DE2536082A1

DE2536082A1 - Vorrichtung zum messen der laenge von linearem material

Info

Publication number: DE2536082A1
Application number: DE19752536082
Authority: DE
Inventors: Donald Beresford Giles
Original assignee: KDG Instruments Ltd
Current assignee: Rosemount Measurement Ltd
Priority date: 1974-08-14
Filing date: 1975-08-13
Publication date: 1976-03-04
Also published as: CS191272B2; GB1495003A; CH588067A5; ES440161A1; JPS5144950A; DD121315A5; US4024645A; FR2309832A1; DE2536082B2; DE2536082C3

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. EERKENFcLD, Pctcntanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 11· AUgUSt 1975 VA. Name d. Anm. K.D.G, INSTRUMENTS LIMI

Vorrichtung zum Messen der Länge von linearem Material

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Länge von linearem Material während dessen Aufwickeln auf den Kern einer rotierenden Spindel, wie auf einen Haspel, ein Rohr oder einen Konus· Das lineare Material kann eindimensional sein, wie ein Faden, eine Schnur, eine Kordel oder ein Draht. Es kann auch zweidimensional sein, wie eine Gewebe- oder Papierbahn. Insbesondere betrifft die Erfindung nun das Messen der Länge eines Textilfaden^ während dessen Aufwickeln zum Bilden einer zylindrischen oder konischen Packung.

Lineaere Materialien werden häufig zur Bildung von Packungen, wie eines Haspels,eines Rohres oder eines Konus auf sich drehende Spindeln aufgewickelt. Dabei ergeben sich geeignete Verkaufspakkungen und Packungen, die sich insbesondere zur Verwendung bei sich anschließenden Arbeitsgängen eignen, bei denen die Packung zum Beispiel abgewickelt werden muß· In vielen Fällen sollen auf diesen Packungen bestimmte Längen an linearem Material aufgewikkelt sein, und es muß folglich Vorrichtungen geben, mit denen sich diese bestimmten Materiallängen auf die Packung aufwickeln lassen.

Verfahren zur Fadenmessung während des Aufwickeins sind bekannt. Sie beruhen auf einer Zählung der Umdrehungen einer Scheibe mit bekanntem Umfang, auf oder über die der Faden vor seinem Aufwikkeln auf die zu bildende Packung gezogen wird. Die zum Drehen der Scheibe erforderliche Kraft muß bei diesem Verfahren aus dem Faden kommen. Dies erhöht die auf dem Faden lastende Spannung, und dies mag auw* den Faden selbst oder auf die Form der sich wickelnden Packung ungünstige Auswirkungen haben. Besonders bei Wickeln mit sehr hoher Geschwindigkeit und beim Wickeln von konischen Packungen machen sich diese Auswirkungen besonders bemerkbar.

Zum Vermeiden dieser beim Messen der Länge während des Wickeins

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auftretenden Probleme ist es bekannt, die Packungen auf einen zuvor bestimmten und etwa der erforderlichen Länge entsprechenden Durchmesser zu wickeln. Es leuchtet aber ein, daß die tatsächliche Länge des auf diese Weise auf eine Packung aufgewickelten Materials durch Schwankungen in seiner Stärke und in der Dichte der Packung beeinflußt wird. Nach einem anderen bekannten Verfahren wird eine Packung mit einer bestimmten Anzahl von Spindelumdrehungen gewickelt. Aber auch dies führt wegen Schwankungen in der Materialstärke, in der Packungsdichte und im Packungsdurchmesser zu Ungenauigkeiten.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Ausbildung einer Vorrichtung zum Messen der Länge von linearem Material, bei dessen Aufwickeln auf einen Kern, wobei die oben genannten Nachteile der bekannten Meßvorrichtungen zu vermeiden sind.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Länge von linearem Material während dessen Aufwickeln auf einen sich drehenden Kern unter Bildung einer Packung vorgesehen mit einer ersten Einrichtung zum Ausbilden eines elektrischen Signales, dessen Frequenz dem augenblicklichen Durchmesser der Packung beim Wickeln proportional is^ mit einer zweiten Einrichtung zum Ausbilden mindestens eines Impulses fester Länge bei Jeder Drehung der Packung, mit einer Toreinrichtung zum Durchlassen des die veränderliche Frequenz aufweisenden Signales auf eine Ausgangsleitung nur während des Auftretens dieser Impulse mit fester Länge, und mit einer Zähleinrichtung zum algebraischen Zählen mindestens eines Teiles der einzelnen Zyklen des diese Ausgangsleitung erreichenden Signales.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Messen der Länge von linearem Material bei dessen Aufwickeln auf einen sich drehenden Kern unter Bildung einer Packung vorgesehen, wobei ein elektrisches Signal gebildet wird, dessen Frequenz dem augenblicklichen Durchmesser der gewikkelt werdenden Packung proportional ist, mindestens ein elektrischer Impuls fester Länge für jede Drehung der Packung gebildet

s
wird, d&& die *5- veränderliche Frequenz aufweisende Signal nur

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während der Periode jeder dieser Impulse mit fester Länge auf eine Ausgangsleitung durchgelassen wird, und mindestens ein Teil der einzelnen Zyklen des die Ausgangsleitung erreichenden Signales algebraisch gezählt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Länge von linearem Material während dessen Aufwickeins auf einen sich drehenden Kern zum Bilden einer Packung vorgesehen, wobei eine Einrichtung zum kontinuierlichen Überwachen des Durchmessers der Packung und zum Bilden eines ersten elektrischen Signales nach Maßgabe des Durchmessers der Packung vorgesehen ist, Einrichtungen zum Feststellen jeder Drehung oder einer Teildrehung der Packung und zum Bilden eines zweiten elektrischen Signales für jede Drehung oder Teildrehung der Packung, und Einrichtungen zum Zusammenfassen der beiden elektrischen Signale und zum Einspeisen dieser zusammengefaßten Signale in eine Computervorrichtung, die darauf programmiert ist, die angesammelte aufgewickelte Länge des linearem Material aus dieser Information zu berechnen.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Kernes oder einer Haspel, auf die ein Faden, dessen Länge gemessen werden soll, aufgewickelt wird, und

Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Grundformel, aus der sich die auf den Kern gewickelte Länge errechnen läßt.

In der dargestellten Ausführungsform wird ein Faden 10 von einer nicht gezeigten Stelle aus auf einen Kern oder eine Spule 12 aufgewickelt. Diese wird von einer Achse 14 getragen, die ihrerseits durch einen Motor 16 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit gedreht wird. Ein voll gewickelter Kern stellt eine Packung mit einer vor-

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gegebenen Länge Faden 10 dar und die vorliegende Vorrichtung soll eine Einrichtung darstellen, mit der diese vorgegebene gewickelte Länge zuverlässig erreicht wird«

Mit einer im einzelnen nicht dargestellten zylindrischen Führungstrommel 18 wird der Faden 10 auf den Kern 12 gelenkt. Die Trommel 18 wird jedoch in der GB-PS 1 261 727, auf die hiermit Bezug genommen wird, im einzelnen beschrieben und erläutert. Nach der Beschreibung in dieser Patentschrift ist die Führungstrommel 18 ein rohrförmiges Glied mit einem Umfangsschlitz. Dieser enthält eine Anzahl von bestimmten Abschnitten. Jeder Abschnitt ist ein Segment einer Spirale. Eine gerade Zahl von solchen Abschnitten ist vorhanden. Jede Spirale hat die gleiche Steigung und nimmt auf dem Umfang der Trommel 18 einen gleichen Winkelbereich ein. Die Sp!ralabschnitte sind abwechselnd nach links und nach rechts gerichtet.

Die Anordnung ist so getroffen, daß der Faden 10 an einem Punkt in den Schlitz eintreten kann, in das Innere der Trommel eintritt und an einem zweiten Punkt aus dem Schlitz austritt. Die beiden Punkte liegen im wesentlichen in der gleichen quer zu der Drehachse der Trommel 18 verlaufenden Ebene. Bei der Drehung der Trommel 18 wechseln der Eintritts- und der Austrittspunkt des Fadens 10 in bzw. aus der Trommel und bewegen sich in einer Richtung entlang der Trommelachse. Immer liegen sie jedoch in einer Ebene im rechten Winkel zu dieser Achse. Das Ergebnis liegt darin, daß der Faden 10 in einer spiralförmigen Weise, wie dies schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, auf den Kern 12 aufgewickelt wird.

Die Führungstrommel 18, die zum Beispiel über die Treibriemen 20 und 22 durch den Motor 16 verdrehbar ist, wird von einem Stützglied 24 getragen. Dieses ist schwenkbar auf einer Welle 26 befestigt. Diese verläuft parallel zu den Drehachsen der FUhrungstrommel 18 und des Kernes 12. Im Stützglied 24 sind zwei Fadenführungen 28 und 30 vorgesehen. Auch diese werden in der GB-PS 1261727 beschrieben/Bei seinem Weg auf den Kern 12 verläuft der Faden über diese Führungen.

Die Fadenführung 28 auf dem Stützglied 24 ist so angeordnet, daß

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sie auf dem Umfang der Packung während deren Wi ck lung aufliegt, so daß sich die Winkelstellung des Stützgliedes 24 mit steigendem Durchmesser der Packung ändert. Damit ein für die Winkelstellung des Stützgliedes 24 und damit für den augenblicklichen Durchmesser der sich wickelnden Packung repräsentatives elektrisches Signal erzeugt werden kann, ist das Stützglied 24 mit einem Arm 32 mit einem elektrischen übertrager verbunden. Im vorliegenden Fall hat dieser die Form eines Potentiometers 34, dessen Schleifer 36 mechanisch an den Arm 32 angeschlossen ist. Elektrisch ist dieser Schleifer 36 des Potentiometers 34 an den Steuereingang eines spannungsgesteuerten Oszillators 38 angeschlossen. Dessen Ausgangsfrequenz ist seiner Eingangsspannung und damit der Stellung des Schleifers 36 und dem augenblicklichen Durchmesser der sich aufwickelnden Packung direkt proportional. Die Ausgangsfrequenz steigt mit zunehmendem Durchmesser der Packung an. Alternativ könnte der Oszillator 38 auch die Form eines Impulsgenerators annehmen, dessen Ausgangsfrequenz seiner Eingangsspannung proportional ist.

Nach der Darstellung in Fig. 1 ist die Widerstandsbahn des Potentiometers 34 mit ihren beiden Enden an zwei Trimmer T.. und T₂ angeschlossen. Diese liegen über Widerstände R^, R₂ und R* und R^ an Spannungsquellen. Der Trimmer T₁ dient zur Feineinstellung des Potentials am Niederspannungsende der Widerstandsbahn des Potentiometers 34 und der Trimmel T₂ dient zur Feineinstellung des Potentials am Hochspannungsende des Potentiometers. Zu diesem Zweck ist der Widerstand R^ viel größer als der Widerstand R₂,und der Widerstand R^ ist viel größer als der Widerstand R*. Mit einer Verstellung des Trimmers T^ läßt sich die Frequenz des Oszillators 38 an dem Ende geringen Durchmessers des Potentiometers 34 fein auf einen gewünschten Wert einstellen, ohne daß dies die durch den oberen Bereich dieses Potentiometers 34 gesteuerten Frequenzen wesentlich beeinflußt. Gleichermaßen läßt sich mit einer Verstellung des Trimmers T₂ die Frequenz des Oszillators 38 an dem Ende großen Durchmessers des Potentiometers 34 fein auf einen gewünschten Wert einstellen, ohne daß die durch das untere Ende dieses Potentiometers 34 gesteuerten Frequenzen wesentlich beeinflußt werden. Diese Einstellung erfolgt während des noch weiter unten

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beschriebenen Aufbaus der Vorrichtung.

An dem sich drehenden Kern 12 ist ein zweiter Übertrager 40 angeordnet, und dieser liefert ein die Drehungen des Kernes anzeigendes elektrisches Signal. Dieser zweite Übertrager 40 kann zum Beispiel eine Fotozelle sein, die durch ein oder mehrere Bohrungen in einer Platte durchtretende Lichtimpulse empfängt, wobei diese Platte vom Kern 12 bei dessen Drehung getragen wird. Bei der vorliegenden AusfUhrungsform jedoch liegt der Übertrager 40 in Form eines Annäherungsdetektors vor, der den Durchgang eines vom Kern getragenen Metallgliedes 42 magnetisch erfaßt. Vorzugsweise hat dieses Metallglied im wesentlichen die Form eines Schmetterlings mit zwei mechanisch ausgeglichenen Flügeln 42a und 42b. Bei jeder Drehung des Kernes treten sie einmal am Detektor 40 vorbei, so daß bei jeder solchen Kerndrehung zwei Ausgangsimpulse erzeugt werden.

Die Ausgangsimpulse des zweiten Übertragers werden einer Impulsformerschaltung 44 zugeleitet. Diese kann eine monostabile Vorrichtung sein. Jeden ihr vom Übertrager 40 zugeführten Impuls formt sie in einen Rechteckimpuls 46 konstanter Länge um. Die Länge dieser Impulse 46 wird auf die anderen Parameter der Vorrichtung, die Kerngeschwindigkeit und Anzahl der Ausgangsimpulse des ersten Übertragers 40 pro Umdrehung abgestimmt, damit sich diese Impulse 46 konstanter Länge nicht überlappen und zwischen ihnen immer ein Zwischenraum bestehen bleibt. Im vorliegenden Fall beträgt die Länge dieser Impulse 46 etwa 1,2 msec.

Man erkennt, daß die Länge der Impulse 46 von der Drehzahl der Welle 14 und damit des Kernes 12 unabhängig ist.

Die Ausgangssignale sowohl von der Impulsformerschaltung 44 als auch vom Oszillator 38 werden beide einer Torschaltung 48 zugeleitet. Diese läßt die Signale vom Oszillator 38 nur während des Auftretens der Impulse 46 aus der Impuls former schaltung 44 auf eine Ausgangsleitung 50 übertreten. Am Ausgang der Torschaltung 48 treten damit jedesmal bei Auftreten eines Signales an der Impulsformerschaltung 44 aus dem zweiten Übertrager 40 1,2 msec breite Folgen von Impulsen 49 auf. Die Anzahl der jeweiligen Impulse in die-

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sen 1,2 msec breiten Folgen hängt von der Frequenz des Oszillators 38 und damit vom Durchmesser der Packung zu diesem Zeitpunkt ab.

Der Ausgang der Torschaltung 48 wird entweder über eine x1-Schaltung 51 oder über eine : 10OO-Schaltung 53 an eine Zählschaltung

52 angeschlossen. Im vorliegenden Fall ist dies ein fünfstelliger Ringzähler. Die ausgewählten Längeneinheiten zeigt er unmittelbar an. Der Zähler 52 weist eine Einrichtung 54 zum Voreinstellen eines fünfstelligen Setzpunktes auf. Dies erfolgt, wenn das am Eingang gezählte Signal gleich der mit der Einrichtung 54 voreingestellten Zahl ist. Auf den Leitungen 58 und 60 werden vom Zähler

53 und der Einstelleinrichtung 54 gleiche elektrische Signale abgenommen. Die Gleichheit dieser Signale wird in einer 'Vergleichsstufe 62 ermittelt. Diese legt dann ein Signal auf eine Leitung 64. Ein Relais 66 wird erregt und beendet entweder den Wickelvorgang oder löst eine Verzögerung des Wickelvorganges aus. Der Mechanismus, mit dem der Wickelvorgang beendet oder verzögert wird, ist für die Erfindung nicht wichtig und wird daher weder im Detail beschrieben noch erläutert. Unmittelbar beim Erreichen des Voreinstellpunktes wird der Zähler 52 auch automatisch auf Null zurückgestellt. Im Anschluß an eine Beschreibung der Wirkungsweise der oben erläuterten Grundschaltung werden im folgenden auch noch zusätzliche Steuerschalter erläutert werden.

Beim Aufwickeln von Faden, der Länge, aber geringe Breite und Dikke hat, ist es üblich, den Faden in Form einer Schraube auf einen Kern zu wickeln, wie dies in Fig. 2 gezeigt wird. Dies führt zu einer ausgeglichenen und gleichmäßigen Wicklung. In den Figuren 2 und 3 wird hierzu gezeigt, wie ein verallgemeinerter Ausdruck für die pro Umdrehung gewickelte Länge für eine solche Anordnung abgeleitet werden kann. Bei Fig. 2 wird angenommen, daß der Durchmesser des Kernes oder der Packung D ist. Die Länge der Packung wird als T angenommen. Die Anzahl der sich von einem zum anderen Ende der Packung eräreckenden Fadenwicklungen wird als 3 angenommen und die auf diesen drei Wicklungen untergebrachte Länge ist L. Fig. 3 zeigt, daß die mit diesen drei Umdrehungen aufgefettwundene Gesamtlänge L durch Abwickeln der zylindrischen Packung unter Bildung eines rechtwinkligen Dreiecks mit einer Grundseite T und ei-

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ner Höhe gleich dem Dreifachen des Packungsumfanges, das heißt 3rD ermittelt werden kann. Die Hypotenuse des Dreieckes ist dann gleich L.

Es ergeben sich folgende Formeln:
L² = (3'tD)² + T²

L = /(3TD)² + T²'

Die mit irgendeiner Umdrehung auf den Kern aufgewickelte Länge 1 ist damit:

=§ = 5 * /(3TTD)² + T

Allgemein gilt:

=1 · /(mTTD)² + T^Z

m ist dabei die Anzahl der Umdrehungen des Fadens zwischen den beiden Enden der Packung. D ist der Gesamtdurchmesser der Packung zu diesem Zeitpunkt. Dabei wird angenommen, daß der Durchmesser wegen der geringen Stärke des Fadens während dieser einen Umdrehung konstant bleibt. T ist die Länge der Packung.

Die Gesamtlänge L_n des während η Umdrehungen auf die Packung aufgewickelten Fadens ist damit:

_{1 2})²+T^£l + ... /(mitD_n)²+T² ') (1)

D ist dabei der Durchmesser der Packung bei der η-ten Umdrehung,

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Bei üblicherweise gewickelten Packungen liegt der Wert von m bei mindestens 3 und der mittlere Packungsdurchmesser D liegt im Be-

reich einer halben Packungslänge T₀ Der Betrag von (mW) ist da-

mit insbesondere bei fast voller Packung im Vergleich mit T rela-

tiv hoch. Bei vernünftiger Annäherung läßt sich damit T in der Gleichung (1) vernachlässigen.

Damit gilt:

L_n = I (AmUD₁)²' + AmZD₂)²* + .
- jj CmTtD₁ + DiTi

+ ?tD₂ + ... uD_n (2)

Wie weiter oben ausgeführt, ist die Ausgangsfrequenz des Oszillators 38 dem jeweiligen Durchmesser der Packung unmittelbar proportional. Im allgemeinen gilt daher:

D = kF

F ist dabei die Ausgangsfrequenz des Oszillators 38 beim Packungsdurchmesser D. k ist eine Konstante.

Die Frequenz läßt sich auch in Impulsen pro Zeiteinheit definieren. Die von der Torschaltung 48 abgegebenen Impulsfolgen haben eine feste Frequenz. Wenn zwei solcher Folgen als Zeiteinheit angesehen werden (zwei Impulse treten aus dem Detektor 40 aus und damit gibt die Torschaltung 48 zwei Impulsfolgen pro Umdrehung der Packung ab), dann läßt sich die einem bestimmten Packungsdurchmesser entsprechende Frequenz als gleich der algebraischen Summe der Impulse in zwei aufeinanderfolgenden Impulsfolgen 49 ansehen, die während einer Drehung des Kernes bei diesem Durchmesser aus der Torschaltung 48 austreten.

Damit läßt sich D in der Gleichung (2) ersetzen. Die Gesamtlänge

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für n Umdrehungen wird damit gegeben durch: L_n = T_{ IcF₁ + π kF₂ + ... 77 kP_n
= K(F₁ + F₂ + ... F_n)

Da F₁, F₂, F^ ... F_n gleich der Anzahl der bei jeder Drehung des Kernes 12 ausgelösten Impulsfolgenpaaren 49 sind, ist die Gesamtlänge L_n proportional der Gesamtsamme der Impulse in jeder der aus der Zähleinrichtung 48 bei η Umdrehungen des Kernes austretenden Impulsfolgen« Die Zähleinrichtung 48 ist so aufgebaut, daß sie diese Summierung kontinuierlich durchführt und darstellt. Die Darstellung ist jedoch nicht zwangsläufig.

Zum Aufzeichnen von zwei solchen Punkten auf der Kurve Frequenz über Durchmesser (die als gerade Linie angesehen wird) wird, um die Neigung dieser Kurve festzustellen, das folgende Verfahren verwendet.

Ein leerer Kern 12 mit bekanntem Durchmesser wird auf die Wickelmaschine aufgesetzt. Am Ausgang des Oszillators 38 erscheint eine bestimmte Frequenz. Unter Verwendung der oben abgeleiteten Formel, daß die bei einer Drehung aufgewickelte Länge gleich _■ /(m'iiD) + T ist und mit Einsetzen des richtigen Wertes von D in der notwendigen Dimension, zum Beispiel Millimeter, und mit Einsetzen des tatsächlichen Wertes für m und für T läßt sich die mit einer Umdrehung an diesem Durchmesser gewickelte lsilänge errechnen. Bei Auswahl der x1-Schaltung mit einem Schalter 70 wird der Kern 12 dann für eine Umdrehung gedreht und zwei Impulsfolgen 49 treten aus der Torschaltung 48 aus,, und in die Zählvorrichtung 52 ein. Die Darstellung auf der Zählvorrichtung wird beobachtet. Dann wird der Trimmer T^ entsprechend eingestellt und verschiebt die Oszillator frequenz in eine Richtung, bei der die Anzeige der Zählvorrichtung je nach Bedarf angehoben oder abgesenkt wird, damit sie numerisch mit der für eine Drehung berechneten Länge zusammenfällt. Der Kern wird dann für eine weitere Umdrehung gedreht und die entsprechende Anzeige der Zählvorrichtung beobachtet. Dieser Vorgang wird mit der Hand a-mal wiederholt, bis

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die Zahl der pro Umdrehung gezählten Impulse numerisch gleich der berechneten Warenlänge ist. Dies ergibt einen Punkt am unteren Ende der Kurve Frequenz β über Durchmesser.

Ein Punkt am oberen Ende der Kurve ergibt sich dann durch Wiederholung dieses Vorganges bei voll gewickelter Packung oder einem Kerndurchmesser, der einer vollen in die Maschine eingesetzten Packung entspricht. Unter diesen Bedingungen befindet sich der Schleifer 36 am oberen Ende seiner Bahn und der Trimmer T₂ wird so eingestellt, daß er für eine Kernumdrehung am Ausgang der Zählvorrichtung eine Spannung gleich der kalkulierten Länge jj · ./(mni>_f) + T erzeugt. -Bie· D_f ist dabei gleich dem Durchmesser der voll gewickelten Packung. Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung eines spannungsgesteuerten Oszillators, dessen Ausgangsfrequenz der Eingangsspannung proportional ist, sich die Charakteristik genügend nahe an eine gerade Linie zwischen diesen beiden Punkten für die Länge einer Umdrehung bei einem mittleren Durchmesser annähert und sich von einem entsprechend mittleren Punkt auf dieser Kurve genügend genau abnehmen läßt.

Während einer normalen Längenmessung verbindet der Schalter 70 den Ausgang der Torschaltung 48 über die : 10OO-Schaltung 53 niit der Zählvorrichtung. Dies führt zu einer Anzeige unmittelbar in Metern. Selbstverständlich braucht die Zählvorrichtung nicht in metrischen Einheiten geeicht zu werden. Sie kann auch in allen anderen Längeneinheiten geeicht werden. Dies hängt von den für die ursprüngliche Längenberechnung gewählten Einheiten ab.

Bei Aufbau und Betreiben der Vorrichtung in der erläuterten Weise ist damit die auf den Kern 12 aufgewickelte Gesamtlänge des Fadens 10 immer gleich der Anzeige der Zählvorrichtung 52.

Im Betrieb der Vorrichtung wird die auf mehrere Kerne 12 aufzuwickelnde Sollänge mit der Einstellvorrichtung 54 eingestellt. Mit einer nicht gezeigten Einrichtung führt der Maschinenmechanismus dann automatisch einen leeren Kern 12 in die Vorrichtung ein und der Wickelvorgang beginnt. Wenn dann die Anzeige an der Zählvorrichtung gleich dem mit der Einstellvorrichtung 54 eingestell-

S 0 9 β 1 0 / Ο β Λ T)

ten Wert wird, erscheinen auf den Leitungen 58 und 60 gleiche Signale. Die Vergleichseinrichtung 62 spricht an und erregt das Relais 66. Bei Erregung des Relais 66 wird die Maschine angehalten oder verzögert. Dies wird schematisch mit dem Kasten 72 angedeutet, Damit wird das Beenden des Wickelvorganges ausgelöst. Ein Wechselmechanismus entfernt dann die voll gewickelte Packung und setzt einen neuen leeren Kern ein. Dann wird die Maschine erneut in Betrieb gesetzt und eine neue Wickelfolge beginnt.

In der Praxis macht sich die Trägheit der Wickelmaschine bemerkbar und auch nach ihrem Abstellen werden während des Auslaufens noch einige Meter aufgewickelt. Um diesen beim Auslaufen entstehenden Fehler auf allen Kernen außer dem ersten zu vermeiden, wird die Zählvorrichtung 52 beim Erreichen des Einstellpunktes automatisch auf Null zurückgesetzt. Damit beginnt die Zählvorrichtung beim Auslaufen erneut mit Null. Beim Einsetzen des nächsten Kernes beginnt die Zählvorrichtung damit nicht mit Null, sondern mit dem während des Auslaufens des vorherigen Kernes erreichten Wert, so daß auf diesen neuen Kern viel weniger Faden aufgewickelt wird.

Beim Anlassen der Maschine zum Ausführen eines neuen Wickelvorganges wird ein Schalter 74 geschlossen und legt zur Freigabe des Relais 66 ein Rückstellsignal an die Vergleichsstufe 62 an. Mit einem handbetätigten Rückstellschalter 76 kann die Zählvorrichtung jederzeit manuell auf Null zurückgestellt werden.

Gemäß herkömmlicher Technik ist an der Eintrittsstelle des Fadens in die Führungstrommel 18 ein Fadenbruchdetektor 78 angeordnet. Zu diesem Detektor 78 gehören zwei Schalter 80 und 82. Bei einem Bruch des Fadens vor der Trommel verhindern diese den Durchlauf von weiteren Impulsen zur Zählvorrichtung 52 und schalten die Maschine ab.

Beim Wickeln einer konischen oder kegelstumpfformigen Packung hat es sich gezeigt, daß sich die gewickelte Länge genügend genau ermitteln läßt, wenn als 4. Durchmesser einer zylindrischen Packung der mittlere Durchmesser der konischen oder kegelstumpfformigen Packung angesehen wird. Der Vorgang spielt sich dann entsprechend

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dem Vorgang einer zylindrischen Packung mit diesem Durchmesser ab.

Die vorstehend erläuterte Technik zur Längenmessung läßt sich auch in den relativ einfachen Fällen anwenden, bei denen langgestrecktes Bandmaterial mit einer gewissen Länge und Breite, aber mit vernachlässigbarer Dicke auf einen zylindrischen Kern aufgewickelt wird. Die Länge des auf einen Kern bei irgendeiner Umdrehung dieses Kernes aufgewickelten Materials ist gleich fiD. D ist dabei der Gesamtdurchmesser der Packung zu diesem Zeitpunkt. Wegen der geringen Materialstärke wird der Durchmesser wieder als für eine Umdrehung konstant angeenommen. Die mit η Umdrehungen aufgewickelte Gesamtlänge L ist damit:

ad^ + üd₂ + ¹^ + ad^ ... + κ d_n (3)

d ist dabei der Durchmesser der Packung bei der η-ten Umdrehung.

Wie zuvor, läßt sich der Durchmesser d auch in dieser Gleichung (3) ersetzen, s
folgt ausfällt:

+ r.kf ₂ ^ _{4 n} ₁ + f₂ + f₃ + f₄ ... + f_n)
L_n = K Cf₁ + f₂ + f₃ + f₄ ... + f_n)

£., fp, f₃ ... f_n sind wie zuvor wieder gleich der Anzahl der bei jeder Kernumdrehung auszulösten Impulse in den Impulsfolgen 49. Damit ist die Gesamtlänge L_n wieder proportional der Gesamtsumme der Impulse in jeder der aus der Zählvorrichtung 48 austretenden Impulsfolgen. Diese Summierung wird kontinuierlich in der Zählvorrichtung 52 durchgeführt.

Patent ansprüche :

(3) ersetzen, so daß die Gesamtlänge L für η Umdrehungen wie

B0981Q/OSAO

Claims

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. B EI'.K EM FE LD, Potentaiwclte, Köln

Akte„zeich_e„ K. D.G. INSTRUMENTS LIMITED

zur Eingabe vom ^ AugUSt 1975 Illy . Named.Anm.

K 81/1
PATENTANSPRÜCHE

1 .^Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Länge von linearem Material während dessen Aufwickeln auf einen sich drehenden Kern unter Bildung einer Packung, gekennzeichnet durch einen ersten übertrager (34) zum Bilden eines elektrischen Signales, dessen Frequenz dem augenblicklichen Durchmesser der Packung beim Aufwickeln proportional ist, einen zweiten übertrager (40) zum Bilden mindestens eines Impulses (46) von konstanter Länge bei jeder Drehung der Packung, eine Torvorrichtung (48), die das Signal mit der veränderlichen Frequenz nur während des Auftretens eines Impulses (46) mit der konstanten Länge auf eine Ausgangsleitung (48) durchlässt, und eine Zählvorrichtung (52) zum algebraischen Zählen von mindestens einem Teil der einzelnen Zyklen des die Ausgangsleitung (50) erreichenden Signales mit der veränderlichen Frequenz.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste übertrager (34) mechanisch an ein schwenkbares Glied (24) angeschlossen ist, dessen Winkelstellung durch den augenblicklichen Durchmesser der Packung bestimmt wird, und der erste übertrager (34) einen Oszillator (38) mit veränderlicher Frequenz zum Erzeugen dieses elektrischen Signales mit der veränderlichen Frequenz steuert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (38) spannungsgesteuert ist und eine gradlinige Abhängigkeit zwischen der Ausgangsfrequenz und der Eingangsspannung besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste übertrager (34) ein Potentiometer ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Enden der Widerstandsbahn des Potentiometers (34) über Trimmer (T ,T.) an eine Spannungsquelle angeschlossen sind, so dass sich

1 ²

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die Spannungen an den Enden der Widerstandsbahn des Hauptpotentiometers (34) fein einstellen lassen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 ader 5, dadurch/gekennzeichnet_sä dass das schwenkbare Glied (24) eine Stütze für eine zylindrische FUhrungs trommel (18) ist, die den Faden oder das Garn (10) auf den Kern (12) lenkt, und das schwenkbare Glied (24) auf dem Umfang der Packung aufliegt, so dass sich seine Winkellage mit sich ändernden Durchmesser der Packung ebenfalls ändert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulse (46) von konstanter Länge dadurch gewonnen werden, dass von dem zweiten übertrager (40) bei jeder Umdrehung oder jeder Teilumdrehung des Kernes (12) erzeugte Signale in Rechteckimpulse von konstanter Länge umgeformt werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übertrager (40) ein Annäherungsdetektor ist, der den Vorbeilauf von einer oder mehreren metallischen Schleifen (42a, 42b) erkennt, die an dem Kern (12) befestigt sind und mit diesem rotieren.
9o Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schleifen (42a, 42b) an dem Kern (12) befestigt sind, so dass zwei Signale vom zweiten Übertrager (40) und damit zwei Impulse (46) konstanter Länge für jede Umdrehung des Kernes (12) erzeugt werden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übertrager (40) eine Fotozelle ist, die mit einer ortsfesten Lampe und mit einer eine oder mehrere Öffnungen aufweisenden und von dem Kern (12) getragenen Platte zusammenwirkt, um damit bei jeder Umdrehung des Kernes (12) zum Bilden der Impulse (46) konstanter Länge ein oder mehrere Signale zu bilden.
11. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale vom zweiten Übertrager (40) durch

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eine monostabile Schaltung (44) in die Impulse (46) konstanter Länge umgewandelt werden.
12. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet j dass die von der Torschaltung abgehende Ausgangsleitung (50) entweder über eine Multiplikatorschaltung (51) oder über eine Teilerschaltung (53) wählbar an eine Zähl schaltung (52) anschliessbar ist.
13. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählschaltung (52) die Gesamtzahl der von ihr gezählten Zyklen kontinuierlich anzeigt.
14. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählschaltung (52) eine Einrichtung (54) zum Voreinstellen eines Wertes enthält, bis zu dem die Zählschaltung zu zählen hat, und die Zählschaltung (52) so ausgebildet ist, dass sie zum Auslösen der Beendigung des Aufwickeins ein Steuersignal abgibt, wenn die Zählung den voreingestellten Wert erreicht.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählvorrichtung (52) automatisch auf Null zurückgestellt wird, wenn die Zählung den voreingestellten Wert erreicht, und sämtliche während der Verzögerungsphase auftretenden Umdrehungen des Kernes (12) eine neue Zählung auslösen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der nächste Wickel Vorgang mit einem neuen Kern begonnen wird, wenn die Zählung während der Verzögerungsphase des letzten Kernes (12) nach dem Zurückstellen der Zählschaltung (52) auf Null ihren Wert erreicht hat.
17. Vorrichtung nach Anspruch 13, 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Materialbruchdetektor (78) an der Bahn des Materials (10) auf den Kern (12) angeordnet ist und bei einem Bruch in dem Material ein Signal gibt, welches das Einlaufen von weiteren Impulsen in die Zählvorrichtung (52) verhindert.

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18. Vorrichtung nach Anspruch 1 - 17, gekennzeichnet durch Einrichtungen (24, 32, 34, 38) zum kontinuierlichen Messen des Durchmessers der Packung und zum Liefern eines ersten elektrischen Signales nach Maßgabe des Durchmessers der Packung, Einrichtungen zum Ermitteln jeder Drehung oder jeder Teildrehung der Packung und zum Abgeben eines zweiten elektrischen Signales (46) bei jeder Drehung oder jeder Teildrehung der Packung, und Einrichtungen (48) zum Zusammenfassen der beiden elektrischen Signale und zum Einspeisen dieses zusammengefassten Signales in eine Recheneinrichtung (52), die darauf programmiert ist, die insgesamt aufgewickelte Länge aus dieser Information zu errechnen.
19.Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Signal gebildet wird, dessen Frequenz dem augenblicklichen Durchmesser der Packung bei deren Wickeln proportional ist, mindestens ein Impuls (46) fester Länge für jede Umdrehung der Packung gebildet wird, das# Signal mit der veränderlichen Frequenz auf eine Ausgangsleitung (50) nur bei Auftreten dieses Impulses (46) fester Länge gegeben wird und mindestens ein Teil der einzelnen Zyklen des diese Leitung erreichenden Signales algebraisch gezählt wird.

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