TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Messwertaufnehmer. Sie betrifft einen Fadenspannungssensor, bei welchem der unter Spannung stehende Faden an einem Umlenkungspunkt umgelenkt und die am Umlenkungspunkt quer zum Faden auftretende Kraft in eine Kraftmesseinrichtung eingeleitet und dort gemessen wird.
STAND DER TECHNIK
Bei Textilmaschinen, in denen textile Fäden verarbeitet werden, wie z.B. Spinnmaschinen, Spulmaschinen, Nähmaschinen, Strickmaschinen, Texturiermaschinen oder Zettelmaschinen, ist die Fadenspannung eine entscheidende Prozessgrösse. Insbesondere können durch Auswertung des Fadenspannungsmesswertes bzw. -signals wichtige Schlüsse im Hinblick auf den Zustand des betreffenden Prozesses gewonnen werden. Mit einer geeigneten Fadenspannungssensorik können beispielsweise automatische Regelkreise zur Optimierung des Prozesses oder Systeme zur Qualitätskontrolle des Garns aufgebaut werden.
An einen industrietauglichen, d.h. insbesondere an die rauen Umgebungsbedingungen angepassten, Fadenspannungssensor werden eine Reihe von Anforderungen gestellt. Der Sensor muss
- eine hohe Federspannungsfrequenz (bis zu mehrere kHz) messen können, um bei hohen Fadenlaufgeschwindigkeiten (den Messprozess modulierende) Unregelmässigkeiten in der Fadenstruktur detektieren zu können,
- verschmutzungsunempfindlich sein (z.B.
gegen Staub und Feuchtigkeit,
- eine minimale Fadenumlenkung (< 20 DEG ) erzeugen, um den Fadenlauf im jeweiligen Prozess nicht zu stark zu verändern,
- unempfindlich sein bezüglich der Erwärmung, die der schnell laufende Faden aufgrund der unvermeidlichen Reibung am Sensor erzeugt, damit keine temperaturbedingte Drift bei der Messung entsteht,
- kostengünstig sein, weil er in grossen Stückzahlen und an vielen Stellen eines Prozesses eingesetzt wird, und nahezu keine Hysterese aufweisen.
Die heute bekannten Systeme werden diesen Anforderungen nicht gerecht, wobei vor allem das Problem der Erwärmung durch die Fadenreibung eine zentrale Rolle spielt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Fadenspannungssensor zu schaffen, der diese Schwierigkeiten überwindet und den Einfluss der Reibungswärme auf die Messung eliminiert.
Die Aufgabe wird bei einem Fadenspannungssensor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zwischen dem Umlenkungspunkt und der Kraftmesseinrichtung Mittel zur thermischen Entkopplung des Umlenkungspunktes und der Kraftmesseinrichtung vorgesehen sind. Anders als bei Lösungen, bei denen die Kraftmesseinrichtung thermostatisch auf einer konstanten Arbeitstemperatur gehalten oder Temperaturdriften elektronisch oder rechnerisch kompensiert werden, wird durch die erfindungsgemässen Entkopplungsmittel sichergestellt, dass die Reibungswärme gar nicht erst bis zur Kraftmesseinrichtung gelangt und dort auch nicht zu einer Drift in der Messung führen kann. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher und robuster Aufbau der Mess- und Auswerteeinrichtungen.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmesseinrichtung einen plattenförmigen Kraftaufnehmer aufweist, dessen Mittelbereich als Membran ausgebildet ist und eine auf Dehnungen der Membran ansprechende Messbrücke trägt, und dass die zu messende Querkraft des Fadens in die Membran des Kraftaufnehmers eingeleitet wird. Die Verwendung einer an sich bekannten und bewährten Dehnungsmessbrücke als Kraftaufnehmer führt zu einem sehr robusten Aufbau des Sensors und erlaubt zugleich die Messung hoher Frequenzen im Kraftverlauf.
Gemäss einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen die Entkopplungsmittel ein starres, stabförmiges Kraftübertragungselement aus einem thermisch schlecht leitenden Material, ist das Kraftübertragungselement als eigenständiges, von der Kraftmesseinrichtung unabhängiges Element ausgebildet, ist das Kraftübertragungselement innerhalb des Fadenspannungssensors quer zum Faden beweglich gelagert, sind Führungsmittel vorgesehen, welche das Kraftübertragungselement in seiner Bewegung quer zum Faden führen, umfassen die Führungsmittel wenigstens ein in einer Ebene quer zum Kraftübertragungselement liegendes, membranförmiges Führungselement, welches randseitig gelagert ist, und durch welches das Kraftübertragungselement in der Mitte hindurchgeführt und gelagert ist.
Durch das starre, thermisch schlecht leitende Kraftübertragungselement können Kräfte zur Kraftmesseinrichtung übertragen werden, ohne dass die durch Fadenreibung erzeugte Wärme in die Messeinrichtung gelangt. Das membranförmige Führungselement hält und führt das Kraftübertragungselement und bietet zugleich der darunter liegenden Kraftmesseinrichtung Schutz gegen Staub, Feuchtigkeit und andere Umwelteinflüsse. Darüber hinaus wird durch diese Art der gleit- und reibungsfreien Führung sichergestellt, dass die Führung durch Staub und dgl. nicht beeinträchtigt werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Fadenspannungssensors ist dadurch gekennzeichnet, dass am einen Ende des Kraftübertragungselementes ein Fadenumlenkungselement angeordnet ist, über welches der Faden umgelenkt wird, und welches die vom Faden am Umlenkungspunkt ausgeübte Querkraft in das Kraftübertragungselement einleitet, und dass die Kraftmesseinrichtung durch das andere Ende des Kraftübertragungselementes mit der zu messenden Kraft beaufschlagt wird. Durch die Trennung von Kraftübertragungselement und Fadenumlenkungselement wird es möglich, beide Elemente jeweils optimal an ihre Funktion anzupassen, wobei das Fadenumlenkungselement vor allem abriebfest und hitzebeständig sein muss, während das Kraftübertragungselement vor allem mechanisch starr und thermisch schlecht leitend sein sollte.
In einer ersten bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das Fadenumlenkungselement als quer zum Faden lie gendes Röhrchen ausgebildet. Die Röhrchenform erlaubt aufgrund der runden Form sanftes Umlenken des Fadens. Zugleich kann durch das Röhrchen Luft zirkulieren und die Reibungswärme abführen.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform weist das Fadenumlenkungselement eine quer zum Faden liegende Kante auf. Durch eine solche Kante erfolgt die Umlenkung des Fadens weniger sanft als im Falle des Röhrchens, jedoch ergibt sich eine höhere Ortsauflösung bei der Messung von Unregelmässigkeiten des Fadens.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform des Fadenspannungssensors nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement, die Kraftmesseinrichtung und die Führungsmittel in einem nach oben offenen Gehäuse untergebracht sind, und dass das wenigstens eine membranförmige Führungselement das Gehäuse nach oben hin abschliesst. Hierdurch wird ein maximaler Schutz des Sensors gegen schädliche Umwelteinflüsse erreicht.
Um eine sichere Führung des Fadens über das Fadenumlenkungselement zu erreichen, sind gemäss einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform zur Seitenführung des Fadens in Fadenrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Umlenkungspunktes Mittel zur seitlichen Führung des Fadens vorgesehen, sind diese Führungsmittel am Gehäuse angebracht, und umfassen die Führungsmittel zwei Führungsschlitze in den Wänden des Gehäuses umfassen.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
KURZE ERLAUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 in schematisierter Darstellung im Längsschnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Fadenspannungssensor nach der Erfindung mit röhrchenförmigem Fadenumlenkungselement;
Fig. 2 im Ausschnitt ein zu Fig. 1 alternatives Fadenumlenkungselement mit Kante;
Fig. 3 einen zu Fig. 1 alternativen Sensor, bei welchem das zweite (untere) Führungselement direkt auf dem Kraftaufnehmer angeordnet ist; und
Fig. 4 in der Seitenansicht einen der Führungsschlitze des Sensors nach Fig. 1 mit abriebfestem Keramikeinsatz.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Fig. 1 ist in schematisierter Darstellung im Längsschnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Fadenspannungssensor nach der Erfindung mit röhrchenförmigem Fadenumlenkungselement wiedergegeben. Der Fadenspannungssensor 1 ist in einem (beispielsweise rechteckigen) nach oben offenen Gehäuse 2 untergebracht, welches beispielsweise aus Metall, insbesondere Aluminium, oder Kunststoff bestehen kann. Innerhalb des Gehäuses 2 ist zur Messung der Fadenspannung bzw. der Kraft eine Kraftmesseinrichtung in Form eines Kraftaufnehmers 19 untergebracht. Der Kraftaufnehmer 19 ist vorzugsweise eine massive keramische Platte, die im Mittelbereich in eine dünne Membran 20 übergeht.
Auf der (unteren) Oberfläche der Membran 20 ist eine piezoresistiv arbeitende Messbrücke 21 angebracht, mit deren Hilfe die Dehnungen gemessen werden können, die bei einer Durchbiegung der Membran 20 entstehen. Die Messbrücke 21 ist über Messleitungen 22 mit einer unterhalb des Kraftaufnehmers 9 im Gehäuse 2 angeordneten Messelektronik 23 verbunden. Das in der Messelektronik 23 aufbereitete Messsignal wird über Anschlussleitungen 24 durch eine Durchführung 8 im Boden des Gehäuses 2 nach aussen geführt. Der Kraftaufnehmer 19 sitzt spannungsfrei in entsprechenden Nuten in den Gehäusewänden 3, 4.
Oberhalb des Kraftaufnehmers 19 ist im Gehäuse 2 ein separates, stabförmiges Kraftübertragungselement 11 senkrecht stehend angeordnet. Mit seiner unteren, abgerundeten Spitze 14 steht das Kraftübertragungselement 11 in der Mitte auf der Membran 20 des Kraftaufnehmers 19 auf. An seinem oberen Ende trägt das Kraftübertragungselement 11 ein quer liegendes, röhrchenförmiges Fadenumlenkungselement 10, über welches der Faden 9 geführt wird, dessen Spannung gemessen werden soll. Das Fadenumlenkungselement ist aus einem abriebfesten und hitzebeständigen Material, vorzugsweise einer Aluminiumoxidkeramik. Der Faden 9 wird direkt an einem Umlenkungspunkt 25 am Fadenumlenkungselement 10 um einen Winkel nach unten umgelenkt, der vorzugsweise kleiner oder etwa gleich 20 DEG ist.
Bedingt durch die Umlenkung übt der unter Spannung stehende Faden 9 quer zum Faden 9 eine nach unten gerichtete Kraft auf das Kraftübertragungselement 11 aus, die von dem Kraftübertragungselement 11 auf die Membran 20 des Kraftaufnehmers 19 übertragen wird. Das Kraftübertragungselement 11 ist dazu in senkrechter Richtung beweglich innerhalb des Gehäuses aufgehängt und geführt. Die Befestigung und Führung erfolgt durch zwei übereinander in einem Abstand angeordnete membranförmige Führungselemente 15 und 17.
Die Führungselemente 15, 17 sind randseitig in entsprechende Nuten in den Gehäusewänden 3, 4 eingeschoben und gelagert. Die Führungselemente 15, 17 weisen in der Mitte jeweils Durchgangslöcher 16 bzw. 18 auf, durch welche das stabförmige Kraftübertragungselement 11 hindurchgesteckt ist. Entsprechende Einschnürungen 12, 13 im Kraftübertragungselement 11 sorgen dafür, dass das Kraftübertragungselement 11 in den Führungselementen 15, 17 beim Durchschieben in einer bestimmten Position einrastet und fixiert ist. Die membranförmigen Führungselemente 15, 17 können sich in der Mitte mehr oder weniger stark durchbiegen. Das Kraftübertragungselement 11 bewegt sich dann entsprechend auf- oder abwärts.
Die Verwendung von zwei übereinander angeordneten Führungselementen stellt sicher, dass sich das Kraftübertragungselement 11 nicht seitwärts, sondern nur in senkrechter Richtung bewegen kann. Dadurch wird eine eindeutig definierte Einleitung der Kraft in die Membran 20 des Kraftaufnehmers 19 erreicht.
Wenn der Faden 9 mit hoher Geschwindigkeit über das Fadenumlenkungselement 10 läuft, können aufgrund der Reibung lokal hohe Temperaturen entstehen. Befände sich das Fadenumlenkungselement 10 in unmittelbarer Nähe des Kraftaufnehmers 19, könnte die piezoresistive Messbrücke 21, welche typischerweise bei derartigen Kraftaufnehmern verwendet wird, durch die erhöhten Temperaturen stark verstimmt werden, sodass brauchbare Messungen wegen der unzulässigen Nullpunktdrift unmöglich wären. Der gleiche unerwünschte Effekt könnte auch auftreten, wenn ein Kraftübertragungselement dazwischengeschaltet wäre, das Kraftübertragungselement aber thermisch gut leitend (z.B. aus Metall) wäre. Das stabförmige Kraftübertragungselement 11 muss daher aus einem thermisch schlecht leitenden Material sein.
Gleichzeitig sollte das Kraftübertragungselement 11 aber auch eine kleine Masse haben und einen möglichst hohen Elastizitätsmodul aufweisen (starr sein), um hohe Frequenzen im Kraftverlauf, die üblicherweise aus lokalen Veränderungen in der Beschaffenheit des Fadens 9 resultieren, übertragen und damit messen zu können. Aus den o.g. Gründen wird daher vorzugsweise ein leichtes und hartes Kunststoffmaterial wie z.B. ein Polyamid als Werkstoff für das Kraftübertragungselement 11 gewählt. Auch ein Hartschaum oder keramische Materialien oder Kombinationen aus diesen Materialien können mit Erfolg als Werkstoff verwendet werden. Die Distanz zwischen dem Fadenumlenkungselement 10 und dem Kraftaufnehmer 19 muss zur thermischen Entkopplung genügend gross sein.
Sie beträgt zweckmässigerweise mehrere Millimeter und ist in dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel grösser als 6 mm.
Die Führungselemente 15, 17 stellen sicher, dass das Kraftübertragungselement 11 durch die in Fadenrichtung wirkenden Reibungskräfte nicht gekippt werden kann, sondern nur eine senkrechte Bewegung ausführen kann. Der Weg, um den sich das Kraftübertragungselement 11 bewegen muss, ist sehr klein und wird von der Einfederung der Membran 20 des Kraftaufnehmers 19 bestimmt. Eine Gleitführung des Kraftübertragungselements (z.B. in einer senkrecht stehenden Gleithülse) würde Reibungskräfte in Längsrichtung des Kraftübertragungselementes 11 hervorrufen, wodurch eine unzulässige Hysterese im Ausgangssignal des Sensors verursacht würde. Aus diesen Gründen wird bevorzugt eine elastische Führung durch eine oder mehrere membranförmige Führungselemente 15, 17 bevorzugt. Diese Membranen (15, 17) sind steif in Fadenlaufrichtung und sehr weich in der Kraftübertragungsrichtung.
Ein weiterer entscheidender Vorteil dieser Membranen 15, 17 ist, dass sie neben der Führungs- auch gleichzeitig eine Dichtungsfunktion wahrnehmen. Gerade das obere Führungselement 15 schliesst das Gehäuse 2 nach oben hin ab. Staub und Flüssigkeiten oder Feuchtigkeit können so nicht in das Gehäuse 2 eindringen. Auf diese Weise ist eine einwandfreie Funktion des Sensors auch in rauer Industrieumgebung gewährleistet. Die membranförmigen Führungselemente 15, 17 können aus Gummi, Silikonkautschuk oder ähnlichen Werkstoffen hergestellt werden und ggf. auch durch Gewebe- oder Fasereinlagen verstärkt sein. Auch eine Ausführung aus Metall ist möglich, ebenso wie aus Kombinationen der o.g. Materialien.
Das röhrchenförmige Fadenumlenkungselement 10 gibt dem umgelenkten Faden 9 keinerlei seitlichen Halt. Um den Faden 9 definiert über das Fadenumlenkungselement 10 führen zu können, sind in Fadenrichtung vor und hinter dem Umlenkungspunkt 25 Führungsschlitze 6 und 7 in den Gehäusewänden 3, 4 eingelassen, durch welche der Faden 9 läuft und seitlich geführt wird. Ist das Gehäuse 2 aus einem Metall, ist es zweckmässig, zur Vermeidung von Abrieb und einer Beschädigung des Fadens 9 im Bereich der Führungsschlitze 6 bzw. 7 geschlitzte Keramikeinsätze 28 (mit vorzugsweise abgerundeten Kanten) vorzusehen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.
Das röhrchenförmige Fadenumlenkungselement der Fig. 3 hat den Vorteil, dass der Faden 9 sehr "weich" umgelenkt wird, weil sich die Umlenkung über einen längeren Abschnitt des Aussenumfangs erstreckt. Gleichzeitig kann das Element durch die hindurchtretende Luft zusätzlich gekühlt werden. Die "weiche" Umlenkung hat jedoch zur Folge, dass bei der Kraftmessung über einen längeren Fadenabschnitt gemittelt wird. Weist der Faden 9 beispielsweise sehr kurz aufeinander folgende Dickeschwankungen auf, werden diese Dickeschwankungen herausgemittelt und können durch den Sensor nicht diskriminiert werden. Ist eine solche Diskriminierung wünschenswert, ist es zweck mässig, gemäss Fig. 2 ein Fadenumlenkungselement 26 zu verwenden, welches eine quer zum Faden 9 liegende (nur leicht gerundete) Kante aufweist.
Hierdurch wird eine sehr feine örtliche Auflösung in den Fadeneigenschaften erreicht, die sich entsprechend der Fadenlaufgeschwindigkeit in hohen Frequenzen des Messsignals bemerkbar macht.
Wird gemäss Fig. 3 zur Führung (und Abdichtung) nur ein membranförmiges Führungselement 15 verwendet, müssen andere zusätzliche Führungsmittel eingesetzt werden. Dies kann beispielsweise ein ringförmiges Führungselement 27 sein, welches direkt auf dem Kraftaufnehmer 19 befestigt ist, und das Kraftübertragungselement 11 im Bereich unmittelbar über der Membran 20 führt.
Das Führungselement 27 muss dabei so ausgebildet und befestigt werden, dass die Beweglichkeit der Membran 20 nicht beeinträchtigt wird.
BEZEICHNUNGSLISTE
1 Fadenspannungssensor
2 Gehäuse
3, 4 Gehäusewand
5 Innenraum (Gehäuse)
6, 7 Führungsschlitz
8 Durchführung
9 Faden
10, 26 Fadenumlenkungselement
11 Kraftübertragungselement
12, 13 Einschnürung
14 Spitze (Kraftübertragungselement)
15, 17 Führungselement (membranförmig)
16, 18 Durchgangsloch
19 Kraftaufnehmer
20 Membran
21 Messbrücke
22 Messleitung
23 Messelektronik
24 Anschlussleitung
25 Umlenkungspunkt
27 Führungselement
28 Keramikeinsatz
TECHNICAL AREA
The present invention relates to the field of sensors. It relates to a thread tension sensor in which the thread under tension is deflected at a deflection point and the force occurring at the deflection point transverse to the thread is introduced into a force measuring device and measured there.
STATE OF THE ART
For textile machines in which textile threads are processed, e.g. Spinning machines, winding machines, sewing machines, knitting machines, texturing machines or slip machines, thread tension is a decisive process variable. In particular, important conclusions regarding the state of the process in question can be obtained by evaluating the thread tension measured value or signal. With a suitable thread tension sensor system, for example, automatic control loops for optimizing the process or systems for quality control of the yarn can be set up.
To an industrial grade, i.e. In particular, thread tension sensors adapted to the harsh environmental conditions place a number of requirements. The sensor has to
can measure a high spring tension frequency (up to several kHz) in order to be able to detect irregularities in the thread structure at high thread speeds (modulating the measuring process),
- be insensitive to dirt (e.g.
against dust and moisture,
- generate a minimal thread deflection (<20 °) in order not to change the thread run too much in the respective process,
- be insensitive to the heating that the fast-running thread generates due to the inevitable friction on the sensor, so that there is no temperature-related drift during the measurement,
- be cost-effective because it is used in large quantities and at many points in a process and has almost no hysteresis.
The systems known today do not meet these requirements, with the problem of heating due to thread friction playing a central role.
PRESENTATION OF THE INVENTION
It is therefore an object of the invention to provide a thread tension sensor which overcomes these difficulties and eliminates the influence of the frictional heat on the measurement.
The object is achieved in a thread tension sensor of the type mentioned at the outset in that means for thermal decoupling of the deflection point and the force measuring device are provided between the deflection point and the force measuring device. In contrast to solutions in which the force measuring device is kept thermostatically at a constant working temperature or temperature drifts are compensated electronically or computationally, the decoupling means according to the invention ensure that the frictional heat does not reach the force measuring device in the first place and does not cause a drift in the measurement there can lead. This results in a particularly simple and robust construction of the measuring and evaluation devices.
A first preferred embodiment of the invention is characterized in that the force measuring device has a plate-shaped force transducer, the central region of which is designed as a membrane and carries a measuring bridge which responds to expansion of the membrane, and that the transverse force of the thread to be measured is introduced into the membrane of the force transducer. The use of a well-known and proven strain gauge bridge as a force transducer leads to a very robust construction of the sensor and at the same time allows the measurement of high frequencies in the force curve.
According to a second preferred embodiment, the decoupling means comprise a rigid, rod-shaped force transmission element made of a thermally poorly conductive material, the force transmission element is designed as an independent element that is independent of the force measuring device, the force transmission element is movably mounted within the thread tension sensor transversely to the thread, guide means are provided, which guide the force transmission element in its movement transversely to the thread, the guide means comprise at least one membrane-shaped guide element lying in a plane transverse to the force transmission element, which is mounted at the edge and through which the force transmission element is guided and supported in the middle.
The rigid, thermally poorly conductive force transmission element allows forces to be transmitted to the force measuring device without the heat generated by thread friction getting into the measuring device. The membrane-shaped guide element holds and guides the force transmission element and at the same time offers the force measuring device underneath protection against dust, moisture and other environmental influences. In addition, this type of sliding and friction-free guidance ensures that the guidance cannot be impaired by dust and the like.
A further preferred embodiment of the thread tension sensor according to the invention is characterized in that a thread deflection element is arranged at one end of the force transmission element, via which the thread is deflected and which introduces the transverse force exerted by the thread at the deflection point into the force transmission element, and that the force measuring device by the other End of the power transmission element with the force to be measured is applied. The separation of the force transmission element and the thread deflection element makes it possible to optimally adapt both elements to their function, the thread deflection element above all having to be abrasion-resistant and heat-resistant, while the force transmission element should be mechanically rigid and thermally poorly conductive.
In a first preferred development of this embodiment, the thread deflection element is designed as a tube lying transversely to the thread. The tubular shape allows the thread to be gently deflected due to the round shape. At the same time, air can circulate through the tube and dissipate the frictional heat.
In a second preferred embodiment, the thread deflection element has an edge lying transversely to the thread. Such an edge means that the deflection of the thread is less smooth than in the case of the tube, but there is a higher spatial resolution when measuring irregularities of the thread.
Another preferred embodiment of the thread tension sensor according to the invention is characterized in that the force transmission element, the force measuring device and the guide means are accommodated in a housing which is open at the top and that the at least one membrane-shaped guide element closes the housing at the top. This provides maximum protection for the sensor against harmful environmental influences.
In order to achieve a safe guidance of the thread over the thread deflection element, means for lateral guidance of the thread are provided on opposite sides of the deflection point according to a preferred development of this embodiment for lateral guidance of the thread in the thread direction Include guide slots in the walls of the housing.
Further embodiments result from the dependent claims.
BRIEF EXPLANATION OF THE FIGURES
The invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments in connection with the drawing. Show it:
1 shows a schematic illustration in longitudinal section of a preferred exemplary embodiment of a thread tension sensor according to the invention with a tubular thread deflection element;
FIG. 2 shows a section of an alternative thread deflection element with an edge to FIG. 1;
3 shows an alternative sensor to FIG. 1, in which the second (lower) guide element is arranged directly on the force transducer; and
Fig. 4 in side view of one of the guide slots of the sensor of FIG. 1 with wear-resistant ceramic insert.
WAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION
In Fig. 1 is a schematic representation in longitudinal section of a preferred embodiment of a thread tension sensor according to the invention with a tubular thread deflection element. The thread tension sensor 1 is accommodated in a (for example rectangular) housing 2 which is open at the top and which can consist for example of metal, in particular aluminum, or plastic. A force measuring device in the form of a force transducer 19 is accommodated within the housing 2 for measuring the thread tension or the force. The force transducer 19 is preferably a solid ceramic plate which merges into a thin membrane 20 in the central region.
On the (lower) surface of the membrane 20, a piezoresistive measuring bridge 21 is attached, with the aid of which the strains can be measured which arise when the membrane 20 is bent. The measuring bridge 21 is connected via measuring lines 22 to measuring electronics 23 arranged below the force transducer 9 in the housing 2. The measurement signal processed in the measuring electronics 23 is led to the outside via connecting lines 24 through a bushing 8 in the bottom of the housing 2. The force transducer 19 is seated in corresponding grooves in the housing walls 3, 4 without tension.
Above the force transducer 19, a separate, rod-shaped force transmission element 11 is arranged vertically in the housing 2. With its lower, rounded tip 14, the force transmission element 11 stands in the middle on the membrane 20 of the force transducer 19. At its upper end, the force transmission element 11 carries a transverse, tubular thread deflection element 10, over which the thread 9 is guided, the tension of which is to be measured. The thread deflection element is made of an abrasion-resistant and heat-resistant material, preferably an aluminum oxide ceramic. The thread 9 is deflected directly at a deflection point 25 on the thread deflection element 10 by an angle which is preferably less than or approximately equal to 20 °.
Due to the deflection, the tensioned thread 9 exerts a downward force on the force transmission element 11 transversely to the thread 9, which force is transmitted from the force transmission element 11 to the membrane 20 of the force transducer 19. For this purpose, the force transmission element 11 is suspended and guided so that it can move in the vertical direction within the housing. The fastening and guiding is carried out by means of two membrane-shaped guiding elements 15 and 17 arranged one above the other at a distance.
The guide elements 15, 17 are inserted and supported at the edges in corresponding grooves in the housing walls 3, 4. The guide elements 15, 17 each have through holes 16 and 18 in the middle, through which the rod-shaped force transmission element 11 is inserted. Corresponding constrictions 12, 13 in the force transmission element 11 ensure that the force transmission element 11 engages and is fixed in the guide elements 15, 17 when pushed through in a certain position. The membrane-shaped guide elements 15, 17 can bend more or less strongly in the middle. The force transmission element 11 then moves up or down accordingly.
The use of two guide elements arranged one above the other ensures that the force transmission element 11 cannot move sideways, but only in the vertical direction. A clearly defined introduction of the force into the membrane 20 of the force transducer 19 is thereby achieved.
If the thread 9 runs at high speed over the thread deflection element 10, locally high temperatures can arise due to the friction. If the thread deflection element 10 were in the immediate vicinity of the force transducer 19, the piezoresistive measuring bridge 21, which is typically used in such force transducers, could be severely detuned by the elevated temperatures, so that useful measurements would be impossible because of the impermissible zero point drift. The same undesirable effect could also occur if a force transmission element were interposed, but the force transmission element was thermally well conductive (e.g. made of metal). The rod-shaped force transmission element 11 must therefore be made of a thermally poorly conductive material.
At the same time, the force transmission element 11 should also have a small mass and have the highest possible modulus of elasticity (be rigid) in order to be able to transmit and thus measure high frequencies in the force curve, which usually result from local changes in the nature of the thread 9. From the above Therefore, a light and hard plastic material such as e.g. a polyamide selected as the material for the power transmission element 11. Rigid foam or ceramic materials or combinations of these materials can also be used successfully as a material. The distance between the thread deflection element 10 and the force transducer 19 must be large enough for thermal decoupling.
It is expediently several millimeters and is larger than 6 mm in the example shown in FIG. 1.
The guide elements 15, 17 ensure that the force transmission element 11 cannot be tilted by the frictional forces acting in the thread direction, but can only execute a vertical movement. The path by which the force transmission element 11 has to move is very small and is determined by the deflection of the membrane 20 of the force transducer 19. Sliding the force transmission element (e.g. in a vertical sliding sleeve) would cause frictional forces in the longitudinal direction of the force transmission element 11, which would cause an impermissible hysteresis in the output signal of the sensor. For these reasons, elastic guidance through one or more membrane-shaped guide elements 15, 17 is preferred. These membranes (15, 17) are stiff in the thread running direction and very soft in the direction of force transmission.
Another decisive advantage of these membranes 15, 17 is that they also perform a sealing function in addition to the guiding function. The upper guide element 15 closes the housing 2 from the top. Dust and liquids or moisture cannot penetrate into the housing 2. This ensures that the sensor functions properly even in harsh industrial environments. The membrane-shaped guide elements 15, 17 can be made of rubber, silicone rubber or similar materials and may also be reinforced by fabric or fiber inserts. A metal version is also possible, as well as combinations of the above. Materials.
The tubular thread deflecting element 10 does not give the deflected thread 9 any lateral support. In order to be able to guide the thread 9 in a defined manner via the thread deflection element 10, guide slots 6 and 7 are made in the housing walls 3, 4 in the thread direction in front of and behind the deflection point 25, through which the thread 9 runs and is guided laterally. If the housing 2 is made of a metal, it is expedient to provide slotted ceramic inserts 28 (with preferably rounded edges) in the region of the guide slots 6 or 7 to avoid abrasion and damage to the thread 9, as is shown in FIG. 4.
The tubular thread deflecting element of FIG. 3 has the advantage that the thread 9 is deflected very “softly” because the deflection extends over a longer section of the outer circumference. At the same time, the element can be additionally cooled by the air passing through it. However, the "soft" deflection means that the force is measured over a longer section of thread. If, for example, the thread 9 has thickness fluctuations that follow one another very briefly, these thickness fluctuations are averaged out and cannot be discriminated by the sensor. If such discrimination is desirable, it is expedient to use a thread deflection element 26 according to FIG. 2, which has an edge (only slightly rounded) lying transverse to the thread 9.
As a result, a very fine local resolution in the thread properties is achieved, which is noticeable in high frequencies of the measurement signal in accordance with the thread running speed.
If only one membrane-shaped guide element 15 is used for the guide (and sealing) according to FIG. 3, other additional guide means must be used. This can be, for example, an annular guide element 27, which is fastened directly on the force transducer 19 and guides the force transmission element 11 in the area directly above the membrane 20.
The guide element 27 must be designed and attached in such a way that the mobility of the membrane 20 is not impaired.
LIST OF DESIGNATIONS
1 thread tension sensor
2 housings
3, 4 housing wall
5 interior (housing)
6, 7 guide slot
8 implementation
9 threads
10, 26 thread deflection element
11 power transmission element
12, 13 constriction
14 tip (power transmission element)
15, 17 guide element (membrane-shaped)
16, 18 through hole
19 load cells
20 membrane
21 measuring bridge
22 measuring line
23 Measuring electronics
24 connecting cable
25 deflection point
27 guide element
28 ceramic insert