DE2526969C3 - Vorrichtung zum überwachen des Laufes fadenförmiger Gebilde insbesondere an Textilmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine 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 eines schwingungsabsorbierenden, weichelastischen Materials an einem festen Träger (Gehäuse) gelagert ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DT-OS 53 586 bekannt. Diese Vorrichtung weist ein Wandlerelement auf, das nur einen Bruchteil der Masse des Abtastorgans hat. Außerdem stehen das Wandlerelement und das Abtastorgan in direktem schwingungsleitendem Kontakt miteinander und das Abtastorgan ist 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 besteht das Wandlerelement aus einem rechteckigen »Piezokristallplättchen«, das an seinen beiden schmalen Kanten in elastischen Halterungen gelagert ist und somit als zweiseilig eingespannter Biegeschwinger arbeitet. Das stabförmige Abtastorgan ist zur Erzielung einer möglichst hohen Schwingungsdämpfung ebenfalls in einer elastischen Halterung gelagert Eine solche Schwingungsdämpfung ist insbesondere bei Systemen mit niedriger Resonanzfrequenz vorteilhaft um die for einen Fadenwächter erwünschten kurzen Ansprechzetten zu erhalten.

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

Bei diesen bekannten piezoelektrischen Wandlersystemen sind elastische Organe einmal zur Lagerung des Wandlersystems oder des Wandlerelements und weiter als Kopplungsglieder zur Übertragung der vom Faden angeregten Schwingungen eines Abtastorgans auf das Wandlerelement vorgesehen. Ein solches Kopplungsglied wirkt bei der Bildung des Nutzsignals sowohl schwingungsübertragend als auch schwingungsdämpfend. Das Lagerungsorgan bewirkt ebenfalls "ine Dämpfung des Nutzsignals, aber auch eine Unterdrük-

kung der Übertragung von Körperschall und Stoßen auf das Wandlersystem.

Nun ist zwar eine bestimmte Dämpfung erforderlich, um das den Fadenlauf anzeigende Nutzsignal im Falle eines Fadenbruchs schnell zum Abklingen zu bringen.

Wenn jedoch das Wandlersystem eine relativ hohe Grundfrequenz hat und das Wandlerelement bereits von sich aus, d. h. durch seine innere Reibung, genügend stark gedampft ist, kann durch die dämpfenden Glieder eine unerwünscht starke Verringerung des Nutzsignals 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 im Vergleich mit einem als Biegeschwinger arbeitenden, einseitig eingespannten Wandlerelement gleicher Abmessungen. Infolgedessen Hefen ein zweiseitig eingespanntes piezoelektrisches Wandlerelement ein relativ niedriges Nutzsignal bei Anregung durch einen laufenden Faden.

Wenn das Wandlerelement 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 des Nutzsignals.

Wenn nun die mechanoelektrische Empfindlichkeit des Wandlersystems durch konstruktive Maßnahmen gesteigert 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-

ben 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, Preßluitgeräten und anderen Maschinen, wähend der störende Körperschall hauptsächlich in der eigenen Maschine, an der das Wandlersystem montiert ist, entsteht Vor alk m der in einem breiten Frequenzbereich auftretende Luftschall, der vo!* Preßluftgeräten bei der üblichen Reinigung der Maschinen erzeugt wird, ist schwer zu beherrschen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, eine Überwachungsvorrichtung zu schaffen, die aufgrund besonderer konstruktiver Maßnahmen ein hohes Nutzsignal bei weitgehender Unterdrückung der Wir- ις kung der Störquellen liefert, die also einen großen Störabstand ergibt Dieses Ziel kann erreicht werden, wenn man das Wandlersystem so aufbaut, daß es einen Freiheitsgrad der Schwingung hat und möglichst nur in einer bestimmten Grundfrequenz anregbar ist, die somit ϊο leicht in einen Frequenzbereich gelegt werden kann, in dem die Wirkung der Störquellen gering ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln.

Durch den vom weichelastischen Material umgebenen starren Körper wird erreicht, daß auf den Träger (Gehäuse) auftreffende Vibrationen und Stöße absorbiert und vom eigentlichen Wandlersystem ferngehalten werden.

Vorzugsweise steht die Grundfrequenz des Wandler-Systems in einem nicht ganzzahligen Verhältnis zu der Grundfrequenz des Schwingungssystems, welches durch die vereinten Massen des starren Körpers und des daran montierten Wandlersystems und durch die Federkraft des den starren Körper tragenden weichelastischen Materials gebildet wird.

Durch das schwingungsabsorbierende weichelastische Lagermaterial wird Körperschall, der über den an der Textilmaschine angeordneten festen Träger zugeleitet wird, weitgehend absorbiert. Sollte dennoch eine geringe Anregung der Grundfrequenz des genannten, den starren Körper umfassenden Schwingungssystems eintreten, so wird diese beim angegebenen Frequenzverhältnis keine Anregung der Resonanz des Wandlersystems bewirken. Als schwingungsabsorbierendes, weichelastisches Lagermaterial kann poröser Gummi, wie Moosgummi oder Schaumgummi, gewählt werden. Das Wandlerelement kann selbsttragend, beispielsweise als piezoelektrisches plattenförmiges Element, ausgebildet sein. Das Wandlerelement kann jedoch auch mit einem selbsttragenden mechanischen Schwingungselement verbunden sein, welches im wesentlichen die Grundfrequenz des Wandlersystems bestimmt, und in diesem Falle als nicht selbsttragender flacher Körper an dem mechanischen Schwingungselement angeordnet sein, wie dies anhand der Ausführungsbeispiele noch erläutert werden soll.

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

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

Weiterhin kann gemäß einer Weiterbildung vorgesehen sein, daß das Wandlersystem einen flachen Federarm und ein flach ausgebildetes, an feiner einen Fläche an dem Federarm befestigtes Wandlerelement umfaßt, wobei das eine Ende des Federarms am starren Körper gehaltert 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 Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Tastkopf eines Fadenwächters, der zur Abtastung eines einzelnen Fadens bestimmt ist in Frontansicht

Fig. 2 eine Ansicht mit Schnitt durch den Träger (Gehäuse) des Tastkopfes gemäß der Linie Il II der Fig. 1.

F i g. 3 einen für die gleichzeitige Abtastung von vier Fäden bestimmten Tastkopf mit teilweise weggebrochener Träger-(Gehäuse-)wand, in Frontansicht und

F i g. 4 eine Ansicht auf das Ende dieses Tastkopfes im Schnitt gemäß der Linie IV-IV der F i g. 3.

Gemäß Fig. 1 und 2 umfaßt der Tastkopf 1 einen Träger (Gehäuse) 2, der aus zwei Teilen 3 und 3' gleicher Form besteht die durch zwei Schrauben 8 zusammengehalten werden. Das im Gehäuse 2 angeordnete Wandlersystem besteht aus einem piezoelektrischen Biegeschwinger 4 und einem fest mit diesem verbundenen, vorzugsweise verkitteten. Reibkörper 5 aus einem Material großer Oberflächenhärte. Der Biegeschwinger 4 (Wandlerelement) kann als sogenanntes Bimorphelement aus zwei sich deckenden piezoelektrischen Plättchen mit drei Elektroden, nämlich einer an ihrer Zwischenfläche und zweien an den freien Außenflächen, in bekannter Weise aufgebaut sein. Die Fadenlaufrichtung ist in Fi g. 1 senkrecht zur Zeichnungsebene und in F i g. 2 zum Beispiel von links nach rechts über den Reibkörper verlaufend zu denken. Wegen der festen Verbindung der Teile 4 und 5 miteinander bildet das Wandlersystem einen einheitlich als Bieger schwingenden Körper.

F i g. 2 zeigt das Wandlersystem mit Ansicht auf die schmale Seite des Wandlerelements 4. Die Dicke dieses Wandlerelements ist der Deutlichkeit wegen größer ab den wahren Abmessungen entsprechend dargestellt. In F i g. 1 ist die volle Längsausdehnung des Reibkörpers 5 zu erkennen, welcher sich mindestens über die ganze obere Kante des Wandlerelements 4 erstreckt. Wie aus F i g. 2 hervorgeht ist das 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 Wandlerelement 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 Körpers 6 kann mindestens fünfmal so groß wie die Masse des aus Wandlerelement 4 und Reibkörper 5

bestehenden Wandlersystems sein, jedoch hängt das Massenverhältnis von der gewählten Grundfrequenz des Wandlersystems und von der gewünschten Größe des Störabstandes ab. An sich kann der starre Körper 6 auch aus einem Material geringerer Dichte bestehen, doch ist es im Interesse einer raumsparenden Konstruktion 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 Tastkopfes am Gestell der Maschine auf den Tastkopf übertragen werden, gedämpft und damit vom starren Körper 6 und dem Wandlerelement 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. Um einen noch besseren Schutz des Wandlerelements 4 zu 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 starre Verbindung zwischen dem Wandlerelement 4 und dem starren Körper 6 wird gewährleistet, daß das Wandlerelement 4 bei Anregung des Reibkörpers 5 durch einen laufenden Faden eine klar definierte Biegeschwingung in seiner Grundfrequenz, wobei der Schwingungsknoten in der Einspannlinie am starren Körper 6 liegt, ausführen kann. Infolge der großen tragen Masse des starren Körpers 6 und gegebenenfalls auch v/egen der Reflexion der Schwingungen an der Grenzfläche zwischen Wandlerelement 4 und starrem Körper 6 wird Schwingungsenergie oberhalb einer bestimmten Frequenz nur in geringem Maße auf den starren Körper 6 übertragen, so daß Energieverluste vermieden werden und das Wandlersystem mit hoher Empfindlichkeit arbeitet Bei einem solchen Aufbau lassen sich Tastköpfe mit Abmessungen in einem für die Fertigung und die Verwendung günstigen mittleren Bereich konstruieren, deren Wandlersystem eine im gewünschten störungsarmen Kilohertzbereich liegende Grundfrequenz 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 F i g. 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 SS Wandlerelement 13 and ein Abtastorgan, das aus einem geraden Federarm 14 and einem an dessen freiem Ende angeordneten Fadenführer 15 in Gestalt einer ringförmigen Öse ans harten Material besteht, die fest in den Federaim 14 eingesetzt ist. ta Innern des Gehäuses 12 ist ein einziger starrer Körper 16 angeordnet, mit "Welchem die unteren Enden der vier Federanne 14 fest verbanden skid, beispielsweise durch Verschweißen. Innerhalb des Gehäuses 12 ist an einer der flachen

.13 «5 ohne dämpfende Zwischenlage angeordnet, so daß es den Schwingungen des Federarms 14 ohne Dämpfungsverlust folgen kann. Der schwere starre Körper 16 ist in zwei schwingungsabsorbierenden, weichelastischen Lagerkörpern 17 und 18, die sich über die ganze Länge 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 schwingungsdämpfend isoliert und gehaltert.

Das Gehäuse 12 ist in seinem äußeren Umriß gemäß F i g. 3 rechteckig, im Querschnitt gemäß F i g. 4 annähernd quadratisch. Es besteht aus einer im Querschnitt L-förmigen vorderen Gehäuseschale 20 und einer ebenfalls L-förmigen hinteren Gehäuseschale 21, die durch drei Schrauben 8 miteinander verbunden sind. Die Enden des Gehäuses sind durch Endwände 22 und 23 abgeschlossen, die durch nicht dargestellte Schrauben an den Gehäuseteilen 20, 21 befestigt sein können. Man kann diesen Tastkopf zur Unterdrückung der Einwirkung von Luftschall auch so ausbilden, daß die Federarme 14 gerade so weit aus dem Gehäuse 12 herausragen, daß praktisch nur die Fadenführer 15 freiliegen.

Der Unterschied der beiden in den Figuren dargestellten und oben beschriebenen Tastköpfe bezüglich des Aufbaus der Wandlersysteme liegt darin, daß gemäß dem ersten Beispiel ein freitragendes Wandlerelement 4 und ein einstückiges, direkt am Wandlerelement befestigtes Abtastorgan in Gestalt des Reibkörpers 5 vorgesehen ist, während beim zweiten Beispiel das Wandlerelement 13 nicht freitragend zu sein braucht und das Abtastorgan zweistückig ist da es aus dem relativ langen Federarm 14 und dem daran befestigten Fadenführer 15 besteht. Demgemäß wird die Grundfrequenz des Wandlersystems beim ersten Beispiel hauptsächlich durch das freitragende Wandlerelement 4, im zweiten Beispiel hauptsächlich durch den Federarm 14 bestimmt Dementsprechend ist gemäß dem ersten Beispiel das Wandlerelement 4 direkt am starren Körper 6 befestigt während beim zweiten Beispiel der Federarm 14 mit dem starren Körper 16 verbunden ist.

Gemäß F i g. 1 und 2 ist ein piezoelektrisches Bimorphelement als Wandlerelement vorgesehen. Als weitere Wandlerelemente kommen solche mit druck- bzw. spannungsempfindlichem elektrischem Widerstand in Frage, insbesondere piezoresistive, 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 an beiden Seiten eines flachen schwingungsfähigen Trägers angeordnet sein. Dies gilt beispielsweise für das Wandlersystem der Fi 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 eisen oder aa beiden der Flächen de: Federarms 14 vorgesehen sein. Daraus folgt, da£ hinsichtlich der Art und des Aufbaus des Wandlersystems weitgehende Freiheit besteht, die eine koostrukti ve Anpassung der Tastköpfe aa die verschiedenster Verwendungsarten mögSch macht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Oberwachen des Laufes fadenförmiger Gebilde, insbesondere an Textilmaschinen, mit einem vom laufenden Faden zu Schwingungen anregbaren mechanoelektrischen Wandlersystem, welches einen Biegeschwinger umfaßt und unter Zwischenschaltung eines 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 das eine Ende des Biegeschwingers (4, 14) starr befestigt ist, während dessen anderes, freies Ende vom längsbewegten Faden anregbar ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenazeichnet, daß die Grundfrequenz des den Biegeschwinger (4, t4) 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 Federarm (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) gehaltert ist und sein freies Ende in Kontakt mit dem Faden steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende des Federarms (14) eine Fadenführung (15) vorgesehen ist.