Elektro-optischer Fadenreiniger
Beim Spinnen von Textilfasern ist es unvermeidbar, dass stellenweise Querschnittsänderungen im Garn auftreten oder dass durch eingesponnene Fremdkörper (z. B. Baumwollschalen) der Querschnitt ver ändert wird. Die Querschnitte der von der Norm abweichenden Garnstellen können rund sein oder jede beliebige andere Form haben. Weicht der Querschnitt um einen gewissen Betrag vom Sollwert ab, so muss diese Stelle aus dem Garn entfernt werden, da sie andernfalls für das Garn einen erheblichen Qualitätsmangel darstellen würde.
Querschnittsabweichungen können, wenn es Verdickungen sind, durch die hinreichend bekannten mechanischen Fadenreiniger entfernt werden. Der mechanische Fadenreiniger besteht aus einer Metallplatte mit Schlitz, wobei der Schlitz dem Sollwert des Garndurchmessers angepasst ist. Läuft der Faden beim Umspulen durch den Metallschlitz, so wird eine Verdickung hier eingeklemmt und abgerissen.
Die Praxis hat aber gezeigt, dass der mechanische Fadenreiniger die Querschnittsfehler im Garn nur unvollkommen entfernt. Der Hauptgrund liegt darin, dass Querschnittsfehler nicht nur als runde Verdickungen auftreten, sondern häufig als flache oder gequetschte Stellen erscheinen, in welchen Fällen der Garndurchmesser in einer Richtung überhaupt nicht vom Sollwert abweicht oder diesen sogar unterschrei- tet. Es ist leicht einzusehen, dass derartige Fehler den Schlitz des Fadenreinigers meistens ungehindert passieren können.
Diese und andere Mängel des mechanischen Fa denreinigerss haben in den letzten Jahren zur Entwicklung von photoelektrischen Fadenreinigern geführt. Bei einem solchen wird der Faden im Prinzip zwischen einem lichtelektrischen Empfänger (Photozelle oder Photoelement) und einem Lichtsender, beispielsweise einer Glühlampe mit Sammellinse, hin durchgeführt. In dem von der Sammellinse ausgehenden, parallelen Lichtstrahlenbündel wird ein Teil des Lichtes von dem durchlaufenden Faden abgedeckt, so dass der Querschnitt des Fadens als Schatten auf den Lichtempfänger projiziert wird. Querschnitts änderungen des Fadens verändern somit die vom Lichtempfänger aufgenommene Lichtmenge und werden von diesem als Spannungs oder Stromänderungen wiedergegeben. Solche Signaländerungen können nach entsprechender Verstärkung z.
B. zur Auslösung einer elektromagnetischen Schneideinrichtung benutzt werden.
Mit dieser einfachen photoelektrischen Einrichtung werden flache oder gequetschte Querschnittsfehler aber auch nur dann richtig erfasst, wenn sie quer zur Strahlenrichtung stehen; liegt der gleiche Fehler hingegen parallel zu den Lichtstrahlen, so wird weder der Schatten des Fadens verändert noch ein Signal abgegeben. Für die Erkennung und Diskriminierung, d. h. Ausscheidung der Querschnittsfehler nach bestimmten zulässigen Grössen, ist es jedoch unbedingt erforderlich, dass ein bestimmter Garnfehler in jeder beliebigen Lage zum Lichtstrahl ein wenigstens annähernd gleich grosses elektrisches Signal bewirkt.
Diese Forderung hat zum Bau von photoelektrischen Einrichtungen mit zwei oder mehreren sich kreuzenden Lichtstrahlen geführt, wobei der Faden deren Kreuzungszone durchläuft und demnach einen mehrfachen Schatten auf den oder die Lichtempfänger wirft (siehe z. B. belgische Patentschrift Nr. 597 995 oder DDR-Patentschrift Nr. 8834).
Wird bei zwei sich rechtwinklig achneidenden Strahlenbündeln in deren Kreuzungszone eine flache Querschnittsverdickung um 900 um die Faden-Längsachse verdreht, so ergeben sich zwar für-ldiese beiden Stellungen gleiche Lichtabdeckung und Signalgrösse. Wird der gleiche Querschnittsfehler jedoch nur um 450 verdreht, so wird in den beiden Lichtstrahlen je die Lichtmenge entsprechend sein 450 = 0,7 ge ändert, so dass der Lichtempfänger in beiden Lichtstrahlen insgesamt eine Licht änderung von 2 sin 450 = 1,4 wahrnimmt, d. h. das Signal ist etwa 40% grösser als im erstgenannten Fall. Diese Anisotropie der Anordnung schliesst aber eine exakte Messung und Diskriminierung nach Fehlergrössen aus.
Sie hat nämlich zur Folge, dass gleiche Fehler je nach Winkellage verschieden gross wahrgenommen werden und somit in verschiedene Reinigungsstufen entfallen, weshalb ein vorgewählter Reinigungsgrad nicht die gewünschte Garnqualität liefert. Abweichungen von + 10% vom vorgewählten Reinigungsgrad entsprechen in der Praxis bereits einer anderen Reinigungsstufe und damit einer anderen Qualitätsklasse.
Eine weitere Verbesserung lässt sich zwar erreichen, wenn drei Lichtstrahlen unter je 600 den Faden abtasten, aber auch dann verbleibt noch eine störende Anisotropie. Drei oder noch mehr sich kreuzende Lichtstrahlen sind zwar theoretisch möglich, aber in der praktischen Ausführung werden der optische Aufwand und die Abmessungen des Gerätes viel zu gross.
Den mit gerichteten Lichtstrahlen arbeitenden photoelektrischen Fadenreinigern haften aber noch anderweitige Mängel an: Damit Lageänderungen des Fadens quer zur Laufrichtung in der Kreuzungszone der Strahlenbündel keine Ungleichmässigkeit des Signals verursachen, müssen homogene, parallele Lichtstrahlenbündel angewendet werden. Für die Erzielung paralleler Lichtstrahlen ist aber, ausser der Sammeloptik, eine punktförmige Lichtquelle die wichtigste Voraussetzung. Diese gibt es in der Praxis aber kaum oder ist nur sehr aufwendig herzustellen.
Die üblicherweise in Fadenreinigern verwendeten Kleinglühlampen sind jedenfalls, bedingt durch den konstruktiven Aufbau des Glühfadens, von einer punktförmigen Lichtquelle weit entfernt. Dies bedeutet, dass das geforderte parallele Strahlenbündel nur in grober Annäherung erreicht werden kann, wodurch es zu weiteren Ungenauigkeiten bei der Abtastung der Garnfehler kommt.
Beim Durchlauf des Fadens ist mit erheblichem Staubanfall zu rechnen, der hauptsächlich aus kleinen Faserteilehen, Flusen, Baumwollschalen und anderem besteht. Dieser Staub lagert sich teilweise auf Photozellen, Optiken usw. ab, was zu einer Verminderung der Lichtmenge führt. Um keinen Empfindlichkeitsverlust zu erleiden, werden verschiedentlich elektronische Kompensations oder Regelschaltungen angewendet. Derartige Anordnungen arbeiten aber nur so lange genau, als sich der Staub über Optik oder Photozelle annähernd homogen ablagert. Befindet sich hingegen auf einer Stelle Ider optischen Elemente ein einzelner grösserer Schmutzteil, so wird dieser durch die gerichteten Strahlen als Schatten abgebildet, d. h. im Strahlengang erscheint ein Loch oder eine dunkle Stelle.
Läuft eine Fadenverdickung durch diese Stelle des Lichtstrahles, so wird ein vollkommen falscher Wert gemessen und der Fahler nicht ausgeschieden.
Werden zwei sich rechtwinklig kreuzende Strahlenbündel verwendet, die durch Umlenkung an einem um 450 geneigten Spiegel erzeugt werden, so gelangt das am Faden in der Kreuzungszone reflektierte Licht teilweise mit auf die Photozelle; dadurch ergeben sich Unterschiede im Messresultat, je nachdem es sich um ein dunkles oder helles Garn bzw. Fehlerstelle handelt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, die geschilderten Mängel der mechanischen und bekannter photoelektrischer Fadenreiniger zu beseitigen. Sie betrifft einen elektrooptischen Fadenreiniger, bei dem der Faden zwischen einem Lichtsender und einem Lichtempfänger hindurchgeführt wird. Das erfindungsgemässe Kennzeichen dieses Fadenreinigers liegt darin, dass als Lichtsender ein dem Faden benachbarter, flächenhafter diffuser Strahler verwendet ist, der den Faden über einen stumpfen Winkel beleuchtet.
Nachstehend werden verschiedene beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes anhand der Zeichnung erläutert.
Fig. 1 und 2 stellen zwei unterschiedliche prinzipielle Anordnungen schematisch dar.
Fig. 3 zeigt ein auf dem Prinzip nach Fig. 2 beruhendes Ausführungsbeispiel, und
Fig. 4 und 5 zeigen eine konstruktive Ausgestaltung in Seiten- bzw. Stirnansicht.
Bei den Fadenreiniger-Anordnungen nach Fig. 1 und 2 wird von der Lichtquelle 1 über eine Sammellinse 2 ein Körper 3a bzw. 3b beleuchtet. Bei dem letzteren handelt es sich um prismatische Körper aus diffus durchscheinendem Material, beispielsweise aus milchig getrübtem Plexiglas. Der Körper 3a hat die Form eines halbkreisförmig gebogenen Streifens von überall gleicher Dicke, währenddem der Körper 3b den Querschnitt eines Kreissegmentes aufweist. Gegenüber den genannten Körpern ist als flächenhaft ausgebildeter Lichtempfänger eine Photozelle oder ein Photoelement 5 angeordnet.
Zwischen dem diffus streuenden Körper 3a bzw. 3b und dem relativ nahe benachbarten Lichtempfänger 5 wird der zu prüfende Faden 6 hindurchgeführt; bei der Anordnung nach Fig. 1 verläuft er in der Achse der durch den Körper 3a gebildeten Zylinderfläche.
Die dem Faden 6 zugekehrte Fläche 4a bzw. 4b des Körpers 3a bzw. 3b ist als sekundäre Lichtquelle aufzufassen, die den Faden unter einem möglichst stumpfen Winkel, a also annähernd über den halben Umfang beleuchtet. Die Photozelle 5 ist dabei so zu dimensionieren, dass sie vom Faden aus gesehen wiederum unter etwa dem gleichen Winkel erscheint. Dies wird durch relativ geringe Abstände zwischen dem Faden einerseits und dem Körper 3 bzw. der Photozelle 5 erreicht.
Nachdem das Licht von der Glühlampe 1 den
Opalglaskörper 3a bzw. 3b durchlaufen hat, tritt es an der Fläche 4a bzw. 4b gegen den Faden hin; völlig diffus gestreut aus, d. h. es ist keine bevorzugte Strahlenrichtung vorhanden, und es entsteht deshalb keinerlei definierte Abbildung oder Schatten des Fadens 6 auf dem flächenhaften Lichtempfänger 5.
Querschnittsänderungen des Fadens 6 haben deshalb über die ganze Fläche des Lichtempfängers verteilte Helligkeitsänderungen zur Folge, weshalb sich örtliche Empfindlichkeitsunterschiede oder Lageänderungen des durchlaufenden Fadens in keiner Weise auswirken. Da der Faden unter einem Winkel von annähernd 1800 gleichmässig diffus angestrahlt wird, ist auch die Form und die Richtungslage der Querschnitts abweichungen völlig gleichgültig, und der Anordnung haftet keine Anisotropie an, wie sie bei Fadenreinigern mit gerichteten Lichtstrahlen unvermeidlich ist.
Voraussetzung für die Eliminierung der -Aniso- tropie ist, dass der Faden 6 über den gesamten Winkel a mit mindestens annähernd der gleichen Lichtintensität angeleuchtet wirdi. Beiden Anordnungen nach Fig. 1 und 2 wird dies auf unterschiedliche Weise erreicht. Da der annähernd homogen ange strahlte Körper 3a überall gleiche Dicke aufweist, ist die Intensität der diffus austretenden Strahlung an jeder Stelle der Austrittsfläche 4a gleich. Da ferner diese Fläche 4a überall den gleichen Abstand vom Faden 6 hat, ist die erwähnte Bedingung mit sehr guter Annäherung erfüllt.
Bei dem nach Fig. 2 geformten Körper 3b ist hingegen die Dicke gegen die beiden Ränder hin geringer und dementsprechend die Austrittsintensität an den Rändern der Fläche 4b grösser. Anderseits ist aber auch der Abstand dieser Randpartien vom Faden 6 beträchtlich grösser als. die Distanz der weniger intensiv strahlenden Mittelpartie der Fläche 4b.
Diese beiden Erscheinungen wirken einander im ausgleichenden Sinne entgegen, so dass an jeder angeleuchteten Stelle des Fadens 6 über den ganzen Winkel a wiederum annähernd gleiche Helligkeit herrscht. Durch geeignete Formgebung im Querschnitt des Körpers 3b und unter Berücksichtigung der Lichtdurchlässigkeit des verwendeten Opalinaterials können verbleibende Inhomogenitäten ausgeglichen werden.
Die Fig. 3 zeigt eine besonders vorteilhafte und raumsparende Anordnung der optischen Elemente des Fadenreinigers. Ein geschnitten gezeichneter Körper 11 aus klar durchsichtigem Material, beispielsweise Plexiglas , weist eine Ausnehmung 12 auf, welche den Kolben einer Glühlampe 10 aufnimmt.
An der einen Stirnseite des vorzugsweise prismatischen Körpers 11 ist ein Körper 14 aus lichtdurchlässigem, aber diffus streuendem Material eingesetzt, dessen Lichtaustrittsfläche 15 wiederum dem Faden 6 bzw. dem flächenhaften Lichtempfänger 5 zugekehrt ist. An den übrigen Seitenflächen ist der Körper 11 mit einer diffus reflektierenden Schicht 13, vorzugsweise mit einem deckenden, weissen Farbanstrich überzogen. Diese Massnahme bewirkt, dass trotz der räumlichen Nähe der Glühlampe 10 der Körper 14 weitgehend homogen angeleuchtet wird.
Der Querschnitt des Körpers 14 ist nach dem Prinzip gemass Fig. 2 gestaltet, doch könnte selbstverständlich auch ein nach Art des Körpers 3a in Fig. 1 geformter Teil eingesetzt werden. Bei einer gezeigten Anordnung wird praktisch der gesamte Lichtstrom der Lampe 10 ausgenützt.
Die Fig. 4 und 5 zeigen etwa in natürlicher Grösse eine konstruktive Ausgestaltung des vollständigen Fadenreinigers. Ein vorzugsweise als Spritzgussteil ausgebildetes, metallisches Gehäuse 20, welches mit einem seitlichen Deckel 21 verschlossen ist, ist mit einer Fadenführungsöse 23 versehen, in welche der Faden durch einen Gehäuseschlitz 22 eingeführt wird. Die gesamte optische Einrichtung ist in unmittelbarer Umgebung der Fadenführung 23 untergebracht. An einem Winkel 24, welcher, wie strich punktiert angedeutet, ausgeschwenkt werden kann, sind die Teile 26 und 27 befestigt, welche den Teilen 11 und 14 in Fig. 3 entsprechen. Auf der anderen Seite der Fadenführung 23 ist die Photozelle untergebracht (nicht eingezeichnet). Die Glühlampe 28 sitzt in einer im Gehäue 20 befestigten Fassung.
Bei ausgeschwenktem Winkel 24 lassen sich die optischen Teile bequem reinigen und nötigenfalls die Glühlampe 28 auswechseln. Zur Kontrolle der Glühlampe ist im Winkel 24 ein Stift 28 aus durchsichtigem Material, beispielsweise rot eingefärbtem Plexiglas , eingesetzt, welcher bis zu dem den Lampenkolben aufnehmenden Hohlraum ragt. Wie bei 30 angedeutet, ist im Gehäuse ferner ein verschiebbares, von einem Elektromagneten zu betätigendes Messer eingesetzt, welches auf die Durchlaufstelle des Fadens gerichtet ist und, falls eine auszuscheidende Fehlerstelle registriert wird, den Faden durchtrennt. Dank dem ausserordentlich geringen Platzbedarf der optischen Einrichtung ist es möglich, auch den gesamten Verstärker für das vom Lichtempfänger abgegebene Signal sowie den Elektromagneten für die Messerbetätigung im Gehäuse 20 unterzubringen.
Wie die vorstehende Beschreibung erkennen lässt, sind durch die erfindungsgemässe Anwendung des diffusen Lichtstrahlers für die Fadenabtastung die eingangs angeführten Mängel bekannter lichtelektrischer Fadenreiniger, welche mit gerichteten Lichtstrahlen arbeiten, behoben. Die diffuse, homogene Beleuchtung erzeugt keinerlei definierte Abbildung des Fadens und der Fehlerkonturen auf dem Lichtempfänger, sondern es entsteht bei Querschnittsände- rungen des Fadens eine gleichmässig über die gesamte Oberfläche des flächenhaften Lichtempfängers verteilte Änderung der Lichtintensität. Das vom flächenhaften diffusen Lichtstrahler ausgehende Licht hat keine bevorzugte Strahlenrichtung, sondern der Faden wird über den gesamten Winkel von annähernd 1800 aus allen Richtungen gleichmässig angeleuchtet.
Ein grosser Vorteil ist auch, dass der Aufwand an optischen Teilen gering ist; insbesondere sind keine genau gearbeiteten, teuren Teile wie Linsen, Spiegel und dergleichen erforderlich.
Ausser den dargestellten, bevorzugten Ausfüh rungsformen des diffusen Lichtsenders sind ; selbstver- ständlich auch andere diffuse, flächenhafte Strahler anwendbar. So könnte z. B. als Lichtaustrittsfläche ein sogenannter verlaufender Graukeil verwendet werden, d. h. eine teilweise durchscheinende Platte, deren Schwärzung in der Mitte (bei kleinstem Abstand zum Faden) am stärksten ist und gegen zwei parallele Ränder hin abnimmt, damit eine ausgeglichene Lichtintensität über den Winkel a erzielt wird.