CH694774A5 - Kontaktlose Messwertübertragung. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontaktlosen Messwertübertragung von einem auf einer Hohlwelle befestigten Teil, z.B. einer Heizgalette, auf ein fest stehendes Maschinenteil. Die CH-B-689 745 beschreibt eine Vorrichtung zur kontaktlosen Messwertübertragung von einer auf einer Hohlwelle befestigten Rolle, insbesondere einer Heizgalette, auf ein fest stehendes Maschinenteil mit wenigstens einem Temperaturfühler im Mantel der Rolle; einer mit der Rolle rotierenden, ein temperaturabhängiges Messsignal erzeugenden Umformerschaltung; einer sich durch die Hohlwelle hindurch erstreckenden Leitungsverbindung zum rotierenden Teil eines kontaktlosen Messwertübertragers; sowie einem fest stehenden Teil des Messwertübertragers, der an eine Einrichtung zum Anzeigen und/oder Regeln der Rollentemperatur anschliessbar ist; wobei der Rotor des Messwertübertragers am freien Ende eines die Hohlwelle durchsetzenden Schutzrohres befestigt ist; der oder die Temperaturfühler am anderen Ende des Schutzrohres vorgesehen sind; die Leitungsverbindung zwischen den Temperaturfühlern und dem Rotor durch das Schutzrohr verläuft und das Schutzrohr samt Rotor von der Stirnseite der Rolle her so weit in die Hohlwelle einschiebbar ist, bis der Rotor in den Stator des Messwertübertragers eintaucht. Die Anordnung nach CH-B-689 745 ist offensichtlich zur Verwendung in einem Gerät nach DE- C-3 830 384 konzipiert, weshalb das Eintauchen des Rotors in den Stator wesentlich ist. Die DE- C-3 830 384 beschreibt eine Vorrichtung zur kontaktlosen Messwertübertragung, bei der ein einziger, eine stationäre und eine rotierende Wicklung aufweisender Messwertübertrager sowohl zur Energieübertragung auf den rotierenden Teil, zur Übertragung des Messsignals auf den Stator als auch zur Übertragung von Synchronisiersignalen für die Abtastung mehrerer auf der Galette befindlicher Temperaturfühler ausgenutzt wird. Eine derartige Messwert-Übertragungsvorrichtung zeichnet sich durch einen besonders einfachen, übersichtlichen und kompakten Aufbau aus, ist leicht zu montieren und im Reparaturfall zu demontieren und gewährleistet einen guten mechanischen Schutz ihrer Elektronikbauteile. Über das Schutzrohr in der Anordnung gemäss CH-B-689 745 können der Rotor des Messwertübertragers, die elektronische Umformerschaltung und auch die Messfühler zu einer Baueinheit zusammengefasst werden. Das Schutzrohr wird von der freien Stirnseite der Galette her in die Hohlwelle eingeführt und mit der Hohlwelle verbunden. Für etwaige Reparaturen an diesen Bauteilen oder für deren Ersatz braucht das der Galette abgewandte Ende der Hohlwelle nicht zugängig zu sein. In der Kombination mit DE-C-3 830 384 ist die Anordnung aber nicht dazu geeignet, für jedes Element eine Optimierung im Hinblick auf die entsprechende Funktion zu ermöglichen. Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung zur kontaktlosen Messwertübertragung von einem auf einer Hohlwelle befestigten, mit der Welle drehbaren Teil, auf ein fest stehendes Maschinenteil vor. Die Vorrichtung umfasst einen Leiterträger, der durch die Hohlwelle geführt werden kann. Der Träger trägt nicht nur Leiter sondern auch Elektronikelemente zur Aufbereitung der Messsignale für die Übertragung. Die Elektronikelemente können über die Leiter mit den Messfühlern verbunden sein, um eine Mess-und Aufbereitungsschaltung zu bilden. Dabei ist mindestens ein erstes Element zur Übertragung der Messwerte (bzw. entsprechender Signale) auf das fest stehende Maschinenteil und mindestens ein zusätzliches Element zur Übertragung von Energie auf die Mess- und Aufbereitungsschaltung vorgesehen. Das erste Element kann mittels Lichtsignalen oder mittels eines elektromagnetischen Feldes, insbesondere induktiv oder mit Funkwellen, arbeiten. Der Signalübertragungspfad kann sich gegenüber der Hohlwelle in die axiale Richtung erstrecken. In einer Alternative ist mindestens ein Element zur Übertragung der Messwerte auf das fest stehende Maschinenteil und zur Übertragung von Energie auf die Mess- und Aufbereitungsschaltung vorgesehen. Das Übertragungselement kann auf der Hohlwelle montiert und mittels eines wiederholt lösbaren und selbsttätig verbindenden Verbindungsmittels mit der Mess- und Aufbereitungsschaltung verbindbar sein. Das Übertragungselement kann induktiv arbeiten, z.B. eine Planarspule sein. Der Träger ist vorzugsweise ein Schutzrohr. Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand in den Zeichnungen wiedergegebener Beispiele erläutert. Nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Teile einer Galette sind dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch Galette, Hohlwelle und Messwertübertrager, gemäss CH-B-689 745; Fig. 2 eine erste Modifikation der Anordnung nach der Fig. 1; Fig. 3 eine Variante der Anordnung nach der Fig. 2; Fig. 4 eine zweite Modifikation der Anordnung nach der Fig. 1; Fig. 5 eine weitere Variante der Anordnung nach der Fig. 2. Die Fig. 1 zeigt eine bekannte Heizgalette. In den Mantel 1 der beheizten Galette 2 sind mehrere Temperaturfühler 3 eingesetzt, welche die Temperatur an verschiedenen Stellen der Galette messen. Im Innenraum 4 der Galette befindet sich eine nicht gezeigte, stationäre Heizvorrichtung, z.B. in der Form eines Induktionsheizers. Die Galette sitzt mit ihrer Nabe 5 auf dem Ende einer Hohlwelle 6, die in nicht dargestellter Weise im Maschinengestell vorzugsweise fliegend gelagert ist und von einem ebenfalls nicht gezeigten Elektromotor angetrieben wird. Zur Übertragung der von den Temperaturfühlern 3 erzeugten Messsignale auf eine stationäre Regelvorrichtung für die Heizvorrichtung dient ein Messwert-übertrager 7, bestehend aus einem vom Maschinengestell 8 getragenen Stator 9 und einem mit der Hohlwelle 6 rotierenden Rotor 10. In die Hohlwelle 6 ist ein Schutzrohr 11 aus Stahl eingesetzt, dessen galettenfernes Endteil 12 einen Elektronikbaustein, beispielsweise in Form einer elektronischen Leiterplatte 13 aufnimmt, welcher die Messsignale in zur induktiven Übertragung über den Messwertübertrager 7 geeignete Signale umformt. Eine Leiterplatte 14 im Stator 9 des Messwertübertragers 7 trägt eine elektronische Auswerteschaltung für die übertragenen Signale und steuert die ebenfalls vom Maschinengestell getragene stationäre Heizvorrichtung. Ein Beispiel für eine solche Umformerschaltung ist in der oben erwähnten DE-C 3 830 384 beschrieben. Die Leiterplatte 14 der Auswerteschaltung ist über ein Kabel 15 an einen Regler (nicht gezeigt) für die Heizvorrichtung angeschlossen. Die Temperaturfühler 3 sind mechanisch mit dem Schutzrohr 11 und elektrisch mit dem Baustein 13 verbunden, so dass eine Baugruppe entsteht, welche alle der Messwertübertragung dienenden rotierenden Teile des Messwertübertragers, also die Fühler 3, die Umformerschaltung 13, sowie die Rotorspule 10, umfasst und als solche Baugruppe von der Stirnseite 17 der Galette 2 her in die Hohlwelle 6 eingesetzt werden kann. Das Schutzrohr 11 samt einem Träger 16 für die Temperaturfühler 3 wird dabei so weit in die Hohlwelle 6 eingeschoben, bis die Rotorspule 10 ordnungsgemäss in den Stator 9 hineinragt. Die Verbindungsleitungen 18 zwischen den Temperaturfühlern 3 und dem Elektronikbaustein 13 verlaufen im Schutzrohr 11 und sind durch dieses geschützt. Der Elektronikbaustein 13 bzw. seine Leiterplatte dient zugleich als Halterung für die Rotorspule 10. Die mechanische Verbindung der Temperaturfühler 3 mit dem Schutzrohr 11 wird durch den Träger 16 unterstützt, der am gestellfernen Ende 19 des Schutzrohres 11 befestigt oder mit diesem einstückig ausgebildet ist. Die Temperaturfühler 3, die Verbindungsleitungen 18 und der Elektronikbaustein 13 bilden zusammen eine Mess- und Aufbereitungsschaltung. Für etwaige Reparaturen an den Temperaturfühlern 3, der Leiterplatte 13 oder am Rotor 10 wird die gesamte Baugruppe 3, 10, 11, 13, 16 als Einheit aus der Hohlwelle 6 herausgezogen und gegebenenfalls ersetzt. Hierzu braucht das der Galette 2 ferne, den Rotor 10 tragende und innerhalb der Garnbehandlungsmaschine zumeist schlecht zugängliche Ende der Hohlwelle 6 nicht freizuliegen. Die Stirnseite 17 der Galette 2 hingegen befindet sich ausserhalb der Maschine und ist schnell und leicht zu erreichen. Der Messwertübertrager kann nicht nur der Übertragung von Temperatursignalen, sondern zugleich als Teil einer Drehzahlmesseinrichtung dienen. Hierzu könnte z.B. in die Stirnwand des Spulenträgers 10A ein Magnet eingesetzt werden, der mit einem nicht dargestellten stationären Sensor, z.B. einer Induktionsspule, zusammen-arbeitet und eine in ihrer Frequenz drehzahlabhängige Impulsfolge erzeugt. Da der Vorderteil der Vorrichtung (mit der Galette 1) unverändert für alle Ausführungen der vorliegenden Erfindung beibehalten wird, sind die entsprechenden Elementen nicht in den weiteren Figuren gezeigt. Die Elemente der Ausführungen gemäss der Figuren 2, 3, 4 und 5 werden mit den gleichen -Bezugszeichen versehen, wie die entsprechenden Elemente gemäss Fig. 1, sofern keine wesentliche Änderung der Funktion bzw. Wirkungsweise vorgesehen ist. Die Elemente mit den gleichen Bezugszeichen werden nicht nochmals im Zusammenhang mit der Fig. 2, 3, 4, bzw. 5 beschrieben. In der Anordnung gemäss der Fig. 2 sind zwei Elemente geändert worden, nämlich die beiden Spulen 10A und 14A. Diese dienen nun nur der Übertragung der erforderlichen Energie, um die Mess- und Aufbereitungsschaltung betreiben zu können, d.h. der Übertragung von den fest stehenden auf den rotierenden Teile. Die eigentliche Messwertübertragung (oder genauer, die Übertragung der Signale, welche die Messwertinformationen beinhalten) erfolgt nun mittels einer Leuchtdiode 30, die vom Schutzrohr 6 über die Leiterplatte 13 (die Halterung für die Spule 10A) getragen wird. Auf dem stationären Gestellteil 8 ist in diesem Fall ein Lichtempfänger 32 (z.B. ein Fototransistor) montiert, welcher die Signale an eine geeignete Auswertung (nicht gezeigt) weiterleitet, wie schematisch mit dem Pfeil P angedeutet ist. Das im Wesentlichen gleiche Übertragungsprinzip ist in der J7/31 Streckrolle der Anmelderfirma verwendet worden und ist dem Fachmann gut bekannt. Die Messfühler 3 können gemäss diesem Prinzip in der Form von Pt100-Widerstandstemperaturfühlern vorgesehen werden, wobei die Widerstände der Fühler in einer Oszillatorschaltung frequenzbestimmend sind. Letztere Schaltung wäre im Elektronikbauteil 13 vorzusehen. Für ein Mehrkanalsystem können die Fühler der Reihe nach über einen Multiplexer mit dem Oszillator verbunden werden, d.h. der Multiplexer wäre auch im Schutzrohr 6 vorzusehen. Die bekannte Signalbildung mittels Frequenzen könnte durch die Signalbildung mittels Pulsreihen ersetzt bzw. ergänzt werden. Die Pulssignale könnten Informationen mittels Modulation übertragen, z.B. Modulation der Pulsbreite, der Pulshöhe und/oder der Reihenfolge der Pulse. Ein Übertragungssystem, das mit einer Leuchtdiode arbeitet, ist auch in DE-A-2 937 656 gezeigt. Wichtig ist, dass die Energieübertragung (über die Spule 10A) getrennt von der Messwertübertragung (über die Leuchtdiode 30) erfolgt. Die beiden Übertragungsmittel können daher je (unabhängig voneinander) auf die eigene Funktion ausgelegt und optimiert werden. Der Übertragungspfad für die Messwerte, d.h. der Weg zwischen der Leuchtdiode 30 und dem Empfänger 32, erstreckt sich nun in die axiale Richtung der Welle 6, während die Energie-übertragung nach wie vor radial erfolgt. Diese Trennung der Übertragungswege ist nicht wesentlich, aber bei der Benutzung der Fotoübertragungstechnik sehr sinnvoll. Die Ausführung nach der Fig. 3 ist insofern ähnlich, als die Messwertübertragung auch in diesem Fall über einen von der Energieübertragung getrennten Übertragungspfad erfolgt, hier aber mittels des Induktionsprinzipes, das schematisch mit einer Rotorspule 34 und einer Statorspule 36 angedeutet ist. Die Statorspule 36 ist mit einer Empfängerschaltung 38 verbunden, welche die Signale an die Auswertung (nicht gezeigt) weitergibt. In diesem Fall könnte sich der Übertragungsweg ohne weiteres in die radiale Richtung gegenüber der Welle 6 erstrecken. Die Ausführung gemäss der Fig. 4 arbeitet nach einem anderen Prinzip. Hier ist nur ein Element, nämlich eine Planarspule 40, zur Übertragung sowohl der Energie als auch der Messwerte zwischen dem Gestell 8 und der mit der Hohlwelle rotierenden Teile vorgesehen. Die Spule 40 steht daher der Spule 14 (vgl. Fig. 1) gegenüber, wobei die letztere Spule zur Übertragung in der axialen Richtung ausgelegt werden muss, was allenfalls eine kleinere Modifikation der Spule 14 gemäss der Fig. 1 erfordert. Das Übertragungsprinzip in der Fig. 3 entspricht trotzdem grundsätzlich dem in CH-C-689 745 Beschriebenen. Die Anordnung unterscheidet sich aber von der Anordnung gemäss der CH Schrift darin, dass die Planarspule 40 nicht vom Schutzrohr 6, sondern von der Hohlwelle 6 getragen wird. Die Planarspule 40 kann daher nicht zusammen mit der vorerwähnten Baugruppe entfernt werden, welche die Leiterplatte 13 umfasst. Es ist trotzdem wichtig, dass die letztgenannte Baugruppe über die Hohlwelle von der Vorderseite (Stirnseite) der Galette entfernt werden kann, ohne die Verbindungsleiter zwischen der Elektronikteile 13 und der Spule 40 zu trennen und ohne die Demontage der (bzw. der Zugang zur) Spule 40 zu erfordern. Dies kann mittels eines Steckers 42, 44 gewährleistet werden. Ein Steckerteil 42 ist mit der Elektronik 13 verbunden (vor der Leiterplatte getragen), der andere Steckerteil 44 ist auf der Hohlwelle 6 montiert. Beim Einschieben der Baugruppe mit dem Schutzrohr 11 bzw. der Leiterplatte 13 in der Hohlwelle 6 werden die Steckerteile 42, 44 selbsttätig miteinander gekuppelt, womit sie eine elektrische Verbindung zwischen der Elektronik und der Spule 40 ergibt. Beim Entfernen der Baugruppe wird diese Verbindung unterbrochen, wobei sie wieder zustande kommt wenn die reparierte Baugruppe, oder eine Ersatzgruppe mit dem gleichen Steckerttyp, in die Hohlwelle eingeführt wird. Diese Koppelungsart ist auch in der vorerwähnten J7/31 Streckrolle verwendet worden. Die empfindlichen, aber kleineren, Elektronikteile sind somit durch das Schutzrohr 11 geschützt, insbesondere beim Entfernen aus der bzw. Einführen in die Hohlwelle 6. Die eher robuste Planarspule 40 bleibt auf dem Ende der Hohlwelle 6 montiert, kann aber wiederholt, selbsttätig mit den entfernbaren Bauteilen elektrisch verbunden werden. Es ist nicht wesentlich, den schützenden Träger 6 als Rohr zu gestalten - ein längliches Element, das Platz für die Montage der zu tragenden Elemente freilässt, kann die wesentliche Funktion des Rohres erfüllen. Die Elektronikteile können dann auch dem Träger entlang verteilt werden. Die Fig. 5 zeigt eine Alternative zur Ausführung gemäss der Fig. 2. Statt der Leuchtdiode 30 (Fig. 2) ist eine Sendeantenne 50 vorgesehen, statt dem Lichtempfänger 32 (Fig. 2) ein Empfänger 53, umfassend eine Antenne 51 mit einer Empfängerschaltung 52. Der Empfänger 53 kann innerhalb oder ausserhalb des Streckrollenaggregats in einer Distanz von z.B. bis zu 10 m montiert sein. Jedem Streckrollenaggregat kann ein Empfänger zugeordnet sein, oder eine Gruppe von Streckrollenaggregaten kann mit einem einzigen gemeinsamen Empfänger zusammenwirken. Die Information wird mit einem bekannten Verfahren einem Hochfrequenzsignal aufmoduliert (z.B. Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation, Pulscodemodulation). Wenn die Elemente 50 und 51, je als kombinierte Sende- und Empfangsantennen, und die Schaltungen 52 und 13 je als kombinierte Sender/Empfänger ausgebildet werden, kann die Übertragung auch in beide Richtungen erfolgen. Neben der eigentlichen Information über die Messwerte können weitere Daten z.B. zur Adressierung, Synchronisierung, Diagnose und Fehlerkorrektur übertragen werden. Die Organisation dieses Datenverkehrs kann nach einem der bekannten Verfahren für leitungsgebundene oder drahtlose Datenschnittstellen erfolgen (z.B. CAN, Ethernet, TCP/IP, Bluetooth< <TM> >). Die axiale Übertragungsstrecke ist in diesem Fall ohne spezielle Bedeutung Die Ausführung gemäss der Fig. 4 sieht einen Stecker 42, 44 in der Nähe der Planarspule 40 vor. Diese Anordnung ist nicht erfindungswesentlich. Der Stecker, bzw. ein Stecker, könnte in der Nähe der Vorderseite der Galette vorgesehen werden, d.h. z.B. dass die Leiter von der Planarspule 40 bis zur Vorderseite ohne Unterbruch fortgesetzt werden könnten, und die lösbare Verbindung innerhalb der Nabe 5 (Fig. 1) vorgesehen werden könnte. Der Elektronikbaustein 13 wäre somit in der Nähe der Stirnseite 17 der Galette. Die Verwendung von lösbaren Verbindungen ermöglicht auch einen modularen Aufbau. Die Messelemente könnten zum Beispiel ein Modul bilden, die Elektronikelemente ein zweites Modul usw. Die Elektronikbauteile könnten selber in mehrere, untereinander lösbar verbindbare Module unterteilt werden. Der Leitungsträger könnte dementsprechend auch in Teile unterteilt werden, die leicht miteinander durch Zusammenschieben verbunden werden können, und ebenfalls leicht durch in der Längsrichtung Auseinanderziehen voneinander gelöst werden können. Eine formschlüssige Kupplung, die eine einfache Bewegung erfordert (z.B. eine Bajonett-Kupplung), könnte aber auch verwendet werden. Die Erfindung ist nicht nur bei beheizten, sondern auch bei gekühlten oder anderen der Behandlung, beispielsweise dem Verstrecken oder Texturieren von Garnen oder Fäden dienenden Rollen mit Vorteil anwendbar.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur kontaktlosen Messwertübertragung von einem auf einer Hohlwelle befestigten, mit der Welle drehbaren Teil, insbesondere einer Heizgalette, auf ein fest stehendes Maschinenteil, welche Vorrichtung mit Messfühlern zur Erzeugung von Messsignalen und mit einem Leiterträger versehen ist, der durch die Hohlwelle führbar ist, wobei der Träger neben Leitern auch Elektronikelemente zur Aufbereitung der Messsignale trägt, die über die Leiter mit den Messfühlern verbunden sind, um eine Mess- und Aufbereitungsschaltung zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erstes Element zur Übertragung der Messwerte auf das fest stehende Maschinenteil und mindestens ein zusätzliches Element zur Übertragung von Energie auf die Mess- und Aufbereitungsschaltung vorgesehen sind.
2.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element mittels Lichtsignalen arbeitet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element mittels Funkwellen arbeitet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Messwertübertragungsweg in die axiale Richtung erstreckt.
5.
Vorrichtung zur kontaktlosen Messwertübertragung von einem auf einer Hohlwelle befestigten, mit der Welle drehbaren Teil, insbesondere einer Heizgalette, auf ein fest stehendes Maschinenteil, welche Vorrichtung mit Messfühlern zur Erzeugung von Messsignalen und mit einem Leiterträger versehen ist, der durch die Hohlwelle führbar ist, wobei der Träger neben Leitern auch Elektronikelemente zur Aufbereitung der Messsignale trägt, die über die Leiter mit den Messfühlern verbunden sind, um eine Mess- und Aufbereitungsschaltung zu bilden, wobei mindestens ein Element zur Übertragung der Messwerte auf das fest stehende Maschinenteil und zur Übertragung von Energie auf die Mess- und Aufbereitungsschaltung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
dass das Übertragungselement auf der Hohlwelle montiert und mittels eines wiederholt lösbaren und selbsttätig verbindenden Verbindungsmittels mit der Mess- und Aufbereitungsschaltung verbindbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement induktiv arbeitet, z.B. eine Planarspule ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ein Schutzrohr ist.
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