DE2526969B2 - Vorrichtung zum ueberwachen des laufes fadenfoermiger gebilde insbesondere an textilmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung begeht sich auf eine Vorrichtung zum Überwachen des Laufes fadenförmige:· Gebilde, insbesondere an Textilmaschinen, mit einem von, laufenden Faden zu Schwingungen anregbaren mechanoeiektrisehen Wandlersystem, weiches einen Biegeschwinger umfaßt und iintei Zwischenschaltung eines schwingungsabsorbierenden. weichelastischen Materials ar, einem festen Träger (Gehäuse) gelagert is·.

Eine derartige Vorrichtung is; aus der DT-OS 2'i '33 586 bckann'.. Diese Vorrichtung w-.ms; ein Wandlcrelement auf, das nur einen Bruchteil de Masse des '\btastorgans hat. Außerdem stehen das Wandlerelenient und das Abiastorgan in direktem scnwmgungsieitendem Kontakt miteinander und das Abtastorgan is; durch eine elastische Masse an einem starren Träger gehaltert. Hierdurch ist es möglich, daß der auf das Wandlersystem auftreffende Körperschall ein Störsignal hervorruft. Dies bedeutet, daß das Verhältnis zwischen dem vom Fadenlauf herrührenden Nutzsignal und dem Störsignal klein ist.

Ein piezoelektrischer Fadenwächter ist in der CH-PS 40 073 dargestellt und beschrieben. Dabei besieht das Wandlerelement aus einem rechteckigen »Piezokristallplättchen«. das an seinen beiden schmalen Kanten in elastischen Halterungen gelagert ist und somit als zweiseitig eingespannter Biegeschwinger arbeitet. Das stabförmige Abtastorgan ist zur Erzielung einer möglichst hohen Schwingungsdämpfung ebenfalls in einer elastischen Halterung gelagert, eine soiche Schwingungsdämpfung ist insbesondere bei Systemen mit niedriger Resonanzfrequenz vorteilhaft, um die für einen Fadenwächter erwünschten kurzen Ansprechzeit S ten zu erhalten.

Ein anderes piezoelektrisches Wandlersystem, das im Schütten einer Webmaschine angeordnet ist, um den von der Schußspule ablaufenden Faden zu überwachen, ist aus der US-PS 34 67 149 bekannt. Dieses Wandlersystern weist ein an einem Ende gelagertes L-förmiges Abtastorgan auf, das mit einem stabförmige!!, nahe seinen beiden Enden gelagerten piezoelektrischen Wandierelement über ein Zwischenglied schwingungsmäßig gekoppelt ist. Das Abtastorgan wird durch den :5 laufenden Faden zu Resonanzschwingungen angeregt, die über das Zwischenglied auf die Mitte des Wandlerelements übertragen werden. Das ganze Wandlersysteiii wird von einem Grundkörper getragen, der seinerseits im Schulzen mittels einer Gummilagerung montiert ist, die das Wandlersystem gegen im Schützen auftretende Schwingungen isoliert. Dieses bekannte Wandlersystem arbeitet ebenfalls mit einem zweiseitig eingespannten Biegeschwinger als Wandierelement.

Bei diesen bekannten piezoelektrischen Wandiersystemen sind elastische Organe einmal zur Lagerung ües Wandlersystem·- oder des W'andlerelements und weiser als Kopplungsglieder zur Übertragung der vom 1-aUen angeregten Schwingungen eines Abtastorgans aui üas Wandlerelement vorgesehen. Ein solches Kopplungsglied wirkt bei der Bildung des Nut/signais sowohi schwingungsübertragcnd als auch schwingungsdämpl'end. Das Lagerungsorgan bewirk; ebenfalls eine Dämpfung des Nutzsignals, aber auch cmc Lmtcrdrükkung der Übertragung von Körperschall und Stoßen au; das Wandlersystem.

Nun ist zwar eine bestimmte Dämpfung erforderlich

um das den Fadenlauf anzeigende Nutzsignal im t-;si;e eines Fadenbruchs schnell zum Abklingen zu br'ngcn.

Wenn jedoch das Wandlersystem eine relativ iioiic Grundfrequenz hat und das Wandierelement bereit> von sich aus, d. h. durch seine innere Reibung, genügend stark gedämpft ist. kann durch die dümpfenaen Giiedei eine unerwünscht starke Verringerung des NutzsignaU.

eintreten.

Beidseitig eingespannte.als Biegeschwinger arbeitende Wandlerelemente haben eine hohe Biegesteifigkeit; sie benötigen demgemäß zur Anregung relativ hohe Kräfte und haben eine relativ hohe Grundfrequenz in· Vergleich mit einen! als Biegeschwinger arbeitender, einseitig eingespannten Wandlerclement gleicher abmessungen. Infolgedessen liefert ein zweiseitig eingespanntes piezoelektrisches Wandierelement ein reiativ niedriges Nut/signai bei Anregung durch einen laufenden Faden.

Wenn das Wandierelement selbst mittels elastischer Lagerungsorgane montiert ist, wird dadurch das Auftreten unerwünschter Nebenschwingungen — außer der erwünschten Grundfrequenz der Biegeschwingung — begünstigt. Auch solche Nebenschwingungen führen zu einer Verringerung ties Nut/signals.

Wenn nun die mechanoelektrische Empfindlichkeit des Wandlersystems durch konstruktive Maßnahmen gesteigen werden soll, bedeutet dies normalerweise nicht nur eine Erhöhung des Nutzsignals, d. h, im vorliegenden Falle des Fadenlaufsignals, sondern auch der unerwünschten, von Störquellen herrührenden Störsignale. Als solche Quellen kommen in Textilbetrie-

pen vor allem der aus der Umgebung einfallende Luftschall und der durch die Halterung des Wandlersystems auf dieses übertragene Körperschall in Frage. Luftschall wird beispielsweise erzeugt von der eigenen Maschine. Ventilatoren, Preßluftgeräten und anderen S Maschinen, wähend der störende Körperschall hauptsächlich in der eigenen Maschine, an der das Wandlersystem montiert ist, entsteht. Vor allem der in einem breiten Frequenzbereich auftretende Luftschall, der von Preßluftgeräten bei der üblichen Reinigung der Maschinen erzeugt wird, ist schwer zu beherrschen.

Die Autgabe der Erfindung besteht demgemäß dann, eine Überwachungsvorrichtung zu schaffen, die aufgrund besonderer konstruktiver Maßnahmen ein hohes Nutzsignal bei weitgehender Unterdrückung der Wirkung der Störquellen liefert, die also einen großen Störabstand ergibt. Dieses Ziel kann erreicht werden. Venn man das Wandlersystem so aufbaut, daß es einen f-reihensgrad der Schwingung hat und möglichst nur m tiner bestimmten Grundfrequenz anregbar ist, die somit ic leicht in einen Frequenzbereich gelegt werden kann, m «lern die Wirkung aerSiörquellen gering ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nut oen im Ansprucn 1 angegebenen Mitteln.

Durch den vom weieheiastischen Material umgebe- i^r iien starren Körper wird erreicht, daß au! den Träecr (Gehäuse) autueilende Vibrationen und Stöße absorbiert und vom eigentlichen Wandlersystem ferngehalten "werden.

Vorzugsweise steht die Grundfrequenz des Wandler· 3c Systems in einem nicht ganzzahl'gen Verhältnis zu der Grundfrequenz üesSc'riwinguiigs.ivjvems, welches durch die vereinten Massen des starren Körpers und des daran montierten Wandlersysiems und dm cn die- I ederkiah des den starren Körper tragenden weieneiastisehen Materials gebiloei wird.

Durch das scnwingungsabsorbierende weichelastisehe Lagermaienai wird Körperschall, uer über den ar, eier 1 extümaschine angeordneten festen 1 rager zugeleitet wird, wcitgenend absorbiert. Sollte dennoch emc 4.., geringe Anregung der Grundfrequetv. des genannten, den starren K01 per umfassenden Schwingungssystems eintreten, so wird diese beim angegebenen Frequenzverhältnis keine Anregung der Resonanz des Wandiersystems bewirken. Ais scliw ingungsaoso: bierende.s. wcichüiitsiiscnes u-agermatenai kann poröser Gummi. wie Moosgummi oder Schaumgummi, gewann wercien. Das Wandlerelement kann selbsttragend, beispielsweise ais piezoelektrisches piaitentörmiges Lie.me.nt. ausgebildet sein Das W andierelemeT, kann jedoch auch mit 5c einem selbsttragenden mechanischen Scnuingungsc'cmt:nt verbunden sein, welches im »vesumiiciien die Gruncilrequenz des Wandlersystems bestimmt und in diesem Falle ais nicht selbsttragender tlacher korper an dem mechanischen .Schwingungselement angeordnet sein, wie dies anhand der Ausführungsbeispiele noch erläutert werden soll.

Was die Größe der zu bestimmenden Resonanzfrequenz des Wandlersyslems betrifft, so kann diese in einen von .Störeinflüssen möglichst freien Frcquenz.bereich gelegt werden. Tritt z. B. Lullschall im wesentlichen oberhalb 5 kHz auf. und umfaßt der Korperschall im wesentlichen Komponenten unterhalb 1 kHz. so wählt man zweckmäßig die genannte Resonanzfrequenz im Bereich zwischen i und 5 kHz, z. B. etwa 3 kHz

Fs läßt sich in jedem Fall erreichen, daß die ResonanzfreQucnz des den starren Körper und das weichelastische Lagermaterial umfassenden Systems sehr viel tiefer als die genannte Resonanzfrequenz des Wcndiersystems liegt, z. B. dadurch, daß die Masse des starren Körpers größer als die des Wandlersystems und die vom Lagermaterial ausgeübte Federkraft sehr viel geringer ais die dem Biegeschwinger innewohnende Federkraft gewählt wird.

Weiterhin kann gemäß einer Weiterbildung vorgesehen sein, daß das Wandlersystem einen flachen Feoerarm und ein flach ausgebildetes, an seiner einen Fläche an dem Federarm befestigtes Wandlerelement umfaßt, wobei das eine Ende des Federarms am starren Körper gehalten ist und sein freies Ende in Kontakt mit dem Faden steht. Hierbei ist es vorteilhaft, daß am freien Ende des Federarms eine Fadenführung vorgesehen ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen durch einige Ausfuhrunesbeispiele erläutert. Es zeig;

Fig. 1 eilten Tastkop' ep.es Fauen ^ achurs. eier /ur Abtastung eines einzelnen Fadens bestimmt ist in Frontansicht.

F i ü. 2 eine Ansicht mit Schnitt durch don I rager (Gehäuse* des Tastkoples gemäß dei Linie 11-1 i uer I ig. 1.

F 1 g. i einen für die gleichzeitige Abtastung von wer Faden bestimmten Tastkopf mit tenw eise weggebro.neuer Trager^Gehäuse-)wand. m Frontansicht und

F 11:. 4 eine Ansicht auf das Ende tiiese.i ■ astkopies im Schnitt gemäß der Linie IV-IV der F 1 g. J.

Gemäß F1 g. 1 und 2 umlaßt der Tastkopf I einen Träger (Gehäuse) 2, der aus zwei Teiien 3 und .J gleicher Form besteht, die durch /wei Schrauben 8 zusammengehalten werden. Das im Gehäuse 2 angeordnete Wandlersystem besieh¹, aus einem piezoelektrischen Biegeschwinger 4 und einem iest mit diese:]; \erbumienen, vorzugsweise verkitteten. Reibki-ipe: 5 aus einem Matenai großer Übei uac.'ienhäne. Lk-τ tSiegescinwnger 4 (W audiereicment) kann als sogenanntes Bimorpiieiemeni aus zwei sich Jeckendci' .Me/oeieKinsCner; l'lattcnen mn drei Eieki: ,-.den. namiicn einer an ihrer Zwischentiiiche und zweien an den iteier. '"uibenllacnen. in bekannter Weise aiügeoaui sein. :>\c t-adeni.iuinchu:ng is: ir. i- ; g. 1 senkrecht /ur /.eic-inungseben-: und :r, F i jj .~ /mn Beispiel vor. :;riks nacn reeius über der Reibkörper ■· erlaiiteiKi /v ^.lenker, v\ egei: ac· testen Vernsiuiung. der i'ei'e 4 unc 5 niueinanucr bildet das W^-;i.!n.i!Cvs\sti.-in eine;; eü.:;er,iich us biege· sciuwngenden Korper.

l· it. J /¹CIgI das V\ aiv-i'c; \ystem -nv ,Ansicht ati! dit scbiTia'.L Seite des Wainiicreiomen¹^ 4. Die iJiCKe dieses Vv cinO:.:iclcirs.-nts ist ue: Deutlichki:ü \-. eye;: grober aido .',,.,'Ti'! -Vbmessuneen entspi't.-v TCPi-i dargesieüt. In i ι u : '■:'. die volle Liuigsausochniing '.ics Rcbkorpcrs 5 /ti ei'Kcnn.::. welcher sich -ninoesicns über ;:.e ganze obere Kanu des Wandlereicments 4 c-rsireck;. Wie aus Fig 2 'nervorgeht, ist da,- Wandlerelement 4 mit seiner unteren Kante in einen starren Körper 6 eingelassen. der vorzugsweise aus einem Material hoher Dichte, wie Messing, besteht. Die Verbindung zwischen dem starren Körper 6 und dem Wandle! dement 5 ist starr und kann durch Verkitten hergestellt sein. Besteht der starre Körper 6 aus elektrisch, leitendem Material wie Metall, so muß zur Vermeidung eines Kurzschlusses für ausreichende Isolation der nicht dargestellten Elektroden des Wandlerelements 4 gegenüber dem starren Körper 6 gesorgt werden. Die Masse des starren Korpers 6 kann mindestens fünfmal so groß wie die Masse des aus Wandlerclemenl 4 und Reibkörper 5

begehenden Wandlersystems sein.'jedoch hängt das Massenverhältnis von der gewählten Grundfrequenz de« Wandlersystems und von der gewünschten Größe de¹· Störabstandes ab. An sich kann der starre Körper 6 auch aus einem Material geringerer Dichte bestehen. doch ist es im Interesse einer raumsparenden Konstruk- ;ion des Tastkopfes vorteilhaft, ein Material hoher Dichte zu wählen.

Gemäß F i g. 2 ist der starre Körper 6 im Innern des Gehäuses 2 unter Zwischenschaltung eines weichen Lagerkörpers 7. der beispielsweise aus Moosgummi besteht, montiert. Durch diesen Lagerkörper 7 werden störende Maschinenvibrationen, die über die nicht dargestellte Halterung des Tasikopfes am Gestell der Maschine auf den Tastkopf übertragen werden. gedämpft und damit vom starren Körper 6 und dem Wandlerelemenr 4 ferngehalten. Die Teile 3 und 3' des Gehäuses 2 sind an dessen Oberseite bis auf je einen schmalen Spalt beiderseits des Reibkörpers 5 an dieses herangezogen, um das empfindliche Wandlerelement 4 gegen Verstaubung, Feuchtigkeit und direkte chemische und mechanische Einwirkungen von außen zu schützen.

1 'πι einen noch besseren Schutz des Wandlerelements 4 /11 erzielen, und falls eine gewisse zusätzliche Dämpfung tragbar ist. kann der freie Raum innerhalb des Gehäuses

2 mit einem elastischen Dichtungsmaterial 9 ausgefüllt sein.

Durch die «.-tarre Verbindung zwischen dem Wandlerelement 4 und dem starren Körper 6 wird gewährleistet. daß das Wandlerelement 4 bei Anregung des Reibkörpcrs 5 durch einen laufenden Faden eine klar definierte Biegeschwingung in seiner Grundfrequenz. wobei der Schwingungsknoten in der Einspannünie am barren Körper 6 liegt, ausführen Wm-rt. l->fp.it-e der großen träger M:<s<:e de« starren Körper« *» ur>d s?es?ehenen^falls ai'rh yvf<??n rW Reflexion der .Sohw'Psrünsren an der G'ci'/'liinhf "tischen Wandlcrelemfnt Λ und 'tarrem K"rr>!^r ρ; M,jr(H Schwins'uicsenerr'ie oberhalb eⁱⁿer be^'T^ii^cri F*-?ni]cnz nitr i° ^ορπέτοτ. Maße nuf d^firi starrer· Körner 6 übertragen, so daß Fnergieverluste ■.■ermieden werden und das Wandler^vstem mit hoher F'Tipfindl'chkei! arbeite! Bei einem solchen Aufbau if^rsen sich Taf kopfe mi: Abmessungen in einem für die F^rVj-JiPiJ .in/H Hj_e Verwendung Eri'!n^cti2en mittleren Bereich konstruieren, deren Wandlersystem eine im gewün^chten ^ctöri!ngsarmen Kilohertzbereich liegende G'undfr?queP7 hat.

Die in F i g. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform eines Vierfachtastkopfes 10 zeichnet sich durch eine besonders geringe Empfindlichkeit des Wandlersystems gegen direkte mechanische Stöße und Körperschall aus. Gemäß Fig. 3 sind vier voneinander getrennte Wandlersysteme 11, 13, 14, 15 in einem gemeinsamen langgestreckten Gehäuse 12 nebeneinander angeordnet. Jedes Wandlersystem 11, 13, 14, 15 umfaßt ein Wandlerelement 13 und ein Abtastorgan, das aus einem geraden Federarm 14 und einem an dessen freiem Ende angeordneten Fadenführer 15 in Gestalt einer ringförmigen öse aus hartem Material besteht, die fest in den Federarm 14 eingesetzt ist. Im Innern des Gehäuses 12 ist ein einziger starrer Körper 16 angeordnet, mit welchem die unteren Enden der vier Federarme 14 fest verbunden sind, beispielsweise durch Verschweißen. Innerhalb de* Gehäuses 12 ist an einer der flachen Seiten eines jeden Federarms 14 ein Wandlerelement 13 ohne dämpfende Zwischenlage angeordnet, mi daß e« den Schwingungendes Federarms 14 ohne Dämpfungsverlust folgen kann. Der schwere starre Körner 16 ist in zwei schwingungsabsorbierenden, we^;ehe!;!stis<-her· Lagerkörpern 17 und 18, die sich über die »nn/e La ige des Gehäuses 12 erstrecken, gelagert. Seitlich ist der starre Körper 16 gemäß F i g. 3 durch ebenfalls weiche Lagerkörper 19 gegen das Gehäuse 12 schwirigungsdämpfcnd isoliert und gehaltert.

Das Gehäuse 12 is' in seinem äußeren ' '"iriR gemäß F i g. 3 rechteckig, im Querschnitt pr-mHß F i g. ^ά annähernd quadratisch. Es besteht ims einer im Querschnitt L-förmigcn vorderen Gehätneschitle 20 und einer ebenfalls L-förrnigen hinteren Gr-^usesehalc 21, die durch drei Schrauben 8 miteinander verbunden sin«! Die Enden des Gehäuses sind durch Fndwä'nde 22 unH 23 abgeschlossen, die durch nicht riirve^e¹!·.^ Schrauben an den Gehäuseteiien 20, 21 befestigt «ein können Man kann diesen Tastkopf zur ! 'ntfrdruckung der Einwirkung von Luftschall auch so -v.ishilden. daß die Federarme 14 gerade so we'· au* Hc-¹I Gehäuse 12 herausragen, daß praktisch ⁿur Hio Fadenführer 15 freiliegen.

Der Unterschied de· hellen :r> ien F'eure η dargestellten und oben hi^^hr-rhprm T-r-il.r.pfe bezüglich des Aufbaus der Wnnd'er-yvcrpc ''H^Tt d'.'.rin. daß gemäß dem ersten Rris-njel ein fr-ni<»-_:lrr>nr!ei Wandler element 4 und ein e'nsiü^ki^e* dirc¹" jt Wandlerelement befestigtes AM;"'"^^ >r> Gcs'n'» des Reibkörpers 5 vorgesehen i«t -vrihrenH beim zweiten Beispiel das VVnndlero'e^ent 13 n'ch' ffTif^gond zu sein brauch' und das Abta'-'^rr-in 'weistück'ij ist Ha es a<:>Hern rela'iv langen ^p'?dera^r"i 14 'ird dem ein:'::" befestigten Fadenführer 15 be^'rh⁴. Dcmr-eniiiß w ird die Grundfrequenz des W;inH!r*w<;tfTi<; beim ersten neisriiei hauptsächlich mij".-'·! iIüs f:-t.v"-:^jL-ende Wand'er-Hement 4. im zweiten Beispie! hauptsächlich H;;rch den FeHer;irm 14 bestimm' Dementsprechend i^t L^r?riäß dem ersten Beispiel das Wandlere'ement 4 .1 rek' am ttjren Körpc 6 befesti?!. während beir:~ zweiten Beispiel der Federarn" 14 mi' "lern tt.T-er. Körper 16 ve^rbunden ist.

Gemäß Fig 1 und 2 Kt ein ^e/oelektrisches Bimorphclement als Wandlerelemenr vorgesehen. Als weitere Wandierelememe kommen solche mit druck- bzw. spannungsempfindlichem elektrischem Widerstand in Frage, inibesondere piez.oresistive. wie Dehnungsmeßstreifen aus Halbleitermaterial, ferner Elektretelemente und andere kapazitive Wandlerelemente der Art, wie sie in sogenannten Kondensatormikrofonen und -lautsprechern verwendet werden. Insbesondere können Wandlerelemente in Form verhältnismäßig dünner, nicht selbsstragender Schichten oder Filme an einer oder 3n beiden Seiten eines flachen schwingungsfähigen Trägers angeordnet sein. Dies gilt beispielsweise für das Wandlersystem der F i g. 3 und 4, wo das Wandlerelement 13 an einer Fläche des Federarms 14 befestigt ist. Es können in diesem Fall selbstverständlich auch piezoelektrische flache Wandlerelemente an der einen oder an beiden der Flächen des Federarms 14 vorgesehen sein. Daraus folgt, daß hinsichtlich der Art und des Aufbaus des Wandlersystems weitgehende Freiheit besteht die eine konstruktive Anpassung der Tastköpfe an die verschiedensten Verwendungsarten möglich macht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Überwachen des Laufes fadenförmiger Gebilde, insbesondere an Textilmaschinen, mit einem vom laufenden Faden zu Schwingungen anregbaren mechanoelektrischen Wandlersystem, welches einen Biegeschwinger umfaßt und unter Zwischenschaltung ein.-s schwingungsabsorbierenden, weichelastischen Materials an einem festen Träger (Gehäuse) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das weichelastische Material (7; 17-19) einen starren Körper (6, 16) umgibt, an welchem da- eine End? des Biegeschwingers (4, 14) starr befestigt ist, während dessen anderes, freies Ende vom längsbewegten Faden anregbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfrequenz des den Biegeschwinger (4, 14) enthaltenden Wandlersystems (4, 5; 11, 13, 14, 15) in einem nicht ganzzahligen Verhältnis zur Grundfrequenz des durch den starren Körper (6, 16), das Wandlersystem (4, 5; 11, 13, 14, 15) und das weichelastische Lagermaterial (7; 17 — 19) gebildeten Schwingungssystems steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlersystem (11, 13, 14, 15) einen flachen Federann (14) und ein flach ausgebildetes, an seiner einen Fläche an dem Federarm (14) befestigtes Wandlerelement (13) umfaßt, wobei das eine Ende des Federarms (14) am starren Körper (16) gehalten ist und sein freies Ende in Kontakt mit dem Faden steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende des Federarms (14) eine Fadenführung (15) vorgesehen ist.