DE1912510B2

DE1912510B2 -

Info

Publication number: DE1912510B2
Application number: DE19691912510
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Phys. 8751 Hausen Rohner
Original assignee: ENKA AG 5600 WUPPERTAL
Current assignee: ENKA AG 5600 WUPPERTAL
Priority date: 1969-03-12
Filing date: 1969-03-12
Publication date: 1978-04-13
Also published as: FR2034849A7; GB1249610A; LU60497A1; DE1912510A1; CH495558A; NL7003452A; BE745504A; DE1912510C3

Description

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen als Differenzverstärker ausgebildeten Vorverstärker (4).

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Messung der Geschwindigkeit von laufenden Fäden oder Garnen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Herstellung von Fäden oder Garnen sowie bei deren Nachbehandlung und Weiterverarbeitung ist die genaue Kenntnis der Geschwindigkeit, mit welcher die Fäden fortbewegt werden, von großer Bedeutung. Gleichbleibende Geschwindigkeiten bei Prozessen wie Spinnen, Verstrecken, Avivieren, Wärmebehandlungen usw. sind eine der Voraussetzungen dafür, daß die Qualität des Endproduktes keinen Schwankungen ausgesetzt ist. Auch ist es bei den mehr und mehr automatisierten Verfahrensstufen notwendig, daß sie genau aufeinander abgestimmt werden, was voraussetzt, daß sie auch genau gemessen und geregelt werden können.

Nach einem sehr einfachen Prinzip kann man in bestimmten Fällen die Geschwindigkeit eines in ■i Längsrichtung bewegten Garnes oder Fadens dadurch messen, daß man Farbtupfen auf den Faden aufbringt und die Zeit ermittelt, die der Farbtupfen zum Durchlaufen einer abgemessenen Strecke benötigt. Dieses Verfahren ist natürlich ungenau und ziemlich

ίο umständlich, es ist zudem auch nicht allgemein anwendbar.

Es ist bekannt, Fäden um oder über Rollen zu leiten und dabei die Umlaufgeschwindigkeit der Rolle zu messen. Dabei entsteht jedoch die Gefahr, daß sich auf

ι ^r, der Rolle Wickel bilden, wodurch der Lauf des Fadens unterbrochen wird; auch tritt leicht ein Schlupf auf, was zu einer zu niedrigen Anzeige führt. Es ist außerdem nicht möglich, noch nicht verfestigte oder sonstwie gegen mechanische Einwirkung sehr empfindliche Fäden über Rollen zu leiten, welche dabei von dem laufenden Faden angetrieben werden sollen.

Die Geschwindigkeit, mit der ein Faden aus der Spinndüse austritt, läßt sich in etwa aus der Fördermenge und dem Querschnitt und der Anzahl der Düsenlöcher ausrechnen. Da der Faden nach Verlassen der Düse aber einem Verzug unterworfen ist, kann man die Geschwindigkeit des Fadens an den einzelnen Stellen weiter hinter der Düse nur grob abschätzen. Die genaue Kenntnis des Geschwindigkeitsverlaufs über die

ω ganze Strecke hinter der Düse ist aber für die Beherrschung solcher Vorgänge von großer Wichtigkeit, insbesondere wenn der Faden nach dem Verlassen der Düse noch um das Mehrfache seiner Länge ausgezogen wird.

Vy Aus der britischen Patentschrift 1107 621 ist es bekannt, auf ein sich bewegendes Garn elektrische Ladungen aufzubringen. Die elektrischen Ladungen müssen dabei gleichförmig sein und eine konstante Wellenlänge aufweisen. In einem bestimmten Abstand von der Stelle, wo die wellenförmigen Ladungen aufgebracht werden, ist ein Meßorgan angebracht, das die Phase der wellenförmigen Ladung an der Meßstelle mit der Phase der wellenförmigen Ladung vergleicht, die vor der Meßstelle auf das Garn aufgebracht wird.

Von Nachteil bei dieser Arbeitsweise ist zunächst einmal, daß, um einen entsprechenden Phasenvergleich vornehmen zu können, Ladungen mit exakt konstanter Wellenlänge aufgebracht werden müssen. Dazu ist ein verhältnismäßig großer apparativer Aufwand nötig.

Nachteilig ist ferner, daß die Meßelektrode in einem verhältnismäßig großen Abstand von der Elektrode, die die Ladung mit konstanter Wellenlänge aufbringt, entfernt ist. Dadurch benötigt man für die Meßvorrichtung einen verhältnismäßig großen Raum. Ferner muß stets der Abstand zwischen der ersten Elektrode und der Meßelektrode exakt bestimmt werden, was häufig mit Schwierigkeiten verbunden ist und wobei bisweilen erhebliche Fehler auftreten können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur

M) Verfügung zu stellen, mittels dessen es auf einfache und schnelle Weise möglich ist, berührungslos die Geschwindigkeit von laufenden Fäden und Garnen zu messen. Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, für die bei der Messung nur ein geringer Raumbedarf erforderlich ist. so daß auch an weniger gut zugänglichen Stellen die Geschwindigkeit der Fäden gemessen werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den

Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen ergeben die Ansprüche 2 und 3, wogegen eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in den Ansprüchen 4 bis 6 angegeben ist.

Durch Anwendung der Erfindung läßt sich ohne ι großen apparativen Aufwand in verhältnismäßig einfacher Art und Weise die Geschwindigkeit von laufenden Fäden bestimmen. Im allgemeinen ist es nicht erforderlich, daß auf die Fäden zusätzlich Ladungsunterschiede aufgebracht werden, da man zur Besiim- ι» mung der Geschwindigkeit die Ladungsunterschiede auf den Fäden ausnutzen kann, die aufgrund der Vorgeschichte der Fäden bereits vorhanden sind. In den Fällen, in denen es zweckmäßig ist, künstlich Ladungen aufzubringen, ist es nicht notwendig, Ladungen be- r> stimmter Form und konstanter Wellenlänge aufzubringen, da die Phase der Ladungen bei der Messung keine Rolle spielt. Da die Meßstrecke durch den konstanten Abstand der beiden Elektroden im Meßkopf gegeben ist, ist die Meßstrecke stets konstant, und es können >» keine Fehler bei der Bestimmung der Meßstrecke mehr gemacht werden. Da der Meßkopf und insbesondere die Meßstrecke nur einen geringen Raumbedarf haben und die Meßstrecke vorzugsweise zwischen 3 und 30 mm liegt, ist es möglich, die Meßvorrichtung äußerst 2^ri handlich zu gestalten und man kann die Geschwindigkeit an laufenden Fäden auch an schwer zugänglichen Stellen ohne weiteres ermitteln. Es ist möglich, genaue und reproduzierbare Werte zu erhalten.

Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße jci Verfahren dort anwenden, wo die Geschwindigkeit des Fadens sich auf einer bestimmten Strecke laufend ändert, wie das z. B. zwischen den Walzen eines Streckwerkes der Fall ist. Man kann mit dem Meßkopf praktisch den ganzen Weg zwischen den beiden Walzen π abtasten und so den gesamten Geschwindigkeitsverlauf ermitteln. Auf diese Weise läßt sich der Streckpunkt, d. h. der Punkt, an dem der Faden am meisten verstreckt wird, sehr leicht finden. Da die Ausmaße des Meßkopfes sehr klein sind, kann man den Geschwindigkeitsverlauf w praktisch an beliebig nahe benachbarten Punkten bestimmen und kann so eine lückenlose Geschwindigkeitskurve aufstellen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die Geschwindigkeiten von Fäden und Garnen bei den 4> verschiedensten Vorgängen äußerst einfach bestimmen. Es sei hier nur auf das Schmelzspinnen, Verstrecken, Umspulen usw. hingewiesen.

Es läßt sich auf Fäden aus praktisch allen Materialien anwenden, die zu einer gewissen elektrostatischen ~>o Aufladung neigen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fäden und Garne, insbesondere solche aus vollsynthetischen Materialien, neigen bekanntlich zu elektri- v, scher Aufladung. Dazu kann es z. B. kommen, wenn die Fäden mit einem anderen Körper gerieben werden oder Kontakt haben. Da im allgemeinen die Leitfähigkeit der Fäden schlecht ist, verbleiben auf dem Faden elektrische Ladungen, bei denen es sich um positive oder negative t><> handeln kann. Der derart aufgeladene Faden wird durch seine Ladungsdichte qcharakterisiert, welche z. B. in der Maßeinheit Coulomb pro Zentimeter (C/cm) angegeben werden kann. Es hat sich herausgestellt, daß die Ladungen auf einem Faden nicht gleichmäßig in seiner t» linienhaften Erstreckung verteilt sind, sondern daß mitunter beträchtliche Schwankungen in der Ladungsdichtc auftreten.

So bilden sich immer wieder markante Stellen, an denen Ladungsanhäufungen vorhanden sind oder die eine besonders geringe Zahl von Ladungen aufweisen. Im Rahmen vorliegender Erfindung werden derartige Erscheinungen für ein technisch brauchbares Verfahren zur berührungslosen Messung von Fadengeschwindigkeiten nutzbar gemacht.

Elektrische Ladungen rufen in ihrer Umgebung ein elektrisches Feld hervor; das elektrische Feld in der Umgebung einer linienhaft gleichmäßig verteilten Ladung ist durch Gleichung

Γ

gegeben, wo E das elektrische Feld in Volt/cm, εο die Dielektrizitätskonstante, q die Ladungsdichte in Coulomb/cm und rder Abstand in cm bedeuten. Liegen nun bei einer linienhaften Verteilung — solche Verhältnisse kann man in erster Näherung für einen Faden annehmen — Unterschiede in der Ladungsdichte vor, so ist bei gleichem Abstand das elektrische Feld entlang des Fadens nicht mehr konstant.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die Aufgabe in der Weise gelöst, daß man nun solche Unterschiede in der Ladungsdichte aufweisende Fäden oder Garne an zwei in einem bestimmten Abstand nebeneinan&er angeordneten Meßelektroden vorbeiführt. Der an den beiden Elektroden vorbeilaufende Faden ruft in Abhängigkeit von seiner Ladungsdichte in beiden Elektroden nacheinander sich entsprechende elektrische Spannungen bzw. Spannungsstöße hervor, die mit Hilfe eines geeigneten Spannungsmessers erfaßt werden können.

Trägt man die Spannungen, welche der laufende Faden in der ersten Elektrode hervorruft, gegen die Zeit oder die durchlaufende Länge auf, so erhält man meist eine Kurve, die einen mehr oder weniger zickzackartigen Verlauf aufweist. Den praktisch gleichen Spannungsverlauf erhält man nach einer Zeitspanne r Sekunden in der zweiten Elektrode, die von der ersten Elektrode den Abstand d cm hat. Das Verhältnis aus dem Abstand c/der beiden Elektroden und der Zeit r ist die Geschwindigkeit des laufenden Fadens.

In der Abb. 1 ist der Verlauf solcher Spannungskurven für zwei 16 mm entfernte Elektroden wiedergegeben, wobei die untere Kurve den Spannungsverlauf an der ersten Elektrode, die obere Kurve den Spannungsverlauf an der zweiten Elektrode wiedergibt. Die obere Kurve ist, wie man deutlich sehen kann, um 5,3 mm nach rechts verschoben, was einer Zcitdifferen/. von 5,3 msec entspricht. Daraus errechnet sich in einfacher Weise eine Geschwindigkeit von 181,2 m/min. Eine Kurve, wie sie in Abb. 1 dargestellt ist, kann man z. B. mit Hilfe eines Zweistrahlosziilographen erhalten.

Zur Ermittlung von r erfaßt man zwcckmäßigcrwcise ausgeprägte, charakteristische Punkte der Spannungskurve, wozu sich insbesondere die Maxima der Kurven eignen.

Es hat sich gezeigt, daß in bestimmten Fällen die Unterschiede in der Ladungsdichte sehr gering sein können, so daß charakteristische Punkte auf der Spannungskurve nur sehr schwierig zu verfolgen sind.

In einer besonderen Ausfiihrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden deshalb dem Faden oder Garn vor Eintritt in die Meßstr-cke, welche durch den Abstand der beiden Elektroden definiert ist, berührungslos Unterschiede in der Ladungsdichte

aufgebracht. Dies kann z. B. durch Aufsprühen von Elektronen mittels einer Sprühelektrode erreicht werden.

Das Aufbringen der negativen Ladung wird so vorgenommen, daß auf dem Faden gut meßbare Unterschiede in der Ladtingsdichte erhalten werden, d. h. also, daß man nur kurzzeitig, mit Unterbrechungen Elektronen auf den Faden aufsprüht. Selbstverständlich können auch positive Ladungen auf den Faden aufgebracht werden. Solche positive oder negative Ladungen werden vorteilhaft mit Hilfe von Gleichspannungsimpulsen aufgebracht. Dazu nähen man dem Faden vor der eigentlichen Meßstrecke z. B. eine Metallspitze und führt der Spitze Hochspannungsimpulsc (ca. 10 kV) von hinreichend kurzer Dauer (ca. 10 μβοε) zu. Die auf diese Art und Weise aufgebrachten Ladungen bewirken, daß auf der Spannungskurve besonders charakteristische Maxima oder Minima erscheinen, deren Erfassung sehr einfach ist.

Besonders vorteilhaft läßt sich die Faden- oder Garngeschwindigkeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bestimmen, wenn man Unterschiede in der Ladungsdichte mittels Wechseispannungsimpulsen aufbringt. Die Ladungen, die ein Faden trägt, sind in Abhängigkeil von der Vorgeschichte und dem Material des Fadens entweder vorwiegend positiver oder negativer Natur, was bewirkt, daß die durch die Meßelektroden aufgenommenen Spannungskurven im positiven und negativen Bereich liegen. Durch Aufbringen von Wechselspannungsimpulsen wird die Ladung auf dem Faden ausgelöscht, und man erhält bei der Spannungskurve einen scharfen Nulldurchgang, der ebenfalls gut mit den Meßelektroden aufgenommen werden kann.

Es versteht sich von selbst, daß man die Sprühelektrode, welche Hochspannungsimpulse auf den Faden aufbringt, zur Vermeidung von Störeffeklen mit den beiden Meßclektroden koppelt. Dadurch wird in an sich bekannter Weise verhindert, daß eine kapazitive Beeinflussung der Elektroden durch die Hochspannungsimpulse stattfindet; man sperrt bei der Koppelung vom Augenblick der Impulsangabe an die Meßkanäle für eine bestimmte Zeit. So wird vermieden, daß gewissermaßen »drahtlos« der Sprühimpuls von der Sprühelektrode auf die Meßelektroden gelangt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Vorrichtung dienen, wie sie im folgenden näher beschrieben ist.

Eine solche Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Meßkopf, in dem sich in einem genau definierten Abstand die beiden Meßelcktroden befinden. Die Ausmaße des Meßkopfes, die Art der verwendeten Elektroden sowie deren Abstand zueinander können auf das jeweilige Meßproblem, d. h. auf die Stärke des Fadens oder Garns sowie dessen Ladungsverhältnisse abgestimmt werden. Im allgemeinen erweist sich ein Abstand der beiden Meßelektroden von etwa 0,3 bis 30 mm als sehr geeignet. Die Fäden werden vorzugsweise in einer Kntfcrnung von etwa 1 bis 5 mm an dem Meßkopf vorbeigeführt. Die Elektroden sind zweckmäßig etwas vertieft in der Meßkopfoberfläche angebracht, dadurch werden Spannungsimpulse mit einer höheren Flankensteilheit influcnzicrt.

Die mechanische Spannung, welche an den laufenden Faden gelegt wird, sollte dabei so groß sein, daß der Faden weitgehend geradlinig an der Elektrode vorbeiläuft, wenn auch z. B. ein geringfügiges Durchhängen bei

ι horizontal laufenden Fäden hingenommen werden kann.

Die von den Meßelektroden aufgenommenen Spannungsimpulse werden verstärkt und in einen Diskriminator geleitet. Dieser hat die Aufgabe, nur Impulse

K) oberhalb eines gewissen Schwellwertes durchzulassen; dadurch wird erreicht, daß lediglich besondere Spannungsspitzen bei der Messung ausgewertet werden, und die Gefahr, daß dicht nebeneinanderliegende Spannungsspitzen zu einer Verfälschung des Meßergebnisses

i") führen, wird so ausgeschaltet.

Die derart ausgewählten Impulse werden auf ein Zeitmeßgerät gegeben, in dem der zeitliche Abstand, innerhalb dessen ein entsprechender Impuls in den beiden Meßelektroden auftritt, ermittelt wird. Das

2(i Verhältnis des Abstandes der beiden Meßelektroden und der Zeit ist ein Maß für die Geschwindigkeit des Fadens. Durch Verwendung eines Digitalzählers ist es möglich, gleich die Geschwindigkeit beispielsweise in m/sec abzulesen. Selbstverständlich ist auch eine

2) Anzeige nach dem Analog-Prinzip(Skala) möglich.

In Abb. 2 ist ein Blockschaltbild einer bevorzugter Meßvorrichtung entsprechend der Erfindung wiedergegeben, wo bei der Messung dem zu untersuchenden Faden oder Garn kein Spannungsimpuls aufgebracht wird. Dabei bedeutet 1 der zu untersuchende Faden, der sich in Richtung des angegebenen Pfeils bewegt. In dem Meßkopf 2 befinden sich die beiden Elektroden 3 welche die Spannungsimpulse aufnehmen, die in einer Vorverstärker 4 (ca. 2OdB) geleitet werden; dieser hat

ii zweckmäßig einen hohen Eingangswiderstand. Dei Einsatz eines Differenzverstärkers unter Verwendung von Feldeffekt-Transistoren ist besonders vorteilhaft, i stellt einen Impedanzumwandler (Emitterfolger) dar der die Aufgabe hat, für einen niederohmigen unc

•to störungsunempfindlichen Ausgang zu sorgen. Es ver steht sich von selbst, daß die Ausführung zweikanalij vorgenommen wird. Das dem Meßkopf nachgeschaltelc Gerät enthält einen Verstärker 6 (ca. 6OdB), desser Bandbreite von etwa 100 Hz bis 1 MHz geht sowk

4^ri einen 50-Hz-Filter. Der Diskriminator 7 dient zui Einstellung eines günstigen Schwellwertes. Über der Impulsformer 8 (monostabiler Vibrator), der zu: Formung eines für die Zeitmessung geeigneten Einheits impulses mit gleicher Anstiegszeit und gleicher Ampli

ίο tudc dient, gelangen die Impulse zu dem Meßgerät 9, da; die Geschwindigkeit anzeigt.

In A b b. 3 gibt ein Blockschaltbild einer Meßvorrich tung entsprechend der Erfindung wieder, wo bei dei Messung vor dem Eintritt in die eigentliche Meßstrecke

Y) auf den Faden ein Spannungsimpuls gebracht wird. Du Bedeutung von 1 bis 9 ist die gleiche wie in A b b. 2.10 is ein Hochspannungsimpulstransformator mit HandtasK 12 zur Zählauslösung. Über 14 werden auf den Faden 1 Impulse aufgebracht, gleichzeitig werden über 1:

Wi Blockierimpulse an die Torstufc 11 abgegeben, um zi verhindern, daß drahtlos Impulse eingestreut werden was zu falschen "vießergebnissen führen könnte.

Hierzu 3 BlMl Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur berührungslosen Messung der Geschwindigkeit von laufenden Fäden oder Garnen durch Ermittlung der für das Durchlaufen einer bestimmten Meßstrecke benötigten Zeit unter Auswertung von auf den Fäden oder Garnen befindlichen elektrischen Ladungen, dadurch gekennzeichnet, daß man die laufenden, Unterschiede in der elektrischen Ladungsdichte aufweisenden Fäden oder Garne an zwei in einem bestimmten Abstand nebeneinander angeordneten, die MeQstrecke definierenden Meßelektroden vorbeiführt und aus der zeitlichen Aufeinanderfolge der dabei influenzierten, einander entsprechenden Spannungsstößen in den beiden Elektroden und dem Abstand der beiden Elektroden die Geschwindigkeit der. sich bewegenden Fadens bzw. Garnes ermittelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Faden oder Garn vor Eintritt in die durch den Abstand der beiden Elektroden definierten Meßstrecke berührungslos durch Aufbringen von positiven oder negativen Ladungen Unterschiede in der Ladungsdichte aufbringt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Unterschiede in der Ladungsdichte durch Auslöschen der Ladungsdichte mittels Wechselspannungsimpulsen aufbringt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Meßkopf (2) mit zwei im Abstand von etwa 0,3 bis 30 mm entfernten Meßelektroden (3), Vorverstärker (4) und Impedanzumwandler (5) sowie Hauptverstärker (6), SchweHwertdiskriminator (7), Impulsformer (8) und Zeitmeßgerät (9) zur digitalen oder analogen Anzeige (A b b. 2).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Hochspannungs-Impulstransformator (10) zum Aufbringen von Spannungsimpulsen auf die laufenden Fäden oder Garne und Abgabe von Blockierungsimpulsen an eine zwischen Diskriminator (7) und Impulsformer (8) angeordnete Torstufe