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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum teilweise Färben
von Garnen gemäß der Präambel des
unabhängigen
Anspruchs 1 und ein Verfahren zum teilweise Färben von Garnen entsprechend
der Präambel
des unabhängigen
Anspruchs 3.
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Insbesondere ist die vorliegende
Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Teilfärbung von
Garnen gerichtet, um im wesentlichen zufällige Farbvariationen an Garnsträngen entlang
zu erhalten und auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, um Farbstoffe
unterschiedlicher Farben auf bewegte Garnstränge aufzubringen, indem die
auf das Garn aufgebrachte Farbstoffmenge so variiert wird, dass die
Länge jeder
Farbe oder jedes Farbtupfen auf dem Garn und die Anordnung der Farbtupfen
entsprechend wählbarer,
im wesentlichen zufälliger
Muster variiert werden.
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Es ist wünschenswert und bekannt, Garne zur
Verfügung
zu stellen, die ein Farbmuster aufweisen, welches entlang der Garnstränge variiert.
Solche Garne, sogenannte teilgefärbte
Garne, werden für
bestimmte Teppiche genutzt, welche einen Mehrfarben-Effekt haben.
Idealerweise hat der Teppich kein sichtbares Muster. Die herkömmlichen
Teilfärbevorrichtungen
erlauben jedoch keine zufälligen
Musterwiederholungen, sondern nur Wiederholungen bestimmter Längen. Daher
kann sich ein (Zickzack)-Muster ergeben, wenn das Garn zur Herstellung
eines Teppichs in den Teppichgrund getuftet wird, wobei die- ser
sog. Moiré-Effekt
als gekrümmte Linien
auf dem Endprodukt wahrgenommen wird.
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In den Haselwander US-Patent Nrn. 5,339,658,
von dem die Präambeln
der Ansprüche
1 und 3 ausgehen, 5,386,606 und 5,386,712 werden die aus dem Stand
der Technik bekannten Teilfärbesysteme
diskutiert und ein System offenbart, in dem Garnstränge über Führungselemente
oberhalb einer Reihe von Farbapplikationswalzen geführt werden, die
drehbar in zugehörigen
Farbstoffwannen angeordnet sind, und eine Musterrolle oberhalb und
versetzt zur entsprechenden Applikationswalze angeordnet ist, wobei
jede Musterwalze ein in Umfangsrichtung angeordnetes Schaufelfeld
trägt,
deren Schaufeln wahlweise in Umfangsrichtung positioniert werden
können,
um an den Garnsträngen
anzugreifen und diese gegen die entsprechenden Applikationswalzen
abzulenken. Alle Farbapplikationswalzen werden über einen ersten Antrieb mit
einer ersten Geschwindigkeit angetrieben, und alle Musterwalzen werden
durch einen zweiten Antrieb mit einer zweiten Geschwindigkeit angetrieben.
Obwohl Vorrichtungen, die entsprechend der Lehre der Haselwander-Patente
aufgebaut sind, gute Resultate erzielen, bestehen Einschränkungen
bezüglich
der Musterwiederholung. D. h., die maximale Länge einer Musterwiederholung
ist begrenzt. Mit Vorrichtungen, deren Musterwalzen an ihren Mittelpunkten
in einem Abstand von 127 mm (5 Zoll) angeordnet sind, und die einen
Walzenumfang von ca. 304, 8 mm (ein Fuß) aufweisen, liegt die maximale
Musterwiederholung in der Größenordnung
von etwa 3810 mm (150 Zoll). Nach dem Trocknen schrumpft dieses
Muster auf etwa 3480 mm (137 Zoll). Bei einem weiteren bekannten
Teilfärbesystem
werden Scheiben mit geschlitzten Sektoren oberhalb der bewegten
Garnstränge
rotiert, und sind jeweils einer Scheibe zugeordnete Düse vorgesehen,
die Farbstoff einer jeweils unterschiedlichen entsprechenden Farbe
auf die Scheibe sprüht,
und das Farbmuster von der Sektorgröße der Öffnung abhängt.
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Die relativ kurze Musterwiederholung
entsprechend diesem Stand der Technik kann bei bestimmten Teppichgestaltungen
für den
Teppichgestalter oder -designer unakzeptabel sein. Darüber hinaus
können
bei solchen kurzen Musterwiederholungen angrenzende Garne so aufeinander
folgen, dass sie den unerwünschten
(Zickzack)-Effekt verursachen. Eine andere Beschränkung liegt
beim Stand der Technik darin, dass keine Flexibilität hinsichtlich der
Herstellung unterschiedlicher Längen
von Farbtupfen gegeben ist. So ist z. B., da die Mu sterwalzen und
offensichtlich die rotierenden Scheiben mit festen, wenn auch einstellbaren
Geschwindigkeiten angetrieben werden, die Länge eines Farbtupfen einer bestimmten
Farbe, d.h. die Länge
eines bestimmten Farbstoffs auf dem Garn fixiert, und seine Position
in der Musterwiederholung ist ebenfalls fixiert. Wie bereits gesagt
stellen solche Mängel
der Vorrichtungen und Verfahren nach dem Stand der Technik Einschränkungen
für die
Teppichgestaltungen dar, die mit solchen Garnen herstellbar sind.
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Aus den Dokument zum Stand der Technik WO-86/00348
ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontrollierten Aufbringen
von Flüssigkeit
durch Garn hindurch bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung
zur Applikation von Flüssigkeit
und eine Einrichtung zum Ablenken von Garn, um das Färben des
Garnes durch die Einrichtung zum Aufbringen von Flüssigkeit
zuzulassen oder zu verhindern. Die Einrichtung zur Aufbringung von
Flüssigkeit
umfasst zwei Färbestationen
(Flüssigkeitsapplikator),
die jeweils einer Ablenkeinrichtung zugeordnet sind. Eine der Stationen
ist vor der Ablenkeinrichtung und die andere hinter der Ablenkeinrichtung
angeordnet. Die Ablenkeinrichtung umfasst einen einzelnen Motor, der
mit einem ein Nadelpaar aufweisenden Querarm verbunden ist. Der
Motor wird in wechselnder Richtung angetrieben, um das Nadelpaar
oszillieren zu lassen. Entsprechend der Oszillationsbewegung der Nadeln
wird das Garn aus der Applikationseinrichtung herausbewegt oder
es wird zugelassen, dass es sich zurück zur Applikationseinrichtung
bewegt. Die beiden Flüssigkeitsapplikationseinrichtungen
oder Färbestationen
sind mit einem Querarm verbunden und an gegenüberliegenden Seiten bezüglich der Garnbewegungsrichtung
angeordnet. Die Färbestation
umfasst einen massiven Block mit einer V-förmigen Aussparung, deren innerer
Bereich einen Flüssigkeitsapplikationsbereich
definiert. Der Aussparung wird fortlaufend aus einem Reservoir über eine Dosierpumpe
Flüssigkeit
zugeführt.
Die Vorrichtung kann zum zufälligen
Garnfärben
verwendet werden, und mehrerer solcher Vorrichtungen können zum Viel-farb-Garnfärben in
Serie angeordnet werden.
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Darüber hinaus offenbart GB-A-2268514 eine
Vorrichtung zum fortlaufenden Färben
von Textilfasern, wobei die Färbestationen
von getrennten Motoren angetrieben werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Teilfärben von
Garnen wie oben erwähnt
bereitzustellen, die einen verbesserten Randomisierungseffekt bei
der Garnfärbung
haben.
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Hinsichtlich des Vorrichtungsaspekts
der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung
entsprechend dem unabhängigen Anspruch
1 gelöst.
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Hinsichtlich dem Verfahrensaspekt
der vorliegenden Erfindung wird die oben erwähnte Aufgabe durch ein Verfahren
gemäß dem unabhängigen Anspruch
3 gelöst.
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Obwohl die Prinzipien der vorliegenden
Erfindung auf jedes beliebige Färbesystem
angewendet werden können,
welches ein drehbares Mustersteuerungselement aufweist, welches
mit einer entsprechenden Farbabgabe oder Farbauftragseinrichtung
zusammenwirkt, umfasst die Färbevorrichtung in
der bevorzugten, erfinderischen Ausführungsform Vorrichtungen, die
entsprechend der vorerwähnten Haselwander-Patente
aufgebaut sind, wobei das Garn über
Führungselemente
oberhalb einer Reihe von Farbstoffwannen zugeführt wird, in denen Farbapplikationswalzen
rotieren. In diesem Fall umfasst jedes Mustersteuerungselement eine
drehbare Musterrolle, die mit der entsprechenden Farbstoffapplikationsweise
und den Garnablenkschaufeln oder Stäben an bestimmten Umfangspositionen
zusammenwirken, um gezielt in das Garn einzugreifen und es gegen
die jeweilige Farbstoffapplikationswalze abzulenken. Jede Farbapplikationswalze
und jede Farbstoffwanne zusammen mit der entsprechenden Musterwalze
bilden die entsprechende Färbestation. Jede
Musterwalze wird durch einen zugehörigen Servoantrieb und einen
Motor angetrieben, wobei die Motoren über Signale aus einer Steuerung
in eine Winkelstellung eingestellt werden, wobei die Steuerung programmiert
ist, um den Musterwalzenservo in eine bestimmte Winkelstellung zu
bringen, um das Färben
des Garnes durch die entsprechende Musterwalze in zeitlichem Zusammenhang
mit der Bewegung des Garnes durch die Färbestationen zu starten und
zu stoppen. Das Garn wird durch einen getrennten Motor zum Fördern des
Garns mit einer gewählten
Geschwindigkeit durch das System geführt, und eine Signalerzeugungseinrichtung,
wie ein Encoder, die mit dem Garnzuführsystem verbunden ist, gibt Zeitimpulse
zurück
an die Steuerung, um den richtigen Signaltakt an die einzelnen Servomotoren
zu liefern.
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Die in die Steuerung einprogrammierten Zeit-
und Stellungssignale werden durch die Geometrie des Systems bestimmt,
einschließlich
der Anzahl der Stationen, der Anzahl der Schaufeln auf den Musterwalzen,
der Beschleunigungscharakteristika der Musterwalzen und des Schaufelsystems,
der gewählten
Garngeschwindigkeit, der Garncharakteristika, wie dem Ausdehnungskoeffizient
und dem Reibungskoeffizient, der Wannenauswahl für jede gewählte Farbe, der Farbmuster
oder -felder einschließlich
der Länge
der gewünschten
Farbtupfen und – position
auf dem Garn, der Dochtwirkung jeder Farbe und der anfänglichen
Garnspannung. Der spezifische Zeitpunkt, bei dem jede Musterwalze
in einer Winkelstellung stehen muss, damit eine Schaufel eingreift
und das Garn gegen die entsprechende Farbstoffapplikationswalze
lenkt, und in einer Winkelstellung stehen muss, um den Eingriff
am und die Ablenkung vom Garn gegen die Farbstoffapplikationswalze
zu beenden, bestimmt, wann jede der entsprechenden Farben bei der
entsprechenden Station das Färben
des Garns startet und stoppt. Wenn ein kurzer Farbtupfen gewünscht ist,
greift eine Schaufel für eine
kurze Zeitspanne am Garn ein, und wenn ein langer Farbtupfen gewünscht ist,
greift die Schaufel für
eine längere
Zeit am Garn ein, wobei die Eingriffszeit mit der Bewegung und der
Winkelstellung der Musterwalze und der Zuführgeschwindigkeit des Garns
korreliert. Vorzugsweise wird ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Teilfärbung
von Garnen bereitgestellt, mit einer im wesentlichen unbegrenzten Musterwiederholung
und mit ausgewählten
Farbtupfen oder -abschnitten, die in ausgewählten variablen Folgen und
Längen
angeordnet sind. Vorzugsweise wird ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Teilfärbung
von Garnen bereitgestellt, bei welcher ein bewegtes Garn durch eine
Anzahl von Färbestationen mit
entsprechenden Farbstoffen geführt
wird, bei welcher jede Station das Aufbringen des entsprechenden
Farbstoffs auf das Garn bei der Station erlaubt, und bei welcher
die Drehgeschwindigkeit und so der Winkel, um den jedes Musterelement
gedreht wird, steuerbar variabel ist, sodass der Zeitraum, in dem das
entsprechende Musterelement den Farbauftrag auf das Garn zulässt, variiert
werden kann.
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Vorzugsweise wird ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Teilfärben
von Garnen bereitgestellt, bei welcher ein bewegtes Garn durch eine
Anzahl von Garnfärbestationen
mit entsprechenden Farben geführt
wird, bei welcher jede Station erlaubt, den entsprechenden Farbstoff
bei der Station auf das Garn aufzubringen, wobei die Rotationsgeschwindigkeit
und damit der Winkel, um den jedes Musterelement verdreht wird,
steuerbar variiert wird, sodass der Zeitraum, in dem der Farbauftrag
auf das Garn durch das entsprechende Musterelement zugelassen wird,
variiert werden kann, und wobei die Position entlang dem Garn, bei
dem jedes Farbelement den Farbauftrag zulässt, so koordiniert wird, dass
jeder unterschiedliche Farbstoff an ausgewählten Stellen auf das Garn
aufgebracht wird.
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Anschließend wird die vorliegende Erfindung anhand
bevorzugter Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Begleitzeichnungen dargestellt und erläutert, in
denen:
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1 eine
schematische, perspektivische Ansicht einer Teilfärbevorrichtung
mit acht Stationen ist, die entsprechend dem Ausführungsbeispiel
aufgebaut ist;
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2 eine
schematische Seitenansicht der in 1 dargestellten
Vorrichtung ist;
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3 eine
schematische Teilansicht ist, die die Bewegung des Garns durch zwei
Stationen der Vorrichtung und die Wirkung der zugehörigen Musterwalzen
darstellt;
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4 eine
grafische Darstellung der Musterwalzenschaufeloder Ablenkstabposition
für eine Zweischaufelrolle
an einer Färbestation
während
der Bewegung der Garnstränge
durch diese Station ist und eine überlagerte grafische Darstellung,
die die Geschwindigkeit der Musterrollen anzeigt; und
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5 ein
elektrisches Flussdiagramm für den
Betrieb der Musterrollen der Teilfärbevorrichtung aus 1 ist.
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen
und insbesondere auf die 1 und 2 umfasst die entsprechend
dem Ausführungsbeispiel
aufgebaute Färbevorrichtung 10 im
wesentlichen solche Vorrichtungen, wie sie in den vorerwähnten Haselwander-Patenten
offenbart wurden, wobei deren Offenbarungen durch Bezugnahme mit
eingeschlossen sind. Die Vorrichtung weist also mehrere Färbestationen
auf, und obwohl die Anzahl solcher Stationen entsprechend der gewünschten
Farbanzahl variieren kann, sind im Ausführungsbeispiel acht Farbstationen
vorgesehen, die in 1 mit 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 und 26 bezeichnet
sind, jede Farbstation umfasst eine entsprechende Farbwanne 28,
in der sich ein entsprechender Flüssigfarbstoff befindet. Innerhalb
jeder Farbwanne 28 ist eine entsprechende Farbapplikationswalze 30 angebracht,
die vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt ist oder bei der zumindest
der Umfang aus Edelstahl besteht. Obwohl wegen der Klarheit in 1 nicht dargestellt, zeigt 2, dass die Farbapplikationswalzen 30 gleichzeitig
von einem gemeinsamen Antrieb angetrieben werden, der einen Motor 32 mit
variabler Geschwindigkeit umfasst, welcher ein Motor sein kann,
der mit einem variablen Getriebe verbunden ist, und der vorzugsweise
mit einer Riemenscheibe gekoppelt ist, um diese anzutreiben. Ein
Zahnriemen 36 liegt auf der Riemenscheibe 34 und
einer weiteren Riemenscheibe 38, die entweder eine zusammengesetzte Riemen scheibe
mit zwei Riemenscheibenelementen sein kann oder die gemeinsam mit
der Riemenscheibe 34 auf einer Welle angeordnet ist. An
jeder Station erstreckt sich die Achse, auf der die Farbapplikationswalze
versiegelbar befestigt ist, über
die Enden der entsprechenden Wannen 28 und weist eine daran
befestigte Riemenscheibe 42 auf. Ein Zahnriemen 44 liegt
auf der Riemenscheibe 38, einer Führungsscheibe 46 und
der Riemenscheibe 42 an einer Seite der Farbapplikationswalze
der ersten Station 12, um die Farbapplikationswalze an
der ersten Station anzutreiben. Ein ähnlicher Zahnriemen 44 liegt
auf der Riemenscheibe 42 an der gegenüberliegenden Seite der Applikationswalze
an der ersten Station, einer zweiten Führungsscheibe zwischen den
Farbstoffwannen der ersten und zweiten Station und einer Riemenscheibe,
die an der Farbapplikationswalze an der entsprechenden Seite der
zweiten Station 14 angebracht ist, um die Farbapplikationswalze
an der zweiten Station anzutreiben. Jede Farbapplikationswalze wird
in ähnlicher
Weise von der angrenzenden Walze angetrieben, wobei die Farbapplikationswalze an
der letzten Station 26 selbstverständlich nur eine einzige Riemenscheibe
an der Antriebsseite benötigt.
Für eine
vollständige
Beschreibung der Einzelheiten des Farbapplikationsantriebssystems
sei auf die vorerwähnten
Haselwander-Patente verwiesen.
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Mehrere Garnstränge Y werden über eine Reihe
Garnführungselemente 48 geführt, von
denen jeweils eines hinter jeder Farbapplikationswalze 30 und
vor der ersten Farbapplikationswalze angeordnet ist. Das Garn wird
mit Förderwalzen 50, 52 oder ähnlichen
Elementen gefördert,
die in Förderrichtung hinter
der letzten Färbestation 26 angeordnet
sind, um das Garn durch die Stationen zu fördern, dabei sind die Walzen
von einem Motor 54 mit variabler Geschwindigkeit angetrieben,
der es erlaubt, das Garn Y mit gewählten Geschwindigkeiten zu
fördern.
Es wird erwartet, dass eine Fördergeschwindigkeit
von ca. 457,2 m/min (1500 Fuß)
pro Minute ideal sei. Um die Garnstränge unter angemessener Spannung
zu halten, sind Spannrollen 55, 56 in Förderrichtung
gesehen vor der ersten Färbestation 12 angeordnet. Aus
Gründen,
die später
klar wer den, ist ein optischer Geber auf der Welle von einer der
Spannrollen befestigt, wie auf der Welle 57 der Walze 56,
wobei der Geber ein elektronisches Gerät aufweisen kann oder von dem
Typ sein kann, der eine Lichtquelle umfasst, wie eine LED 58,
eine Fotozelle 60 und eine geschlitzte Scheibe 62 zwischen
der Lichtquelle und der Fotozelle. Der Geber kann auch auf der Welle
des Motors 54 angebracht werden, wenn dies gewünscht ist,
obwohl aus Genauigkeitsgründen
die Position vorne bevorzugt werden kann. Die Scheibe des Gebers
folgt der Rotation der Walze und überträgt elektrische Signale in Form
von Impulsen an eine Steuerung 64, die in 5 dargestellt ist und auf die nachfolgend
weiter Bezug genommen wird.
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An jeder Färbestation ist oberhalb und
versetzt zur Farbapplikationswalze eine Musterwalze 66 angeordnet,
welche eine Welle 68 mit einer Endkappe 70 an
jedem Ende umfasst, wobei die Endkappe einen Flansch zur Aufnahme
der Enden mehrerer Ablenkschaufeln in Form eines Stabes 72, 74 aufweist,
und eine Platte, wobei eine Platte zum Positionieren der Stäbe und die
andere zum lösbaren
Sichern der Stäbe
an ihrem Platz dient. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel weist jede Musterwalze zwei
Stäbe auf,
d. h. ein Paar Stäbe,
die zum Ausgleich der Rotationskräfte einen Abstand von 180° haben. Es
können
jedoch auch mehr als ein Paar Stäbe
genutzt werden, wie z. B. vier Stäbe, wobei die Stäbe in 90°-Intervallen
angeordnet sind, oder sechs Stäbe,
wobei die Stäbe
in Abständen
von 60° angeordnet
sind.
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In den vorerwähnten Haselwander-Patenten werden
die Musterwalzen fortlaufend und gleichzeitig gedreht, und die Ablenkschaufeln
sind in bestimmten Positionen am Umfang angeordnet, um die gewählte Musterung
zu erzeugen, bei der, obwohl das Muster durch Verstellen der Schaufeln
geändert
werden konnte, die Länge
von jedem der durch die jeweilige Musterwalze gebildeten Farbtupfen
während
eines Laufes festgelegt war, und die Garnlänge, bevor ein Muster wiederholt
wurde, auf etwa 3810 mm (150 Zoll) beschränkt war. Es wurde jedoch dort
offenbart, dass, wenn eine Schaufel in die Garnstränge eingreift,
die Garnstränge
durch die Reihe der Schaufeln aus ihrem normalen Verlauf an den
Farbapplikationswalzen abgelenkt wurden, wenn das Garn über die Garnführungselemente
geführt
wurde, und in Eingriff mit den entsprechenden zusammenwirkenden Farbapplikationswalzen
gebracht wurden, um Farbstoff aufzunehmen.
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Jede der Musterwalzen ist jedoch
mit einem entsprechenden Servomotor 76 gekoppelt, welcher wahlweise
ein Schrittmotor oder anderer Motor sein kann, der auf Kommando
einen bestimmten Winkelweg zurücklegt
oder eine bestimmte Winkelstellung einnimmt. 3 zeigt,
dass, wenn einer der Ablenkstäbe 72, 74 am
Garn Y eingreift und dieses an einer der Färbestationen ablenkt, der Farbstoff
kurz danach in Kontakt mit der zugehörigen Farbapplikationswalze 30 bewegt
wird. Obwohl die Musterrolle 66 so angeordnet sein muss,
dass die Ablenkstäbe
in mindestens einer Stellung am Garn eingreifen, was eintritt, wenn
der Ablenkstab bei 90° zur
ungestörten Anordnung
zum Garn steht, beginnt der Eingriff jedes Ablenkstabes vorzugsweise
kurz vor der 45°-Stellung
zur ungestörten
Anordnung des Garnes relativ zu der Richtung, aus der das Garn zugeführt wird,
sodass beim Eingriff bei 45° das
Garn die Farbapplikationswalze berührt und der Stab den Eingriff
kurz nach 45° zur
ungestörten
Anordnung des Garnes bezüglich
der Richtung, in die sich das Garn bewegt, beendet, sodass bei einem
solchen 45°-Winkel
in Förderrichtung
das Garn den Eingriff mit der Farbapplikationswalze beendet. Damit
kann, unter der Annahme, dass das Garn von links in 3 zugeführt wird,
und dass die Musterwalze 66 in Förderrichtung vor der Farbapplikationswalze 30 angeordnet
ist und sich gegen den Uhrzeigersinn dreht, d. h. sich in die gleiche
Richtung wie das Garn bewegt, jeder Stab 72, 74 den
Eingriff mit dem Garn beginnen, im wesentlichen, wenn der Stab bei
einem Winkel A von 45° relativ
zum ungestörten
Garn steht, wie in 3 illustriert,
und den Eingriff im wesentlichen bei einem Winkel B von 135° beenden.
Damit beginnt das Färben
also, wenn der Stab bei einem Winkel von im wesentlichen 45° steht, und
endet bei einer Winkelstellung von im wesentlichen 135°.
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Dies wird zusätzlich durch die grafische
Darstellung, die als "Garnablenkung" bezeichnet wird, an der linken
Seite der 4 illustriert,
die zeigt, dass, wenn ein Stab in einer Stellung zwischen im wesentlichen
45° und
135° angeordnet
ist, das Garn abgelenkt ist, wobei die Garnlänge zwischen den Führungsstäben 48 erhöht wird
und Färben
stattfindet. Die rechte Seite von 4 zeigt
auch, dass, wenn ein Stab zwischen diesen Stellungen, wie bei 90° zur ungestörten Anordnung
des Garnes, für
einen bestimmten Zeitraum gehalten wird, Färben über einen längeren Zeitraum stattfindet.
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Wie bereits erwähnt, wird das Garn fortlaufend
durch die Stationen geführt,
sodass durch eine gezielte Positionierung einer Musterwalzenstange zwischen
dem Winkel der Anfangsablenkung oder dem Färbebeginn und dem Winkel der
Endablenkung oder dem Färbeende
und dem Halten der Stange in diesem Bereich für bestimmte Zeitspannen die Farbmenge
bei jeder Station steuerbar auf das Garn aufgebracht werden kann,
d. h., die Länge
jedes Farbtupfens oder jeder Farbe kann steuerbar gewählt werden,
indem jeder der entsprechenden Servomotoren 76 angewiesen
wird, sich in eine Stellung zu drehen, in der die Ablenkung des
Garns durch eine Stange dazu führt,
dass mit dem Färben
begonnen wird, wenn es in Disposition der gewählten Station bewegt wurde,
und wenn das Färben
beendet werden soll, wird der entsprechende Servomotor angewiesen,
sich in eine Stellung zu bewegen, in der die Ablenkstäbe der zu
dem Servomotor gehörenden Musterwalze
das Garn nicht länger
ablenken. Beispielsweise wird beim Ausführungsbeispiel, in dem jede
Musterrolle zwei Ablenkstäbe
aufweist, der Servomotor angewiesen, die Stäbe in die 45°-Stellung relativ
zum ungestörten
Garn zu bewegen, um das Färben
durch Ablenkung des Garnes zu beginnen, und sich aus dieser Stellung
in die 135°-Stellung
zu bewegen, um das Färben
zu beenden, indem sie das Garn nicht länger ablenken. Damit die Farben
beim Färben
nicht verlaufen, sollte der Färbebeginn
und das Färbeende
klar abgegrenzt sein, sodass die Rotationsgeschwindigkeit der entsprechenden
Musterwalzen 66 beim Färbebeginn
und beim Färbeende maximal
sein sollte. Wie in 4 gezeigt,
ist diese Geschwindigkeit in der 45°- und der 135°-Stellung maximal
und auf null reduziert, wenn die entsprechende Ablenkstange in einem
Winkel von 90° zur nicht-abgelenkten
Anordnung des Garnes steht. Wenn ein längerer Farbtupfen einer Farbe
zu färben ist,
kann die Musterwalze angehalten werden und in der 90°-Position bei einer
Geschwindigkeit von null stehen, wie rechts in 4 dargestellt. z. B. kann dort die mit
dieser Farbe gefärbte
Garnlänge
doppelt so lang sein, wie links in 4 gezeigt.
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Die in 5 dargestellte
Steuerung 64 ist eine programmierbare Achtkanal-Industriesteuerung,
bei der ein Kanal jeweils mit dem entsprechenden Servomotor 76 verbunden
ist. Wie bereits gesagt, ist ein Servomotor 76 an jeder
Färbestation.
Die Steuerung empfängt
eine programmierte Eingabe des Winkels, bei dem jeder Motor positioniert
werden muss, um das Färben
zu starten und zu stoppen bezüglich
der Garnstellung im System, d. h. bezüglich der Zeit, zu der das
Garn in einer bestimmten Station ist. Diese Information wird dann
an den entsprechenden Kanal gesandt. So kann zu jeder bestimmten Zeit,
zu der das Garn an einer gegebenen Färbestation sein wird und zu
der es sich in einer Stellung befindet, in der mit dem Färben begonnen
werden soll, der entsprechende Schrittmotor angewiesen werden, eine
Stellung einzunehmen, sodass einer seiner Ablenkstäbe 72, 74 in
der 45°-Stellung
sein wird. Ebenso wird der Motor angewiesen, die 135°-Stellung einzunehmen,
wenn das Garn eine Stellung erreicht hat, in der der Färbevorgang
an dieser Station beendet werden soll. Der Servomotor kann zwischen
den Färbebeginn-
und Färbeendpositionen
angehalten werden, insbesondere für längere Färbeabschnitte einer Farbe an
der entsprechenden Station. Wenn an einer Station nicht gefärbt wird,
wird der entsprechende Servomotor 76 die Stäbe 72, 74 in
eine Stellung bringen, wie sie auf der rechten Seite in 3 gezeigt ist, z. B. bei etwa 180°. Wie in 4 dargestellt, ist in dieser
Stellung die Geschwindigkeit der Musterrolle null und das Garn wird
nicht zur Farbapplikationswalze 30 hin abgelenkt. Der Takt
der Signale von der Steuerung 64 zu jedem der Servo motoren 76 wird
durch die von der Fotozelle 60 an die Steuerung übertragenen
Gebersignale synchronisiert. Auf diese Weise takten die Signale
aus dem Geber die Steuerung, um sicherzustellen, dass die von den
entsprechenden Servomotoren empfangenen Ausgabesignale in zeitlichem
Zusammenhang mit der Garnbewegung durch das entsprechende Färbesystem
empfangen werden.
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Die Steuerung 64 ist eine
konventionelle mikroprozessorbasierte programmierbare Industriesteuerung,
wie die von Giddings & Lewis
of Fond Du Lac, Wisconsin, U.S.A. unter der Handelsmarke PiC900
vertriebene. Diese Steuerung erlaubt in einfacher Weise die Bewegungskontrolle
von Servomotoren und -antrieben, sodass sie einfach zusammen mit
dem Einfärbesystem
entsprechend dem Ausführungsbeispiel
eingesetzt werden kann. Eine RAM (Zugriffsspeicher)-Platte speichert
Daten für
die Musterwahl. Zu jedem Zeitpunkt, der wie bereits erwähnt in direktem
Zusammenhang mit der Garnposition steht, weist die Steuerung jeden
Servomotorantrieb an, den Servomotor und damit die Musterwalze eine bestimmte
Winkelstellung einzunehmen, und die Stellung des Servosystems wird
zurück
an die Steuerung gemeldet, um die entsprechende Reaktion sicherzustellen.
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Die Informationseingabe an die Steuerung 64 umfasst
Zeit- und Winkelinformationen, um den Zeitpunkt zu bestimmen, an
dem die Ablenkstange 72, 74 einer Musterwalze
in die 45°-Stellung
bewegt werden muss, um am Garn einzugreifen und dieses abzulenken,
um das Färben
mit einer bestimmten Farbe an der richtigen Stelle aufzunehmen und
zu beginnen, und wann das Garn freizugeben ist, um das Ablenken
zu beenden und das Färben
zu stoppen. Diese Berechnungen basieren auf der Geometrie des Systems
einschließlich
den Durchmessern der Farbapplikationswalzen 30, der Musterwalzen 66,
der Führungsstäbe 48 und
den Abständen
zwischen diesen Elementen, zusammen mit der gewählten Garngeschwindigkeit und
der ungestörten
Garnlänge
zwischen den Führungsstäben, die
bei einem Prototyp 127 mm (5 Zoll) beträgt, genauso wie der Abstand
zwischen den Far bapplikationswalzen und den Musterwalzen zwischen
angrenzenden Färbestationen
im Ausführungsbeispiel.
Das Farbmuster, die Wannenwahl für
jede Farbe, die Dochtwirkung jeder Farbstoff/Garnkombination, d.
h. der Dochtfaktor und die Färbecharakteristika,
wie Dehnung oder Streich, Reibungskoeffizient und anfängliche
Farbspannung, werden ausgewählt
oder bestimmt. Das Farbmuster kann z. B. mit 203 mm (8 Zoll) rot,
76 mm (3 Zoll) blau, 102 mm (4 Zoll) grün, weiteren 76 mm (3 Zoll)
rot, 127 mm (5 Zoll) braun, 152 mm (6 Zoll) gelb usw. für eine vollständige Wiederholung
entsprechend der Wahl eines Teppichstylisten beginnen. Der Dochtfaktor,
der durch eine tatsächliche
Längenmessung
nach einem Versuchslauf bestimmt werden kann oder der ein Erfahrungswert
sein kann, erfordert den Abzug eines Betrages von der in den Rechnungen
verwendeten Länge
des Farbtupfens, um die gewünschte
Länge zu
erhalten. Falls erforderlich, kann auch ein Farbüberlapp eingeschlossen werden.
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Aus dieser Information werden zuerst
einfach die Garnlänge
zwischen jedem Paar Führungsstäben 48 und
der Auslenkwinkel des Garns im Vergleich zur unausgelenkten Länge und
Position des Garns über
einen Zyklus in ausgewählten
kleinen Zeitintervallen für
einen Musterwalzenzyklus bestimmt, wenn das Garn bei bestimmten
Stellungen der Ablenkstäbe 72, 74 abgelenkt
ist. Aus dem gewählten
Muster, d. h. aus der Länge
jeder Farbe im Muster, wird der Startpunkt auf dem Garn, bei dem die
Färbung
in einer bestimmten Farbe auftreten soll, tabelliert, indem alle
vorhergehenden Farbpunkte addiert werden. Z. B. wird bei einem Farbmuster,
wie oben angegeben, die erste rote Farbe bei 0 mm (0 Zoll) beginnen,
Blau wird bei 203 mm (8 Zoll) beginnen, Grün wird bei 279 mm (11 Zoll)
beginnen, das zweite Rot wird bei 381 mm (15 Zoll) beginnen, etc. So
wird der Startpunkt auf dem Garn für jeden Farbtupfen in mm (Zoll)
tabelliert. Es sollte an dieser Stelle erwähnt werden, dass diese Kalkulationen
vorzugsweise mit einem konventionellen Tabellenkalkulationsprogramm
durchgeführt
werden, insbesondere, wenn das System mehrere Stationen aufweist, wie
die hier offenbarten acht Stationen. Jeder Färbestartpunkt der gleichen
Farbe wird koordiniert oder aussortiert und der ausgewählten Wanne
zugeordnet. Bei Berücksichtigung
eines Dochtfaktors wird dieser zur Anfangsstellung hinzu addiert
und von der Endstellung abgezogen, sodass der Färbevorgang um den Betrag des
Dochtfaktors verzögert
wird und das Ende um den Dochtfaktorbetrag verkürzt wird. Der Dochtfaktor ist
durch Farbstoff bedingt, der über den
Anfangspunkt und den Endpunkt eines Farbpunktes hinaus durch Kapillarwirkung
gezogen wird, und dadurch einen verlängerten Farbtupfen an der Farbtupfenstelle
bewirkt.
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Der Zeitpunkt, bei dem für die erste
Wanne jeder Farbbeginn und jedes Farbende auftritt, wird dann aus
der Garngeschwindigkeit und der Stelle auf dem Garn, an der jede
Farbe beginnen soll, bestimmt. Die Information über die Garnlänge und
den Auslenkwinkel bei bestimmten Zeitintervallen wird dann mit der
Zeit des Färbebeginns
und des Färbeendes
kombiniert, um den Zeitpunkt des Färbebeginns und -endes mit der
Stellung der Ablenkstäbe der
Musterwalze zu korrelieren, sodass einer der Ablenkstäbe am Garn
eingreift, um den Anfangswinkel herzustellen, bei dem das Garn gegen
die Farbapplikationswalze zu einer bestimmten Zeit gelenkt wird, sowie
den Endwinkel, bei dem das Garn nicht mehr im Eingriff steht. Die
Musterwalze wird durch den entsprechenden Servomotor angetrieben,
vorzugsweise mit variablen Geschwindigkeiten, wie in 4 dargestellt, sodass die
Ablenkstäbe
der Musterwalze das Garn für
einen Zeitraum berühren,
während
sich der Winkel des Garns relativ zur unabgelenkten Stellung verändert. Die
Musterwalze wird entweder sofort angehalten oder für einen
bestimmten Zeitraum, entsprechend der auf das Garn aufzubringenden
Farbstofflänge,
wie in 4 gezeigt, und
wird dann wieder gestartet, sodass solange gefärbt wird, bis der Stab 72, 74 an
einen Punkt wandert, an dem der Winkel, z. B. 135°, den das
Garn relativ zur ungestörten Länge einnimmt,
so klein ist, dass das Färben
zu einem Zeitpunkt endet, wenn die mit dieser Farbe gefärbte Garnlänge mit
der gewünschten
Länge des Farbtupfens übereinstimmt.
-
Wenn die Berechnungen für Stationen
nach der ersten Station durchgeführt
werden, wird der Zeitpunkt, an dem jeder Farbbeginn auftritt, auf
gleiche Weise bestimmt, wie für
die erste Station, es muss jedoch der Zeitverzug, der sich aus dem
Weg des Garns zur nächsten
Station ergibt, berücksichtigt werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei Ablenkung des Garns durch einen
in Förderrichtung
weiter vorne liegenden Musterwalzenstab, das Garn zu den nachfolgenden
Stationen hin verlangsamt wird, da der Garnweg länger ist. Dadurch wird der
Färbebeginn
bei den dahinterliegenden Stationen verzögert. Es wird also die Verzögerung bei
der zweiten Station berechnet, indem zuerst die Garnlänge zwischen
der ersten und zweiten Station sowie der Garnstretch addiert wird,
der aus dem Ablenkwinkel, dem Reibungskoeffizienten und dem Stretchfaktor
des Garns berechnet wird. Diese Gesamtlänge wird durch die Garngeschwindigkeit
geteilt, um die Zeitverzögerung bei
der zweiten Station zu erhalten. Die Berechnung wird in hinreichend
kleinen Zeitintervallen solange wiederholt, wie ein Farbmusterlauf
dauert. Diese Zeitverzögerung
wird verwendet, um die Zeiten, bei denen der Farbbeginn bei der
zweiten Station eintritt, zu aktualisieren oder zu modifizieren,
d.h. die Zeit, bei der der Ablenkwinkel so sein muss, dass die Ablenkstäbe das zwischen
den Stationen 12 und l4 laufende Garn ablenken,
sodass der zweiten Farbstoff auf das Garn aufgebracht wird. Die
Zeit, bei der jedes Färbeende
eintritt, wird aus der Garnlänge
und dem Ablenkwinkel bestimmt, um die Zeit zu bestimmen, bei der
der Färbevorgang
an der zweiten Station endet. Zwischen diesen Zeiten stoppt die
zweite Musterwalze oder rotiert sehr langsam, sodass das Garn fortgesetzt
mit dem Farbstoff im zweiten Behälter 28 gefärbt wird.
Die Zeit, Länge
und Ablenkwinkel für
die übrigen
Stationen werden in ähnlicher
Weise bestimmt.
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Die Zeit für Färbebeginn und -ende für jede Station
werden für
eine vollständige
Musterwiederholung zusammen mit dem Winkel des entsprechenden Servomotors
tabelliert, d. h. Zeit und Ort zum Starten und Stoppen jedes Servomotors.
Diese Zei ten und Orte zum Starten und Anhalten werden in die Steuerung 64 zum
Antrieb der Servomotoren eingegeben. Wie bereits gesagt, kann bei
einer Musterwalze mit zwei Ablenkstäben der Färbebeginn und das -ende so
gewählt
werden, dass dieses bei 45° und
135° relativ
zum ungestörten
Garn auftritt.
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Zahlreiche Abwandlungen des hier
offenbarten Aufbaus offenbaren sich dem Fachmann. Es ist jedoch
klar, dass sich die vorliegende Offenbarung auf ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung bezieht, das nur der Verdeutlichung dient und keine
einschränkende
Deutung der Erfindung zulässt.
All solche Veränderungen,
die sich nicht vom Geist der Erfindung entfernen, sollen unter den
Schutzbereich der anhängenden
Ansprüche
fallen.