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Einrichtung zum kontaktlosen Aufsuchen und Beseitigen von
Garnverunreinigungen und abgeschwächten Stellen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum kontaktlosen Aufsuchen und Beseitigen von Garnverun- reinigungen und abgeschwächten Stellen, bei welcher das Garn zwischen den Elektroden eines Messkon- densators, der eine Koppelimpedanz eines Oszillators bildet, geführt ist und welche mit einer elektro- magnetischen Schneidevorrichtung ausgestattet ist. Mit dem Begriff Verunreinigungen werden dabei aus- geprägte Abweichungen von der Durchschnittsstärke bezeichnet, sowohl in positivem als auch in negativem Sinne, u. zw. von einem solchen Grössenwert, der bei der Weiterverarbeitung sowohl durch Weben als auch durch Stricken Störungen verursachen könnte, oder aber im Erzeugnis als Schönheitsfehler angesehen werden könnte.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung ist eine Vervollkommnung der Spulmaschine. Für diese Maschinen werden laufend mechanische Reiniger verwendet. Diese bestehen im Prinzip aus einstellbaren Spalten, durch die das Garn während des Spulvorganges hindurchläuft und die aus dem Garn die verstärkten Stellen, d. h. Noppen und Ähren, beseitigen. Die Erfahrung zeigt, dass die Funktion der mechanischen Reiniger unzureichend ist. Bei dichter Einstellung beschädigt der Reiniger das Garn, bei loser Einstellung hingegen wird nur ein kleiner Prozentsatz der zu beseitigenden Verunreinigungen aufgefangen. Ein weiterer Nachteil der mechanischen Garnreiniger ist die Tatsache, dass sie auf die abgeschwächten Stellen nicht reagieren.
Diese sind dann bei der Weiterverarbeitung die Ursache von Fadenbrüchen und verringern somit die Ausnützung der Webstühle oder der Strickmaschinen.
Es wird daher ein Garnreiniger benötigt, der besser arbeitet als der erwähnte mechanische Reiniger, u. zw. ein solcher, der das Garn nicht beschädigt und dabei verlässlich alle unzulässigen Verunreinigungen aufsucht. Den erwähnten Anforderungen kann nur ein solcher Fadenreiniger entsprechen, der imstande ist, die Garnstärke kontaktlos, aber dabei genau zu messen, und der die Messergebnisse augenblicklich auswerten und den zur Beseitigung der Verunreinigung nötigen Vorgang auslösen kann. Ein solcher Reiniger kann nur auf elektronischer Basis hergestellt werden.
Es ist ein allgemeines Merkmal der elektronischen Reiniger, dass das Signal aus dem Fühler nach seiner Verstärkung einen elektromagnetischen Schneidemechanismus in Tätigkeit setzt, der eine Unterbre- chung im Garn in nächster Nähe der Verunreinigung verursacht. Die Bedienung beseitigt dann die Verunreinigung aus dem Garn beim Anknüpfen, ohne diese lange suchen zu müssen.
Es gibt zwei kontaktlose Messverfahren von praktischer Bedeutung für das Messen der Garnstärke, u. zw. das photoelektrische und das kapazitive Verfahren.
Die photoelektrischen Garnreiniger sind im Grunde sogenannte photoelektrische Mikrometer. Das Garn läuft durch ein Lichtstrahlenbündel von einer Blende mit Spalte, deren Längsrichtung in Richtung des Garns läuft, hindurch.
In Abhängigkeit von den Veränderungen der Garnstärke wird in dieser Weise der auf die hinter der Spalte liegende Photozelle fallende Lichtstrahl moduliert. Die Photozelle leitet dann ein dem Garnstärkedurchmesser proportionales Spannungssignal weiter, das verhältnismässig gross ist, so dass die Photozelle
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direkt die Thyratrons steuern kann, in deren Anodenkreis der Elektromagnet des Schneidemechanismus eingeschaltet ist. Vom elektrotechnischen Standpunkt ist dieser Reiniger einfach, er wird aber durch seine Optik kompliziert, die in der Weise konstruiert ist, dass der Reiniger imstande ist, lange Verunreinigungen von kurzen und weiters Knoten und Höcker, deren Beseitigung unnötig ist, von langen Ähren usw. zu
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anspruchsvoll ist, was vom Standpunkt der notwendigen Reinhaltung des optischen Teiles durchaus ver- ständlich ist.
Bei der kapazitiven-Methode wird das Garn zwischen den Platten eines Messkondensators geführt, der als Luftkondensator ausgebildet ist. Durch die Veränderungen des Garnvolumens ändert sich die effektive dielektrische Konstante des gemischten Dielektrikums Luft-Garn und dadurch auch die Kapazität des Mess- kondensators. Die Kapazitätsänderungen werden dann durch die elektrischen Stromkreise in ein elektri- sches Signal übergeführt, das in üblicher Weise ausgewertet wird.
Eine der bekannten Ausführungen eines auf dem Kondensator-Prinzip aufgebauten Garnreinigers be- dient sich des physikalischen Gesetzes, welches besagt, dass sich bei konstanter elektrischer Ladung des
Kondensators die Spannung in linearer Abhängigkeit von seiner Kapazität ändert. Ein Nachteil dieses Ver- fahrens besteht darin, dass der Reiniger verhältnismässig kompliziert ist. Das hat einerseits seinen Grund darin, dass der Kondensator in dieser Schaltung ein sehr geringes Signal abgibt, dessen Grössenordnung 10 ¯2 - 10 -3 V beträgt, so dass der Reiniger einen teueren Verstärker benötigt, und anderseits darin, dass die Gleichspannungsquelle für den Messkondensator sorgfältig stabilisiert sein muss, falls das Schwanken der Versorgungsspannung sich nicht als falsches Signal offenbaren soll.
Die kapazitive Hochfrequenzmethode, die bei einem weiteren elektronischen Garnreiniger benutzt wird, ist dadurch charakterisiert, dass der Messkondensator einen Bestandteil eines Parallelresonanzkreises des Hochfrequenzoszillators bildet. Die von der Schwingungszahl abhängige negative Rückkopplung im Kathodenkreis der Oszillatorröhre überträgt die Schwingungszahländerungen des Oszillators mit äutomatischerBegrenzung der Amplitude in Veränderungen der Gittervorspannung und damit auch in Veränderun- gen des Anodenstromes. So entsteht bei dem Durchlauf des Garns durch den Kondensator im Anodenkreis der Elektronenröhre ein Signal, das nach Verstärkung bei einer bestimmten Grösse der Verunreinigung den Schneidemechanismus in Tätigkeit setzt.
Der Reiniger ist zwar hervorragend einfach, sein grosser Nachteil besteht jedoch darin, dass die Einstellung der Elemente des Schwingungskreises und der der negativen Rückkopplung äusserst kritisch und zeitlich unbeständig ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass det erwähnte Reiniger so wie die vorher erwähnten nur auf stärkere Stellen reagiert.
Es ist ferner eine analog aufgebaute elektronische Vorrichtung zur Kontrolle von Textilfäden bekannt, bei welcher der Messkondensator zusammen mit einer parallelgeschalteten Spule eine Koppelimpedanz des Oszillators bildet, wobei der bei Auftreten eines Fehlers im Faden vom Oszillator abgegebene Impuls über ein Thyratron die elektromagnetische Schneidevorrichtung betätigt. Auch diese Vorrichtung weist die zuletzt angeführten Nachteile, insbesondere den Nachteil der kritischen Einstellung der Elemente der Oszillatorschaltung, auf.
Diese Nachteile der bekannten Vorrichtungen werden bei der eingangs erwähnten Einrichtung erfindungsgemäss dadurch beseitigt, dass die vom Messkondensator gebildete Koppelimpedanz als eine Rückkoppelimpedanz zwischen Gitter- und Anodenkreis des Oszillators ausgebildet ist, wobei zur Weiterverarbeitung der durch Garnverunreinigungen verursachten Spannungsschwankungen am Oszillator diesem ein als Kathodenfolgestufe ausgebildeter Impedanztransformator nachgeschaltet ist, der mit einem die Schneidevorrichtung steuernden Multivibrator durch Dioden verbunden ist, mittels derer der Multivibrator sowohl auf positive als auch auf negative Impulse anspricht.
Das Schaltschema des Garnreinigers nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Vom Standpunkt des Schaltschemas besteht der Reiniger aus den folgenden Hauptteilen : Hochfrequenzoszillator 1, Impedanztransformator 2, monostabiler Multivibrator 3 mit dem Magneten des Schneidemechanismus 4.
Die Oszillatorröhre ist eine Triode 5. In ihren Anodenkreis ist ein Parallelresonanzkreis geschaltet, der von einer Spule 6 und einem Kondensator 7gebildet wird. Der Trimmer 8 dient zur Scharfabstimmung
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und im Gitterkreis nur eine Induktionsspule 9. Der Widerstand 10 und der Kondensator 11 dienen zur automatischen Begrenzung der Schwingungsamplitude. Der Messkondensator 12 bildet mit den zwischen den Elektroden der Elektronenröhre vorhandenen Kapazitäten eine positive Kopplung zwischen der Anode und dem Gitter der Elektronenröhre. Zwischen den Elektroden des Messkondensators läuft das zu prüfende Garn hindurch. Der Kondensator 13 trennt galvanisch den Messkondensator 12 von der Anodengleichspannung der Elektronenröhre 5 ab. Seine Anwesenheit ist nuraus Sicherheitsgründen notwendig.
Der Kondensator 14
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verbindet hochfrequenzmässig die Stelle 15 mit der Kathode. Der Oszillator wird von einer Gleichspan- nungsquelle mit einer im Bereich von 100 bis 250 V einstellbaren Spannung über den Widerstand 16 ge- speist. Bei Veränderungen des Anodenstromes der Elektronenröhre 5, die durch den Durchlauf von Verun- reinigungen im Garn durch den Messkondensator 12 hervorgerufen werden, entsteht an dem Widerstand 16 ein Spannungsabfall mit einer Wechselkomponente, die das elektrische Bild der Garnstärke ist. Die er- wähnte Wechselkomponente ist also mit andern Worten ein Signal für Garnverunreinigungen. Der Oszilla- tor hat eine Frequenz bis annähernd 10 MHz.
Über den Kondensator 17 wird das Signal dem Gitter der Elektronenröhre 18 zugeführt, die als Ka- thodenfolgestufe arbeitet. Der Widerstand 19 verringert die Anodenspannung der Elektronenröhre 18. Durch den Kondensator 20 ist ihre Anode für das Wechselsignal geerdet. Die Widerstände 21 und 22 bilden den
Arbeitswiderstand der Elektronenröhre 18. Sie bilden einen Spannungsteiler, aus dem über den Widerstand
23 die Steuergittervorspannung abgenommen wird. Die Kathodenfolgestufe hat in dem Schema die Be- deutung eines Impedanztransformators. Durch ihren niedrigen Ausgangswiderstand ist sie gut dem Ein- gangswiderstand des monostabilen Multivibrators 3 angepasst, der mit Flächentransistoren 24 und 25 be- stückt ist.
Der monostabile Multivibrator ist im Grunde ein zweistufiger Gleichstromverstärker mit Rückkopp- lung durch den Kondensator 26. Seine Betriebsbedingungen in Ruhestellung bzw. die Stromwerte der ein- zelnen Elektroden sind durch die Widerstände 27,28, 29, 30 und die Spannungen der Klemmen 31 und 32so eingestellt, dass in Ruhestellung der Transistor 24 des Multivibrators leitend und der Transistor 25 nichtlei- tend ist. In Ruhestellung fliesst also kein Strom durch die Wicklung der Schneidemagneten 4, der in den
Kollektorkreis des Transistors 25 geschaltet ist. Durch den Einfluss der Garnverunreinigungen werden vom
Oszillator bzw. von der Kathodenfolgestufe dem Multivibrator positive oder negative Impulse, je nach dem Charakter der Verunreinigungen, zugeführt.
Der Kondensator 33 überträgt die Impulse auf die Halb- leiterdioden 34 und 35, deren Gleichstromkreis mittels eines Widerstandes 40 geschlossen ist. Die weitere
Funktion hängt von der Polarität des Impulses ab. Falls dieser negativ ist (ein solcher Impuls entsteht dann, wenn das Garn eine abgeschwächte Stelle aufweist), läuft er durch die Halbleiterdiode 34 hindurch und sperrt den Transistor 24. Dadurch steigt die Spannung an seinem Kollektor, d. h. die Basis des Transistors
25 wird positiver. Der Transistor 25 öffnet spontan und bleibt so lange in leitendem Zustand, bis der Kon- densator 26 entladen ist. Dann tritt wieder spontan der Ruhezustand ein. Bei richtiger Dimensionierung der betreffenden Elemente fliesst der Strom durch den Schneidemagneten in einem genügend langen Zeitraum, um ein sicheres Durchschneiden des Garns herbeizuführen.
Durch den beschriebenen Vorgang wird das Aufsuchen von schwächeren Stellen im Garn erreicht. Falls anderseits im Garn eine stärkere'Stelle auftritt, entsteht am Ausgang der Kathodenfolgestufe 2 ein positiver Impuls. Dieser kann nur durch die Diode 35 durchlaufen. Er öffnet direkt den Transistor 25 und sperrt den Transistor 24 für einen Zeitraum, der wieder durch die Grösse des Kondensators 26 und der betreffenden Entladungselemente gegeben ist.
Der Reiniger ist somit imstande, sowohl auf dicke als auch auf dünne Stellen im Garn zu reagieren.
Die Schaltung gibt auch die Möglichkeit, dem Reiniger eine verschiedene Empfindlichkeit für Abweichungen in positivem und negativem Sinne zu erteilen. Zu diesem Zwecke genügt es, jede Diode getrennt über einen eigenen Kondensator zu speisen, der an einen zweckmässig gewählten Abgriff des Arbeitswiderstandes der Kathodenfolgestufe angeschlossen ist. Mit Vorteil kann in diesem Falle der Arbeitwiderstand durch ein Potentiometer für stufenlose Einstellung des Empfindlichkeitsverhältnisses ersetzt werden.
Die Reinigergruppe hat eine gemeinsame Spannungsversorgung, die nicht eingezeichnet ist. Diese führt der Klemme 36 des Reinigers regulierbare Anodenspannung im Bereich von 150 bis 250 V, der Klemme 31 eine Spannung von 12 V und endlich der Klemme 32 eine Spannung von 30 V zu. Alle Spannungswerte, die Heizspannung (6,3 V) für die Elektronenröhren 5 und 6 inbegriffen, sind durch einen magnetischen Stabilisator stabilisiert.
Durch die Wahl der Spannung an der Klemme 36 ändert sich die Leistung der Oszillatoren 1 der ganzen Reinigergruppe. Auf diese Weise kann man bei einer ganzen Gruppe die Empfindlichkeit aller Reiniger gemeinsam steuern.
Der Schneidemagnet 4 ist mit einem Schaltkontakt 37 ausgestattet, der den Impuls einem in der Zeichnung nicht dargestellten Zähler zum Registrieren der gefundenen Verunreinigung zuführt. Der Zähler ist mit der Stromquelle in Reihe geschaltet und mit den Klemmen 38 und 39 verbunden. Die Registrierung ist für die Beurteilung der Garnqualität wichtig. Die Registrierung ist für jeden Reiniger allein möglich, aber auch zentral für die ganze Reinigergruppe auf einer Maschine. Wirtschaftlich ist aber nur die zweite Alternative annehmbar.
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Im Reiniger können sowohl Vakuumelektronenröhren als auch Transistoren benutzt werden. Bei dem
Oszillator ist die Vakuumelektronenröhre bis jetzt in Anbetracht der hohen Schwingungszahl eine Not- wendigkeit. Voraussichtlich ist der Ersatz durch einen Transistor möglich. Die Elektronenröhre der Kathodenfolgestufe befindet sich mit der erstgenannten in einem gemeinsamen Kolben. Es wäre natürlich auch möglich, mittels Vakuumelektronenröhren einen entsprechenden Multivibrator herzustellen, aber im Hinblick auf die besseren Schaltungseigenschaften, kleinere Abmessungen, wirtschaftlicheren Betrieb und längere Lebensdauer wurden Transistoren bevorzugt. Es wurden Transistoren vom Typ n-p-n benutzt.
Es können gleich gut auch Transistoren vom Typ p-n-p benutzt werden, falls natürlich die entsprechenden Abweichungen in der Polarität der Speisungsquellen, der Dioden und der elektrolytischen Kondensatoren berücksichtigt werden.
Der Reiniger ist durch höchst wirtschaftlichen Betrieb gekennzeichnet. In Ruhestellung ist sein Verbrauch kleiner als 3 W. Ausser der Fähigkeit, auf dicke und dünne Stellen im Garn zu reagieren, ist die Stabilität aller Stromkreise ein grosser Vorteil.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum kontaktlosen Aufsuchen und Beseitigen von Garnverunreinigungen und abgeschwäch- ten Stellen, bei welcher das Garn zwischen den Elektroden eines Messkondensators, der eine Koppelimpedanz eines Oszillators bildet, geführt ist und welche mit einer elektromagnetischen Schneidevorrichtung ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelimpedanz als eine Rückkoppelimpedanz zwischen Gitter- und Anodenkreis des', Oszillators ausgebildet ist, wobei zur Weiterverarbeitung der durch Garnverunreinigungen verursachten Spannungsschwankungen am Oszillator diesem ein als Kathodenfolgestufe ausgebildeter Impedanztransformator (2) nachgeschaltet ist, der mit einem die Schneidevorrich tung (4) steuernden Multivibrator (3) durch Dioden (34, 35) verbunden ist, mittels derer der Multivibrator (3)
sowohl auf positive als auch auf negative Impulse anspricht.