DE1933749A1

DE1933749A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Kabelzugkraft

Info

Publication number: DE1933749A1
Application number: DE19691933749
Authority: DE
Inventors: Rohner Dipl-Phys Dieter; Wolfgang Duehring
Original assignee: Glanzstoff AG
Current assignee: Glanzstoff AG
Priority date: 1969-07-03
Filing date: 1969-07-03
Publication date: 1971-01-21
Also published as: ATA554670A; DE1933749C2; LU61237A1; FR2053997A5; US3679808A; GB1283636A; CH501908A; AT332142B; NL7006302A; BE750635A

Description

GW 1486 '

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Kabelzugkraft

Glanzstoff AG Wuppertal

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Zugkraft von laufenden Faserkabeln u.a.

Die Messung der Zugkraft an laufenden Kabeln, Fäden, Garnen u.a. ist für den Hersteller wie auch für den Verarbeiter von Fasern eine höchst wichtige Aufgabe. Die Zugkraft ist die Kraftkomponenten die auf das laufende Kabel in Fortbewegungsrichtung wirkt, sie wird meist in pond (ρ) gemessen. Vielfach wird an Stelle der Zugkraft auch die Spannung angegeben, d.h. die Kraft pro Querschnittsflächeneinheit. In der Textilindustrie ist es üblich, die Spannung in p/Denier oder p/dtex anzugeben.

In einer Produktion, in der viele Arbeitsstufen aufeinander abgestimmt werden müssen, ist es besonders wichtig, die Zugkraft möglichst genau und auf einfache Weise messen und einstellen zu können, damit es nicht zu Störungen und Schwankungen im Produktionsablauf kommt. Da die Geschwindigkeit, mit welcher ein Kabel sich fortbewegt, von der einwirkenden Zugkraft abhängt, versteht es sich von selbst, daß bei abnehmender Zugkraft in einem bestimmten Bereich die Liefergeschwindigkeit des Kabels kleiner

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wird und es an dahinterliegenden Stellen zu Materialengpässen kommen kann. Auch besteht die Gefahr des Durchhängens des Kabels. Zu große Zugkräfte und somit zu große Liefergeschwindigkeiten können zu einem Materialstau führen. Vorrichtungen, die als Reservoir dienen und je nach Bedarf eine gewisse Menge des Kabels aufnehmen oder abgeben können, sind nur ein Notbehelf.

überschreitet die Zugkraft gewisse Werte, so kann es zu bleibenden Verformungen der Fäden kommen, wodurch sich die Eigenschaften des Materials ändern und man ein Produkt erhält, das Qualitätsschwankungen aufweist. Bei sehr hohen Spannungen kann es zum Bruch bzw. Reißen der Fäden kommen. Aus den obengenannten Gründen ist es deshalb erforderlich, die Kabel unter einer möglichst konstanten Zugspannung laufen zu lassen.

Es ist bekannt (vgl. britische Patentschrift 321.924}, die Spannung von laufenden Fäden mit Hilfe einer Vorrichtung zu messen, wie sie schematised in Fig. 5 dargestellt ist. Der Faden 1, der sich in Richtung des Pfeils bewegt, läuft über das Rollenpaar 12, das auf einer Platte 11 befestigt ist und eine Rolle 13, die an einem mit einer Feder 14 versehenen Stab 15 befestigt ist, der beweglich ist und durch die Hülse 18 geführt wird. Bei zunehmender Zugkraft wird der Stab gegen die Kraft der Feder von links nach rechts bewegt. Der Zeiger 16 gibt auf der geeichten Skala 17 die Zugkraft an.

Diese Meßmethode ist nicht sehr genau, die Anzeige ist träge· Die Methode versagt überdies bei hohen Geschwindigkeiten und hohen Titern der Fäden.

Man hat die Meßmethode abgewandelt und verbessert und setzt heutzutage vielfach elektronische Fadenspannungsmesser ein (s. Textil- Pr axis 1961, Heft 9, Seite 906-911). Der Faden wird analog

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wie in Figur 5 um drei Rollen bzw. drei Stäbe geführt, der Meßkopt ist als kapazitiver, mit Hochfrequenz gespeister Differenzialgeber ausgebildet und führt die in elektrische Spannungen umgesetzten Heßwerte dem Anzeige- bzw. Registriergerät zu. Dadurch wird die Meßempfindlichkeit beträchtlich gesteigert. Jedoch eignet sich dieses Verfahren nicht für hohe Titer und hohe Kabelzugkräfte.

Es ist weiter bekannt (vgl. britische Patentschrift 730.035), Fäden über eine bzw. zwei Rollen oder Stäbe zu leiten, die auf einem um eine Achse drehbaren als Zeiger ausgebildeten Hebel befestigt sind, und das dabei auftretende Drehmoment mit Hilfe einer Feder zu messen* Dieses Gerät ist jedoch nur für Fäden oder Garne von nicht zu hoher Stärke geeignet und versagt bei der Untersuchung von Kabeln höheren Titers sowie bei hohen Geschwindigkeiten.

Es wurde nun gefunden, daß man die Zugkraft an laufenden Faserkabeln besonders vorteilhaft messen kann, wenn man (s. Flg. 1 und 2) mit zwei Rollen oder Stäben (2), die sich auf einem Arm (3) befinden, der in der Mitte zur Übertragung eines Drehmoments auf einer stabförmigen Achse 4 befestigt 1st, in der Weise das laufende Kabel 1 umfaßt, daß das Kabel in S-förmiger Umschlingung über das Rollen- bzw. Stabpaar läuft und man das dabei in dem Stab auftretende Drehmoment mit Dehnungsmeßstreifen .6 bestimmt und aus diesem Drehmoment in einfacher Weise die Zugkraft ermittelt.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich an Hand von Figur 1 und 2 veranschaulichen. Das von A nach B laufende Kabel, das zunächst annähernd waagrecht bzw. gradlinig entsprechend der gestrichelten Linie verläuft, wird von den beiden Rollen 2 so umfaßt, daß das Kabel (1) nun entsprechend der

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ausgezogenen Linie verläuft und das Rollenpaar S-förmig umschlingt.

Die Rollen 2 befinden eich auf einem Arm 3, der auf einer •tabförmigen Achse 4 befestigt ist. Die S-förmige Umschlingung kann man in einfacher Welse erreichen» indem man das Rollenpaar dem laufenden Kabel so nähert* das eine Rolle über,die ander· Rolle unter dem Kabel let (β. Figur I, gestrichelte Rollen) , sodann wird der Stab« an dessen Ende ein einfacher Handgriff (7) befestigt sein kann, so gedreht, daß das laufende Kabel das Rollenpaar S-förmig umschließt, wie es in FIg* !dargestellt iet.

Selbstverständlich ist es auch möglich, wenn a.B. dl* Mefivorrichtung fest installiert ist» wie es bei stationärem Dauer- «eßbatrieb der Fall ist« das Kabel selbst in die Meflvorrichtung so einzuführen, daß das Rollen- bzw. das Stabpaar S-förmig umschlungen wird. .

Dabei tritt ein Drehmoment auf, das mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen 6 bestirnt wird. Die Dehnungsmeßstreifen sind über Kabel β mit eine« Meßgerät wie z.B. einer Träger-Frequenz-Meßbrücke verbunden, mittels derer man in an sich bekannter Heise die Dehnung der Meßstreifen und damit die Dehnung des Stabes auf Grund des auftretenden Drehmoments bestimmt. Aus des Drehmoment läßt sich in einfacher Heise die Zugkraft ermitteln. . : ■" - ^; ■ ; ~'^: : ν'; v_:; ■■""■■-..- ;

Um das in den Stab auftretende Drehmoment mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen gut messen zu können, ist der Stab am besten in der Mitte unterbrochen und in zwei Hälften geteilt« die mit einem Bolzen 5 verbunden «Ind. AUf diesem Bolzen sind die Dehnungsmeßstreifen 6 befestigt; es wird das an diesem Bolzen auf-

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tretende Drehmoment mit den Dehnungsmeßstreifen erfaßt. Es versteht sich von selbst, daß die Dehnungsmeßstreifen zur Eliminierung von Störeinflüssen in Brückenschaltung angeordnet sind.

Der Bolzen 5 ist ein runder Stab, der aus einem geeigneten Material, vorzugsweise Stahl, hergestellt ist» Der Bolzen soll in seiner Materialstärke so ausgebildet sein, daß er bei Auftreten des Drehmoments maximal um 1 %o gedehnt wird. Die erforderliche Materialstärke läßt sich leicht aus dem E-Modul des verwendeten Materials und der maximal auftretenden Zugkräfte ausrechnen.

Die Temperaturkoeffizienten der Dehnungsmeßstreifen und daß für den Bolzen verwendeten Stahls sollen einander angepaßt sein«

Die beiden Stabhälften, die durch den Bolzen verbunden sind, bestehen aus einem Material, das die Wärme schlecht leitet, so daß von der Meßstelle zu den Dehnungsmeßstreifen keine War* meleitung stattfinden kann.

Vorzugsweise, werden deshalb Stabhälften aus Hartgummi verwendet. ........

Die Rollen, um welche das Kabel in S-förmiger Umschlingung läuft, können einseitig gelagert sein, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Es ist jedoch auch eine zweiseitige Lagerung möglich, die schematisch in Flg. 3 wiedergegeben ist und die einer besonderen Ausführungsform der Erfindung entspricht. Die zweite Lagerung (9) kann mittels eines Bügels (10) bewerkstelligt werden, der

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auf der Seite angebracht ist, die der Kabelauflagefläche entgegengesetzt ist. Bei Verwendung von Stäben an Stelle von Rollen kann in analoger Weise die Befestigung einseitig oder zweiseitig sein. Eine zweiseitige Lagerung wird vorzugsweise bei der Messung der Zugkraft von sehr starken Kabeln angewendet.

Die geometrischen Verhältnisse am Meßorgan sind in Fig. 4 dargestellt. Bei Gleichgewichtsbedingungen, d.h. wenn zwischen dem in dem Stab aufzubringenden Drehmoment M und der Kabelzugkraft K Gleichgewicht herrscht, gilt die Beziehung

M » 2 K r sinJP

Unter der Annahme, daß die Messung in gleichem Abstand von den Punkten A und B durchgeführt und der Winkel fe «= O, was der Fall ist, wenn das Rollenpaar die in Fig. 1 dargestellte Lage hat, läßt eich die Beziehung

*K m*	2	M	sin*	m M ·	ά	I	a
ableiten.		r			2	ν	R

Dehnungsstreifen, wie sie im Rahmen der Erfindung verwendet werden können, sind streifenförmige Meßwertgeber von einer Länge von ca. 3 bis 20 mm. Sie arbeiten auf dem physikalischen Prinzip, daß ein elektrischer Leiter seinen Widerstand in Abhängigkeit von seiner mechanischen Beanspruchung d.h. Dehnung oder Stauchung ändert. Die Dehnungsmeßstreifen können so aufgebaut werden, daß auf einem Träger aus Papier, Kunstharz, Metall u.a. ein Widerstandsdraht, Metalifilm oder Halbleiter, eingebettet wird. Der Meßstreifen wird dann auf die Meß»teile geklebt und macht die Längenänderung der Unterlage, auf der er

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befestigt ist, mit. Die dabei auftretende Widerstandsänderung wird mit einer Meßbrücke gemessen. Die durch Temperaturänderung auftretende Längenänderung wird kompensiert, z.B. durch einen quer zur Dehnungsrichtung liegenden zweiten Dehnungsmeßstreifen, der einen Teil der Brückenschaltung bildet· Nähere Einzelheiten über Dehnungsmeßstreifen und ihre Anwendung finden sich z.B. in der Broschüre "Die DMS-Technik" der Firma Hottinger Baldwin Meßtechnik GmbH., 61 Darmstadt.

te ist «öglioh, vor aUea toi staUonäran Oausrnaibetrieb, das Rollen-bzw* Stabpaar an der der Halterung entgegengesetzten Seite mit eine* Verschluß zu versehen, der geschlossen wird, . wann das KalNil twlschtn 4·« JtoUen in MeBstaiiunf läuft, da- ..;,_ V_: durch wird vermieden, daß das Kabel infolge seitlichen Aussch la gene sich aus der Meflvorrichtung ganz oder teilweise herausarbeitet. Der Verschluß kann z.B. aus einer einfachen Abdeckplatte bestehen, die auf den Bollenachsen befestigt sind.

Die Eichung des Meßgerätes wird auf folgende Weise durchgeführt. Über zwei in einen Abstand ά ο entfernten Stationiren Umlenkrollen wird ein Kabel gespannt« das zu beiden Selten der Rollen sdt gleichen Gewichten beschwert ist. Mit den Rollen des MeB-kopfes wird sodann das Kabel in der Kitte dar Strecke so umfaßt, daß eine S-förmige Unutchlingung, wie in Flg. 1 dargestallt, vor* liegt« Das beim Umschlingen ie Bolzen des Stabes auftretende Drehmoment wird genessen und in Beziehung zu der an den Kabel angreifenden Kraft gesetzt» Die angreifende Kraft erfIbt sich «us den beiden Gewichten, nit denen das Kabel beschwert ist.

Die eigentliche Messung erfolgt ebenfalls Beglichst in der Mitte der freien Kabelstreck«. Weichtdier ftei« Kabelstrecke J von der bei der Eichung vorhandenen Strecke Uo ab, so sind die Meßresultate nit den faktor

I ^δ - fe -β- Ι

ftft Q R fi L I 11 β 7 —J

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zu multiplizieren.

Bei der Messung ist darauf zu achten, daß die Mittelpunkte der Meßrollen möglichst genau auf der Linie liegen, entlang welcher das Kabel vor dem Umschlingen mit den Rollen lief, d.h., das der Winkel έ (s. Fig. 4) gleich Null ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich Zugkräfte von laufenden Kabeln sehr einfach und genau messen.

Auf Grund der einfachen Konstruktion des Gerätes, das einen geringen Platzbedarf hat und sich bequem von einer Person transportieren läßt, ist es möglich, die Kabelzugkraft auch an schwer zugänglichen Stellen zu messen.

Da der Meßkopf innerhalb weniger Sekunden ohne Schwierigkeiten und ohne daß der Kabellauf unterbrochen werden muß, in Meß-Btellung gebracht wird, können mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung schnell mehrere größere Strecken kontrolliert werden. Selbst an Stellen, wo z.B. wegen der unmittelbaren Nähe von Einzugswalzen oder Haspeln ein Messen mit den herkömmlichen Geräten zu gefährlich wäre, läßt sich die Zugkraft noch gefahrlos messen. '

Palis einmal wegen größerer Knoten o.a. im Kabel die Möglichkeit besteht, daß das Kabel die Meßvorrichtung mitreißt, so kann man das Gerät blitzschnell vom Kabel wegziehen.

Die Erfindung macht es vor allem möglich, große Zugkräfte zu bestimmen. So lassen sich ohne weiteres Zugkräfte von ICX)O kp und mehr messen.

Besonders wertvoll ist die Erfindung, wenn die Kabel mit hohen

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Geschwindigkeiten z.B. 1500 bis 2000 m/min abgezogen werden.

Ohne Schwierigkeiten lassen sich die Zugkräfte an Faserkabeln von mehreren Millionen dtex Stärke bestimmen.

Die Erfindung ist besonders auch für den stationären Dauermeßbetrieb geeignet. Sie ist sehr vielseitig verwertbar. So kann mit Hilfe einer entsprechenden stationären Vorrichtung z.B. die Messung von Kabelzugkräften in der Streckzone einer Faserstraße durchgeführt werden.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Messung der Zugkraft an laufenden Faserkabeln, dadurch gekennzeichnet, daß man das laufende Kabel mit zwei Rollen oder Stäben, die sich auf einem Arm befinden, der in seiner Mitte zur übertragung eines Drehmomentes auf einer stabförmigen Achse befestigt ist, in der Weise umfaßt, daß das Kabel in S-förmiger Umschlingung Über das Rollen- bzw. Stabpaar läuft und man das dabei in dem Stab auftretende Drehmoment mit Dehnungsmeßstreifen bestimmt und aus diesem Drehmoment in einfacher Weise die Zugkraft ermittelt.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Rollen oder Stäbe (2), die sich auf einem Arm (3) befinden, der in der Mitte zur übertragung eines Drehmomentes auf einer stabförmigen Achse (4) befestigt ist, welche aus zwei Teilen besteht, die durch einen mit Dehnungsmeßstreifen (6) versehenen Bolzen (5) verbunden sind.
3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bolzen aus Stahl verwendet wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das die Rollen zweiseitig gelagert sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse einen Handgriff aufweist.

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