Ansprüche 8 bis 26 erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß überwacht wird, ob die ermittelten Elastizitätswerte innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches liegen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Qualität aus der Änderung der Elastizität bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Über schreiten einer vorbestimmten Änderungsrate der Elastizität auf Stellglieder (101, 102, 103, 104, 111, 112, 113, 114) im Bereich einer Extrudier- und Spinneinheit (10) und/oder einer Galettenanordnung (11) eingewirkt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Qualität des Herstellungsprozesses und/oder des Bearbeitungsprozesses und/oder des Aufspulvorganges des Fadens (1) bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren auf einen Spinnprozeß zum Spinnen und/oder Verstrecken und/oder Aufspulen zu einer Kreuz spule eines endlosen synthetischen Fadens (1) angewandt wird.

8. Verfahren zum Bestimmen der Elastizität, insbesondere des Elastizi tätsmoduls, eines unter einer Fadenzugspannung laufenden Fadens (1), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Dehnen des Fadens (1) in einem vorbestimmten Längenbereich des Fadenlaufs, und zwar vorzugsweise periodisch;
Ermitteln eines Meßgrößensignals (9) entsprechend der durch das Dehnen verursachten Änderung der Fadenzugspannung;
Bestimmen einer dem Elastizitätsmodul entsprechenden Größe aus der Änderung des ermittelten Meßgrößensignals (9) und der durch das Dehnen verursachten Längenänderung.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Deh nen periodisch an einer konstanten Fadenlänge erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenzugspannung ermittelt wird durch Bilden des Quotienten aus einem Meßsignal, das der momentanen Fadenzugkraft proportional ist, und der Querschnittsfläche des Fadens.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß das Dehnen durch Auslenken (5) des Fadens (1) eines freilaufenden Abschnitts im wesentlichen senkrecht zur Fadenlaufrich tung erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus lenken durch Changieren (5) bei einem Aufspulen (1) des Fadens erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeich net, daß das Verfahren mehrmals nacheinander, insbesondere minde stens fünfmal, ausgeführt wird und die so bestimmten, dem Elastizi tätsmodul entsprechenden, einzelnen Größen einer Mittelwertbildung, insbesondere einer arithmetischen Mittelwertbildung, unterworfen werden, um zufällige Abweichungen einzelner Meßgrößensignale (9) zu eliminieren.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß das Dehnen periodisch erfolgt und das der Fadenzugs pannung entsprechende Meßgrößensignal (9) einem Filter (8) unter worfen wird, das einen Frequenzbereich entsprechend der Periodizität des Dehnens als Durchlaßbereich hat.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter (8) ein Bandpaßfilter verwendet wird, dessen Durchlaßbereich an die jeweilige Changierfrequenz angepaßt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, daß das ermittelte Meßgrößensignal (9) abgetastet und in digitale Signalabtastwerte umgewandelt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalverarbeitungsvorrichtung (12) Abtastwerte auswählt, die zur Quotientenbildung herangezogen werden sollen.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsvorrichtung andere, insbesondere gegenüber der Auslenkung niederfrequente, Signalanteile vor Bestimmen der dem Elastizitätsmodul entsprechenden Größe eliminiert.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, daß der Berechnungsschritt in Echtzeit von einer Datenver arbeitungseinrichtung (12) ausgeführt wird, die daraus eine oder mehrere Stellgrößen (101, 102, 103, 104, 111, 112, 113, 114) bildet und mit diesen dynamisch auf Maschinenelemente, die den Fadenlauf bestimmen, einwirkt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekenn zeichnet,

- daß das Auslenken des Fadens (1) periodisch erfolgt,
- daß eine Amplitude des Meßgrößensignals (9) bei mindestens zwei Frequenzen ermittelt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslenken durch Changieren erfolgt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Ermitteln der Amplitude des Meßgrößensignals (9) bei sich sprung haft ändernden Changierfrequenzen erfolgt.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die sprunghaft Änderung der Changierfrequenz kleiner als 5%, vorzugs weise zwischen 2 und 4%, beträgt.

24. Verfahren zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls E eines unter einer Fadenzugspannung laufenden Fadens, wobei das Verfahren aufweist:

- Aufprägen einer Fadenzugkraftänderung an einer Stelle des laufenden Fadens;
- Erfassen der Fadenzugkraftänderung des laufenden Fadens in einem Abstand a von der Aufprägestelle;
- Ermitteln der Zeitdauer t zwischen Aufprägung der Fadenzug kraftänderung und deren Erfassung;
- Bestimmen des Elastizitätsmoduls auf der Grundlage von: wobei
ν die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Fadenzugkraftänderung, und
ρ die Dichte des Fadens ist.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Auf prägen einer Fadenzugkraftänderung durch eine Changierung des Fadens beim Aufspulen erfolgt.

26. Verfahren zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls E eines unter einer Fadenzugspannung laufenden Fadens, wobei die Fadenzugspannung Änderungen unterworfen ist, das Verfahren aufweisend:

- Erfassen der Fadenzugkraftänderungen des laufenden Fadens (1) an einer ersten und an einer zweiten Erfassungsstelle des lau fenden Fadens mit einem Abstand a voneinander;
- Ermitteln der Laufzeit t einer identifizierbaren Fadenzugkraft änderung von der ersten Erfassungsstelle zur zweiten Erfassungs stelle;
- Bestimmen des Elastizitätsmoduls auf der Grundlage von: wobei
ν die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Fadenzugkraftänderung, und
ρ die Dichte des Fadens ist.