Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals zur Feststellung der Längsbewegung eines faden- oder bandförmigen Materials
Die Erfindung betrifft sowohl ein Verfahren zur Erzeugung eines Signals zur Feststellung der Längs- bewegung eines faden- oder bandförmigen Materials, als auch eine Vorrichtung zur Durdchführung dieses Verfahrens.
Das erhaltene Signal kann in bekannter Weise, z. B.
durch einen Resonator oder bei einem elektrischen Signal durch einen Transistorverstärker, auf die erforderliche Höhe verstärkt und schaltungstechnisch so ausgewertet werden, dass beim Ausbleiben des Signals ein Schaltvorgang ausgclöst wird.
Die Feststellung der Bewegung von faden- oder bandförmigem Material ist für Maschinen, welche diese Materialien erzeugen oder verarbeiten, von grosser Bedeutung, um bei dem Abreissen dieser Materialien oder ihrer restlosen Aufarbeitung sowie Transportstörungen die betreffende Maschine stillsetzen oder ein Alarmsignal auslösen zu können.
Es sind Verfahren zur Erzeugung eines Signals beckannt, um die Längsbewegungen von Fänden bei Textlmaschinen festzustellen, z. B. auf lichtoptischem Wege, indem der ungleichmässige Fadendurchmesser bei der Längsbewegung des Fadens einen Lichtstrahl mehr oder weniger abdeckt und ein lichtelektrischer Wandler die Lichtschwankungen in Spannungs- oder Stromschwankungen umsetzt.
Weiterhin nutzt ein kapazitives Verfahren die Ände- rung der Kapazität aus, die sich beim Durchlauf des Fadens durch ein kondensatorartiges Gebilde aufgrund der ungleichen Fadendichte ergibt, wobei der Faden einen Teil des Dielektrikums zwischen den Kondensatorelektroden darstellt. Diese bekannten Verfahren funktionieren nur bei Materialien, welche Anderungen des Querschnittes oder der Dichte in ihrer Längs- richtung aufweisen und versagen bei glatten Materialien mit gleichbleibendem Querschnitt, wie z. B. Kunststoff Fäden oder dünnen Metalldrähten. Ein weiterer Nachteil dieser Verfahren besteht in der Empfindlichkeit gegen Verschmutzung und dem durch den nötigen Aufwand und der geforderten Präzision gegebenen hohen Preis.
Es ist auch bekannt, die durch Reibung auf textilen Fäden entstehenden elektrostatischen Aufladungen unmittelbar zur Ansteuerung von Verstärkern zu verwenden. Dieses Verfahren ist jedoch nur bei Materialien mit hohem Isolationswiderstand anwendbar und versagt z.B. bei dünnen Drähten oder Bändern aus leitfähigem Material. Ausserdem verlangt dieses Verfahren einen ausserordentlich hochohmigen Verstärkereingang, wodurch der Verstärker empfindlich gegen Stärfelder wird.
Die Erfindung hat den Zweck, die Nachteile und Unzulänglichkeiten der oben erwähnten Verfahren zu beseitigen.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird dies dadurch erreicht, dass das Material in Reibungsberührung mit einem mechanischen Schwingungsgebilde, auf das eine Rückstellkraft einwirkt, gebracht wird, so dass die Längsbewegung des Materials durch den Unterschied zwischen Ruhe- und Gleitreibung eine erzwungene Schwingung des Schwingungsgebildes anregt, welche Schwingung durch einen Wandler in ein Signal umgewandelt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens welche dadurch gekennzeichnet ist, dass das mechanische Schwingungsgebilde, auf das eine Rückstellkraft einwirkt, ein Führlorgan aufweist, tiber welches das fadenoder bandförmige Material läuft und dem Schwingungsgebilde eine erzwungene Schwingung erteilt, und dass ein Wandler mit dem Schwingungsgebilde zusammen- wirkt, um die Schwingung in ein Signal umzuwandeln.
In den beiliegenden Zeichnungen sind drei Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt.
Fig. 1 stellt den prinzipiellen Aufbau im Schnitt einer Ausführungsform dar, wo die Vorrichtung einen piezoelektrischen Wandler umfasst.
In Fig. 2 ist eine Draufsicht zu Fig. 1 in Richtung des Pfeiles A dargestellt.
In Fig. 3 ist der prinzipielle Aufbau im Schnitt einer Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Vorrichtung einen induktiven Wandler umfasst.
Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Linie IVIV der Fig. 3.
In Fig. 5 ist schematisch der Aufbau miner Ausführungsform, bei welcher die Vorrichtung einen Photo elektAschen Wandler umfasst, dargestellt.
In dem Gehäuse 1 (Fig. 1) ist ein Isolierkörper 2 fest angebracht, in dem Ider drehelastische piezoelektrische
Wandler 3 befestigt ist. An seinem freien Ende trägt der plättchen-förmige Wandler 3 den durch die Bohrung 41 in der Frontwand 39 des Gehäuses 1 ragenden Naben körper 4 des Fühlorgan,s 5 des mechanischen Schwin gungsgebildes. Ein fadenförmiger Körper 6 wird vom
Fühlorgan 5 umgelenkt und übt dalbei eine bestimmte Graft auf das Fühlorgan aus. In der Frontwand 39 des
Gehäuses 1 sind auf je einer Seite des die nabe 4 mit dem Fühlorgan 5 verbindenden Armes 40 Stiftle 7 und 8 als Begrenzungsanschläge für die Auslenkung des Fühl organs befestigt.
Die elektrischen Anschlüsse 9 und 10 sind mittels elektrischer Leiter 42, 43 mit dem piezo elektrischen Wandler 3 verbunden. Das Fühlorgan 5 ist so ausgebildet, dass sein Schwerpunkt in die Achse des Nabenkörpers 4 fällt. Dadurch wird vermieden, dass bei Bewegungen der Vorrichtung senkrecht zu dieser Achse (Erschütterungen, Vibrationen des VorAchtungsträgers, usw.) und fehlendem Faden Torsionsbewegungen des
Fühlorgans 5 entstehen können.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 und
2 ist wie folgt:
Wird das auf das Fühlorgan 5 drückende faden oder bandförmige Material 6 in seiner Längsrichtung bewegt, so wird das in dieser Richtung elastisch nach- giebig am Wandler 3 gelagerte Fühlorgan 5 durch die
Reibungskraft zwischen Material 6 und Fühlorgan 5 mitbewegt. Es entsteht dalbei eine mit der Auslenkung des Fühlorgans 5 aus seiner Ruhelage wachsende Rück- stellkraft, die solange anwächst, bis sie gleich der Reibungskraft zwischen Material 6 und Fühlorgan 5 wird, Dabei wird dlas Fühlorgan 5 nicht mehr mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Materials 6 weiter mitge- nommen.
Es entsteht dann eine Relativbewegung, ein Gleiten, mit Reibung zwischen dem faden- oder Jband- förmigen Material 6 und dem Fühlorgan 5. Dabei ist diese Gleitreibungskraft kleiner als die Reibungskraft ohne Relativbewegung (Reibungskraft der Ruhe), so dass die Rückstellkraft das Fühlorgan 5 gegen seine Ruhelage hin zurückbewegt. Dabei verkleinert sich die Rückstellkraft bis das Fühlorgan 5 in eine Lage gelangt, wo Rückstellkraft und Gleitreibungskraft sich das Gleichgewicht halten. Bis zu dieser Lage wird das Fühlorgan 5 gegen seine Ruhelage hin beschleunigt.
Infolge seiner Massenträgheit gelangt es tiber diese Stelle hinaus, wobei dann die Gleitreibun,gskraft seine Bewegung (gegen die Ruhelage hin) bis zum Stillstand verzögert und anschliessend in umgekehrter Richtung, d.h. in gleicher Richtung wie die des sich bewegenden Materials 6 beschleunigt, bis wiederum die Rückstellkraft und die Gleitreibungskraft sich das Gleichgewicht halten. Von nun an wird das Fühlorgan 5 durch die Rückstellkraft bis zum Stillstand verzögert und anschliessend in umgekehrter Richtung wieder beschleunigt, usw.
Das Fühlorgan 5 führt so eine Schwingungsbewegung um eine mittlere Lage aus, wobei diese mittlere Lage verschieden von der Ruhelage und abhängig von der Zunahme der Rückstellkraft in Funktion von der Auslenkung (Federungscharakteristik) und von der Grösse,der Reibungskraft der Bewegung auf das Fühlorgan 5 ist. Die Frequenz dieser Schwingungsbe- wegung hängt, bei kleiner Dämpfung, von der am Angriffspunkt der Reibungskraft des band- oder fadenförmigen Materials 6 reduzierten Masse resp. Trägheitsmoment und der Federungscharakteristik und ihre Amplitude von der Federungscharakteristik, der Grösse der Reibungskraft der Ruhe des band- oder fadenförmigen M [ aterials 6 auf das Fühlorgan 5 und von der Bewegungsgeschwindigkeit dieses band- oder fadenförmigen Materials 6 ab.
Bei richtiger Wahl und Abstimmung all dieser Grössen kann erreicht werden, dass die lineare Geschwindigkeit des Angriffspunktes der Reibungskraft am Fühlorgan 5, welche zeitlich periodisch variiert und frequenz- sowie amplitudenabhängig ist, zu irgendeinem Zeitpunkt gleich gross und gleich gerichtet ist wie die lineare Bewegungsgeschwindigkeit des band- oder fadenförmigen Materials 6. In diesem AUgenblick steigt die ReiSbungskraft wieder auf den grösseren Wert der Ruhe an und das Spiel beginnt von neuem. Die auf diese Weise erzwungene Schwingung des Schnvingungsgebildes wird durch den Wandler 3 in ein elektrisches Signal umgewandelt.
In der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 ist das Gehäuse mit 11 bezeichnet, in welchem ein gummielastisches Rückstellglied 12 befestigt ist Die Achse 13 des Fühlorgans 15 des mechanischen Schwingungsgebildes ist in diesem Rückstellglied 12 gelagert und ebenfalls fest mit ihm verbunden. Die Achse 13 trägt an ihrem inneren Ende einen plättchen,förmigen Magneten 14, welcher sich in einem Magnetgestell 16 bewegen kann.
Eine elektrische Wicklung 17, deren Enden zu den Anschlüssen 18 und 19 führen, welche in der im Gehäuse 11 befestigten solierplatte 20 eingelassen sind, wird von den Polen 21, 44 des Magnetgestells getragen.
Anschlagstifte 22, 23 sorgen für die Begrenzung der Verdrehung des Fühlorgans 15. Das mechanisch Schwingungsgebilde wird hier in gleicher Weise wie beim ersten Beispiel zu einer erzwungenen Schwingung angeregt, welche durch den induktiven Wandler 14, 16, 17, 21, 44 in ein Signal umgewandelt wird.
Bei der Ausführung nach Fig. 5 ist das Fühlorgan 28 des mechanische Schwingungsgebildes als einarmiger t3 [ ebel ausgebildet, welcher mit der Achse 26 verbunden ist. Diese ist analog der Ausführung nach Fig. 3 und 4 im gummielastischen Rückstellglied 25 befestigt, welches fest mitidem Gehäuseteil 24 verbujnden ist. Am inneren Ende trägt die Achse 26 eine Schlitzblende 30. Diese ist so dimensioniert, dass sie dem Fühlorgan 28 das Gleichgewicht inbezug auf die Achse 26 halt.
Im Gehäuseteil 38 ist gegenüber der Schlitzblende 30 die Lichtquelle 35 mit Anschlüssen 36, 37 und im Gehäuse- teil 24 ist gegenüber der Lichtquelle 35 der feststehende lichtelektrische Wandler 32 mit der Schlitzblende 31 samt Anschlüssen 33, 34 angeordnet. Mit 6 ist das auf das Fühlorgan 28 drückende fadenförmige Material und mit 27 ein Anschlagstift für das Fühlorgan angedeutet.
Auch bei diesem Beispiel wird dem mechanischen Schwingungsgebilde in der beschriebenen Weise eine erzwungene Schwingung erteilt, welche durch den lichtelektrischen Wandler in ein Signal umgewandelt wird.
Die Vorteile der Erfindung sind die Unabhängigkeit von den optischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften des abzutastenden faden- oder bandförmigen Materials, die Anpassungsfähigkeit an den für den jeweiligen Fall günstigen elektrischen Impulsgeber, der einfache gedrungene mechanische Aufbau ohne Lagerungen und bewegliche Teile im üblichen Sinne, da das Tastorgan nur federnd gehalten wird und sehr kleine Bewegungen ausführt.