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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs
1 angegebenen Gattung.
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Bei
einer bekannten Vorrichtung dieser Art (
DE 33 19 572 A1 sind die
Licht emittierenden bzw. Licht empfangenden Bauelemente getrennt
in einem Gehäuse
untergebracht, das an einem Ende ein zur Führung des Fadens bestimmtes
Wandteil und eine unter diesem angeordnete, durchsichtige Platte
aufweist, die an einer als Anschlag wirkenden Schulter des Wandteils
anliegt und dazu dient, die unter einem Winkel aus- bzw. eintretenden
Lichtstrahlen durchzulassen.
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Vorrichtungen
dieser Art dienen bei Faden verbrauchenden Maschinen, insbesondere
Web-, Wirk- und Strickmaschinen, als Fadenwächter und damit dem Zweck,
entweder die Anwesenheit bzw. Abwesenheit eines Fadens oder den
Fadenlauf zu überwachen,
d.h. festzustellen, ob ein Faden im Stillstand ist oder bewegt wird.
Möglich
wäre auch
eine Überwachung
darauf, ob der Faden langsam oder schnell bewegt wird.
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Da
gewöhnlich
eine sehr große
Anzahl von Fäden
zu überwachen
ist, sollte die Größe des Sensors
und der zugehörigen
Bestandteile möglichst klein
gehalten werden. Dies ist bei Anwendung der bekannten Vorrichtung
vor allem aus zwei Gründen nicht
möglich.
Zum einen besteht die Gefahr, daß der zu überwachende Faden wegen der
beim Betrieb einer Faden verbrauchenden Maschine unvermeidbaren
Vibrationen und Luftverwirbelungen von dem ihn führenden Wandteil abrutscht,
so daß dieses
eine gewisse Mindestgröße nicht
unterschreiten darf. Zum anderen müssen die das Licht emittierenden
bzw. empfangenden, aus separaten Teilen bestehenden Bauelemente
aus optischen Gründen
einen gewissen Mindestabstand voneinander aufweisen, so daß sich insgesamt
ein vergleichsweise großes Bauvolumen
ergibt. Aber selbst wenn dieser Nachteil vermieden oder in Kauf
genommen werden könnte,
besteht ein schwerwiegender Mangel der bekannten Vorrichtung darin,
daß der
Faden wegen der erwähnten
Vibrationen und Luftverwirbelungen ständig Flatterbewegungen und
damit auch Bewegungen relativ zu dem durch die Lage der Licht emittierenden
und empfangenden Bauelemente bestimmten Abtastbereich ausführt. Dies
erschwert die Auswertung der mit dem Licht empfangenden Bauelement
erhaltenen elektrischen Signale angesichts der ohnehin schon problematischen
optoelektronischen Überwachung
beträchtlich
und macht sich um so stärker
bemerkbar, je kleinere Licht ermittierende und empfangende Bauelemente
eingesetzt werden sollen.
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Der
zuletzt genannte Mangel wird bei einer Vorrichtung der eingangs
bezeichneten Gattung (
US 3 452
209 ) im wesentlichen dadurch vermieden, daß dem Sensor
eine transparente, zur sicheren Führung des Fadens bestimmte
Platte zugeordnet ist. Allerdings ist auch diese bekannte Vorrichtung
noch nicht optimal, weil sie im Gegensatz zu der zuerst genannten
Vorrichtung zwar eine sichere Fadenführung ermöglicht, die Einstellung ihrer
verschiedenen Teile zueinander jedoch problematisch ist. Außerdem weist
diese Vorrichtung einen im Durchlichtverfahren arbeitenden Sensor
auf, weshalb zwar eine Untersuchung auf Fadenbruch (Faden vorhanden
oder nicht vorhanden), nicht aber darauf möglich ist, ob sich der Faden
im bewegten Zustand oder im Stillstand befindet.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen
und die Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß der Faden
sowohl sicher durch den Abtastbereich geführt als auch in Reflexion abgetastet
wird und keine aufwendigen Manipulationen zur optischen Justierung
erforderlich sind.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung
an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Axialschnitt durch eine beispielsgemäße Vorrichtung;
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2 eine
perspektivische Darstellung einer Platte der Vorrichtung nach 1 in
starker Vergrößerung;
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3 bis 6 jeweils
die Vorderansicht, Draufsicht, Seitenansicht bzw. Unteransicht der
Platte in einem gegenüber 2 etwas
verkleinerten Maßstab;
und
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7 ein
schematisches Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Auswertung
der von der Vorrichtung nach 1 abgegebenen
Signale.
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Nach 1 enthält die beispielsgemäße Vorrichtung
zur Abtastung eines übertrieben
groß dargestellten
Fadens 1 einen optoelektronischen Reflexions-Sensor 2 und
eine durchsichtige, vor diesem angeordnete, in 2 bis 6 vergrößert dargestellte
Platte 3.
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Als
Reflexions-Sensor 2 wird vorzugsweise ein handelsübliches
Produkt, z.B. ein unter dem Warenzeichen "Mikro-Skan" von der Firma Skan-A-Matic Corp. in
Eldridge, N.Y., USA vertriebener Reflextaster verwendet. Dieser
Sensor 2 enthält, wie
in 1 nur grob schematisch angedeutet ist, ein Gehäuse 4,
in dem als Licht emittierendes Bauelement eine Fotodiode 5 in
Form eines üblichen LED-Bauelements
und eine Sammellinse 6 angeordnet sind, die das von der
Fotodiode 5 im infraroten Bereich in Richtung von Pfeilen
emittierte Licht auf den Faden 1 fokussiert. Ferner ist
in dem Gehäuse 4 ein
Bauelement angeordnet, das vom Faden 1 reflektiertes Licht
empfängt
und einen zentrisch und koaxial in der Sammellinse 6 und
der Fotodiode 5 angeordneten, an die Oberfläche der
Sammellinse 6 mündenden
Lichtleiter 7, z.B. eine Glasfaser, sowie einen diesem
zugeordneten Fotodetektor 8 enthält. Zwischen dem Lichtleiter 7 und
dem Fotodetektor 8 ist noch ein nicht dargestelltes Filter
angeordnet, das den störenden
Einfluß des
Lichts der äußeren Umgebung
auf den Fotodetektor 8 verhindert.
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Die
erforderlichen, aus dem Boden des Gehäuses 4 herausragenden
Anschlußleitungen 9 für die Bauelemente 5 und 8 sind
in den Buchsen eines Steckerteils 10 angeordnet und über dieses
mit verschiedenen Leitungen eines mehradrigen Flachbandkabels 11 verbunden,
das zu in 1 nicht dargestellten Batterien,
Auswerteschaltungen od. dgl. führt.
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Die
vor dem Sensor 2 angeordnete Platte 3 besteht
nach 2 bis 6 im wesentlichen aus einer
durchsichtigen, planparallelen Kunststoff oder Glasplatte, in deren
Oberseite 14 eine V-förmige
Führungsnut 15 für den in 3 angedeuteten
Faden 1 ausgebildet ist. Der Boden dieser Führungsnut 15 ist, bezogen
auf die Unterseite 16 der Platte 3 und in deren
Längsrichtung
bzw. in Richtung des Fadenlaufs betrachtet, konvex gewölbt, wie
durch eine Linie 17 in 1 und 5 angedeutet
ist. Außerdem
weist die Führungsnut 15 am
vorderen und hinteren Ende der Platte 3 je einen Eingang 18 und
Ausgang 19 (4) für den Faden 1 auf.
Beide sind, wie insbesondere 4 zeigt,
nach außen
hin erweitert, so daß die Führungsnut 15 in
ihrem mittleren Teil 20 am schmalsten ist.
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Auf
ihrer Unterseite 16 weist die Platte 3 eine zur
Aufnahme des Sensors 2 bestimmte, vorzugsweise nach Art
eines Sacklochs ausgebildete Aufnahmeöffnung 21 auf deren
Boden – bezogen
auf die Unterseite 16 – konvex
ausgebildet ist. Im Querschnitt ist diese Aufnahmeöffnung 21 vorzugsweise im
wesentlichen genauso dimensioniert wie das aus dem Gehäuse 4 heraustretende
Teil der Sammellinse 6, so daß dieses Teil entsprechend 1 in
die Aufnahmeöffnung 21 koaxial
eingesetzt werden kann. Dabei wird die Sammellinse 6 vorzugsweise
mittels eines optischen, denselben Brechungsindex wie die Platte 3 aufweisenden
Kitts mit dieser verklebt, so daß der Sensor 2 und
die Platte 3 ein fest miteinander verbundenes Bauteil bilden
Zur Unterseite 16 hin und im Anschluß an den eigentlichen Aufnahmeabschnitt
kann die Aufnahmeöffnung 21 im übrigen,
wie durch eine Linie 22 angedeutet ist, einen vergleichsweise
abrupt zunehmenden Durchmesser erhalten.
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Die
Kombination aus Fotodiode 5, Sammellinse 6, Lichtleiter 7 und
Fotodetektor 8 legt einen Abtastbereich fest, innerhalb
dessen der reflektierende Gegenstand, hier der Faden 1,
liegen sollte, um möglichst
unverfälschte
und gut auswertbare Abtastsignale zu erhalten.
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Daher
ist die beschriebene Vorrichtung so ausgebildet, daß die V-förmige Führungsnut 15 bei
in die Aufnahmeöffnung 21 eingesetztem
Sensor 2 mitten durch den Abtastbereich führt und
vorzugsweise mit ihrem mittleren, schmalsten Teil 20 entsprechend 4 und 6 genau
im Zentrum dieses Abtastbereiches liegt. Dabei ist der Abtastbereich
in
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4 und 6 im
wesentlichen durch eine die Aufnahmeöffnung 21 begrenzende
Kreislinie 23 definiert, deren Mittelpunkt auf der in 1 angedeuteten
Längsachse 24 des
Sensors 2 liegt und die diejenige Zone andeutet, welche
durch die Fotodiode 5 bestrahlt wird. Außerdem ist
der Boden der Führungsnut 15 an
dieser Stelle derart durch einen dünnen Steg 12 (5)
der Platte 3 vom Boden der Aufnahmeöffnung 21 beabstandet
(z.B. 0,5 mm), daß ein in
die Führungsnut 15 eingelegter
Faden zu einem brauchbaren und gut verarbeitbaren Abtastsignal führt.
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Aufgrund
der beschriebenen Anordnung ergeben sich im Hinblick auf die Abtastung
optimale Verhältnisse.
Außerdem
ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß die durchsichtige Platte 3 selbst
und nicht irgendein anderes Bauteil die Führung des Fadens und seine
Positionierung relativ zum Sensor 2 übernimmt.
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Die
aus dem Sensor 2 und der Platte 3 bestehende Baueinheit
ist nach 1 zweckmäßig in einer Halterung 25 untergebracht,
die je ein dem Eingang 18 bzw. Ausgang 19 zugeordnetes
weiteres Fadenführungselement
in Form einer Fadenöse 26, 27 mit
einer Durchgangsöffnung 28, 29 aufweist.
Die Halterung besteht vorzugsweise aus einem allseitig geschlossenen
Gehäuse,
das nur die Durchgangsöffnungen 28, 29 und
andere, für
die Montage bzw. die elektrischen Anschlüsse erforderlichen Öffnungen
aufweist. Deren Achsen sind, wie 1 deutlich zeigt,
vorzugsweise derart relativ zu dem durch die Linie 17 angedeuteten
Boden der Führungsnut 15 angeordnet,
daß der
Faden 1 auf einem großen
Teil der Länge
der Platte 3 zwangsweise der Wölbung des Bodens der Führungsnut 15 folgen
muß. Dies wird
vor allem dadurch erreicht, daß alle
die Durchgangsöffnungen 28, 29 umgebenden
Wandteile der Fadenösen 26, 27 ausreichend
tief unterhalb derjenigen Stelle angeordnet sind, an der der Boden
der Führungsnut 15 in 1 seine
höchste
Erhebung hat. Dadurch wird sichergestellt, daß der Faden 1 zumindest
im Abtastbereich ständig
gegen den Boden der Führungsnut 15 gedrückt und
dadurch beruhigt wird, d.h. trotz der üblichen Vibrationen und Luftverwirbelungen
keine schädlichen
Flatterbewegungen relativ zum Sensor 2 ausführt.
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Da
die Führungsnut 15 zum
Eingang 18 bzw. Ausgang 19 hin V-förmig erweitert
ist, kann der Faden 1 der Vorrichtung nach 1 auch
aus unterschiedlichen seitlichen Richtungen zugeführt werden,
ohne daß es
erforderlich wäre,
ihn in unerwünschter
Weise im Bereich der Vorrichtung abrupt umzulenken Der Faden 1 wird
vielmehr innerhalb der Vorrichtung, sofern sein Eintrittswinkel
nicht wesentlich größer ist,
als in 1 im Bereich der Fadenöse 26 angedeutet ist,
stets sanft umgelenkt, so daß keine
wesentliche Erhöhung
der Fadenspannung eintritt, und dennoch unabhängig vom jeweiligen Eintrittswinkel
stets dem mittleren Bereich 20 der Führungsnut 15 zugeführt, wo
er aufgrund der beschriebenen Geometrie einen definierten Abstand
vom Sensor 2 aufweist. Daher ergeben sich unabhängig davon,
ob der Faden 1 bewegt oder im Stillstand ist, stets eindeutige
Verhältnisse
bei gleichem Abstand zwischen dem Faden 1 und dem Sensor 2.
Außerdem
ergibt sich der Vorteil, daß das
für die
Abtastung maßgebliche
Teil des Sensors 2 geschützt angeordnet ist, so daß sich zwischen
ihm und dem Faden 1 keine die Abtastfunktion behindernden
Schmutzteilchen, Flusen od. dgl. absetzen können. Schließlich ist
die Führungsnut 15 aufgrund
der Selbstreinigung bei bewegtem Faden 1 vor Verschmutzung
gesichert.
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Die
gesamte Vorrichtung kann, wie 1 zeigt,
mittels einer Befestigungsschraube 30 an einem Träger 31 der
den Faden 1 verarbeitenden Maschine montiert werden.
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Zur
Auswertung der vom Fotodetektor
8 abgegebenen Signale kann
die in
7 grob schematisch angedeutete Schaltung dienen.
Diese weist einen an den Fotodetektor
8 angeschlossenen
Verstärker
32 und
eine mit diesem verbundene Auswerteschaltung
33 auf die
am besten in bekannter Weise ausgeführt ist (
DE 17 60 853 A . Dabei wird
z.B. mittels eines Schwellwertschalters nachgewiesen, ob ein Faden
1 im
Abtastbereich vorhanden ist oder nicht, da z.B, bei vorhandenem
Faden
1 ein starkes, aus der Reflexion herrührendes
Abtastsignal, bei fehlendem Faden
1 dagegen mangels Reflexion
ein nahezu verschwindendes Abtastsignal erhalten wird. Alternativ
kann aber auch überprüft werden,
ob der Faden
1 bewegt oder im Stillstand ist bzw. schnell oder
langsam läuft.
Dazu wird der Effekt ausgenutzt, daß sich bei laufendem Faden
aufgrund von Unregelmäßigkeiten
im Fadenmaterial ein vergleichsweise starkes Rauschen und damit
ein Abtastsignal mit veränderlicher
Amplitude ergibt, während
das Abtastsignal bei stillstehendem oder sehr langsam laufendem Faden
eine konstante bzw. nahezu konstante Amplitude besitzt. Auch in
diesem Fall kann mittels eines Schwellwertschalters, Komparators
od. dgl. festgestellt werden, ob der Faden
1 in Bewegung
ist oder stillsteht.
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Das
von der Auswerteschaltung 33 erhaltene Fehlersignal kann
schließlich
wie bei üblichen
Fadenwächtern
einem Fehlerspeicher 34 zugeführt werden, der ein dauerhaftes
Alarmsignal abgibt, das z.B. einer optischen oder akustischen Alarmeinrichtung
zugeführt
wird. Der Fehlerspeicher 34 kann z.B. über eine Rücksetzleitung 36 gelöscht oder über eine Freigabeleitung 37 zum
Ansprechen auf ein Fehlersignal vorbereitet werden. Mittels der
Freigabeleitung 37 kann die gesamte Vorrichtung außerdem aktiviert oder
blockiert werden, wenn eine nur zeitweilige oder gesteuerte Überwachung
erwünscht
ist.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, das
sich auf vielfache Weise abwandeln läßt. So ist es beispielsweise prinzipiell
gleichgültig,
welche Art von Sensor mit der Platte 3 kombiniert wird,
obwohl die Anwendung des beschriebenen Sensors 2 als die
derzeit beste Lösung
angesehen wird. Weiter ist es möglich,
die Platte 3 bzw. die Führungsnut 15 anders
auszubilden, sofern nur ein eindeutiger Abtastbereich und eine ausreichend
lange Beruhigungszone für
den Faden erhalten werden Weiter ist die Erfindung nicht auf die Abtastung
textiler Fäden
beschränkt,
da die beschriebene Vorrichtung bei entsprechender Abwandlung auch
für Drähte und
anderes faden- oder streifen förmiges
Material verwendet werden könnte.
Ferner versteht sich, daß der
Eingang 18 und Ausgang 19 auch vertauscht, d.h.
die Fäden 1 bei
der Fadenöse 27 zu-
und bei der Fadenöse 26 weggeführt werden
könnten.
Dabei brauchen die Achsen der Fadenösen 26, 27 auch
nicht übereinstimmen
Sie können vielmehr
einen Winkel bilden oder versetzt zueinander angeordnet sein, wobei
auch denkbar ist, daß die Ein-
und Auslaufrichtungen des Fadens unterschiedlich, insbesondere entgegengesetzt
zueinander sind. Weiterhin kann der Sensor 2 anstatt mit
Infrarotlicht auch mit anderem Licht oder auch mit unsichtbarer, reflektierbarer
Strahlung betrieben werden. Die Worte "Licht" und "optoelektronisch" stehen daher lediglich stellvertretend
für alle
brauchbaren Strahlungsarten und die zugehörigen Wandler. Dabei versteht sich,
daß die
Platte 3 nur für
die jeweils verwendete Strahlungsart "durchsichtig" sein muß.
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Die
Platte 3, ggf. zusammen mit dem an ihr befestigten Sensor 2,
ist vorzugsweise leicht auswechselbar innerhalb der gesamten Vorrichtung
angeordnet, um mögliche
Defekte beheben zu können Dabei
versteht sich, daß nur
derjenige Teil der Platte durchsichtig bzw. durchlässig für die verwendete Strahlungsart
sein muß,
der die Aufnahmeöffnung 2 enthält und den
Abtastbereich festlegt. Im übrigen kann
die Platte 3 undurchsichtig sein