DE2428890B2 - Beheizte oder gekuehlte galette - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine beheizte oder gekühlte Galette mit mindestens einem mitrotierenden Temperaturmeßfühler und einem auf dem mitrotierenden System montierten Oszillator als Meßsignalwandkr, dessen frequenzbestimmendes Glied der Temperaturmeßfühler ist.

Zum Fördern von Fasern, Fäden, Bändern und Folien, insbesondere bei deren Verstreckung, verwendet man beheizte, gelegentlich auch gekühlte Galetten. Hierbei ist es von großer Wichtigkeit, daß die Temperatur der Galettenoberfläche konstant auf dem vorgeschriebenen Wert gehalten wird, weil durch Temperaturschwankungen die Eigenschaften des Produktes sehr ungünstig beeinflußt werden.

Die Temperaturmessung ist bei den schnell rotierenden Galetten mit erheblichen Problemen verbunden. Es sind daher schon eine Reihe von Meßanordnungen bekanntgeworden. Eine zusammenfassende Darstellung derartiger Meßanordnungen ist in einem Aufsatz von W. Erdmann enthalten, der in der Zeitschrift »Elektro-Anzeiger« vom 25. 9.1968 veröffentlicht wurde. Darin ist auch bereits eine Schaltung erwähnt, bei der das Meßsignal eines mitrotierenden Meßfühlers in einem ebenfalls mitrotierenden Oszillator in eine Frequenz umgewandelt wird. Eine Schwierigkeit wird in der Zuführung der Hilfsenergie für den Oszillator gesehen.

Ferner ist in dem Aufsatz eine Meß- und Obertragungsanordnung beschrieben, bei der zwei temperaturabhängige Widerstände an eine mitrotierende Wechselstrombrückenschaltung angeschlossen sind. Eingespeist und ausgekoppelt wird mittels zweier elektrisch und magnetisch voneinander getrennter Übertrager. Wird der Eingangsübertrager mit einer bestimmten Frequenz gespeist, so ist diese Frequenz auch dem Ausgangsübertrager zu entnehmen, jedoch sind Eingangs- und Ausgangsspannung nur bei einem bestimmten Widerstandswert der Fühler in Phase. Die Phasendifferenz wird laufend mittels Ringdemodulator gemessen und durch Abgleichen der Frequenz zum Verschwinden gebracht Die Abgleichfrequenz ist ein Maß für die Temperatur der Galette. Bei diesem System ist also keine direkte Temperaturmessung möglich, sondern es kann nur durch Abgleichen indirekt gemessen werden. Zur kontinuierlichen Temperaturmessung ist eine Nachlaufsteuerung mit Motor notwendig, welche die Frequenz des Generators so verstellt, daß jeweils die Brücke abgeglichen wird. Somit läßt sich auch nur ein Regelkreis mit Zweipunktverhalten aufbauen. Eine stetige Regelung ist nicht möglich. Ein weiterer Nachteil ist der große elektrotechnische Aufwand und die komplizierte Funktionskontrolle.

Auch aus der DT-OS 16 48 323 ist eine Anordnung zur Temperaturmessung an rotierenden Maschinenteilen bekannt. Hierbei ist auf dem rotierenden Maschinenteil ein Schwingkreis angebracht, dessen Kondensator als Temperaturfühler ausgebildet ist. Die Spule des Schwingkreises dient als Übertragerelement zum Einspeisen der Wechselspannung eines Oszillators, der am feststehenden Maschinenteil montiert ist. Ferner bilden je eine mitrotierende und eine I eststehende Platte einen Kondensator zur kapazitiven Auskopplung der am Schwingkreis auftretenden Spannung. Die Temperaturmessung kann auf zwei Arten vorgenommen werden: Nach der ersten Methode ist die Schwingkreisspannung ein Maß für die Temperatur. Das Signal ist wegen der Nichtlinearität der Resonanzkurve nur na(.h vorausgehender Eichung auswertbar und wegen der Symmetrie der Resonanzkurve nicht eindeutig. Ein schwerer Nachteil ist darin zu sehen, daß in das Meßresultat sowohl alle Amplituden- und Frequenzschwankungen des Oszi'lators als auch alle Änderungen des Kopplungsfaktors der Spulen eingehen. Gerade der Kopplungsfaktor reagiert aber sehr empfindlich auf kleine mechanische Verschiebungen, die im rauhen Produktionsbetrieb unvermeidlich sind. Zwar werden diese Fehler bei der zweiten angegebenen Meßmethode ausgeschaltet, bei der durch Nachstimmen des Oszillators jeweils die Resonanzfrequenz des Schwingkreises aufgesucht wird. Hierbei ist aber die Temperaturmessung diskontinuierlich.

Gemäß der FR-PS 14 06 970 ist als Temperaturfühler ein Kaltleiter vorgesehen, der in einem Zweig einer Wechselstrombrücke sitzt. Auf dem rotierenden Maschinenteil ist lediglich der Kaltleiter mit den Elektroden zweier kapazitiver Übertrager angeordnet. Alle übrigen Teile der Schaltung einschließlich des Oszillators sind ortsfest. Die Schaltung eignet sich insbesondere als Grenzwertgeber. Dies genügt zwar bei Anwendungsfällen, bei denen es nur darauf ankommt, Übertemperaturen zu vermeiden. Bei den Heiz- oder Kühlgaletten, die in der Synthesefaserindustrie verwendet werden, sind die Anforderungen aber höher: Eine bestimmte Temperatur muß dauernd genau eingehalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs angegebenen Gattung zu schaffen, die einfache und weitgehend wartungsfreie Mittel zur Zuführung der Hilfsenergie aufweist und dabei eine direkte Temperaturmessung sowie den Aufbau eines stetigen Regelkreises ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst

Gemäß Anspruch 2 wird ein vereinfachter Auloau dadurch erreicht, daß das in eine Frequenz umgewandelte Meßsignal über den gleichen Kondensator ausgekoppelt wird, über den die Hilfsenergie eingespeist wird.

Eine bevorzugte Ausführung des Meßsignalwandlers ist in Anspruch 3 angegeben.

Das Merkmal des Anspruchs 4 hat den Vorteil, daß die drei Meßwiderstände einen gemeinsamen MassepunLt haben.

Gemäß Anspruch 5 wird erreicht, daß die elektrischen Bauelemente des Oszillators und des Gleichrichters, insbesondere Halbleiterbauelemente, von der Temperatur der Galette unbeeinflußt bleiben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt

F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Regelstrecke; F i g. 2 zeigt den mechanischen Aufbau des Gerätes; F i g. 3 zeigt ein Schaltbild des Oszillators;

F i g. 4 zeigt ein Schaltbild des Gleichrichters.

In der Wand der Galette 1 sind in axialen Bohrungen, wie z. B. in dem Gebrauchsmuster 71 03 751 dargestellt, drei temperaturabhängige Widerstände R\, R2 und R) angeordnet Die Zuleitungen zu diesen Widerständen sind durch die Hohlwelle des nicht dargestellten Antriebsmotors geführt, auf der die Galette sitzt. Auf dem anderen Ende der Hohlwelle sind die mitrotierenden Teile des eigentlichen Meßsignalwandlers und -Übertragers 2 montiert, und zwar der Oszillatorteil 3, der Gleichrichter 4 und die Platte 5 des Kondensators 6, der den Übertrager bildet. Die Gegenplatte 7 des Kondensators ist stationär angeordnet und zusammen mit dem mitrotierenden Teil des Gerätes 2 von dem ebenfalls stationären Gehäuse 8 umschlossen.

Die Kondensatorplatte 7 ist durch eine Koaxialleitung 9 mit dem Auskopplungsnetzwerk 10 und dem Hochfrequenzgenerator 11 verbunden, die sich in dem gleichen Gehäu.'.e 12 befinden. Der Generator 11 arbeitet bei einer Frequenz im Hundert-MHz-Bereich. Von dem Auskopplungsnetzwerk 10 ist eine Leitung zu dem Verstärker 13 geführt. An den Verstärker kann zur direkten digitalen Anzeige des Istwertes z. B. ein Zähler 14 angeschlossen sein. Eine weitere Leitung verbindet den Verstärker 13 mit dem Regler 15, der im wesentlichen einen Digital-Analog-Wandler 16, einen Soll-Ist-Wert-Vergleicher 17 und einen Verstärker 18 mit PID-Verhalten umfaßt. Hinter dem Digital-Analog-Wandler 16 kann bei Bedarf mit dem Instrument 19 der Istwert analog abgelesen werden. Der Soll-Ist-Wert-Vergleicher 17 ist mit einem Sollwertgeber 20 verbunden. Der Verstärker 18 arbeitet auf einem kontinuierlichen Leistungssteiler 21, der den Snom für die Heizung 22 der Galette beeinflußt. Hierbei spielt es keine Rolle, ob die Heizuiig der Galette direkt durch elektrischen Strom, z. B. induktiv erfolgt, oder ob sie indirekt durch ein Heizmedium erfolgt

Gemäß Fig.2 ist das Gehäuse 8 an das nur angedeutete Motorgehäuse 23 angeflanscht Im Inneren des Gehäuses 8 befindet sich ein mit der Galette mitrotierendes System. Eine Scheibe 24 ist fest mit dem Ende der Motorwelle verbunden. Mit der Scheibe 24 ist ein becherartiges Bauteil 25 verschraubt das im Inneren einen koaxialen hohlen Zapfen 26 aufweist In dem Hohlraum des Bauteils 25 sitzt der Oszillatorteil 3, eingebettet in ein ringförmiges Gießharzteil 27. Die Schrauben 28 dienen als Anschlußklemmen für die durch die Bohrung des Zapfens 26 und der Hohlwelle des Motors 23 geführten Zuleitungen der Widerstände.

Unter Zwischenschaltung eines ringförmigen Stützkörpers 29 ist ein weiteres becherförmiges Bauteil 30 mit dem Bauteil 25 verschraubt, in dessen Hohlraum in einem Gießharzkörper 31 der Gleichrichter 4 untergebracht ist, umschlossen von einem Ring 32 aus nichtleitendem Material, z. B. Kunststoff. Auf diesem Ring ist die Kondensatorplatte 5 befestigt, die am Umfang durch einen Zwischenraum von dem Rand des Bauteils 30 getrennt ist. Die Kondensatorplatte 5 und das becherförmige Bauteil 30, das ebenso wie das Bauteil 25 und der Stützkörper 29 aus metallischem Werkstoff hergestellt ist, bilden für den Gleichrichter 4 einen Farady-Käfig, so daß störende Einstreuungen von Hochfrequenz in den Oszillator, der ebenfalls von Metallteilen umschlossen ist, vermieden werden.

Wie F i g. 3 /eigt, liegen in einer an sich bekannten Oszillatorschaltung die untereinander gleich großen Widerstände Ru R2, Ri in den Querzweigen einer als Hochpaß ausgebildeten Phasenschieberkette, deren Längszweig die Kondensatoren Ci, C2, C3 enthält, die ebenfalls untereinander gleich sind. Die Widerstände und Kondensatoren sind so bemessen, daß die Oszillatorfrequenz genügend hoch ist, um eine Übertragung über den Kondensator 6 zu ermöglichen, dessen Kapazität zwangsläufig relativ klein ist. Andererseits muß die Oszillatorfrequenz genügenden Abstand zu der Frequenz des Generators 11 haben. Im allgemeinen wird der Oszillator bei einer Frequenz zwischen 5 und 100 kHz arbeiten.

Der mit NF bezeichnete Ausgang des Oszillators ist über eine Spule 35, die zusammen mit dem Gleichrichter 4 in den Gießharzkörper 31 eingebettet ist, mit der Kondensatorplatte 5 verbunden. Durch die Spule 35 wird die Hochfrequenz vom Oszillator ferngehalten. Der Kondensator 36 verhindert, daß die Oszillatorfrequenz in den Gleichrichter 4 gelangt.

Durch die Verwendung integrierter Bauelemente ist die erfindungsgemäße Einrichtung außerordentlich einfach, betriebssicher und preisgünstig. Die Genauigkeit ist nur von der Konstanz des Oszillators abhängig. Bekanntlich liegt die Frequenzstabilität von /?C-Oszillatoren ohne besondere Maßnahmen bei 0,3%. Die Einspeisung der Hilfsenergie über den Kondensator 6 erfolgt berührungslos und ist daher weitgehend wartungsfrei und unabhängig von mechanischen Einflüssen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Beheizte oder gekühlte Galette mit mindestens einem mitrotierenden Temperaturmeßfühler und einem auf dem mitrotierenden System montierten Oszillator als Meßsignalwandler, dessen frequenzbestimmendes Glied der Temperaturmeßfühler ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator einen ebenfalls auf dem mitrotierenden System sitzenden Stromversorgungsteil aufweist, bestehend aus einem Gleichrichter (4), dessen Eingang über einen aus einer feststehenden (7) und einer mitrotierenden Platte (5) bestehenden Kondensator (6) mit dem Ausgang eines stationär angeordneten Hochfrequenzgenerators (11) gekoppelt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßfühler ein temperaturabhängiger Widerstand (R\, R₂, A3) und als Meßsignalwandler ein ÄC-Oszillator (F ί g. 3) vorgesehen ist und daß der Ausgang des ÄC-Oszillators über den gleichen Kondensator (6), der zur Einspeisung der Hochfrequent dient, mit einem stationär angeordneten Meß- und/oder Regelsystem (13,15 usw.) gekoppelt ist

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus mindestens drei untereinander gleichen temperaturabhängigen Widerständen (R., R2, Rj) die Phasenschieberkette eines ÄC-Phasenschieberoszillators (F i g. 3) aufgebaut ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschieberkette als Hochpaß ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß — abgesehen von den Meßfühlern mit ihren Zuleitungen — der Meßsignalwandler mit dem Gleichrichter an dem der Galette (1) abgewandten Ende der Antriebswelle montiert ist.