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Fadenprüfer für Textilmaschinen Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen elektrooptischen Fadenprüfer für laufende Fäden an Textilmaschinen.
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Darunter wird eine an Textilmaschinen, z. B. an Spulmaschinen beliebiger
Art, angebrachte Vorrichtung verstanden, die den durchlaufenden Faden auf optischem
Wege abtastet und bei gewissen Ungleichmäßigkeiten (Einschnürungen, Verdickungen,
Flausen usw.) ein Signal abgibt. Dieses Signal kann insbesondere zum Abstellen der
entsprechenden Spulstelle, zum Abschneiden des Fadens oder zum automatischen Reinigen
des Fadens von den entsprechenden Ungleichmäßigkeitsstellen verwendet werden.
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Bei dieser wichtigsten Verwendungsart dienen die Fadenprüfgeräte zur
ständigen Produktionskontrolle von Textilfäden, wobei nicht Stichproben ausgeführt
werden, sondern das gesamte in der Weberei und Wirkerei zu verarbeitende Fadenmaterial
geprüft wird. Daher ist z.B. an einer Spulmaschine jede Spindel mit einem Fadenprüfer
ausgerüstet, der in Betrieb ist, solange gespult wird. Daraus ergibt sich für das
Prüfgerät die Forderung nach einer wartungsfreien Dauer-Betriebssicherheit. Dies
bedeutet im einzelnen, daß z. B. in einer Spulerei sämtliche der mehreren 100 Geräte
ihre einmal eingestellte Empfindlichkeit, d. h. die Lage ihrer Ansprechschwelle,
über Monate ohne Nachregulierung beibehalten müssen. Ferner muß bei diesen Geräten
eine bestimmte Ansprechschwelle rein nach Skala eingestellt werden können, so daß
sämtliche Geräte gleicher Einstellung auch tatsächlich in der gleichen Art reagieren.
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Die Langzeitstabilität der Ansprechschwelle und damit der Gleichlauf
der Geräte werden bei bekannten elektrooptischen Fadenprüfern ohne besondere Vorkehrungen
insbesondere durch zwei Einflüsse zunichte gemacht. Der eine geht auf die als Lichtquelle
verwendete Glühlampe zurück, deren Wolframwendel einem rein statistischen Gesetzen
unterworfenen Verdampfungsprozeß unterliegt, der zu einer Schwärzung des Glaskolbens
und damit zu einer starken Verminderung der Lichtintensität führt; der zweite unvermeidliche
Einfluß besteht in der Verstaubung der im Bereich des Fadenlaufes liegenden Optikteile.
Während grobe Flugansammlungen mit mechanischen Mitteln oder durch Absaugen verhütet
werden können, setzen sich sehr feine Staubteilchen auf den Deckgläsern der Optik
ab und bilden mit der Zeit einen dichten Film, der auch von der Luftströmung der
Staubabsaugung nicht vollständig abgetragen wird. Die optische Dichte des Films
hängt von einer Reihe in ihrer Gesamtheit schwer kontrollierbarer Faktoren ab, wie
Strömungsverhältnisse im Abtastspalt, Fadenmaterial, Raumklima und chemische Behandlung
des Fasermaterials. Häufungen von Staubpartikeln haben daher statistischen Charakter,
was sich um so stärker auswirkt, je schmäler das abtastende Lichtstrahlenbündel
ist. Ein möglichst schmales Lichtstrahlenbündel ist aber andererseits notwendig,
um eine hohe Empfindlichkeit durch eine hohe relative Änderung der Beleuchtungsstärke
beim Auftreten einer Fadenungleichmäßigkeit zu erreichen.
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Die Ausschaltung der beiden erwähnten Störfaktoren ist demnach von
größter Wichtigkeit für die Dauer-Betriebssicherheit von elektrooptischen Fadenprüfern.
Da beide Einflüsse eine Verschiebung der Ansprechschwelle in Richtung kleinerer
Empfindlichkeit bewirken, werden dadurch unzulässig große Garnfehler durchgelassen,
die im fertigen Gewebe oder Gewirk zu teuren Stopfarbeiten und zu Wertverminderungen
Anlaß geben.
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Es ist bekannt, bei Fadenprüfern der eingangs erwähnten Art Vorrichtungen
zu verwenden, mit deren Hilfe die Empfindlichkeit des lichtelektrischen Wandlers
während der Gebrauchszeit ohne Einfluß auf die Apparatur bleiben soll. Eine solche
Vorrichtung besteht beispielsweise aus einer Pentode, die gleichstrommäßig in Serie
zu der als Wandler dienenden Vakuumfotozelle geschaltet wird; der vom Foto-
zellenstrom
an einem Ohmschen Widerstand erzeugte Spannungsabfall dient dabei zur Steuerung
des nachfolgenden Verstärkers. Infolge des Sättigungscharakters der Strom-Spannungs-Kennlinien
einer Vakuumfotozelle kann sich jedoch eine Beeinflussung der Anodenspannung derselben
nur ganz geringfügig auswirken. Ein Ausgleich des Einflusses der Lampenalterung
und der Verstaubung im optischen Teil auf die Ansprechsdhwelle des Fadenprüfers
läßt sich daher mit einer derartigen, überdies aufwendigen Anordnung nicht erwarten.
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Es ist ferner bekannt, beispielsweise zur Messung der Körnigkeit
von belichteten und entwickelten fotografischen Schichten, einen logarithmisch arbeitenden
Verstärker im Anschluß an eine Meß-Fotozelle zu verwenden. Die Körnigkeitsmessung
wird dadurch unabhängig vom Schwärzungsgrad der Schicht und auch von eventuellen
zeitlichen Schwankungen der Lichtintensität im Meßfeld. Es handelt sich bei diesen
aber naturgemäß nicht um Langzeiteffekte im Sinn der erwähnten, beim Betrieb von
Fadenprüfern auftretenden Erscheinungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den im Abtastteil eines
elektrooptischen Fadenprüfers auftretenden Störungseinflüssen in möglichst einfacher
und sicherer Weise entgegenzuwirken. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß zum Zwecke der Langzeitstabilisierung der Ansprechschwelle ein Lichtempfänger
mit an sich bekannter logarithmischer Abhängigkeit zwischen Beleuchtungsstärke und
Ausgangssignal vorgesehen ist.
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Unter Lichtempfänger wird im Rahmen der Erfindung jener Teil des Fadenprüfers
verstanden, der gegebenenfalls aus einem Linsen-Blenden-System, aus einem darauffolgenden
lichtelektrischen Wandler und aus einem an diesen angeschlossenen Verstärker aufgebaut
ist. Dementsprechend ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fadenprüfers
dadurch gekennzeichnet, daß die logarithmische Abhängigkeit durch einen Verstärker
mit logarithmischer Verstärkungskennlinie erzeugt wird. Eine andere, vorzugsweise
verwendete Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die logarithmische Abhängigkeit
durch einen lichtelektrischen Wandler mit logarithmischer Empfindlichkeitskennlinie,
z. B. ein Siliziumsperrschicht-Fotoelement, erzeugt wird.
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Beispiele für die Ausführung des Erfindungsgedankens werden im folgenden
an Hand der Zeichnung näher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt einen halbschematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform
der Vorrichtung; F i g. 2 stellt das elektrische Schaltschema der Vorrichtung dar;
F i g. 3 erläutert die Wirkungsweise des Lichtempfängers mit gleitender Steilheit;
Fig. 4 zeigt die Übereinstimmung der Kennlinie eines Siliziumsperrschicht-Fotoelementes
mit dem theoretisch geforderten logarithmischen Verlauf. ~ In Fig. 1 bedeutet 1
die Glühwendel der- elektrischen Lampe2, die im Lampengehäuse3 untergebracht ist.
Vom total emittierten Licht wird mittels der Blende 4 ein Strahlenbündel 5 ausgeblendet
und unter dem spitzen Winkel 6 auf den ebenen Spiegel 7 geworfen. In der Mitte des
Bündels 5, unmittelbar über dem Spiegel 7, bewegt sich der Faden 8 senkrecht zur
Zeichenebene. Das reflektierte Bündel 9 passiert den Faden 8 ein zweites Mal, vorzugsweise
unter einem annähernd rechten Winkel zum einfallen-
den Strahlenbündel, so daß flächenhafte
Ungleichmäßigkeiten des Fadens auch dann erfaßt werden, wenn zufällig die Achse
eines Strahlenbündels in ihre Ebene fällt. Der Lichtempfänger enthält eine fotoelektrische
Zelle 10 und einen elektronischen Verstärker 11, der das von der Zelle 10 gelieferte
Signal auf einen zur Steuerung eines mechanischen Relais genügenden Leistungspegel
verstärkt. Die Lampe 2, die Zelle 10 und der Verstärker 11 sind in einem gemeinsamen
Gehäuse 12 untergebracht, während der Spiegel 7 auf dem Arm 13 seitlich im Gehäuse
12 montiert ist. Das ganze optische System ist durch die Glasplatte 14 abgeschlossen.
Die Vorrichtung wird mittels der beiden Flansche 15 und 16 an der Spulmaschine festgeschraubt.
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In F i g. 2 bezeichnet 17 den vom Netz gespeisten Transformator,
der die Speisespannung für die Lampe2 und den Verstärker 11 liefert; die von der
Wicklung 18 gelieferte Spannung wird vom Gleichrichter 19 gleichgerichtet und die
pulsierende Gleichspannung mittels der beiden Siebkondensatoren 20, 21 und des Siebwiderstandes
22 geglättet. Die damit gewonnene Gleichspannung dient als Anodenspeisespannung
für die Verstärkerröhre 23 und das Kaltkathodenthyratron 24. Die vom lichtelektrischen
Wandler 25 gelieferten Spannungsschwankungen werden auf das Potentiometer 26 geführt,
dessen Abgriff 27 entsprechend der gewünschten Empfindlichkeit eingestellt ist.
Der Abgriff27 ist mit dem Gitter 29 der Verstärkerröhre 23 verbunden. Die in der
Kathodenleitung mittels des Widerstandes 30 erzeugte negative Gittervorspannung
wird über das Potentiometer 26 ans Gitter gelegt; damit keine Wechselspannungsgegenkopplung
auftreten kann, ist der Widerstand 30 mit dem Kondensator32 überbrückt. Das von
der Röhre 23 verstärkte Signal wird vermittels des im Anodenkreis liegenden Übertragers
33 an den Starter 34 des Kaltkathodenthyratrons 24 geführt; erreicht dieses Signal
eine durch die Starterzündspannung vorgegebene Höhe, so wird die anodenseitige Hauptentladung
des Thyratrons eingeleitet, und das im Anodenkreis liegende Relais 35 zieht an.
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Über die Kontakte 36 dieses Relais können die gewünschten Schaltfunktionen
an der Spulmaschine ausgeführt werden. Es kann bei Garnsorten, die an sich schon
einen ungleichmäßigen Querschnitt aufweisen, nützlich sein, daß der Fadenprüfer
nur auf Ungleichmäßigkeiten anspricht, die neben einer bestimmten Querdimension
auch eine bestimmte, minimale Länge haben. Um diese minimale Länge zu dosieren,
wird zwischen den Abgriff des Potentiometers 27 und das Steuergitter29 ein Integrationsnetzwerk
geschaltet. Dieses kann z. B. aus einem Widerstand und einem zwischen 29 und Masse
liegenden Kondensator bestehen; durch Erhöhung dieses Widerstandes wird die Integrationskonstante
des Netzwerkes vergrößert und damit der bis zum Erreichen der Ansprechspannung nötige
Zeitabschnitt verlängert.
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In F i g. 3 bezeichnet 37 qualitativ den zu fordernden Verlauf des
Ausgangssignals des Lichtempfängers in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke.
Auf der Abszissenachse 38 ist die BeleuchtungsstärkeL und auf der Ordinatenachse
39 das Ausgangssignal U aufgetragen. Der momentane Arbeitspunkt liege bei 40, die
durch Ungleichmäßigkeiten verursachte Lichtintensitätsänderung dL sei 41, und die
dadurch bewirkte Änderung des Ausgangssignals d U sei 42. Der
analytische
Ausdruck für die Forderung einer von der momentanen Lage des Arbeitspunktes 40 unabhängigen
konstanten Empfindlichkeit ist durch nachfolgende Gleichung (43) gegeben: dL du
= cm L . (43) Die Integration der Differentialgleichung (43) führt auf die Gleichung
(44): U= c1lnc2L, (44) worin c, und c2 Konstanten bedeuten.
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Ein Verlauf gemäß Gleichung (44) wird in sehr guter Näherung realisiert
durch ein Sperrschicht-Fotoelement, und zwar von dessen Leerlaufspannung.
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In F i g. 4 werden beispielsweise die experimentellen Daten eines
monokristallinen Silizium-Fotoelementes verglichen mit dem von der Gleichung (44)
geforderten theoretischen Verlauf. Auf der Abszissenachse 45 ist die Beleuchtungsstärke
in Lux aufgetragen, und auf der Ordinatenachse 46 die vom Element gelieferte Leerlaufspannung
U in Volt. Die eingetragenen Punkte stellen experimentell erhaltene Werte dar, während
die festausgezogene Kurve folgender Gleichung (47) entspricht: U(V01t? = 0,210 log
1,86 10-8 L(ux). (47) An Stelle des lichtelektrischen Wandlers mit logarithmischer
Abhängigkeit des Ausgangssignals von der Beleuchtungsstärke kann auch ein Wandler
mit linearer Kennlinie verwendet werden und im Verstärker der logarithmische Zusammenhang
hergestellt werden. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß als Arbeitswiderstand
einer Vakuum-Fotozelle oder einer Halbleiter-Fotodiode ein nichtlinearer Widerstand
verwendet wird, bei dem der Strom angenähert exponentiell mit der Spannung ansteigt,
z. B. ein Widerstand aus gesintertem Siliziumcarbid. Der Spannungsabfall an diesem
Widerstand weist, bei konstanter Gleichspannung an der Serienschaltung Fotozellen-Arbeitswiderstand,
eine logarithmische Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke der Fotozelle auf. Gemäß
einem anderen Ausführungsbeispiel wird erst im Ausgangskreis eines Verstärkerelementes
mit pentodenartigem Kennlinienverlauf ein nichtlinearer Arbeitswiderstand der obenerwähnten
Art verwendet, während das Eingangssignal noch linear von der Beleuchtungsstärke
abhängt. Weitere Möglichkeiten zur
Erzeugung der geforderten Lichtempfängerkennlinie
liegen durchaus im Bereich des Fachmanns.
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Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen elektrooptischen
Fadenprüfers besteht in jedem Fall darin, daß eine den Bedingungen des praktischen
Dauereinsatzes entsprechende Langzeitstabilität der Ansprechschwelle, d. h. eine
Konstante und Reproduzierbarkeit der Wirkung des Gerätes bei einem bestimmten eingestellten
Wert der Dickenabweichung des Fadens, erreicht wird, und zwar auf eine äußerst einfache
und betriebssichere Weise. Es ist insbesondere keine zusätzliche, aufwendige und
störungsanfällige Regelschaltung notwendig, obwohl die auszugleichenden Störeinflüsse
auf den optischen Teil des Gerätes einwirken und daher durch eine selektive Auswertung
des Signals nicht mehr eliminiert werden können. Das erfindungsgemäße Gerät enthält
sogar lediglich die Elemente, die für seine Funktion ohnehin unbedingt notwendig
sind und erzielt mit ihnen einen Effekt, der einen wesentlichen Fortschritt auf
dem Gebiet der elektrooptischen Fadenprüfung darstellt.