CH694774A5 - Kontaktlose Messwertübertragung. - Google Patents

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.