DE2937656A1

DE2937656A1 - Messwertuebertragungssystem fuer rotierende koerper

Info

Publication number: DE2937656A1
Application number: DE19792937656
Authority: DE
Inventors: Jürgen 2309 Nettelsee Fellinghauer; Reinhard 2350 Neumünster Guntermann; Friedrich Strohkirch
Original assignee: Neumuenstersche Maschinen und Apparatebau Neumag 2350 Neumuenster GmbH; Neumuenstersche Maschinen und Apparatebau GmbH
Current assignee: NEUMAG Neumuenstersche Maschinen und Anlagenbau GmbH
Priority date: 1979-09-18
Filing date: 1979-09-18
Publication date: 1981-04-02
Also published as: JPH0248959Y2; DE2937656C2; JPH022800U; JPS5657200A

Description

Meßwertübertragungssystem für rotierende Körper Die Erfindung betrifft ein Meßwe+hertragungssystem entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum Fördern von Fasern, Fäden, Bändern und Folien, insbesondere bei deren Verstreckung, verwendet man beheizte, gelegentlich auch gekühlte Galetten. Hierbei ist es von großer Wichtigkeit, daß die Temperatur der Galettenoberfläche konstant auf dem vorgeschriebenen Wert gehalten wird, weil durch Temperaturschwankungen die Eigenschaften des Produktes sehr ungünstig beeinflußt werden.
Die Temperaturmessung ist bei den schnell rotierenden Körpern mit erheblichen Problemen verbunden. Es sind daher schon eine Reihe von Meßanordnungen bekannt geworden. Eine zusammenfassende Darstellung derartiger Meßanordnungen ist in einem Aufsatz von W. Erdmann enthalten, der in der Zeitschrift "Elektro-Anzeigerw vom 25.09.1968 veröffentlicht wurde.
Die Erfindung baut auf einem Meßwertübertragungssystem auf, das in der DE-PS 24 28 890 beschrieben ist. Bei diesem bekannten System wird das analog anfallende Meßsignal kontinuierlich zunächst auf dem mitrotierenden System in ein digitales Signal umgewandelt, das dann vom rotierenden auf den feststehenden Teil übertragen wird.
Die digitale tibertragung hat den großen Vorteil, daß die Genauigkeit durch mechanische Ungenauigkeiten nicht beeinflußt wird. Als Kopplungselemente sind bei dem bekannten System zwei Platten vorgesehen, die einen Kondensator bilden Dieser Kondensator dient gleichzeitig auch zur Einspeisung der Energie für die Stromversorgung des mitrotierenden Teils. Wegen der begrenzten Größe der Platten ist es erforderlich, den Abstand sehr klein zu halten, um eine ausreichende Kapazität zu erreichen, die in Anbetracht der relativ niedrigen Frequenzen nicht zu klein sein darf. Der geringe Plattenabstand bedingt einen erheblichen Aufwand in Fertigung und Montage und erhöht die Störanfälligkeit im Betrieb. Es hat sich auch gezeigt, daß über die Stromversorgung, selbst wenn man weit auseinander liegende Frequenzbänder wählt, Störsignale in das Meßwertübertragungssystem eingestreut werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßwertübertragungssystem der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung zu entwickeln, das in bezug auf die Fertigungs- und Montagetoleranzen weniger anspruchsvoll und im Betrieb gegen Störungen weniger anfällig ist.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Der Meßwert wird demnach in ein modulierbares Lichtsignal verwandelt, das vom rotierenden auf den feststehenden Teil übertragen wird. Die Entfernung zwischen Lichtquelle und photoelektronischem Bauteil ist in einem weiten Bereich unkritisch. Die Uhertragung dës moddlierten tichtsignals ist unempfindlich gegen etwaige elektromagnetische Streufelder, die durch die - z.B. kapazitive oder induktive - Stromversorgung entstehen könnten.
Die in Anspruch 2 angegebene Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht auch die parallele Übertragung mehrerer Meßwerte z.B. bei Galetten mit mehreren unabhängig voneinander beheizbaren oder kühlbaren Oberflächenzonen.
Durch das Merkmal des Anspruchs 3 ist es möglich, bei Mehrkanalübertragung für alle Kanäle die gleichen nachgeschalteten Geräte zu verwenden.
Die Schaltung gemäß Anspruch 4 hat den Vorteil, daß die Empfindlichkeit erhöht wird und gleichzeitig für jede Oberflächenzone der Galette die Temperatur automatisch gemittelt wird.
In Anspruch 5 ist eine bevorzugte Möglichkeit zur einfachen und unempfindlichen Energieeinspeisung in den rotierenden Teil angegeben.
In den Ansprüchen 6 und 7 sind die Bauelemente angegeben, die nach dem heutigen Stand der Technik vorzugsweise als Lichtquelle bzw. photoelektronisches Bauteil eingesetzt werden.
Die Zeichnung soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels verdeutlichen.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Meßwertübertragungssystems mit zwei Kanälen.
Fig. 2 zeigt für ein zweikanaliges System die Abhängigkeit der Ausgangsfrequenz der beiden Oszillatoren von der Eingangsspannung.
Fig. 3 zeigt ebenfalls für ein zweikanaliges System die Abhängigkeit der Ausgangsspannung der selektiven Netzwerke von der Eingangsfrequenz.
Fig. 4 zeigt den mechanischen Aufbau einer Galette mit einem Meßwertübertragungssystem gemäß der Erfindung.
Als Temperaturfühler sind die temperaturabhängigen Widerstände 1 und 2 vorgesehen, die zwei unabhängig voneinander beheizbaren oder kühlbaren Oberflächenzonen einer Galette zugeordnet sind. Diese sind in bekannter Weise in Brückenschaltungen 3 bzw. 4 integriert, die am Ausgang eine den Änderungen der Widerstände 1 und 2 proportionale Spannung abgeben. Die Ausgänge der Brckenschaltungen 3, 4 sind mit den Eingängen von Spannungs-Frequenzwandlern verbunden.
Die Spannungsfrequenzwandler sind im wesentlichen Oszillatoren 5, 6, die eine zur Eingangsspannung proportionale Frequenz in Form von Rechteckimpulsen abgeben.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Anstieg der Kennlinie K5 des Oszillators 5 erheblich kleiner als der Anstieg der Kennlinie K6 des Oszillators 6. Gehtman in beiden Fällen von einer Eingangs spannung u aus4 die der Solltemperatur t0 entspricht, so ist beim Oszillator 5 die korrespondierende Ausgangsfrequenz f50, beim Oszillator 6 jedoch f60. Bezeichnet man die an den Ausgängen der Brückenschaltungen 3 und 4 auftretenden maximalen Spannungsabweichungen mit + S u, so ergeben sich an den Ausgängen der beiden Oszillatoren 5 und 6 die Frequenzbereiche f50 + 4 f5 bzw. f60 + ilf6- Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegt zwischen den beiden Frequenzbereichen eine deutliche Lücke. In der Praxis ist beispielsweise f50 gleich 7,5 kHz, A f5 gleich 2,5 kHz, d f60 gleich 30 kHz, 4 f6 gleich 10 kHz. Der Oszillator 6 erzeugt also bei gleicher Eingangsspannung eine viermal so hohe Frequenz wie der Oszillator 5. Für jeden Frequenzbereich ist die untere Grenzfrequenz etwa halh so groß wie die obere Grenzfrequenz.
Die Ausgangs impulse der beiden Oszillatoren werden über Widerstände 7 bzw 8 der Leuchtdiode 9 zugeführt, die entsprechende Lichtimpulse - vorzugsweise im Ultrarotbereich - aussendet. Das modulierte Licht fällt auf den Phototransistor 10, der im Gegensatz zu den bisher erwähnten Teilen am feststehenden System montiert ist. Seine Ausgangsspannung liegt an dem breitbandigen Verstärker 11.
Das verstärkte Signal wird an die Eingänge der beiden frequenzselektiven Netzwerke 12 bzw. 13 zugeführt, die z.B. als PLL-Schaltungen (PHASE LOCXED LOOP) ausgebildet sind. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, umfaßt gemäß Kennlinie K12 der Fangbereich des Netzwerkes 12 im wesentlichen das Frequenzband f50 + 4 f5 und der Fangbereich des Netzwerkes 13 gemäß Kennlinie K13 im wesentlichen das Frequenzband f60 t a f6. Zwischen den Fangbereichen ist eine deutliche Lücke.
Dem Netzwerk 13 ist ein Frequenzumsetzer 14 nachgeschaltet, der die Signalfrequenz auf ein Viertel der Eingangsfrequenz herabsetzt. Der Umsetzungsfaktor ist also der Kehrwert des Verhältnisses der Anstiege der beiden Kennlinien K6 und K5. Bei gleichen Spannungen an den Temperaturfühlern 1 und 2 erscheint also am Ausgang des Frequenzumsetzers 14 die gleiche Frequenz wie am Ausgang des Netzwerkes 12. Daher sOnnen für die Weiterverarbeitung der Signale auf den beiden Kanälen übereinstimmende Geräte vorgesehen werden.
Für die Anzeige der Temperatur sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel digitalarbeitende Geräte, z.B.
Zähler 15, 16 vorgesehen. Diese sind unmittelbar mit dem Ausgang des Netzwerkes 12 bzw. des Frequenzumsetzers 14 verbunden.
Zur Anpassung an ein analog arbeitendes Regelsystem dienen Frequenz-Spannungswandler 17 und 18, die ebenfalls mit den Ausgängen der Geräte 12 bzw. 14 verbunden sind.
Von dem Frequenz-Spannungswandler 18 geht eine Verbindungsleitung zu dem Regler 19, der im wesentlichen einen Soll-Ist-Wertvergleicher 20, einen Soll-Wertgeber 21 und einen Verstärker 22 mit PID Verhalten umfaßt. Der Verstärker 22 arbeitet auf einen kontinuierlichen Leistungssteller 23, der den Strom für die Heizung 24 einer Oberflächenzone der Galette beeinflußt. Ein entsprechendes Regelsystem ist auch dem Frequenz-Spannungswandler 17 nachgeschaltet.
Aus Fig. 4 ist der mechanische Aufbau einer Galette 30 erkennbar, die mit dem erfindungsgemäßen Meßwertübertragungssystem ausgerüstet ist. Der Galettenmantel 31 ist mit der Stirnwand 32 und der Galettennabe 33 einstückig ausgebildet. Die Nabe 33 sitzt auf der Welle 34 des Motors 35, der an der Frontplatte 36 eines Maschinengestells festgeschraubt ist. In dem ringförmigen Innenraum der Galette 30 sitzen auf einer ebenfalls fest mit der Frontplatte 36 verbundenen, die Nabe 33 ringsum abschirmenden Hülse 37 aus Isoliermaterial die beiden ringförmigen elektrischen Heizkörper 38 und 39, die sich je über die halbe Länge der Galette erstrecken. Dadurch ist die Galette in zwei Zonen unterteilt, deren Temperaturen unabhängig voneinander regelbar sind. Der Galettenmantel 31 ist an zwei einander gegenüberliegenden Stellen mit achsenparallelen engen Bohrungen 40, 41 versehen, die sich von der Stirnseite her nahezu über die ganze Länge der Galette erstrecken. In den Bohrungen sitzen je zwei Temperaturfühler 1a, 2a bzw. 1b, 2b, von denen die Fühler 1a, 1b der hinteren und die Fühler 2a, 2b der vorderen Zone zugeordnet sind. Die Anschlußleitungen der Temperaturfühler sind durch. den Zwischenraum zwischen der Stirnwand 32 und einem Deckel 42, durch ein koaxiales Schutzrohr 43 und durch eine Bohrung 44 der Welle 34 zu dem der Galette 30 abgekehrten Ende der Welle 34 geführt.
Auf diesem aus dem Gehäuse des Motors 35 herausragenden Ende sitzt ein mitrotierendes topfförmiges Gehäuse 45.
Darin sind die Teile 3 bis 6, die als integrierte Bauteile ausgebildet sind, sowie ein zugehöriges handelsübliches Stromversorgungsteil untergebracht. Die elektronischen Bauteile in dem Gehäuse 45 sind mit Gießharz vergossen und dadurch gegen mechanische Beschädigungen sowie gegen Feuchtigkeit geschützt. Am Eingang des vergossenen, in Fig. 4 nicht sichtbaren Teils 3 liegen die in Reihe geschalteten Temperaturfühler 1a, ib, denen in der Prinzipdarstellung der Fig. 1 der Temperaturfühler 1 entspricht. Ebenso sind die Meßfühler 2a, 2b in Reihe geschaltet und mit dem Eingang des eingegossenen Teils 4 verbunden.
Von den eingegossenen Teilen 5, 6 gehen in Fig. 4 nicht dargestellte Leitungen über Widerstände entsprechend 7 und 8 zu der Leuchtdiode 9. Diese ist genau in der Achse auf einem Deckel 46 des Gehäuses 45 befestigt.
Das Gehäuse 45 ist von einer fest mit dem Gehäuse des Motors 35 verbundenen becherförmigen Kapsel 47 vollständig eingeschlossen. Darin sitzt auf einem Zwischenboden 48 der Phototransistor 10 genau auf der Achse, d.h. gegenüber der Leuchtdiode 9. 9er Abstand zwischen Leuchtdiode 9 und Phototransistor 10 ist nicht besonders kritisch. Er kann bis zu etwa 25 mm betragen. Ebenfalls in der Kapsel 47 sitzen die Teile 12, 13, 14, 17 und 18, die in Fig. 4 nicht im einzelnen dargestellt sind. Sie sind als integrierte Bauteile ausgebildet und mit Gießharz vergossen.
Aus der Kapsel 47 sind Anschlüsse für nachgeschaltete und Meß- und/oder Regelgeräte nach außen geführt.
Die Stromversorgung des rotierenden Systems erfolgt induktiv über eine Primärwicklung 49, die in einer Nut in der Innenwand der Kapsel 47 liegt, und eine Sekundärwicklung 50, die in einer Nut des mitrotierenden Gehäuses 45 liegt und mit dem eingegossenen Stromversorgungsteil verbunden Leerseite

Claims

Patentansprüche: Meßwertübertragungssystem für die Temperatur eines rotierenden Körpers, insbesondere einer beheizten oder gekühlten Galette, bestehend aus einem mitrotierenden Teil, der mindestens einen Temperaturfühler, einen durch den Temperaturfühler beeinflußten Òzillator und ein axial angeordnetes Kopplungselement aufweist, und aus einem feststehenden Teil, der ein ebenfalls axial angeordnetes Kopplungselement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem rotierenden Teil eine modulierbare Lichtquelle (9) und auf dem feststehenden Teil ein photoelektronisches Bauteil (10) als Kopplungselement vorgesehen ist.
2. Meßwertübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Temperaturfühler (1, 2) vorgesehen sind, die in verschiedenen, getrennt beheizten oder gekühlten Oberflächenzonen der Galette (30) angebracht sind, daß den einzelnen Temperaturfühlern (1, 2) in getrennten Frequenzbereichen arbeitende Oszillatoren zugeordnet sind, daß die Oszillatoren gemeinsam auf eine einzige Lichtquelle (9) geschaltet sind, und daß dem lichtempfindlichen Bauteil (10) unter Zwischenschaltung selektiver Netzwerke (12, 13) entsprechend der Anzahl der Temperaturfühler mindestens zwei Anzeigeinstrumente (17, 18) und/oder Regler (21) nachgeschaltet sind.
3. Meßwertübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem selektiven Netzwerk (13) des einen Kanals ein Frequenzwandler tal4) nachgeschaltet ist, dessen Ausgangsfrequenzbereich mit dem Frequenzbereich des Netzwerkes (12) des anderen Kanals übereinstimmt.
4. Meßwertübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Oberflächen-zone der Galette (30) mindestens zwei in Reihe geschaltete Temperaturfühler (1a, ib; 2a, 2b) angebracht sind.
5. Meßwertübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung des mitrotierenden Teils induktiv über eine mit dem feststehenden System verbundene Primärwicklung (48) und eine mit dem rotierenden System verbundene Sekundärwicklung (49) erfolgt.
6. Meßwertübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die modulierbare Lichtquelle (9) eine Leuchtdiode ist.
7. Meßwertübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das photoelektronische Bauteil (10) ein Phototransistor ist.

Patentbescnreibung: