Fadenwächter zur Ueberwachung des Fadenlaufes einer Textilmaschine
Fadenwächter an Textilmaschinen dienen dazu, den Fadenlauf zu überwachen, d. h. festzustellen, ob der Faden ordnungsgemäss läuft oder ob ein Fadenbruch aufgetreten ist. Die bekannten Fadenwächter sprechen entweder auf den beim Fadenbruch eintretenden Zusammenbruch der Fadenspannung an oder auf das Fehlen des Fadens. Diejenigen Fadenwächter, welche auf das Fehlen des Fadens ansprechen, haben den Nachteil, dass sie verhältnismässig spät oder gar nicht auf den Fadenbruch reagieren, da hierbei Voraussetzung ist, dass der Faden nach dem Fadenbruch auch aus dem Fadenwächter herausgleitet.
Bei denjenigen Fadenwächtern, welche auf den Zusammenbruch der Fadenspannung ansprechen, besteht die Möglichkeit, dass der Faden an einer Stelle reisst, die verhältnismässig weit von dem Fadenwächter entfernt ist, so dass die Fadenspannung nicht sofort verschwindet. Hierdurch entstehen ebenfalls Verzögerungen in der Abstellung.
Weiterhin besteht bei diesen Fadenwächtern die Möglichkeit, dass, beispielsweise bei einer Fachspulmaschine, der gebrochene Faden nach einem kurzen Stillstand ohne vollständigen Fadenspannungseinbruch von den übrigen Fäden mitgerissen und weiter aufgespult wird. Auch in diesem Fall würde der auf die Fadenspannung ansprechende Fadenwächter nicht mit Sicherheit ansprechen, da die Zeit des Fadenspannungseinbruches unter Umständen nur wenige Millisekunden betragen kann.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Fadenwächter mit extrem hoher Ansprechgeschwindigkeit zu entwickeln. Dabei beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass weder ein auf das Fehlen des Fadens ansprechender noch ein auf den Zusammenbruch der Fadenspannung ansprechender Fadenwächter hinreichend schnell reagieren kann, sondern dass es erforderlich ist, einen Fadenwächter zu entwickeln, der auf den Bewegungszustand des Fadens anspricht, d. h. also feststellt, ob der Faden läuft oder nicht bzw. ob die Fadengeschwindigkeit erheblich absinkt. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung gelöst durch ein am Faden anliegendes, von dem laufenden Faden in Schwingungen versetzbares Tastorgan, welches mit einem die mechanischen in elektrische Schwingungen umwandelnden Schwingungswandler verbunden ist.
Die Erfindung macht sich hierbei die Tatsache zunutze, dass ein bewegter Faden ein an ihm anliegendes Tastorgan ebenso in Schwingungen versetzen kann wie beispielsweise der Violinbogen die Violinsaite. Die so gewonnenen Schwingungen des Tastorgans können mit an sich bekannten Schwingungswandlern in elektrische Schwingungen umgewandelt werden. Als Schwingungswandler können beispielsweise Körperschallmikrophone oder Tonabnehmer-Systeme verwendet werden, die nach dem Prinzip des Kohlemikrophons nach dem kapazitiven, induktiven, magnetostriktiven oder piezoelektrischen Verfahren arbeiten.
Es ist aber auch möglich, die mechanischen Schwingungen des Tastorgans durch eine ruhende oder eine durch das Tastorgan in Schwingungen versetzte optische Schlitzblende in Lichtschwankungen umzuwandeln und diese wiederum mit Hilfe einer lichtempfindlichen Zelle in elektrische Schwingungen unzuwandeln. Grundsätzlich ist es also für das Grundprinzip der Erfindung gleich, welcher Art der Schwingungswandler ist, jedoch sind diejenigen Schwingungswandler, welche die höchste Ausgangsspannung liefern, zur Durchführung der Erfindung am geeignetsten, da sie nicht so anfällig gegen Störspannungen sind. Ausserdem können dann mehrere Geber beispielsweise mittels Diodengatter ohne Vorverstärkung auf einen gemeinsamen Schaltverstärker arbeiten, welcher den Fadenbruch anzeigt und vorzugsweise gleichzeitig die Maschine abstellt.
Die Art der von dem laufenden Faden in dem Tastorgan hervorgerufenen Schwingungen ist an sich beliebig. Für den Überwachungsvorgang können sowohl Resonanzschwingungen als auch andere Schwingungen des Tastorgans herausgezogen werden. Unter Umständen ist es bereits möglich, das Tastorgan durch die einzelnen vom Faden abstehenden Fäserchen allein durch das Anschlagen der einzelnen Fäserchen an das Tastorgan in Schwingungen zu versetzen.
Um extrem kurze Ansprechzeiten des Fadenwächters zu erreichen, gibt es verschiedene Wege. Einer dieser Wege besteht darin, dass ein Tastorgan verwendet wird, welches eine sehr hohe Resonanzfrequenz aufweist.
Wenn diese Resonanzfrequenz beispielsweise 5000 Hz oder mehr beträgt, so können die Ausschwingzeiten bei einem Fadenbruch auch ohne jegliche Dämpfungsmittel sehr kurz gehalten werden. Bei Systemen mit niedrigerer Resonanzfrequenz kann es vorteilhaft sein, zusätzliche Dämpfungsmittel anzuordnen. Schliesslich ist es aber auch möglich, eine kurze Ansprechzeit des Fadenwächters dadurch zu erreichen, dass das Tastorgan von dem Faden in Schwingungen versetzt wird, die erheblich unterhalb seiner Resonanzfrequenz liegen. Hierdurch entsteht ein aperiodisches Verhalten, welches die kurzen Abstellzeiten ermöglicht.
An Hand der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele sei die Erfindung näher erläutert.
In Figur 1 erkennt man den zu überwachenden Faden F, welcher mittels einer bereits vorhandenen oder zusätzlichen Fadenführung 1 über ein Tastorgan 2 geführt ist, welches aus einem schwingungsfähigen Stab besteht. An der vom Faden F berührten Stelle ist dieses Tastorgan mit einem elastisch befestigten Sinterkorundröhrchen 3 oder einem anderen abriebfesten Teil versehen, welches infolge seiner grossen Härte eine Abnutzung des Tastorgans verhindert. Das Tastorgan 2 ist mit einem Schwingungswandler 4 verbunden, welcher in diesem Fall aus einem piezoelektrischen Geber besteht. Dabei wird das Piezokristallplättchen 5 von dem Tastorgan 2 in Schwingungen versetzt. Diese Schwingungen rufen elektrische Spannungsschwankungen hervor, die an den Anschlusskontakten 6 abnehmbar sind. Das Piezokristallplättchen ist in an sich bekannter Weise in elastischen Halterungen 7 gelagert.
Zur Erzielung einer möglichst hohen Schwingungsdämpfung ist auch das Tastorgan 2 in einer elastischen Halterung 8 angeordnet.
Um Beschädigungen des Systems durch mechanischen Stoss oder dergleichen zu vermeiden, ist das Ende des Tastorgans 2 mit einer elastischen Auslenkbegrenzung 9 versehen, welche jedoch normalerweise die von dem laufenden Faden F hervorgerufenen Schwingungen des Tastorgans 2 bzw. des Sinterkorundröhrchens 3 nicht behindert.
Figur 2 zeigt einen nach dem gleichen Prinzip der Figur 1 arbeitenden Fadenwächter, wobei für die gleichen Teile die gleichen Bezeichnungen beibehalten sind. In diesem Fall wird jedoch der piezoelektrische Schwingungswandler 4 von einer Stirnseite aus erregt.
Die von dem Schwingungswandler ausgehenden elektrischen Schwingungen können mittels einer geeigneten Schaltung, wie sie beispielsweise in Figur 3 dargestellt ist, zur Anzeige des Fadenbruches, zur Abstellung der Maschine oder zur Auslösung automatischer Steuervorgänge herangezogen werden. Dabei ist in Figur 3 an einen Fadenwächter zur Überwachung einer Zettelmaschine gedacht, wobei jedem einzelnen aus dem Zettelgatter austretenden Faden ein Fadenwächter zuge ordnet ist. An die Klemmen El und E2 wird die von dem Schwingungswandler hervorgerufene elektrische Spannung angeschlossen. Dabei ist es gleichgültig, ob diese elektrische Spannung von einem piezoelektrischen Geber 10, einem induktiven Geber kl, einem magnetostriktiven Geber, einem Hallgenerator, einem kapazitiven Geber 12 oder einem Kohlemikrophon-Geber 13 stammt.
Der beschriebene Fadenwächter unterscheidet sich jedoch von den bekannten Fadenwächtern, wie beispielsweise den Fallnadeln, in einer grundlegenden Beziehung.
Bei den bekannten Fadenwächtern geschieht etwas, wenn der Faden reisst. Beispielsweise wird durch das Ausschwenken der Fallnadel ein Kontakt geschlossen.
Bei dem Fadenwächter nach vorliegender Erfindung hört jedoch etwas auf, nämlich die von dem laufenden Faden hervorgerufene Schwingung des Tastorgans. Um beispielsweise bei einem Fadenbruch den Spulvorgang abzustellen, muss aber wie bei einer Fallnadel etwas geschehen. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, bei dem Fadenwächter ein Umkehrglied einzusetzen. Dies wird auf folgende Weise erreicht:
Die Widerstände 14 und 15 sind über die Klemmen B1, B2 mit dem negativen bzw. positiven Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden. Solange der Faden läuft, wird von dem an die Klemmen El, E2 angeschlossenen Schwingungswandler bewirkt, dass über die Diode 16 an dem Punkt A eine positive Spannung anliegt, welche den Kondensator 20 auflädt und die zuständige Diode 17c des Diodengatters sperrt.
Bei einem Fadenbruch bricht die an den Klemmen El, E2 anliegende Spannung schlagartig zusammen. Dadurch kann die negative Spannung von der Anschlussklemme B1 über den Widerstand 14 durch die Diode 17c den für sämtliche Fäden gemeinsamen Schaltverstärker 18 aussteuern, welcher beispielsweise den Elektromagneten 19 zur Abstellung der Maschine erregt. Der Schaltverstärker 18 wird in an sich bekannter Weise ausgebildet und über die Anschlussklemmen C1, C2 an eine Stromquelle angeschlossen.
Man erkennt, dass lediglich die einfachen und preiswerten Teile links der strichpunktierten Linie D für jeden Faden einzeln angeordnet werden müssen, während die erheblich aufwendigeren Teile, insbesondere für den Schaltverstärker 18, nur einmal für sämtliche Fäden benötigt werden. Besondere Qualitätsanforderungen werden an den die mechanische Schwingungen in elektrische Schwingungen umwandelnden Schwingungswandler nicht gestellt, da es auf eine saubere Ubertragung der Schwingungsfrequenzen in dem vorliegenden Fall nicht ankommt. Es genügt, wenn die Schwingspannung bei allen Fadensorten einen Mindestwert immer übersteigt. Danach kann die Schwingspannung beliebig hoch sein. Der Grenzwert für die Mindestspannung wird dadurch bestimmt, dass während des Fadenlaufes am Punkt A eine ausreichend hohe positive Spannung anstehen muss, so dass die zugehörige Diode 17c gesperrt wird.
Wenn als Schwingungswandler ein Geber verwendet wird, welcher eine hochohmige Eingangsschaltung erfordert, beispielsweise ein piezoelektrischer Geber 10, so ist es vorteilhaft, für das Diodengatter 17 Siliziumdioden zu verwenden, besonders dann, wenn viele Fadenwächter über einen gemeinsamen Schaltverstärker 18 wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zusammengefasst werden sollen. Die Siliziumdioden entkoppeln dann die einzelnen Fadenwächter, so dass jeder Fadenwächter unabhängig von dem anderen ein eindeutig auf ihn bezogenes Schaltsignal an den Schaltverstärker 18 liefern kann und damit auch, beispielsweise bei einem Zettelgatter, eine Selektion des gebrochenen Fadens erreicht werden kann.
Schliesslich sei noch darauf hingewiesen, dass der Fadenwächter gemäss vorliegender Erfindung sich nicht nur zur Überwachung von Fadenhewegungen in Achsrichtung des Fadens eignet, sondern auch zur tJberwa- chung von Fadenbewegungen in anderer Richtung. So ist es beispielsweise möglich, auch die Changierbewegung des laufenden Fadens beispielsweise an den Fadenführungstrommeln einer Spulmaschine zu überwachen.
Thread monitor for monitoring the thread run of a textile machine
Thread monitors on textile machines are used to monitor the thread run, i. H. determine whether the thread is running properly or whether a thread breakage has occurred. The known thread monitors respond either to the breakdown of the thread tension or to the lack of thread. Those thread monitors which respond to the lack of thread have the disadvantage that they react relatively late or not at all to the thread breakage, since the prerequisite here is that the thread also slides out of the thread monitor after the thread breakage.
With those thread monitors that respond to the breakdown of the thread tension, there is the possibility that the thread breaks at a point which is relatively far away from the thread monitor, so that the thread tension does not disappear immediately. This also causes delays in the shutdown.
Furthermore, with these thread monitors there is the possibility, for example in the case of a shed winder, that the broken thread is carried along by the remaining threads after a short standstill without a complete drop in thread tension and continues to be wound up. In this case, too, the thread monitor that responds to the thread tension would not respond with certainty, since the time of the thread tension drop may only be a few milliseconds.
The invention was based on the object of developing a thread monitor with an extremely high response speed. The invention is based on the knowledge that neither a thread monitor that responds to the lack of thread nor one that responds to the breakdown of the thread tension can react quickly enough, but that it is necessary to develop a thread monitor that responds to the state of movement of the thread, d. H. thus determines whether the thread is running or not or whether the thread speed drops significantly. According to the invention, this object is achieved by a feeler element which lies against the thread and can be caused to vibrate by the running thread and which is connected to a vibration transducer which converts the mechanical vibrations into electrical vibrations.
The invention here makes use of the fact that a moving thread can set a touch organ adjacent to it vibrating just as, for example, the violin bow can set the violin string. The vibrations of the sensing element obtained in this way can be converted into electrical vibrations using vibration converters known per se. Structure-borne sound microphones or pick-up systems, for example, which work on the principle of the carbon microphone according to the capacitive, inductive, magnetostrictive or piezoelectric method, can be used as vibration transducers.
However, it is also possible to convert the mechanical vibrations of the tactile organ into light fluctuations by means of a static or an optical slit diaphragm set in vibrations by the tactile organ, and to convert these into electrical vibrations with the aid of a light-sensitive cell. Basically it does not matter what type of vibration transducer is for the basic principle of the invention, but those vibration transducers which deliver the highest output voltage are most suitable for carrying out the invention because they are not so susceptible to interference voltages. In addition, several transmitters can then work on a common switching amplifier, for example by means of diode gates without pre-amplification, which indicates the thread break and preferably switches off the machine at the same time.
The type of vibrations caused by the running thread in the tactile organ is basically arbitrary. Both resonance vibrations and other vibrations of the feeler element can be extracted for the monitoring process. Under certain circumstances it is already possible to set the tactile organ to vibrate simply by striking the individual fibers against the tactile organ through the individual fibers protruding from the thread.
There are various ways of achieving extremely short response times for the thread monitor. One of these ways is that a tactile organ is used which has a very high resonance frequency.
If this resonance frequency is, for example, 5000 Hz or more, the decay times in the event of a thread break can be kept very short even without any damping means. In systems with a lower resonance frequency, it can be advantageous to arrange additional damping means. Finally, however, it is also possible to achieve a short response time of the thread monitor in that the feeler element is caused to vibrate by the thread which are considerably below its resonance frequency. This creates an aperiodic behavior, which enables short shutdown times.
The invention will be explained in more detail using the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 1 to 3.
In FIG. 1, the thread F to be monitored can be seen, which is guided by means of an already existing or additional thread guide 1 over a feeler element 2, which consists of an oscillating rod. At the point touched by the thread F, this feeler element is provided with an elastically attached sintered corundum tube 3 or some other abrasion-resistant part which, due to its great hardness, prevents wear on the feeler element. The sensing element 2 is connected to a vibration transducer 4, which in this case consists of a piezoelectric transmitter. In the process, the piezo-crystal plate 5 is caused to vibrate by the sensing element 2. These vibrations cause electrical voltage fluctuations that can be removed from the connection contacts 6. The piezo crystal plate is mounted in elastic mountings 7 in a manner known per se.
In order to achieve the highest possible vibration damping, the feeler element 2 is also arranged in an elastic holder 8.
In order to avoid damage to the system by mechanical shock or the like, the end of the feeler element 2 is provided with an elastic deflection limiter 9 which, however, normally does not hinder the vibrations of the feeler element 2 or the sintered corundum tube 3 caused by the running thread F.
FIG. 2 shows a thread monitor operating according to the same principle as in FIG. 1, the same designations being retained for the same parts. In this case, however, the piezoelectric vibration transducer 4 is excited from one end face.
The electrical vibrations emanating from the vibration converter can be used by means of a suitable circuit, as shown for example in FIG. 3, to indicate the thread breakage, to shut down the machine or to trigger automatic control processes. In this case, in Figure 3 is thought of a thread monitor for monitoring a warping machine, each individual thread emerging from the creel is assigned a thread monitor. The electrical voltage generated by the vibration converter is connected to the terminals El and E2. It does not matter whether this electrical voltage comes from a piezoelectric transmitter 10, an inductive transmitter kl, a magnetostrictive transmitter, a Hall generator, a capacitive transmitter 12 or a carbon microphone transmitter 13.
However, the described thread monitor differs from the known thread monitors, such as, for example, the drop needles, in one fundamental respect.
With the known thread monitors, something happens when the thread breaks. For example, a contact is closed by pivoting the drop pin.
In the thread monitor according to the present invention, however, something stops, namely the vibration of the feeler element caused by the running thread. In order, for example, to stop the winding process in the event of a thread break, something has to be done like a drop needle. For this reason it is necessary to use a reversing link in the thread monitor. This is achieved in the following ways:
The resistors 14 and 15 are connected to the negative and positive pole of a DC voltage source via the terminals B1, B2. As long as the thread is running, the vibration converter connected to terminals E1, E2 causes a positive voltage to be applied via diode 16 at point A, which charges capacitor 20 and blocks the responsible diode 17c of the diode gate.
In the event of a thread break, the tension applied to terminals El, E2 suddenly collapses. As a result, the negative voltage from the connection terminal B1 via the resistor 14 through the diode 17c can control the switching amplifier 18 which is common to all threads and which, for example, excites the electromagnet 19 to switch off the machine. The switching amplifier 18 is designed in a manner known per se and is connected to a power source via the connection terminals C1, C2.
It can be seen that only the simple and inexpensive parts to the left of the dash-dotted line D have to be arranged individually for each thread, while the considerably more complex parts, in particular for the switching amplifier 18, are only required once for all threads. There are no special quality requirements for the vibration transducer that converts mechanical vibrations into electrical vibrations, since a clean transmission of the vibration frequencies is not important in the present case. It is sufficient if the oscillation tension always exceeds a minimum value for all types of thread. After that, the oscillation voltage can be as high as desired. The limit value for the minimum voltage is determined by the fact that a sufficiently high positive voltage must be present at point A during the thread run so that the associated diode 17c is blocked.
If a transmitter is used as the vibration transducer, which requires a high-resistance input circuit, for example a piezoelectric transmitter 10, it is advantageous to use silicon diodes for the diode gate 17, especially when many thread monitors are combined via a common switching amplifier 18 as in the illustrated embodiment should be. The silicon diodes then decouple the individual thread monitors, so that each thread monitor, independently of the other, can deliver a switching signal that is clearly related to it to the switching amplifier 18 and thus a selection of the broken thread can also be achieved, e.g.
Finally, it should be pointed out that the thread monitor according to the present invention is not only suitable for monitoring thread movements in the axial direction of the thread, but also for monitoring thread movements in another direction. For example, it is possible to monitor the traversing movement of the running thread, for example on the thread guide drums of a winding machine.