DE4400037C2

DE4400037C2 - Winkelmeßeinrichtung, insbesondere für Fadenzugkraftaufnehmer

Info

Publication number: DE4400037C2
Application number: DE19944400037
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schaefer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-01-04
Filing date: 1994-01-04
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2014-01-05
Also published as: DE4400037A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Winkelmeßeinrich tung, insbesondere für Fadenzugkraftaufnehmer, mit einer mindestens einseitig fest eingespannten Torsions feder, deren ausgelenkter Abschnitt mit einem hebelför migen Tastelement verbunden ist, mit einem Permanent magneten für das Erzeugen eines variierbaren Energie feldes und mit einer Sonde für das Erfassen eines in Abhängigkeit vom Torsionswinkel der Torsionsfeder variierten Energiefeldes.

Durch die DE-PS 19 33 749 ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt. Für das Erfassen der Zugkraft eines Faser kabels wird dasselbe S-förmig über Fadenleitelemente an einem Doppelhebel geführt. Der Doppelhebel ist mit seinem Schwenklager am beweglichen Abschnitt einer Torsionsfeder gelagert.

Die Torsionsfeder besteht aus einem Stab, der mit Dehnmeßstreifen versehen ist.

Durch die Verwendung eines Dehnmeßstreifens sind die Abmessungen des Torsionsstabes an bestimmte Mindestmaße gebunden.

Der Torsionsstab ist stark im Durchmesser, dadurch steif und schwer tordierbar. Die Meßergebnisse sind ungenau.

Die durch das Faserkabel erzeugte Reibungswärme beein flußt die Meßergebnisse des Dehnmeßstreifens zusätzlich im negativen Sinne.

Die Masse und die Federsteife des Torsionstabes führen zu schlechter Meßdynamik.

Zur Vermeidung der genannten Mängel hat man mit der DE- OS 37 13 290 vorgeschlagen, an dem durch die Torsions feder belasteten Hebel, der auch ein Fadenleitelement trägt, einen Permanentmagneten im Abstand von der Drehachse des Torsionstabes anzuordnen. Das von ihm ausgebildete, mit dem Hebel bewegte Magnetfeld wird durch einen ortsfest gelagerten Signalgeber erfaßt und in entsprechend auswertbare Signale umgewandelt.

Als nachteilig hat sich bei dieser Vorrichtung heraus gestellt, daß die Masse des Hebels mit Fadenleitele ment und Permanentmagnet nach wie vor nicht verringert werden kann.

Ein kleiner Permanentmagnet, der das Massenträgheitsmo ment verringern würde, erzeugt ein nur ungenügend star kes Magnetfeld, dessen Intensitätstoleranzen einerseits recht erheblich sind und dessen Auswertung andererseits kompliziert und fehlerbehaftet ist.

Genaue Meßergebnisse, die die mit hoher Geschwindigkeit zu kontrollierenden Fäden erfordern; sind mit dieser Vorrichtung nicht kostengünstig erreichbar.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, genaue Meßergeb nisse mit kostengünstigen Fadenzugkraftaufnehmern im robusten Betrieb zu ermöglichen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Masse und Abmessungen der mit dem Fadenleitelement verbundenen Teile zu reduzieren und trotzdem mit einfachen Elemen ten gut und zuverlässig auswertbare Meßergebnisse zu erhalten.

Diese Aufgabe wird prinzipiell durch die in Anspruch 1 definierten Elemente gelöst.

Das ortsfest erzeugte Magnetfeld wird durch massearme Polschuhe aufgenommen und als in Abhängigkeit von dem Torsionswinkel der Torsionsfeder bewegtes, sekundäres Magnetfeld der Sonde dargeboten.

Die Ausführung nach Anspruch 2 gestattet eine kosten- und raumsparende Ausführung des Fadenzugkraftaufneh mers.

Mit Anspruch 3 und 4 wird eine Ausführung angeboten, die ein besonders massearmes Tastelement, bzw. Faden leitelement ermöglicht.

Das in Anspruch 5 vorgeschlagene Fadenleitelement vereinigt die Vorteile von Anspruch 4 mit einer ko stengünstigen und bedienerfreundlichen Gestaltung des Fadenleitelementes.

Anspruch 6 offenbart eine Anordnung mit besonders wenigen Einzelteilen.

Die Gestaltung der Kupplung zwischen Torsionsfeder und Fadenleitelement nach Anspruch 7 ist kostengünstig und gestattet auf einfache Weise den Austausch verschlisse ner Fadenleitelemente.

Die Ausführungen nach den Ansprüchen 8 und 9 ergeben besonders einfach herstellbare, leicht zu Arrays aggre gierbare Lösungen, insbesondere für die Überwachung von Fadenscharen.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbei spiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen,

Fig. 1 einen Fadenzugkraftaufnehmer im Schnitt in Richtung der Achse des Fadenleitelementes in üblicher Gebrauchslage,

Fig. 2 eine Seitenansicht von links,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung in Draufsicht,

Fig. 4 eine Fadenzugkraftaufnehmerkette teilweise geschnitten in Richtung der Achse des Faden leitelementes,

Fig. 5 ein Fadenzugkraftaufnehmer-Array in einer Ansicht quer zu Fig. 4,

Fig. 6 einen weiteren arrayfähigen Fadenzugkraft aufnehmer,

Fig. 7 eine erste Ausführungsform der magneto-elek trischen Winkelmeßeinrichtung,

Fig. 8 und 9 Varianten der Winkelmeßeinrichtung und

Fig. 10 eine bevorzugte Ausführungsform des Faden zugkraftaufnehmers mit Winkelmeßeinrichtung in einer Ansicht quer zur Achse der Torsions feder.

In Fig. 1 ist in einer Halterung 1 die zweiseitige Torsionsfeder 2 gelagert. Das untere Ende 21 ist mit einer Verdrehsicherung versehen, während das obere Ende 22 im Lager 5 frei drehbar ist.

Im mittleren Abschnitt 2a ist die Torsionsfeder 2 in Form des griechischen Buchstaben Omega gebogen.

Zwischen den Füßen des Omega 2a ist das Fadenleitele ment 3 geklemmt. Sie greifen in Einschnitte des Faden leitelementes. Die Achse der Torsionsfeder 2 führt durch das Fadenleitelement 3.

Das Fadenleitelement 3 ist rohrförmig ausgebildet und besitzt längs einer Mantellinie einen Schlitz 6 und einen den Schlitz 6 tangierenden Fortsatz 7.

Die Halterung 1 bildet einen Anschlag bezüglich einer extremen Auslenkung der Torsionsfeder 2. (Fig. 2)

In Fig. 3 ist ein Schnitt parallel zur Achse des Faden leitelementes durch die Halterung 1 nach Fig. 1 darge stellt. Der Faden 8 ist entsprechend seiner Lage einge zeichnet. Er wird durch das Fadenleitelement zweimal um den Winkel alpha abgelenkt.

Nach Fig. 4 sind jeweils zwei einander unmittelbar benachbarte Torsionsfedern einstückig ausgeführt. An jeder Schiene 9 werden die Torsionsfedern mittels Schrauben geklemmt. Dadurch beeinflussen sich die Fadenzugkraftaufnehmer untereinander nicht.

Die durch die beiderseitige Einspannung erhöhte Feder konstante wird für diesen Fall durch eine geringere Drahtstärke der Torsionsfeder ausgeglichen.

Auf diese Weise können beliebig viele Torsionsfedern aus einem einzigen Stück hergestellt werden.

Mehrere dieser so hergestellten Ketten können nebenein ander angeordnet werden. Sie bilden ein sogen. Faden zugkraftaufnehmer-Array (Fig. 5).

Fig. 6 stellt eine andere Ausführungsform des Faden zugkraftaufnehmer-Arrays dar. Die Torsionsfeder 2 ist hier aus einem Blech herausgestanzt. Sie nimmt in einer zentralen Bohrung das Fadenleitelement auf. Es kann dort eingeklebt oder -gelötet sein.

Auch bei dieser Ausführungsform können viele dieser Fadenzugkraftaufnehmer flächenförmig auch einstückig aneinander gefügt sein.

Der Vorsprung 20 dient hier als Polschuh für einen ortsfest gelagerten Magnet 11, dem eine Sonde 18 für die Erfassung des Magnetflusses zugeordnet ist. (Fig. 8).

Ist das Fadenleitelement um einen großen Winkel Beta ausgelenkt, wird die Sonde 18 einen starken Magnetfluß registrieren. Ist der Winkel Beta klein, werden auch die Signale der Sonde 18 kleiner.

Fig. 7 zeigt eine Winkelmeßeinrichtung mit Permanentma gnet 11. Das drehbewegliche Zwischenstück 15 ist mit dem beweglichen Teil der Torsionsfeder 2 über das Ende 22 drehstarr verbunden.

Am Umfang des Zwischenstückes 15 sind zwei Polschuhe angeordnet, die mit ihren abgewinkelten Magnetfeldauf nahmeflächen in den unteren Bereichen nahe an die Pole N und S des Permanentmagneten 11 heranreichen. über einen geringen Luftspalt nehmen sie einen erhebli chen Teil des Magnetfeldes des/der Permanentmagneten auf und leiten es in ansich bekannter Weise bis zu den oberen Enden N' und S'.

Dort bildet sich zwischen den sekundären Polen N' und S' an den Polschuhen 12, 13 ein sekundäres Magnetfeld 16 aus. Dieses sekundäre Magnetfeld 16 nimmt an der Bewe gung des Fadenleitelementes 3 unmittelbar teil.

Die unmittelbar benachbarte, ortsfeste Sonde 14 erfaßt die Veränderungen in der Stärke oder Richtung des lageveränderlichen, sekundären Magnetfeldes 16 und gibt dazu proportionale Signale an eine Auswerte- oder Anzeigeeinheit ab.

Die Winkelmeßeinrichtung nach Fig. 9 arbeitet nach einem ähnlichen Verfahren, aber mit Ausnutzung anderer physikalischer Größen.

Der Polschuh 25 ist nach Fig. 9 eine bewegliche Konden satorplatte, die über den Luftspalt mit der ortsfesten Kondensatorplatte 19 einen veränderlichen Kondensator bildet. Die Meßwerte der jeweiligen Kapazität dieses Kondensators sind Ausgangswerte für die Auswertung dieser Signale für die Fadenzugkraftbestimmung.

Der Polschuh 25 könnte durch seine Auslenkung auch in ansich bekannter Weise mit dem Strahlengang einer Lichtschranke oder eines Reflextasters zusammenwirken.

Die in Fig. 10 gezeigte Anordnung stellt eine optimale Kombination der beschriebenen Elemente der Erfindung dar. Die Polschuhe 12, 13 nehmen das Magnetfeld der Permanentmagneten 11 auf, leiten es nach oben an die sekundären Pole N', S'. dadurch, daß sie, auf magnetisch nicht leitende Weise, mit dem Fadenleitelement verbunden sind, nehmen sie an der Bewegung desselben direkt teil.

Das bewegte Magnetfeld 16 wird von der Sonde 14 in seiner durch den Winkel veränderlichen Richtung oder Stärke erfaßt und in entsprechende Signale umgewandelt.

Die Polschuhe 12, 13 sind auch hier mit einem Zwischen stück 15 über Niete 26 verbunden. Die unteren Abschnit te der Polschuhe können so in einem stabilen, geringen Abstand von den Polen N, S der Permanentmagneten gehal ten und geführt werden.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

Halterung

2

Torsionsfeder

2

a - mittlerer Abschnitt - Omega

3

Fadenleitelement

4

Einschnitt, Einkerbung

5

Lager

6

Schlitz

7

Fortsatz

8

Faden

9

Schiene

10

Blech

11

Permanentmagnet

12

,

13

Polschuhe

14

Sonde, Richtung des Magnetfeldes

15

Zwischenstück

16

Magnetfeld, sekundär

17

Magnetfeld, primär

18

Sonde, Intensität des Magnetfeldes

19

Teil, feststehend, elektrisch leitend

20

Teil, magnetisch leitend

21

Torsionsfeder, unteres Ende

22

Torsionsfeder, oberes Ende

23

Schenkel des Omega

Claims

1. Winkelmeßeinrichtung, insbesondere für Fadenzug kraftaufnehmer,
mit einer mindestens einseitig fest eingespannten Torsionsfeder, deren ausgelenkter Abschnitt mit einem hebelförmigen Träger verbunden ist,
mit einem Permanentmagneten für das Erzeugen eines variierbaren Magnetfeldes und
mit einer Sonde für das Erfassen eines in Abhängig keit vom Torsionswinkel der Torsionsfeder variierten Magnetfeldes,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Permanentmagnet (11)
an einem ersten, ortsfesten Lager (9) für die Torsi onsfeder (2),
mit seinen Polen (N, S) im Abstand von der Achse (21, 22) der Torsionsfeder (2) angeordnet ist, und
daß die Torsionsfeder (2) in ihrem auslenkbaren Abschnitt mit mindestens einem Polschuh (12, 13) verbunden ist, der
mit mindestens einer Magnetfeldaufnahmefläche nahe einem der Pole (N, S) des Permanentmagneten (11) und
mit mindestens einem Sekundärpol (N', S'), der einer ortsfest gelagerten Sonde (14) für das Erfassen des variablen Magnetfeldes (16) nahe benachbart ist,
ausgestattet ist.

2. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet,
daß die beiden Pole (N, S) des Permanentmagneten (11)
an dem ersten Lager (9) diametral zur Achse der Torsionsfeder (2) in einer Ebene angeordnet sind,
daß an der Torsionsfeder (2), in ihrem auslenkbarem Abschnitt zwei Polschuhe (12, 13) angeordnet sind,
die je eine Magnetfeldaufnahmefläche nahe an den Polen (N, S) des Permanentmagneten (11) haben und
die mit ihrem Sekundärpol (N', S')
einander paarweise und
der ortsfest gelagerten Sonde (14) nahe benachbart sind.

3. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Pole (N, S) des Permanentmagneten (11) und die Achsen der Sekundärpole (N', S') der Polschuhe (12, 13) parallel zur Achse der Torsions feder (2) ausgerichtet sind.

4. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Fadenleitelement (3) mindestens zwei Führungselemente für einen Faden (8) an dem hebel förmigen Träger besitzt und
daß an dem magnetisch nicht leitenden Träger die Polschuhe (12, 13) befestigt sind.

5. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fadenleitelement (3) als einseitig geschlitz tes Rohr ausgebildet ist.

6. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Torsionsfeder (2) als Polschuh ausgebildet ist und dazu
an ihrem Einspannende mit der Magnetfeldaufnahme fläche direkt verbunden ist und
mit ihrem freien Ende im Meßbereich der Sonde (14) endet.

7. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtförmige Torsionsfeder (2) mit einer Omega-förmigen Ausbiegung (2a) versehen ist.

8. Winkelmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Polschuh als eine am bewegbaren Abschnitt der Torsionsfeder (2) befestigte, magnetisch leitende Platte (20) ausgebildet ist,
die sich mit einem ihrer Abschnitte bis nahe an einen Pol (N, S) des Permanentmagneten (11) erstreckt, und
daß die Sonde (18) zwischen der Platte (20) und dem Permanentmagneten (11) angeordnet ist.

9. Winkelmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfeder (2) und eine Aufnahme (24) für das Fadenleitelement (3) und den Polschuh (20, 25) an der Torsionsfeder (2, 21, 22) einstückig ausgebildet sind.