CH626123A5 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur kontinuierlichen Messung bzw. Regelung der Querschnittsabweichungen von Faserbändern mit unabhängig vom eingestellten Sollwert konstanter, relativer Empfindlichkeit in bezug auf diesen Sollwert, unter Verwendung einer Nutenrolle und einer mit dieser zusammenwirkenden Tastrolle, wobei die Tastrolle beweglich gelagert ist und unter dem Einfluss des Faserbandquerschnittes entgegen einer Andruckkraft verlagert wird, und zeichnet sich dadurch aus, dass die Lageänderungen der Tastrolle in eine Drehbewegung einer Hebelachse umgesetzt werden und Richtungsänderungen einer aussermittig an der Hebelachse angebrachten Messfahne zur Folge haben, und dass diese Richtungsänderungen der Messfahne mittels eines Fühlorgans berührungslos abgetastet und Sollwertabweichungen des Faserbandquerschnittes in proportionale elektrische Fehlersignale umgeformt werden.

Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Nutenrolle und einer mit dieser zusammenwirkenden Tastrolle, wobei die Tastrolle beweglich gelagert ist und unter dem Einfluss des sich zwischen Nutenrolle und Tastrolle befindlichen Faserbandes entgegen einer Andruckkraft verlagerbar ist, und zeichnet sich aus durch eine Hebelachse, an der einerseits die Tastrolle exzentrisch gelagert ist, und andererseits durch eine mit der Hebelachse verbundene und deren Drehbewegungen wiedergebende, aussermittig angebrachte Messfahne, sowie durch ein Fühlorgan, das in einer durch die Hebelachse und die Achse der Tastrolle bei fehlendem Band gegebenen Ebene liegt und die Lage der Messfahne berührungslos abtastet.

Dabei ist das Fühlorgan längs einer Achse verschiebbar, die senkrecht zur Hebelachse orientiert ist und in einer Ebene liegt, die durch diese Hebelachse, sowie durch die Achse der Tastrolle ohne Material geht. Es handelt sich somit darum, den Schnittpunkt der aussermittig an der Hebelachse angebrachten Messfahne mit der Achse des Fühlorgans zu bestimmen. Da die Auslenkungen der Hebelachse durch das in der Nutenrolle liegende Faserband nur sehr klein sind, ist danach zu trachten, diese Auslenkungen so zu vergrössern, dass ein gutes Auflösungsvermögen resultiert. Diese Vergrösserung soll aber ohne mechanische Gelenke, Gestänge etc., die spielfreie Lagerstellen aufweisen müssen, zustande kommen, da diese die Reproduzierbarkeit der Lagebestimmung und damit der Einstellung der Soll-Nummer des Faserbandes beeinträchtigen.

Hierfür ist nun die vorgesehene Lösung besonders vorteilhaft, indem die Achse, längs welcher das Fühlorgan verschiebbar ist, und die aussermittig auf der Hebelachse sich befindende Messfahne sich in einem spitzen Winkel schneiden, wobei dieser Schnittpunkt bereits bei kleinen Hebeldrehungen sich längs der Führungsachse erheblich verlagert. Bei entsprechender Dimensionierung der Aussermittigkeit der Messfahne können als Bereich für die Verlagerung des Schnittpunktes beliebige Wege vorgegeben werden, wobei nur die Dimensionen der vorgesehenen Einrichtung eine Grenze setzen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtung besteht darin, dass die Forderung ohne weiteres erfüllt werden kann, für Faserbänder mit unterschiedlicher Nummer mit ein- und derselben Anordnung eine konstante relative Empfindlichkeit zu erreichen. Auf den Querschnitt von Faserbändern angewendet heisst dies,

dass beispielsweise ein schweres Band mit einer Querschnittsabweichung von 10% mindestens angenähert ein gleiches Fehlersignal auslöst wie ein leichtes Band mit ebenfalls einer Querschnittsabweichung von 10%. Wird der Messfahne eine spezielle Kurvenform zugeordnet, so ist die Empfindlichkeit über den ganzen Nummernbereich absolut konstant. ;

Auf das erfindungsgemässe Verfahren angewendet heisst ' ' dies, dass für ein schweres Band (starke Füllung der Nutenrolle) der Schnittpunkt zwischen Messfahne und Fühlorgan-Achse nahe bei der Hebelachse zu suchen ist, während für ein leichtes Band (schwache Füllung der Nutenrolle) der Schnittpunkt zwischen Messfahne und Fühlorgan-Achse von der Hebelachse weit entfernt liegt, wo kleine Auslenkungen der Hebelachse bereits erhebliche Schnittpunktverlagerungen bedingen.

Als Fühlorgan werden mit Vorteil an sich bekannte, sogenannte Feldplatten verwendet. Diese eignen sich besonders dank ihrer kleinen Bauweise, grossem Auflösevermögen und dank einem über einen relativ grossen Bereich linearen Verhalten, der Abgabe von polarisierten Fehlersignalen je nach der Lage der Messfahne und dadurch, dass die Messfahne als passives Organ keinerlei elektrische Funktion zu erfüllen hat. Die Empfindlichkeit der Feldplatte auf Temperaturschwankungen kann durch geeignete Kompensationsschaltungen beseitigt werden, so dass die Fehlersignale praktisch unter allen Betriebsbedingungen konstant sind.

Anhand der Figuren wird das erfindungsgemässe Verfahren, sowie Ausführungsbeispiele hierfür erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch das Messprinzip;

Fig. 2 als Diagramm die Abhängigkeit der Lage eines Schnittpunktes von einem Drehwinkel;

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform im Grundriss und

Fig. 4 dieselbe im Aufriss;

Fig. 5 schematisch eine weitab liegende Feldplatte bei kleiner und

Fig. 6 eine herangerückte Feldplatte bei grosser Auslenkung der Hebelachse.

Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung der Messeinrichtung für die Dicke des Faserbandes 1 mittels einer Nutenrolle 2 und einer Tastrolle 3. Während die Nutenrolle 2 eine feste Lagerstelle besitzt, ist die Tastrolle 3 an einem Hebel 4 drehbar gelagert, wobei dieser Hebel 4 in einem Hebellager 5 verschwenkbar ist und beispielsweise mittels einer Feder 6 in den Grund der Nutenrolle 2 gepresst wird. Das Faserband 1 wird dabei im Grund der Nutenrolle 2 eingelegt; je nach der jeweiligen Dicke des Faserbandes oder Abweichung vom Sollwert wird die Tastrolle 3 mehr oder weniger angehoben. Die Aufgabe besteht nun darin, die Grösse dieser An- und Abhebung möglichst genau und reproduzierbar zu bestimmen.

Erfindungsgemäss wird nun der Drehwinkel gemessen, welcher die variable Anhebung der Tastrolle 3 durch den Hebel 4 auf die im Hebellager 5 befindliche Hebelachse 10 wiedergibt. Zunächst ist festzuhalten, dass die Länge des Hebels 4 die Grösse der Winkeldrehung der Hebelachse beeinflusst.

Figur 2 zeigt in einer Graphik mit einer Linie 9 den Zusammenhang zwischen dem Drehwinkel Act, der auf der Abszisse 8 angegeben ist und der von der Hebelachse 10 bestrichen wird, und einer Längsverschiebung AL, deren Massstab die Ordinate 7 trägt. Für das der Erfindung zugedachte Anwendungsgebiet ist es vorteilhaft, wenn die Linie 9 über einen möglichst weiten Bereich eine Gerade bildet, was so viel heisst, als dass die Übertragung einer Winkelgrösse in eine Länge genau proportional erfolgt.

Figur 3 zeigt in Draufsicht und Fig. 4 in Frontansicht schematisch als Ausführungsbeispiel die Tastrolle 3, die Nutenrolle 2 und das Faserband 1. Die Tastrolle 3 ist mit einer Exzentrizität 18 in der Hebelachse 10 gelagert. Diese Exzentrizität 18 entspricht der Länge des Hebels 4 in Fig. 1. Die Hebelachse 10 ihrerseits ist in Lagerstellen 17 leichtgängig und spielfrei

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drehbar und erhält durch ein nicht gezeigtes federndes Organ entsprechend der Feder 6 in Fig. 1 ein Drehmoment, das die Tastrolle 3 mit einer bestimmten Andruckkraft (Pression) in die Nutenrolle 2 drückt und dabei das Faserband 1 in eine dem Nutenquerschnitt entsprechende Form drückt. Mit Vorteil wird die Grösse der Pression durch Einstellmittel, die auf die Feder 6 einwirken, einstellbar gemacht.

Die Exzentrizität des Tastrollenlagers in der Hebelachse 10 kann auch durch eine kurbelartige Ausbildung der Hebelachse 10 erreicht werden.

An der Hebelachse 10 ist an ihrem der Tastrolle 3 gegenüberliegenden Ende eine Messfahne 13 angebracht. Diese Messfahne ist in einem Abstand 14 unterhalb der Mitte der Hebelachse 10 befestigt und als metallischer, vorzugsweise ferromagnetischer Stab ausgebildet. Mit den Drehbewegungen der Hebelachse 10 wird auch die Messfahne 13 verschwenkt.

Der Messfahne 13 zugeordnet ist nun ein Fühlorgan 11, das auf einer Achse in einer Ebene längsverschieblich gelagert ist, wobei diese Ebene durch die Hebelachse 10 und die Achse der Tastrolle 3 in einer Stellung bestimmt ist, die einer leeren Nutenrolle 2 entspricht. Die Längsverschiebung des Fühlorgans 11 erfolgt beispielsweise mit einer Leitspindel 12, die in Leitspindellagern 16 spielfrei gelagert und mittels einer Kurbel 19 drehbar ist. Die Stellung des Fühlorgans 11 kann durch entsprechende Markierungen 20 auf vorgegebene Werte gebracht werden.

Das Fühlorgan 11 ist vorzugsweise mit einer Feldplatte 15 ausgerüstet. Dieses an sich bekannte Element spricht auf Annäherungen von ferromagnetischem Material an und gibt entsprechende Signale ab. Im vorliegenden Fall wirkt die Feldplatte 15 mit der Messfahne 13 zusammen, indem sich diese anlässlich der Auslenkungen der Tastrolle 3 an der Feldplatte 15 vorbeibewegt.

Durch geeignete Wahl des aussermittigen Abstandes 14 der Messfahne 13 ergeben bereits kleine Auslenkungen der Tastrolle 3 leicht messbare Verschiebungen gegenüber dem Fühlorgan 11. Die Feldplatte 15 stellt nämlich fest, wenn die Messfahne 13 an ihrem Mittelpunkt vorbeigeht. Mittels der Leitspindel 12 kann nun der Sollwert für die Dicke des durch die Nutenrolle 2 laufenden Faserbandes reproduzierbar voreingestellt werden. Befindet sich das Fühlorgan 11 am entfernten Ende der Leitspindel 12, ist ein Bereich für schwache Bänder gewählt; für schwere Bänder ist eine Position des Fühlorgans 11 in der Nähe der Hebelachse 10 zu suchen.

Durch diese Massnahme wird erreicht, dass die Empfindlichkeit der Dickemessung relativ konstant ist. Das heisst, dass beispielsweise eine Dickenänderung von 10% sowohl für ein leichtes Band als auch für ein schweres Band gleiche Regelwirkungen auslöst. Dies wird anhand der Figuren 5 und 6 erläutert.

In Fig. 5 ist das Fühlorgan 11 mit einer Feldplatte 15 am weitab liegenden Ende der Leitspindel 12 gezeigt. Die Messfahne 13 schliesst mit der Ebene durch die Leitspindelachse einen kleinen Winkel cn ein. Hier bewirken also bereits kleine Änderungen des Winkels cxi starke Verschiebungen AL des Schnittpunktes Messfahne 13 - Spindelachse 12 längs der letzteren. Dies entspricht der Messung eines schwachen Bandes mit entsprechend kleinen absoluten Dickeschwankungen.

In Fig. 6 dagegen ist das Fühlorgan 11 mit Feldplatte 15 nahe an die Hebelachse 10 gerückt. Der Schnittpunkt zwischen Messfahne 13 und Spindelachse 12 beschreibt bei Änderungen des Winkels ui wesentlich kleinere Auslenkungen. Das heisst so viel, als dass bei schweren Bändern auch die absoluten Dickeschwankungen entsprechend gross sein müssen, um etwa gleiche Verschiebungen AL des Schnittpunktes zwischen Messfahne 13 und Spindelachse 12 zu erhalten.

Durch geeignete Wahl der Exzentrizität 18 und des aussermittigen Abstandes 14 kann eine weitgehend lineare Beziehung zwischen Faserbandmenge und Lage des Fühlorgans 11 erreicht werden. Eine noch bessere Proportionalität kann dadurch herbeigeführt werden, dass durch entsprechende Formgebung der Messfahne 13 noch vorhandene Nichtlineari-täten ausgeglichen werden.

Zur Vereinfachung des Verhaltens der erfindungsgemässen Anordnung wurde der Schnittpunkt der Messfahne 13 mit der Spindelachse 12 für die Definition der Grösse der Tastrollen-auslenkung herangezogen. Im praktischen Einsatz der Anordnung als Regelorgan verhält sie sich beispielsweise so, dass die Feldplatte 15 ein Fehlersignal abgibt, wenn sich die Messfahne 13 ausserhalb ihres Zentrums befindet. Dieses Fehlersignal veranlasst - je nach dessen Polarität - eine zwecks Korrektur entsprechende Verkleinerung oder Vergrösserung des Faser-b andquerschnittes.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung setzt für eine einwandfreie Arbeitsweise einige Bedingungen voraus, die aber mit der Fachwelt bekannten Mitteln erfüllt werden können. Wesentlich ist vor allem eine spielfreie, aber doch leichtgängige Lagerung der Hebelachse 10 und der Leitspindel 12, ferner eine genau senkrechte Ausrichtung der Leitspindelachse gegenüber der Hebelachse und eine völlige Parallelität zwischen der Messfahne 13 und der Bahn der Feldplatte 15 längs der Leitspindel 12, so dass der Luftspalt zwischen denselben über den ganzen Bereich konstant ist.

Die den Feldplatten eigentümliche Abhängigkeit ihrer Signalspannung von der Umgebungstemperatur kann durch geeignete Kompensationsschaltungen beseitigt oder zumindest vermindert werden.

Mit Vorteil wird die kalibrierte Skala (20) mit der der Sollwert des Faserbandquerschnittes festgelegt wird, ergänzt durch eine weitere Skala, deren Angaben (21) die relative Sollwertkorrektur in Abhängigkeit von der Position und der Verschiebung des Fühlorgans (11) längs der Leitspindel (12) zum Ausdruck bringen.

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1. Verfahren zur kontinuierlichen Messung bzw. Regelung der Querschnittsabweichungen von Faserbändern mit unabhängig vom eingestellten Sollwert konstanter relativer Empfindlichkeit in bezug auf diesen Sollwert, unter Verwendung einer Nutenrolle und einer mit dieser zusammenwirkenden Tastrolle, wobei die Tastrolle beweglich gelagert ist und unter dem Einfluss des Faserbandquerschnittes entgegen einer Andruckkraft verlagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageänderungen der Tastrolle (3) in eine Drehbewegung einer Hebelachse (10) umgesetzt werden und Richtungsänderungen einer aussermittig an der Hebelachse (10) angebrachten Messfahne (13) zur Folge haben, und dass diese Richtungsänderungen der Messfahne (13) mittels eines Fühlorgans (11) berührungslos abgetastet und Sollwertabweichungen des Faserbandquerschnittes in proportionale elektrische Fehlersignale umgeformt werden.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert des Faserbandquerschnittes (1) dadurch eingestellt wird, dass das Fühlorgan (11) längs einer Achse verschoben wird, die senkrecht zur Hebelachse (10) orientiert ist und mit dieser, sowie mit der Achse der Tastrolle (3) bei fehlendem Band in einer Ebene liegt.

3. Verfahren nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Fühlorgan (11) eine Feldplatte (15) mit unendlich grossem Auflösungsvermögen verwendet wird und für die Messfahne (13) magnetisch leitfähiges Material eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Patentansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse der aussermittigen Anordnung der Messfahne (13) gegenüber der Hebelachse (10) so gewählt wird, dass bei einer Auslenkung der Messfahne (13) innerhalb des gewählten Regelbereiches sich dieselbe im Proportionalitätsbereich des Fühlorgans (11) bewegt, wodurch eine vorgegebene Empfindlichkeit für das zu messende bzw. zu regelnde Faserband (1) über den ganzen Nummernbereich mindestens angenähert konstant ist.

5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlersignale auf Organe einwirken, die den Querschnitt des Faserbandes (1) derart beeinflussen, dass die Abweichungen des Querschnittes vom Sollwert eliminiert werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, mit einer Nutenrolle und einer mit dieser zusammenwirkenden Tastrolle, wobei die Tastrolle beweglich gelagert ist und unter dem Einfluss des sich zwischen der Nutenrolle und der Tastrolle befindlichen Faserbandes entgegen einer Andruckkraft verlagerbar ist, gekennzeichnet durch eine Hebelachse (10), an der einerseits die Tastrolle (3) exzentrisch gelagert ist, sowie durch eine mit der Hebelachse verbundene und deren Drehbewegungen wiedergebende, aussermittig angebrachte Messfahne (13), sowie durch mindestens ein Fühlorgan (11), das in einer durch die Hebelachse (10) und die Achse der Tastrolle (3) bei fehlendem Band gegebenen Ebene liegt und die Lage der Messfahne (13) berührungslos abtastet.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fühlorgan längs einer Achse verschiebbar ist, die senkrecht zur Hebelachse (10) orientiert ist, und mit dieser, sowie mit der Achse der Tastrolle (3) bei fehlendem Band eine Ebene bildet.

8. Vorrichtung nach den Patentansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Fühlorgan (11) eine Feldplatte (15) eingesetzt ist, und die Messfahne (13) aus magnetisch leitfähigem Material gefertigt ist, die an der Feldplatte (15) mit konstantem Luftspalt vorbei bewegbar ist.

9. Vorrichtung nach Patentansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldplatte (15) mittels eines Schlittens auf Führungsorganen spielfrei verschiebbar ist, wobei die Verschiebung mittels einer Leitspindel (12) erfolgt.

10. Vorrichtung nach Patentansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitspindel (12) mit einer kalibrierten Skala (20) zur Einstellung des Sollwertes des zu messenden bzw. zu regelnden Faserbandes (1) versehen ist.

11. Vorrichtung nach Patentansprüchen 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die kalibrierte Skala (20) zur Sollwerteinstellung ergänzt wird durch Angaben (21) über die relative Sollwertkorrektur in Abhängigkeit von der Position und der Verschiebung des Fühlorgans (11).

Für die Messung bzw. Regelung von Erzeugnissen der Textilindustrie. vorzugsweise von Bändern aus verschiedenen Fasermaterialien, ist es erforderlich, laufend den Querschnitt des Bandes zu messen und daraus die erforderlichen Regeigrössen abzuleiten.

Für diese Querschnittsmessungen fanden bisher verschiedene Verfahren und Vorrichtungen mit unterschiedlichem Erfolg Einsatz. Bekannt sind vor allem mechanisch, kapazitiv, optisch und pneumatisch wirkende Systeme.

Mechanisch wirkende Systeme beruhen im Prinzip darauf, dass das Faserband durch einen Kanal mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt unter konstantem Druck geführt wird, so dass bei konstanter Breite des Kanals die Höhe der Kanalfüllung direkt proportional zum Querschnitt des Faserbandes ist. Die Messung dieser Füllhöhe durch mechanische oder elektro-mechanische Einrichtungen ist an sich bekannt; Das Erfordernis sowohl der kontinuierlichen Messung des durch den Kanal laufenden Bandes, als auch die Notwendigkeit, relativ grosse Messbereiche mit gleichbleibender Empfindlichkeit zu erfassen, machten bisher die bekannten Füllhöhenmessungen eines Normalquerschnittes durch das Faserband schwerfällig in der Anwendung und ungenau in der Auswertung.

Pneumatische Messsysteme beruhen auf der Verdrängung der im Faserband enthaltenen Luft anlässlich des Durchzugs des Bandes durch einen Messtrichter und der Bestimmung des bei der Verdrängung entstehenden Druckes. Dieses System ist für viele Anwendungen äusserst brauchbar, wobei vor allem der einfache Einbau eines Messtrichters zwischen oft engen zur Verfügung stehenden Maschinenteilen, sowie eine geringe mechanische Beanspruchung des Messgutes und die Anwendbarkeit hoher Bandgeschwindigkeit besticht. Aufgrund der Abhängigkeit der auftretenden Druckgrössen von der jeweiligen Faserfeinheit des Bandmaterials kommen diese Vorzüge allerdings nur bei feineren Fasern mit relativ konstanter Faserfeinheit voll zur Geltung.

Weiter werden kapazitive Systeme eingesetzt, wobei das Faserband einen Plattenkondensator passiert und dessen Kapazität beeinflusst. Diesen Systemen haften verschiedene Nachteile an, so beispielsweise die Veränderlichkeit der Dielektrizitätskonstanten durch die Feuchtigkeit des Fasermaterials, sowie Formeffekte des Faserbandquerschnittes und Abwandern des Nullpunktes durch Verstärkung.

Schliesslich sind noch die optischen Systeme zu erwähnen, die entweder mittels Absorption oder Reflexion von Licht ein dem jeweiligen Bandquerschnitt angenähert entsprechendes Signal liefern. Aber auch diesen haften verschiedene Nachteile an, die sowohl im optischen System als auch in den unterschiedlichen Eigenschaften des Bandmaterials gegenüber Lichtbrechung und -Absorption begründet sind.

Insbesondere für Messvorrichtungen, die für Faserbänder aus grobem Fasermaterial, wie Flachs, Leinen, Hanf, Wolle, grobe Chemiefasern und dgl. vorgesehen sind, sind die genannten pneumatischen, kapazitiven oder optischen Messsysteme nicht mehr zu empfehlen. Für solche Materialien musste s

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PATENTANSPRÜCHE

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auf das bekannte System der Messung der Füllhöhe eines Durchlasskanals mit vorgegebener Breite mittels einer Füllhöhenmessung zurückgegriffen werden. Die Aufgabe stellt sich nun darin, dass ein für diese Füllhöhenmessung geeignetes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung gefunden wird.