DE1933749C2

DE1933749C2 - Vorrichtung zur Messung der Zugkraft an laufenden Faserkabeln

Info

Publication number: DE1933749C2
Application number: DE1933749A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 8765 Erlenbach Dühring; Dieter Dipl.-Phys. 8751 Hausen Rohner
Original assignee: ENKA GLANZSTOFF AG 5600 WUPPERTAL DE
Current assignee: ENKA GLANZSTOFF AG 5600 WUPPERTAL DE
Priority date: 1969-07-03
Filing date: 1969-07-03
Publication date: 1984-07-19
Also published as: AT332142B; BE750635A; NL7006302A; US3679808A; ATA554670A; DE1933749A1; CH501908A; LU61237A1; FR2053997A5; GB1283636A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Zugkraft an laufenden Faserkabeln gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.

Die Messung der Zugkraft an laufenden Kabeln, Fäden, Garnen u. ä. ist für den Hersteller wie auch für den Verarbeiter von Fasern eine höchst wichtige Aufgabe. Die Zugkraft ist die Kraftkomponente, die auf das laufende Kabel in Fortbewegungsrichtung wirkt, sie wird meist in pond (ρ) gemessen. Vielfach wird an Stelle der Zugkraft auch die Spannung abgegeben, d. h. die Kraft pro Querschnittsflächeneinheit. In der Textilindustrie ist es üblich, die Spannung in p/Detr^r 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 Kabe|s kleiner 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 möglichsi konstanten Zugspannung laufen zu lassen.

Es ist bekannt (vgl. britische Patentschrift 3 21 924), die Spannung von laufenden Fäden mit Hilfe einer Vorrichtung zu messen, wie sie schematisch in F i g. 4 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 nichtsehr genau, die Anzeige ist träge. Die Methode versagt überdies bei hohen Geschwindigkeiten und hohen Titern der Fäden.

Man hat die Meßmethode abgewandeil und verbessert und setzt heutzutage vielfach elektronisciie Fadenspannungsmesser ein (siehe Textil-Praxis 1961, Heft 9, Seite 906—911). Der Faden wird analog wie in Fig.4 um drei Rollen bzw. drei Stäbe geführt der Meßkopf ist als kapazitiver, mit Hochfrequenz gespeister DifferenziaJgeber ausgebildet und führt die in elektrische Spannungen umgesetzten Meßwerte 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 7 30 035), 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.

In der SU-Patentschrift 1 18 336 ist eine Meßvorrichtung zur Messung von Kräften an Kabeln u.dgl. beschrieben, die zwei stabförmige Achsen aufweist, die jeweils wieder mit Dehnungsmeßstreifen versehen sind. Die beiden stabförmigen Achsen bestehen aus einem verdrillten Seil. Bei der Vorrichtung gemäß der zitierten j5 SU-Patentschrift ist die praktische Anwendung sehr umständlich, da das Kabel durchgefädelt werden und das Meßgerät auf jeden Fall zweiseitig gelagert werden muß. Die Gefahr von Wickelbildungen ist sehr groß. Bei hohen Fadenlaufgeschwindigkeiten und großen Kabel-Zugkräften besteht außerdem die Gefahr, daß das Gerät aus seiner Verankerung herausgerissen wird. Das Gerät gemäß der SU-Patentschrift weist im übrigen eine sehr starke Hysterese auf, da wegen der verdrillten Seile der Meßweg sehr groß ist; auch ist die Meßgenauigkeit verhällnismäßig niedrig.

In der US-PS 33 81 527 wird ebenfalls eine Vorrichtung beschrieben, die zweiseitig gelagert werden muß. Auch enthält die in dieser US-Patentschrift beschriebene Vorrichtung keine, ein Drehmoment übertragende Achse.

Die US-PS 32 03 235 schließlich beschreibt eine Vorrichtung, bei der das zu messende Kabel eingefädelt werden muß. In der dort beschriebenen Vorrichtung hat darüber hinaus das zu messende Kabel vier Umlenkstellen zu passieren, wobei erhebliche Reibungen auftreten, welche das Meßergebnis verfälschen können. Die Vorrichtung ist nicht geeignet, um bereits laufende Fasorkabel zu untersuchen, da sie vorwiegend für den stationären Betrieb geeignet ist. Insbesondere ist es auch probo blcmaiisch, mit dieser Vorrichtung an schwierig zugänglichen Stellen zu messen.

Keine der zum Stand gehörenden Publikationen vermittelt eine Lehre, wie man die Wärmeleitung von der Umschlingiingsstelle zum Meßinstrument verhindert, b5 wie man an sehr starken und auch sich mit hohen Geschwindigkeiten bewegenden Kabeln eine Messung durchführen kann, ohne an eine ortsfeste Installation gebunden zu sein, und zwar insbesondere an schwer

zugänglichen Orten.

Es besteht deshalb noch ein Bedürfnis nach einer verbesserten Vorrichtung, welche Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der es möglich ist, schnell und einfach an laufenden Faserkabeln die Zugspannung zu messen, ohne auf eine stationäre ortsfeste installation angewiesen zu sein, und die leicht tragbar ist, mit der es ferner möglich ist, durch eine einzige Parson auch an schwierig zugänglichen Stellen gefahrlos den Meßvorgang durchzuführen, mit der es möglich ist, die Messung an sehr starken und sich mit hohen Geschwindigkeiten bewegenden Kabeln durchzuführen, and bei der eine Wärmeleitung von der Meßstelle am Faserkabel zu dem Torsionsglied weilgehend vermieden wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Messung der Zugkraft an laufenden Fascrkabeln durch S-förmiges Umschlingen des laufenden Kabels mit zwei Rollen oder Stäben, die sich auf einem Arm befinden, der in der Mute zur Übertragung eines Drehmoments einseitig auf einer ätabforniigen Achse mit TorsionsmeSglied befestigt ist, die mit Dehfüngsmeßstreifen versehen ist. die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Achse aus zwei Slabhälften aus einem die Wärme schlecht leitenden Material besteht, die durch einen als Torsionsmeßglied gebildeten Bolzen, der die Dehnungsmeßstreifen trägt, miteinander verbunden sind, daß die Achse an ihrem Ende einen Handgriff aufweist, und daß die Rollen oder Stäbe einseitig auf der der Achse abgewandten Seite des Armes befestigt sind.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich an Hand von F i g. 1 und 2 veranschaulichen. Das von A und B laufende Kabel (1), das zunächst annähernd waagerecht bzw. geradlinig entsprechend der gestrichelten Linie verläuft, wird von den beiden Rollen (2) so umfaßt, daß das Kabel (1) nun entsprechend der ausgezogenen Linie verläuft und das Rollenpaar S-förmig umschlingt. Die Rollen (2) befinden sich auf einem Arm (3), der auf einer slabförmigen Achse (4) befestigt ist. Die S-förmige Umschlingung kann man in einfacher Weise erreichen, indem man das Rollenpaar dem iaufenden Kabel so nähert. daß eine Ro!lc über und die andere Rolle unter dem Kabel ist (siehe Fig. 1 gestrichelte Rollen), sodann wird der Stab, an dessen Ende ein einfacher Handgriff (7) befestigt ist, so gedreht, daß das laufende Kabel das Rollenpaar S-förmig umschließt, wie es in F i g. 1 dargestellt ist.

Dabei tritt ein Drehmoment auf, das mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen (6) bestimmt wird. Die Dehnungsmeßstreifen sind über Kabel (8) mit einem Meßgerät, wie z. B. einer Trägcrfrequenzineßbrücke verbunden, mittels derer man sich in an sich bekannter Weise die Dehnung der Meßstreifen und damit die Dehnung des Stabes auf Grund des auftretenden Drehmoments bestimmt. Aus dem Drehmoment läßt sich in einfacher Weise die Zugkraft ermitteln.

Der Stab ist in der Mitte unterbrochen und in zwei Hälften geteilt, die mit einem Bolzen (5) verbunden sind. Auf diesem Bolzen sind die Dehnungsmeßstreifen (6) befestigt; es wird das an diesem Bolzen auftretende Drehmoment mit dem Dehnungsmeßstreifen erfaßt. Es versteht sich von selbst, daß die Dehnungsmeßstreifen zur Eliminierung von Störeinflüssen in Brückcnschaltung angeordnet sind. Der Bolen 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 beim Auftreten des Drehmoments maximal um I %o gedehnt wird. Die erforderliche Materialstärkc läßt sich leicht aus dem Ε-Modul des verwendeten Materials und der maxima! auftretenden Zugkräfte ausrechnen.

Die Temperaturkoeffizienten der Dehnungsmeßstreifen und des 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

ίο schlecht leitet, so daß von der Meßstelle zu den Dehnungsmeßstreifen keine Wärmeleitung stattfinden kann. Vorzugsweise werden deshalb Stabhälften aus Hartgummi verwendet.

Die geometrischen Verhältnisse am Meßorgan sind in F i g. 3 dargestellt. Bei Gleichgewichtsbedingungen, d. h. wenn zwischen dem in dem Stab aufzubringenden Drehmoment M und der Kabelzugkreis K Gleichgewicht herrscht, gilt die Beziehung

M = 2 A.Vsin q>

Unter der Annahme, daß die Messung in gleichem Abstand vor» den Punkten A und B durchgeführt und der Winkel ε = 0, was der Fall ist, wenn das Rollenpaar die in F i g. 1 dargestellte Lage hat. läßt sich die Beziehung

ΑΓ

2rsin$>

A-a 2- AR

ableiten.

In den Gleichungen bedeuten Δ der Abstand zwischen den beiden Fixpunkten A und B, d. h. die Länge, welches das Kabel freiläuft f. ψ sind Winkel, wie in F i g. 3 angegeben, r ist der Abstand von der Mitte der Achse bis zu dem Punkt, an dem die Tangente von Fixpunkt ßdie Peripherie der Rolle berührt. R ist der Radius der Rolle.

Dehnungsstreifen, wie sie im Rahmen asr 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, Metallfilm oder Halbleiter eingebettet wird. Der Meßstreiren wird dann auf die Meßstelle geklebt und macht

so die Längenänderung der Unterlage, auf der er befestigt ist, mit. Die dabei auftretende Widerstandsänderung wird mit einer Meßbrücke gemessen. Die durch Temperaturänderung auftretende Längenänderung wird kompeniiart, z. B. durch einen quer zur Dehnungsrichtung liegenden zweiten Dehnungsmeßstreifen, der einen Teil der Brückenschaltung bildet.

Die Eichung des Meßgerätes wird auf folgende Weise durchgeführt. Über zwei in einem Abstand Δ_α entfernten stationären Umlenkrollen wird ein Kabel gespannt,

to das zu beiden Seiten der Rollen mit gleichen Gewichten beschwert ist, Mit den Rollen des Meßkopfes wird sodann das Kabel in der Mitte der Strecke so umfaßt, daß eine S-förmige Utnschlingung, wie in Fi g. 1 dargestellt, vorliegt. Das beim Umschlingen im Bolzen des Stabes

b5 auftretende Drehmoment wird gemessen und in Beziehung zu der an dem Kabel angreifenden Kraft gesetzt. Die angreifende Kraft ergibt sich aus den beiden Gewichten, mit denen das Kabel beschwert ist.

Die eigentliche Messung erfolgt ebenfalls möglichst in der Mitte der freien Kabelstrecke. Weicht die freie Kabelstrecke von der bei der Eichung vorhandenen Strecke A₀ ab, so sind die Meßresultate mit dem Faktor

A a A₀

A₀ ~ A₀

IO

zu multiplizieren.

Bei der Messung ist darauf zu achten, daß die Mittelpunkte der Meßrollen möglichst e^-au auf der Linie liegen, entlang welcher das Kabel vor dem Umschlingen mit den Rollen lief, d. h, das der Winkel f (siehe F i g. 3) gleich Null ist.

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

Da der Meükopf innerhalb weniger Sekunden ohne 20 Schwierigkeiten und ohne daß der Kabellauf unterbrochen werden muß, in Meßstcilung 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 25 Einzugswalzen oder Haspein ein Messen mit den herkömmlichen Geräten zu gefährlich wäre, läßt sich die Zugkraft noch gefahrlos messen.

Falls einmal wegen größerer Knoter ο. ä. im Kabel die Möglichkeit besteht, daß das Kabel die Mcßvorrich- 30 tung 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 1000 kp und mehr messen. 35

Besonders wertvoll ist die Erfindung, wenn die Kabel mit hohen Geschwindigkeiten z. B. 1500 bis 2000 m/min

EugcZOgcn wcFucn.

Ohne Schwierigkeiten lassen sich die Zugkräfte an Faserkabeln von mehreren Millionen dtex Stärke be- 40 stimmen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

45

55

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zur Messung der Zugkraft an laufenden Faserkabeln durch S-förmiges Umschlingen des laufenden Kabels mit zwei Rollen oder Stäben, die sich auf einem Arm befinden, der in der Mitte zur Übertragung eines Drehmoments einseitig auf einer stabförmigen Achse mit Torsionsmeßglied befestigt ist,die mit Dehnungsmeßstreifen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (4) aus zwei Stabhälften aus einem die Wärme schlecht leitenden Material besteht, die durch einen als Torsionsmeßglied ausgebildeten Bolzen (5), der die Dehnungsmeßstreifen (6) trägt, miteinander verbunden sind, daß die Achse (4) an ihrem Ende einen Handgriff (7) aufweist, und daß die Rollen oder Stäbe (2) einseitig auf der der Achse (4) abgewandten Seite des Arms (3) befestigt sind.