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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Galette zur Führung von Fäden, wobei die Galette einen drehend antreibbaren Führungsmantel, eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Führungsmantels und einen Temperatursensor zum mittelbaren oder unmittelbaren Messen einer Temperatur des Führungsmantels aufweist. Der Temperatursensor ist innerhalb eines durch den Führungsmantel aufgespannten Mantelvolumens angeordnet. Die Galette ist mit einem Drehübertrager ausgestattet, der eingerichtet ist, ein die Temperatur des Führungsmantels repräsentierendes Hauptsignal an ein ortsfestes Modul zu übertragen. Der Drehübertrager weist eine mit dem Führungsmantel mitlaufende Sendeeinheit und das Modul einer ortsfesten Empfangseinheit auf.
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Galetten der eingangs genannter Art sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt.
EP 0 872 584 A1 offenbart eine Temperaturkontrollvorrichtung mit einer Sende-Empfängereinheit für eine beheizte Galette. Eine Zapfenlose Walze mit einer Einrichtung zur Messung der Drehgeschwindigkeit der Walze ist in der
DE 103 30 417 A1 beschrieben. Eine Messandordnung zum Messen einer Rotationsgeschwindigkeit eines rotierenden Bauteils ist in der
DE 10 2015 218 821 A1 offenbart.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Galette bereitzustellen, die eine erweiterte Funktionalität aufweist.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Galette eine Drehsensoreinheit aufweist, auf deren Basis ein eine Bewegung des Führungsmantels repräsentierendes Nebensignal generiert wird, wobei der Drehübertrager eingerichtet ist, dass Nebensignal an das Modul zu übertragen.
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Die erfindungsgemäße Galette ist demnach eingerichtet das die Bewegung des Führungsmantels repräsentierendes Nebensignal, zusätzlich zu dem die Temperatur des Führungsmantels repräsentierenden Hauptsignal, an das ortsfeste Modul zu übertragen. Die Bewegung des Führungsmantels kann eine Rotation des Führungsmantels und/oder eine Schwingung des Führungsmantels sein. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Nebensignal eine Drehzahl ist oder eine Drehzahl repräsentiert.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Drehsensoreinheit als optische Sensoreinheit ausgebildet ist. Die optische Sensoreinheit kann eine Lichtquelle und / oder einen Lichtsensor aufweisen. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Lichtquelle und/oder der Lichtsensor an der mitlaufenden Sendeeinheit angeordnet ist. Alternativ kann Lichtquelle und/oder der Lichtsensor an der ortsfesten Empfangseinheit angeordnet sein.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Drehsensoreinheit als magnetische Sensoreinheit, vorzugsweise auf Basis eines Hall-Effekt-Sensors, ausgebildet. Der Hall-Effekt-Sensor kann mitlaufenden Sendeeinheit angeordnet sein. Alternativ kann der Hall-Effekt-Sensor an der ortsfesten Empfangseinheit angeordnet sein.
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In einer weiteren besonderen Ausgestaltung weist die Drehsensoreinheit einen mit dem Führungsmantel mitlaufenden Beschleunigungssensor auf. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Beschleunigungssensor mit der mitlaufenden Sendeeinheit signalverbunden ist. Die Drehsensoreinheit kann einen mit dem Führungsmantel mitlaufenden Neben-Beschleunigungssensor aufweisen. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Neben-Beschleunigungssensor mit der mitlaufenden Sendeeinheit signalverbunden ist. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind der Beschleunigungssensor und der Neben-Beschleunigungssensor, bezogen auf den Führungsmantel, diametral zueinander angeordnet.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn bei der Verwendung eines Beschleunigungssensor, eine Verarbeitung des Nebensignals eine Auswertung mittels Schätzverfahren zur Schätzung fehlerbehafteter Beobachtungen einschließt. Dies kann beispielsweise mittels Kalman-Filter oder Beobachterentwurf erfolgen. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Drehzahl des Führungsmantels iterativ auf Basis der vergangenen Messungen geschätzt wird.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Beschleunigungssensor und / oder der Nebenbeschleunigungssensor jeweils als MEMS-Sensor ausgebildet sind. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn ein jeweiliger MEMS-Sensor wenigstens eine sensitive Achse aufweist, wobei die sensitiven Achsen der MEMS-Sensoren parallel zueinander verlaufen.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die ortsfeste Empfangseinheit ausgebildet, eine Versorgungspannung an die mitlaufende Sendeeinheit zu übertragen. Es hat sich vorteilhaft herausgestellt, wenn die Versorgungsspannung eine Kleinspannung ist.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Führungsmantel wenigstens ein Wärmerohr auf. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Wärmerohr mit einem Arbeitsmedium zur Wärmeverteilung befüllbar oder befüllt ist. Es hat sich ebenfalls als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Temperatursensor innerhalb des Wärmerohres angeordnet ist. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Temperatursensor mit einer aus dem Wärmerohr herausführenden Signalleitung verbunden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Heizeinrichtung als eine Induktionsheizvorrichtung mit einer Induktionsspule ausgebildet. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Induktionsspule mit Abstand zu dem Führungsmantel angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
- 1 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Galette;
- 2 eine ortsfeste Empfangseinheit der Galette des Ausführungsbeispiels der 1;
- 3 ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Galette;
- 4 ein Schnitt durch das Ausführungsbeispiel der 3;
- 5 ein Graph zur Ermittlung eines Drehwinkels;
- 6 eine Ausführungsbeispiel mit einem 2-Achs-Beschleunigungssensor; und
- 7 eine Energieversorgungeinheit für einen Drehübertrager.
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Ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Galette 1 ist in 1 dargestellt. Die Galette 1 dient zum Führen eines hier nicht gezeigten Fadens, wobei die Galette 1 einen drehend antreibbaren Führungsmantel 2, eine Heizeinrichtung 3 zum Erwärmen des Führungsmantels 2 und einen Temperatur-sensor 4 aufweist. Der Temperatursensor 4 dient dem Messen einer Temperatur TF des Führungsmantels 2.
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Wie der 1 entnommen werden kann, befindet sich der Temperatursensor 4 innerhalb eines durch den Führungsmantel 2 aufgespannten Mantelvolumens VN. Dazu weist der Führungsmantel 2 ein Wärmerohr 14 auf, welches mit einem Arbeitsmedium 15 zur Wärmeverteilung befüllt ist. Der Temperatursensor 4 ist innerhalb des Wärmerohre 14 angeordnet. Darüber hinaus ist der Temperatursensor 4 mit einer aus dem Wärmerohr 14 herausführenden Signalleitung 16 verbunden.
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Die Galette 1 ist mit einem Drehübertrager 5 ausgestattet, der eingerichtet ist, ein die Temperatur TF des Führungsmantels 2 repräsentierendes Hauptsignal HS an ein ortsfestes Modul 6 zu übertragen. Das ortsfeste Modul 6 ist in der 1 rechts dargestellt. Der Drehübertrager 5 ist weiterhin ausgestattet mit einer Sendeeinheit 7, die mit dem Führungsmantel 2 mitläuft. Dem ortsfesten Modul 6 ist eine ortsfeste Empfangseinheit 8 zugeordnet. Es ist nunmehr vorgesehen, dass ein durch den Temperatursensor 4 aufgenommene Temperatur TF über die Signalleitung 16 an die mitlaufende Sendeinheit 7 weitergeleitet wird. Von der mitlaufenden Sendeeinheit 7 wird das Hauptsigna HS drahtlos und kontaktlos an die ortsfeste Empfangseinheit 8 gesendet und von dort an da ortsfeste Modul 6 übergeben. Im ortsfesten Modul 6 kann beispielsweise eine Temperaturregelung, für die in 1 gezeigte Heizeinrichtung 3 der Galette 1 implementiert sein.
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Erfindungsgemäß ist die Galette 1 nun mit einer Drehsensoreinheit 9 ausgestattet, auf deren Basis ein Nebensignal NS generiert wird. Das Nebensignal NS repräsentiert eine Bewegung des Führungsmantels 2, genauer gesagt eine Rotation des Führungsmantels 2. Der Drehübertrager 5 ist dabei eingerichtet, das Nebensignal NS an das ortsfeste Modul 6 zu übertragen. Mit anderen Worten wird über den Drehübertrager 5 sowohl das Hauptsignal HS als auch das Nebensignal NS übertragen.
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Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Drehsensoreinheit 9 als optische Sensoreinheit mit einer Lichtquelle 10 und einem Lichtsensor 11 ausgebildet. Die Lichtquelle und der Lichtsensor 11 sind an der mitlaufenden, rotierenden Sendeeinheit 7 angeordnet. Die Lichtquelle und der Lichtsensor 11 bilden zusammen mit einer Markierung 18, die an der ortsfesten Empfangseinheit ausgebildet ist, eine Reflexionslichtschranke. Wie der 2 entnommen werden kann, weist die ortsfeste Empfangseinheit 8 insgesamt vier Markierungen 18 auf, die gleichmäßig in Umfangsrichtung an de ortsfesten Empfangseinheit 8 angeordnet sind. Ein durch die Lichtquelle 1 ausgesandter Lichtstrahl wird, wenn er auf eine der Markierungen 18 trifft, von dieser reflektierenden Markierung 18 zurück auf dien Lichtsensor 11 geworfen. Durch einen oder mehrere Trigger (Markierungen 18) im Abstand ΔΩ (in Grad) über den Umfang einer Kreisbahn verteilt wird eine Flanke in einem elektrischen Signal erzeugt. Die Drehzahl n (Nebensignal in Form der Drehzahl) in Hz ergibt sich aus n = (ΔΩ / Δt) * 1 / 360, wobei Δt in Sekunden der gemessene zeitliche Abstand zwischen zwei Flanken des Signals ist.
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Über eine Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen lässt sich somit bei bekanntem Abstand der Markierungen 18 eine durchschnittliche Drehgeschwindigkeit des Führungsmantels 2, der über eine Rotorwelle 19 drehfest mit dem Drehübertrager verbunden ist, bestimmt werden. Im ortsfesten Modul 6 kann wiederum eine Drehzahlregelung implementiert sein mittels der beispielsweise eine Drehzahl des Führungsmantel 2 konstant gehalten werden kann.
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Ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Galette 1 ist in 3 dargestellt. Im Unterschied, zu dem mit Bezug auf 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist beim Ausführungsbeispiel der 3 die Drehsensoreinheit 9 durch einen mit dem Führungsmantel 2 mitlaufenden Beschleunigungssensor 12 und einen mit dem Führungsmantel 2 mitlaufenden Neben-Beschleunigungssensor 13 realisiert. Der Beschleunigungssensor 12 und der Neben-Beschleunigungssensor 13 sind ihrerseits mit der mitlaufenden Sendereinheit 7 signalverbunden.
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Der Beschleunigungssensor 12 und der Neben-Beschleunigungssensor 13 sind im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel als MEMS-Sensor ausgebildet. Die Drehsensoreinheit 9 weist weiterhin einem mit dem Führungsmantel 2 mitlaufenden Neben-Beschleunigungssensor 13 auf. Der Nebenbeschleunigungssensor 13 ist ebenfalls mit der mitlaufenden Sendereinheit 7 verbunden. Der Beschleunigungssensor 12 und der Nebenbeschleunigungssensor 13 sind, bezogen auf den Führungsmantel 2, diametral zueinander angeordnet. Der Beschleunigungssensor 12 und der Neben-Beschleunigungssensor 13 sind als einachsige MEMS-Sensoren ausgebildet, d.h. der Beschleunigungssensor 12 weist eine erste aktive Achse A1 auf.
Der Neben-Beschleunigungssensor 13 verfügt seiner-seits über eine aktive Achse A2. Dies ist in 4 genauer dargestellt. Wie der 4 ebenfalls entnommen werden kann, sind die erste Achse A1 und die zweite Achse A2 zueinander parallel, vorliegend bezogen auf die radiale Richtung R fluchtend miteinander.
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Es soll nun das Ermitteln der Drehzahl n eines rotierenden Führungsmantels 2 (vgl. 3) mittels dem Beschleunigungssensor 12 und dem Neben-Beschleunigungssensor 13, die jeweils mit dem Radius r von der Drehachse DA beabstandet sind, erläutert werden. Dies kann beispielsweise durch Ausnutzen der Zentrifugalkraft und einer Gewichtskraftkomponente erfolgen. Führt ein Körper der Masse m eine Kreisbewegung aus, wirkt auf ihn die Zentrifugalkraft. Diese ist radial von der Rotationsachse nach außen gerichtet (FZ in 4). 4 zeigt eine qualitative Darstellung der Überlagerung der Zentrifugalbeschleunigung (az) mit Anteilen der Erdbeschleunigung (ag').
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Die Zentrifugalkraft ist über die Beziehung FZ = m ω2 r = m r (2πn)2 mit der Winkelgeschwindigkeit ω, beziehungsweise der Drehzahl n (in Hz) gekoppelt. Hierbei beschreibt r den Abstand der Masse m zur Rotationsachse (Abstand Beschleunigungssensor 12 - Drehachse DA). Die Beschleunigung az, die diese Kraft hervorruft kann mit dem Beschleunigungssensor 12 gemessen, und zur Bestimmung der Drehzahl n herangezogen werden. Zuerst wird die sensitive Achse A2 des Beschleunigungssensors 12 entlang des Radius r ausgerichtet. Die gesuchte Beschleunigung ergibt sich zu az = (ω2 r = r (2πn)2. Dabei ist zu beachten, dass abhängig vom Drehwinkel DW Anteile der Erdbeschleunigung ag' mitgemessen werden: aSensor = az + ag', mit ag' = -g sin(Ω). 5 zeigt schematisch den Verlauf der besagten Größen einzelne Umdrehung. Über ein Filter, der von dem ortsfesten Modul 6 (vgl. 3) umfasst sein kann, lässt sich der Gleichanteil az aus dem Sensorsignal aSensor zurückgewinnen und mit der Beziehung ω = √az / r die Winkelgeschwindigkeit (und Drehzahl n = 1 / 2π √az / r) bestimmen.
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Anstatt den Gleichanteil az des Sensorsignals aSensor zur Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit zu nutzen, kann auch ag' herangezogen werden. Dazu muss die Periodendauer des sinus-förmigen Signals aSensor, beispielsweise durch Detektieren der Maxima, exakt bestimmt wer-den. Aus der Periodendauer ergibt sich unmittelbar die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit (bzw. Drehzahl n) einer Umdrehung.
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Über den Neben-Beschleunigungssensor 13 kann eine Kompensation von Störungen (z.B. Vibrationen) erfolgen. Da die sensitiven Achsen A1, A2 beider Sensoren in dieselbe Richtung zeigen (vgl. 4), kann sowohl der periodische Anteil der Erdbeschleunigung als auch Störungen, die von beiden Sensoren gleichzeitig ermittelt werden, kompensiert werden. Der Beschleunigungssensor 12 misst aSensor,1 = az - ag' + aStörung. Der Neben-Beschleunigungssensor 13 misst aSensor,2 = -az - ag' + aStörung. Werden die Signale subtrahiert, resultiert: ages = aSensor,1 - aSensor,2 = 2az. Über die Zentrifugalbeschleunigung kann anschließend die Drehzahl n (Nebensignal NS) ermittelt werden.
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In 6 ist schematisch ein Führungsmantel 2 mit lediglich einem Beschleunigungssensor 12 dargestellt. Der Beschleunigungssensor 12 ist vorliegend als zweiachsiger MEMS-Sensor mit den zueinander senkrechten Achsen A1, A2 ausgestaltet. Wird ein solcher Beschleunigungssensor 12 mit zwei senkrecht aufeinander stehenden sensitiven Achsen A1 und A2 genutzt, kann der Drehwinkel DW durch eine trigonometrische Funktion berechnet werden. Das berechnete Signal ist periodisch und kann zur Drehzahlbestimmung herangezogen werden.
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7 zeigt schließlich eine Energieversorgungeinheit für einen Drehübertrager 5 (vgl. 1).
Neben Messdaten, wie beispielsweise dem Hauptsignal HS und dem Nebensignal NS, kann mittels der Anordnung der 7 elektrische Energie die Drehsensoreinheit 9 (vgl. 1) übertragen werden. Dies geschieht beispielhaft über die in 7 gezeigte induktive Kopplung B. Mittels des Oszillators 20 wird in Spule L1 ein magnetisches Wechselfeld aufgebaut (Sender). Befindet sich dies Spule L2 innerhalb dieses Magnetfelds, wird in der Spule L2 eine Spannung induziert (Empfänger). Durch periodisches Stören des Magnetfelds B (z.B. durch einen exzentrisch in der ortsfesten Empfangseinheit 8 angebrachten Magneten) kann zusätzlich zu der in der Spule L2 induzierten Spannung ein überlagertes Spannungssignal eingebracht werden. Über eine Auswerteeinheit 23 vor dem Gleichrichter 24 nebst Last 25 kann dieses überlagerte Signal analysiert werden. Die zweite Spule L2 ist mit der Auswerteeinheit 23 signalverbunden. Die Auswerteeinheit 23 kann beispielsweise im ortfesten Modul 6 (vgl. 1) implementiert sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Galette
- 2
- Führungsmantel
- 3
- Heizeinrichtung
- 4
- Temperatursensor
- 5
- Drehübertrager
- 6
- ortsfestes Modul
- 7
- mitlaufende Sendereinheit
- 8
- ortsfeste Empfangseinheit
- 9
- Drehsensoreinheit
- 10
- Lichtquelle
- 11
- Lichtsensor
- 12
- Beschleunigungssensor
- 13
- Neben-Beschleunigungssensor
- 14
- Wärmerohr
- 15
- Arbeitsmedium
- 16
- Signalleitung
- 17
- Induktionsspule
- 18
- Markierung
- 19
- Rotorwelle
- 20
- Oszillator
- 21
- erste Spule
- 22
- zweite Spule
- 23
- Auswerteeinheit
- 24
- Gleichrichter
- 25
- Last
- A1
- Achse des Beschleunigungssensors
- A2
- Achse des Neben-Beschleunigungssensors
- AS
- Abstand
- B
- Bewegung
- DA
- Drehachse
- HS
- Hauptsignal
- KS
- Kleinspannung
- L1
- erste Spule
- L2
- zweite Spule
- NS
- Nebensignal
- r
- Radius
- TF
- Temperatur
- VM
- Mantelvolumen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0872584 A1 [0002]
- DE 10330417 A1 [0002]
- DE 102015218821 A1 [0002]
