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Vorrichtung zur Bestimmung des Gewichtes pro Längeneinheit von faden- oder bandförmigem Textilmaterial
In der Textilindustrie besteht das Bedürfnis nach Messmethoden für die Bestimmung des Verlaufes des Gewichtes pro Längeneinheit an Textilmaterial, beispielsweise an Bändern, Vorgarnen und Garnen der Spinnerei. Es sind bereits zahlreiche Vorrichtungen bekanntgeworden, welche gestatten, diese Bestimmung mit einer in vielen Fällen hinreichenden Genauigkeit durchzuführen. Dabei hat es sich gezeigt, dass die kapazitive Messung mit Hilfe des Hochfrequenz-Messkondensators in der Gesamtheit gesehen eine sehr vorteilhafte Lösung darstellt. In vielen Anwendungsfällen genügt jedoch die Genauigkeit der Anzeige des Gewichtes pro Längeneinheit aller bekannten-auf kapazitiver Messung beruhenden - Vorrichtungen noch nicht.
In den bekannten Verfahren und den entsprechenden Vorrichtungen, welche einen HochfrequenzMesskondensator benützen, werden im Prinzip zwei in einem bestimmten Abstand parallel zueinander angeordnete Kondensatorelektroden verwendet. Das zu prüfende Textilmaterial wird dabei durch den Luftraum zwischen den beiden Kondensatorelektroden derart hindurchgeführt, dass es sich im wesentlichen in Richtung der Äquipotentiallinien des elektrischen Feldes, das sich zwischen den Kondensatorelektroden ausbreitet, bewegt. Das Textilmaterial bewirkt hiebei, entsprechend seinem Gewicht pro Längeneinheit, eine mehr oder weniger starke Verdrängung der Luft, welche eine Dielektrizitätskonstante von annähernd 1 aufweist.
An Stelle der verdrängten Luft tritt das Textilmaterial selbst, u. zw. mit einer Dielektrizitätskonstante grösser als 1, was eine entsprechende Vergrösserung der Kapazität des Messkondensators zur Folge hat. Auf diese Weise lässt sich ein elektrisches Signal gewinnen, welches bei zweckmässiger Ausbildung des Messkondensators und der zugeordneten elektrischen Schaltung dem Gewicht pro Längeneinheit des sich momentan zwischen den Kondensatorelektroden befindlichen Textilmaterials,-unter der Annahme idealer Bedingungen - genau proportional sein sollte.
Unter der Annahme idealer Bedingungen können nämlich Plattenkondensatoren, welche zwischen den Platten ein textiles Prüfgut aufweisen, als Schichtkondensatoren betrachtet werden. Dabei können die Dielektrika mit verschiedener Dielektrizitätskonstante zu einzelnen in sich homogenen Schichten zusammengefasst gedacht werden, welche auch dieselben Flächendimensionen wie die Kondensat'relektroden aufweisen. In einem absolut homogenen Kondensatorfeld ist nun die Kapazität eines solchen. chichtkondensators unabhängig davon, wo sich das Dielektrikum mit der Dielektrizitätskonstante gross jar als 1 zwischen den Kondensatorplatten befindet, d. h. ob es an einer der Platten anliegt oder ob's sich in der Mitte des Raumes zwischen den Platten befindet.
Die praktische Verwendung solcher bekannter Messkondensatoren, bei welchen das Textilmaterial in Richtung der Aequipotentialflächen durch den Luftraum des Messkondensators bewegt wird, zeigt jedoch, dass die Anzeige dem Gewicht pro Längeneinheit des Textilmaterials nicht in dem Masse proportional ist, wie dies wünschbar und unter der Annahme idealer Bedingungen zu erwarten wäre. Solche Messkondensatoren weisen nämlich die Eigenschaft auf, dass das sich zwischen den Kondensatorplatten ausbreitende elektrische, ursprünglich annähernd homogene Feld durch das Einführen des Textilmaterials in den Raum zwischen den beiden Kondensatorelektroden verzerrt, d. h. unhomogen wird.
Wird beispiels-
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weise Textilmaterial in die Mitte des Raumes zwischen den Kondensatorelektroden eingeführt, so dass zwischen den Elektroden und dem Textilmaterial beidseitig noch Luft vorhanden ist, so ergibt sich eine bestimmte Kapazitätsveränderung. Erfolgt nun eine Verschiebung des Textilmaterials gegen eine Elek- trode hin, welche gegenüber Erdpotential Spannung aufweist, so ergibt sich fälschlicherweise eine wei- tere Kapazitätsänderung, obwohl sich das Gewicht des sich zwischen den Elektroden befindlichen Textil- materials nicht verändert hat.
Liegt das Textilmaterial eng an einer spannungsführenden Elektrode an, so treten nämlich vermehrt Feldlinien in das Textilmaterial ein, u. zw. einerseits innerhalb der Kondensa- torelektroden aus den an das Textilmaterial angrenzenden Teilen der Kondensatorplatten sowie auch ins- besondere im Gebiete des Randfeldes des Plattenkondensators. Somit bewirken auch blosse Lageänderun- gen eines zwischen den Elektroden ruhenden Textilmaterialabschnittes fälschlicherweise Kapazitätsände- rungen. Solche Lageänderungen lassen sich nun leider bei Messungen von Textilien nie gänzlich vermei- den.
Für die Messung des Gewichtes pro Längeneinheit von Endlosgarnen wirkt sich die erwähnte Feldver- zerrung und die dadurch hervorgerufene, dem Gewicht pro Längeneinheit des Textilmaterials nicht mehr proportionale Kapazitätsänderung besonders störend aus. Einerseits deshalb, weil die Endlosgarne eine sehr starke Materialkonzentration aufweisen und anderseits, weil diese in vielen Fällen bändchenförmi- gen Querschnitt angenommen haben, wobei sich das Endlosgarn bei der Prüfung im Messkondensator stets dreht. Da diese beiden Eigenschaften die unerwünschte Verzerrung des elektrischen Feldes besonders be- günstigen, übertreffen in vielen Fällen die hiedurch hervorgerufenen unerwünschten Kapazitätsänderungen diejenigen Kapazitätsänderungen, die den wirklichen Schwankungen des Gewichtes pro Längeneinheit tatsächlich entsprechen.
Für zuverlässige Messungen von Endlosgarnen mussten daher bisher die durch Form und Lage derselben verursachten fehlerhaften Kapazitätsänderungen durch spezielle mechanische Vorrichtungen eliminiert werden, beispielsweise durch Verdrillung des Textilmaterials im Gebiete des
Messkondensators mittels rotierender Organe, sowie weiter durch sehr genaue Führungsorgane.
Aber auch bei Textilmaterial aus Stapelfasern kann unter Umständen beobachtet werden, dass in bisher üblichen Messkondensatoren Kapazitätsänderungen erfolgen, welche nicht durch entsprechende Schwankungen des Gewichtes pro Längeneinheit im Textilmaterial bedingt sind. Dies zeigt sich besonders bei Karden- und Streckenbändern, welche einerseits relativ kleine Gewichtsschwankungen pro Längeneinheit aufweisen, bei welchen anderseits aber innerhalb der relativ grossen Materialquerschnitte eine erhebliche Inhomogenität der Faserverteilung möglich ist.
Solche Inhomogenitäten der Faserverteilung haben starke Verzerrungen des elektrischen Feldes von Plattenkondensatoren zur Folge, welche sich als Messfehler sehr stark störend bemerkbar machen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gewichtes pro Längeneinheit von faden-oder bandförmigem Textilmaterial mit Hilfe eines Messkondensators, dessen Kapazität beim Hindurchführen des zu prüfenden Materials entsprechend der Materialmenge schwankt und welche Kapa- zitätsänderungen schliesslich gemessen werden. Hiebei werden die vorstehend geschilderten Nachteile dadurch überwunden, dass das zu prüfende Textilmaterial innerhalb des Messkondensators mindestens annähernd parallel zur Richtung der Feldlinien zwischen den Elektroden des Messkondensators verläuft.
An Hand der Zeichnung wird die erfindungsgemässe Vorrichtung nachstehend näher erläutert.
Dabei zeigen schematisch : Fig. 1a ein Elektrodenpaar mit dem zu prüfenden Textilmaterial, Fig. 1b eine andere Ausführungsform des Elektrodenpaares gemäss Fig. la, Fig. 2 eine Messanordnung mit zwei aufeinanderfolgenden Messfeldern, Fig. 3 eine andere mögliche Messanordnung mit zwei aufeinanderfolgenden Messfeldern, Fig. 4 eine erweiterte Messanordnung mit vier aufeinanderfolgenden kompensierten Messfeldern, Fig. 5 eine Messanordnung mit zwei aufeinanderfolgenden Messfeldern und einer Abschir-
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Detail der Anordnung nach Figo 6 im Schnitt, Fig. 7 eine Messanordnung mit mehreren parallelgeschalteten Messfeldern verschiedener Elektrodenabstände.
In der Anordnung gemäss Fig. la stehen sich zwei Kondensatorelektroden 1, 2 gegenüber, zwischen welchen sich ein elektrisches Feld E ausbreitet, sobald die Kondensatorelektroden an eine Wechselspannung angelegt werden, welche beispielsweise von der Wechselspannungsquelle 5 geliefert wird. Das zu prüfende Textilmaterial 4 wird vermittels der Führungsorgane 3, 3' so über die Kondensatorelektroden 1, 2 geführt, dass es sich in einem Bereiche möglichst konstanter Peldliniendichte befindet. Die Bewegungsrichtung des Textilmaterials 4 ist dabei absichtlich so gewählt, dass sie mit der Richtung der sich zwischen den Kondensatorelektroden l, 2 verlaufenden elektrischen Feldlinien e möglichst übereinstimmt.
Durch die in den Kondensatorelektroden 1, 2 vorgesehenen Schlitze 1', 2 wird das Textilmaterial 4 zudem in ein solches Gebiet des elektrischen Feldes E verlegt, in welchem die Feldliniendichte als konstant
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anzusehen ist. Es wäre auch denkbar, in den Kondensatorelektroden 1 und 2 je eine durchgehende Boh- rung vorzusehen und das Textilmaterial 4 durch diese Bohrungen hindurchzuziehen. Solche Bohrungen haben aber den Nachteil, dass das Textilmaterial 4 für die Zwecke der Messung in dieselben eingefädelt werden muss, was beim Einlegen in die Einkerbungen l', 2'nicht nötig ist.
Dieser Nachteil kann aber dadurch umgangen werden, dass die Bohrung nach einer Richtung aufgeschlitzt wird (Fig. lob), so dass das
Textilmaterial 4, ohne es zu trennen, in das Messfeld eingelegt werden kann.
Da das Textilmaterial 4 in der Richtung der elektrischen Feldlinien e verläuft, sind nach dem ein- gangs Erwähnten die Messeigenschaften des auf diese Weise gebildeten Schichtkondensators bedeutend vorteilhafter als diejenigen eines üblichen Plattenkondensators mit transversalem Durchgang des Prüfgu- tes in Richtung der Äquipotentialflächen.
Durch das Textilmaterial 4 verursachte Veränderungen des elektrischen Feldes, welche sich in einer scheinbaren Vergrösserung der Kondensatorplatten und damit der Gesamtkapazität äussern, sind bei einer
Anordnung nach Fig. 1 nur durch Variationen des Substanzquerschnittes des Textilmaterials 4 möglich.
Da sich das Textilmaterial 4 immer über dem ganzen Plattenabstand b verteilt befindet, sind die Bedin- gungen, unter welchen die genannte Veränderung des elektrischen Feldes erfolgt, praktisch immer die gleichen. Dadurch sind die Messfehler verursachenden Kapazitätsänderungen der Messanordnung, welche durch blosse Lage- oder Formänderungen des Textilmaterials 4 hervorgerufen werden, weitgehend besei- tigt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung besteht darin, dass das sich an den Randzonen der Kondensatorelektroden 1, 2 ausbildende Streufeld vom Textilmaterial 4 gar nicht tangiert wird. Hie- durch können weder Inhomogenitäten in der Faserverteilung innerhalb des Substanzquerschnittes, noch ein von der Kreisform abweichender Querschnitt des Textilmaterials 4 scheinbare, nicht durch wirkliche Än- derungen des Gewichtes pro Längeneinheit verursachte Kapazitätsänderungen hervorrufen. Die Gesamt- kapazität der Messanordnung ist daher nur vom Gewicht pro Längeneinheit des Textilmaterials 4. das sich zwischen den Elektroden 1 und 2 befindet, abhängig.
Die in der Messanordnung gewonnenen Kapazitätsänderungen werden in einer elektrischen Schaltung
6, beispielsweise einer Brückenschaltung, in an sich bekannter Weise in ein dem Gewicht pro Längenein- heit des Textilmaterials 4 proportionales elektrisches Signal umgeformt. Dieses elektrische Signal wird seinerseits in einem Gleichrichter 7a demoduliert, hierauf in einem Verstärker 7b verstärkt und hernach weiteren Anzeige-und Regelorganen, beispielsweise einem Anzeigeinstrument 8, zugeführt. Die Reihen- folge kann auch umgekehrt sein, d. h. zuerst kann die Verstärkung der Brückenspannung und hierauf De- modulation erfolgen.
Fig. 2 zeigt eine elektrische Parallelschaltung von zwei in der Bewegungsrichtung des Textilmaterials 4 hintereinanderliegenden Messkondensatoren gemäss Fig. la bzw. lb. Sie bestehen aus den drei
Elektroden 1, 2 und 11, von welchen die Elektroden 1 und 11 elektrisch parallelgeschaltet sind. Die Elektrode 2 ist beiden Teilen der Messanordnung gemeinsam. Die Elektroden 1 und 11 sind geerdet, wodurch erreicht wird, dass die Elektrode 2 gegen äussere störende Einflüsse abgeschirmt wird. Diese Vermehrung der Messfelder gestattet, mit grösseren durch das Textilmaterial 4 hervorgerufenen totalen Kapazitätsänderungen zu arbeiten als bei einem einfachen Kondensator, wodurch die Messgenauigkeit vergrössert wird.
In Fig. 3 ist eine Messanordnung dargestellt, bei welcher das Textilmaterial 4 durch drei auf einer Grundplatte 16 montierte, versetzt angeordnete Elektroden 1, 2 und 11 geführt wird. Die Richtung der elektrischen Feldlinien ist in diesem Falle gegenüber der Richtung des Textilmaterials 4 zwar etwas geneigt. Solange aber der von den beiden genannten Richtungen - der des Textilmaterials 4 und der der Feldlinien - eingeschlossene Winkel sehr spitz ist, herrschen im wesentlichen noch die gleichen Bedingungen hinsichtlich der Beeinflussung des elektrischen Feldes durch das Textilmaterial 4 wie bei den Messanordnungen gemäss den Fig. 1 und 2. Eine Anordnung gemäss Fig. 3 wird mit Vorteil für die Messung voluminöser Bänder und Vorgarne gewählt.
Die Querschnittsform der Elektroden 1, 2, 11 kann sowohl zylindrisch, als auch beliebig prismatisch sein.
Fig. 4 zeigt eine Erweiterung der in Fig. 3 gezeigten Anordnung, wobei die Zahl der wirksamen Messfelder auf vier erhöht wurde. Ausserdem stehen den Kondensatorelektroden 1, 11,21 und 2, 12 je eine weitere Kondensatorelektrode 13,23, 33 gegenüber. Dadurch wird erreicht, dass ausser den Nutzfeldern zwischen den Kondensatorelektroden 1, 2, 11, 12,21, welche vom Textilmaterial 4 durchlaufen werden, sich noch eine gleiche Anzahl weiterer gleichartiger elektrischer Felder zwischen den Kondensatotelek- troden 13,2, 23, 12,33 ausbildet.
Bei geeigneter Schaltungsanordnung dienen diese zweiten vom Textilmaterial 4 unbeeinflussten Kondensatorfelder dazu, alle störenden, in der Umgebung der Kondensator-
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4 äquivalentessere und fin vierten Messbereich die grösste Kapazitätsänderung hervorrufen. Hiedurch lassen sich also mehrere, für verschiedene Bereiche des Gewichtes pro Längeneinheit des Textilmaterials bestimmte
Messanordnungen in einer einzigen zusammenfassen.
Die Wechselspannungsquelle 5 und die elektrische Schaltung 6 können, wie dies in den Fig. 2, 5 und
7 gezeigt ist, einseitig geerdet sein. Die Kondensatorelektroden 1, 2, 11, 12 und 21 können aber auch erd- symmetrisch mit der Wechselspannungsquelle 5 verbunden sein. Für jede Anordnung von Kondensatorelek- troden 1, 2 lassen sich so die günstigsten Ausbreitungsbedingungen für die elektrischen Feldlinien 6 verwirklichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Bestimmung des Gewichtes pro Längeneinheit von faden- oder bandförmigem Textilmaterial mit Hilfe eines Messkondensators, dessen Kapazität beim Hindurchführen des zu prüfenden Materials entsprechend der Materialmenge schwankt und welche Kapazitätsänderungen schliesslich gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das zu prüfende Textilmaterial (4) innerhalb des Messkondensators mindestens annähernd parallel zur Richtung der Feldlinien (E) zwischen den Elektroden (1, 2) des Messkondensators verläuft.