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Elektro-optischer Fadenreiniger
Beim Spinnen von Textilfasern ist es unvermeidbar, dass stellenweise Querschnittsänderungen im Garn auftreten, oder dass durch eingesponnene Fremdkörper (z. B. Baumwollschalen) der Querschnitt ver- ändert wird. Die Querschnittsänderungen können rund sein oder jede beliebige andere Form haben.
Weicht der Querschnitt um einen gewissen Betrag vom Sollwert ab, so muss diese Stelle aus dem Garn entfernt werden, da sie andernfalls für das Garn einen erheblichen Qualitätsmangel darstellen würde.
Querschnittsabweichungen können, wenn es Verdickungen sind, durch die hinreichend bekannten mechanischen Fadenreiniger entfernt werden. Der mechanische Fadenreiniger besteht aus einer Metallplatte mit Schlitz, wobei der Schlitz dem Sollwert des Garndurchmessers angepasst ist. Läuft der Faden beim Umspulen durch den Metallschlitz, so wird eine Verdickung hier eingeklemmt und abgerissen.
Die Praxis hat aber gezeigt, dass der mechanische Fadenreiniger die Querschnittsfehler im Garn nur unvollkommen entfernt. Der Hauptgrund liegt darin, dass Querschnittsfehler nicht nur als runde Verdickungen auftreten, sondern häufig als flache oder gequetschte Stellen erscheinen und der Garndurchmesser daher in einer Richtung überhaupt nicht vom Sollwert abweicht oder diesen sogar unterschreitet. Es ist leicht einzusehen, dass derartige Fehler den Schlitz des Fadenreinigers meistens ungehindert passieren können.
Diese und andere Mängel des mechanischen Fadenreinigers haben zur Entwicklung von photoelektrischen Fadenreinigern geführt. Bei einem solchen wird der Faden im Prinzip zwischen einem lichtelektrischen Empfänger (Photozelle oder Photoelement) und einer Lichtquelle, beispielsweise einer Lampe mit Sammellinse, hindurchgeführt. In dem von der Sammellinse ausgehenden, parallelen Lichtstrahlenbündel wird ein Teil des Lichtes durch den dazwischenliegenden Faden abgedeckt, so dass der Querschnitt des Fadens als Schatten vom Lichtempfänger registriert wird. Querschnittsänderungen des Fadens verändern somit die vom Lichtempfänger aufgenommene Lichtmenge und werden von diesem als Spannungsänderung wiedergegeben. Die Spannungsänderungen können z. B. nach entsprechender Verstärkung zur Auslösung einer elektromagnetischen Schneideinrichtung benutzt werden.
Mit dieser einfachen photoelektrischen Einrichtung werden flache oder gequetschte Querschnittsfehler aber auch nur dann richtig erfasst, wenn sie quer zur Strahlenrichtung stehen ; liegt der gleiche Fehler hingegen parallel zur den Lichtstrahlen, so wird weder der Schatten des Fadens verändert noch ein Signal abgegeben. Für die Erkennung und Ausscheidung der Querschnittsfehler nach bestimmten zulässigen Grössen ist es jedoch unbedingt erforderlich, dass ein bestimmter Garnfehler in jeder beliebigen Lage zum Lichtstrahl ein wenigstens annähernd gleich grosses Signal gibt.
Diese Forderung hat zum Bau von Einrichtungen mit zwei oder mehreren sich kreuzenden Lichtstrahlen geführt, wobei der Faden deren Kreuzungsstelle durchläuft und demnach einen mehrfachen Schatten wirft (s. z. B. die belgische Patentschrift Nr. 597995 oder die deutsche Patentschrift Nr. 8834). Wird bei zwei sich rechtwinkelig schneidenden Strahlenbündeln in deren Kreuzungszone eine flache Querschnittsverdickung um 900 verdreht, so ergeben sich für diese beiden Stellungen gleiche Verhältnisse
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durch den Körper 3a gebildeten Zylinderfläche.
Die dem Faden 6 zugekehrte Fläche 4a bzw. 4b des Körpers 3a bzw. 3b ist als sekundäre Lichtquelle aufzufassen, die den Faden unter einem möglichst stumpfen Winkel, also annähernd über den halben Umfang beleuchtet. Die Photozelle 5 ist dabei so zu dimensionieren, dass sie, vom Faden aus gesehen, wieder unter etwa dem gleichen Winkel erscheint. Dies wird durch relativ geringe Abstände zwischen dem Faden einerseits und dem Körper 3 bzw. der Photozelle 5 erreicht.
Nachdem das Licht von der Glühlampe 1 den Opalglaskörper 3 durchlaufen hat, tritt es an der Fläche 4 gegen den Faden hin völlig diffus gestreut aus, d. h. es ist keine bevorzugte Strahlenrichtung vorhanden und es entsteht deshalb keinerlei definierte Abbildung (Schatten) des Fadens 6 auf dem flächenhaften Lichtempfänger 5. Querschnittsänderungen des Fadens 6 haben deshalb über die ganze Fläche des Lichtempfängers verteilte Helligkeitsänderungen zur Folge, weshalb sich örtliche Empfindlichkeitsunterschiede oder Lageänderungen des durchlaufenden Fadens in keiner Weise auswirken.
Da der Faden unter einem Winkel von annähernd 180 gleichmässig diffus angestrahlt wird, ist auch die Form und die Richtungslage der Querschnittsabweichungen völlig gleichgültig, und der Anordnung haftet keine Anisotropie an, wie sie bei Fadenreinigern mit gerichteten Lichtstrahlen unver- meidlich ist.
Voraussetzung für die Eliminierung der Anisotropie ist, dass der Faden 6 über den gesamten Winkel a mit mindestens annähernd der gleichen Lichtintensität angeleuchtet wird. Bei den Anordnungen nach Fig. 1 und Fig. 2 wird dies auf unterschiedliche Weise erreicht. Da der annähernd homogen angestrahlt Körper 3a überall gleiche Dicke aufweist, ist die Intensität der diffus austretenden Strahlung an jeder Stelle der Austrittsfläche 4a gleich. Da ferner diese Fläche 4a überall den gleichen Abstand vom Faden 6 hat, ist die erwähnte Bedingung mit sehr guter Annäherung erfüllt.
Bei dem nach Fig. 2 geformten Körper 3b ist hingegen die Dicke gegen die beiden Ränder hin geringer und dementsprechend die Austrittsintensität an den Rändern der Fläche 4b grösser. Anderseits ist aber auch der Abstand dieser Randpartien vom Faden 6 beträchtlich grösser als die Distanz der weniger intensiv strahlenden Mittelpartie der Fläche 4b. Diese beiden Erscheinungen wirken einander im ausgleichenden Sinne entgegen, so dass an jeder angeleuchteten Stelle des Fadens 6 über den ganzen Winkel a wieder annähernd gleiche Helligkeit herrscht. Durch geeignete Formgebung im Querschnitt des Körpers 3b und unter Berücksichtigung der Lichtdurchlässigkeit des verwendeten Opal- materials können verbleibende Inhomogenitäten ausgeglichen werden.
Die Fig. 3 zeigt eine besonders vorteilhafte und raumsparende Anordnung der optischen Elemente des Fadenreinigers. Ein geschnitten gezeichneter Körper 11 aus klar durchsichtigem Material, beispielsweise Plexiglas, weist eine Ausnehmung 12 auf, welche den Kolben einer Glühlampe 10 aufnimmt. An der einen Stirnseite des vorzugsweise prismatischen Körpers 11 ist ein Körper 14 aus lichtdurchlässigem, aber diffus streuendem Material eingesetzt, dessen Lichtaustrittsfläche 15 wieder dem Faden 6 bzw. dem flächenhaften Lichtempfänger 5 zugekehrt ist. An den übrigen Seitenflächen ist der Körper 11 mit einer diffus reflektierenden Schicht 13, vorzugsweise mit einem deckenden, weissen Farbanstrich, überzogen. Diese Massnahme bewirkt, dass trotz der räumlichen Nähe der Glühlampe 10 der Körper 14 weitgehend homogen angeleuchtet wird.
Der Querschnitt des Körpers 14 ist nach dem Prinzip gemäss Fig. 2 gestaltet, doch könnte selbstverständlich auch ein nach Art des Körpers 3a in Fig. l geformter Teil eingesetzt werden.
Die Fig. 4 und 5 zeigen etwa in natürlicher Grösse einekonstruktive Ausgestaltung des vollständigen Fadenreinigers. Ein vorzugsweise als Spritzgussteil ausgebildetes, metallisches Gehäuse 20, welches mit einem seitlichen Deckel 21 verschlossen ist, ist mit einer Fadenführungs-Öse 23 versehen, in welche der Faden durch einen Gehäuseschlitz 22 eingeführt wird. Die gesamte optische Einrichtung ist in unmittelbarer Umgebung der Fadenführung 23 untergebracht. An einem Winkelstück 24, welches, wie strichpunktiert angedeutet, ausgeschwenkt werden kann, sind die Teile 26 und 27 befestigt, welche den Teilen 11 und 14 in Fig. 3 entsprechen. Auf der andern Seite der Fadenführung 23 ist die Photozelle untergebracht (nicht eingezeichnet). Die Glühlampe 28 sitzt in einer im Gehäuse 20 befestigten Fassung.
Bei ausgeschwenktem Winkelstück 24 lassen sich die optischen Teile bequem reinigen und nötigenfalls die Glühlampe 28 auswechseln. Zur Kontrolle der Glühlampe ist im Winkelstück 24 ein Stift 28 aus durchsichtigem Material, beispielsweise rot eingefärbtem Plexiglas, eingesetzt, welcher bis zu dem den Lampenkolben aufnehmenden Hohlraum ragt. Wie bei 30 angedeutet, ist im Gehäuse ferner ein verschiebbares, von einem Elektromagneten zu betätigendes Messer eingesetzt, welches auf die Durchlaufstelle des Fadens gerichtet ist und, falls eine auszuscheidende Fehlerstelle registriert wird, den Faden durchtrennt.
Dank dem ausserordentlich geringen Platz-
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bedarf der optischen Einrichtung ist es möglich, auch den gesamten Verstärker für das vom Lichtempfänger abgegebene Signal sowie den Elektromagneten für die Messerbetätigung im Gehäuse 20 unterzubringen.
Wie die vorstehende Beschreibung erkennen lässt, sind durch die erfindungsgemässe Anwendung des diffusen Lichtstrahlen für die Fadenabtastung die eingangs angeführten Mängel bekannter lichtelektrischer Fadenreiniger, welche mit gerichteten Lichtstrahlen arbeiten, behoben. Die diffuse, homogene Beleuchtung erzeugt keinerlei definierte Abbildung des Fadens und der Fehlerkonturen auf der Empfängerseite, sondern es entsteht bei Querschnittsänderungen des Fadens eine gleichmässig über die gesamte Oberfläche des flächenhaften Lichtempfängers verteilte Änderung der Lichtintensität. Das vom flächenhaften diffusen Lichtstrahler ausgehende Licht hat keine bevorzugte Strahlenrichtung, sondern der Faden wird über den gesamten Winkel von annähernd 1800 aus allen Richtungengleichmässig angeleuchtet.
Ausser den dargestellten, bevorzugten Ausführungsformen der diffus abstrahlenden Lichtquelle sind selbstverständlich auch andere diffuse Strahler anwendbar, so etwa in der Form der bekannten "Ulbricht'sehen Kugel".
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektro-optischer Fadenreiniger, bei dem der Faden zwischen einem Lichtsender und einem Lichtempfänger hindurchgeführtwird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3a, 4a : 3b, 4b ; 14, 15i 27) als ein dem Faden (6) benachbarter, an sich bekannter flächenhafter diffuser Strahler ausgebildet ist, der den Faden unter einem stumpfen Winkel (a) beleuchtet.