DE102005038047A1

DE102005038047A1 - Fadenspannungssensor

Info

Publication number: DE102005038047A1
Application number: DE200510038047
Authority: DE
Inventors: Gerhard Schnebel; Peter Barth
Original assignee: Barth Tex Instr & Software Gmb; Barth-Tex Instruments and Software and Co GmbH
Current assignee: Memminger IRO GmbH
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: DE102005038047B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fadenspannungssensor zur Erfassung der Spannung eines Fadens (11), insbesondere für stationäre und instationäre Anwendungen, mit wenigstens einem aus zwei Abschnitten (2.1, 2.2) bestehenden Biegeelement, an dem ein aus wenigstens einem Teil bestehendes Masseausgleichselement (4.1, 4.2) befestigt ist, welches zusammen mit einem Verlängerungsstift (5) und zumindest einem Fadenaufnahmeelement (6) eine lagerreibungslose, beweglich gelagerte Wippe bildet und diese Wippe wenigstens einen Messwertgeber (8) trägt, durch den die Auslenkung der Wippe erfassbar wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen universell einsetzbaren Fadenspannungssensor, insbesondere zur Erfassung der Zugkraft eines textilen Fadens für stationäre und instationäre Anwendungen.

Textilmaschinen oder andere Faden verbrauchende oder verarbeitende Maschinen werden mit einer Vielzahl von einzelnen Fäden beliefert. Diese Fäden müssen kontrolliert oder überwacht werden, um eine möglichst hohe Qualität des Endproduktes zu gewährleisten. Die Fadenspannungsmessung, insbesondere die Erfassung von Zugkräften unter 10 cN erweist sich dabei als besonders schwierig, da für diesen Messbereich eine lageunabhängige und reibungsarme Messwerterfassung erforderlich ist.

Bei jedem Fadenspannungssensor wird der Faden auf das freie Ende einer Messzunge, eines Messbalkens oder einer Messrolle aufgelegt. Dabei wird vom Faden eine Auslenkkraft auf die Sensoranordnung ausgeübt. Diese Auslenkung wird erfasst und zu einem Messwert der Fadenspannung ausgewertet.

Aus der DE 35 06 698 C2 ist ein Fadenspannungssensor mit einer einseitigen starr eingespannten federnden Zunge ausgebildet. Bei dieser Sensoranordnung ist nur ein stationärer Betrieb möglich, da durch das Eigengewicht des Sensors bei instationärer Anwendung kein stabiler Nullpunkt gewährleistet ist.

Aus der DE 37 13 290 A1 ist ein Fadenspannungssensor mit einer zweiseitig eingespannten Torsionsfeder bekannt. Diese Maßnahme verbessert die Lageunabhängigkeit der Sensoranordnung. Jedoch erhält man auch hier unterschiedliche Messergebnisse, je nach horizontaler oder vertikaler Ausrichtung der Messvorrichtung, da Eigengewicht des Sensors und Durchbiegung der Torsionsfeder den Abstand zwischen Messgeber und Messempfänger beeinflussen.

Aus der DE 43 00 633 A1 ist ein Fadenspannungssensor mit einseitig federnd eingespanntem Hebelarm bekannt. Bei dieser Anordnung ist bei instationärer Anwendung ebenfalls kein stabiler Nullpunkt gewährleistet.

Es sind noch weitere Fadenspannungssensoren wie DE 40 37 065 A1 oder DE 102 49 278 A1 bekannt. Beide Varianten sind nur für den stationären Einsatz geeignet.

Aus der DE 102 57 997 A1 ist ein Fadenmessgerät für instationäre Anwendungen mit einem Kraftsensor bekannt. Bei dieser Ausführung wird der Faden über einen schwenkbar gelagerten Hebel in die Messposition bewegt. Das Sensorelement besteht bei dieser Anordnung aus einem auf dem Kraftsensor befestigten Auflagestift. Durch Reibung des Fadens auf dem Auflagestift und Eigengewicht des Sensors sind auch bei dieser Anordnung Messwertverfälschungen zu erwarten.

Aus der DE 199 01 831 A1 ist eine Messeinrichtung mit zwei einseitig eingespannten Messbalken bekannt. Der zweite Messbalken wird benötigt, um die Messfehler des ersten Messbalkens zu kompensieren.

Für die Erfassung kleinster Fadenspannungen sind Messvorrichtungen in instationären Anwendungen mit einseitig eingespannten oder befestigten Sensoren nur bedingt geeignet, da das Eigengewicht immer das Messergebniss verfälscht.

Technische Probleme

Von dieser Grundproblematik und dem geschilderten Stand der Technik ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Fadensensor zu schaffen, der unabhängig von der Lage der Messeinrichtung das Erfassen kleinster Fadenspannungen mit hoher Messgenauigkeit ermöglicht und für stationäre und instationäre Anwendungen geeignet ist.

Technische Lösung

Diese Aufgabe wird mit dem Fadenspannungssensor nach Anspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Fadenspannungssensor ist für den Einsatz in Freihandmessgeräten, so wie auch in stationären Fadenspannungsregelgeräten zur Fadenspannungsmessung beziehungsweise Messung der Fadenzugkraft bestens geeignet. Durch die Ausgestaltung der Wippe ist eine reibungsfreie Auslenkung gegeben, wodurch insbesondere geringe Fadenzugkräfte exakt erfasst werden können.

Der Fadenspannungssensor weist ein um vorzugsweise 90 Grad abgewinkeltes Biegeelement auf, an dem ein Fadenspannungsfühler befestigt ist. Das Biegeelement, vorzugsweise eine Flachfeder, wird an beiden Enden mit einem Montageblock oder direkt mit dem Gehäuse verbunden.

Der Fadenspannungssensor besteht vorzugsweise aus einem reibungsarm drehbar gelagerten Fadenaufnahmeelement, beispielsweise eine Fadenrolle, einem Verlängerungsstift und einem Masseausgleichselement. Der Masseschwerpunkt von dem kompletten Fadenspannungsfühler sowie der abgewinkelten Flachfeder liegt vorzugsweise im Knickpunkt der Flachfeder. Dies ermöglicht einen lageunabhängigen Einsatz der Sensoreinheit.

Der Fadenspannungsfühler in Kombination mit der abgewinkelten Flachfeder ist so ausgebildet, dass sich eine Wippe ergibt, bei der vorzugsweise das kurze Ende der Flachfeder eine bewegliche Stütze bildet und am anderen Ende der Feder eine der an dem Fadenaufnahmeelement auftretenden Fadenspannung proportionale Durchbiegung der Flachfeder erzeugt wird. Diese Durchbiegung der Flachfeder kann zum Beispiel mittels aufgeklebten Dehnungsmessstreifen an der Flachfeder gemessen werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung erhält man, wenn ein Magnet in das Masseausgleichselement integriert wird. Mit Hilfe eines Hall-Sensors, der vorzugsweise an dem Montageblock befestigt ist, kann die von der Fadenspannung verursachte Auslenkung der Messwippe ermittelt werden. Somit können kleinste Fadenzugkräfte ohne Verfälschung durch Lagerreibungsverluste der Messwippe oder Verfälschung durch Messdrähte an Dehnungsmessstreifen sehr kostengünstig und vor allen Dingen lageunabhängig ermittelt und weiterverarbeitet werden.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungen ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Unteransprüchen. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
1a einen Fadenspannungssensor in der Seitenansicht und teilweise geschnittener Darstellung,
1b einen Fadenspannungssensor in der Draufsicht,
2a einen Fadenverlauf an einem Freihandmessgerät mit Fadenspannungssensor und zusätzlichem Fadenführungselement in Fadenfangposition,
2b einen Fadenverlauf an einem Freihandmessgerät nach einer 180 Grad Drehung und
3 ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung in einem Fadenspannungregelgerät.
In 1a und 1b ist ein Fadenspannungssensor abgebildet mit dem die Zugkraft eines Fadens 12 in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. Das Fadenaufnahmeelement 6, der Verlängerungsstift 5 sowie das Massenausgleichselement 4.1 und 4.2 bilden zusammen mit der vorzugsweise rechtwinkelig abgewinkelten Flachfeder 2.1 und 2.2 und dem Befestigungselement 3.4 eine lagerreibungsfreie Wippe, wobei der Drehpunkt und der Masseschwerpunkt im Biegepunkt 7 der Flachfeder ausgebildet sind. Durch die abgewinkelte Ausführung der Flachfeder, bei entsprechender Breite, erhält man eine sehr stabile Ausführungsform der Messwippe, bei der auftretende Kräfte am Fadenaufnahmeelement 6 eine Auslenkung in nur einer Bewegungsebene A zulassen. Dies ermöglicht ein lageunabhängiges Erfassen der Fadenzugkraft F, da das Eigengewicht keine Auslenkung der Messwippe verursacht. Der Verlängerungsstift 5 wird dabei vorteilhafterweise durch ein Befestigungselement 3.3 an dem Masseausgleichselement 4.1 befestigt. Dies ermöglicht, bei unterschiedlichen Anforderungen, ein einfaches Wechseln des Fadenaufnahmeelementes 6, beispielhaft dargestellt durch ein stiftförmiges, vorzugsweise aus keramischem Material bestehendem und mit Führungsrille ausgebildetem Fadenaufnahmeelement.
Das Sensorelement wird an den freien Enden der abgewinkelten Flachfeder 2.1 und 2.2, mittels Befestigungselementen 3.1 und 3.2 vorzugsweise an einem Montageblock 1 befestigt.
Bei Beaufschlagung des Fadenaufnahmeelementes 6 mit einer Fadenzugkraft F wirkt das eine Ende der Flachfeder 2.1 als bewegliche Stütze und erfährt nur eine minimale Auslenkung B. Das andere Ende der Flachfeder 2.2 erfährt durch die Hebelwirkung L2 zu L1 eine Auslenkung und ermöglicht eine Drehbewegung beziehungsweise Auslenkung A der Masseausgleichselemente 4.1 und 4.2. um den Drehpunkt 7. Das Verhältnis von L1 zu L2 bestimmt dabei die Steifigkeit und Empfindlichkeit der Messwippe.
In einem der Masseausgleichselemente 4.2 ist ein Messwertgeber 8, vorzugsweise ein magnetischer Messwertgeber integriert. Die Auslenkung des Magneten 8 wird mittels eines Sensorelementes 9 berührungslos erfasst und von einer elektronischen Schaltung weiterverarbeitet. Das Sensorelement 9 besteht vorzugsweise aus einem Hall-Sensor und ist mittels eines Trägerelementes 10, vorzugsweise einer Leiterplatte, über ein Befestigungselement 3.5 mit dem Montageblock 1 verbunden.
2a und 2b zeigen die Vorderansicht eines Freihandmessgerätes mit einem zweiten Fadenführungselement 12 bei dem nach einer 180 Grad Drehung die Auslaufspannung des Fadens 11 in Abhängigkeit der Auslenkung des Fadenaufnahmeelementes 6 ermittelt werden kann. Für hochpräzise Anwendungen kann das Fadenführungselement 12, durch eine zweite Sensoreinheit ersetzt werden. Durch die entgegengesetzte Auslenkung und Auswertung beider Messsignale kann eine größere Auflösung für kleinste, dynamische Fadenzugspannungen erzielt werden.
In 3 ist die Einbaulage des Fadenspannungssensors in ein Fadenregelgerät dargestellt. Dabei läuft der Faden 11 durch eine Fadenführungsöse 14.1 und wird mit wenigstens zwei Umschlingungen auf ein durch einen Motor angetriebenes Fadenrad 13 aufgewickelt. Der Fadenspannungssensor mit dem Fadenaufnahmeelement 6 ist vorzugsweise so angeordnet, dass der Fadenverlauf zwischen Fadenrad 13 und Auslauföse 14.2 eine rechtwinklige Umlenkung erfährt. Die Bewegungsrichtung a des Fadenspannungssensors beziehungsweise des Fadenaufnahmeelementes 6 wird durch die Einbaulage der Messwippe, insbesondere der Flachfeder 2.1 und 2.2, vorgegeben und erfolgt vorzugsweise in Richtung Auslauföse 14.2.
Der erfindungsgemäße Fadenspannungssensor gestattet eine kostengünstige Messung äußerst geringer Fadenzugkräfte mit hoher Genauigkeit sowohl in stationären als auch instationärn Anwendungen

Claims

Fadenspannungssensor zur Erfassung der Spannung eines Fadens (11), insbesondere für stationäre und instationäre Anwendungen, mit wenigstens einem aus zwei Abschnitten (2.1, 2.2) bestehenden Biegeelement, an dem ein aus wenigstens einem Teil bestehendes Masseausgleichselement (4.1, 4.2) befestigt ist, welches zusammen mit einem Verlängerungsstift (5) und zumindest einem Fadenaufnahmeelement (6) eine lagerreibungslose, beweglich gelagerte Wippe bildet und diese Wippe wenigstens einen Messwertgeber (8) trägt, durch den die Auslenkung der Wippe erfassbar wird.
Fadenspannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegeelement aus einer einstückigen, abgewinkelten, vorzugsweise um 90° abgewinkelten Flachfeder besteht und die Enden der Abschnitte (2.1, 2.2) der Flachfeder mit wenigstens zwei Befestigungselementen (3.1, 3.2) an einem Montageblock (1) fest eingespannt sind.
Fadenspannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Masseausgleichselemente (4.1, 4.2) so ausgebildet sind, dass sich der Masseschwerpunkt der Wippe im Biegepunkt (7) der Flachfeder aufweisen.
Fadenspannungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseausgleichselemente (4.1, 4.2) mit wenigstes einem Befestigungselement (3.4) mit zumindest einem Abschnitt (2.2, 2.1) der Flachfeder verbunden ist.
Fadenspannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fadenaufnahmeelement (6) und der Verlängerungsstift (5) mit einem Masseausgleichselement (4.1, 4.2) auswechselbar über ein Befestigungselement (3.3) verbunden ist.
Fadenspannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Masseausgleichselemente (4.2) wenigstens ein Messwertgeber (8) integriert ist
Fadenspannungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Messwertgeber (8) aus magnetischem Material besteht.
Fadenspannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (9) ein Hall-Sensor ist.
Fadenspannungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (9) vorzugsweise mittels einer Trägerplatte (10) und wenigstens einem Befestigungselement (3.5) an einem Montageblock (1) befestigt ist.
Fadenspannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fadenaufnahmeelement (6) aus zumindest einer drehbar gelagerten Fadenrolle besteht.
Fadenspannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fadenaufnahmeelement (6) aus einem abriebresistenten dünnen Stab mit Führungsrille (15) ausgebildet ist.
Fadenspannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Freihandmessgerät zwei Wippen vorgesehen sind, die ein entgegengesetztes Messsignal erzeugen.
Fadenspannungssensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden (11) nach dem Positionieren zwischen zwei Fadenaufnahmeelementen (6) durch eine 180° Drehung der Wippe auf die Fadenführungselemente (6, 12) aufgelegt ist.
Fadenspannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbaulage in einem Fadenspannungsregelgerät zwischen einem Fadenrad (13) und einer Auslauföse (14.2) vorgesehen ist.
Fadenspannungssensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung (a) des Fadenaufnahmeelementes (6) zur Auslauföse (14.2) hin erfolgt.
Fadenspannungssensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Fadenverlauf (11) vom Fadenrad (13) über das Fadenaufnahmeelement (6) zur Fadenauslauföse (14.2) in etwa einen rechten Winkel bildet.
Fadenspannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkung der Wippe relativ zum Montageblock (1) vorzugsweise berührungslos erfasst wird, an dem die Abschnitte (2.1, 2.2) fest eingespannt sind.