DE2811202C2 - Vorrichtung zum Erfassen einer Fadenspannung - Google Patents

Vorrichtung zum Erfassen einer Fadenspannung

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Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Überbegriff des Anspruches I.
Eine derartige Vorrichtung zum Erfassen der Fadenspannung ist aus der JP-OS 50 56 983 bekannt. Bei der J5 bekannten Vorrichtung ist ein U-förmiger Primärkern • mit einer Primärwicklung vorgesehen, die mit einem Wechselstrom elektromagnetisch erregbar ist, bei der ein U-förmlger Sekundärkern so angeordnet ist. daß seine Pole den Polen des Primärkerns so gegenüberliegen, daß sich zwischen den Polpaaren Luftspalte ergeben und ein magnetischer Hauptkreis über die Kerne gebildet wird, mit welchem eine Sekundärwicklung auf dem Sekundärkern gekoppelt Ist. Ferner ist eine drehbare Welle vorgesehen, deren Drehachse senkrecht zu einer Ebene ver-•läuft, In der die Luftspalte liegen und die in Abhängigkeil von der zu erlassenden Fadenspannung eines laufenden Fadens drehbar ist. Außerdem ist auf der drehbaren Welle In der Ebene der Luftspalte eine fächerförmige Platte befestigt, welche in den Luftspalten und außerhalb derselben schwenkbar ist, urn einen Teil des magnetischen Flusses über den magnetischen Hauptkreis abzuleiten, so daß sich ein magnetischer Nebenschluß bzw. Parallelzweig ergibt.
Die vorstehend beschriebene bekannte Vorrichtung zum Erfassen der Fadenspannung besitzt eine ausreichende mechanische Stabilität, um mit hinreichender Genauigkeit auf Änderungen der Fadenspannung anzusprechen, und ist außerdem für die Erfassung niedriger Fadenspannungen geeignet. Da die Vorrichtung ferner mit dem üblichen Wechselstrom bzw. Netzstrom betrieben werden kann, ist kein spezieller Oszillator erforderlich, um eine hochfrequente Speisespannung zu erzeugen. Außerdem ist die Ausgangsspannung der bekannten Vorrichtung ausreichend hoch, so daß sie ohne eine Ver- &5 Stärkung ausgewertet werden kann. Als nachteilig bei der bekannten Vorrichtung hat es sich jedoch erwiesen, daß die Fadenspannung aufgrund der Verwendung eines fächerförmigen magnetischen Leiters zur Erzeugung eines magnetischen Parallelzweiges nur in einem sehr schmalen Bereich linear mit der Ausgangsspannung verknüpft Ist. Die bekannte Vorrichtung kann daher In solchen Fällen nicht eingesetzt werden, In denen In einem breiten Bereich eine lineare Abhängigkeit des Ausgangssignals von der Fadenspannung gefordert wird.
Terner lsi aus der DE-OS 21 12 351 ein Induktiver Drehwinkelgeber bekannt, bei dem sich die Selbstinduktion skalenlinear ändert, was mittels einer keilförmigen flachen Ringscheibe aus magneilsierbarem Material erreicht wird, die zwischen den Polflächenpaaren zweier mit Ihren Polen einander zugekehrter, U-förm!ger Magnetdrosseljoche drehbar ist. Die Ringscheibe des bekannten Drehwinkelgebers Ist aufgrund ihrer form nur schwer herstellbar und macht den Einsatz von Spezialwerkzeugen erforderlich Außerdem wird bei dem bekannten Drehwlnkelfc?ber die Induktivität Im Hauptmagnetkrels durch Verdrehen der magnetlsierbaren iRingscheibe geändert, was letztlich zu einer vergleichsweise geringen Empfindlichkeit der Anordnung führt. Ähnlich Ist die Situation bei einem bekannten induktiven Messwertumformer gemäß der DE-AS 11 89 287, wo jedoch anstelle der magnetislerbaren Ringscheibe aus .magnetisierbarer!! Material bestehende Nocken mit splfalförmiger Randkurve verwendet werden, wobei die Rardkurve, ausgehend von einem theoretischen Profil, noch In spezieller Weise korrigiert ist, so daß sie ebenfalls nur schwer mit den üblichen Werkzeugen herstellbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Vorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 einen magnetischen Leiter in Form einer dünnen Platte aus ferromagnetischem Material anzugeben, die bei guter Linearität des Ausgangsignals der Vorrichtung eine technisch einfach herzustellende Randkurve aufweist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Kennzeichenteils des Anspruchs 1 gelöst.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung berühren sich dabei die Randkurven der beiden Kreise an einem Punkt ihres Umfangs.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Flg. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Flg. I längs der Linie H-II in dieser Figur;
Fig. 3 eine vergrößerte Seitenansicht des Magnetsystems der Vorrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 4 ein Ersatzschaltbild des Magnelsystems gemäß Fig. 3;
Fig. 5 a bis 5 e schematische Darstellungen zur Erläuterung der Auswirkungen einer Verdrehung eines magnetischen Leiters der Vorrichtungen gemäß Fig. I bis 3 in den Luftspalten zwischen den Kernen des Magnetsystems und
Fig. 6 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen dem Schwenkwinkel und der Ausgangsspannung bei einer Vorrichtung gemäfi der Erfindung.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erfassen der Fadenspannung eines laufenden Fadens wird nachstehend anhand der Flg. I der Zeichnung näher erläutert. Diese Figur zeigt, daß die Vorrichtung ein Gehäuse 1 mit einem Deckel 2 aufweist, wobei diese beiden Teile mittels Schrauben 3 oder dergleichen
*. ·.· JW . M r J
zu einem geschlossenen Gehäuse verbunden sind An dem Gehüuse J lsi ein Pnmärkern 5, welcher U-fOrmlg ausgebildet ist und eine Primärwicklung 7 trügt, mittels cnes Bügels 4 befestigt. Ein Sekundürkem 6, der ebenfalls U-iörmlg ausgebildet Ist. Ist gleichfalls mit Hilfe des Bügels 4 an dem Gehäuse 1 befestigt, derait, daß die Endflächen 5o und Sa' des Primärkerns 5 den Endflächen 6o und 6o' des Sekundärkerns 6 gegenüberliegen, ν obel zwischen den Endflächen kleine Luftspalle U vorhanden sind. Der Sekundärkern 6 trägt eine Sekundärwicklung 8. Ein Ende der Primärwicklung 7 Ist mit einem Anschluß 9fl verbunden, während Ihr anderes Ende mit einem Anschluß 96 verbunden ibt. Die Anschlüsse 9a unü 9b sind außerhalb des Gehäuses 1 zugänglich und können mit einer Wechselspannungsquelle 10 verbunden werden. Wenn der Primärwicklung Wechselstrom zugeführt wird, dann wird der Primärkern hierdurch erregt, wobei sich ein magnetischer Hauplkrels Cn, (Flg. 3) /wischen dem Prirnärkern und dem Sekundärkern 5 bzw. 6 ergibt. Hier-, durch wird in eile Sekundärwicklung 8 eine Spannung .induziert und über Anschlüsse Ha und 116 uer Sekundärwicklung zu einer Anzeigeeinrichtung 14 übertragen. Die Anzeigeeinrichtung 14 besteht aus einem Gleichrichter 12, der die induzierte Wechselspannung gleichrichtet und aus einem Voltmeter 13, der die Höhe der glelchge "richteten Wechselspannung anzeigt. Die Anzeigeeinrichtung 14 kann auch ein Voitmeter für eine Wechselspannung sein.
Ein drehbares Element 19 besitzt eine drehbar gelagerte Welle 15, welche in Lagern 16, 17 des Gehäuses 1 läuft. sowie eine runde Scheibe 18 aus nicht-magnetischem Material mit niedriger Permeabilität, beispielsweise aus Kupfer oder Kunststoff, welche einen Durchmesser D (Fig 2) aufweist und an der Welle 15 mittels ein oder mehrerer Schrauben 20 befestigt ist. Die Welle 15 selbst besteht aus zwei parallelen Teilen I5a. 15c und einem Verbindungsstück 156. der diese beiden Teile verbindet. Aul dem Wellenteil 15t- ist ein drehbarer F adenführer 26 befestigt. Außerdem greift an dem Wellenteil I5< eine Zugfeder 21 an. deren anderes Ende mit einem Winkelstück 24 verbunden ist, welches mittels Schrauben 25 mit dem Gehäuse 1 verbunden ist und in welches ein Haken 22 eingeschraubt ist, an dem die Feder eingehängt wird und der mittels einer Sicherungsmutter 23 in seiner Lage gehalten wird. Der Fadenführer 26 besitzt eine Nut 26«. in der ein laufender Faden ) geführt werden kann Die drehbare Welle 15 dreht sich folglich in Abhängigkeit von Änderungen der Fadenspannung, wodurch auch die runde Scheibe 18 in dem Luftspalt G zwisrhen dem Primärkern 5 und dem Sekundärkern 6 gedreht wird.
Mit der Scheibe 18 ist ein magnetischer Leiter 27 verklebt, verschweißt oder verschraubt, welcher als dünne Platte aus magnetischem Material mit hoher Permeabilität ausgebildet ist und vorzugsweise aus einem ferromagnetische!!! Material, wie z. B. Siliziumstahl, besteht. Der magnetische Leiter 27 ist halbmondförmig ausgebildet (Fig. 2) und wird aus einer runden Scheibe 27a hergestellt, aus der eine runde Öffnung 276 entfernt wird, wobei die Scheibe 27a einen größeren Durchmesser D und die Öffnung 276 einen kleineren Durchmesser ti aufweist. Der Mittelpunkt O1 der Öffnung 276 ist um eine Strecke e gegenüber dem Mittelpunkt O\ der Scheibe 27a versetzt, welche gleich der Hälfte der Differenz der Durchmesser D und d ist, so daß die die Scheibe 27a und die Öffnung 276 begrenzenden Kreise einander an einem Punkt ihres L'mfangs berühren. Unter bestimmten Bedingungen kann die Strecke e größer oder kleiner sein als die Hälfte der Differenz der Durchmesser D und el.
Wenn der magnetische Leiter 27 In den Lullspalten CJ die In Flg. 3 gezeigte Lage einnimnv.. dann wird der In dem Primärkern 5 vun der Primärwicklung 7 erzeugte magnetische Fluß durch den magnetischen Leiter 27 aiii einen Parallelzweig C„ umgeleitet, der die Lnden des Primürkerns 5 miteinander verbindet.
Die Bedingungen ändern sich, wenn die Scheibe IH mit dem magnetischen Leiter 27 In Abhängigkeit von der Fudcnsspunnung verdreht wird, wie dies spüler noch ίο anhand der I ig. 5 a bis 5 e erläutert wird. Der magnetische Parallel/veig ('„ besitzt also einen magnetischen Widerstand, welcher sich entsprechend den Änderungen der Fadenspannung ilnderi. Dieses Phänomen soll nachstehend anhand des i rsat/schaltbildes gemäß Flg. 4 näher erläutert werden.
Flg. 4 zeigt eine Wechselspannungsquelle 7', welche der Primärwicklung 7 (F ig. 3) entspricht und einen konstanten Wechselstrom liefert Die Wechselstromquelle T ist mit einem Widerstand (/' verbunden, der den Luft-2ü, spalten (J (l· ig. 3) entspricht und mit einem Widerstand '';8\ der den Sekundärwicklungen 8 (Fig. 3) entspricht. Die WechselstromqueJle T ist ferner mit einem veränderlichen Widerstand 27' verbunden, der dem magnetischen Leiter 27 (Fig. 3) entspricht. Wie oben erwähnt, ändert sich der Strom durch den Widerstand 8' in Abhängigkeit von Änderungen des Widerstandswertes des veränderlichen Widerstandes 27', wenn die Wechselspannungsquelle T einen konstanten W«. hselstroni Helen. In entsprechender Weise ändert sich bei der Anordnung gemäß Fig. 3 dann, wenn der magnetische Leiter 27 gedreht wird, der magnetische Fluß durch den magnetischen Parallelzweig C1, und die in die .Sekundärwicklung 8 induzierte Spannung
Nachstehend werden anhand djr I iy. r> u bis 5 c die y> Auswirkungen erläutert, die sich bei einem Verdrehen des magnetischen Leiters 27 gegenüber dem Priniürkern 5 ergeben Dabei wird uer Drehwinkel H als der Winkel eic linien, der /wischen der in ( i μ. r> senkrechten Linie V, welche durch den Mit'clpunkt U\ der Scheibe Vu ■"' geht, und der Linie A liegt, welche durch die Mittelpunkte O1 und O7 der Scheibe 27« bzw. der Öffnung 276 gelegt ist. Dabei ist /u beachten, daß die Drehachse des drehbaren Llementes 19 mit der Welle 15 und der Scheibe 18 (F ig. 1) durch den Mittelpunkt O1 der Scheibe 18 gehl, welcher mit dem Mittelpunkt der Scheibe 27a /usammcnliillt. wobei die Drehachse senkrecht /u eier Scheibe 18 verläuli
Bei der in Flg. 5 a gezeichneten Situation hat der Drehwinkel θ einen Wert von null Grad und die Enden 5(1 Sa. Sa' des Primärkerns 5 liegen der Öffnung 276 gegenüber. Demgegenüber ist der magnetische Widerstand des magnetischen Parallelzweiges C11 sehr hoch, so daß der magnetische Fluß, der von der Primärwicklung 7 (Fig 3) er/eugl wird, nicht über den magnetischen Parallel/weiji C, abfließen kann.
Bei der in Fig. 5 b gezeichneten Situation hat der Drehwinkcl θ einen Wert von 45", so daß das untere Ende Sa' des Primärkems 5 dem magnetischen Leiter 27 gegenüberliegt, während das obere Ende 5a des Prirärkerns 5 noch Im Bereich der Öffnung 276 liegt. Der magnetische Widerstand des magnetischen Leiters 27 ist folglich geringer, so daß ein größerer Anteil de:, .nagnetischen Flusses über den magnetischen Parallelzweig C11 fließen kann. Dies hat zur Folge, daß der magnetische Fluß durch den magnetischen Hauptkreis C1n (Fig. 3) abnimmt, so daß das Voltmeter 13 (Fig.I) folglich eine kleinere Spannung anzeigt.
Wenn der magnetische Leiter 27 dann in die in den
Fig. 5 c und 5d gezeigten Lagen verdreht wird, dann nimmt die Fläche des oberen Endes 5ö des Primärkerns 5, welche dem magnetischen Leiter 27 gegenüberliegt, schrittweise zu, wählend das untere Ende 5a' des Primärkerns 5 dem magnetischen Leiter 27 weiterhin vollständig gegenüberliegt. Dementsprechend wird der magnetische Widerstand des Parallelzwelges C11 über den magnetischen Leiter 27 welter verringert, so daß entsprechend der Verdrehung des magnetischen Leiters 27 ein zunehmend größerer Anteil des magnetischen Flusses über den jParallelzwcig C11 (ließt. Die Abnahme des magnetischen !Widerstandes bezüglich der Zunahme des Drehwinkels θ \himmt jeduch allmählich ab, wenn man sich einem brchwinkel Θ von 90" nähert.
Wenn der magnetische Leiter 27 über einen Drehwinkcl (-) von mehr als 135" verdreht wird, dann liegen beiüe Luden 5«, Sa'. des Primürkcrns 5 dem magnetischen Letter 27 vollständig gegenüber, su daß sich nunmehr ein naluvu konstanter magnetischer Widerstand des Parallel' /weij-es C11 ergibt, wenn der magnetische Leiter 27 um mehr als 135" verdreht wird.
Beispiel
Bei einer erfinclungsucniiißen Vorrichtung gemäß den I ig I und 2 wurde der Zusammenhang zwischen dem Drcluviiikol () und einer Ausgangsspannung gemessen, welche ti 11 rch V ollwclleiiglcichrichtting der in die Sekundärwicklung X induzierten Spannung erhalten wurde. Die Meßergebnisse sind in dem Diagramm gemäß F ig. 6 wiedergeben D.ibd wurde der Drchwinkcl θ entsprechend der Ivi der Beschreibung der I ig. 5 a bis 5e gegebenen Definition gemessen. Die Meßdaien wurden ferner unter folgenden Bedingungen ermittelt:
Luftspalt G zwischen Primärkern 2 mm
5 und Sekundärkern 6:
Fläche der Enden 5«, 5a', 6a und 299 mm:
6b' der Kerne 5 und 6:
Abstand 1 zwischen den Enden 20 mm
5a und 5a' des Kerns 5 und den
Enden 6a und 6a' des Kerns 6:
Dicke der Kiipferscheibe IS: I
Durchmesser der 80
Kupferscheibe 18:
Dicke der Scheibe 27σ 0,4 mm
aus Siliziumstahl:
Durchmesser D der Scheibe 27a: 80 mm
Durchmesser el der Öffnung TIb: 50 mm
Windungszahl der Primär- 1500
wicklung 7:
Wechselspannung für Primärwicklung 7:
Windungszahl der Sekundärwicklung 8:
~ 12 V (60 Hz)
1500
mm mm
45
50 Aus dem Diagramm gemäß Fig. 6 ergibt sich, daß die Vorrichtung zum Erfassen der Fadenspannung unter den vorstehend angegebenen Bedingungen eine Verstärkung von 23,2 mV/9 in einem Bereich zwischen 15° und 90" (und außerdem in einem Bereich zwischen 270" und "345") und eine Linearität von ± 2°>, aufweist.
Bei anderen Versuchen, die unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wurden, wobei jedoch die Breite des Luftspalls G geändert "wurde, zeigte es sich, daß bei einer Breite des Luflspalts zwischen 2 und 5 mm eine lineare Kennlinie erhalten werden kann und daß die Verstärkung etwas abnimmt, wenn der Luftspalt G verbreitert wird.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen der Fadenspannung eines laufenden Fadens in einem .breiten Bereich eine lineare Kennlinie aufweist, so daß das von ihr erzeugte Ausgangssignal der wirksamen Fadenspannung proportional ist, kann sie auf verschiedene Weise eingesetzt werden. Da die Vorrichtung ferner eine hohe Verstärkung aufweist, ergibt sich ferner der Vorteil, daß kein zusätzlicher Verstärker für das Ausgangssignal benötigt wird. Die lineare Kennlinie und der Bereich, für den diese lineare Kennlinie gilt, können bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch variiert werden, daß man die Durchmesser der Scheibe 27a und der Öffnung 27Λ. die Windungszahl der Primärwicklung 7, die Windungszahl der Sekundärwicklung 8 und die flöhe der /ugeführten Wechselspannung ändert. Ks versteht sich, daß die Vorrichtung, mit deren Hilfe die Mcßergebnisse gemäß F i g. 6 erhalten wurden, ein bevorzugtes praktisches Ausführungsbeispiel darstellt, welches einfach aurgebaut und leicht herzustellen ist. Wenn die runde Scheibe aus einem unmagnetischen Material, welches gleichmäßig um den Mittelpunkt der Scheibe verteilt ist. dazu verwendet wird, den halbmondförmigen magnetischen Leiter zu treiben, wie dies die Fig. 1 und 2 zeigen, dann kann die Dicke des magnetischen Materials verringert werden. Auf diese Weise kann die an der Welle 15 wirksame Unwucht verringert werden.
Dementsprechend kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch dann unter stabilen Betriebsbedingungen eingesetzt werden, wenn sie für das Erfassen niedriger Fadenspannungen eingesetzt wird. Da die Anziehungskraft, weiche von dem Kern auf das mangnetische EIement ausgeübt wird, senkrecht zur Drehachse desselben wirkt, wird ferner auch die Drehbewegung des magnetischen Leiters nicht durch Anziehungskräfte beeinträchtigt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

28 Π Patentansprüche:
1. Vorrichtung /um Erlassen der Fadenspannung eines laufenden Fadens mit einem U-förmigen PrI- i milrkern, der eine Primärwicklung trügt, weither eine Wechselspannung /uführbar Ist. mit einem U-förmlgcn Sekundilrkem. dessen Pole den Polen des Primärkerns derart gegenüberliegen, dall sich /wischen den Polpaaren Luflspalien ergeben, und der eine SekundarwUklung trägt, die mit einem magnetischen Hauplkreis über die beiden Kerne gekoppelt lsi, und mit In Abhängigkeit von der fadenspannung beweglichen Hinrichtungen, die einen der Bildung eines magnetischen Parallelzwelges dienenden magnetischen Leiter In Form einer dünnen Platte aus lerromagnetlsiheni Material aulweisen, der In der l.bene der Luftspalte zwischen diesen um eine /u dieser Ebene senkrechten Achse verscliwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dall die Randkurven der Platte (27) 20;; durch einen Kreis größeren Durchmessers (D) und ■;. ' einen dazu exzentrisch liegenden Kreis kleineren Durchmessers (ti) definiert sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Randkurve durch zwei Kreise bestimmt sind, die sich an einem Punkt ihres Umfangs berühren.
DE2811202A 1977-04-05 1978-03-15 Vorrichtung zum Erfassen einer Fadenspannung Expired DE2811202C2 (de)

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