DE2353586C3 - Vorrichtung zum Überwachen fadenförmiger Gebilde - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Überwachen fadenförmiger Gebilde, insbesondere zur Kontrolle des Fadenlaufes an einer Textilmaschine, mit einem vom laufenden Faden zu Schwingungen anregbaren Abtastorgan und einem mit diesem verbundenen mechano-elektrischen Wandlerelement.

Eine solche Vorrichtung, auch Fadenwächter genannt, die ein plattenförmiges piezoelektrisches Wandlerelement aufweist, ist in der schweizerischen Patentschrift 4 40 073 dargestellt und beschrieben. Hierbei sind für das Wandlerelement einerseits und für das aus mehreren Teilen zusammengesetzte Abtastorgan andererseits separate elastische Halterungen vorgesehen; zudem steht das im wesentlichen stabförmige Abtastorgan über ein nicht näher beschriebenes Zwischenglied in schwingungsübertragender Verbindung mit dem Wandlerelcment. Nach Angabe der Patentschrift beträgt die Resonanzfrequenz des beschriebenen Systems, welches in seinem Aufbau einem Pickup für Tonabnehmer entspricht, 5000 Hz oder mehr, d. h., sie liegt im akustischen Bereich.

Im praktischen Betrieb, beispielsweise an Spulmaschinen und Webmaschinen, treten im akustischen Bereich und auch oberhalb desselben oft starke Störsignale durch Körperschall und Luftschall auf, so daß die einwandfrei λ Funktion eines Fadenwächters dadurch in Frage gestellt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Überwachungsvorrichtung für fadenförmige Gebilde, die einen möglichst großen Störabstand, d. h., ein großes Verhältnis zwischen dem vom Fadenlauf herrührenden Nutzsignal und dem Störsignal, ergibt. In diesem Sinne ist es zweckmäßig, durch konstruktive Maßnahmen dafür zu sorgen, daß die vom laufenden Faden anzuregende Resonanzfrequenz des aus Abtastorgan und Wandlerelement bestehenden Abtastsystems weit oberhalb der Grenze des Störbereichs liegt. Da die Schallabsorption in Luft mit dem Quadrat der Frequenz wächst, ist es auch aus diesem Grunde vorteilhaft, zur Unterdrükkung des störenden Luftschalls die Resonanzfrequenz möglichst hoch zu wählen.

Die Vorrichtung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlerelement nur einen Bruchteil der Masse des Abtastorgans hat, daß das Wandlerclement und das Abtastorgan je eine Fläche aufweisen, an

der sie miteinander in direktem schwingungsübertragenden Kontakt stehen, wobei die Kontaktfläche nur einen Bruchteil der genannten Fläche de:. Abtastorgans beträgt, und daß das mit dem Wand!»re!ement verbundene Abtastorgan in an sich bekannter Weise vermittels einer elastischen Masse an einem starren Träger gehaltert ist. Zweckmäßig beträgt dabei die Mas;e des Wandlerelements nicht mehr als 10%, vorzugsweise höchstens 5% der Masse des Abtastorgans.

Um eine solche Vorrichtung möglichst stark zur Resonanz anzuregen und somit ein starkes Nutzsignal bei laufendem Fade« zu erhalten, ist es zweckmäßig, für eine ausreichende, aber nicht zu starke mechanische Kopplung zwischen dem laufenden Faden und dem Abtastorgan zu sorgen. Dies kann durch passende Einstellung des Umschlingungswinkels und der Fadenspannung am Abtastorgan erreicht werden.

Der Ausdruck »direkter schwingungsübertragender Kontakt« ist so zu verstehen, daß zwischen dem Abtastorgan und dem Wandlerelement kein besonderes Zwischenglied vorgesehen ist, dessen Masse die gesamte Masse des Systems merklich beeinflußt; jedoch erfordert ein solcher Kontakt eine feste akustische Kopplung, die im allgemeinen durch eine Zwischenschicht mit einem hohen Wert des Produktes ρ · c (Dichte χ Schallgeschwindigkeit im Material) hergestellt werden kann, beispielsweise eine Schicht aus einem härtenden Bindemittel oder einer Lötmasse.

Auch sind gegebenenfalls elektrisch isolierende Zwischenschichten zusätzlich zu einer akustisch koppelnden Schicht zulässig.

Der US-PS 31 83 711 ist zwar entnehmbar, bei Anordnungen zur Messung der Dicke von Fäden das Abtastorgan mittels einer elastischen Masse an einem starren Träger zu halten, doch cnthäU diese Druckschrift keine weiteren, die vorliegende Erfindung berührenden Hinweise.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Vorrichtung beispielsweise an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen

F i g. I bis 4 einen für die gleichzeitige Überwachung mehrerer Fäden bestimmten Tastkopf bzw. Teile desselben,

F i g. 5 und 6 einen Tasteinsatz für den Tastkopf der F i g. 1 und 2 in Seitenansicht und Endansicht,

F i g. 7 und 8 eine andere Ausführungsform eines Tasteinsal/.cs und

Fig. 9 und 10 eine dritte Ausführungrform eines Tasteinsatzes.

Die in den Figuren dargestellten Tasteinsätze 3 arbeiten bei Anregung durch den laufenden Faden Tals Biegeschwinger und haben im Gebiet oherhalb 50 kHz mindestens eine mechanische Resonanz.

F i g. 1 zeigt einen Tastkopf 1 mit vier Fadenabtaststellen in seitlicher Ansicht, wobei ein Träger 2 mit zwei Endplatlen 12 vier durch Distanzstückc 5 getrennte I asteinsätze 3, s. F i g. 5 und b, aufnimmt. F i g. 2 zeigt einen Schnitt gemäß der Linie 11-11 der F i g. 1 durch den Tastkopf 1, der im wesentlichen die Form eines umgekehrten T hat. Der Träger 2, der beispielsweise aus'Leichtmetall besteht, umfaßt ein breites Hodenstück 6 und zwei nach oben gerichtete Wangen 7, die zwischen sich einen oberen Kanal 8 einschließen, der sich in Längsrichtung des Trägers 2 erstreckt. Zwei schräge Schultern 10 bilden die Oberseite des Ltodensiücks 6. das von einem nach unten offenen unteren Kanal 9 in Längsrichtung durchsetzt ist. Der obere Kanal 8 nimmt einen als Tasche ausgebildeten Lagerkörper 4. s. F i g. 3, aus weichem elastischen Material, wie Schaumgummi, auf. Der Innenraum 14 des Lagerkörpers 4 dient zur Aufnahme der vier Tasteinsätze 3 und von drei aus hartem Material bestehenden Distanzstükken 5, s. F i g. 4, welche die Tasteinsütze 3 voneinander trennen und gegeneinander festlegen. Zwei Enddistanzstücke 15 sind an der Innenseite der Endplatten 12 angeordnet. Die Distanzstücke 5 und 15 dienen gleichzeitig zur Begrenzung der seitlichen Bewegung der den einzelnen Meßstellen zugeführten Fäden. Ihre Dicke soll so bemessen sein, daß sie die freie Schwingungsbewegung der Tasteinsätze 3 in Richtung senkrecht zur Längsachse des Trägers 2 nicht behindern, um keine unerwünschte Dämpfung zu erzeugen. Im Innern des Trägers 2 sind zwischen dem oberen Kanai 8 und dem unteren Kanal 9 vier Bohrungen 11 angebracht, durch die Anschlußfahnen 21, s. insbesondere Fig.5, des Tasteinsatzes 3 geführt sind. Entsprechende Löcher 13, die sich mit den Bohrungen 11 decken, sind im Boden des Lagerkörpers 4 angebracht, s. insbesondere F i g. 3. Der Faden F F i g. 2, bewegt sich in einer Richtung quer zur Längsachse des Tastkopfes 1 über den Kontaktkörper 17.

F i g. 5 und 6 zeigen in größerem Maßstab einen Tasteinsatz 3 in seitlicher Ansicht und Endansicht. Er umfaßt einen Grundkörper 16 in Form einer rechteckigen Platte, den Kontaktkörper 17 und ein Wandlerele-

jo ment 18, das ein als Biegeschwinger wirkendes piezoelektrisches Element an sich bekannter Art sein kann. Der Grundkörper 16 und der Kontaktkörper 17 bilden zusammen das Abtastorgan, welches vom laufenden Faden zu Schwingungen angeregt wird. Die Teile 16,17

js und 18 sind fest miteinander verkittet, so daß sie einen einheitlichen Schwinger bilden, dessen Masse und Resonanzverhalten jedoch im wesentlichen durch das aus Grundkörper und Kontaktkörper bestehende Abtastorgan bestimmt werden, da die Masse des Wandlerele-

ments gegenüber der Masse des Abtastorgans relativ klein ist. Als Klebstoff für die Verbindung der genannten Teile hat sich ein Zwischenkomponenten Kleber auf der Basis Epoxyharz und Aminhärter, erwiesen. Die aus Klebstoff bestehende Zwischenschicht 19 ist in F i g. 6 zwecks Deutlichkeit der Darstellung mit übertrieben großer Dicke dargestellt. Der Grundkörper 16 ist an seiner oberen Kante mit einer Längsrippe 20 versehen, die in eine Nut 22 des Kontaktkörpers 17 eingreift. Der Grundkörper besteht aus pinem Metall oder

so auch aus einem harten nichtleitenden Material, je nach den Abmessungen und der gewünschten Resonanzfrequenz. Es kann beispielsweise ein Messingplättchen der Grundabmessungen 12x10x3 mm (einschließlich Rippe) benutzt werden. Der Kontaktkörper besteht

v, vorzugsweise aus einem Material großer Oberflächenhärte, wie Oxidkeramik. Zur elektrischen Verbindung der nicht besonders bezeichneten Elektroden des Wandlerelcmcnts 18 mit einem nicht dargestellten Hektronischen Auswcrtekreis dienen die Anschlußfah-

fio neu 21. Die Breite des piezoelektrischen Wandlerelements 18 ist nicht größer als ein Drittel der Breite des Grundkörpers 16, so daß zu beiden Seiten des Wandlerelements freie Streifen von mindestens der Breite des Wandlerelements auf dem Grundkörper verblci-

iis ben. Die Masse des Wandlerelements 18 beträgt bei dieser Ausführungsform weniger als 10%, vorzugsweise sogar höchstens 5% der vereinten Masse von Grundkörper 16 und Kontaktkörper 17.

F i g. 7 und 8 zeigen einen Tasteinsatz, dessen Grundkörper 16a eine rechteckige Grundform mit unten abgeschrägten Kanten 23 aufweist und aus nichtleitendem Material, wie Oxidkeramik, besteht. Beide Seilen des Grundkörpers sind entlang seiner strichpunktiert gezeichneten Symmetrielinie mit je einem schmalen Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen als Wandlerelement 24 belegt, der direkt auf den isolierenden Grundkörper 16a aufgetragen ist. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß man die Form der Wandlerelemente 24 weitgehend frei wählen kann, um nur solche Teile der Vorderfläche des Grundkörpers zu belegen, die bei Resonanz große gleichphasige Schwingungsamplituden haben und somit ein großes Nutzsignal liefern. Die Abschrägungen 23 des Grundkörpers dienen zur Unterdrükkung unerwünschter Schwingungsmethoden, d. h., zur Erzielung einer schärferen Resonanz für einen bestimmten Schwingungsmodus. Da die Masse der Dehnungsmeßstreifen (Wandlerelemente 24) sehr klein gehalten werden kann, wird bei dieser Ausführungsform das Resonanzverhalten des Tasteinsatzes praktisch allein durch den Grundkörper 16a und den Kontaktkörper 17 bestimmt. Zur elektrischen Verbindung der Wandlerelemente 24 dienen die auf den Grundkörper 16a aufgetragenen Leiterbahnen 25 und Anschlußpunkte 26. Der Kontaktkörper 17 ragt hier an seinen beiden Enden ein kleines Stück über den Grundkörper 16; hervor.

Der Tasteinsatz gemäß F i g. 9 und 10 ist bezüglich des Grundkörpers 16, des Kontaktkörpers 17 und dei Anordnung des Wandlerelements 18a entsprechenc aufgebaut wie der in F i g. 5 und 6 dargestellte Tastein satz. Das Wandlerelement ist hierbei als Elcktrelfiln mit zwei Elektroden an den großen Flächen des Film: ausgebildet. Elektretfilme sind im Handel erhältlich unc

ίο werden z. B. in Kondensatormikrophonen zur Erzeu gung der Vorspannung verwendet. Zusätzlich ist hiei auf der dem Wandlerelement 18a abgewandten Fläch< des Grundkörpers ein flaches elektronisches Bauele ment 27 angeordnet, welches über zwei am Grundkör per 16 angeordnete und gegen diese isolierte Verbin dungsleitungen 28 mit den beiden Elektroden de; Wandlerelements verbunden ist. Das elektronische Bauelement 27 kann beispielsweise einen Feldeffekt transistor und andere elektronische Elemente, ζ. Β einen Kopplungskondensator, einen Widerstand unc eine Diode zum Gleichrichten des Ausgangssignals de; Feldeffekttransistors, enthalten und ist vorzugsweise als integrierte Baueinheit (IC) ausgebildet. Für die Ver bindung mit einem außerhalb des Tasteinsatzes an geordneten Auswertekreis sind am Grundkörper H Leiterbahnen 25 und Anschlußpunkte 26 vorgesehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche: 23 586

1. Vorrichtung zum Überwachen fadenförmiger Gebilde, insbesondere zur Kontrolle des Fadenlaufes an einer Textilmaschine, mit einem vom laufenden Faden zu Schwingungen anregbaren Abtastorgan und einem mit diesem verbundenen mechanoelektrischen Wandlerelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlerelement (18, 18a, 24) nur einen Bruchteil der Masse des Abtastorgans (16 + 17, 16a + 17) hat, daß das Wandlerelement (IS. 18a, 24) und das Abtastorgan (16 + 17, 16a + 17) je eine Fläche aufweisen, an der sie miteinander in direktem schwingungsübertregenden Kontakt stehen, wobei die Kontaktfläche nur einen Bruchteil der genannten Fläche des Abtastorgans (16 + 17, 16a + 17) beträgt und daß das mit dem Wandlerelement (18,18a, 24) verbundene Abtastorgan (16 + 17,16a + 17) in an sich bekannter Weise vermittels einer elastischen Masse (4) an einem starren Träger (2) gehaltert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Wandlerelements (18, 18a, 24) etwa 10% der Masse des Abtastorgans (16 + 17; 16a + 17) beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Wandlerelements (18, 18a, 24) höchstens 5% der Masse des Abtastorgans (16 + 17; 16a + 17) beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastorgan (16 + 17, 16a + 17) aus einem plattenförmigen Grundkörper (16, 16a) und einem mit diesem fest verbundenen Kontaktkörper (17) großer Oberflächenhärte besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden großen Flächen des Grundkörpers (16, 16a) je ein flach ausgebildetes Wandlerelement (18,18a, 24) angebracht ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Wandlerelement (18, 18a, 24) ein piezoelektrischer Biegeschwinger vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Wandlerelement (18, 18a, 24) ein Dehnungsmeßstreifen vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungsmeßstreifen ein Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen ist. y>

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Wandlerelement (18,18a, 24) ein Elektretfilm dient.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktkörper (17) stabförmig mit einer Längsnut (22) ausgebildet ist und daß der plattenförmige Grundkörper (16, 16a) an seiner einen Kante mit einer Rippe (20) versehen ist, welche in die Längsnut (22) eingreift und in dieser mit dem Kontaktkör- <«> per (17) fest verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Wundlerelement (8) langrechteckig ausgebildet und längs der Mittellinie des Grundkörpers (16), die sich senkrecht zum Kontakt- '»5 körper (17) erstreckt, auf dem Grundkörper (16) angeordnet ist, derart, daß zu beiden Seiten des Wandlerelements (18) freie Streifen von mindestens der Breite des Wandlerelements (18) auf dem Grundkörper (16) verbleiben.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis !!, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (16a) die Form einer rechteckigen Platte hat, wobei eine Kante der Platte an den Ekken (23) abgeschrägt ist und der Kontaktkörper (17) mit der gegenüberliegenden, nicht abgeschrägten Kante verbunden ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der eine langgestreckte Form aufweisende Träger (2) mit einem durchgehenden Kanal (8) zur Aufnahme mehrerer der aus Abtastorgan (16 + 17, 16a + 17) und Wandlerdement (18, 18a, 24) bestehenden Tasteinsätze (3) sowie mit zwei Endplatten (12) zum Abschließen der Enden des Kanals (8) versehen ist und daß zwischen, den Tasteinsätzen (3) Distanzstücke (5) vorgesehen sind.