CH639486A5 - Piezoelektrischer geber zum erzeugen eines von der fadenzugkraft eines textilfadens abhaengigen signals. - Google Patents

Piezoelektrischer geber zum erzeugen eines von der fadenzugkraft eines textilfadens abhaengigen signals. Download PDF

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Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Geber zum Erzeugen eines von der Fadenzugkraft eines Textilfadens abhängigen Signals.
Neben den bekannten, mit Dehnmessstreifen oder kapazitiv arbeitenden, ein von der Fadenzugkraft abhängiges Signal abgebenden Gebern sind auch piezo-resitive Geber bekanntgeworden, die sich zwar durch eine hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit auszeichnen, sich jedoch nur für den Einsatz in Labor-Versuchsanlagen, nicht aber für den Ein- bzw. Anbau in bzw. an Fäden verarbeitenden Maschinen eignen. Dies deshalb, weil die unvermeidlichen Vibrationen und Eigenschwingungen solcher Maschinen ebenfalls vom piezoelektrischen Element des Gebers erfasst werden, und sich somit als Störsignal dem von der Fadenzugkraft abhängigen Signal überlagern.
An sich wäre ein piezoelektrischer Geber unter anderen Dingen wegen seiner geringen Schmutzempfindlichkeit und seiner mechanischen Robustheit grundstäzlich geradezu prädestiniert, um in oder an Faden verarbeitenden Maschinen ein- bzw. angebaut zu werden, doch standen bisher dieser Ein-satzart die zuvor genannten, nachteiligen Eigenschaften im Wege.
Es ist daher ein Zweck der Erfindung, einen piezoelektrischen Geber der eingangs genannten Art zu schaffen, der zum Ein- bzw. Anbau in bzw. an Faden verarbeitenden Textilmaschinen geeignet ist.
Zu diesem Zweck ist der Erfindung die Aufgabe zugrunde gelegt, den Geber so auszubilden, dass sein piezoelektrisches Element auf Eigenvibrationen der Stelle, an der der Geber ein-bzw. angebaut ist, praktisch kaum anspricht, sondern nur auf die von der Fadenzugkraft herrührenden Beanspruchung.
Diese Aufgabe ist beim vorgeschlagenen piezoelektrischen Geber gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass sein piezoelektrisches Element wenigstens einen Teil eines einerends an einer Einspannstelle fest eingespannten und andernends durch die Fadenzugkraft beanspruchten elastischen Schwingers ist, der über ein an einer Stelle zwischen seinen Enden angreifendes und mit der Einspannstelle starr verbundenes Auflager im wesentlichen parallel zur Beanspruchungsrichtung vorgespannt ist.
Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind den abhängigen Patentansprüchen 2-11 zu entnehmen.
Des weiteren wird gemäss der Erfindung die Verwendung des vorgeschlagenen piezoelektrischen Gebers zum Überwachen des Laufes eines laufenden Textilfadens vorgeschlagen.
Nachstehend ist die Erfindung rein beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt längs der Linie I-I der Fig. 2 durch die wesentlichen Bestandteile eines piezoelektrischen Gebers,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 in stark überhöhter und schematisierter Darstellung eine Seitenansicht wesentlicher Teile des Gebers nach Fig. 1.
Fig. 4 eine zur Verwendung mit dem Geber gemäss Fig. 1 geeignete Schaltung, falls der vom Geber erfasste Faden ein laufender, von einer Spule über Kopf abgezogener Faden ist, und
Fig. 5 der zeitliche Verlauf eines die Fadenzugkraft darstellenden Signales, oben aufgenommen mit einem herkömmlichen Geber für den Laborgebrauch, unten gleichzeitig mit einem Geber gemäss Fig. 1 und mit der Schaltung gemäss Fig. 4.
Der in Fig. 1 und 2 dargestellte piezoelektrische Geber 10 weist ein Gehäuse 11 auf, das beispielsweise einstückig mit dem Gehäuse einer Faden verarbeitenden Textilmaschine, z.B. einer Umspulmaschine, einer Fachmaschine oder dergleichen sein kann. An der Aussenseite des Gehäuses ist eine im Querprofil etwa V-förmige Rinne 12 ausgebildet, die zur Aufnahme
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und Führung eines Fadens F dient und deren Boden 13 in Längsrichtung der Rinne 12 gesehen nach aussen konvex ist. Der Boden 13 ist durch einen quer zur Rinne 12 verlaufenden Durchlass 14 unterbrochen, der in das Innere des Gehäuses 11 führt. Hier ist eine gummielastische Tülle 15, z.B. aus einem Schaumstoff, eingesetzt, die ihrerseits einen metallenen, im wesentlichen quaderförmigen Massenkörper 16 umschliesst. Im Massenkörper 16 ist eine Nut 17 eingearbeitet, die zur Aufnahme eines Einspannblockes 18 dient, der seinerseits z.B. mittels einer Schraube 19 fest am Massekörper verankert ist.
In diesem Einspannblock 18 ist, etwa auf der Höhe des Durchlasses 14, ein Schlitz 20 eingearbeitet, in dem das eine Ende 21 eines mit der Bezugszahl 22 allgemein bezeichneten, elastischen Schwingers fest eingespannt, z.B. eingepresst und verklebt ist. Im vorliegenden Falle besteht der Schwinger 22 im wesentlichen aus einem piezokeramischen, rechteckigen Plättchen 23, das an seiner, der fest eingespannten Seite 21 tragt gegenüberliegenden Seite einen wulstförmigen Fadenführer 24.
Die Bestandteile 16, 18 und 22 sind so im Gehäuse 11 angeordnet (vergleiche Fig. 1 ), dass der Fadenführer 24 sich mit Spiel durch den Durchlass 14 hindurch erstreckt, und zwar so weit, dass er den vom Boden 13 der Rinne 12 beschriebenen Bogen durchstösst und die ganze Breite des Bodens überbrückt. Der Faden F muss somit den Fadenführer 24 bestreichen, das heisst dieser ist eine von der Fadenzugkraft abhängigen Kraft ausgesetzt, die somit den Schwinger 22 an seinem freien Ende beansprucht.
Vom Einspannblock 18 geht ein einstückig mit diesem ausgebildeter Ausleger 25 aus, der das Plättchen 23 übergreift und dessen freies Ende in Richtung auf das Plättchen 23 umgebogen und als Auflager 26 ausgebildet ist, das das Plättchen 23 um eine zum Fadenführer 24 parallele Biegeachse, im vorliegendem Falle nach unten, vorspannt. Das Auflager 26 liegt auf einer die gesamte Breite des Plättchens 23 überbrückenden Linie 27 (Fig. 2) auf diesem auf. Diese Linie 27 ist etwa doppelt so weit entfernt von dem Einspannschlitz 20 als vom Fadenführer 24. Daraus ergibt sich, dass die freie Schwingungslänge des Schwingers 22 für vom Einspannblock 18 (und damit von der Einbaustelle des Gebers 10) her angeregte Schwingungen nur durch jenen Abschnitt des Plättchens 23 gegeben ist, der sich zwischen der Linie 27 und dem Fadenführer 24 erstreckt, während für vom Fadenführer 24 her angeregte Schwingungen die gesamte Länge des Plättchens 23 zwischen Schlitz 20 und Fadenführer 24, allerdings mit einem Knotenpunkt an der Linie 27 zur Verfügung steht.
Dieser Sachverhalt geht noch deutlicher aus der stark überhöht und schematisiert in Fig. 3 wiedergegebenen Darstellung hervor. Man erkennt in dieser Fig. 3 den Einspannblock 18, in dessen Schlitz 20 das eine Ende 21 des Plättchens 23 (hier nur als dicke Linie dargestellt) eingespannt ist. Ferner erkennt man den Ausleger 25 mit dem daran angeformten Auflager 26. Mit der gestrichelten Linie 28 ist die Richtung angegeben, welche das ebene Plättchen 23 ohne Auflager 26 einnehmen würde. Das Auflager 26 hat jedoch zum Zweck, das Plättchen auf Biegung vorzuspannen, so dass dieses, wie dargestellt, etwas nach unten verbogen ist. In Wirklichkeit beträgt das Mass, um welches das Plättchen verbogen ist, nur einige Hunderstel mm. Wird der Faden F mit einer bestimmten Zugkraft in Pfeilrichtung über den Fadenführer 24 gezogen, entsteht eine am F, . üiuhrer angreifende, von der Fadenzugkraft abhängige iveibungskraft, die die Tendenz hat, das Plättchen 23 mehr oder weniger in die mit der punktierten Linie 29 angedeutete Lage zu verbiegen, so dass auch der Bereich des Plättchens zwischen der Linie 27 und dem Schlitz 20 auf Biegung beansprucht ist. Wenn hingegen der Block 18 und damit auch der Ausleger 25 und das Auflager 26 (trotz der Tülle 15) Schwingungen erfahren, dann bewegt sich der Schlitz 20 und das Auflager 26 synchron und phasengleich, so dass nur noch der kurze Bereich des Plättchens 23 zwischen der Linie 27 und dem Fadenführer 24 zum Schwingen angeregt werden könnte. Durch geeignete Wahl der Länge dieses Bereiches kann die Eigenfrequenz für diesen Bereich so hoch gewählt werden, dass eine Schwingungsanregung vom Block 18 her vernachlässigbar ist.
Wie bei jedem piezoelektrischen Element führen vom Plättchen 23 elektrische Leiter 30 (in Fig.l nur schematisch angegeben) zu einer Schaltung 31, die für die vom piezoelektrischen Element herrührenden Spannungssignale geeignet ist und an ihrer Ausgangsklemme 32 ein zur weiteren Auswertung geeignetes Signal liefert.
Eine solche Schaltung 31 ist beispielsweise in Fig. 4 dargestellt. Die Leiter 30 führen zu einem ersten Operationsverstärker 33, dessen Ausgang 34 über einen Kopplungswiderstand 35 an einen zweiten Operationsverstärker 36 mit Kompensation der Wirkung des Eingangsruhestromes angeschlossen ist. Dem Ausgang 37 dieses Operationsverstärkers ist ein Tiefpassfilter, im vorliegenden Falle ein aktives Tiefpassfilter 38 nach Tschebyscheff nachgeschaltet.
Die vorliegende Schaltung 31 ist besonders geeignet, wenn der Geber dazu eingesetzt wird, die Fadenzugkraft eines von einer Spule über Kopf abgezogenen Fadens zu erfassen. In diesem Falle ist der zeitliche Verlauf der Fadenzugkraft bekanntlich periodisch mit einer Periodendauer, die exakt einem Auf- und Abhub des Fadenablösepunktes an der Spule entspricht. Man kann nun diese Perioden zählen und aus dem Zählerergbnis auf die Länge des Fadens schliessen, die am Geber vorbeigezogen wurde. Die Frequenz, mit der die Fadenzugkraft ändert, hängt natürlich von der Abzugsgeschwindigkeit ab und weist bei den gängigen Abzugsgeschwindigkeiten einen Wert zwischen etwa 10 und 20 Hz auf. Der Tiefpassfilter 38 ist nun auf eine solche obere Grenzfrequenz eingestellt, so dass die höherfrequenten, vom Geber 10 ebenfalls erfassten Signalanteile, die etwa von der Rauheit des Fadens F herrühren und in Fig. 5 oben deutlich als der Grundfrequenz überlagert erscheinen, vom Tiefpassfilter 38 ausgefiltert wird, so dass an dessen Ausgang 32 ein der Fig. 5 unten entsprechendes Signal entsteht.
Es wurde bereits erwähnt, dass aus diesem Signal sich beispielsweise die Länge des abgezogenen Fadens herleiten lässt. Dieses Signal kann aber auch zum Regeln einer dem Geber zugeordneten Fadenbremse verwendet werden, oder ganz allgemein um nicht nur die Anwesenheit des Fadens am Geber 10 sondern auch den Lauf des Fadens durch den Geber zu überwachen.
Beim beschriebenen Beispiel ist als Schwinger ein elastischer Biegeschwinger vorgesehen. Es versteht sich indessen, dass das erfindungsgemässe Prinzip sich auch mit einem elastischen Torsionsschwinger verwirklichen lässt.
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2 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

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  2. 2. Piezoelektrischer Geber nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwinger (22) durch die Fadenzugkraft auf Biegung beansprucht ist.
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    PATE NTANSPRÜC H E
    Piezoelektrischer Geber zum Erzeugen eines von der Fadenzugkraft eines Textilfadens abhängigen Signals,
    dadurch gekennzeichnet, dass sein piezoelektrisches Element (23) wenigstens ein Teil eines einerends an einer Einspannstelle (20) fest eingespannten und andernends durch die Fadenzugkraft beanspruchten, elastischen Schwingers (22) ist, der über ein an einer Stelle (27) zwischen seinen Enden (21, 24) angreifendes und mit der Einspannstelle (20) starr verbundenes Auflager (26) im wesentlichen parallel zur Beanspruchungsrichtung vorgespannt ist.
  3. 3. Piezoelektrischer Geber nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwinger (22) durch das Auflager
    (26) in einer der Biegebeanspruchung durch die Fadenzugkraft entgegengesetzten Richtung auf Biegung vorgespannt ist.
  4. 4. Piezoelektrischer Geber nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwinger (22) ein piezoke-ramisches, im wesentlichen viereckiges Plättchen (23) aufweist, das an einer seiner Seiten (21) fest an der Einspannstelle (20) eingespannt ist, und an seiner gegenüberliegenden Seite ein Fadenumlenkorgan (24) trägt und sowohl durch die Fadenzugkraft als auch durch das Auflager (26) auf Biegung um zu seiner Ebene parallele Biegeachsen beansprucht ist.
  5. 5. Piezoelektrischer Geber nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflager (26) am freien Ende eines von einem die Einspannstelle (20) aufweisenden Block (18) ausgehenden Auslegers (25) ausgebildet ist und längs einer parallel zum Fadenumlenkorgan (24) verlaufenden Linie (27) auf dem Plättchen (23) aufliegt.
  6. 6. Piezoelektrischer Geber nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die eingespannte Seite (21) des Plättchens (23) in in einem im Block ( 1S) ausgebildeten Schlitz (20) festgeklemmt ist.
  7. 7. Piezoelektrischer Geber nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagelinie (27) des Auflagers (26) näher beim Fadenumlenkorgan (24) als bei der Einspannstelle (20) verläuft.
  8. 8. Piezoelektrischer Geber nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Block (18) und der Ausleger (25) mit dem Auflager (26) einstückig ausgebildet sind.
  9. 9. Piezoelektrischer Geber nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (25) mit dem Auflager (26) aus einem Kunststoff sind und an einem Massekörper (16) verankert sind, der seinerseits über ein gummielastisches Dämpfungsglied ( 15) schwimmend in einem Gehäuse (11) eingebaut ist.
  10. 10. Piezoelektrischer Geber nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Auflagelinie
    (27) vom Fadenumlenkorgan (24)1 j bis 4 des Abstandes der Auflagelinie (27) von der Einspannstelle (20) entspricht.
  11. 11. Piezoelektrischer Geber nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflager (26) auf der gesamten Breite des Plättchens (23) auf diesem aufliegt.
  12. 12. Verwendung des piezoelektrischen Gebers nach Patentanspruch 1, zum Überwachen des Laufes eines laufenden Textilfadens (F).
  13. 13. Verwendung nach Patentanspruch 12 zum Erfassen des Laufes eines von einer Spule über Kopf abgezogenen Textilfadens.
  14. 14. Verwendung nach Patentanspruch 13, bei der das erzeugte Signal zum Ermitteln der Länge des Textilfadens, der den Geber durchlaufen hat, und 'oder zum Regeln einer dem Geber zugeordneten Fadenbremse ausgewertet wird.
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