CH700074A2

CH700074A2 - Vorrichtung zur kapazitiven untersuchung von fadenförmigem prüfgut.

Info

Publication number: CH700074A2
Application number: CH4612010A
Authority: CH
Inventors: Martin Kuster; Philipp Ott
Original assignee: Uster Technologies Ag
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2010-06-15

Abstract

Die Vorrichtung zur kapazitiven Erfassung von Parametern an einem in seiner Längsrichtung bewegten fadenförmigen Prüfgut beinhaltet eine kapazitive Messzelle (3) mit einem Messkondensator (32), der eine Durchgangsöffnung (2) für das Prüfgut aufweist, und mindestens eine elektrische Leitung zur elektrischen Kontaktierung der Messzelle. Die Messzelle (3) ist als spritzgegossener Schaltungsträger ausgeführt. Dadurch ist die Herstellung der Messzelle (3) kostengünstig, und die Messzelle (3) ist kompakt und einfach aufgebaut.

Description

FACHGEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der textilen Qualitätskontrolle. Sie betrifft eine Vorrichtung zur kapazitiven Untersuchung von fadenförmigem Prüfgut und ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung, gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. Ihre bevorzugte Anwendung ist in Garnreinigermessköpfen, wie sie typischerweise auf Spinn- oder Spulmaschinen zum Einsatz kommen.

STAND DER TECHNIK

[0002] Zur Sicherung der Garnqualität werden an Spinn- oder Spulmaschinen so genannte Garnreiniger eingesetzt. Ein derartiger Garnreiniger ist z.B. aus der US-5 537 811 A bekannt. Er beinhaltet einen Garnreinigermesskopf mit mindestens einem Sensor, der das bewegte Garn abtastet. Der Aufbau eines Garnreinigermesskopfes ist in der US-6 422 072 B1 oder der WO-2009/143 642 A1 beschrieben. Die EP-0 924 513 A1 offenbart einen kapazitiven Sensor für einen Garnreinigermesskopf. Ziel der Garnreinigung ist es, Fehlstellen wie Dickstellen, Dünnstellen oder Fremdstoffe im Garn zu detektieren, gemäss bestimmten Qualitätskriterien zu bewerten und gegebenenfalls zu eliminieren.

[0003] Die US-6 072 319 A offenbart eine kapazitiven Sensor zur Messung von Eigenschaften von Garn in einem Messspalt. Der Messspalt weist auf seinen beiden Flächen je eine Elektrode eines Messkondensators auf, zwischen die das auszumessende Garn eingeführt wird. Ferner ist auf beiden Flächen je eine Elektrode eines Kompensationskondensators zur Kompensation von Störeinflüssen vorhanden. Auf jeder der beiden Flächen bilden die Elektroden des Messkondensators und des Kompensationskondensators sowie dazugehörige Leitungen eine zweidimensionale, ebene Struktur.

[0004] In der WO-2010/000 078 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung von Garnparametern beschrieben. Auf einer Leiterplatte, deren Ebene senkrecht zur Garnlängsrichtung liegt, sind mindestens zwei Messzellen zur Erfassung der Garnparameter angeordnet. Die Messzellen und die Leiterplatte bilden einen Messspalt, durch den das Garn läuft. Die Messzellen sind auf der Leiterplatte aufgeklebt, aufgelötet oder auf eine andere Weise befestigt.

[0005] Auf der anderen Seite sind spritzgegossene Schaltungsträger, englisch Molded Interconnect Devices (MID), bekannt. Dies sind elektronische Bauteile, bei denen metallische Leiterbahnen auf spritzgegossene Kunststoffträger aufgetragen sind. Zur Herstellung von MID kommen verschiedene Techniken zum Einsatz. Die Website http://de.wikipedia.org/wiki/Molded_Interconnect_Devices zählt den Zweikomponentenspritzguss, das MID-Heissprägen, die verschiedenen Laser-MID-Verfahren (Laser-Direkt-Strukturierung und subtraktive Laserstrukturierung), das Maskenbelichtungsverfahren, das Folien-Hinterspritzen und das Flamecon<(R)>-Verfahren auf.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0006] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur kapazitiven Untersuchung von fadenförmigem Prüfgut zu schaffen, welche kompakt, einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist. Eine weitere Aufgabe ist es, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung anzugeben.

[0007] Diese und andere Aufgaben werden durch die erfindungsgemässe Vorrichtung und das erfindungsgemässe Verfahren, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen definiert sind, gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

[0008] Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Vorrichtung zur kapazitiven Untersuchung von fadenförmigem Prüfgut als MID-Bauteil auszuführen.

[0009] Dementsprechend beinhaltet die erfindungsgemäss Vorrichtung zur kapazitiven Erfassung von Parametern an einem in seiner Längsrichtung bewegten fadenförmigen Prüfgut eine kapazitive Messzelle mit einem Messkondensator, der eine Durchgangsöffnung für das Prüfgut aufweist, und mindestens eine elektrische Leitung zur elektrischen Kontaktierung der Messzelle. Die Messzelle ist als spritzgegossener Schaltungsträger ausgeführt.

[0010] In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Messkondensator zwei Messelektroden, die jeweils mit mindestens einer elektrischen Leitung kontaktiert sind. Der Messkondensator kann auch mindestens eine von den Messelektroden elektrisch isolierte Schutzelektrode, die mit mindestens einer elektrischen Leitung kontaktiert ist, beinhalten. Die Elektroden und die elektrischen Leitungen sind als metallische Leiterbahnen auf einem spritzgegossenen Kunststoffsubstrat aufgetragen.

[0011] Die Messzelle ist vorzugsweise auf einem Träger angeordnet. Der Träger kann eine Leiterplatte sein, und die mindestens eine elektrische Leitung verbindet die Messzelle mit der Leiterplatte. Die Messzelle und der Träger können ein gemeinsames Bauteil bilden, das als spritzgegossener Schaltungsträger ausgeführt ist.

[0012] Im erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung wird eine kapazitive Messzelle mit einem Messkondensator, der eine Durchgangsöffnung für das Prüfgut aufweist, als spritzgegossener Schaltungsträger hergestellt. Die Messzelle wird mittels mindestens einer elektrischen Leitung elektrisch kontaktiert.

[0013] Das Herstellungsverfahren beinhaltet vorzugsweise eine Technik, die aus der Menge mit den folgenden Elementen ausgewählt ist: Zweikomponentenspritzguss, MID-Heissprägen, Laser-MID-Verfahren, Maskenbelichtungsverfahren, Folien-Hinterspritzen und Flamecon(R)-Verfahren. Elektroden der Messzelle und die mindestens eine elektrische Leitung werden als metallische Leiterbahnen auf ein spritzgegossenes Kunststoffsubstrat aufgetragen.

AUFZÄHLUNG DER ZEICHNUNGEN

[0014] Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen detailliert erläutert.
<tb>Fig. 1<sep>zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung (a) in einer Seitenansicht und (b) in einer Ansicht von unten.

<tb>Fig. 2<sep>zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Messzelle einer erfindungsgemässen Vorrichtung (a) in einer perspektivischen Ansicht und (b) in einer entlang der Längsrichtung aufgeschnittenen perspektivischen Ansicht.

AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0015] Fig. 1(a) und (b) zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 in einer Seitenansicht bzw. in einer Ansicht von unten. Eine ebene Leiterplatte 4 dient als Träger für eine kapazitive Messzelle 3. Die kapazitive Messzelle 3 ist in einem Randbereich der Leiterplatte 4 angeordnet und weist eine Durchgangsöffnung 2 für ein auszumessendes Garn 9, das in seiner Längsrichtung 91 bewegt ist, auf. In der Durchgangsöffnung 2 ist ein Messkondensator zur Erfassung von Garnparametern angebracht, auf den anlässlich der Fig. 2 näher eingegangen wird. Die Leiterplatte 4 steht senkrecht zur Längsrichtung 91 des Garns 9.

[0016] Fakultativ kann die Leiterplatte 4 nebst der kapazitiven Messzelle 3 noch mindestens eine weitere Messzelle 5, bspw. eine optische Messzelle 5, tragen. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 sind die beiden Messzellen 3, 5 in zwei verschiedenen Halbräumen, auf je einer Fläche der Leiterplatte 4, angebracht. Alternativ können sie sich in demselben Halbraum befinden und aufeinander gestapelt sein. In jedem Fall müssen die Durchgangsöffnungen 2 der verschiedenen Messzellen 3, 5 und allenfalls der Leiterplatte 4 in Bezug aufeinander ausgerichtet sein. Die Befestigung der Messzellen 3, 5 auf der Leiterplatte 4 kann z.B. durch Kleben und/oder Löten erfolgen.

[0017] Ausser den Messzellen 3, 5 trägt die Leiterplatte 4 viele weitere Komponenten, insbesondere elektronische Schaltungskomponenten, integrierte Schaltkreise, Leiterbahnen, Anschlüsse etc. Diese weiteren Komponenten dienen vorzugsweise der Steuerung und Stromversorgung der Messzellen 3, 5 sowie der Verarbeitung und Auswertung der Ausgangssignale der Messzellen 3,5. Vorzugsweise befindet sich somit eine Auswerteeinheit zur Beurteilung, ob die von den Messzellen 3, 5 detektierten Garneigenschaften bestimmten Qualitätskriterien genügen oder nicht, auf der Leiterplatte 4. Die weiteren Komponenten auf der Leiterplatte 4 können aber weitere Funktionen haben, wie z.B. die Steuerung und Stromversorgung einer (nicht eingezeichneten) Garnschneidvorrichtung. Die erfindungsgemässe Vorrichtung 1 wird vorzugsweise in einem elektronischem Garnreiniger eingesetzt.

[0018] Fig. 2(a) und (b) zeigen eine einzelne kapazitive Messzelle 3, und zwar in einer perspektivischen Ansicht bzw. in einer entlang der Längsrichtung 91 aufgeschnittenen perspektivischen Ansicht. Als mechanische Basis der Messzelle 3 dient ein Substrat 31. Man erkennt die längliche Durchgangsöffnung 2 für das (in Fig. 2nicht eingezeichnete) Garn 9, die einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt hat, so dass das Garn 9 von der offenen Seite her in die Durchgangsöffnung 2 eingeführt werden kann.

[0019] In der Durchgangsöffnung 2 ist ein Messkondensator eingebaut. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Messkondensator als ebener Zweiplattenkondensator ausgeführt, deren beiden ebenen Messelektroden 32 in je einer die Durchgangsöffnung 2 seitlich begrenzenden Seitenfläche 21 eingelassen sind. Es kann vorteilhaft sein, um mindestens eine der Messelektroden 32 herum eine von ihr elektrisch isolierte Schutzelektrode (englisch: guard electrode) 33 anzuordnen. Die Schutzelektrode 33 schirmt die Messelektrode 32 vor störenden elektromagnetischen Randeffekten ab, wodurch das Signalrauschen kleiner und das Messsignal unabhängiger von der Garnposition in Querrichtung wird. Es können bloss eine oder beide Messelektroden 32 mit Schutzelektroden 33 ausgestattet sein. Beim Messverfahren können passives oder aktives Guarding eingesetzt werden.

Einzelheiten zu den Schutzelektroden 33 können der WO-2006/105 676 A1 entnommen werden.

[0020] Jede Messelektrode 32 und allenfalls auch die Schutzelektroden 33 sind mit elektrischen Leitungen 34 kontaktiert, welche von der Messzelle 3 nach aussen führen. Die Leitungen 34 verlaufen grösstenteils im Innern des Substrates 31. An Auflagefläche 35, mit welcher die Messzelle 3 auf der Leiterplatte 4 aufliegt, treten die Leitungen 34 an die Oberfläche des Substrates 31, um dort entsprechende Kontaktflächen an der Oberfläche der Leiterplatte 4 elektrisch zu kontaktieren. Die Leitungen 34 dienen dazu, elektrische Eingangssignale an den Elektroden 32, 33 anzulegen und/oder elektrische Ausgangssignale von den Elektroden 32, 33 abzugreifen.

[0021] Erfindungsgemäss ist nun die kapazitive Messzelle 3 als spritzgegossener Schaltungsträger, d.h. in MID-Technologie, ausgeführt. Das Substrat 31 ist ein spritzgegossenes Kunststoffsubstrat, und sowohl die Elektroden 32, 33 als auch die elektrischen Leitungen sind auf dem Kunststoffsubstrat 31 als metallische Leiterbahnen aufgetragen. Das Herstellungsverfahren kann den Zweikomponentenspritzguss, das MID-Heissprägen, eines der Laser-MID-Verfahren, das Maskenbelichtungsverfahren, das Folien-Hinterspritzen oder das Flamecon<(R)>-Verfahren beinhalten. Somit ist die Herstellung der Messzelle 3 kostengünstig, und die Messzelle 3 ist kompakt und einfach aufgebaut.

[0022] Die MID-Technologie kann nicht nur bei der Herstellung der kapazitiven Messzelle 3, sondern bei der Herstellung weiterer Teile der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 zum Einsatz kommen. So können die Messzelle 3 und die Leiterplatte 4 als Träger der Messzelle 3 ein gemeinsames Bauteil bilden, das als spritzgegossener Schaltungsträger ausgeführt ist.

[0023] Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben diskutierten Ausführungsformen beschränkt. Bei Kenntnis der Erfindung wird der Fachmann weitere Varianten herleiten können, die auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gehören.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0024]
<tb>1<sep>Vorrichtung

<tb>2<sep>Durchgangsöffnung

<tb>21<sep>Seitenfläche der Durchgangsöffnung

<tb>3<sep>kapazitive Messzelle

<tb>31<sep>Substrat

<tb>32<sep>Messelektrode

<tb>33<sep>Schutzelektrode

<tb>34<sep>elektrische Leitungen

<tb>35<sep>Auflagefläche der Messzelle

<tb>4<sep>Leiterplatte

<tb>5<sep>weitere Messzelle

<tb>9<sep>Prüfgut

<tb>91<sep>Längs- und Bewegungsrichtung des Prüfgutes

Claims

1. Vorrichtung (1) zur kapazitiven Erfassung von Parametern an einem in seiner Längsrichtung (91) bewegten fadenförmigen Prüfgut (9), beinhaltend eine kapazitive Messzelle (3) mit einem Messkondensator, der eine Durchgangsöffnung (2) für das Prüfgut (9) aufweist, und mindestens eine elektrische Leitung zur elektrischen Kontaktierung der Messzelle (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle (3) als spritzgegossener Schaltungsträger ausgeführt ist.

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Messkondensator zwei Messelektroden (32), die jeweils mit mindestens einer elektrischen Leitung kontaktiert sind, beinhaltet.

3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei der Messkondensator mindestens eine von den Messelektroden (32) elektrisch isolierte Schutzelektrode (33), die mit mindestens einer elektrischen Leitung kontaktiert ist, beinhaltet.

4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektroden (32, 33) und die elektrischen Leitungen als metallische Leiterbahnen auf einem spritzgegossenen Kunststoffsubstrat (31) aufgetragen sind.

5. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messzelle (3) auf einem Träger (4) angeordnet ist.

6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei der Träger (4) eine Leiterplatte ist und die mindestens eine elektrische Leitung die Messzelle (3) mit der Leiterplatte (4) verbindet.

7. Vorrichtung (1) nach Ansprach 5 oder 6, wobei die Messzelle (3) und der Träger (4) ein gemeinsames Bauteil bilden, das als spritzgegossener Schaltungsträger ausgeführt ist.

8. Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine kapazitive Messzelle (3) mit einem Messkondensator, der eine Durchgangsöffnung (2) für das Prüfgut (9) aufweist, hergestellt wird und die Messzelle (3) mittels mindestens einer elektrischen Leitung elektrisch kontaktiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle (3) als spritzgegossener Schaltungsträger hergestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verfahren eine Technik beinhaltet, die aus der Menge mit den folgenden Elementen ausgewählt ist: Zweikomponentenspritzguss, MID-Heissprägen, Laser-MID-Verfahren, Maskenbelichtungsverfahren, Folien-Hinterspritzen und Flamecon<(R)>-Verfahren.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei Elektroden (32, 33) der Messzelle (3) und die mindestens eine elektrische Leitung als metallische Leiterbahnen auf ein spritzgegossenes Kunststoffsubstrat (31) aufgetragen werden.