Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Bewegung eines Textilfadens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur tJberwa- chung der Bewegung eines Textilfadens, bei dem aus der Fadenbewegung ein elektrisches Signal abgeleitet wird, dessen Vorhandensein zumindest innerhalb eines be stimmten Kontrollintervalles festgestellt wird, wobei ein Ausbleiben dieses Signals die Auslösung eines Schaltvorganges bewirkt, und sie betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem vom Faden durchlaufenden Fühlorgan und einer an dieses angeschlossenen Einrichtung zur Verarbeitung des durch das Fühlorgan gelieferten Signals und zur Auslösung eines Schaltvorganges beim Ausbleiben dieses Signals zumindest innerhalb eines bestimmten Kontrollintervalls.
Es ist bekannt, die Anwesenheit und den intakten Zustand eines Textilfadens bei einem Verarbeitungsprozess, wie z. B. dem Umspulen oder Verweben des Fadens, dadurch zu überwachen, dass man die Bewegung des Fadens feststellt. Dazu werden beispielsweise die Schwankungen des Fadendurchmessers oder -querschnittes entlang des Fadens mit Hilfe eines Lichtfeldes und eines elektrooptischen Wandlers in entsprechende zeitliche Änderungen einer elektrischen Grösse umgewandelt. Ein Ausbleiben dieses elektrischen Signals deutet insbesondere auf einen Fadenbruch oder ein Fehlen des Fadens hin und löst einen Schaltvorgang aus, durch den beispielsweise die Verarbeitungsmaschine stillgesetzt wird.
Zur Gewinnung eines Signals, das die Längsbewegung eines Fadens anzeigt, ist es weiterhin bekannt, die Kapazitätsschwankungen eines von dem Faden durchlaufenen Kondensators festzustellen. Dabei wird dem Kondensator eine hochfrequente Wechselspannung zugeführt, welche die Ermittlung der sehr kleinen Impedanz änderungen ermöglicht.
Die optische wie die kapazitive Methode bedingen einen erheblichen technischen Aufwand, vor allem wenn eine Unterbrechung der Fadenbewegung in einem sehr kurzem Zeitintervall zum Schaltvorgang führen soll und/oder das für die Ableitung des Signals zur Verfügung stehende Zeitintervall sehr kurz ist. Dies bedeutet nämlich, dass das elektrische Signal sehr rasche Sinde- rungen aufweisen muss, die nur bei einer sehr kleinen Längsausdehnung des Lichtfeldes bzw. des elektrischen Feldes in Erscheinung treten. Zudem wirken sich bei beiden Verfahren insbesondere die starke Verstaubung und Verschmutzung, die an Textilmaschinen unvermeidbar sind, störend aus.
Schliesslich ist es noch bekannt, den Faden mechanisch abzutasten und auf Grund der Unregelmässigkeiten der Fadenoberfläche bzw. -struktur mit Hilfe eines mechano-elektrischen Wandlers z. B. eines piezo-elektrischen Wandlers, ein elektrisches Signal zu gewinnen.
Mechanische Tastorgane und Wandler sind jedoch, falls sie eine ausreichende Empfindlichkeit für die Fadenrauhigkeit aufweisen, auch empfindlich gegenüber mechanischen Störeinflüssen, so dass ihre Verwendung an Produktionsmaschinen meist sehr problematisch ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe der Fadenbewegung auf möglichst einfache und sichere Weise ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches insbesondere schon bei einem sehr kurzen Kontrollintervall in der Grössenordnung einer Millisekunde das Erkennen einer Unterbrechung der Fadenbewegung erlaubt und die Auslösung eines Schaltvorganges innerhalb eines im Millisekundenbereich liegenden Zeitintervalls nach dem Eintreten einer Bewegungs-Unterbrechung ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass durch am Faden auftretende elektrische Ladungen bei der Bewegung des Fadens relativ zu einem elektrischen Leiter in diesem Leiter Potentialschwankungen hervorgerufen werden, die das genannte Signal erzeugen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fühlorgan einen elektrischen Leiter enthält, dessen Potential sich unter dem Einfluss von am Faden auftretenden elektrischen Ladungen bei der Bewegung des Fadens durch das Fühlorgan verändert.
Ein Textilfaden ist praktisch immer ein schlechter elektrischer Leiter. Auf ihm entstehen daher insbesondere bei seiner Bewegung über Führungsorgane, durch Fadenbremsen, und beim Abwickeln von Spulen durch die dabei auftretende Reibung elektrische Ladungen.
Dieser Effekt ist seit langem bekannt, da sich eine starke Aufladung des Fadens bei der Verarbeitung sehr störend bemerkbar macht. Auch bei der Feststellung von Garnfehlern mit Hilfe von kapazitiven Abtastsystemen wurde die Wirkung der am Faden auftretenden elektrischen Ladungen als störend erkannt.
Die Erfindung macht sich nun die Tatsache, dass an einem Textilfaden durch Reibung elektrische Ladungen entstehen, zunutze, um aus dem Auftreten dieser Ladungen ein elektrisches Signal zu gewinnen, dass die Bewegung des Fadens entlang der Abfühlstelle anzeigt.
Im folgenden werden an Hand der beiliegenden Zeichnung mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 Das Schema einer Vorrichtung zur tZberwa- chung der Bewegung eines Textilfadens
Fig. 2 Eine Vorrichtung zur Signalerzeugung mit einseitig offenem Einlegespalt, im Schnitt quer zum Faden
Fig. 3 Die Vorrichtung nach Fig. 2 im Längsschnitt
Fig. 4 Eine weitere Vorrichtung zur Signalerzeugung mit einem pinselartigen Anpress-Organ
Fig. 5 Einen den Faden berührenden Leiter zur Signalerzeugung
Fig. 6 Eine Vorrichtung zur Signalerzeugung mit zwei gleichartigen Leitern, im Längsschnitt
Fig. 7 Die Vorrichtung nach Fig. 6 im Schnitt quer zum Faden.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Überwachungsvorrich- tung durchläuft der Faden 1, dessen Bewegungszustand kontrolliert werden soll, in der eingezeichneten Richtung einen als Hohlzylinder ausgebildeten Leiter 2. Der Faden 1 ist praktisch immer Träger von elektrischen Ladungen, die gänzlich unregelmässig über seine Länge verteilt sind. Nötigenfalls kann eine Aufladung auch beispielsweise mit Hilfe eines bürsten- oder pinselartigen Reibungsorgans 3 hervorgerufen werden. Die am Faden auftretenden Ladungen erzeugen durch Influenz entsprechende Ladungen im Leiter 2, so dass dessen Potential den Ladungsschwankungen entlang des Fadens, gemittelt über die Länge des Leiters 2, folgt.
Die Potentialschwankungen des Leiters 2 beeinflussen über einen Kopplungskondensator 4 den Eingang eines Verstärkers 5, dessen Ausgangsstrom in einer Gleichrichterschaltung 6 gleichgerichtet wird und einem Schaltorgan 7 zugeführt wird. Wird die Bewegung des Fadens 1 unterbrochen, dann treten keine Potentialschwankungen an 2 mehr auf und der Verstärker 5 liefert kein Signal mehr an das Schaltorgan 7. Dadurch wird ein Schaltvorgang in einem äusseren Kreis 8 ausgelöst, der beispielsweise eine Stillsetzung der den Faden 1 verarbeitenden Maschine hervorruft. Handelt es sich z.
B. um eine Webmaschine, an der der zu überwachende Schussfaden nur intermittierend bewegt wird, dann kann eine mit 9 angedeutete Vorrichtung, beispielsweise ein vom Webmaschinenantrieb oder vom Schusseintragungsorgan gesteuerter Impulsgeber, das Schaltorgan 7 nur innerhalb des gewünschten zeitlichen Kontrollintervalls für das Signal empfindlich machen.
In den Fig. 2 und 3 ist ein anderes Fühlorgan zur Erzeugung eines die Fadenbewegung charakterisierenden Signals gezeigt. Dabei wird der Faden 10 über ein Blättchen 11 aus Oxydkeramik geführt, an dessen Unterseite ein Leiter 12 angeordnet ist. Durch die Reibung des Fadens an dem Blättchen treten an den Berührungsstellen Ladungen auf und zwar offenbar insbesondere als Folge einer grossen Anzahl von statistisch verteilten Elementarprozessen, die sich im molekularen Bereich abspielen. Dies äussert sich unter anderem darin, dass die durch Influenz hervorgerufenen Potentialschwankungen des Leiters 12 einen starken Anteil sehr hoher Frequenzen enthalten, wobei für die vorliegende Aufgabe, die Überwachung der Fadenbewegung, vorzugsweise ein Frequenzband von etwa 5 kHz bis 50 kHz aus dem gesamten Signalspektrum ausgefiltert wird.
Im ganzen besitzen die Potentialschwankungen entsprechend der Unregelmässigkeit der auftretenden Ladungstrennungen und -wiedervereinigungen den Charakter eines Rauschens.
Dabei ist weiter zu beobachten, dass, wenn man anstelle eines Leiters 12 zwei getrennte, nebeneinander angeordnete Leiter verwendet, die Potentialschwankungen dieser Leiter keinerlei Korrelation aufweisen, selbst wenn ihr Abstand sehr gering ist, z. B. in der Grössenordnung eines Millimeters liegt. Die Bedeutung dieser Erscheinung für die Fadenüberwachung wird im Zusammenhang mit Fig. 6 erläutert.
In den Fig. 2 und 3 ist mit 13 symbolisch der Anschluss des Leiters 12 angedeutet, über den die Potentialschwankungen zunächst einem Verstärkungselemente mit grossem Eingangswiderstand, kleiner Eingangskapazität und kleinem Eigenrauschen, z. B. einem Feldeffekttransistor, zugeführt werden.
Das Gehäuse 14 des Fühlorgans besteht aus leitfähigem Material und liegt über einen Anschluss 15 auf Massepotential. Es besteht aus zwei Seitenwänden und zwei Deckplatten, wobei in jede Deckplatte eine Fadenführung 16 eingelassen ist. Der Innenraum ist mit einer Füllmasse 17 ausgegossen. Die Seitenwände begrenzen den Einlegespalt für den Faden bis nahe an das Reibungsplättchen 11 und stellen mitsamt den übrigen Gehäuseteilen eine Abschirmung für den Leiter 12 dar.
Zudem zeigt sich, dass die Potentialschwankungen im Leiter 12 durch die Anordnung eines auf Massepotential oder allgemeiner auf einem konstanten Potential gehaltenen Leiters in der Umgebung des Fadens, insbesondere auf der dem ersten Leiter gegenüberliegenden Seite des Fadens, verstärkt werden. Dieser Effekt wird auch bei der Anordnung nach Fig. 4 ausgenützt. Hier besteht das Fühlorgan für den Faden 18 einerseits aus einem Isolierkörper 19 mit einem darin versenkten Leiter 20, in dem die als Signal verarbeiteten Potentialschwankungen auftreten, und andererseits aus einem pinsel- oder bürstenartigen Andrückorgan 21 mit einer auf Massepotential gehaltenen Leiterplatte 22.
Mit Hilfe des Pinsels 21 wird nicht nur ein guter Kontakt zwischen dem Faden 18 und dem Reibungskörpers 19 hergestellt, sondern werden vor allem zusätzliche Ladungen durch die Reibung des Fadens an den Pinselhaaren erzeugt.
Dadurch entstehen auch bei sehr glatten Fäden und auch bei Fäden, die eine extrem hohe Feuchtigkeit aufweisen, sehr starke Potentialschwankungen im Leiter 20, die eindeutig auf die Bewegung des Fadens schliessen lassen.
Eine besonders einfache Ausführung des Fühlorgans, die aber ebenfalls ein klar unterscheidbares Signal liefert, ist in Fig. 5 dargestellt. Dabei dient der Leiter 23, dessen Potentialänderungen zur Überwachung der Fadenbewegung herangezogen werden, selbst als Reibungsorgan.
Der Faden 24 wird an zwei Führungsorganen 25, die ebenfalls aus leitendem Material bestehen können, so umgelenkt, dass durch die Fadenspannung ein ausreichender Anpressdruck am Leiter 23 entsteht.
Die Fig. 6 und 7 zeigen im Längs- und Querschnitt ein Fühlorgan mit einem Isolierkörper 26, der zwei getrennte Leiterplatten 27, 28 enthält. Der Faden 29 wird an diesem Isolierkörper umgelenkt und ausserdem durch das Gewicht einer Walze 30, die von einem Käfig 31 lose gehalten wird, an ihn angedrückt. Die Walze 30 hat dabei eine ähnliche Funktion wie der Pinsel 21 in Fig. 4.
Die bereits erwähnte Tatsache, dass in Leitern, die in einem geringen Abstand voneinander angeordnet sind, untereinander unkorrelierte Potentialschwankungen entstehen, wird bei einer Überwachungsvorrichtung mit einem Fühlorgan nach Fig. 6 und 7 zur Unterdrückung von äusseren Störeinflüssen ausgenützt. Dazu werden die Potentialschwankungen der Leiter 26, 27, gegebenenfalls nach Vorverstärkung, den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers zugeführt, so dass Störfelder, die beide Leiter in gleicher Weise beeinflussen, kein Ausgangssignal hervorrufen. Die Differenz der beiden unkorrelierten Nutzsignale ergibt dagegen wieder ein Signal, das die Bewegung des Fadens anzeigt.
Die besonderen Vorteile der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Die Erfindung ermöglicht einen äusserst einfachen Aufbau des Fühlorgans ohne bewegliche Teile und ohne Mittel zur Erzeugung eines Abtastfeldes. Daraus ergibt sich eine sehr leichte Anwendbarkeit bei allen Textilmaschinen, an denen Fäden in bezug auf ihre Längs- oder Querbewegung zu überwachen sind: Wegmaschinen aller Art, Wirkmaschinen, Spulmaschinen, Zettelgatter etc.
Es entsteht ein Signal mit hoher Informationsdichte bezüglich des Bewegungszustandes des Fadens, daher sind extrem kurze Ansprechzeiten der thberwachungs- vorrichtung und ebenfalls sehr kurze Kontrollintervalle möglich. Ein sehr gutes Signalstörverhältnis ist erzielbar, da das Signalspektrum auch bei höheren Frequenzen grosse Amplituden aufweist.
Die Erfindung eignet sich zur Überwachung aller Arten von Textilfäden, nicht nur für gesponnene Fäden mit raschen natürlichen Durchmesser- bzw. Masseschwankungen, sondern auch für Endlosgarne. Die Überwachung ist unabhängig vom Feuchtigkeitsgehalt der Garne. Eine Veränderung der Empfindlichkeit der Überwachungsvorrichtung bei den verschiedensten Textil-Materialien erübrigt sich.
Method and device for monitoring the movement of a textile thread
The invention relates to a method for monitoring the movement of a textile thread, in which an electrical signal is derived from the thread movement, the presence of which is determined at least within a certain control interval, the absence of this signal triggering a switching process and affecting it Furthermore, a device for carrying out this method with a sensing element passing through by the thread and a device connected to this for processing the signal supplied by the sensing element and for triggering a switching process if this signal is absent, at least within a certain control interval.
It is known to determine the presence and the intact state of a textile thread in a manufacturing process, e.g. B. the rewinding or weaving of the thread to be monitored by noting the movement of the thread. For this purpose, for example, the fluctuations in the thread diameter or cross section along the thread are converted into corresponding changes in an electrical quantity over time with the aid of a light field and an electro-optical converter. The absence of this electrical signal indicates, in particular, a thread breakage or an absence of the thread and triggers a switching process by which, for example, the processing machine is stopped.
To obtain a signal which indicates the longitudinal movement of a thread, it is also known to determine the capacitance fluctuations of a capacitor through which the thread passes. A high-frequency alternating voltage is fed to the capacitor, which enables the very small changes in impedance to be determined.
The optical as well as the capacitive method require a considerable technical effort, especially if an interruption of the thread movement should lead to the switching process in a very short time interval and / or the time interval available for deriving the signal is very short. That is to say, this means that the electrical signal must show very rapid deteriorations which only appear when the light field or the electrical field is very small in length. In addition, both processes have a particularly disruptive effect due to the high levels of dust and soiling that are unavoidable on textile machines.
Finally, it is still known to mechanically scan the thread and, due to the irregularities of the thread surface or structure, with the help of a mechano-electrical converter, e.g. B. a piezo-electric transducer to gain an electrical signal.
Mechanical sensing elements and transducers are, however, if they are sufficiently sensitive to the thread roughness, also sensitive to mechanical interference, so that their use on production machines is usually very problematic.
The invention is based on the object of using the thread movement to generate an electrical signal in the simplest and most reliable way possible, which allows the detection of an interruption in the thread movement and the triggering of a switching process within a time interval lying in the millisecond range after the occurrence of a movement interruption.
According to the invention, this is achieved in that potential fluctuations in this conductor are caused by electrical charges occurring on the thread when the thread moves relative to an electrical conductor, which generate the signal mentioned. The device according to the invention is characterized in that the sensing element contains an electrical conductor, the potential of which changes under the influence of electrical charges occurring on the thread when the thread moves through the sensing element.
A textile thread is practically always a poor electrical conductor. Electric charges are generated on it, especially when it is moved over guide elements, by thread brakes, and when unwinding bobbins due to the friction that occurs in the process.
This effect has been known for a long time, as a strong charge on the thread is very annoying during processing. Even when detecting yarn defects with the aid of capacitive scanning systems, the effect of the electrical charges occurring on the yarn was recognized as disturbing.
The invention now makes use of the fact that electrical charges arise on a textile thread due to friction, in order to obtain an electrical signal from the occurrence of these charges, which indicates the movement of the thread along the sensing point.
Several exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it
Fig. 1 The diagram of a device for monitoring the movement of a textile thread
2 shows a device for signal generation with an insertion gap open on one side, in a section transverse to the thread
Fig. 3 The device according to Fig. 2 in longitudinal section
4 shows a further device for generating signals with a brush-like pressing member
5 shows a conductor for signal generation in contact with the thread
6 shows a device for signal generation with two conductors of the same type, in longitudinal section
FIG. 7 The device according to FIG. 6 in a section transverse to the thread.
In the monitoring device shown in FIG. 1, the thread 1, the state of motion of which is to be checked, runs through a conductor 2 designed as a hollow cylinder in the direction shown. The thread 1 is practically always a carrier of electrical charges which are distributed completely irregularly over its length are. If necessary, charging can also be brought about, for example, with the aid of a brush-like or paintbrush-like friction element 3. The charges occurring on the thread generate corresponding charges in the conductor 2 through influence, so that its potential follows the charge fluctuations along the thread, averaged over the length of the conductor 2.
The potential fluctuations of the conductor 2 influence the input of an amplifier 5 via a coupling capacitor 4, the output current of which is rectified in a rectifier circuit 6 and is fed to a switching element 7. If the movement of the thread 1 is interrupted, then no more potential fluctuations occur at 2 and the amplifier 5 no longer supplies a signal to the switching element 7. This triggers a switching process in an outer circle 8, which, for example, shuts down the machine processing the thread 1 evokes. Is it z.
B. around a loom on which the weft thread to be monitored is only moved intermittently, then a device indicated by 9, for example a pulse generator controlled by the loom drive or the weft insertion element, can make the switching element 7 sensitive to the signal only within the desired time control interval.
In FIGS. 2 and 3, another sensing element for generating a signal characterizing the thread movement is shown. The thread 10 is guided over a sheet 11 made of oxide ceramic, on the underside of which a conductor 12 is arranged. As a result of the friction of the thread on the leaflet, charges occur at the points of contact, apparently in particular as a result of a large number of statistically distributed elementary processes that take place in the molecular range. This is expressed, among other things, in the fact that the potential fluctuations of the conductor 12 caused by influence contain a large proportion of very high frequencies, whereby for the present task, the monitoring of the thread movement, preferably a frequency band of about 5 kHz to 50 kHz is filtered out of the entire signal spectrum becomes.
On the whole, the potential fluctuations have the character of noise in accordance with the irregularity of the charge separations and reunions that occur.
It can also be observed that if, instead of one conductor 12, two separate conductors arranged next to one another are used, the potential fluctuations of these conductors have no correlation, even if their distance is very small, e.g. B. is on the order of a millimeter. The significance of this phenomenon for thread monitoring is explained in connection with FIG.
In FIGS. 2 and 3, the connection of the conductor 12 is symbolically indicated by 13, via which the potential fluctuations are initially transmitted to a reinforcing element with a large input resistance, small input capacitance and low intrinsic noise, e.g. B. a field effect transistor.
The housing 14 of the sensing element is made of conductive material and is at ground potential via a connection 15. It consists of two side walls and two cover plates, a thread guide 16 being embedded in each cover plate. The interior is filled with a filling compound 17. The side walls delimit the insertion gap for the thread up to close to the friction plate 11 and, together with the other housing parts, represent a shield for the conductor 12.
In addition, it can be seen that the potential fluctuations in the conductor 12 are increased by the arrangement of a conductor kept at ground potential or more generally at a constant potential in the vicinity of the thread, in particular on the side of the thread opposite the first conductor. This effect is also used in the arrangement according to FIG. Here the sensing element for the thread 18 consists on the one hand of an insulating body 19 with a sunk conductor 20 in which the potential fluctuations processed as a signal occur, and on the other hand of a brush-like or brush-like pressure element 21 with a printed circuit board 22 held at ground potential.
With the aid of the brush 21 not only is good contact between the thread 18 and the friction body 19 produced, but above all additional charges are generated by the friction of the thread on the brush hairs.
This results in very strong potential fluctuations in the conductor 20, even with very smooth threads and also with threads that have an extremely high level of moisture, which clearly indicate the movement of the thread.
A particularly simple embodiment of the sensing element, which, however, also delivers a clearly distinguishable signal, is shown in FIG. The conductor 23, whose potential changes are used to monitor the thread movement, itself serves as a friction element.
The thread 24 is deflected on two guide members 25, which can also consist of conductive material, in such a way that the thread tension creates a sufficient contact pressure on the conductor 23.
6 and 7 show, in longitudinal and cross-section, a sensing element with an insulating body 26 which contains two separate circuit boards 27, 28. The thread 29 is deflected on this insulating body and also pressed against it by the weight of a roller 30 which is loosely held by a cage 31. The roller 30 has a similar function to the brush 21 in FIG. 4.
The already mentioned fact that uncorrelated potential fluctuations occur in conductors which are arranged at a small distance from one another is used in a monitoring device with a sensing element according to FIGS. 6 and 7 to suppress external interference. For this purpose, the potential fluctuations of the conductors 26, 27, possibly after pre-amplification, are fed to the two inputs of a differential amplifier, so that interference fields that affect both conductors in the same way do not cause an output signal. The difference between the two uncorrelated useful signals, however, again results in a signal that indicates the movement of the thread.
The particular advantages of the invention can be summarized as follows:
The invention enables an extremely simple construction of the sensing element without moving parts and without means for generating a scanning field. This makes it very easy to use in all textile machines on which threads are to be monitored with regard to their longitudinal or transverse movement: path machines of all kinds, knitting machines, winding machines, slip frames, etc.
The result is a signal with a high information density with regard to the state of movement of the thread, so extremely short response times of the monitoring device and also very short control intervals are possible. A very good signal-to-interference ratio can be achieved because the signal spectrum has large amplitudes even at higher frequencies.
The invention is suitable for monitoring all types of textile threads, not only for spun threads with rapid natural fluctuations in diameter or mass, but also for continuous yarns. The monitoring is independent of the moisture content of the yarns. There is no need to change the sensitivity of the monitoring device for a wide variety of textile materials.