Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Fadenaufspulung auf einer rotierenden Walze nach dem Oberbe¬ griff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verrfahrenε.

Es ist bekannt, den Spulendurchmesser eines Wickelkörpers, insbesondere einer Spule eines synthetischen Fadens mittels einer schwenkbar angeordneten Tastwalze zu ermitteln. Die Tastwalze liegt hierzu an dem Wickelkörper und rotiert mit diesem. Kommt es im Bereich der Tastwalze zu einer Faden¬ störung, so kann der Faden auf die Tastwalze aufgewickelt werden. Eine solche ungewollte Fadenaufspulung (= Wickler) führt zu einer Betriebsstörung. Die Betriebsstörung kann auch in einer dem Spulkopf vorgelagerten Changiereinrichtung zu einer Störung führen und in kurzer Zeit durch sich schnell vergrößerndes Volumen der Fadenaufspulung auf der Tastwalze erhebliche Schäden an der FadenaufspulVorrichtung verursachen.

Um das Ausmaß der Betriebsstörung und des Schadens mög¬ lichst gering zu halten, ist bereits vorgeschlagen worden, ein tangential zur Tastwalze angeordnetes Fühlerblech vor¬ zusehen. Da die Tastwalze vibriert, ist es notwendig zwi¬ schen der Tastwalze und dem Fühlerblech einen Luftspalt vorzusehen. Um sicherzustellen, daß unter allen Betriebs¬ bedingungen keine Fehlalarmauslösungen durch das Fühlerblech

erfolgen, muß der Luftspalt entsprechend groß ausgebildet werden. Dies führt zu dem Nachteil, daß sich bereits eine merkliche Fadenaufspulung auf der Tastwalze gebildet haben muß, damit das Fühlerblech ein Alarmsignal auslöst.

Im Hinblick darauf ist bereits der Vorschlag unterbreitet worden, eine Lichtschranke vorzusehen, welche parallel zur Tastwalze der AufSpulvorrichtung angeordnet ist. Sollte sich nun ein Faden um die Tastwalze wickeln, so wird die emp¬ fangene Lichtmenge durch den Wickler verändert. Wird ein vorgegebener Wert (Fotostrom) unterschritten, so wird ein Alarmsignal ausgelöst.

Diese Lösung berücksichtigt jedoch nicht, daß die Tastwalze vibriert. Die Vibrationen der Tastwalze entstehen durch radiale Schwingungen, die sich aus Ungenauigkeiten der Rundheit sowie aus Durchbiegungen oder durch Druck auf die Garnspulen ergeben. Auch durch Spiel in der Lagerung, Un¬ wucht- und Vibrationsübertragung durch die anliegenden Garn¬ spulen verursacht können solche Schwingungen entstehen.

Auch diese Lösung liefert daher keine befriedigende Über¬ wachung der Tastwalze bzw. Kontaktwalze.

Schließlich ist es aus der DE 26 28 994 AI bekannt, zur Überwachung ausgewählter Längenabschnitte einer rotierenden Kontaktwalze oder Tastwalze im Hinblick auf Fadenaufspulungen von einer in radialem Abstand über der Walze angeordneten Lichtquelle ein Lichtbündel unter einen Winkel zwischen 0° und 90° auf einen Überwachungsbereich der Walze zu richten, das zurückgeworfene Licht durch einen lichtempfindlichen Sensor aufzufangen und in ein elektrisches Signal umzuwan¬ deln. Intensitätsänderungen des reflektierten Lichts oder des von einer Aufspulung verursachten Streulichts werden hierbei gemesssen, ausgewertet und zur Betätigung einer Garnschneid¬ vorrichtung verwandt.

Nachteilig ist bei dem bekannten Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht, daß der Überwachungsbereich im wesentli¬ chen punktförmig ist und die gesamte Länge der Walze der SpulVorrichtung nur mit großem technischen Aufwand überwacht werden kann. Dies ist aber erforderlich, wenn sich bei¬ spielsweise bei stehender Changierung ein Fadenwickler an einem nicht überwachten Abschnitt der Welle bildet. Es ist zwar möglich, durch Anwendung einer Mehrzahl von Lichtquel¬ len und Detektorvorrichtungen, die längs der Walze angeord¬ net sind oder alternativ durch ein Hin- und Herverfahren der Lichtquelle und der lichtempfindlichen Sensoreinrichtung auch solche Fadenwickler zu erfassen. Dadurch wird aber die Reaktionszeit des Systems sehr hoch und das Überwachungsver¬ fahren für hohe Spulgeschwindigkeiten ungeeignet. Hinzu kommt, daß sich bei einer Verschmutzung der Walzenoberfläche die Reflexionseigenschaften verschlechtern und eine stabile Arbeitspunkteinstellung erschwert wird, wodurch die Funk¬ tionssicherheit der bekannten Vorrichtung stark eingeschränkt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrun¬ de, ein Verfahren zur frühzeitigen Erkennung einer ungewoll¬ ten Aufspulung an einem beliebigen Ort des Überwachungs- bereichs einer rotierenden Walze in einer Fadenbearbeitungs- oder Fadenaufspulvorrichtung anzugeben, welches sicher und zuverlässig arbeitet. Ferner soll eine Vorrichtung angegeben werden, mittels derer die Erkennung eines wickelnden Fadens auf einer Walze einer solchen Vorrichtung mit hoher Funk¬ tionssicherheit und kurzer Reaktionszeit erfolgen kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt für ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Art erfindungs¬ gemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung eines wickelnden Fadens auf einer Walze einer Aufspulvor-

richtung ist Gegenstand des Anspruchs 11. Vorteilhafte Wei¬ terbildungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Ansprüche 12 bis 20.

Durch das erfindungεgemäße Verfahren wird ein neuer Weg zur Erkennung einer Fadenaufspulung auf einer rotierenden, teil¬ weise vom laufenden Faden umschlungenen Walze beschritten. Es wird hierzu vorgeschlagen, von einer Lichtquelle ein Lichtbündel unter einem Anstellwinkel α zu einer Mantellinie der Walze derart auf die Walze zu projizieren, daß sich dieses über die gesamte Länge des Überwachungsbereiches der Walze als Lichtband erstreckt und das von der Fadenaufspu¬ lung reflektierte Streulicht mittels einer Sensoreinrichtung zu detektieren und ein Alarmsignal auszulösen, wenn minde¬ stens eine Fadenu schlingung im Überwachungsbereich der Walze festgestellt worden ist. Die Lage des Lichtsensors ergibt sich aus den Ansprüchen.

Dem Verfahren liegt der folgende Gedankengang zugrunde:

Durch eine vorzugsweise im wesentlichen senkrechte Anordnung der Auswerteinrichtung bezüglich des Überwachungsbereichs der Walze haben radiale Schwingungen der Walze keinen Einfluß auf die Erkennung des Fadens. Dadurch kann unter Umständen bereits eine einzige Fadenumschlingung auf der Walze festge¬ stellt werden. Jedoch ist eine Anordnung des Lichtsensors auch in anderen Bereichen möglich.. Die Maßnahme, die Walze mit einem schleifend einfallenden, parallelen oder sich aufweitenden Lichtbündel zu bestrahlen, bietet insbesondere den Vorteil, daß der gesamte Überwachungsbereich, der zwi¬ schen zwei im Abstand zueinander liegenden Normalebenen der Walze festgelegt wird, mit einer einzigen Lichtquelle und zugeordneter Abbildungsoptik beleuchtet wird, wenn der An¬ stellwinkel α zur Walzenmantelfläche richtig eingestellt ist. Dieser ist abhängig von der Amplitude der Schwingungen der Walze im Spulbetrieb, den Fertigungstoleranzen bei der

Herstellung der Walze und der Höhe eventuell vorhandener Anlaufringe auf der Walze. Dieser Anstellwinkel α liegt im Bereich zwischen 3° und 10°, vorzugsweise bei 5° und wird im Einzelfall anhand der baulichen Gegebenheiten durch Versuch festgestellt. Die Erfassung eines Wicklers erfolgt daher gleichzeitig im gesamten Überwachungsbereich, während beim Stand der Technik nur eine punktuelle Erfassung durch aufeinanderfolgende Messungen möglich war. Die Feststellung des Fadens erfolgt dann dadurch, daß der Faden, welcher aus einer Mehrzahl von Filamenten besteht, Licht reflektiert und gleichsam auf der Walze der Fadenaufspulvorrichtung aufblitzt. Dieses Aufblitzen wird von der Auswerteinrichtung als Streulicht erkannt und hierauf ein Signal ausgelöst. Die Bestrahlung der Tastwalze auf dem gesamten Überwachungs¬ bereich mit einem schleifend einfallenden Lichtbündel stellt deshalb sicher, daß ein Aufblitzen des Fadens erfolgt, schon wenn eine oder wenige Windungen vorhanden sind, da die Walze selbst nur wenig Licht in Richtung des Licht¬ sensors reflektiert und deshalb das einfallende Streulicht als Abweichung von einer eventuell vorhandenen Grundeinstrah¬ lung erkannt wird.

Vorzugsweise ist das Licht monochrom. Die Walze kann z. B. mittels einer Laserlichtquelle bestrahlt werden. Dies ist zwar nicht notwendig, bietet aber den Vorteil, eventuell erforderliche Linsensysteme der Abbildungsoptik einfacher auslegen zu können, da das monochrome Licht eine einheitli¬ che Wellenlänge hat und Korrekturen an den Linsen nur für diese einheitliche Wellenlänge zu berücksichtigen sind. Auch können Störungen durch äußere Einflüsse des Tages- oder Umgebungslichts durch Filter einfacher ausgeschaltet werden. Vorzugsweise ist eine Laserlichtquelle eine kostengünstige Möglichkeit, ein scharf abgegrenztes Lichtbündel monochromen Lichtes bereitzustellen. Elektronische Laserlichtquellen, die in infrarot-nahen Wellenlängenbereichen arbeiten, sind für die vorliegende Erfindung bevorzugt.

Bekannte Walzen von Fadenaufspulvorrichtungen weisen mehrere in axialem Abstand zueinander ausgebildete, erhabene Anlauf- ringe auf, um bei einem Spulenwechsel für das Fadenan- oder Fadenumlegen günstige Geschwindigkeitsverhältnisse einzustel¬ len. Um sicherzustellen, daß neben den Anlaufringen keine unausgeleuchteten Bereiche vorliegen und im "Schatten" der Anlaufringe entstehende Fadenaufspulungen ebenfalls erfaßt werden, wird nach Anspruch 6 vorgeschlagen, die Walze mit zwei im wesentlichen in einer Ebene und mit axialem Abstand gegenüberliegend angeordneten Lichtquellen zu bestrahlen und damit den gesamten Überwachungsbereich - auch unmittelbar neben den Anlaufringen - auszuleuchten. Hierfür ergibt sich eine Anordnung des Sensors gemäß Anspruch 6 und vorzugs¬ weise navch Anspruch 8.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Walze die Fadenliefer¬ oder Fadenabzugswalze (Galette) einer Filamentspinnmaschine sein kann. Bevorzugt ist sie jedoch die Kontakt- oder Tastwalze einer Fadenaufspulvorrichtung in einer solchen Spinnmaschine für synthetische Filamentfäden, deren grund¬ sätzlicher Aufbau beispielsweise aus der US 5,029,762 A bekannt ist.

Zur Erkennung einer Fadenaufspulung auf einer rotierenden Walze einer Fadenaufspulvorrichtung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die eine optoelektrische Einrichtung (Licht¬ sensor) aufweist, die in einer bevorzugten Ausgestaltung im wesentlichen mittig über dem Überwachungsbereich und mit Abstand auf der Seite der Walze angeordnet ist, die nicht vom Faden umschlungen ist, sowie eine Auswerteinrichtung, die ein Signal auslöst, umfaßt. Die optoelektrische Ein¬ richtung ist mit der Auswerteinrichtung vorzugsweise elek¬ trisch verbunden.

Durch die optoelektrische Einrichtung wird das von einer Fadenaufspulung auf der rotierenden Walze reflektierte Licht

(Streulicht) erfaßt und in ein der Auswerteinrichtung zuzu¬ führendes, vorzugsweise stehendes elektrisches Signal umge¬ wandelt, wobei die Auswerteinrichtung beim Überschreiten einer Toleranzgrenze ein weiteres Signal auslöst, bei dem es sich um ein Alarmsignal oder ein Signal zum Fadenschnitt handeln kann.

Insbesondere umfaßt die Vorrichtung jedoch eine außerhalb des Überwachungsbereichs angeordnete Lichtquelle, die ein Lichtbündel in Längsrichtung der Walze und unter einem geringen Anstellwinkel zur Walze auf diese richtet. Die Lichtquelle emittiert vorzugsweise monochromes, Licht, bei¬ spielsweise das Licht einer Laserlichtquelle. Es kann bei¬ spielsweise ein im Querschnitt rechteckiges oder ein dem Überwachungsbereich angepaßtes, mit geeigneter Optik aufge¬ weitetes Lichtbündel sein.

Die optoelektrische Einrichtung umfaßt vorzugsweise eine Abbildungsoptik mit einem hinter einer Sammellinse angeord¬ neten Lichtsensor. Bei dem Lichtsensor kann es sich um ein CCD-Array oder um eine Fotodiode handeln.

Die Verwendung eines Sensors in Form eines CCD-Arrays hat den Vorteil, daß dieses entsprechend dem Taktsignal ausgele¬ sen werden kann. Durch die Kenntnis der axialen Lage der Anlaufringe auf einer Walze, insbesondere Tastwalze einer FadenaufspulVorrichtung können die Meßwerte des Lichtsensors (Stör-Reflexe) aus diesem Bereich leicht mit einer Digital¬ logik ausgeblendet werden. Die Elektronik ermöglicht eine schnelle Reaktion auf Fehler, die im Bereich von Millise¬ kunden liegen kann.

Weitere Vorteile und Merkmale des Verfahrens und der Vor¬ richtung werden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrie¬ ben.

Es zeigen :

Fig. 1 eine schematische Anordnung der Tastwalze eines Spulkopfes mit einer Einrichtung zur Wicklerüber¬ wachung;

Fig. 2 eine modifizierte Einrichtung gemäß Fig. 1 mit einer anderen Anordnung des Lichtsensors;

Fig. 3 das von der Lichtquelle auf eine Mantelline der Walze und das von der Walze reflektierte Licht¬ bündel in einer Radialebene der Walze.

Auf der Welle oder Tastwalze 1, die z. B. einen Durchmes¬ ser von 85 mm hat, sind mehrere Anlaufringe 2 ausgebildet. Diese kommen mit den auf einer nicht dargestellten Spann¬ futterwelle aufgespannten Spulhülsen nach einem Spulenwechsel in Kontakt.

Die Tastwalze 1 wird mittels zweier mit Abstand zur Tast¬ walze und zueinander gegenüberliegend angeordneter, in einer Radialebene liegender Lichtquellen 3, 4 bestrahlt. Der Anstellwinkel α, unter dem das Licht- oder Strahlenbündel 5 auf der Tastwalze 1 einfällt, ist so spitz gewählt, daß jeder Bereich der der optoelektrisehen Einrichtung (Licht¬ sensor) 6 - 8 zugewandten Seite des Überwachungsbereichs der Walze 1 ausgeleuchtet wird. Die Lichtquellen 3, 4 strahlen ein im Querschnitt rechteckiges Lichtbündel 5 mit einer Breite von etwa 10 mm und einer Tiefe von wenigen mm, vorzugsweise 1 mm, aus. Dies wird beispielsweise mit einer nicht dargestellten Kollimator-Optik erreicht, die zylindrische Linsen umfaßt. Das Lichtbündel 5 wird jeweils im Überwachungsbereich der Walze 1 als Linie bzw. als in Umfangsrichtung der Walze sehr schmales, längs einer Mantel¬ linie verlaufendes Lichtband 50 auf die Walze projiziert. Um den gesamten Überwachungsbereich 20 der zwischen zwei im

Abstand angeordneten Normalebenen der Walze 1 gebildet ist, auszuleuchten, sind die Lichtquellen 3, 4 seitlich außerhalb des Überwachungsbereichs 20 angeordnet.

Im wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Tastwalze 1 ist im Abstand von der Tastwalze 1 eine optoelektrische Ein¬ richtung (Lichtsensor) 6 - 8 im wesentlichen mittig über dem Überwachungsbereich 20 der Walze 1 angeordnet. Die Ein¬ richtung umfaßt eine Sammellinse 7, hinter der ein Licht¬ sensor 8 angeordnet ist. Der Lichtsensor 8 ist aus Fotodio¬ den aufgebaut, die das auffallende Licht in einen Fotostrom 15 umwandeln. Vor dem Lichtsensor 8 ist eine Maske 9 an¬ geordnet, die den Bereich der Anlaufringe 2 ausblendet.

Der Lichtsensor 8 ist mit einer Auswerteinrichtung 10 und diese mit einer Alarmanzeigeeinrichtung 11 elektrisch ver¬ bunden.

Umschlingt ein Faden, der z. B. mit einer Geschwindigkeit von 8000 m/min zuläuft, die Tastwalze 1 und bildet einen Wickler 12, so reflektiert dieser das von den Lichtquellen 3, 4 emittierte Licht. Ferner werden Lichtstrahlen des Lichtbündels 5 an den feinen Kapillaren der Filamentfäden gebeugt. Das reflektierte Licht 13 trifft durch die Sammel¬ linse 7 auf den Lichtsensor 8. Dieser gibt ein Signal 15 an die Auswerteinrichtung 10 ab, das mit einem Signal R verglichen wird, das einem störungsfreien Zustand entspricht. Die Auswerteinrichtung löst dann ein Alarmsignal aus, wenn bei einem Vergleich eine Abweichung auftritt, die größer ist als ein zulässiger Toleranzbereich.

Durch die vorliegende Erfindung läßt sich das unerwünschte Aufwickeln eines Fadens auf einer Tastwalze 1 über die ganze Länge des Überwachungsbereichs 20 frühzeitig erkennen, insbesondere schon nach einer oder wenigen Umschlingungen,

so daß ein Fadenschnitt ausgelöst werden kann, bevor Folge¬ schäden an der AufSpülmaschine entstehen.

Mit Fotodioden können sehr kurze Reaktionszeiten erreicht werden. Ansprechzeiten von einer Mikrosekunde sind realisier¬ bar. Die tatsächliche Reaktionszeit hängt von der Menge des von der Fadenaufspulung 12 reflektierten Lichtes ab. Deshalb sollte der Anstellwinkel und die Breite des auf die Walze 1 gerichteten Lichtbündels 5 so klein wie möglich ge¬ halten werden, beispielsweise 5° oder weniger bzw. schmaler als 1 mm.

Mit einem CCD-Sensor, der aus 1024 Bildpunkten besteht und mit einer Taktfrequenz von 15 Megahertz arbeitet, ist eine maximale Reaktionszeit von 70 Mikrosekunden zu erwarten.

Die Reaktionszeiten beider möglichen Sensoren liegen deutlich unter 2 Millisekunden. Diese Reaktionszeit ist ausreichend bei Aufspulgeschwindigkeiten von 8000 m/min und bei einem Tastwalzendurchmesser von 85 mm um Folgeschäden an den gefährdeten Komponenten der Aufspulvorrichtung zu vermeiden.

Fig. 2 zeigt eine modifizierte Einrichtung zur Wicklerüber¬ wachung nach Fig. 1. Dort erfolgt die Bildaufnahme aus der Perspektive des einfallenden Lichtbündels 5, das von der Lichtquelle 3 über eine Optik, die die Linsen 16, 17 um¬ faßt, auf die hier nicht näher dargestellte Tastwalze 1 projiziert wird. Das zurückgeworfene Licht 13 wird durch die konvexe Fläche der Linse 17 abgelenkt und auf der opto-elektrischen Auswerteinrichtung (Lichtsensor) 7 - 8 abgebildet, die im Strahlengang der reflektierten Lichtstrah¬ len 13 angeordnet ist, diese erfaßt und in einen Fotostrom 15 umwandelt. Dieser wird wie in Fig. 1 der Auswertein¬ richtung 10 zugeführt und dort beispielsweise mit einem Signal R verglichen, das dem Fotostrom 15 von der Intensi¬ tät des reflektierten Lichtes einer Tastwalze 1 ohne Faden-

aufspulung entspricht. Das DifferenzSignal wird in der Auswerteinrichtung 10 dann verstärkt und kann bei Über¬ schreitung eines vorgebbaren Schwellwertes eine Alarmeinrich¬ tung 11 oder dgl. betätigen.

Der Vorteil der Anordnung gemäß Fig. 2 liegt darin, daß keine Bauteile der Überwachungseinrichtung in unmittelbarer Nähe der zu überwachenden Tastwalze 1 angebracht sein müs¬ sen, so daß der Konstrukteur größere Freiheit hinsichtlich der Unterbringung, Montage und Wartung der Lichtquelle 3 (Sender) und des Lichtsensors 7, 8 (Empfangsteil) sowie der dazwischenliegenden Optik hat.

Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, daß beim Vor¬ handensein einer zweiten Lichtquelle - zur Ausleuchtung des gesamten Überwachungsbereiches und zur Vrmeidung der Schat¬ tenbildung neben eventuellen Anlaufringen - die beiden Lichtquellen 3, 4 in zueinander versetzten, parallelen Ebenen angeordnet sein sollten, um eine direkte Einstrahlung des an der Tastwalzenoberfläche reflektierten Lichtes am gegenüberliegenden Lichtsensor zu vermeiden.

Fig. 3 zeigt schließlich in schematischer Anordnung in einer Radialebene der Walze 1, die im vorliegenden Fall keine Anlaufringe aufweist, die beispielsweise Lage der Lichtquelle 3 bezüglich der Walze 1, und zwar außerhalb des Überwachungsbereichs 20 dieser Walze. Sie zeigt auch die Zuordnung des Lichtsensors 6-8 zum Erfassen des an einer im Überwachungsbereich 20 möglichen Fadenaufspulung 12 erzeugten Streulichts. Dieses Streulicht entsteht durch Reflexion, Beugung und Brechung des einfallenden Lichtbündels 5 an den feinen Filamentfäden (Kapillarfäden) der Fadenaufspulung, die vorwiegend opak sind. Für eine Anordnung gemäß Figur 3 kann der Lichtsensor 6-8 auf der Seite der Walze 1 angeordnet werden, die oberhalb der Walze 1, d. h. oberhalb der Tan-

gentialebene der Walze 1 liegt, in der das Lichtband 50 liegt. Ausgenommen davon sind die in der Zeichnung schraf¬ fiert dargestellten Bereiche des von der Lichtquelle auf die Walze 1 gerichteten Lichtbündels 5 und des von der Walze 1 reflektierten Lichtbündels 25. In einer winkelver¬ setzten Ebene kann der Lichtsensor 6-8 überall angeordnet sein. Es muß nur gewährleistet sein, daß der Lichtsensor 6- 8 das an einem Faden oder einer Fadenaufspulung entstehende Streulicht und nicht das von der Walze 1 selbst reflektier¬ te Lichtbündel mißt und als Abweichung eines Fotostroms deutliche Lichtintensitätsunterschiede feststellbar sind.