DE2535209A1

DE2535209A1 - Fadenkraftmessgeraet

Info

Publication number: DE2535209A1
Application number: DE19752535209
Authority: DE
Inventors: Erhard Lehle
Original assignee: Dienes Honeywell Holding GmbH
Current assignee: Dienes Honeywell Holding GmbH
Priority date: 1975-08-07
Filing date: 1975-08-07
Publication date: 1977-06-23

Description

Fadenkraftmeßgerät
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fadenkraftmeßgerät, bei dem die Rückstellkraft eines zwischen zwei Umlenkstiften ausgelenkten Fadens gemessen wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fadenkraftmeßgerät der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die gemessene Fadenkraft jeweils an einem entfernten Ort der Datenerfassung abgefragt werden kann, wobei diese Abtragung vorzugsweise in periodischen Zeitabständen vorgenommen werden soll.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. Insbesondere ist in den pnteransprüchen eine Geometrie der Meßanordnung beschrieben, die bei Verwendung von Gleitreibung erzeugenden Umlenkstiften den normalerweise hierbei entstehenden Meßfehler unterdrückt.
Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles sei die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 die Meßanordnung in ihrer prinzipiellen Darstellung und Figur 2 eine für die Ansteuerung der Meßanordnung gemäß Figur 1 verwendete Schaltungsanordnung.
Gemäß Figur 1 ist ein Faden 1 über einen ersten Umlenkstift 2, über einen an einem Fühlerarm 5 befestigten Umlenkstift 4 und einen zweiten Umlenkstift 3 geführt. Der Fühlerarm 5 ist mit der Achse eines Stellmotors 6 verbunden. In diametraler Verlängerung des Fühlerarmes 5 befindet sich ein Ausgleichsgewicht 7, wodurch ein vollständiger Massenausgleich des Meßsystems erreicht wird und das Meßsignal von Maschinenschwingungen nicht beeinflußt wird.
Im Strahlengang einer Lichtquelle 11 liegt eine mit der Achse des Stellmotors 6 verbundene Fahne, die zwei Photoelemente 9 bzw. 10 zum Teil gegen eine Lichtquelle 11 abdunkelt.
Die Lichtquelle 11 in Zusammenarbeit mit den lichtempfindlichen Elementen 9 und 10 dientdazu, im Meßbetrieb das Meßwerk in einer konstanten Stellung zu halten. In dieser konstanten Stellung erzeugt die Kraftkomponente K ein der Fadenkraft F proportionales Drehmoment auf den Stellmotor 6. Der Stellmotor 6 wird hierbei derart angesteuert, daß die Lage des Fühlerarmes 5 stets durch das vom Motorstrom erzeugte Gegendrehmoment gehalten wird. Es wird demnach von dem Kraftkompensationsmeßprinzip Gebrauch gemacht, d. h. der Motorstrom ist ein Maß für die Fadenkraft F.
Der Stellmotor 6 kann als Gleichstrommotor ausgeführt sein, vorzugsweise als solcher mit eisenlosem Rotor. Das geringe Massenträgheitsmoment eines solchen Motors gewährleistet eine kleine Ausregelzeit. Ebensogut können als Stellmotoren 6 Dzehmomentgeber Verwendung finden, ähnlich denjenigen in Drehspulinstrumenten.
Es liegt auf der Hand, daß der den Stellmotor 6 durchfließende Strom und somit die Fadenkraft zentral erfasst und registriert werden kann. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Fühlerarm 5 durch Unterbrechen des Motorstromes vom Faden 1 abzuheben, so daß die Umlenkstifte 2, 3 und 4ldie vorzugsweise aus Oxyd-Keramik gefertigt sind, geschont werden. Eine solche Betriebsweise bietet sich insbesondere im Multiplexbetrieb an.
Die Verwendung von Keramik-Umlenkstiften bietet, gegenüber sonst verwendeten Kugellagern, insbesondere Vorteile bezüglich der Lebensdauer und des Preises. Der Einfluß der Fadenreibung an den Umlenkstiften führt normalerweise zu einem Meßfehler, der jedoch im Falle der vorliegenden Erfindung auf Grund der getroffenen geometrischen Anordnung des Meßsystems weitgehendst vermieden werden kann. Wählt man den Winkel SO den der Fühetwa lerarm 5 mit dem nicht ausgelenkten Faden 1' einschließt, doppelt so groß wie den Winkel X X den der ausgelenkte Faden 1'' mit dem nicht ausgelenkten Faden 1' einschließt, wobei sich für den Winkel °C ein Wert von ungefähr 60 als zweckmäßig erwiesen hat, so bleibt der Fehler bei den in der Praxis zu erwartenden Reibfaktoren vernachlässigbar klein.
Gemäß Figur 2 sind als lichtelektrische Elemente 9 und 10 zwei antiparallel geschaltete, Silicium-Fotoelemente angeordnet, die von der an einer Spannungsquelle betriebenen Lichtquelle 11 beleuchtet werden. Das Fehlersignal Ilr d. h. die Differenz der Fotoströme, erscheint am Ausgang eines nachgeschalteten Operationsverstärkers 12 in Form einer Spannung U1 = R1 x 11.
Die Spannung U1 wird einem weiteren beschalteten Operationsverstärker 13 zugeführt, der auf Grund seiner Beschaltung mit Widerständen und Kondensatoren in der Zu- und Rückführung am Ausgang folgende Spannung erzeugt: Die vorstehende Beziehung ergibt sich unter der Bedingung, daß R sehr groß gegenüber R3 undC2 sehr groß gegenüber C1 ist.
4 undC seh 1 Der vorstehenden Beziehung ist entnehmbar, daß der Regler PID-Verhalten besitzt. Die am Ausgang des Reglers auftretende Spannung U2 ist als Ausgangssignal nicht geeignet, da das Kupfer der Motorwicklung einen zu hohen Temperaturkoeffizienten besitzt. Diesem Umstand kann abgeholfen werden, indem ein Shuntwiderstand R5 der Motorwicklung nachgeschaltet wird. Die über dem Shuntwiderstand R5 abfallende Spannung U3 ist dem Motorstrom und damit dem Motordrehmoment temperaturunabhängig proportional. Leerseite

Claims

Patentansprüche 1 Fadenkraftmeßgerät, bei dem die Rückstellkraft eines zwischen zwei Umlenkstiften ausgelenkten Fadens gemessen wird, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein mit der Achse eines Stellmotors (6) verbundener Fühlerarm (5) den Faden (1) auslenkt und daß die Stellung des Fühlerarmes (5) durch eine Regelung des Motorstromes konstant gehalten wird, wobei der gemessene Motorstrom ein Maß für die Fadenkraft ist.
2. Fadenkraftmeßgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Fühlerarm (5) mit der Verbindungslinie (1') der beiden Umlenkstifte (2, 3) einen Winkel ()) einschließt, der ungefähr doppelt so groß wie der Auslenkwinkel ( oc) )des Fadens (1'') ist.
3. Fadenkraftmeßgerät nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h ne t , daß die Umlenkstifte (2, 3, 4) aus Oxyd-Keramik bestehen, daß der Fühlerarm (5) in der Mitte zwischen den beiden Umlenkstiften (2, 3) an dem Faden (1) angreift, und daß der Auslenkwinkel ( oL) )des Fadens etwa 6° beträgt.
4. Fadenkraftmeßgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -der k e n n z e i c h n e t , daß mit der Achse des Stellmotors (6) verbundenen Fahne (8) zwei lichtempfindliche Elemente (9, 10) gegenüberliegen, daß im Meßbetrieb symmetrisch zu der Anordnung der lichtempfindlichen Elemente (9, 10) eine Lichtquelle (11) angeordnet ist und daß aus der Differenz der von den lichtempfindlichen Elementen erzeugten Signale das Stellsignal für den Motor (6) abgeleitet wird.
5. Fadenkraftmeßgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e ich ne t , daß ein Ausgleichsgewicht (7) an der Rotorachse des Stellmotors (6) zum Ausgleich der Massen angreift.
6. Fadenkraftmeßgerät nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Differenzsignal (I1) über einen PID-Regler (12, 13) den Motor (6) ansteuert.
7. Fadenkraftmeßgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Stellmotor (6) ein Gleichstrommotor mit eisenlosem Rotor verwendet ist.
8. Fadenkraftmeßgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Stellmotor (6) ein Drehmomentgeber nach Art eines Drehspulinstrumentes verwendet ist.
9. Fadenkraftmeßgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Fadenkraft im Multiplexbetrieb gemessen wird, indem der Motorstrom periodisch eingeschaltet wird.
10. Fadenkraftmeßgerät nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Motor (6) in Reihe zu einem Widerstand (R5) geschaltet ist und die über dem Widerstand abgegriffene Spannung (U3) als Meßgröße für die Fadenkraft dient.