DE19901831A1

DE19901831A1 - Meßeinrichtung zur Fadenspannungsmessung

Info

Publication number: DE19901831A1
Application number: DE19901831A
Authority: DE
Inventors: Klaus Bartkowiak
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: SAURER GMBH & CO. KG, 41069 MOENCHENGLADBACH, DE
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2000-07-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Fadenspannungsmessung an einem laufenden Faden. Die Meßeinrichtung weist hierzu zwei im Abstand zueinander angeordnete Meßbalken mit jeweils einem Meßaufnehmer auf. Dabei wird der Faden mit gegensinniger Umlenkung an den freien Enden der Meßbalken geführt, so daß der Faden gegensinnige Auslenkkräfte erzeugt, die zu einer entgegengesetzten Auslenkung der Meßbalken führt. Zur Eliminierung von Störeinflüssen wird die Fadenspannung sodann aus der Summe der beiden Auslenkungen ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Fadenspannungsmessung an einem laufenden Faden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 des Hauptpatentes (Patentanmeldung A2 198 37 414.3) (Bag. 2526).

Die Meßeinrichtung ist aus der DE 43 00 633 bekannt.

Um in einem Herstellungsprozeß für einen Faden oder in einem Bearbeitungsprozeß die Fadenspannung an dem laufenden Faden zu messen, besitzt die bekannte Meßein richtung einen einseitig eingespannten Meßbalken. An dem freien Ende des Meßbalkens wird der laufende Faden mit einer Umlenkung geführt. Dabei wird vom Faden eine Auslenkkraft auf den Meßbalken ausgeübt, die ein auslenken des Meßbalkens bewirkt. Diese Auslenkung wird mittels Meßwertaufnehmer erfaßt und zu einem Meßwert der Fadenspannung ausgewertet. Hierbei ist das Meßergebnis von der Fadenführung am freien Ende des Meßbalkens abhängig. Insbesondere sind Fadenschwingungen zu vermeiden, da diese als Störgröße in der Meßeinrichtung eingehen. Des weiteren hat sich gezeigt, daß aufgrund der hohen Meßempfindlichkeiten bereits die Erdbeschleunigung einen Einfluß auf die Kalibrierung besitzt. Insbesondere bei einem Handmeßgerät erfordert dies stets in Abhängigkeit von der Lage der Meßeinrichtung eine ständige Neujustierung.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, eine Meßeinrichtung zur Fadenspannungs messung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß unabhängig von der Lage der Meßeinrichtung und unabhängig von der Laufruhe des Fadens eine sehr feinfühlige Meßwerterfassung ermöglicht.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, dabei die Meßwerte unabhängig von der Lage des Fadens am Meßbalken zu erfassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Meßeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Messung der Fadenspannung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gegenüber dem Hauptpatent (P 198 37 414.3) hat sich gezeigt, daß auch bei Verwendung eines Meßbalkens mit lageunabhängiger Fadenspannungsmessung eine begrenzte Meßempfindlichkeit erreicht wird, die in erster Linie von der Erdbeschleunigung und somit von der Lage der Meßvorrichtung bestimmt ist.

Die Erfindung zeichnet sich nun dadurch aus, daß zwei gegensinnig belastete Meßbalken eingesetzt werden und dabei die Fadenspannung durch Addition der Einzelmeßwerte der Meßbalken ermittelt wird. Dadurch werden die richtungsbezogenen Störeinflüsse vorteilhaft eliminiert. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Meßsignale doppelt auftreten, so daß eine hohe Meßauflösung erreichbar ist.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren sind insbesondere geeignet, um kleinste Fadenzugkraftschwankungen an einem laufenden Faden zu erfassen. Ebenso ist aufgrund der hohen Meßempfindlichkeit und der Störunempfindlichkeit die Verwendung zur Kalibrierung möglich.

Vorzugsweise werden die Meßbalken derart hintereinander angeordnet, daß die freien Enden vom Faden S-förmig oder Z-förmig umschlungen sind. Damit wird vorteilhaft eine hohe Schwingungsdämpfung erreicht, die sich gleichermaßen auf beide Meßbalken auswirkt.

Zur Stabilisierung des Fadenlaufs ist es dabei vorteilhaft, wenn die Meßbalken zwischen einem Einlauffadenführer und einem Auslauffadenführer angeordnet sind. Damit ist die Meßeinrichtung auch in Prozessen einsetzbar, in denen ein sehr unruhiger Fadenlauf vorherrscht.

Um die durch den Fadenlauf erzeugten Störgrößen zu eliminieren, ist die Ausbildung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung gemäß Anspruch 4 besonders geeignet. Dabei sind die Meßbalken symmetrisch zum Fadenlauf angeordnet, so daß an den freien Enden der Meßbalken jeweils eine durch den Fadenüberlauf erzeugte gleich große Auslenkkraft wirkt.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 zeichnet sich dadurch aus, daß die Messung der Fadenspannung unabhängig von der Lage des Fadens am Meßbalken ist. Damit kann die durch den Faden am freien Ende des Meßbalkens erzeugte Auslenkkraft in unterschiedlicher Lage auf den jeweiligen Meßbalken einwirken, ohne daß eine Verfälschung des Meßergebnis auftritt.

Vorzugsweise sind die Meßaufnehmer der Meßbalken jeweils aus einem Paar Dehnungsmeßstreifen gebildet, wobei die Dehnungsmeßstreifen eines Meßaufnehmers an gegenüberliegenden Flächen des Meßbalkens angeordnet sind. Hierdurch wird eine weitere Verbesserung der Meßgenauigkeit erreicht.

Durch Verknüpfen der Dehnungsmeßstreifen in einer Wheatstone'schen Brückenschaltung läßt sich durch einfache Differenzbildung unmittelbar ein Meßwert der Fadenzugkraft anzeigen.

Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung gemäß Anspruch 8 gibt eine weitere vorteilhafte Möglichkeit, die Fadenspannung im wesentlichen lageunabhängig von der Krafteinleitung durch den laufenden Faden zu messen. Durch die Ausbildung der Meßbalken als Doppelbiegebalken wird eine Verstärkung des Meßsignals und damit eine Verbesserung der Meßgenauigkeit erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Es stellen dar:

Fig. 1 und 2 schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung,

Fig. 3 schematisch einen Meßbalken,

Fig. 4 eine Wheatstone-Brückenschaltung mit Meßaufnehmer des Meßbalkens nach Fig. 3,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Meßbalkens.

In Fig. 1 und 2 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung zur Fadenspannungsmessung gezeigt. In Fig. 1 ist eine Seitenansicht der Meßeinrichtung und in Fig. 2 eine Ansicht der Meßeinrichtung dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung gilt somit für beide Figuren.

Die Meßeinrichtung weist zwei Meßbalken 1.1 und 1.2 auf. Die Meßbalken 1.1 und 1.2 bestehen jeweils aus einem Biegebalken 3, der mit einem Ende an der Halterung 6 befestigt ist. An dem freien Ende der Meßbalken 1.1 und 1.2 ist jeweils ein Fadenführer 2 vorgesehen, der mit dem Biegebalken 3 starr verbunden ist. Die Fadenführer 2.1 und 2.2 sind stiftförmig ausgebildet und weisen eine im wesentlichen abriebfeste Oberfläche auf. Vorzugsweise sind die Fadenführer 2.1 und 2.2 aus einer Keramik hergestellt. An dem Biegebalken 3.1 des Meßbalkens 1.1 sind in Abstand zueinander 2 Meßaufnehmer 7 und 8 angeordnet. Die Meßaufnehmer sind dabei vorzugsweise als Dehnmeßstreifen ausgebildet, die auf eine Fläche des Biegebalkens 3.1 aufgeklebt sind. Der Biegebalken 3.2 des Meßbalkens 1.2 weist ebenfalls 2 Meßaufnehmer 11 und 12 auf. Die Meßabnehmer sind mit Abstand zueinander auf einer Fläche des Biegebalkens 3.2 aufgebracht. Auch in diesem Fall werden vorzugsweise Dehnmeßstreifen als Meßaufnehmer verwendet. Die Meßaufnehmer 7, 8, 11 und 12 sind mittels einer elektrischen Schaltung in einer Auswertelektronik (hier nicht gezeigt) miteinander verknüpft. Die Auswertelektronik überführt die Meßsignale in einen Meßwert der Fadenspannung.

Zur Fadenspannungsmessung wird ein Faden 5 an den freien Enden der Meßbalken 1.1 und 1.2 mit entgegengesetzter Umlenkung geführt. Hierbei läuft der Faden 5 von einem Einlauffadenführer 9 zu dem ersten Meßbalken 1.1. Durch den Fadenführer 2.1 des Meßbalkens 1.1 wird der Faden 5 in der Zeichnungsebene nach oben hin ausgelenkt. Dadurch wird an dem Meßbalken 1.1 eine in Pfeilrichtung wirkende Auslenkkraft F erzeugt, die eine Auslenkung in Pfeilrichtung am Meßbalken 1.1 erzeugt. Diese Auslenkung wird durch die Meßaufnehmer 7 und 8 erfaßt und in Meßsignale überführt. Der Faden 5 wird an dem zweiten Meßbalken durch den Fadenführer 2.2 nach unten hin ausgelenkt, bevor der Faden 5 zu dem Auslauffadenführer 10 gelangt. Damit werden die Fadenführer 2.1 des Meßbalkens 1.1 und der Fadenführer 2.2 des Meßbalkens 1.2 S-förmig vom Faden umschlungen. An dem zweiten Meßbalken wird durch die Umlenkung des Fadens 5 eine Auslenkkraft F in Pfeilrichtung erzeugt, die zu einer Auslenkung des Meßbalkens 1.2 führt, die entgegengesetzt der Auslenkung des Meßbalkens 1.1 ist. Die Auslenkung wird durch die Meßaufnehmer 11 und 12 des Meßbalken 1.2 erfaßt und zu Meßsignalen umgewandelt. Die Meßsignale beider Meßbalken 1.1 und 1.2 werden in der Auswertelektronik zu einem Meßwert der Fadenspannung umgewandelt. Hierbei werden die Meßsignale durch Addition miteinander verknüpft. Durch diese Rechenoperation kann der Einfluß der Schwerkraft vollständig eliminiert werden.

In Fig. 3 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Meßbalkens 1 für die in Fig. 1 und 2 dargestellte Meßeinrichtung gezeigt. Der Meßbalken 1 ist einseitig an einer Halterung 6 festgelegt. Die Halterung 6 kann Bestandteil eines Maschinengestells einer Fadenbearbeitungsvorrichtung sein. An dem freien Ende des Meßbalkens 1 ist ein Arm 13 angeordnet, der sich wesentlichen in Längsrichtung des Meßbalkens 1 erstreckt. Der Arm 13 ist biegesteif ausgebildet. An dem freien Ende des Armes 13 ist ein Fadenführer 2 angebracht, der eine im wesentlichen abriebfeste Oberfläche aufweist. Der Fadenführer 2 besteht aus einer Keramik. An dem Fadenführer 2 wird ein Faden 5 umgelenkt, der eine Auslenkkraft F auf den Fadenführer 2 ausübt, die über den Arm 13 auf einen Biegebalken 14 des Meßbalken 1 übertragen wird. Der Biegebalken 14 weist zwei im Abstand zueinander liegende Meßstellen auf, die durch die Ausnehmungen 17 und 18 gebildet werden. In den Meßstellen sind die Meßaufnehmer 7 und 8 angebracht. Der Meßaufnehmer 8 ist im Abstand a von der Krafteinleitung des Fadens 5 an dem Biegebalken 14 befestigt. Der Meßaufnehmer 7 ist im Abstand b von der Krafteinleitungsstelle des Fadens 5 am Biegebalken 14 befestigt. Der Abstand zwischen den beiden Meßaufnehmern 7 und 8 ist konstant und ergibt sich aus der Differenz zwischen den Abständen a und b. Eine Verlagerung des Krafteinleitungspunktes durch den Faden 5 führt zu keiner Beeinflussung der Messung der Kraft durch den Meßbalken.

Der Meßaufnehmer 8 wird durch zwei Dehnungsmeßstreifen 8.1 und 8.2 gebildet. Jeder Dehnungsmeßstreifen 8.1 und 8.2 ist in der vorgesehenen Aussparung 17 an gegenüberliegenden Flächen 15 und 16 des Biegebalkens 14 angeordnet. Die Anordnung ist symmetrisch bzgl. einer Längsachse des Meßbalken 1.

Der Meßaufnehmer 7 ist entsprechend dem Meßaufnehmer 8 ausgebildet. Auch der Meßaufnehmer 8 weist zwei Dehnungsmeßstreifen 8.1 und 8.2 auf.

Durch die Auslenkkraft F, die der Faden 5 auf den Fadenführer 2 ausübt, wird der Meßbalken 1 in Richtung der Kraft F ausgelenkt. Die Meßaufnehmer 8.1 und 7.1 erfahren hierdurch eine Dehnung, da die Meßaufnehmer 8.1 und 7.1 im Zugbereich des Biegebalkens 14 bzgl. einer neutralen Phase des Meßbalkens liegen. Die gegenüberliegenden Meßaufnehmer 8.2 und 7.2 werden gestaucht, da sie im Druckbereich bzgl. einer neutralen Phase des Meßbalkens 1 angeordnet sind. Aus den Meßsignalen der einzelnen Meßaufnehmer wird in einer Auswertelektronik ein Meßwert der Fadenspannung ermittelt. Zur Ermittlung der Fadenspannung wird vorgeschlagen, daß die Meßaufnehmer 7 und 8 mit ihren Dehnungsmeßstreifen in einer Wheatstone'schen Brückenschaltung verknüpft sind. Fig. 4 zeigt eine Wheatstone'sche Brückenschaltung der Meßaufnehmer nach Fig. 3. Die einzelnen Meßaufnehmer sind so miteinander verknüpft, daß aus der Brückenspannung U direkt die Fadenzugkraft ermittelt werden kann, da diese sich aus der Differenz der Meßsignale ergibt. Bei der in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausbildung der Meßbalken wird die Fadenspannung durch Differenzbildung in der Auswertelektronik ermittelt. Durch die Differenzbildung zwischen den Meßsignalen der Meßaufnehmer 7 und 8 ist das Meßergebnis unabhängig von der jeweiligen Lage des Fadens 5 an dem Fadenführer 2. Daher ist die in Fig. 1 und 2 dargestellte Meßeinrichtung bevorzugt mit derartigen Meßbalken ausgeführt.

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Meßbalkens gezeigt. Dieser als Doppelbiegebalken bezeichnete Meßbalken ist aus der DE 43 00 633 bekannt, und es wird somit auf die genannte Druckschrift Bezug genommen.

Der Meßbalken 1 besteht hierbei aus zwei parallel zueinander angeordneten Biegebalken 19 und 20. Die Biegebalken 19 und 20 sind an einem Ende mit der Halterung 6 verbunden. An dem freien Ende der Biegebalken 19 und 20 sind beide Biegebalken durch einen Querbalken 21 miteinander verbunden. Der Querbalken 21 besitzt zum freien Ende des Meßbalkens hin einen Fadenführer 2. Der Fadenführer 2 dient zur Umlenkung eines laufenden Fadens 5. An dem Biegebalken 19 sind die Meßaufnehmer 7.1 und 8.1 im Abstand zueinander angeordnet. An dem Biegebalken 20 sind die Meßaufnehmer 7.2 und 8.2 befestigt.

Bei der Messung wird durch den Faden 5 eine Auslenkkraft F erzeugt, die den Meßbalken 1 in Pfeilrichtung auslenkt. Dabei wird der Meßbalken 1 S-förmig verformt, so daß die diagonal gegenüberliegenden Meßaufnehmer 7.1 und 8.2 auf Zug und die diagonal gegenüberliegenden Meßaufnehmer 7.2 und 8.1 auf Druck beaufschlagt werden. Durch eine entsprechende Verschaltung in einer Brückenschaltung wird eine Verstärkung des Meßsignals der Meßaufnehmer 7 und 8 erzeugt. Eine Lageunabhängigkeit des Fadens 5 an dem Fadenführer 2 ist jedoch nur bedingt erreichbar. Sie ist im wesentlichen abhängig von der Ausgestaltung der Verbindung zwischen den beiden Biegebalken 19 und 20 sowie von dem Angriffspunkt der Auslenkkraft. Bei einer derartigen Ausbildung der Meßbalken der Meßeinrichtung wird eine hohe Meßempfindlichkeit erreicht.

Bezugszeichenliste

1

Meßbalken

2

Fadenführer

3

Biegebalken

5

Faden

6

Halterung

7

Meßaufnehmer

8

Meßaufnehmer

9

Einlauffadenführer

10

Auslauffadenführer

11

Meßaufnehmer

12

Meßaufnehmer

13

Arm

14

Träger

15

Fläche

16

Fläche

17

Ausnehmung

18

Ausnehmung

19

Biegebalken

20

Biegebalken

21

Querbalken

Claims

1. Meßeinrichtung zur Messung der Fadenspannung an einem laufenden Faden (5), mit einem einseitig eingespannten Meßbalken (1.1), der einen Meßaufnehmer (7) aufweist, wobei der Meßbalken (1.1) durch eine von einem Faden (5) auf den Meßbalken (1.1) einwirkende Kraft (F) in Richtung der Kraft (F) auslenkbar ist gemäß dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 198 37 414.3), dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter einseitig eingespannter Meßbalken (1.2) mit einem zweiten Meßaufnehmer (11) im Abstand zu dem ersten Meßbalken (1.1) im Fadenlauf angeordnet ist und daß der zweite Meßbalken (1.2) mit entgegengesetzter Umlenkung von dem Faden (5) überlaufen wird, so daß beide Meßbalken (1.1, 1.2) durch die vom Faden (5) erzeugten Auslenkkräften entgegengesetzt auslenkbar sind, wobei die Fadenspannung aus der Summe der beiden Auslenkungen ermittelt wird.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Meßbalken (1.1, 1.2) hintereinander angeordnet sind und S- förmig oder Z-förmig von dem Faden (5) teilumschlungen sind.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Meßbalken (1.1, 1.2) zwischen einem Einlauffadenführer (9) und einem Auslauffadenführer (10) angeordnet sind.

4. Meßeinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbalken (1.1, 1.2) symetrisch zum Fadenlauf angeordnet sind, so daß an den freien Enden der Meßbalken (1.1, 1.2) jeweils eine durch den Fadenüberlauf erzeugte gleichgroße Auslenkkraft wirkt.

5. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbalken (1.1, 1.2) jeweils in Längsrichtung mit Abstand zu dem ersten Meßaufnehmer (7, 11) einen zweiten Meßaufnehmer (8, 12) aufweisen und daß die Meßaufnehmer (7, 8, 11, 12) eines Meßbalkens an einem Biegebalken (3) angebracht sind, wobei der Faden (5) über einen starr mit dem Biegebalken (3) verbundenen Fadenführer (2) des Meßbalkens geführt wird.

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßaufnehmer (7, 8, 11, 12) jeweils aus einem Paar Dehnungsmeßstreifen bestehen und daß die Dehnungsmeßstreifen eines Meßaufnehmers an gegenüberliegenden Flächen des Meßbalkens befestigt sind.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen durch eine Wheatstone'sche Brückenschaltung miteinander verknüpft sind.

8. Meßeinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbalken jeweils aus zwei Biegebalken (19, 20) bestehen, welche am freien Ende durch einen Querbalken (21) starr miteinander verbunden sind und welche bei Auslenkung entgegengesetzt belastbar sind, wobei jeder Biegebalken (19, 20) einen oder mehrere Meßaufnehmer (7, 8) aufweist.

9. Verfahren zur Messung der Fadenspannung an einem laufendem Faden, bei welchem der Faden über ein freies Ende eines einseitig eingespannten Meßbalken mit einer Umlenkung geführt wird und bei welchem eine Auslenkung des Meßbalkens aufgrund einer vom Faden erzeugten Auslenkkraft gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden zusätzlich über ein freies Ende eines zweiten Meßbalken mit einer entgegengesetzten Umlenkung geführt wird, so daß der zweite Meßbalken entgegengesetzt zu dem ersten Meßbalken ausgelenkt wird, und daß die Auslenkungen beider Meßbalken als Maß für die Fadenspannung erfaßt werden.