DE2434158C2 - Elektromechanischer Fadenwächter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Fadenwächter zur Überwachung eines Fadens auf einer Textilmaschine, mit einem zur Berührung mit dem Faden bestimmten, zweiarmigen, um eine an einem Lagerkörper abgestützte Achse schwingbaren Tasthebel, dessen einer Arm einen beweglichen Teil eines Schaltelements bildet.

In vielen Zweigen der Textilherstellung werden Fadenwächter benötigt, deren Aufgabe es ist, das Vorhandensein des Fadens zu kontrollieren und bei einem Ausfall des Fadens ein Signal zu geben, mit welchem z. B. die Produktionsmaschine gestoppt werden kann. Die Technologie der Fadenwächter kann heute in drei Kategorien eingeteilt werden und zwar in mechanische Fadenwächter, in elektromechanische Fadenwächter und in elektronische Fadenwächter.

Die rein mechanischen Fadenwächter wirken meist mit einem Hebelsystem unmittelbar auf die Maschinenfunktion ein. Dies erfordert eine präzise Lagerung der zu bewegenden großen Masse, was die Fadenwächter störanfällig und träge macht.

Die elektromechanischen Fadenwächter verwenden zwar auch noch einen Hebel, welcher jedoch wesentlich leichter ausgeführt sein kann, da dieser nur noch einen elektrischen Kontakt betätigen muß. Mit diesem Kontakt kann dann ein in der Maschine eingebauter Elektromagnet, eine Magnetkupplung od. dgl. in Funktion gesetzt werden. Ein solcher Fadenwächter ist beiioielsweise durch das DT-Gbm 19 84521 bekanntge

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worden.

Die rein elektronischen Fadenwächter haben keine beweglichen Teile und tasten den Faden berührungslos ab, wobei die Abtastung meist fotoelektrisch oder kapazitiv erfolgt Bei diesen sogenannten Lauffüdenwächtern kann die Kontrollfunktion erst einsetzen, wenn der Faden sich in Bewegung befindet. Zur Signalbildung werden vorzugsweise die kleinen Gleichmäßigkeitsschwankungen des gesponnenen Fadens ausgenutzt, so daß als Laufsignal eine aperiodische Wechselspannung entsteht Dieses Signal ist jedoch bei den hochpräzisen synthetischen Endlosfäden nicht vorhanden, so daß aus diesen und anderen Gründen die Anwendung begrenzt ist Ferner sind diese Art Fadenwächter auch durchweg die teuersten.

Die mechanischen Fadenwächter werden also auch weiterhin zur Anwendung kommen, besonders wenn große Fadenscharen überwacht werden müssen, wie dies z. B. bei Zettelgattern mit 1000 bis 2000 Fäden der Fall ist

Alle mechanischen Fadenwächter arbeiten derart, daß der Faden mit einem gewissen Umschlingungswinkel auf einem drehbar gelagerten Tasthebel aufliegt und diesen in eine bestimmte Position drückt. Bricht der Faden, so wird eine durch ein Gewicht oder eine Feder gebildete Rückstellkraft wirksam, welche den Tasthebel in die Ausgangsstellung zurückbringt, wobei das Steuersignal für die Maschine ausgelöst wird. Um den Tasthebel in die Überwachungsstellung zu bringen, muß also nicht nur ein gewisser Weg, sondern auch die anliegende Rückstellkraft überwunden werden. Hierzu muß der Faden mit einer Kraft auf den Tasthebel drükken, die mindestens geringfügig über der Rückstellkraft liegt. Diese Kraft muß aber, entsprechend dem Sinus des Umschlingungswinkels, von der in Laufrichtung zulässigen Fadenspannung aufgebracht werden.

Die bis heute erhältlichen mechanischen oder elektromechanischen Fadenwächter benötigen aber durchwpg immer noch einen Aufiagedruck von mindestens 2 Gramm auf dem Tasthebel. Wird die Rückstellkraft wesentlich verkleinert, so ist durch geringste Einflüsse, wie Schmutz oder Reibung, die Funktion gestört. Ebenfalls wird die Rückstellgeschwindigkeit und damit die Maschinenabschaltung sehr träge, was bei hohen Fadengeschwindigkeiten nicht zulässig ist.

Dünne Synthetikfäden (Monofilamente) werden heute teilweise mit nur 2 bis 3 Gramm Fadenspannungen verarbeitet; dies bedeutet aber, daß bei einem Fadenwächter mit 2 Gramm Aufiagedruck der Faden mit 90° Umschlingung über den Tasthebel geführt werden muß Dies ist maschinentechnisch meistens gar nicht möglich und führt überdies zu Beschädigungen des Fadens, wie Aufrauhen oder Verstrecken. Zulässige Umschlin gungswinkel liegen bei etwa 10 bis 15°, hieraus resul tiert aber im Mittel nur ein Fünftel der Fadenspannunj als Auflagedruck. Ein Fadenwächter für dünne Synthe tikfäden sollte also mit einem Auflagedruck von weni ger als 0,5 Gramm arbeiten und trotzdem zuverlässij und rasch schalten.

Ein weiterer Mangel, den alle mechanischen Faden wächter haben, ist die fehlende Selbstkontrolle. Win der Tasthebel durch Schmutz, Verbiegen, Schlinger Fadenreste usw. in seiner Bewegungsfreiheit gehemm so erfolgt bei einem Fadenbruch keine Abschaltunf Dies wird meistens erst nach Stunden durch Zufall eni deckt, in welcher Zeit aber große Schäden und Verlust an Material und Produktion entstanden sein könnei Ein Fadenwächter sollte also auch bei noch intaktei

Faden bereits melden, daß sein Tasthebel in der Bewegung gehemmt ist, indem er die Maschine abstellt und der defekte Fadenwächter so rechtzeitig eliminiert werden kann.

Alle Fadenwächter sprechen nur dann an, wenn der Faden ganz fehlt oder die Fadenspannung zumindest die Rückstellkraft unterschreitet Wenn aber der Faden durch defekte Fadenbremsen, schlechten Spulenaufbau, Schlingenbildung usw. in seinem Ablauf gehemmt wird, so steigt die Fadenspannung erheblich über das zulässige Maß an. Auch dies ist ein gravierender Fehler, der zum Verstrecken des Fadens und zu schlechter Qualität führt. Für viele Anwendungszwecke ist es daher unerläßlich, daß der Fadenwächter nicht nur bei Verlust der Fadenspannung anspricht, sondern ebenfalls, wenn eine tolerierbare obere Grenze der Fadenspannung überschritten wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit die Schaffung eines elektromechanischen Fadenwächters, welcher trotz minimalem Fadenauflagedruck eine genügende Rückstellkraft aufbringt, welche ferner selbstüberwachend ist und welcher sowohl sicher bei einem Fadenbruch als auch bei einer Fadenüberspannung anspricht.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der andere Arm des Tasthebels zur Erzeugung einer Schwingbewegung am Tasthebel einen gegen die Wirkung einer vom Faden auf den einen Arm ausübbaren Kraft anziehbaren Anker einer Elektromagnjtanordnung bildet, wobei das in Abhängigkeit der Schwingungen am Tasthebel elektrische Impulse bewirkende Schaltelement mit einem Schaltkreis zur Erzeugung eines ein Aussetzen der Schwingbewegung des Tasthebels anzeigenden Störsignals verbunden ist.

Durch diese Maßnahmen ist es nunmehr möglich, den Fadenwächter mit einem sehr geringen Fadenauflagedruck, oeispielsweise in der Größenordnung von Zehntel-Gramm, arbeiten zu lassen, da dieser Auflagedruck praktisch nur die Lagerreibung am Tasthebel überwinden muß. Hierbei gestattet eine entsprechende Ausgestaltung der Elektromagnetanordnung die Erzeugung einer Rückstellkraft beliebiger Größe, die sich zudem regeln und damit verschiedenen vorbestimmten überhöhten Fadensparmungen anpassen läßt. Dadurch ferner, daß die Rückstellung des Tasthebels zudem interminierend erfolgt und das Störsignal beim Aussetzen der Schwingbewegung des Tasthebels erzeugbar ist, wird eine absolut sichere Selbstüberwachung des Fadenwächters erreicht, da hier die Schwingbewegung nicht nur bei einem Fadenbruch oder einer überhöhten Fadenspannung, sondern auch bei einer Störung der Bewegbarkeit des Tasthebels aussetzt.

Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Fadenwächters, in schematischer Darstellung,

F i g. 2 eine erste Ausführungsform einer Schaltungsanordnung für den Fadenwächter gemäß F i g. 1 und

F i g. 3 eine zweite Ausführungsform einer Schaltungsanordnung für den Fadenwächter gemäß F i g. 1.

F i g. 1 zeigt eine sehr vereinfachte Darstellung eines elektromechanischen Fadenwächters, an welchem des sen Funktionsweise erläutert werden soll. Diese Anordnung ist absolut funktionstüchtig, setzt aber voraus, daß sich der Tasthebel um seinen Drehpunkt im Gleichgewicht befindet. Um diesen schwierigen Fabrikationsaufwand zu umgehen, ist eine spezielle Lagerung für den

Tasthebel vorzusehen, was aber auf das Funktionsprinzip keinen Einfluß hat und deshalb hier nicht näher erläutert wird.

Gemäß der Darstellung ^:.n Fig.! ist ein aus Eisen bestehender Tasthebel Γ mit einer Achse 5 in einer Metallgabel 6 drehbar gelagert Unterhalb des Endes des einen Armes 4 des Tasthebels T ist ein Elektromagnet, bestehend aus einer Spuie 1. einem Eisenkern 2 und einem Joch 3, angeordnet Das Ende des anderen Armes Aa des Tasthebels T trägt an seiner Unterseite einen Kontakt 7, dem ein zugehöriger Kontakt 8 gegenübersteht. Auf der in der Darstellung oberen Seite des Kontaktendes des Tasthebels T ist weiter ein vorzugsweise keramisches Fadenführungselement 9 befestigt, über das mit geringer Umschlingung ein gespannter Faden 10 gleitet.

Wird durch den Auflagedruck vom Faden tO der Tasthebet T nach unten gedruckt, so schließen sich die Kontakte 7 und 8, wodurch ein Strompfad über den betreffenden Tasthebelarm, die Achse 5 und die Gabel 6 entsteht Es ist nun möglich, über diesen Strompfad die Magnetspule 1 an eine Spannungsquelle zu schalten und mit dem erzeugten Magnetfeld eine relativ große Rückstellkraft auf den Tasthebel 4 auszuüben. Hierdurch werden die Kontakte 7 und 8 wieder geöffnet und dadurch die Spule 1 wieder stromlos und so die Rückstellkraft weggenommen. Nun können durch den Auflagedruck des Fadens 10 die Kontakte 7 und 8 erneut geschlossen werden und der Vorgang wiederholt sich.

Bei der Abtastung des intakten Fadens 10 macht der Tasthebel Γ also ständig eine kleine Bewegung um seinen Drehpunkt 5. Da zum Abschalten der verwendeten Niederspannung nur ein sehr geringer Luftspalt zwischen den Kontakten 7 und 8 erforderlich ist, erreicht die Bewegung des Tasthebels T äußerst kleine Werte von maximal 0,01 mm, was einer kaum spürbaren Vibration entspricht. Die Schwingfrequenz ist im wesentlichen durch die Masse des Tasthebels T gegeben und praktische Ausführungsformen zeigen eine Frequenz von 100 bis 200 Schwingungen pro Sekunde.

Wenn nun durch einen Fadenbruch der Auflagedruck vom Faden 10 verschwindet, so werden nach dem letzten Rückstellimpuls die Kontakte 7 und 8 offen bleiben und die Schwingung hört auf. Wird dagegen durch eine höhere Fadenspannung der Auflagedruck auf den Tasthebel T größer als die magnetische Rückstellkraft, so können die Kontakte 7 und 8 nicht mehr öffnen und die Schwingung hört ebenfalls auf. Da die Rückstellkraft nur vom Stromfluß durch die Spule 1 abhängt, kann diese mit einer variablen Spannung eingestellt und der Abschaltpunkt für eine überhöhte Fadenspannung frei gewählt werden. Bei einem immer gleichen Umschlingungswinkel des Fadens am Fadenführungselement 9 könnte ein an der variablen Spannung anliegendes Voltmeter direkt in Fadenspannungswerte beschriftet werden, wobei mit dieser Spannung natürlich auch gleichzeitig eine Vielzahl von Fadenwächtern eingestellt werden könnte.

Dieser Fadenwächter arbeitet gleichzeitig selbstüberwachend. Sollte durch irgendwelche Ursachen der Tasthebel Γ verklemmt oder gehemmt sein, so werden die Kontakte 7 und 8 nicht schließen oder dauernd geschlossen bleiben. In beiden Fällen setzt aber unabhängig vom intakten Faden die Schwingung aus, was dann zur Abschaltung führt.

Da die Magnetspule 1 doch eine angemessene Leistung verbraucht, ist es auf lange Sicht nicht möglich,

diesen Strom über den schwachen Auflagedruck der Kontakte 7 und 8 und die Lagerstelle 5 zu führen. Darum wird den Kontakten 7 und 8 ein Verstärker nachgeschaltet, so daß nur noch wenige Mikroampere Strom zu schalten sind und auch größere Übergangswiderstände nicht stören.

Eine besonders einfache Schaltung für die Steuerung und eine Signalauswertung zeigt F i g. 2. Bei dieser Schaltung ist der Kontakt 8 über einen Strombegrenzungswiderstand 12 an der Basis eines Verstärker-Transistors 11 angeschlossen, welcher die Magnetspule 1 schaltet. Parallel zum Transistor 11 liegt ein Widerstand 13, so daß auch bei geöffneten Kontakten 7 und 8 immer ein kleiner Strom von einer Spannungsquelle 23 her durch die Spule 1 fließt und die daraus resultierende geringe magnetische Rückstellkraft für eine eindeutige Nullage des Tasthebels 7^ auch bei Maschinenvibrationen, sorgt.

Schaltet man eine Spule ab, so wird bekanntlich durch die Magnetfeldänderung immer eine Selbstinduktionsspannung von reversiver Polarität erzeugt. Diese Spannung wird über eine Diode 14 in einem Kondensator 15 geleitet und von dort als Steuerspannung für die Basis eines Transistors 16 verwendet.

Wird die Spule 1 in der vorbeschriebenen Weise und im Normalbetrieb periodisch ein- und ausgeschaltet, so weist der Kondensator 15 immer eine Steuerspannung für den Transistor 16 auf, wodurch dieser durchgeschaltet ist. Damit liegt ein Widerstand 17 an Minus einer weiteren Spannungsquelle 24, so daß über eine Diode

18 keine Spannung an einen Widerstand 20 gelangen kann. Setzt aus irgendeinem Grunde die Schwingung am Tasthebel 4 aus und tritt dadurch an der Spule 1 keine Spannungsänderung mehr auf, so erfolgt keine Nachladung des Kondensators 15, worauf sich dieser über die Basis des Transistors 16 entladen kann, bis dieser in seinen nichtleitenden Zustand übergeht. Nun erscheint am Widerstand 17 das Pluspotential der Spannungsquelle 24 und über die Diode 18 gelangt eine positive Spannung an den Widerstand 20, so daß ein Transistor 21 ein Relais 22 einschalten kann, welches der Abschaltung des überwachten Maschinenteils dienen kann.

Hat eine Maschine nur ein abschaltbares Antriebssystem, aber eine Vielzahl von Fadenwächtern, so genügt das Vorhandensein von nur einem Transistor 21 und Relais 22, wobei dann alle durch die Diode 18 gebildeten Fadenwächterausgänge mit einer Sammelschiene

19 verbunden werden können.

Bei einem Fadenbruch muß der Tasthebel Tbekanntlich nur einen sehr kleinen Weg zum öffnen der Kontakte 7 und 8 machen, was darum verhältnismäßig rasch, in etwa 2 bis 3 Millisekunden, erfolgt Die wesentliche Abschaltzeit wird durch den Speicherkondensator 15 bestimmt, dessen Größe so bemessen sein kann, daß Zeiten von 20 bis 30 Millisekunden erreicht werden.

Für den Betrieb werden hier zwei Spannungsquellen benötigt, und zwar die Spannungsquelle 24 mit einer festen Spannung, z. B. 12 V, sowie die Spannungsquelle 23 mit einer variablen Spannung, z. B. 2,5 bis 25 V. 1st die Kontrolle einer überhöhten Fadenspannung nicht gefragt, so kann auch die Spannungsquelle 23 einen festen Wert haben. Nur muß die Spannung dann so hoch gewählt werden, daß die höchste vorkommende Fadenspannung die Rückstellkraft noch nicht überwindet.

Für die mechanische Schaltkontaktanordnung 7, 8 sind natürlich auch berührungslose Einrichtungen auf fotoelektrischer oder anderer Basis denkbar.

Bei der vorbeschriebenen Schaltungsausführung wird die impulsweise Einschaltung der Rückstellkraft auf den Tasthebel T durch Selbststeuerung des Elektromagneten über die Kontakte 7 und 8 bewirkt.

Eine andere Schaltung zeigt F i g. 3, wo die Kontakte 7 und 8 nicht mehr die Spule 1 steuern, sondern nur noch der für die Überwachung benötigten Signalerzeugung dienen. Die Spule 1 ist hier fest mit einem Impulsgenerator 48 verbunden, so daß entsprechend dem Impulsabstand elektromagnetische Rückstellkräfte auf den Tasthebel Γ wirksam werden. Zwischen zwei Impulsen ist die durch den kleinen Vorstrom von einem Widerstand 13' erzeugte Rückstellkraft wieder äußerst gering, und der Tasthebel Γ kann, mit geringem Auflagedruck, in die Stellung zum Schließen der Kontakte 7 und 8 gebracht werden, bis der nächste Impuls aus dem Generator 48 die Kontakte 7 und 8 wieder öffnet, wobei der Öffnungsweg durch die Impulsdauer bestimmt wird. Auch hier ist natürlich eine Quelle 23' wieder parallel der Serienschaltung von Spule 1 und Widerstand 13' angeschlossen.

Das Grundprinzip ist also auch hier gleich, d. h. unter der Wirkung der Fadenspannung werden zunächst die Kontakte 7 und 8 mit geringer Kraft geschlossen und danach mit einer starken Rückstellkraft wieder geöffnet, was sich entsprechend der Impulsfolgefrequenz, z. B. 50 Hz, wiederholt.
Bei dieser Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 schalten die Kontakte 7 und 8 über einen Widerstand 12' einen Transistor 11' entsprechend der Impulsfrequenz ein und aus, so daß sich an einem Widerstand 36 eine rechteckförmige Wechselspannung bildet, welche das Signal für den intakten Faden darstellt. Die Anwesenheit dieser Wechselspannung kann nun zur weiteren Steuerung verwendet werden. Diese Spannung wird hier über einen Kondensator 37 abgenommen und mittels Dioden 38 und 39 gleichgerichtet, so daß sich ein Kondensator 30 negativ aufladen kann und sich das durch einen Spannungsteiler mit den Widerständen 31 und 32 gebildete positive Potential aufhebt. Hierdurch wird eine Diode 18' gesperrt, wodurch eine aus einem Transistor 2Γ und einem Relais 22' gebildete Schaltstufe unerregt bleibt Bei einem Fadenbruch, einer Faden-Überspannung oder einer gestörten Bewegungsfreiheit des Tasthebels Γ setzt hier ebenfalls die Wechselspannung aus und der Kondensator 30 entlädt sich, so daß über die Diode 18' eine positive Spannung an die Basis des Transistors 2Γ gelangt und dadurch dieser das Re-

lais 22' einschaltet

Diese Schaltungsart bietet folgende Vorteile: Die Schaltleistung über die Kontakte 7 und 8 wird nochmals wesentlich kleiner und erlaubt noch höhere Übergangswiderstände, was die Lebensdauer erheblich vergrößen. Die Impulsspannung an der Spule 1 kann jetzi wesentlich erhöht werden und ist nicht mehr durch die Transistoren begrenzt, derer, Betriebsspannung meistens nur bis 30 V geht Ferner ergibt sich eine von der Masse des Tasthebels Γ unabhängige feste und konstante Frequenz des Wechselspannungssignals.

Natürlich lassen sich noch weitere elektronische Schaltungen realisieren. Wesentlich ist hier, daß füi eine Bewegung des Tasthebels T zum Schließen dei Kontakte 7 und 8 nur sehr kleine Kräfte von der Fa

(>5 denspannung abgeleitet werden müssen, wogegen füi die Rückstellung des Tasthebels aber periodisch relativ große elektromagnetische Rückstellkräfte wirksam werden und dadurch eine sichere und schnelle Abschal

g erreicht wird. Ferner ist es von großer Bedeutung, I der Fadenwächter seine Funktionstüchtigkeit 3St überwacht und Del'ekte am Tasthebel oder an ι Kontakten auch bei noch intaktem Faden bereits ch Abschaltung meldet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektromechanischen Fadenwächter zur Überwachung eines Fadens auf einer Textilmaschine, mit einem zur Berührung mit dem Faden bestimmten, zweiarmigen, um eine an einem Lagerkörper abgestützte Achse schwingbaren Tasthebel, dessen einer Arm einen beweglichen Teil eines Schaltelements bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der >o andere Arm (4) des Tasthebels (TJ zur Erzeugung einer Schwingbewegung am Tathebel (T) einen gegen die Wirkung einer vom Faden auf den einen Ann (4a) ausübbaren Kraft anziehbaren Anker einer Elektromagnetanordnung (1 bis 3) bildet, wobei das in Abhängigkeit der Schwingungen am Tasthebel (T) elektrische Impulse bewirkende Schaltelement (7, 8) mit einem Schaltkreis zur Erzeugung eines ein Aussetzen der Schwingbewegung des Tasthebels (T) anzeigenden Störsignals verbunden *> ist

2. Fadenwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einen beweglichen Teil eines Schaltelements (7,8) bildende Arm (4a) des Tasthebels (T) einen Kontakt (7) trägt, wobei dieser Arm (4a) und der Lagerkörper (6) über die Achse (5) einen Strompfad für diesen Kontakt bilden.

3. Fadenwächter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (7,

8) einen Aus-Ein-Schalter für die Elektromagnetan-Ordnung (1 bis 3) bildet.

4. Fadenwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnetanordnung (1 bis 3) an einem Impulsgenerator (48) angeschlossen ist.