DE19730965C1 - Verfahren zur Zugkraftmessung an laufenden Fäden einer Fadengruppe sowie Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zugkraftmes­ sung nach dem Anspruch 1 sowie eine Zug­ kraftmeßeinrichtung nach dem Anspruch 5.

Zur elektronischen Zugkraftmessung, die bei der Her­ stellung und Weiterverarbeitung von Garnen, Fasern, Dräh­ ten, Kabeln, Seilen, Litzen, Bändern od. dgl. längsge­ streckte bzw. Endlos-Erzeugnisse, die im Sinne der Erfin­ dung unter dem einheitlichen Begriff 'Faden' zusammengefaßt sind, von großer Bedeutung ist, werden Meßeinrichtungen eingesetzt, deren Meßfühler jeweils unmittelbar die Zug­ kraft mißt und diese in ein elektrisches Signal umwandelt. Das Signal wird einem Gerät zugeführt, welches die gemesse­ nen Werte anzeigt und zur Registrierung, Auswertung oder Steuerung zur Verfügung stellt.

Meßeinrichtungen sind beispielsweise dargestellt in der DE 44 31 333 A1, in der DE 35 05 693 C2 oder in der DE 41 05 181 A1.

Zur Umwandlung der Fadenzugkraft in ein elektrisches Signal wird der Faden üblicherweise in einem konstanten, definierten Winkel von einer Meßrolle oder auch einem Kera­ mikstift als Fadenumlenkeinrichtung insgesamt oder als Bestandteil einer solchen quer zu seiner Laufrichtung aus­ gelenkt. Die definierte Auslenkung führt den Faden im wesentlichen W-förmig, so daß auf den im Scheitel des W angreifenden Meßfühler eine resultierende Quer- bzw. Radi­ alkraft ausgeübt wird. Die Fadenzugkraft läßt sich aus der gemessenen Radialkraft und dem Umschlingungswinkel berech­ nen (Kräfteparalellogramm). Bei bekanntem Fadendurchmesser und E-Modul läßt sich darüber hinaus auch die Dehnung mes­ sen.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Proble­ matik, die auftritt, wenn die Zugkräfte vieler laufender Fäden einer oder mehrerer Fadengruppen ermittelt werden sollen. Solche Gegebenheiten liegen beispielsweise vor bei Verseilmaschinen, die eine Gruppe von parallel zueinander laufenden Drähten oder Litzen zugleich um die Systemachse rotieren läßt und sie fortlaufend dem Verseilkopf zuführt. Es ist sehr wichtig, daß die Zugkräfte aller Fäden einer solchen Fadengruppe innerhalb eines bestimmten Toleranzbe­ reichs um einen vorgegebenen Wert liegen. Zu hohe Zugkräfte beim Verseilen führen zu ggf. unzulässig starker Dehnung des Materials und beeinflussen die mechanischen (und bei z. B. Kupfer- oder Aluminiumkabeln für elektrische Zwecke auch die elektrischen) Parameter des Endprodukts. Zu geringe Zugkräfte führen zu einem schlechten Verbund der einzelnen Fäden, Litzen, Drähte od. dgl.

Zur Überwachung der korrekten Zugkräfte laufender Fäden ist es in Verseilmaschinen üblich, jeden einzelnen Faden jeder Fadengruppe mittels eines eigenen Zugkraftauf­ nehmers laufend zu überwachen. Dabei sind die Zugkraftauf­ nehmer in der rotierenden Trommel der Verseilmaschine mitrotierend angeordnet. Dies wirft zusätzliche Probleme hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung der Zug­ kraftaufnehmer sowie hinsichtlich der Übertragung der elek­ trischen Signale auf. Die Zugkraftaufnehmer müssen so aus­ gelegt und angeordnet sein, daß auf sie systembedingt ein­ wirkende Fliehkräfte keine Meßwertverfälschungen hervorru­ fen können. Die Signalübertragung ist mittels einfacher elektrischer Leitungen nicht möglich, so daß man in aufwen­ diger Weise auf Schleifringe zurückgreifen oder drahtlose Signalübertragung, z. B. über Funk, vorsehen muß.

Auch bei Flechtmaschinen besteht das Erfordernis, im Hinblick auf ein optimales Flechterzeugnis die einzelnen laufenden Fäden bezüglich ihrer Zugkräfte zu überwachen. Im Unterschied zu beispielsweise Verseilmaschinen liegen hier jeweils mindestens zwei Fadengruppen vor, deren Fäden nicht in paralleler Zuordnung zueinander um eine Systemachse umlaufen, sondern von den einzelnen Spulen 'über Kopf' in einer im wesentlichen kegeligen Geometrie einem zentralen Abzug zugeführt werden. Verständlicherweise ist es auch hier ungemein aufwendig und kostspielig, die Zugkräfte der einzelnen Fäden jeder Fadengruppe zu messen und ggf. zu überwachen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher zunächst die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches es mit apparativ einfacher Ausstattung gestattet, die Zugkräfte aller Fäden je wenigstens einer Fadengruppe hinsichtlich der an das Endprodukt zu stellenden Anforderungen reprodu­ zierbar zu messen und ggf. auszuwerten.

Dieses verfahrenstechnische Problem löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dementsprechend ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man den Zugkraftauf­ nehmer mit festem Bezug zur Systemachse anordnet und seinen Meßfühler quer zur Fadenlaufrichtung unter Bildung einer reproduzierbaren Auslenkung des Fadens aus seiner Laufrich­ tung in die Umlaufbahn eingreifen und nacheinander von jedem Faden der Fadengruppe beaufschlagen läßt. Weitere Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Inhalt der Ansprüche 2 bis 4.

Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, daß es zur reproduzierbaren Erfassung der Zugkraftverhältnisse aller Fäden einer Fadengruppe ausreicht, die Zugkraft eines jeden einzelnen Fadens nur kurzfristig während seines Umlaufs um die Systemachse zu erfassen. Der zweite Grundge­ danke der Erfindung besteht sodann darin, den Zugkraftauf­ nehmer mit Meßfühler nicht mehr mit umlaufen zu lassen, sondern ortsfest anzuordnen und von den an ihm vorüber­ streichenden Fäden nacheinander beaufschlagen zu lassen.

Insbesondere für den Fall, daß die Fäden - wie etwa bei einer Verseilmaschine - einer einzigen Fadengruppe zugeordnet ist, worunter im Sinne der Erfindung verstanden wird, daß jeder Faden einer Gruppe eine einzige bestimmte, jeweils gleichartige (nicht notwendigerweise kreisförmige) Umlaufbahn um die Systemachse beschreibt, genügt zur Erfas­ sung der Zugkräfte aller Fäden auch ein einziger Meßfühler für das gesamte System. Ist der Fadengang dergestalt, daß - wie etwa bei Flechtmaschinen - mehrere Gruppen von Fäden unterschiedliche oder/oder umfangsversetzte Umlaufbahnen um die Systemachse beschreiben, ist es sinnvoll, jeder dieser Fadengruppe einen eigenen stationär angeordneten Zug­ kraftaufnehmer mit Meßfühler zuzuordnen, der, entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahrensprinzip, wiederum von allen Fäden derselben Fadengruppe quer überstrichen und dabei kurzfristig, z. B. impulsartig, überstrichen wird.

Liegen die derart ermittelten Zugkraftwerte sämtlicher Fäden innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs, kann von einer einwandfreien Qualität des Endprodukts ausgegan­ gen werden. Fällt auch nur ein Zugkraftmeßwert aus der Toleranz heraus, kann dies jeweils während des Umlaufs festgestellt werden, in dem die Messung stattfindet, und es können die erforderlichen Maßnahmen - wie z. B. Auslösen eines akustischen und/oder optischen Alarms, Maschinen­ stillsetzung od. dgl. - eingeleitet bzw. ausgeführt werden.

Zur Lösung des vorrichtungsgemäßen Aspekts, eine ein­ fache und zuverlässige Meßwerterfassung im Rahmen des Ver­ fahrens zu gewährleisten, ist eine Zugkraftmeßeinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßfühler eine Auflauframpe für den quer zur Fadenlaufrichtung über den Meßfühler bewegten Faden zugeordnet ist, und der Scheitel- bzw. Gip­ felpunkt der Rampe die maximale Fadenauslenkung definiert. Der Rampe kommt hier zum einen die Aufgabe einer einwand­ freien Querführung des Fadens wie auch seiner reprozierba­ ren Auslenkung aus seiner Laufrichtung zu.

Was die Erfassung der Zugkraftmeßwerte betrifft, ist in erster Linie daran gedacht, Zugkraftaufnehmer einzuset­ zen, die die aus der Fadenauslenkung resultierenden Quer­ kräfte mittels an Biegebalken angebrachter Dehnungsmeß­ streifen erfassen. Diese bewährte Technik der Zugkraftmes­ sung ist an sich bekannt und braucht daher an dieser Stelle nicht vertieft zu werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzel­ nen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Zugkraftmes­ sung an laufenden Fäden,

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens an einer Verseilma­ schine,

Fig. 4 eine vergrößerte Detaildarstellung mit zusätzlichen schematischen Erläuterungen der Meßwertverarbeitung und

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens zur Zugkraftmessung von Fäden an Flecht­ maschinen.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Faden bezeichnet, der unter einer Zugspannung steht, was durch die beiden voneinander wegweisenden Pfeile angedeutet sein soll. Der Faden 10, der im Sinne der Erfindung jedes beliebige zugfeste langge­ streckte Element, wie z. B. auch ein Draht, eine Litze u. dgl. sein kann, wird üblicherweise zwischen zwei mit 11 und 12 bezeichneten Stützpunkten, die durch Rollen 13, 14 oder auch Umlenkstifte, Fadenführer od. dgl. gebildet werden können, quer zur Fadenlaufrichtung durch einen Meßfühler 15 eines Zugkraftaufnehmers 21 ausgelenkt. Dadurch bildet der Faden 10 im Bereich des Meßfühlers 15 einen Umschlingungs­ winkel α aus, aufgrund dessen und der gemessenen resultie­ renden Kraft 16 sich die Zugspannung im Faden 10 berechnen läßt. Um diese Berechnung reproduzierbar genau zu machen, ist es wichtig, bei jedem Meßvorgang stets den gleichen Winkel α einzustellen, d. h. den Faden 10 quer zu seiner Laufrichtung bei jeder Messung gleichermaßen auszulenken.

Üblicherweise werden nach dem Verfahrensprinzip der Fig. 1 die Zugkräfte an laufenden Fäden gemessen, und zwar derart, daß diese Messung ständig während des Fadenlaufs erfolgt. Dies setzt bei Maschinen und Vorrichtungen, in denen eine Vielzahl von zu Fadengruppen zusammengefaßten Fäden gleichzeitig bearbeitet werden, voraus, daß jedem einzelnen Faden ein eigener Meßfühler 15 zugeordnet sein muß. In Verseilmaschinen ist dies gängige, jedoch äußerst aufwendige Technik.

Das Prinzip der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Sie zeigt eine insgesamt mit 17 bezeichnete Fadengruppe, die aus einer Vielzahl von Fäden 10 besteht, die zueinander parallel verlaufen, insgesamt, d. h. als Fadengruppe, jedoch eine Umlaufbahn 18 beschreiben. In Fig. 2 ist diese Umlauf­ bahn 18 als Kreisbahn dargestellt; die Drehrichtung der Fadengruppe 17 ist mit 19 bezeichnet.

Entsprechend der Erfindung ordnet man den Zugkraftauf­ nehmer 21 bezüglich der Systemachse 20, um die die Faden­ gruppe 17 umläuft, stationär, d. h. ortsfest, z. B. mit fixem Bezug zum Maschinengestell, an. Die Anordnung geschieht derart, daß - wie aus Fig. 2 ersichtlich ist - der Meßfüh­ ler 15 in die Umlaufbahn 18 eintaucht. Das bedeutet, daß jeder einzelne Faden 10 quer zu seiner Längserstreckung beim Passieren des Meßfühlers 15 ausgelenkt wird. Er übt entsprechend dem Prinzip nach Fig. 1 eine Rückstellkraft auf den Meßfühler 15 aus, aus der die Fadenzugkraft ermit­ telt werden kann. Die Meßwerte können über Kabel 22 einer Auswerteelektronik 32 zugeführt werden.

Das der Erfindung zugrundeliegende Meßprinzip besteht also darin, jeden Faden 10 einer Fadengruppe 17 während eines Umlaufs kurzfristig, insbesondere impulsartig, quer zu seiner Längserstreckung über den Meßfühler 15 herüberzu­ führen und dabei kurzfristig, insbesondere lediglich impulsartig, die Fadenzugkraft bei maximaler Auslenkung des Fadens 10 zu messen. Erfasst wird insbesondere der Spitzen­ wert der resultierenden Kraft (16 in Fig. 1) im Scheitel­ punkt der maximalen Fadenauslenkung.

Das Prinzip sei anhand der Fig. 3 und 4 bei einer Ver­ seilmaschine noch etwas ausführlicher erläutert:

In der Trommel 23 einer insgesamt mit 24 bezeichneten Verseilmaschine befindet sich eine der Anzahl von Drähten oder anderen Fäden 10 entsprechende Zahl von Vorratsspulen, die um die Systemachse 20 rotieren, während der einzelne Faden 10 zur Bildung des Seils 25 abgezogen wird.

Die Fäden 10 bilden hier eine Fadengruppe 17, die um die Systemachse 20 umläuft, während jeder Faden zugleich in Längsrichtung fortbewegt wird.

Im Bereich des Verseilkopfes 26 verlaufen alle Fäden dieser Fadengruppe 17 zwischen zwei Fadenführerkränzen 27 und 28 parallel zueinander. Der Bereich zwischen den Faden­ führerkränzen 27 und 28 ist beim Ausführungsbeispiel derje­ nige, in dem die Zugkraft eines jeden Fadens gemessen wird. Dazu ist ein Zugkraftaufnehmer 21 mit Meßfühler 15 vorgese­ hen, der bezüglich der Systemachse 20 fest und so angeord­ net ist, daß der Meßfühler 15 in die Umlaufbahn 18 der Fadengruppe 17, also auch in die Umlaufbahn jedes einzelnen Fadens 10 eingreift, so daß der Faden 10, wie in Fig. 4 angedeutet ist, quer zu seiner Längserstreckung ausgelenkt wird. Durch die infolge der Auslenkung vom Faden 10 aus­ geübte resultierende Kraft wird der Meßfühler 15 mehr oder weniger stark beaufschlagt und liefert einen Meßwert.

Wie erkennbar, streicht jeder einzelne Faden quer zu seiner Längserstreckung während seines Umlaufs um die Systemachse 20 einmal an dem Meßfühler 15 vorbei und erregt diesen kurzzeitig. Sieht man, z. B. in Zuordnung zum Faden­ führerkranz 28, einen Drehstellungsindikator 29 (z. B. einen Näherungs- oder optischen Sensor) vor, der pro Umdre­ hung der Fadengruppe 17 einen Impuls liefert, was in dem mit 30 bezeichneten Diagramm angedeutet ist. Der Drehstel­ lungsindikator 29 kann mit einem nicht gezeigten Fadenzäh­ ler zusammenwirken, der jedesmal zu Beginn eines neuen Umlaufs zurückgesetzt wird. Dadurch läßt sich auf einfache Weise jeder Meßwert konkret einem bestimmten Faden 10 der Fadengruppe reproduzierbar zuordnen. Dies veranschaulicht schematisch das mit 31 bezeichnete Diagramm, in dem die Fadenzugkraft eines jeden Fadens 10 gesondert aufgetragen ist und jedem Faden 10 eine fortlaufende Nummer zugeordnet ist.

Diese Meßwerte können in einer Auswerteelektronik 32 zu den gewünschten Zwecken weiterverarbeitet werden, etwa, wie in Fig. 4 angedeutet, als Diagramm auf einem Bildschirm 33. Im dargestellten Beispiel sind die jeweilige Fadenzug­ kraft aller Fäden über der Zeit aufgetragen, und man erkennt den engen Bereich, in dem die Zugkraftwerte norma­ lerweise zu liegen haben.

Solange sich die für jeden einzelnen Faden pro Umlauf einer Fadengruppe einmal ermittelte Zugkraft in einem gestellten bzw. einstellbaren Toleranzbereich befindet, kann die Aussage darüber getroffen werden, daß die Verseil­ maschine ordnungsgemäß arbeitet. Mittels der Auswerteelek­ tronik 32 kann auf eine maßgebliche Veränderung der Zug­ kraft jedes einzelnen Fadens 10 in geeigneter Weise rea­ giert werden, sobald diese Zugkraft das vorgegebene Tole­ ranzfeld verläßt. So ist es beispielsweise möglich, einen akustischen und/oder optischen Alarm auszulösen oder die Maschine anzuhalten, damit die fehlerhafte Spannung des betreffenden Fadens neu eingestellt werden kann.

Wenngleich ein einzelner Faden 10 nicht kontinuier­ lich, sondern vorzugsweise lediglich nur einmal pro Umlauf der Fadengruppe 17 um die Systemachse 20 impulsartig ermit­ telt wird, reicht dies für die allermeisten Anwendungsfälle völlig aus, insbesondere dann, wenn kurzfristige Zugkraft­ schwankungen, die sich in der durch die Art der Messung nicht erfaßbaren Phase ereignen, ohnehin tolerierbar wären.

Mit Bezugnahme auf Fig. 5 sei die Anwendung des erfin­ dungsgemäßen Meßverfahrens auf eine Flechtmaschine erläu­ tert. Die dort bestehenden Verhältnisse unterscheiden sich im wesentlichen dadurch, daß mindestens zwei Fadengruppen 17, 17' vorliegen, deren ihnen zugeordnete Fäden 10 bzw. 10' zwar gleiche, wellenförmige Umlaufbahnen ausführen, die jedoch in Umfangsrichtung derart versetzt sind, daß nicht sämtliche Fäden 10, 10' aller Fadengruppen 17, 17' eine von einem einzigen Meßfühler 15 gleichermaßen zu erreichende Stellen abgetastet werden können. Deshalb sind hier der Fadengruppe 17 ein erster Zugkraftaufnehmer 21 mit einem ersten Meßfühler 15 und der zweiten Fadengruppe 17' ein zweiter Zugkraftaufnehmer 21' mit einem zweiten Meßfühler 15' zugeordnet. Ansonsten unterscheidet sich das Meßverfah­ ren nicht von dem anhand der Verseilmaschine 24 geschilder­ ten.

Wesentlich ist in jedem Fall, daß derjenige Faden 10 oder 10', dessen Zugkraft jeweils zu messen ist, vom Meß­ fühler 15 bzw. 15' quer zu seiner Laufrichtung reproduzier­ bar ausgelenkt wird und der Faden 10 bzw. 10' den Meßfühler 15 bzw. 15' kurzfristig überstreicht.

Um dieses in Querrichtung des Fadens 10 bzw. 10' erforderliche Überstreichen mechanisch zu erleichtern und um möglichst genau reproduzierbare Meßergebnisse zu erzie­ len, weist jeder Meßfühler 15 (bzw. 15') eine Rampe 34 auf oder ist als solche gestaltet, wobei der Faden 10 (bzw. 10') auf dieser Rampe 34 bis zu einem Gipfelpunkt aufglei­ ten kann, der ein Maß für die Auslenkung des Fadens 10 aus seiner natürlichen Laufrichtung darstellt und somit repro­ duzierbar einen stets gleichen Umschlingungswinkel α defi­ niert.

Claims (5)

1. Verfahren zur Zugkraftmessung an laufenden Fäden (10; 10') einer Fadengruppe (17; 17'), wobei jeder Faden (10, 10') zugleich quer zu seiner Laufrichtung eine Umlauf­ bahn (18, 18') um eine Systemachse (20) beschreibt, unter Verwendung eines Zugkraftaufnehmers (21; 21') mit einem den Faden (10; 10') aus seiner Laufrichtung auslenkenden Meß­ fühler (15; 15'), wobei man den Zugkraftaufnehmer (21; 21') mit festem Bezug zur Systemachse (20) anordnet und seinen Meßfühler (15; 15') quer zur Fadenlaufrichtung unter Bildung einer reproduzierbaren Auslenkung des Fadens (10; 10') aus seiner Laufrichtung in die Umlaufbahn (18; 18') eingreifen und nacheinander von jedem Faden (10; 10') der Fadengruppe (17; 17') beaufschlagen läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zugkraft eines jeden Fadens (10; 10') einer Fadengruppe (17; 17') gesondert und nur einmal während eines vollständigen Umlaufs um die Systemachse (20) mißt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zugkraftwerte sämtlicher Fäden (10; 10') einer Fadengruppe (17; 17') für die Dauer wenigstens eines Umlaufs um die Systemachse (20) angezeigt und/oder zur spä­ teren Weiterverarbeitung oder zur Dokumentation gespeichert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Drehstellungsindikator (29) zur Definition eines Umdrehungs-Nullpunktes der Fadengruppe (17; 17') sowie durch einen über den Drehstellungsindikator (29) rücksetz­ baren Fadenzähler.

5. Zugkraftmeßeinrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßfühler (15, 15') eine Auflauframpe (34; 34') für den quer zur Fadenlaufrichtung über den Meßfühler (15; 15') bewegten Faden (10; 10') zugeordnet ist, und der Scheitel- oder Gipfelpunkt der Rampe (34; 34') die maximale Fadenaus­ lenkung definiert.