DE10249278A1

DE10249278A1 - Yarn tension sensor

Info

Publication number: DE10249278A1
Application number: DE2002149278
Authority: DE
Inventors: Friedrich Weber; Rolf Huss
Original assignee: Memminger IRO GmbH
Current assignee: Memminger IRO GmbH
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-06-09
Also published as: AU2003277824A1; WO2004039714A1

Abstract

Zur Messung von Fadenspannungen ist ein Fadenspannungssensor (1) vorgesehen, der ein Biegeelement beispielsweise in Form einer keramischen Platte (17) aufweist. Von dieser erstreckt sich ein Fadenauflageelement beispielsweise in Form eines Keramikrohrs (16) seitlich weg. Auf der Platte (17) sind mehrere Sensorelemente (26) so angeordnet, dass sie eine Biegung der Platte (17) nicht, aber eine Verdrehung derselben erfassen, wie sie durch den außermittigen Kraftangriff des Fadens (2) über das Keramikrohr (16) an der Platte (17) auftreten kann. Während die Sensorelemente (26) beispielsweise in Form von Widerständen (R1, R2, R3, R4) in der Biegezone (24) der Platte (17) angeordnet sind, sind Kompensationselemente in Form von Temperaturkompensationswiderständen und Abgleichswiderständen (R5, R6, R7, R8) in einem Teil (25) angeordnet, der einer geringeren Biegung unterliegt als die Biegezone (24). Der Teil (25) ist von dem Sensorsockel (7) weiter entfernt als die Sensorelemente (26), die nahe an dem Sensorsockel (7) angeordnet sind. DOLLAR A Der neuartige Fadenspannungssensor (1) gestattet die Messung äußerst geringer Fadenzugkräfte, er spricht in Folge der großen Biegesteifigkeit der Platte (17) sehr schnell an, d. h. er hat eine sehr hohe Eigenfrequenz und er lässt sich aufgrund des freistehend, seitlich aus der Sensoranordnung ausragenden Keramikrohrs (16), das als Fadenauflageelement dient, vielseitig einsetzen.A thread tension sensor (1) is provided for measuring thread tensions and has a bending element, for example in the form of a ceramic plate (17). A thread support element extends laterally from this, for example in the form of a ceramic tube (16). A plurality of sensor elements (26) are arranged on the plate (17) in such a way that they do not detect a bending of the plate (17), but a twisting thereof, as caused by the eccentric force application of the thread (2) via the ceramic tube (16) the plate (17) can occur. While the sensor elements (26) are arranged, for example, in the form of resistors (R1, R2, R3, R4) in the bending zone (24) of the plate (17), compensation elements are in the form of temperature compensation resistors and trimming resistors (R5, R6, R7, R8 ) arranged in a part (25) which is subject to less bending than the bending zone (24). The part (25) is further away from the sensor base (7) than the sensor elements (26), which are arranged close to the sensor base (7). DOLLAR A The new thread tension sensor (1) allows extremely low thread tension to be measured. It responds very quickly due to the great flexural rigidity of the plate (17). H. it has a very high natural frequency and it can be used in many different ways due to the free-standing ceramic tube (16) protruding laterally from the sensor arrangement, which serves as a thread support element.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fadenspannungssensor, insbesondere zur Erfassung der Spannung eines textilen Fadens.The invention relates to a thread tension sensor, in particular for detecting the tension of a textile thread.

Textilmaschinen oder andere Faden verbrauchende oder verarbeitende Maschinen müssen häufig mit Fäden beliefert werden, die unter kontrollierter Spannung stehen. Dazu sind Einrichtungen wie beispielsweise Fadenliefergeräte in Gebrauch, die den Faden kontrolliert liefern und z.B. eine Fadenspannungsregelung ermöglichen. Die Fadenspannungsregelung erweist sich dabei gelegentlich als schwierig. Dies gilt insbesondere, wenn Fäden keine oder nur sehr geringe Zugelastizität aufweisen. Schon die geringsten Abweichungen zwischen Fadenlieferung und Fadenabnahme führen gerade wegen der fehlenden Nachgiebigkeit des Fadens zu Fadenspannungsschwankungen, die vom völligen Zusammenbruch der Fadenspannung (Spannung Null – Durchhängen des Fadens) bis zum Reißen desselben führen können. Das Problem verschärft sich mit zunehmender Arbeitsgeschwindigkeit der Textilmaschinen, die auch eine zunehmende Liefergeschwindigkeit und eine verringerte Reaktionszeit für etwaige Regeleinrichtungen erfordert.Textile machines or other thread Consuming or processing machines often have to be supplied with threads that are under controlled voltage. There are facilities such as Yarn feeding devices in use, which deliver the thread in a controlled manner and e.g. a thread tension control enable. The thread tension control sometimes proves to be difficult. This is especially true if threads have no or very little tensile elasticity. Even the slightest Deviations between thread delivery and thread take-off lead straight due to the lack of flexibility of the thread to fluctuations in thread tension, that of the complete Collapse of the thread tension (zero tension - sagging of the thread) until it breaks to lead can. The problem is exacerbated itself with increasing working speed of the textile machines also an increasing delivery speed and a reduced one Response time for any control equipment required.

Bei der Konzeption eines Fadenspannungssensors muss darüber hinaus darauf geachtet werden, dass dieser möglichst vielseitig einsetzbar ist, um nicht für jeden einzelnen Anwendungsfall einen gesonderten Sensor gestalten zu müssen. Von erheblicher Bedeutung ist dabei, dass der Fadenspannungssensor den Fadenlaufweg wenig einschränkt, um so den verschiedensten Anwendungsfällen genügen zu können. Der Erfindung liegt deshalb die Suche nach einem vielseitig einsetzbaren Sensorkonzept zu Grunde.When designing a thread tension sensor must about it care should also be taken to ensure that it can be used in as many different ways as possible is in order not for design a separate sensor for each individual application to have to. It is of considerable importance that the thread tension sensor little limits the thread travel to to be able to meet a wide variety of applications. The invention therefore lies the search for a versatile sensor concept.

Aus der DE 100 60 043 A1 ist ein Fadenspannungssensor bekannt, der einen mit dem Faden in Berührung stehenden Stößel aufweist. Dieser wirkt auf einen Dünnfilm-Kraftaufnehmer, um das Kraftsignal in ein elektrisches Signal umzusetzen. Aufgrund der großen Steifigkeit der abtastenden Vorrichtung wird eine hohe Eigenfrequenz als erreichbar angegeben. Die von dem Faden ausgehende Kraft wirkt direkt und unverstärkt auf den Dünnfilm-Kraftaufnehmer, so dass insbesondere die Erfassung niedriger Fadenspannungen schwierig ist.From the DE 100 60 043 A1 a thread tension sensor is known which has a plunger in contact with the thread. This acts on a thin-film force transducer to convert the force signal into an electrical signal. Due to the great stiffness of the scanning device, a high natural frequency is stated to be achievable. The force emanating from the thread acts directly and unreinforced on the thin-film force transducer, so that in particular the detection of low thread tensions is difficult.

Aus der DE 35 06 698 C2 ist ein Fadenspannungssensor mit einem Biegeelement bekannt, das in Form einer endseitig starr eingespannten federnden Zunge ausgebildet ist, die an ihrem freien Ende mit dem Faden in Berührung steht. Sie erstreckt sich mit ihrem Ende schräg in den Fadenlaufweg hinein. Die Zunge trägt endseitig einen Magneten, dessen Feld einen Magnetfeldsensor beeinflusst. Somit wird die Auslenkung der Zunge, die von der Fadenspannung abhängig ist, in ein elektrisches Signal umgesetzt. Ein solcher Sensor hat strukturbedingt jedoch eine relativ niedrige Eigenfrequenz und schränkt die Gestaltung des Fadenlaufwegs ein.From the DE 35 06 698 C2 a thread tension sensor with a bending element is known which is designed in the form of a resilient tongue which is rigidly clamped at the end and which is in contact with the thread at its free end. Its end extends obliquely into the thread path. The end of the tongue carries a magnet, the field of which influences a magnetic field sensor. The deflection of the tongue, which is dependent on the thread tension, is thus converted into an electrical signal. However, due to its structure, such a sensor has a relatively low natural frequency and limits the design of the thread travel.

Aus der DE 197 16 134 A1 ist ein weiterer Fadenspannungssensor bekannt, der als Sensorelement eine auf einer keramischen Platte angeordnete Messbrücke aufweist. Im Bereich der Messbrücke steht ein Stößel auf der Platte, dessen anderes Ende mit dem Faden in Berührung steht. Der Stößel ist durch ein flexibles Führungselement nach Art einer Membran in zu der Platte senkrechter Position gehalten.From the DE 197 16 134 A1 Another thread tension sensor is known which has a measuring bridge arranged on a ceramic plate as the sensor element. In the area of the measuring bridge there is a plunger on the plate, the other end of which is in contact with the thread. The plunger is held in a position perpendicular to the plate by a flexible guide element in the manner of a membrane.

Diese Einrichtung eignet sich zur Erfassung größerer Fadenspannungen und in Fällen, bei denen der Faden an der Messstelle nur sehr wenig ausgelenkt wird.This facility is suitable for Detection of larger thread tensions and in cases where the thread deflects very little at the measuring point becomes.

Aus der WO 99/59909 ist ein Fadenspannungssensor mit einer endseitig fest eingespannten Keramikplatte bekannt, die mit ihrem freien Ende wie eine Zunge in den Fadenlaufweg ragt und dort den Faden berührt. Die Platte trägt auf einer Flachseite eine aus vier Widerständen bestehende Messbrücke. Die Widerstände sind spannungsempfindlich und erzeugen somit ein Signal in Abhängigkeit von der schwachen Verbiegung der Keramikplatte. Diese muss sich mit ihrem Ende selbst in den Fadenlaufweg erstrecken, was diesen beschränkt.WO 99/59909 describes a thread tension sensor with a ceramic plate firmly clamped at the end, the with its free end protrudes like a tongue into the thread path and touches the thread there. The plate is wearing a measuring bridge consisting of four resistors on one flat side. The resistors are sensitive to voltage and therefore generate a signal depending from the weak bending of the ceramic plate. This must be extend with their end itself in the thread path, what this limited.

Aus der US-PS 3526130 ist ein Fadenspannungssensor mit einer federnden Zunge bekannt, die an ihrem Ende einen Aufsatz zum Abtasten eines Fadens trägt. Die federnde Zunge ist an beiden Flachseiten mit einem Sensorelement versehen, deren Kennwert sich bei einer Verbiegung der Zunge gegenläufig ändert. Die beiden Sensorelemente sind in einer Messbrücke angeordnet und gestatten eine Erfassung der Auslenkung der Zunge.From the U.S. Patent 3,526,130 a thread tension sensor with a resilient tongue is known which carries at its end an attachment for scanning a thread. The resilient tongue is provided on both flat sides with a sensor element, the characteristic value of which changes in the opposite direction when the tongue is bent. The two sensor elements are arranged in a measuring bridge and allow detection of the deflection of the tongue.

Aus der DE 101 17 889 A1 ist ein Fadenspannungssensor mit zwei Stiften bekannt, die beide jeweils den Faden umlenken. Beide Stifte sind jeweils an einer Platte gehalten von der sie sich weg erstrecken. Eine Kraftbeaufschlagung des Stifts erzeugt in der Platte eine Torsionsbeanspruchung. Diese wird mittels einer optoelektronischen Abtasteinrichtung erfasst, indem die Platte durchleuchtet wird oder reflektiertes Licht zur Torsionserfassung genutzt wird. Die Platte ist dabei länglich quaderförmig ausgebildet und an ihren beiden schmalen Stirnseiten gehalten.From the DE 101 17 889 A1 a thread tension sensor with two pins is known, both of which deflect the thread. Both pins are each held on a plate from which they extend. Applying force to the pin creates torsional stress in the plate. This is detected by means of an optoelectronic scanning device, in that the plate is illuminated or reflected light is used for the torsion detection. The plate is elongated cuboid and held on its two narrow faces.

Weiter ist aus der DE 101 17 878 ein Fadenspannungssensor mit einem einseitig an einem photoelastischen Element gelagerten Stift bekannt. Das photoelastische Element ist als flacher Streifen ausgebildet, von dessen Flachseite sich der Stift rechtwinklig weg erstreckt. An wenigstens einem Ende ist das photoelastische Element fest eingespannt. In der gleichen Schrift wird auch vorgeschlagen, das photoelastische Element als frei auskra gendes Biegeelement auszubilden, über dessen freies Ende der Faden unmittelbar läuft.Next is from the DE 101 17 878 a thread tension sensor with a pin mounted on one side on a photo-elastic element is known. The photoelastic element is designed as a flat strip, from the flat side of which the pin extends at right angles. The photoelastic element is firmly clamped at at least one end. In the same document it is also proposed to design the photoelastic element as a freely projecting bending element, over the free end of which the thread runs directly.

Die optische Torsionserfassung eines tordierbaren Elements, beispielsweise aus Glas oder Kunststoff, ist für Anwendungsfälle, in denen eine Staubbelastung vorliegt, meist nicht zweckmäßig.The optical torsion detection of a gate dable element, for example made of glass or plastic, is usually not useful for applications in which there is a dust load.

Von dieser Grundproblematik und dem geschilderten Stand der Technik ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Fadenspannungssensor zu schaffen, der zur Erfassung geringer Fadenspannungen geeignet ist, der sehr schnell anspricht und der sich vielseitig einsetzen lässt.Of this basic problem and that Based on the described prior art, it is the object of the invention to create a thread tension sensor that is lower for sensing Thread tension is suitable, which responds very quickly and which can be used in many ways.

Diese Aufgabe wird mit dem Fadenspannungssensor nach Anspruch 1 gelöst:
Der erfindungsgemäße Fadenspannungssensor weist ein Biegeelement auf, das in einem seitlichen Abstand neben einem Fadenlaufweg angeordnet ist und Sensorelemente trägt. Das Biegeelement kann sehr steif ausgebildet sein, so dass die zu erfassenden Kräfte von beispielsweise wenigen Milli-Newton lediglich zu einer kaum merklichen Verbiegung des Biegeelements führen. Aus Sicht des Fadens ist das Biegeelement deshalb steif bzw. hart. Maximalauslenkungen können auf Bruchteile eines Millimeters festgelegt sein.This object is achieved with the thread tension sensor according to claim 1:
The thread tension sensor according to the invention has a bending element which is arranged at a lateral distance next to a thread path and carries sensor elements. The bending element can be made very stiff, so that the forces to be detected, for example of a few milli-Newtons, only lead to a hardly noticeable bending of the bending element. From the point of view of the thread, the bending element is therefore stiff or hard. Maximum deflections can be set to fractions of a millimeter.

Das Biegeelement ist in einem seitlichen Abstand zu dem Fadenlaufweg angeordnet, was bedeutet, dass die das Biegeelement belastenden und zu erfassenden Kräfte in einer Ebene liegen, die von dem Faden beabstandet ist. Dadurch ist der Fadenlaufweg und seine Umgebung weitgehend frei. Der Fadenlaufweg kann in weiten Grenzen den jeweiligen Anforderungen entsprechend festgelegt werden, was viele Anwendungsfälle erschließt. Auch kann der Winkel, mit dem der Faden über das Fadenauflageelement läuft, bedarfsentsprechend eingestellt werden. Spitzere Winkel α (2) ermöglichen die Erfassung besonders geringer Kräfte. Ist das Biegeelement, wie oben angedeutet, besonders steif, lassen sich sehr hohe Eigenfrequenzen und damit geringe Ansprechzeiten des Fadenspannungssensors erreichen.The bending element is arranged at a lateral distance from the thread travel path, which means that the forces loading and to be detected on the bending element lie in a plane which is spaced apart from the thread. As a result, the thread path and its surroundings are largely free. The thread path can be defined within wide limits according to the respective requirements, which opens up many applications. The angle at which the thread runs over the thread support element can also be adjusted as required. More acute angles α ( 2 ) enable the detection of particularly low forces. If the bending element, as indicated above, is particularly stiff, very high natural frequencies and thus short response times of the thread tension sensor can be achieved.

Das Biegeelement ist vorzugsweise als flache, längliche Platte ausgebildet und besteht beispielsweise aus Keramik. An ihrem freien Ende trägt sie das Fadenauflageelement, beispielsweise ein Keramikröhrchen oder einen Stift. Dieser ragt über eine Schmalseite der länglichen Platte hinweg in den Fadenlaufweg. Die längliche Platte kann in Draufsicht rechteckförmig, bedarfsweise jedoch auch trapezförmig oder ähnlich ausgebildet sein. Die rechteckige Gestaltung wird insofern bevorzugt als sie die Verformung auf eine von dem Fadenauflageelement beabstandete Biegezone konzentriert. Es kommt dadurch gewissermaßen zu einer Kraftverstärkung durch Hebelwirkung, d.h. die auf der Platte angebrachten Sensorelemente werden von dem Faden über das Fadenauflageelement und einen Teil der Platte wie über eine Hebeluntersetzung betätigt. Dies ermöglicht die Erfassung besonders geringer Fadenspannungen. Die Platte weist vorzugsweise eine gleichmäßige Dicke auf. Auch dies kommt dem Sensor in obigem Sinne zugute.The flexure is preferred as a flat, elongated Plate formed and consists for example of ceramic. On hers she carries the free end the thread support element, for example a ceramic tube or a pen. This protrudes a narrow side of the elongated Plate away in the thread path. The elongated plate can be rectangular in plan view, if necessary but also trapezoidal or similar be trained. The rectangular design is preferred in this respect as it deformed onto a spaced from the thread support member Bending zone concentrated. In a way, this leads to a boosting through leverage, i.e. the sensor elements attached to the plate are over by the thread the thread support element and part of the plate as over a Lever reduction operated. this makes possible the detection of particularly low thread tensions. The plate points preferably a uniform thickness on. This also benefits the sensor in the above sense.

Als festes Widerlager für das Biegeelement wird vorzugsweise ein Keramiksockel vorgesehen, auf den das Biegeelement, beispielsweise in Form der keramischen Platte, aufgeklebt ist. Die Klebeverbindung erstreckt sich dabei vorzugsweise wenigstens nahezu über die gesamte Breite der Platte und über einen Längenabschnitt, der z.B. zur Unterbringung einer elektronischen Schaltung auf der Platte ausreichend ist. Auf diese Weise wird die elektronische Schaltung in eine unverformte Zone der Platte verlegt. Außerdem weist der Keramiksockel vorzugsweise eine gerade, quer zu der Platte verlaufende Kante auf, die die Biegezone der Platte definiert abgrenzt. Die Sensorelemente sind vorzugsweise in der Nähe des Keramiksockels angeordnet. Sind sie dabei im Bereich der größten Biegung geben sie die besten Signale ab.As a fixed abutment for the bending element preferably a ceramic base is provided on which the bending element, for example in the form of the ceramic plate. The Adhesive connection preferably extends at least almost over the entire width of the panel and over a length section, e.g. to accommodate an electronic circuit on the Plate is sufficient. In this way the electronic circuit relocated to an undeformed zone of the plate. In addition, the ceramic base preferably a straight edge running transversely to the plate, which defines the bending zone of the plate. The sensor elements are preferably nearby arranged of the ceramic base. Are you in the area of the largest bend give the best signals.

Das Biegeelement weist vorzugsweise sowohl auf seiner Oberseite (obere Flachseite) als auch auf seiner Unterseite (untere Flachseite) Sensorelemente auf, die ihren Parameter gegenläufig ändern, wenn das Biegeelement in einer Richtung mit einer Kraft beaufschlagt wird, die im Wesentlichen senkrecht auf seiner Flachseite steht. Die Differenz der Änderung der Parameter der Sensorelemente auf der Ober- und auf der Unterseite kann zur Erzeugung eines Ausgangssignals herangezogen werden. Alle Sensorelemente sind auf dem Biegelement angeordnet.The bending element preferably has both on its upper side (upper flat side) and on its Bottom (lower flat side) sensor elements that match their parameters change in the opposite direction if the bending element is subjected to a force in one direction which is essentially perpendicular to its flat side. The difference of the change the parameters of the sensor elements on the top and on the bottom can be used to generate an output signal. All sensor elements are arranged on the bending element.

Die Anordnung von wenigstens zwei Sensorelementen nebeneinander auf einer Seite des Biegeelements, beispielsweise auf der Oberseite, hat zur Folge, dass sich die Elemente bei Verbiegung des Biegeelements gleichsinnig ändern, während sie sich bei einer Verdrehung desselben gegensinnig ändern. Eine Verdrehung ergibt sich, wenn das Biegeelement mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, dessen Achse in der Längsrichtung des Biegeelements liegt. Die Längsrichtung ist die gedachte Verbindung zwischen dem freien Ende des Biegeelements und seinem Widerlager, beispielsweise dem Keramiksockel. Ein solches Mo ment ergibt sich durch die Beaufschlagung des seitlich ausragenden Fadenauflageelements mit einer Kraft, beispielsweise durch den Faden. Die Fadenkraft hat somit sowohl eine Verbiegung des Biegeelements als auch eine geringfügige Verdrehung desselben um seine Längsachse zur Folge. Werden die Sensorelement so in einer Brücke zusammen geschaltet oder an eine Auswerteschaltung angeschlossen, dass nur gleichsinnige Änderungen von Sensoren auf einer Seite des Biegeelements erfasst werden, während gegensinnige unterdrückt werden, spielt die Stelle, an der der Faden das Fadenauflageelement berührt, für die Erfassung des Messwerts der Fadenspannung keine Rolle. Obwohl bei relativ langen Fadenauflageelementen je nach Auflagepunkt deutlich unterschiedliche Drehmomente entstehen können, wird jeweils immer nur die Kraft, nicht aber das Drehmoment erfasst. Es lassen sich somit Fadenspannungssensoren schaffen, die bezüglich der Querrichtung des Fadens eine lange Auflagefläche aufweisen und somit eine relativ freie Führung des Fadens gestatten.The arrangement of at least two sensor elements next to one another on one side of the bending element, for example on the upper side, has the consequence that the elements change in the same direction when the bending element is bent, while they change in opposite directions when the same is rotated. A twist occurs when a torque is applied to the bending element, the axis of which lies in the longitudinal direction of the bending element. The longitudinal direction is the imaginary connection between the free end of the bending element and its abutment, for example the ceramic base. Such a moment arises from the application of a force to the laterally projecting thread support element, for example by the thread. The thread force thus results in both a bending of the bending element and a slight twisting thereof about its longitudinal axis. If the sensor elements are connected together in a bridge or connected to an evaluation circuit so that only changes in the same direction are detected by sensors on one side of the bending element, while opposing changes are suppressed, the point at which the thread touches the thread support element plays a role in the detection of the Measurement value of the thread tension does not matter. Although in the case of relatively long thread support elements, they differ significantly depending on the support point torques can arise, only the force is recorded, not the torque. It is thus possible to create thread tension sensors which have a long contact surface with respect to the transverse direction of the thread and thus allow the thread to be guided relatively freely.

Bei einer verfeinerten Ausführungsform sind insgesamt vier Sensorelemente vorhanden, von denen zwei auf der Plattenoberseite und zwei auf der Plattenunterseite möglichst deckungsgleich zueinander angeordnet sind. Damit lassen sich die Elemente in einer Brückenschaltung zusammen schalten oder an eine gleichwertige Auswerteschaltung anschließen, die sicherstellt, dass nur eine Verbiegung nicht aber eine Verdrehung des Biegeelements erfasst wird.In a more refined embodiment there are a total of four sensor elements, two of which are on the top of the plate and two on the underside of the plate if possible are coincident with each other. With that, the Elements in a bridge circuit switch together or connect to an equivalent evaluation circuit that ensures that only a bend but not a twist of the bending element is detected.

Vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich nicht nur aus Unteransprüchen sondern darüber hinaus aus der Zeichnung und der Beschreibung.Advantageous details of embodiments the invention result not only from subclaims but about that out of the drawing and the description.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:In the drawing, an embodiment of the Invention illustrated. Show it:

1 einen Fadenspannungssensor in perspektivischer Darstellung, 1 a thread tension sensor in a perspective view,

2 den Fadenspannungssensor nach 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht, 2 the thread tension sensor 1 in a partially sectioned side view,

3 das Biegeelement und das Fadenauflageelement mit Faden in Draufsicht, 3 the bending element and the thread support element with thread in plan view,

4 das Biegeelement und das Fadenauflageelement in einer Ansicht von unten, 4 the bending element and the thread support element in a view from below,

5 die Verformung des Biegeelements in einer perspektivischen, stark überhöhten Darstellung, 5 the deformation of the bending element in a perspective, greatly exaggerated representation,

6 das Biegeelement in verformtem Zustand in Seitenansicht in einer stark überhöhten Darstellung der Verformung und 6 the bending element in the deformed state in a side view in a greatly exaggerated representation of the deformation and

7 die Auswerteschaltung der Sensoreinrichtung. 7 the evaluation circuit of the sensor device.

In 1 ist ein Fadenspannungssensor 1 veranschaulicht, mit dem die Spannung eines Fadens 2 in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. Der Fadenspannungssensor 1 weist einen Trägerkörper 3 auf, der beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet sein kann. Der Trägerkörper 3 ist mit einem z.B. plattenförmigen Befestigungsabschnitt 4, mit einer Befestigungsöffnung 5 versehen. In Draufsicht ist er etwa L-förmig ausgebildet, wobei er oberhalb des Befestigungsabschnitts 4 eine Schwalbenschwanznut 6 zur Aufnahme eines Sensorsockels 7 aufweist. Von diesem Bereich des Trägerkörpers 3 erstreckt sich ein länglicher Fortsatz 8 weg, der in einigem Abstand zu der Schwalbenschwanznut 6 etwa im rechten Winkel seitlich abbiegt. Der hier seitlich weg stehende Abschnitt 9 trägt zwei zueinander beispielsweise parallele, im Abstand angeordnete Wände 11, 12, die jeweils eine Öffnung 14, 15 aufweisen. Die Öffnungen 14, 15 fluchten zueinander und sind von einem Keramikrohr 16 oder einem entsprechenden Stift durchgriffen, das bzw. der als Fadenauflageelement dient. Der Durchmesser des Keramikrohrs 16 ist etwas geringer als die Durchmesser der beiden Öffnungen 14, 15. In nahezu allen Radialrichtungen des Keramikrohrs 16 ist der umgebende Raum frei. Der Faden 2 kann somit auf verschiedenen Wegen W zu dem Keramikrohr 16 geführt werden. Der hier festgelegte Winkel kann in weiten Grenzen variieren.In 1 is a thread tension sensor 1 illustrates the tension of a thread 2 is converted into an electrical signal. The thread tension sensor 1 has a support body 3 on, which can for example be made of plastic. The carrier body 3 is with a plate-shaped fastening section, for example 4 , with a fastening opening 5 Mistake. In plan view, it is approximately L-shaped, above the fastening section 4 a dovetail groove 6 to accommodate a sensor base 7 having. From this area of the carrier body 3 an elongated extension extends 8th away, which is some distance from the dovetail groove 6 turns sideways at a right angle. The section standing to the side here 9 carries two mutually parallel, spaced walls 11 . 12 , each with an opening 14 . 15 exhibit. The openings 14 . 15 are aligned with each other and are from a ceramic tube 16 or a corresponding pin that serves as a thread support element. The diameter of the ceramic tube 16 is slightly smaller than the diameter of the two openings 14 . 15 , In almost all radial directions of the ceramic tube 16 the surrounding space is free. The string 2 can thus W to the ceramic tube in different ways 16 be performed. The angle specified here can vary within wide limits.

Das Keramikrohr 16 aus Aluminiumoxidkeramik ist an einem Ende fest mit einem Endbereich der Platte 17, vorzugsweise aus keramischem Material, verbunden. Die Platte 17 ist mit dem vorzugsweise ebenfalls aus Keramik bestehenden Sensorsockel 7 flächenhaft verklebt und weist in Draufsicht einen rechteckigen Umriss auf. Ihre beiden Schmalseiten 18, 19 sind vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet. Das Keramikrohr 16 ist etwa rechtwinklig zu den Schmalseiten 18, 19 orientiert. Die Platte 17 ist von dem im Längsschnitt trapezförmigen und in Draufsicht rechteckigen Sensorsockel 7 an dem Trägerkörper 3 so gehalten, dass sich das Keramikrohr 16 in unbelastetem Zustand frei durch beide Öffnungen 14, 15 erstreckt und deren Rand jeweils nicht berührt. Die Öffnungen 14, 15 können dabei kreisförmig oder bedarfsweise auch abweichend berandet sein. Beispielsweise können sie, wie insbesondere aus 2 hervorgeht, mehrere radial nach innen vorstehende Vorsprünge 21, 22, 23 aufweisen, die als Anschlagmittel (Hubbegrenzungsmittel) für das Keramikrohr 16 dienen. In unbelastetem Zustand besteht ein Abstand zwischen den Vorsprüngen 21, 22, 23 und dem Keramikrohr 16. Die Elastizität der Platte 17 ist vorzugsweise relativ gering, d.h. ihre Steifigkeit ist hoch. Die Steifigkeit der Platte 17 und das Spiel zwischen den Vorsprüngen 21, 22, 23 und dem Keramikrohr 16 ist so aufeinander abgestimmt, dass das Keramikrohr 16 durch innerhalb des Messbereichs liegende Fadenspannungen nicht in Berührung mit den Vorsprüngen 21, 22, 23 gebracht werden kann.The ceramic tube 16 Alumina ceramic is fixed at one end to an end portion of the plate 17 , preferably made of ceramic material. The plate 17 is with the sensor base, which is also preferably made of ceramic 7 glued flat and has a rectangular outline in plan view. Your two narrow sides 18 . 19 are preferably aligned parallel to each other. The ceramic tube 16 is approximately perpendicular to the narrow sides 18 . 19 oriented. The plate 17 is of the sensor base, which is trapezoidal in longitudinal section and rectangular in plan view 7 on the support body 3 held so that the ceramic tube 16 free through both openings when not loaded 14 . 15 extends and does not touch the edge of each. The openings 14 . 15 can be circular or, if necessary, also have a different border. For example, they can be made from, in particular 2 emerges, several radially inwardly projecting projections 21 . 22 . 23 have as a stop means (stroke limiting means) for the ceramic tube 16 serve. In the unloaded state, there is a distance between the projections 21 . 22 . 23 and the ceramic tube 16 , The elasticity of the plate 17 is preferably relatively low, ie its rigidity is high. The rigidity of the plate 17 and the game between the ledges 21 . 22 . 23 and the ceramic tube 16 is matched so that the ceramic tube 16 not in contact with the projections due to thread tensions within the measuring range 21 . 22 . 23 can be brought.

Die Platte 16 wirkt als relativ harte Biegefeder mit hoher Eigenfrequenz (z.B. > 1 kHz). Mit dem Sensorsockel 7 ist sie flächenhaft und steif verklebt, so dass ihr dortiger Bereich unverformbar bleibt. Im unmittelbaren Anschluss an den Sensorsockel 7 zu dem Keramikrohr 16 hin ist eine Biegezone 24 vorhanden, auf die sich die wesentlichen Verformungen bei Einleitung einer Kraft auf das Keramikrohr 16 konzentrieren. Der näher an dem Keramikrohr 16 liegende Teil 25 der Platte 17 unterliegt hingegen einer vergleichsweise viel geringeren Verformung. Außerdem ist die Biegung größer als die Torsion der Platte 17, so dass eine gute Empfindlichkeit erreicht wird.The plate 16 acts as a relatively hard spiral spring with a high natural frequency (eg> 1 kHz). With the sensor base 7 it is glued flat and stiff, so that its area remains undeformable. In the immediate connection to the sensor base 7 to the ceramic tube 16 there is a bending zone 24 available, to which the essential deformations when a force is applied to the ceramic tube 16 focus. The closer to the ceramic tube 16 lying part 25 the plate 17 however, is subject to a comparatively much smaller deformation. In addition, the bend is greater than the torsion of the plate 17 so that good sensitivity is achieved.

In der Biegezone 24 der Platte 17 sind Sensorelemente 26 angeordnet. Zu diesen gehören beispielsweise vier flächenhaft ausgebildete Widerstände R1, R2, R3, R4 deren Anordnung insbesondere aus den 3 und 4 hervorgeht. Die Widerstände R1, R2, R3, R4 ändern ihren Widerstandswert in Abhängigkeit von einer geringfügigen Verbiegung der Platte 17, indem sich der als auszuwertender Parameter dienende Widerstandswert entsprechend verringert oder vergrößert. Vorzugsweise sind sie hochohmig, d.h. sie haben einen Widerstand von z.B. etwa 10kΩ Untereinander sind sie etwa gleich groß.In the bending zone 24 the plate 17 are sensor elements 26 arranged. These include, for example, four flat resistors R1, R2, R3, R4, the arrangement of which, in particular, is shown in FIGS 3 and 4 evident. The resistors R1, R2, R3, R4 change their resistance value depending on a slight deflection of the Plate 17, in that the resistance value serving as the parameter to be evaluated decreases or increases accordingly. They are preferably high-resistance, that is to say they have a resistance of, for example, approximately 10 kΩ.

Zwei Widerstände R1, R4 sind auf der Oberseite der Platte 17 angeordnet. Die Widerstände R2, R3 sind auf der Unterseite der Platte 17 angeordnet. Dabei sind R1 und R2 sowie R3 und R4 jeweils deckungsgleich. Die Widerstände R1 und R4 sind nebeneinander in gleichem Abstand zu einer Kante 27 des Sensorsockels 7 angeordnet, die sich quer über die Platte 17 erstreckt und die Biegezone 24 gegen den unverformten Bereich der Platte 17 abgrenzt. Die Widerstände R1, R4 sind außerdem jeweils in gleichem Abstand zu der benachbarten Schmalseite 18, 19 angeordnet.Two resistors R1, R4 are on the top of the plate 17 arranged. The resistors R2, R3 are on the bottom of the plate 17 arranged. R1 and R2 as well as R3 and R4 are congruent. The resistors R1 and R4 are next to each other at the same distance from an edge 27 of the sensor base 7 arranged across the plate 17 extends and the bending zone 24 against the undeformed area of the plate 17 demarcates. The resistors R1, R4 are also each equally spaced from the adjacent narrow side 18 . 19 arranged.

Die Verschaltung zu einer Messbrücke erfolgt z.B. in der in 7 veranschaulichten Weise. Die übereinander angeordneten Widerstände R1, R2 sind beispielsweise in am gleichen Potential (+) liegenden Brückenzweigen parallel zueinander angeordnet. Die ebenfalls übereinander liegenden Widerstände R3, R4 sind parallel zueinander ebenfalls in am gleichen Potential liegenden Brückenzweigen der gleichen Brücke angeordnet. Mit anderen Worten, die auf unterschiedlichen Flachseiten der Platte 17 angeordneten Widerstände R1, R2 sind in oberen Brückenzweigen angeord net. Die Widerstände R5, R6 liegen an Masse, können ihren Platz aber auch mit R7, R8 tauschen.The connection to a measuring bridge is made, for example, in the 7 illustrated way. The resistors R1, R2 arranged one above the other are arranged parallel to one another, for example, in bridge branches lying at the same potential (+). The resistors R3, R4, which are also one above the other, are arranged parallel to one another in bridge branches of the same bridge which are at the same potential. In other words, on different flat sides of the plate 17 arranged resistors R1, R2 are net in the upper bridge branches. The resistors R5, R6 are grounded, but can also swap places with R7, R8.

Das aus R1 und R2 bestehende Widerstandspaar liegt nahe der Schmalseite 19 in einer Plattenhälfte. Spiegelsymmetrisch zu einer Längsachse 28, die eine etwa mittige Verbindungslinie (parallel zu den Schmalseiten 18, 19) zwischen dem freien Ende der Platte 17 und dem Sensorsockel 7 bildet, ist das zweite aus den Widerständen R3, R4 bestehende Widerstandspaar angeordnet, das in dem unteren Brückenzweig angeordnet ist. Die auf der jeweils gleichen Seite der Platte 17 liegenden Widerstände R1, R4 bzw. R2, R3 sind hingegen jeweils paarweise in zueinander diagonalen Brückenzweigen angeordnet. An den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R1, R3 ist ein negativer Eingang 31 (invertierender Eingang) eines Differenzverstärkers 32 angeschlossen. An den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R2 und R4 ist ein positiver Eingang 33 (nicht invertierender Eingang) des Differenzverstärkers 32 angeschlossen, der aus der gleichen Betriebsspannung (+, Masse) wie die aus den Widerständen R1, R2, R3, R4 gebildete Brücke 34 angeschlossen ist.The resistor pair consisting of R1 and R2 is close to the narrow side 19 in one half of the plate. Mirror-symmetrical to a longitudinal axis 28 , which is an approximately central connecting line (parallel to the narrow sides 18 . 19 ) between the free end of the plate 17 and the sensor base 7 forms, the second resistor pair consisting of the resistors R3, R4 is arranged, which is arranged in the lower bridge branch. The one on the same side of the plate 17 however, lying resistors R1, R4 and R2, R3 are arranged in pairs in diagonal bridge branches. At the connection point between the resistors R1, R3 is a negative input 31 (inverting input) of a differential amplifier 32 connected. At the connection point between resistors R2 and R4 is a positive input 33 (non-inverting input) of the differential amplifier 32 connected, from the same operating voltage (+, ground) as the bridge formed from the resistors R1, R2, R3, R4 34 connected.

Zu der Brücke 34 gehören außerdem Temperaturkompensationswiderstände R5, R6. Diese sind wie die Widerstände R1, R2, R3, R4 flächenhaft ausgebildet. Sie sind vorzugsweise niederohmig; z.B. haben sie einen Wert von 25Ω Alle Widerstände können beispielsweise als Dickschichtwiderstände im Siebdruckverfahren oder bedarfsweise auch als Dünnschichtwiderstände durch Aufdampfen hergestellt werden. Die Widerstände R5, R6 sind vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, das eine Temperaturcharakteristik aufweist, die der Temperaturcharakteristik des Materials der Widerstände R1, R2, R3, R4 entgegen gesetzt ist. Zum Beispiel sind sie PTC-Widerstände. Die Widerstände R5, R6 sind vorzugsweise etwa mittig zwischen dem Keramikrohr 16 und dem Sensorsockel 7 angeordnet. Sie Erfassen damit eine mittlere oder durchschnittliche Temperatur. Dies kommt der Temperaturkompensation entgegen.To the bridge 34 also include temperature compensation resistors R5, R6. Like the resistors R1, R2, R3, R4, these are flat. They are preferably low-resistance; For example, they have a value of 25Ω. All resistors can be produced, for example, as thick-film resistors using the screen printing process or, if necessary, also as thin-film resistors by vapor deposition. The resistors R5, R6 are preferably formed from a material which has a temperature characteristic which is opposite to the temperature characteristic of the material of the resistors R1, R2, R3, R4. For example, they are PTC resistors. The resistors R5, R6 are preferably approximately in the middle between the ceramic tube 16 and the sensor base 7 arranged. You use it to measure an average or average temperature. This accommodates temperature compensation.

Zwischen den Widerständen R5, R6 und dem das Keramikrohr 16 tragenden Ende der Platte 17 sind Widerstände R7, R8 angeordnet, die ebenfalls als flächenhafte gedruckte Schließwiderstände ausgebildet sind. Sie dienen als Trennwiderstände für den Brückenabgleich und zum Nullpunktabgleich der Brücke 34. Sie sind aus einem temperaturneutralen Material oder alternativ aus dem Materia1 der Widerstände R1, R2, R3, R4 oder einem dritten Material ausgebildet. Ihr Temperaturgang wird dann ebenfalls durch die Widerstände R5, R6 ausgeglichen.Between the resistors R5, R6 and the the ceramic tube 16 load-bearing end of the plate 17 resistors R7, R8 are arranged, which are also designed as flat printed closing resistors. They serve as isolating resistors for the bridge adjustment and for zero adjustment of the bridge 34 , They are formed from a temperature-neutral material or alternatively from the material of the resistors R1, R2, R3, R4 or a third material. Your temperature response is then also compensated for by the resistors R5, R6.

Diese liegen in einem Bereich zwischen R7, R8 und R1, R2, R3, R4. Deshalb wird, selbst wenn ein Temperaturgradient vorliegt, eine so gute Temperaturkompensation erreicht, dass sich eine hohe Ansprechempfindlichkeit des Sensors ergibt. Selbst von sehr kleinen Kräften verursachte Signale (Widerstandsänderungen) unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Größe deutlich vom Temperaturausgang der Brücke 34.These are in a range between R7, R8 and R1, R2, R3, R4. Therefore, even if there is a temperature gradient, the temperature compensation is so good that the sensor is very sensitive. Even signals caused by very small forces (changes in resistance) differ significantly in size from the temperature output of the bridge 34 ,

Die Widerstände R5, R6 können, wie 1 veranschaulicht, auch innerhalb der Biegezone 24 angeordnet sein. Die oberen Brückenwiderstände R7, R8 sind dabei vorzugsweise symmetrisch zu der Längsachse 28, z.B. in Nachbarschaft der Schmalseiten 18, 19 angeordnet. Die oberen, zum Temperaturausgleich dienenden Brückenwiderstände R5, R6 sind ebenfalls vorzugsweise symmetrisch zu der Längsachse 28 im Abstand zu den Schmalseiten 18, 19 angeordnet. Der Abgleich der Brücke 34 auf minimalen Temperaturgang und Brückenspannung Null in unbelastetem Zustand erfolgt beispielsweise mittels Laserstrahl durch partielles Einschneiden der Widerstände R6 und R7. Die sorgfältige und genaue Temperaturkompensation ermöglicht es, die Ansprechempfindlichkeit des Fadenspannungssensors auf sehr geringe Fadenzugkräfte <10 mN abzusenken.The resistors R5, R6 can, like 1 illustrated, also within the bending zone 24 be arranged. The upper bridge resistors R7, R8 are preferably symmetrical to the longitudinal axis 28 , eg in the vicinity of the narrow sides 18 . 19 arranged. The upper bridge resistors R5, R6 used for temperature compensation are also preferably symmetrical to the longitudinal axis 28 at a distance from the narrow sides 18 . 19 arranged. The adjustment of the bridge 34 to a minimum temperature response and zero bridge voltage in the unloaded state, for example by means of a laser beam by partially cutting in the resistors R6 and R7. The careful and precise temperature compensation enables the response sensitivity of the thread tension sensor to be reduced to very low thread tensile forces <10 mN.

Der Differenzverstärker 32 weist zumindest einen Ausgang 35 auf, der die Differenzspannung zwischen den Eingängen 31, 33 anzeigt. Bedarfsweise kann ein zusätzlicher Eingang 36 vorgesehen sein, der eine Offsetspannung zur Festlegung der Ausgangsspannung des Ausgangs 35 bei Differenzspannung Null zwischen den Eingängen 31, 33 vorgibt. Die Offsetspannung kann mit einem Spannungsteiler R9, R10 vorgegeben werden. Betriebsspannung, Masse und zumindest der Ausgang 35 sind an einem Ende der Platte 17 in Form von Anschlusskontakten 37, 38, 39 zugänglich.The differential amplifier 32 has at least one exit 35 on the the differential voltage between the inputs 31 . 33 displays. If necessary, an additional entrance 36 be provided, the offset voltage to determine the output voltage of the output 35 at zero differential voltage between the inputs 31 . 33 pretends. The offset voltage can be specified with a voltage divider R9, R10. Operating voltage, ground and at least the output 35 are at one end of the plate 17 in the form of connection contacts 37 . 38 . 39 accessible.

Wie in 2 veranschaulicht ist, kann der Fortsatz 8 mit einer Dämpfungseinrichtung 41 versehen sein, die Schwingungen der Platte 17 mindert. Die Dämpfungseinrichtung 41 wird beispielsweise durch eine Hülse 42 gebildet, deren Öffnung etwa senkrecht zu der unteren Flachseite der Platte 17 orientiert ist. In die Hülse 42 hinein erstreckt sich ein Stift 43, der fest an der Unterseite der Platte 17 angebracht ist und die innere Wandung der Hülse 42 nicht berührt. Zwischen dem Stift 43 und der Hülse 42 ist ein Silikonölvorrat oder eine andere Dämpferflüssigkeit vorgesehen.As in 2 is illustrated, the extension 8th with a damping device 41 be provided, the vibrations of the plate 17 decreases. The damping device 41 is, for example, by a sleeve 42 formed, the opening of which is approximately perpendicular to the lower flat side of the plate 17 is oriented. In the sleeve 42 a pin extends into it 43 that is firmly attached to the bottom of the plate 17 is attached and the inner wall of the sleeve 42 not touched. Between the pen 43 and the sleeve 42 a silicone oil supply or another damper fluid is provided.

Der insoweit beschriebene Fadenspannungssensor 1 arbeitet wie folgt:
Der Faden 2 läuft zwischen den Wänden 11, 12 in einem stumpfen Winkel über das Keramikrohr 16. Hat er dabei keine Spannung lenkt er die Platte 17 in keiner Richtung aus und er leitet auch keine Kraft in die Platte 17 ein. Entsprechend befindet sich die Brücke 34 in ihrem abgeglichenen Zustand und die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 32 an dem Ausgang 35 ist Null. Dies bleibt auch bei Temperaturänderungen so.The thread tension sensor described so far 1 works as follows:
The string 2 runs between the walls 11 . 12 at an obtuse angle over the ceramic tube 16 , If he has no tension, he steers the plate 17 in no direction and it does not direct any force into the plate 17 on. The bridge is located accordingly 34 in their balanced state and the output voltage of the differential amplifier 32 at the exit 35 is zero. This remains the case even with changes in temperature.

Tritt eine zumindest geringe Fadenzugspannung auf, wird das Keramikrohr 18 in einer Querrichtung mit einer der Fadenzugkraft entsprechenden Kraft beaufschlagt. In 5 ist die sich daraus ergebende Verformung der Platte 17 sehr stark überhöht dargestellt. Während die Ruhelage des Keramikrohrs 16 und der Platte 17 gestrichelt dargestellt ist, ist die ausgelenkte Position in durchgezogenen Linien veranschaulicht. Tatsächlich kann die Auslenkung im Mikrometerbereich liegen. 3 veranschaulicht dabei, dass der Faden 2 neben der Platte 17 beispielsweise parallel zu der Schmalseite 18 verläuft. Der Faden läuft dabei in einer Ebene, die die Platte 17 an keiner Stelle schneidet, sondern im Abstand zu dieser angeordnet ist. Der gesamte das Keramikrohr 16 radial umgebende Raum kann, soweit es den zwischen den Wänden 11, 12 liegenden Teil des Keramikrohrs 16 betrifft, als Fadenlaufweg W dienen. Der Faden 2 kann dabei an beliebiger Stelle zwischen den in 3 gestrichelt angedeuteten Wänden 11, 12 laufen. Durch den Abstand zwischen dem von dem Faden 2 festgelegten Kraftangriffspunkt an dem Keramikrohr 16 und der Längsachse 28 der Platte 17 entsteht ein Hebelarm, mit dem ein an der Platte 17 angreifendes, die Platte 17 um die Längsachse 28 verdrehendes Drehmoment M erzeugt wird. Außerdem überträgt das Keramikrohr 16 die Kraft F auf das Ende der Platte 17. Diese unterliegt somit, wie 5 veranschaulicht, sowohl einer Biegung als auch einer Verdrehung (die, wie erwähnt im Mikrometerbereich liegen können, d.h. mit bloßem Auge nicht sichtbar sind). Die Widerstände R1, R2, R3, R4 ändern ihren Widerstandswert wenigstens ungefähr in linearer Abhängigkeit von der Spannung in der Platte 17 bzw. von deren Verformung. Die lineare Beziehung gilt in einem weiten Messbereich von null bis 100 Gramm Fadenkraft. Deshalb kann die Brücke 34 als linear betrachtet werden und die Einflüsse der Verdrehung und der Verformung können getrennt betrachtet werden. Die Auslenkung der Platte 17 im Rahmen ihrer Biegebeanspruchung ändert die Widerstände R1, R4 gleichsinnig. Ebenfalls gleichsinnig ändern sich die Widerstände R2, R3. Hingegen ändern sich die Widerstände R1, R2 gegensinnig, wie sich auch die Widerstände R3, R4 gegensinnig ändern. Die Verbiegung der Platte 17 ruft somit eine starke Änderung der Brückenspannung hervor, die von dem Differenzverstärker 32 erfasst und an dem Ausgang 35 als Signal ausgegeben wird.If there is at least a low thread tension, the ceramic tube 18 in a transverse direction with a force corresponding to the thread tension. In 5 is the resulting deformation of the plate 17 shown very exaggerated. While the ceramic tube is at rest 16 and the plate 17 is shown in dashed lines, the deflected position is illustrated in solid lines. In fact, the deflection can be in the micrometer range. 3 illustrates that the thread 2 next to the plate 17 for example parallel to the narrow side 18 runs. The thread runs in a plane that the plate 17 does not intersect at any point, but is arranged at a distance from it. The whole of the ceramic tube 16 radially surrounding space can, as far as it is between the walls 11 . 12 lying part of the ceramic tube 16 concerns, serve as thread travel path W. The string 2 can be anywhere between the in 3 dashed walls 11 . 12 to run. By the distance between that of the thread 2 specified force application point on the ceramic tube 16 and the longitudinal axis 28 the plate 17 creates a lever arm with which one on the plate 17 attacking the plate 17 around the longitudinal axis 28 twisting torque M is generated. The ceramic tube also transmits 16 the force F on the end of the plate 17 , This is subject to how 5 illustrates both a bend and a twist (which, as mentioned, can be in the micrometer range, ie are not visible to the naked eye). The resistors R1, R2, R3, R4 change their resistance value at least approximately linearly depending on the voltage in the plate 17 or their deformation. The linear relationship applies in a wide measuring range from zero to 100 grams of thread force. Therefore the bridge 34 can be considered as linear and the influences of twisting and deformation can be considered separately. The deflection of the plate 17 As part of their bending stress, the resistors R1, R4 change in the same direction. Resistors R2, R3 also change in the same direction. On the other hand, resistors R1, R2 change in opposite directions, just as resistors R3, R4 change in opposite directions. The bending of the plate 17 thus causes a large change in the bridge voltage by the differential amplifier 32 captured and at the exit 35 is output as a signal.

Die Verdrehung der Platte 17 ist in 6 gesondert veranschaulicht. Die Widerstände R2, R3 ändern sich gegensinnig. Ebenfalls gegensinnig ändern sich die Widerstände R1 und R4. Beispielsweise nehmen die Widerstandswerte der Widerstände R2, R4 zu während die Widerstandswerte der Widerstände R1 und R3 abnehmen. Sind die Widerstände R1, R2, R3, R4 gleich groß wird somit zwar der aus R1 und R3 gebildete Brückenzweig niederohmiger und der aus R2 und R4 gebildete Brückenzweig hochohmiger, jedoch ändern sich die Potentiale am jeweiligen Spannungsteilerpunkt (zwischen R1 und R3 bzw. R2 und R4) nicht. Ebenso bleibt die Brückenspannung unverändert und der Ausgang 35 des Differenzverstärkers 32 gibt kein entsprechendes Signal ab. Mit anderen Worten, eine Verdrillung oder Ver drehung der Platte 17 um die Längsachse 28 bzw. die Beaufschlagung mit einem Drehmoment, dessen Vektor mit der Längsachse 28 parallel ist, erzeugt kein Signal an dem Ausgang 35. Es ist deshalb gleichgültig, an welcher Stelle des Keramikrohrs 16 der Faden 2 über das Keramikrohr 16 läuft. Er kann sowohl mittig, wie in 3 dargestellt, als auch an der Wand 12 als auch nahe an der Wand 11 über das Keramikrohr 16 laufen.The twisting of the plate 17 is in 6 separately illustrated. The resistors R2, R3 change in opposite directions. Resistors R1 and R4 also change in opposite directions. For example, the resistance values of the resistors R2, R4 increase while the resistance values of the resistors R1 and R3 decrease. If the resistances R1, R2, R3, R4 are of equal size, the bridge arm formed from R1 and R3 thus has a lower resistance and the bridge arm formed from R2 and R4 has a higher resistance, but the potentials at the respective voltage divider point change (between R1 and R3 or R2 and R4) not. Likewise, the bridge voltage remains unchanged and the output 35 of the differential amplifier 32 does not emit a corresponding signal. In other words, the plate is twisted or twisted 17 around the longitudinal axis 28 or the application of a torque, its vector with the longitudinal axis 28 is parallel, does not produce a signal at the output 35 , It is therefore irrelevant at which point of the ceramic tube 16 the string 2 over the ceramic tube 16 running. It can be in the middle, as in 3 shown, as well as on the wall 12 as well as close to the wall 11 over the ceramic tube 16 to run.

Der durch die Widerstände R7, R8 vorgenommene Nullpunktsabgleich der Brücke 34 und die Temperaturkompensation durch die Widerstände R5, R6 ermöglicht den Einsatz des Fadenspannungssensors 1 auch zum Messen ganz geringer Fadenspannungen, beispielsweise im Bereich von null bis fünf Gramm. Die Anordnung der Platte 17 neben dem Fadenlaufweg hat zur Folge, dass nahezu der gesamte sich radial an das Keramikrohr 16 anschließende Raum frei ist, was dem Fadenspannungssensor 1 viele Anwendungsmöglichkeiten erschließt. Beispielsweise kann der Faden 2, wie 2 veranschaulicht, sowohl in relativ stumpfem Winkel (dick ausgezogene Linie) als auch in weniger stumpfem bis zu spitzem Winkel über das Keramikrohr 16 laufen (Faden 2a, in 2 gestrichelt). Eine genaue seitliche Fadenführung ist, wie vorstehend erläutert, nicht erforderlich.The zero point adjustment of the bridge made by the resistors R7, R8 34 and the temperature compensation by the resistors R5, R6 enables the thread tension sensor to be used 1 also for measuring very low thread tensions, for example in the range from zero to five grams. The arrangement of the plate 17 In addition to the thread path, almost all of it radially adjoins the ceramic tube 16 subsequent space is free what the thread tension sensor 1 opens up many possible applications. For example, the thread 2 , how 2 illustrates, both at a relatively obtuse angle (thick solid line) and at a less obtuse to acute angle over the ceramic tube 16 run (thread 2a , in 2 ) Dashed. As explained above, precise lateral thread guidance is not necessary.

Zur Messung von Fadenspannungen ist ein Fadenspannungssensor 1 vorgesehen, der ein Biegeelement beispielsweise in Form einer keramischen Platte 17 aufweist. Von dieser erstreckt sich ein Fadenauflageelement beispielsweise in Form eines Keramikrohrs 16 seitlich weg. Auf der Platte 17 sind mehrere Sensorelemente 26 so angeordnet, dass sie eine Biegung der Platte 17 nicht aber eine Verdrehung derselben erfassen, wie sie durch den außermittigen Kraftangriff des Fadens 2 über das Keramikrohr 16 an der Platte 17 auftreten kann. Während die Sensorelemente 26 beispielsweise in Form von Widerständen R1, R2, R3, R4 in der Biegezone 24 der Platte 17 angeordnet sind, sind Kompensationselemente in Form von Temperaturkompensationswiderständen und Abgleichswiderständen (R5, R6, R7, R8) in einem Teil 25 angeordnet, der einer deutlich geringeren Biegung unterliegt als die Biegezone 24. Der Teil 25 ist von dem Sensorsockel 7 weiter entfernt als die Biegezone 24, die sich unmittelbar an den Sensorsockel 7 anschließt.A thread tension sensor is used to measure thread tension 1 provided that a bending element, for example in the form of a ceramic plate 17 having. A thread support element extends from this, for example in the form of a ceramic tube 16 sideways away. On the plate 17 are several sensor elements 26 arranged so that they bend the plate 17 but do not detect a twisting of the same as that caused by the off-center force application of the thread 2 over the ceramic tube 16 on the plate 17 can occur. While the sensor elements 26 for example in the form of resistors R1, R2, R3, R4 in the bending zone 24 the plate 17 are arranged, compensation elements in the form of temperature compensation resistors and trimming resistors (R5, R6, R7, R8) in one part 25 arranged, which is subject to a significantly smaller bend than the bending zone 24 , The part 25 is from the sensor base 7 further away than the bending zone 24 that are directly attached to the sensor base 7 followed.

Der neuartige Fadenspannungssensor 1 gestattet die Messung äußerst geringer Fadenzugkräfte, er spricht in Folge der großen Biegesteifigkeit der Platte 17 sehr schnell an, d.h. er hat eine sehr hohe Eigenfrequenz und er lässt sich aufgrund des freistehend, seitlich aus der Sensoranordnung ausragenden Keramikrohrs 16, das als Fadenauflageelement dient, vielseitig einsetzen.The new thread tension sensor 1 allows the measurement of extremely low thread tension, it speaks due to the great flexural rigidity of the plate 17 very quickly, ie it has a very high natural frequency and it can be freestanding because of the free-standing ceramic tube protruding laterally from the sensor arrangement 16 , which serves as a thread support element, can be used in a variety of ways.

11: FadenspannungssensorYarn tension sensor
22: Fadenthread
33: Trägerkörpersupport body
44: Befestigungsabschnittattachment section
55: Befestigungsöffnungfastening opening
66: Schwalbenschwanznutdovetail
77: Sensorsockelsensor socket
88th: Fortsatzextension
99: Abschnittsection
11, 1211 12: Wandwall
14, 1514 15: Öffnungopening
1616: Keramikrohrceramic tube
1717: Platteplate
18, 1918 19: Schmalseitennarrow sides
21, 22, 2321 22, 23: Vorsprüngeprojections
2424: Biegezonebending zone
2626: Sensorelementesensor elements
2727: Kanteedge
2828: Längsachselongitudinal axis
3131: Eingangentrance
3232: Differenzverstärkerdifferential amplifier
3333: Eingangentrance
3434: Brückebridge
35, 3635, 36: Ausgängeoutputs
37, 38, 3937, 38, 39: Anschlusskontakteterminals
4141: Dämpfungseinrichtungattenuator
4242: Hülseshell
4343: Stiftpen
R1 – R8R1 - R8: Widerständeresistors

Claims

Thread tension sensor ( 1 ) to measure the tension of a thread ( 2 ) in a thread path (W), with a bending element ( 17 ), which is arranged as a tongue held on one side at a lateral distance next to the thread path (W) and at least one sensor element ( 26 ) with a thread support element ( 16 ), which is on the side of the bending element ( 17 ) extends into the thread path (W).

Thread tension sensor according to claim 1, characterized in that the bending element ( 17 ) as a flat, elongated plate with two narrow sides ( 18 . 19 ) and two flat sides is formed.

Thread tension sensor according to claim 2, characterized in that the plate at one end of the thread support element ( 16 ) that extends essentially parallel to the flat sides.

Thread tension sensor according to claim 1, characterized in that the bending element ( 17 ) on one of the thread support element ( 16 ) spaced point is rigidly mounted.

Thread tension sensor according to claim 1, characterized in that the bending element ( 17 ) on a sensor base ( 7 ) is glued on from ceramic, which forms a fixed bearing and a bending zone ( 24 ).

Thread tension sensor according to claim 1, characterized in that the bending element ( 17 ) is a ceramic plate.

Thread tension sensor according to claim 2, characterized in that at least two sensor elements (R2, R4) are provided and that the flat sides each have at least one of the sensor elements Wear (R2, R4).

Thread tension sensor according to claim 7, characterized in that the sensor elements (R2, R4) when the plate is bent by applying a force acting on a flat side opposing Emit signals.

Thread tension sensor according to claim 2, characterized in that at least two sensor elements (R1, R2) are arranged on a flat side of the plate, which act upon the plate with a torque, the axis of which with its longitudinal direction ( 28 ) matches, give opposite signals.

Thread tension sensor according to claim 2, characterized in that on each flat side of the plate at least two of the sensor elements ( 26 ) are arranged.

Thread tension sensor according to claim 10, characterized in that the sensor elements ( 26 ) Are resistance elements (R1, R2; R3, R4) and that they are interconnected in a bridge circuit.

Thread tension sensor according to claim 10, characterized in that all sensor elements ( 26 ) are arranged on the bending element between a bearing point and its free end.

Thread tension sensor according to claim 2, characterized in that the thread support element ( 16 ) is pin-shaped and extends parallel to a flat side of the plate laterally away from it.

Thread tension sensor according to claim 13, characterized in that the thread support element ( 16 ) at right angles to a narrow side ( 18 . 19 ) of the bending element ( 17 ) is oriented.

Thread tension sensor according to claim 1, characterized in that the thread support element ( 16 ) is a ceramic tube.

Thread tension sensor according to claim 1, characterized in that the bending element ( 17 ) on a carrier body ( 3 ) is held, the two mutually parallel walls ( 11 . 12 ), each with an opening ( 14 . 15 ) through which the thread support element ( 16 ) extends.

Thread tension sensor according to claim 5, characterized in that all sensor elements ( 26 ) in the bending zone ( 24 ) are arranged on the sensor base ( 7 ) connects.

Thread tension sensor according to claim 5, characterized in that the bending element ( 17 ) Temperature compensation elements (R5, R6, R7, R8) carries.