Untersuchung periodischer Streckwerksfehler

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1 Research Collection Doctoral Thesis Untersuchung periodischer Streckwerksfehler Author(s): Peyer, Balthasar Publication Date: 1961 Permanent Link: Rights / License: In Copyright - Non-Commercial Use Permitted This page was generated automatically upon download from the ETH Zurich Research Collection. For more information please consult the Terms of use. ETH Library

2 Prom. Nr Untersuchung periodischer Streckwerksfehler VON DER EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE IN ZÜRICH ZUR ERLANGUNG DER WÜRDE EINES DOKTORS DER TECHNISCHEN WISSENSCHAFTEN GENEHMIGTE PROMOTIONSARBEIT VORGELEGT VON Balthasar Peyer dipl. Masch.-Ing. ETH von Schaffhausen Referent: Korreferent : Herr Prof. Dr. E. Honegger Herr Prof. Dr. W. Saxer Zürich 1961 Dissertationsdruckerei Leemann AG

3 für einen Klemmpunkt formulierten Mengenstromgleichung : M0«l(')/*2(*)«2(*) (3-1) 9 Zusammenfassung 9.1 Die theoretische Untersuchung Die Untersuchungen in den vier theoretischen Kapiteln sind auf das Ziel ausgerichtet, eine einfache numerische Abschätzung der Auswirkung einer bekannten Fehlbewegung eines Streckwerkorgans auf theoretischem Wege zu ermöglichen. Die wesentlichen Annahmen und Resultate sollen hier in gedrängtester Form zusammengefaßt werden. Die Modellvorstellung des Faserverbandes wird in Kap. 2 entwickelt. Anhand des Faserverbandes wird der Begriff der Ungleichmäßigkeit am Bei spiel der Grenzungleichmäßigkeit für verschiedene Stapelformen genauer be trachtet. Dabei werden den längs des Faserverbandes gesetzmäßig verteilten Faserspitzen Faserlängen zugeordnet, und es wird untersucht, mit welcher Wahrscheinlichkeit eine bestimmte Anzahl Fasern in einem Querschnitt ge funden wird. Dieses Vorgehen dient im wesentlichen als Basis für die Behand lung der harmonischen Störungen der Faserspitzenanordnung (Kap. 4). in Kap. 2 unter Berücksichtigung der Stapelform gewonnene die Grenzungleichmäßigkeit : Der Ausdruck für CVnm(km) -^V2~-K + ÖfiÖ*^h (2.13) wird im folgenden nur noch in Kap. 5 bei der Untersuchung des Idealspek trums gebraucht. Bei der Auswertung von Spinnversuchen kommt die Anwen dung der Grenzungleichmäßigkeit hauptsächlich beim Vergleich verschiedener Spinn verfahren (vgl. [10]) in Frage. In Kap. 3 wird untersucht, welche Störungen der Faserspitzenanordnung durch fehlerhafte Bewegungen von Streckwerkorganen entstehen. Als Modell vorstellung dient dabei der Faserverband mit regelmäßig angeordneten Faser spitzen, welcher einem idealisierten, aber harmonisch gestörten Verzug unter worfen wird. Mit Hilfe der jeweils wird die gestörte Faserspitzenanordnung beschrieben. Die Störung der Anord nung nach dem Verzug läßt sich am einfachsten als relative Abweichung Q* (t) der Faserspitzendichte von ihrem Durchschnitt darstellen. Die harmonische Schwankung der Umfangsgeschwindigkeit im Klemm punkt wird durch die relative Amplitude Q der Winkelgeschwindigkeits- Schwankung des Zylinders charakterisiert. Die Zweckmäßigkeit dieser Dar- 115

4 Stellung geht aus Abschnitt 3.2 hervor, in welchem gezeigt wird, daß diese der relativen Grundkreis-Exzentrizität eines Zahn relative Amplitude Q gleich rades ist, und daß die Größe Q auch bei der Übertragung räder erhalten bleibt. durch weitere Zahn Bei kleinen harmonischen Schwankungen der Umfangsgeschwindigkeit eines Zylinders kann die Störung der Faserspitzendichte nach dem Verzug in allen Fällen mindestens angenähert als harmonisch betrachtet werden. Die in den Abschnitten 3.3 bis 3.5 gewonnenen Ausdrücke für die relative Amplitude der angenähert harmonischen Faserspitzendichte-Schwankung kurz zusammengefaßt: Störung nur am hintersten Zylinder: Q ß2 (entsprechend Gleichung (3.13)). seien nochmals Störung nur am Vorderzylinder: und für größere Störungen: ßj* Qx (3.20) ß* n^r (3-21) Störung nur am mittleren Zylinder des Dreizylinder-Streckwerkes: Q* f 1 +Q2] [1 +ß2* {A <*)] -1 (entsprechend Gleichung (3.31)), woraus später folgt: Qf 2\Aa\Q2. (6.3) Die Störung der Faserspitzenanordnung durch schwankende Zylinder-Um fangsgeschwindigkeit ist also unabhängig von der Höhe des durchschnittlichen Verzuges Vlh, hingegen wirken sich die Störungen bei verschiedenen Zylindern unterschiedlich aus. Die periodischen Klemmpunkts-Wanderungen (Abschnitt 3.6) werden eben falls als harmonisch angenommen. Auch hier erweist sich die Charakterisierung der Störungsursachen durch die relative Exzentrizität E des Druckrollers oder des Zylinders und durch die relative Amplitude B der Riff elbreite-schwankung als zweckmäßig. Aus den für den vordersten Klemmpunkt formulierten Mengenstromgleichungen werden folgende relative Amplituden der Faserspitzendichte gefunden: Bei Druckroller-Exzentrizität: Q* VlhE r^l (entsprechend Gleichung (3.36) ). Bei Zylinder-Exzentrizität: Q* VlhE ^ (entsprechend Gleichung (3.37) ). 116

5 Bei Schwankung der Riffelbreiten: Q* VthB\ (entsprechend Gleichung (3.43) ). Die Störung der Faserspitzenanordnung nach dem Verzug ist proportional zur Größe der Störungsursache, also nicht nur sondern auch proportional zur Höhe des durchschnittlichen Verzuges Vth ; besonders gefährdet vordere Klemmpunkt des Haupt-Streckfeldes. Als entscheidender Schritt wird in Kap. 4 die ist daher der Ungleichmäßigkeit infolge harmonischer Störung der Faserspitzenanordnung berechnet. Die Berechnungs methode wird dabei weitgehend dem vorbereitenden Kap. 2 entnommen. Als wesentliches Resultat der theoretischen Untersuchung ergibt sich die Abhän gigkeit der Störungsauswirkung von der relativen Wellenlänge A der Störung und von der Stapelform. Die Ungleichmäßigkeit infolge der durch Q} charak terisierten Störung wird mit dem Empfindlichkeitsfaktor fcv (resp. / ) be schrieben : CVicv /«-^, ^f- (4-33) (4-35) Die Empfindlichkeitsfaktoren werden bestimmt für 4.4) sowie für Rechteck- und Dreieck-Stapel (Abschnitt 4.5). Die Wellenlängen-Abhängigkeit der Störungsauswirkung Trapezstapel (Abschnitt war an sich schon bekannt (vgl. [3], [4], [9], [21]), wobei aber der numerische Zusammenhang mit der Ungleichmäßigkeit nicht angegeben werden konnte. Die theoretische Untersuchung schließt mit der genaueren Betrachtung der Zerlegung der Gesamtungleichmäßigkeit nach Wellenlängen mit Hilfe des Uster-Spektrogramms. Nach der Beschreibung der wesentlichen Eigenschaften der Spektrumsfunktion und des Uster-Spektrogrammes wird die Methode dargestellt, nach welcher ein periodischer Ungleichmäßigkeitsanteil bestimmten Wellenlänge isoliert und numerisch angegeben bei einer werden kann. Bei diesen Überlegungen ergibt sich nebenbei eine neue Betrachtungsweise für das Idealspektrum, aus welcher sich der Zusammenhang mit dem Emp findlichkeitsfaktor ergibt. Zur Vermeidung komplizierter Ausdrücke wird dieser Zusammenhang nur für den besonders einfachen Rechteckstapel dargestellt. 9.2 Experimentelle Untersuchungen und Vergleich mit der Theorie Die Versuche richten sich nach dem Prinzip, daß die Auswirkung einer Störungsursache bekannter Größe untersucht wird. Die Spinnversuche auf einer Rieter-G 4-Ringspinnmaschine mit R 2 R- 117

6 Streckwerk erstrecken sich auf Störungen der Umfangsgeschwindigkeit des vorderen und des mittleren Zylindres und auf periodische Klemmpunkts - Wanderungen infolge exzentrischer Druckroller. Als direkte Auswirkung der absichtlich erzeugten Störung wird der ent sprechende periodische Ungleichmäßigkeitsanteil aus dem Uster-Spektrogramm bestimmt. Es zeigt sich, daß Ungleichmäßigkeitsanteile unter 0,75 Us % bis 1,0 Us % im Spektrogramm praktisch nicht mehr auffallen; Störungs ursachen, die keine größeren Ungleichmäßigkeitsanteile verursachen, können also in der Regel als zulässig betrachtet werden. Mit Hilfe des in Abschnitt 6.1 beschriebenen Störgetriebes können ange nähert harmonische Schwankungen der Umfangsgeschwindigkeit eines Zylin ders erzeugt werden. Dabei ist die Wellenlänge der Störung frei wählbar, und die Störungsamplitude kann in weiten Grenzen variiert werden. Die Aus wirkungen solcher Störungen am Vorderzylinder werden in den Versuchsreihen A bis D untersucht (Abschnitt 6.2). Die im Spektrogramm gemessenen peri odischen Ungleichmäßigkeitsanteile Us % zeigen eine gute Übereinstimmung mit der theoretischen Erwartung. Der Empfindlichkeitsfaktor, d. h. der in Kap. 4 hergeleitete Zusammenhang zwischen Größe und Auswirkung einer harmonischen Störung, wird also durch diese Versuche experimentell bestätigt. Durch den Einsatz des gleichen Störgetriebes am mittleren Zylinder wird in den Versuchsreihen E und F die experimentelle Bestätigung schen Überlegungen in Kap. 3, Abschnitt 3.5, gesucht. Dort ergab der theoreti sich die eigenartige Erwartung, daß sich die Störung nicht auswirkt, wenn die Strecke a zwischen den Klemmpunkten des vorderen Streckfeldes einem ganzen Viel fachen der Störwellenlänge (vor dem Verzug) entspricht, und daß die Aus wirkung verstärkt ist, wenn die Strecke a einer ungeraden Anzahl halber Wellenlängen entspricht. Da jedoch die dabei maßgebende Größe \A a\ nicht einfach eingestellt werden kann, sondern nur durch genaues Nachmessen der Versuchsbedingungen ermittelt werden konnte, ergibt sich aus den Versuchs reihen E und F nur die qualitative Feststellung, daß bei kleinen Werten \A <x\ (d.h. 0< zla <0,5) eine abgeschwächte Störungsauswirkung gefunden wird. Die Störung der Winkelgeschwindigkeit durch Getriebezahnräder kann nach dem Einflanken-Abrollprüfverfahren ermittelt werden. Die Ausmessung von Zahnrädern aus normalen Streckwerken auf der Prüfmaschine der Firma Maag, Zürich (Kap. 7, Abschnitt 7.1), ergibt jedoch so kleine Störungen der Winkelgeschwindigkeit, daß keine meßbare periodische Ungleichmäßigkeit zu erwarten ist. In der Versuchsreihe G wird ein Getriebezahnrad mit verschiedenen Exzen trizitäten im Streckwerk verwendet. Die Exzentrizitäten des Grundkreises werden absichtlich so groß gewählt, daß die Auswirkungen im Spektrogramm sicher zu sehen sind. Die aus den Spektrogrammen ermittelten periodischen 118

7 Ungleichmaßigkeitsanteile zeigen der Theorie. dabei die erwartete Übereinstimmung mit Dieser Befund deckt sich aber nicht mit den Erfahrungen der Praxis. Immer wieder treten Falle auf, in welchen Zahnrader (vorwiegend etwas abgenutzte Exemplare mit sehr kleinen Zahnezahlen) eindeutig als Ursache wesentlicher periodischer Ungleichmaßigkeitsanteile im Spektrogramm nachgewiesen wer den können. Periodische Klemmpunktswanderungen werden in den Versuchsreihen H, J und K (Kap. 8) unter Verwendung exzentrisch geschliffener Druckroller untersucht. Sowohl das Schleifen, als auch die Ausmessung von Druckrollern bringen einige Probleme mit sich, die Versuchsbedingungen werden daher m Abschnitt 8.2 naher betrachtet. Die Anwendung höchster Hauptverzuge laßt zunächst die Gefährlichkeit periodischer Riffelbreite-Schwankungen versuchen deutlich hervortreten (Abschnitt 8.3). Zu beachten ist, in Vor daß relativ häufig Druckroller angetroffen werden, deren Fehler zwar durch statische Messungen nicht erfaßbar sind, sich aber doch im Spektrogramm sehr deutlich auswirken. Solche Exemplare Durchführung der Versuchsreihen m Vorversuchen ausgeschaltet. wurden vor der Bei den Versuchsreihen zeigen die im Spektrogramm gemessenen peri odischen Ungleichmaßigkeitsanteile nur teilweise eine quantitative Überein stimmung mit der theoretischen Erwartung. Wahrend die Übereinstimmung bei 30-fachem Hauptverzug (Reihe K 3) im ganzen untersuchten Bereich gut ist sind die Auswirkungen auf den höheren Verzugsstufen bei genügend großer Exzentrizität wesentlich großer, d.h. als nach der Theorie erwartet wird. Die Übereinstimmung mit der Theorie ist aber im Bereich der zulassigen, der im Spektrogramm noch nicht wesentlich auffallenden periodischen Ungleichmaßigkeitsanteile in allen Fallen genügend. 9.3 Schlußfolgerungen Die wesentlichen Schlußfolgerungen, die sich aus den einzelnen Kapiteln ergeben, sollen hier kurz zusammengefaßt werden: 1. Die Große des periodischen Ungleichmaßigkeitsanteils, der von einer harmonischen Störung der Faser Spitzenanordnung herrührt, ist abhangig von der Wellenlange der Störung und von der Stapelform. Die numerische Be ziehung zwischen Ungleichmaßigkeitsanteil und Storungsamplitude ist den Empfindlichkeitsfaktor (Kap. 4) gegeben. 2. Bei Schwankungen der Umfangsgeschwindigkeit eines Zylinders durch ist die Große der direkten Auswirkung auf die Ungleichmaßigkeit unabhängig vom durchschnittlichen Verzug. 3. Die Auswirkung periodischer Klemmpunktswanderungen ist proportional 119

8 zur Amplitude der Wanderung und proportional zum durchschnittlichen Verzug. 4. Die zulässige Größe der Störungsursachen, welche noch keine wesentliche Auswirkungen auf die Ungleichmäßigkeit hat, kann nicht durch allgemein gültige Zahlenwerte festgesetzt werden. Hingegen kann der zulässige peri odische Ungleichmäßigkeitsanteil (welcher das Spektrogramm noch nicht wesentlich stört) vorgegeben werden. 5. Für periodische Ungleichmäßigkeitsanteile, die im Spektrogramm nicht sehr stark hervortreten, ergibt der Vergleich von experimentell bestimmtem Wert eine genügende Übereinstimmung Störungsursachen. und theoretisch bei allen untersuchten Aus dem vorgegebenen Wert des zulässigen periodischen Ungleichmäßigkeitsanteils kann also in jedem Fall die zulässige Größe der Störungsursache (nach den angegebenen Zusammenhängen) 6. Die festgestellten Fehler der Verzahnung wirkungen von Getriebezahnrädern erwarten. rechnerisch ermittelt werden. lassen keine sichtbaren Aus Die Auswirkung einer periodischen Schwankung der Zylinder-Umfangs geschwindigkeit mit bekannter Größe der Amplitude entspricht schen Erwartung. Bei den Spinnversuchen, wie auch bei der Prüfung die Anregung zusätzlicher Schwingungen räder ausgeschlossen. der theoreti von Zahnrädern, war durch fehlerhaft arbeitende Zahn Aus diesen Feststellungen ergibt sich der Schluß, daß sich fehlerhaft arbei tende Zahnräder dann gefährlich auswirken, wenn sie zusätzliche Schwingun gen von Streckwerksorganen anregen. Die in solchen Fällen zulässige Schwin gungsamplitude kann zwar wie bei den anderen Störungen ermittelt werden. Solche komplexe Schwingungserscheinungen können aber mit den hier ver wendeten Methoden nicht weiter untersucht werden. 7. Druckroller können Fehler aufweisen, die sich bei statischer Messung nicht zeigen, die sich aber im Betrieb auswirken. Die zulässige Auswirkung solcher Fehler kann zwar auch hier festgesetzt werden, wie dies für die Ver suche mit exzentrischen Druckrollern notwendig war. Die Untersuchung der Ursachen solcher dynamischer" Fehler kann aber mit den bisherigen Metho den nicht weiter verfolgt werden. 120