DE3720602C2 - Fadenbruckdetektor für Spinn- und Webmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fadenbruchdetektor für Spinn- und Webmaschinen gemäß dem Oberbegriff des einzigen Anspruchs.

Wenn bei der Herstellung von Garnen oder Textilwaren mittels Spinn- oder Webmaschinen oder anderer Textilmaschinen ein unerwarteter Bruch bzw. ein unerwartetes Abreißen des zugeführten Fadens während des Produktionsprozesses auftritt, werden die hergestellten Waren fehlerhaft sein. Um solche Probleme beheben zu können, ist es erforderlich, eine geeignete Gegenmaßnahme, wie etwa durch das Vorsehen einer Vorrichtung zum Abgeben eines Alarmsignals oder zum Anhalten der Maschine beim Auftreten von Fadenbruch, zu ergreifen.

Verschiedene Typen von Fadenbruchermittlungsvorrichtungen wurden bisher entwickelt und verwendet, die folgende Systeme umfassen: ein System mit Mikroschaltern, in dem ein Mikro­ schalter mit einer Betätigungsvorrichtung verbunden ist, so daß der Mikroschalter je nach Vorhandensein oder Fehlen der Fadenspannung geöffnet oder geschlossen wird, um dadurch den Fadenbruch zu ermitteln; ein photoelektrisches System, bei dem Licht auf den Faden projeziert wird, um den Fadenbruch durch die Veränderung der Projektion zu ermitteln; ein elektrostatisches Kapazitätssystem, bei dem der Faden zwischen zwei Elektrodenteilen geführt wird und die Veränderung der elektrostatischen Kapazität zwischen den zwei Elektroden überwacht wird, um einen möglichen Faden­ bruch aufzudecken; ein Ermittlungssystem mit elektrischen Ladungen, bei dem die Veränderung der elektrischen Ladungen auf dem Faden überwacht wird, um den Fadenbruch zu ermit­ teln.

Aus DE-OS 25 12 539 ist eine Überwachungseinrichtung für Textilma­ schinen bekannt, bei welcher zwei einander gegenüberliegende De­ tektorelektroden so angeordnet sind, daß zwischen diesen ein Faden oder ähnliches durchgeführt werden kann. Die Ausgangssignale der Detektorelektroden werden jeweils mittels eines separaten Strom­ verstärkers verstärkt, abgeglichen und einem Differentialverstär­ ker zugeführt, welcher ein Ausgangssignal an einen Gleichrichter abgibt, welcher wiederum mit einem Relaiskreis verbunden ist. Bei einem Fadenriß oder sonstigen Störungen kann mittels dieses Relais­ kreises ein geeignetes Warnsignal erzeugt werden. Bei dieser Über­ wachungseinrichtung erweist es sich als nachteilig, daß die Detek­ torelektroden ein separates Bauteil bilden, welches separat abge­ schirmt werden muß, ebenso wie die Zuleitung zu den nachfolgenden elektronischen Bauteilen. Bei dieser Ausgestaltung ist eine Minia­ turisierung nur in beschränktem Maße möglich; weiterhin ergeben sich insbesondere durch die Abschirmung der Elektroden der Zulei­ tung zu den nachfolgenden Verstärkern vielfältige Fehlermöglich­ keiten.

Aus US-PS 4 393 903 ist eine Detektoreinrichtung bekannt, bei wel­ cher die beiden Elektroden einander gegenüberliegend angeordnet sind, bei welcher jedoch nur eine Elektrode mit einem nachfolgen­ den Verstärker und Auswertekreis verbunden ist.

Auch die CH-PS 596 344 offenbart einen Fadenwächter, der zwei im Abstand voneinander angeordnete Elektroden aufweist. Jedoch werden auch hier die von den Elektroden erzeugten Signale durch zwei als Emitterfolger arbeitende Operationsverstärker stromverstärkt. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung wird auch hier nicht die Spannungs­ differenz zweier phasenverschobener Signale ausgewertet, sondern die Signaldauer und die Signalamplitude der beiden Elektroden­ signale.

All diese bekannten Systeme haben jedoch ihre Vor- und Nachteile. So ist zum Beispiel das System mit den Mikro­ schaltern sehr kostengünstig, ist jedoch insofern problema­ tisch, als das Ermittlungsglied immer mechanisch in Kontakt mit dem Faden gehalten werden muß und der Betrieb des Sy­ stems nicht immer zuverlässig ist.

Das photoelektrische und das elektrostatische Kapazitätssy­ stem können die Ermittlung durchführen, ohne mit dem Faden in Kontakt zu kommen, und sind auch relativ zuverlässig, sie verursachen jedoch beide hohe Kosten bei der Anpassung bzw. Einrichtung. Zudem muß bei dem photoelektrischen System der Fadenweg reguliert werden, während bei dem elektrostatischen Kapazitätssystem wegen der Verwendung von hohen Frequenzen das Problem von komplex aufgebauten Schaltkreisen auf­ taucht.

Das Ermittlungssystem mit elektrischen Ladungen ist empfind­ lich gegenüber dem Einfluß des von der Umgebung induzierten elektrischen Feldes und ist deshalb ungünstig bezüglich des Signal/Rausch-Verhältnisses (S/R-Verhältnis). Außerdem ist der Rahmen der Verwendung begrent, da dieses System eine Ab­ schirmplatte benötigt, um den auftretenden Geräuschpegel zu senken.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fadenbruch­ detektor für Spinn- und Webmaschinen zu schaffen, der einfach im Aufbau, kostengünstig und kleindimensio­ niert ist, sowie der eine weitgehend freie Wahl bezüglich der Form der Detektorelektroden erlaubt und keine elektrostati­ sche Abschirmung für die Oberflächen der Detektorelektroden benötigt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs an­ gegebenen Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäße Fadenbruchdetektor für Spinn- und Webmaschinen ist nicht nur in der Lage, die Messungen ohne Kontakt mit dem Faden durchzuführen, sondern zudem auch noch in hohem Maße bezüg­ lich des Rausch/Signal-Verhältnisses (S/R-Verhältnis) ver­ bessert, da die Welligkeit der Stromquelle ausgeglichen wird. Der Detektor wird durch äußere Faktoren nicht beein­ trächtigt, er ist weit in Bezug auf den regulierten Bereich des Fadenlaufwegs, und er kann nicht nur Fadenbruch ermit­ teln sondern auch das Anhalten des normalen Fadenlaufs.

Nachfolgend wird die Erfin­ dung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das die Funktionsweise des Fa­ denbruchdetektors gemäß eines Ausführungsbeispiels der vor­ liegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ein elektrisches Schaltdiagramm des Fadenbruchdetek­ tors;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs der Detek­ torelektrode; und

Fig. 4 eine Darstellung, die die Wellenformen der elektri­ schen Signale von den entsprechenden Elementen zeigt.

Fig. 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Fadenbruchdetektors. Wie in den Figuren gezeigt, ist wenigstens ein Paar von Elektroden 2a, 2b korrespondierend und in allernächster Nähe zu dem Faden 1 angeordnet.

In diesem Ausführungsbeispiel läuft der Faden 1 entlang einem Weg gerade in der Mitte zwischen dem Elektrodenpaar 2a, 2b. Dies ist jedoch nicht der einzig mögliche Fadenlauf­ weg. Eine ähnliche Wirkung kann erzielt werden, wenn der Fa­ denweg quer oder schräg verläuft.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Elektroden 2a, 2b auf eine Grundplatte 8 aufgedruckt, sie haben im wesentlichen die gleiche Oberfläche und sind in der Anordnung zueinander symmetrisch. Die Elektroden 2a, 2b sind jeweils mit An­ schlußdrähten 9a, 9b verbunden. Die Anschlußdrähte 9a, 9b sind durch eine Abschirmung 10 elektrostatisch insgesamt ab­ geschirmt und sind mit den entsprechenden Eingangsanschlüs­ sen der Wechselstromverstärker 3a, 3b mit hoher Eingangsim­ pedanz verbunden, wie es in Fig. 1 und 2 gezeigt ist.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird das fluktuierende Potential der elektrischen Ladungen des Fadens 1 durch die Elektroden 2a, 2b induziert, welche jeweils mit den Gateanschlüssen der Feldeffekttransistoren 11a, 11b verbunden sind. Die Gatean­ schlüsse sind durch Leckwiderstände 12a, 12b geerdet, wäh­ rend die Sourceanschlüsse durch Widerstände 13a, 13b geerdet sind. So werden die Wechselstromverstärker 3a, 3b mit hoher Eingangsimpedanz gebildet.

Die Wechselstromverstärker 3a, 3b dienen zur Verstärkung der kleinen alternierenden Potentiale, die durch die Elektroden 2a, 2b induziert werden, und sie geben sie an die Ausgangs­ anschlüsse einer Ausgleichsvorrichtung 4 ab.

Die Abgleichschaltung 4 besteht aus festen Widerständen 14a, 14b und einem variablen Widerstand 15 und dient zum Abglei­ chen der Ausgangssignale der Wechselstromverstärker 3a, 3b, indem die Schwankungen des Ausgangssignals durch Veränderung des Widerstandswerts des Widerstands 15 beseitigt werden. Die Ausgangsanschlüsse dieser Schaltung sind mittels Konden­ satoren 4a, 4b mit den Eingangsanschlüssen eines Differen­ tialverstärkers 5, der aus den Widerständen 16a, 16b und einem Operationsverstärker besteht, gekoppelt.

Das Wechselstromausgangssignal des Differentialverstärkers 5 wird dann durch einen Gleichrichter 6, der aus einer Diode 18, einem Kondensator 19 und einem Widerstand 20 besteht, in ein Gleichstromausgangssignal umgesetzt und dem Eingangsan­ schluß des Komparators 21 einer Komparatorschaltung 23, die aus dem Komparator 21 und einem Stellwiderstand 22 besteht, zugeführt.

Um die Ansprechempfindlichkeit einzustellen, wird an den Vergleichsanschluß des Komparators 21 eine durch den Stell­ widerstand 22 eingestellte Spannung angelegt. Der Ausgang des Komparators 21 ist mit einem Anzeigegerät 24 und einem Relaiskreis 7 verbunden, so daß das Anzeigegerät 24 und der Relaiskreis 7 durch das Ausgangssignal des Komparators 21 betrieben werden. Zudem ist der Ausgangsanschluß 25 des Re­ laiskreis 7 mit einer Fadenlaufanhaltevorrichtung oder einer Fadenabschneidevorrichtung (nicht gezeigt) in der Maschine verbunden, um diese Vorrichtungen zu steuern.

Beim Betrieb des Fadenbruchdetektors sind, wenn der Faden 1 nicht läuft, die äußeren Rauschpotentiale, die durch die entsprechenden Detektorelektroden 2a, 2b induziert werden, gleichphasig und miteinander synchron, so daß beide, wenn sie weiter durch den Widerstand 15 der Ausgleichsschaltung 4 auf Potentiale desselben Niveaus gebracht werden, durch den Differentialverstärker 5 eliminiert werden, so wird das Aus­ gangssignal des Differentialverstärkers 5 Null, oder es wird nur ein äußerst geringes Ausgangssignal abgegeben. Deshalb hat, da die Ausgangsspannung R des Gleichrichters 6 eben­ falls niedrig ist, wenn die Bezugsspannung der Komparator­ schaltung 12 so eingestellt wird, daß sie geringfügig höher ist als die Ausgangsspannung R des Gleichrichters 6, das Ausgangssignal des Komparators 21 ein Potential "1", so daß das Anzeigegerät 24 und der Relaiskreis 7 ein Betriebszu­ stand gebracht werden.

Wenn der Faden 1 läuft, werden die Meßsignale, die den elek­ trischen Ladungen auf dem Faden entsprechen, durch die Elek­ troden 2a, 2b induziert. Da diese Meßsignale nicht phasen­ gleich und unsynchron induziert werden, ist das kombinierte Signal daraus ein Ausgangssignal des Differentialverstärkers 5 und die Ausgangsspannung R des Gleichrichters 6 geht auf ein hohes Potential. Als Folge geht das Ausgangssignal des Komparators 21 auf Potential "0" und das Anzeigegerät 24 und der Relaiskreis 7 werden abgeschaltet.

Falls der Faden 1 beispielsweise bei Fadenbruch zu laufen aufhört, hören die von den Elektroden 2a, 2b induzierten, nicht phasengleichen und unsynchronen Fadenlaufsignale selbstverständlich auf und der Ausgangszustand, in dem sich der Faden nicht bewegt, stellt sich wieder ein, wodurch das Anzeigegerät 24 und der Relaiskreis 7 in den Betriebszustand versetzt werden, in dem ein Fadenbruch angezeigt oder ein entsprechendes Signal abgegeben wird.

Wie in Fig. 1 und 4 gezeigt ist, wird der Faden 1 aufgrund der Reibung mit einem Luft enthaltenden Objekt positiv oder negativ aufgeladen und diese Ladungen werden mittels des Elektrodenpaares 2a, 2b induziert. Wenn sich der Faden nicht bewegt, wird eine nicht-fluktuierende, statische elek­ trische Ladung durch die Elektroden 2a, 2b induziert. Wenn der Faden 1 läuft, werden fluktuierende Ladungen aufgrund der Schwankungen im Fadenaußendurchmesser, der Laufposition, und der Ungleichmäßigkeit der elektrischen Ladungen auf dem Faden selbst durch beide Elektroden 2a, 2b induziert.

Die induzierten Potentiale sind bezüglich der Ladungsmenge sehr klein, so daß sie durch die Wechselstromverstärker 3a, 3b verstärkt werden. Andererseits werden, da die Elektroden 2a, 2b eine hohe Impedanz zur Erde haben, auch die induzier­ ten Potentiale von Netz durch die Elektroden 2a, 2b zusammen mit den fluktuierenden Potentialen des Fadens 1 induziert. Diese induzierten Potentiale können bis zu einem bestimmten Grad reduziert werden, wenn die Elektroden 2a, 2b mit Erdpo­ tential elektrostatisch abgeschirmt werden. Es bleibt jedoch immer noch ein Rest übrig, der durch den Faden 1 induziert wird. Für die Elektroden 2a, 2b sind die vom Netz induzier­ ten Potentiale miteinander phasengleich, so daß, wenn beide Elektroden 2a, 2b im wesentlichen die gleiche Fläche aufwei­ sen und die Potentiale beider Elektroden symmetrisch inver­ tiert werden, diese induzierten Potentiale eliminiert werden können. Wenn für diesen Zweck die Ausgangssignale der Wech­ selstromverstärker 3a, 3b durch eine Verbindung mit der Aus­ gleichsschaltug 4 abgeglichen und von dort zu den Eingangs­ anschlüssen Pa, Pb des Differentialverstärkers 4 jeweils durch Kondensatoren 4a, 4b abgegeben werden, werden die Ein­ gangssignale an den Eingangsanschlüssen Pa, Pb von dem Aus­ gangsanschluß Q des Differenzverstärkers 5 abgegeben, wobei der synchronisierte Anteil des Signals eliminiert wird. Des­ halb werden die vom Netz induzierten Potentiale eliminiert, da sie synchronisiert sind, und die nicht-phasengleichen und nicht-synchronisierten Anteile der Signale von den Elektro­ den 2a, 2b, die durch den Lauf des Faden 1 induziert werden, werden als Ausgangssignal erkannt. Wenn dieses Ausgangssig­ nal durch den Gleichrichter 6 abgeglichen und geglättet wird, entsteht an seinem Ausgangsanschluß R eine Gleich­ stromspannung, die ein hohes Potential aufweist, wenn der Faden läuft, und ein niedriges Potential, wenn ein Faden­ bruch auftritt oder der Fadenlauf angehalten wird. Gemäß dem Pegel dieser Gleichstromspannung wird der Relaiskreis 7 akt­ iviert, um ein Ausgangssignal als Fadenbruchsignal abzuge­ ben.

Die obigen Vorgänge werden mit der folgenden Erläuterung un­ ter Bezug auf Fig. 4 verdeutlicht, die Beispiele der Signal­ wellenformen an den jeweiligen Anschlüssen Pa, Pb, Q und R in Fig. 1 zeigt.

In Fig. 4 ist die Größe jedes Signals auf der waagerechten Achse gezeigt und die verstrichene Zeit ist auf der senk­ rechten Achse aufgetragen, wobei N die Fadenbruchperiode be­ zeichnet und S die Fadenlaufperiode. Die Signale an den je­ weiligen Anschlüssen Pa, Pb, Q und R sind in der Kurve senk­ recht und miteinander zeitlich synchronisiert gezeigt.

Während der Fadenbruchperiode N werden die phasengleichen und synchronisierten induzierten Signale Na, Nb vom Netz zu den Eingangsanschlüssen Pa, Pb addiert, so daß die unabge­ glichene Signalkomponente NQ =Na -Nb am Ausgangsanschluß Q des Differentialverstärkers 5 ausgegeben wird.

Während der Fadenlaufperiode S werden die Signale Na +Sa, Nb +Sb, d.h., die mit den Induktionssignalen Sa, Sb vom Fa­ denlauf kombinierten Induktionssignale Na, Nb vom Netz, je­ weils an die Eingangsanschlüsse Pa, Pb abgegeben. Deshalb wird die Differenz zwischen den beiden Signalen, i.e., NQS = (Na +Sa) - (Nb +Sb) =NQ +Sa -Sb) von dem Ausgangsan­ schluß Q abgegeben.

Da die Signale Na, Nb gleichphasig und zueinander synchroni­ siert sind, wird ihr Differentialsignal NQ =Na -Nb elimi­ niert und wird ein kleines Signal. Andererseits sind die Signale Sa, Sb vom Fadenlauf nicht phasengleich und nicht synchronisiert, und ihr Differentialsignal SQ =Sa -Sb wird als Meßsignal ausgegeben.

Das so abgegebene Meßsignal SQ wird durch den Gleichrichter 6 gleichgerichtet, und Gleichstromsignale NR, SR werden am Anschluß R abgegeben. Auf diese Weise ist, wenn das Signal mit nur einer Elektrode 2a erkannt wird, das Verhältnis des Signals Na zur Zeit des angehaltenen Fadens zum Signal Na + Sa zum Zeitpunkt des laufenden Fadens das Signal/Rausch-Ver­ hältnis, oder S/R-Verhältnis. Wenn die Signale aber von zwei Elektroden abgeglichen und differentiell verstärkt werden, wie oben beschrieben wurde, ist das Signal zum Zeitpunkt des angehaltenen Fadens NQ =Na -Nb sehr klein und kann auf Null reduziert werden, und wenn das Meßsignal SQ =Sa -Sb in einer entgegengesetzten Phase synchronisiert wird, ist es möglich, das maximale Meßsignal SQ =Sa +Sb zu erhalten, und das S/R-Verhältnis wird erheblich verbessert.

Claims (1)

1. Fadenbruchdetektor für Spinn- und Webmaschinen, mit ei­ nem Paar Detektorelektroden (2a, 2b), die korres­ pondierend und in unmittelbarer Nähe des laufenden Fa­ dens angeordnet und geeignet sind, Erkennungssignale zu induzieren, die den auf dem laufenden Faden befindli­ chen elektrischen Ladungen entsprechen, einem Diffe­ renzverstärker (5) zum Verstärken der Differenz der Ausgangssignale, einem Gleichrichter (6), einem Kompa­ rator (21) und einem Relaiskreis (7), dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• - die Detektorelektroden (2a, 2b), die bei laufendem Faden asynchrone und phasenverschobene Signale abgeben, mit den Eingängen eines zwei Feldeffekttranistoren (11a, 11b) aufweisenden Paares von Spannungsverstärkern (3a, 3b) mit hoher Eingangsimpedanz verbunden sind, die die induzierten Spannungspotentiale der Detektorelek­ troden (2a, 2b) verstärken und deren Ausgänge mit den Eingängen einer Ausgleichsschaltung (4) verbunden sind, um die Ausgangssignale des Paares von Spannungsverstärk­ kern (3a, 3b) abzugleichen, wenn diese gleichphasig und synchron sind,
• - daß der Differenzverstärker (5) jeweils über Konden­ satoren (4a, 4b) mit den Ausgängen der Ausgleichsschal­ tung (4) verbunden ist,
• - daß der Ausgang des Gleichrichters (6), der das Aus­ gangssignal des Differenzverstärkers (5) in ein Gleich­ spannungssignal umwandelt, mit einem der Eingänge des Komparators (21) verbunden ist, der das Gleichspan­ nungssignal mit einer Vergleichsspannung vergleicht, und ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Ausgangsspan­ nung des Gleichrichters (6) niedriger als die Ver­ gleichsspannung ist, um den Relaiskreis (7) zu aktivie­ ren,
• - und daß die Detektorelektroden (2a, 2b) auf einer Ba­ sisplatte aufgedruckt sind, gleiche Oberflächen aufwei­ sen und die Abschirmung der Anschlußdrähte (9a, 9b) in Form einer einzigen gemeinsamen Abschirmung ausgebildet ist.