Triboelektrischer Wandler
Das Hauptpatent Nr. 479478 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Bewegung eines Textilfadens.
Insbesondere sind in diesem Patent Fühlorgane dargestellt und beschrieben, die einen Reibkörper und einen oder zwei elektrische Leiter, die am Reibkörper angeordnet sind, sowie ein Gehäuse aufweisen, welches aus leitfähigem Material besteht und als Abschirmung für den Reibkörper und den bzw. die Leiter wirkt.
Im folgenden sollen derartige Fühlorgane als triboelektrische Wandler bezeichnet werden. Bei diesen Wandlern können die beim Reiben eines Körpers, z.B.
eines laufenden Fadens, am Reibkörper auftretenden hochfrequenten Komponenten der Reibungselektrizität zur Anzeige der Bewegung des Körpers verwertet werden.
Die Erfindung bezieht sich auf einen triboelektrischen Wandler mit mindestens einem Reibkörper, mindestens einer Elektrode und einem den Reibkörper bzw. die Reibkörper aufnehmenden und elektrisch abschirmenden Gehäuse.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung neuartiger triboelektrischer Wandler, die sich fertigungstechnisch mit relativ geringem Aufwand herstellen lassen und für eine Massenfertigung geeignet sind.
Bisher bekannte, als Schussfadenwächter an Webmaschinen eingesetzte triboelektrische Abtastvorrichtungen für die überwachung einer Mehrzahl von Fäden, wie sie z.B. in dem Schweizer Patent Nr. 530 335 dargestellt und beschrieben sind, bestehen aus mehreren Bauelementen.
Dabei ist der Reibkörper als hohler Stab ausgebildet, in dessen Bohrung eine drahtförmige Elektrode angeordnet ist. Diese Elektrode ist mit dem Eingang eines Vorverstärkers verbunden, der sich in einem Gehäuse befindet, an welchem aussen die Halterung für den genannten Reibkörper montiert ist, die ihrerseits eine Anzahl von Fadenführungsorganen trägt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bauweise von tribeolektrischen Wandlern, insbeonsondere auch von solchen, die für die Überwachung einer Mehrzahl von Fäden bestimmt sind, durch Zusammenfassen mehrerer Konstruktionselemente zu einer einzigen inte- grierten Baueinheit zu vereinfachen.
Beim erfindungsgemässen Wandler ist diese Aufgabe dadurch gelöst, dass Reibkörper, Elektrode und mindestens ein mit der Elektrode leitend verbundenes elektronisches Bauelement zu einer untrennbaren Baueinheit vereinigt sind.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Reibkörper aus nichtleitendem Material, wobei die Elektrode und die für den Anschluss des elektronischen Bauelements bzw. der elektronischen Bauelemente erforderlichen Leiterbahnen in Form von Schichten auf dem Reibkörper angebracht sind. Die Leiterbahnen können nach bekannten Verfahren auf dem beispielsweise aus Oxidkeramik bestehenden Reibkörper aufgebracht werden, das heisst durch Aufdampfen im Vakuum, Auftragen eines (Leitlackes und Einbrennen desselben, durch Metallspritzen oder durch ein galvanisches Verfahren.
Beispielsweise können flach ausgebildete elektronische Bauelemente verwendet werden, bei denen die Anschlussleitungen seitlich, das heisst an den schmalen Kanten, nach aussen geführt sind; solche Bauelemente lassen sich leicht an einer Fläche des Reibkörpers anbringen und an die auf diesem vorhandenen Leiterbahnen anschliessen. Ein Bauelement kann eine einzige aktive elektronische Komponente, wie einen Feldeffekttransistor, oder mehrere aktive und passive elektronische Komponenten umfassen, z.B. FET-Eingangsstufe, Widerstände, Diode zur Gleichrichtung der Signalspannung und Filterelemente.
Das Bauelement kann in Festkörpertechnik als Monolith, als Mikroblock, in Dünnfilm- oder Dickfilmtechnik usw. hergestellt sein.
Für besondere elektronische Schaltungen, die in derartiger Technik nicht wirtschaftlich herstellbar oder nicht zu beschaffen sind, kann auch eine Hybridbauweise oder gemischte Bauweise angewendet werden.
Das Bauelement oder die Bauelemente kann man durch Löten, Kitten oder andere geignete Methoden mit dem Reibkörper unlösbar verbinden.
Im folgenden werden Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. In diesen zeigen:
Fig. 1 und 2 Aussenansichten eines triboelektrischen Wandlers zur gleichzeitigen Abtastung von vier Fäden;
Fig. 3 eine Innenansicht einer Gehäusehälfte desselben Wandlers;
Fig. 4 eine der im Gehäuse angeordneten vier Baueinheiten dieses Wandlers;
Fig. 5 und 6 eine andere Ausführungsform einer Baueinheit und
Fig. 7 eine Baueinheit mit vier Fadenmessstellen an einem einzigen Reibkörper.
Fig. 1 zeigt einen triboelektrischen Wandler 1, der für die gleichzeitige Überwachung von vier Fäden ausgebildet ist. Das Gehäuse 2 des Wandlers besteht gemäss Fig. 2 aus zwei Schalen 8 und 9, die durch nicht dargestellte Mittel, z.B. Schrauben, miteinander verbunden sind. Das Gehäuse ist an seiner einen Längskante mit Ausnehmungen 3 für den Durchtritt der Fäden versehen.
Ein Kabel 4 dient zum Anschluss der im Gehäuse angeordneten Baueinheiten 10, Fig. 4, an einen elektronischen Auswertekreis, der nicht dargestellt ist. Gemäss Fig. 2 ist im Gehäuse eine Öffnung 7 für die Durchführung des Kabels 4 vorgesehen.
In jeder Schale 8, 9 sind gemäss Fig. 3 eine Längsrippe 5 mit Aussparungen 5a für die Durchführung von nicht dargestellten elektrischen Leitungen zu den Baueinheiten und drei Querrippen 6 vorgesehen. Die Längsrippen 5 und Querrippen 6 teilen den Innenraum des Gehäuses in vier Kammern 6a, von denen jede eine Baueinheit 10 gemäss Fig. 4 aufnimmt. Der langgestreckte Kanal 7a unterhalb der Längsrippen 5 dient zur Aufnahme des Endes des Kabels 7 und der von diesem ausgehenden, nicht dargestellten Leitungen.
Die Baueinheiten 10 gemäss Fig. 4 besteht aus einem platten- oder quaderförmigen Reibkörper 11 aus hartem Material, einer Elektrode 12, einem elektronischen Bauelement 13, Leiterbahnen 15 und Anschlusspunkten 16.
Das Material des Reibkörpers ist beispielsweise Oxidkeramik; mit den üblichen Herstellungs- und Formgebungstechniken lassen sich derartige Körper praktisch beliebiger Form herstellen. Zur Aufnahme des abzutastenden Fadens ist an der einen Fläche des Reibkörpers eine Führungsrille 14 vorgesehen.
Das elektronische Bauelement 13 umfasst zum Beispiel einen Kopplungskondensator, einen sehr hochohmigen Eingangswiderstand, einen Feldeffekttransistor mit Arbeitswiderstand, sowie eine Gleichrichter- und Glättungsstufe mit Diode, Glättungskondensator und Widerstand. In einem solchen Schaltelement wird die unregelmässige hochfrequente Eingangsspannung, die beim Fadenlauf über den Reibkörper auftritt, in ein Gleichspannungssignal umgeformt.
Jede der Baueinheiten 10 ist unter Zwischenschaltung eines gummielastischen Materials im Gehäuse 2 gelagert; es kann für diesen Zweck mit Vorteil eine Vergussmasse verwendet werden, die nach dem Erstarren gummielastische Eigenschaften hat.
Das in Fig. 1 bis 4 dargestellte Konstruktionsprinzip lässt sich auf Wandler mit einer grösseren Anzahl von Fadenmessstellen anwenden, die zum Beispiel an Zettelmaschinen eingesetzt werden sollen. Eine nicht nur raumsparende, sondern auch billige Herstellung ist hierbei von grosser Bedeutung. Es ist für die Erfindung nicht wesentlich, dass die Fadenführungen 14 am Reibkörper selbst angebracht sind; vielmehr können statt dessen am Gehäuse 3 separate Fadenführungen als Einsätze aus hartem Material befestigt sein. Die dargestellte Ausführungsform des Bauelements 10 macht jedoch die Anbringung solcher separaten Fadenführungen überflüssig.
In Fig. 5 und 6 ist eine Baueinheit dargestellt, die mit elektronischen Bauelementen 18, 19 einer relativ grossen Bauhöhe bestückt ist. In diesem Falle sind am Reibkörper lla zwei parallele Stege 17 vorgesehen, die sich längs zweier paralleler Kanten des Reibkörpers erstrecken und welche die Bauelemente 18, 19 zwischen sich einschliessen. Das Bauelement 18 ist in diesem Falle ein Trimmkondensator und das Bauelement 19 ein Feldeffekttransistor.
Fig. 7 zeigt eine Baueinheit lOb, bei der an einem einzigen langgestreckten Reibkörper 11b vier Messstellen angeordnet sind. Die äussere Form dieser Baueinheit entspricht derjenigen, die man durch entsprechendes Aneinanderlegen von vier einzelnen Baueinheiten 10 gemäss Fig. 4 erhält. In diesem Falle kann ein Gehäuse 2 (Fig. 1 bis 3) keine Querrippen 6 im Innern aufweist. Solche Baueinheiten erleichtern die Herstellung von Wandlern mit einer grösseren Anzahl, beispielsweise 20, Messstellen, wie sie für Zettelmaschinen und allgemein für die Überwachung einer grossen Anzahl von Fäden benötigt werden.
Bei derartigen Vielfach-Abfüllvorrichtungen, wie sie im vorstehenden beschrieben sind, kann ein Teil des an die Baueinheiten anzuschliessenden Auswertekreises vorteilhaft als vom Reibkörper getrennte Baueinheit im Gehäuse angeordnet werden; dieses muss dann so dimensioniert werden, dass genügend Raum für die Aufnahme dieser Baueinheit zur Verfügung steht. Vorteilhaft lässt sich für die Aufnahme dieser Einheit eine der zwischen den Quer- und Längsrippen des Gehäuses, siehe Fig. 3, gebildeten Kammern 6a benutzen.
Triboelectric converter
Main patent no. 479478 relates to a method and an apparatus for monitoring the movement of a textile thread.
In particular, sensing elements are shown and described in this patent, which have a friction body and one or two electrical conductors which are arranged on the friction body, and a housing which is made of conductive material and acts as a shield for the friction body and the conductor or conductors.
In the following, such sensing elements will be referred to as triboelectric transducers. In these transducers, the effects of rubbing a body, e.g.
of a running thread, high-frequency components of static electricity occurring on the friction body are used to display the movement of the body.
The invention relates to a triboelectric converter with at least one friction body, at least one electrode and a housing which receives the friction body or the friction bodies and which electrically shields them.
The purpose of the invention is to create novel triboelectric converters that can be manufactured with relatively little effort and are suitable for mass production.
Previously known triboelectric scanning devices used as weft thread monitors on weaving machines for monitoring a plurality of threads, as e.g. shown and described in Swiss Patent No. 530 335 consist of several components.
The friction body is designed as a hollow rod, in the bore of which a wire-shaped electrode is arranged. This electrode is connected to the input of a preamplifier, which is located in a housing on which the holder for the mentioned friction body is mounted on the outside, which in turn carries a number of thread guide elements.
The invention is based on the object of simplifying the construction of tribeolectric transducers, in particular also of those which are intended for monitoring a plurality of threads, by combining several construction elements into a single integrated unit.
In the converter according to the invention, this object is achieved in that the friction body, electrode and at least one electronic component that is conductively connected to the electrode are combined to form an inseparable structural unit.
In the preferred embodiment of the invention, the friction body is made of a non-conductive material, the electrode and the conductor tracks required for connecting the electronic component or the electronic components being attached to the friction body in the form of layers. The conductor tracks can be applied to the friction body, which is made of oxide ceramic, for example, by known methods, that is, by vapor deposition in a vacuum, applying a conductive lacquer and baking it, by metal spraying or by a galvanic process.
For example, electronic components of flat design can be used in which the connection lines are led outwards laterally, that is to say on the narrow edges; Such components can easily be attached to a surface of the friction body and connected to the conductor tracks present on it. A device can comprise a single active electronic component, such as a field effect transistor, or several active and passive electronic components, e.g. FET input stage, resistors, diode for rectifying the signal voltage and filter elements.
The component can be manufactured as a monolith, a micro-block, thin-film or thick-film technology, etc., using solid-state technology.
For special electronic circuits that cannot be economically manufactured or procured using this type of technology, a hybrid construction or a mixed construction can also be used.
The component or components can be permanently connected to the friction body by soldering, cementing or other suitable methods.
In the following, embodiments of the subject matter of the invention are explained by way of example with reference to the drawings. In these show:
1 and 2 exterior views of a triboelectric transducer for the simultaneous scanning of four threads;
3 shows an interior view of a half housing of the same transducer;
4 shows one of the four structural units of this converter arranged in the housing;
FIGS. 5 and 6 show another embodiment of a structural unit and
7 shows a structural unit with four thread measuring points on a single friction body.
1 shows a triboelectric transducer 1 which is designed for the simultaneous monitoring of four threads. The housing 2 of the transducer, according to Fig. 2, consists of two shells 8 and 9 which are secured by means not shown, e.g. Screws, are connected together. The housing is provided on one of its longitudinal edges with recesses 3 for the threads to pass through.
A cable 4 is used to connect the structural units 10, FIG. 4, arranged in the housing, to an electronic evaluation circuit, which is not shown. According to FIG. 2, an opening 7 for the passage of the cable 4 is provided in the housing.
In each shell 8, 9, according to FIG. 3, a longitudinal rib 5 with recesses 5 a for the passage of electrical lines (not shown) to the structural units and three transverse ribs 6 are provided. The longitudinal ribs 5 and transverse ribs 6 divide the interior of the housing into four chambers 6a, each of which receives a structural unit 10 according to FIG. The elongated channel 7a below the longitudinal ribs 5 serves to receive the end of the cable 7 and the lines, not shown, which extend therefrom.
The structural units 10 according to FIG. 4 consists of a plate-shaped or cuboid friction body 11 made of hard material, an electrode 12, an electronic component 13, conductor tracks 15 and connection points 16.
The material of the friction body is, for example, oxide ceramic; With the usual manufacturing and shaping techniques, bodies of this type can be manufactured in practically any shape. To accommodate the thread to be scanned, a guide groove 14 is provided on one surface of the friction body.
The electronic component 13 comprises, for example, a coupling capacitor, a very high-resistance input resistor, a field effect transistor with an operating resistor, and a rectifier and smoothing stage with a diode, smoothing capacitor and resistor. In such a switching element, the irregular high-frequency input voltage, which occurs when the thread runs over the friction body, is converted into a DC voltage signal.
Each of the structural units 10 is mounted in the housing 2 with the interposition of a rubber-elastic material; For this purpose, it is advantageous to use a casting compound which has rubber-elastic properties after solidification.
The construction principle shown in FIGS. 1 to 4 can be applied to converters with a larger number of thread measuring points which are to be used, for example, on warping machines. A not only space-saving, but also cheap production is of great importance here. It is not essential for the invention that the thread guides 14 are attached to the friction body itself; rather, separate thread guides can instead be attached to the housing 3 as inserts made of hard material. However, the illustrated embodiment of the component 10 makes the attachment of such separate thread guides superfluous.
In Fig. 5 and 6, a unit is shown which is equipped with electronic components 18, 19 of a relatively large height. In this case, two parallel webs 17 are provided on the friction body 11a, which extend along two parallel edges of the friction body and which enclose the components 18, 19 between them. In this case, component 18 is a trimming capacitor and component 19 is a field effect transistor.
7 shows a structural unit 10b in which four measuring points are arranged on a single elongated friction body 11b. The external shape of this structural unit corresponds to that which is obtained by placing four individual structural units 10 next to one another as shown in FIG. In this case, a housing 2 (FIGS. 1 to 3) cannot have any transverse ribs 6 inside. Such structural units facilitate the production of transducers with a larger number, for example 20, measuring points, as are required for warping machines and generally for monitoring a large number of threads.
In the case of such multiple filling devices as described above, part of the evaluation circuit to be connected to the structural units can advantageously be arranged in the housing as a structural unit separate from the friction body; this must then be dimensioned in such a way that there is enough space available to accommodate this structural unit. One of the chambers 6a formed between the transverse and longitudinal ribs of the housing, see FIG. 3, can advantageously be used to accommodate this unit.