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Anordnung zum Messen einer Faden-, Band-oder Drahtspannung, insbesondere
von Fadenspannungen bei Spulmaschinen der Textilindustrie Die Erfindung betrifft
eine Anordnung zum Messen einer Faden-, Band- oder Drahtspannung, insbesondere von
Fadenspannungen bei Spulmaschinen der Textilindustrie, mit einer Vorrichtung, welche
den zu messenden Faden zu mechanischen Schwingungen anregt, und mit einer Abtastvorrichtung,
welche diese mechanischen Schwingungen in elektiische umwandelt.
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Zur Erreichung eines elektrischen Meßwertes, der die Zugspannungen
von sich fortlaufend bewegenden oder auch ruhenden gespannten Fäden anzeigt, besteht
insbesondere in der Textilindustrie bei den verschiedensten Arbeitsvorgängen ein
großer Bedarf.
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Es sind schon die verschiedenartigsten Vorschläge gemacht und Vorrichtungen
hergestellt worden, um die Fadenspannung bei der Verarbeitung auf den Maschinen
laufend zu regeln, Änderungen zu kompensieren und vorbestimmte Spannungswerte einzuhalten.
Hierzu sind zwei grundsätzlich verschiedene Regelprinzipien bekannt, welche je nach
den Anforderungen unabhängig voneinander oder auch in Kombination miteinander angewendet
wurden.
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Das eine Prinzip betrifft eine Drehzahlregelung der Aufwickelspindel
beispielsweise bei Spulmaschinen, um die Fadenspannung durch Angleichung des Fadenzuges
während des Arbeitsvorganges konstant zu halten.
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Beim anderen Prinzip der Fadenspannungsregelung gelangen Gitter-,
Teller-, Backen- oder ähnliche Bremssysteme zur Anwendung, die dem Faden auf seinem
Weg innerhalb des Umspul- oder Verarbeitungsvorganges die gewünschte Spannung dadurch
verleihen, daß der Faden selbst durch veränderbare Reibung beim Passieren des Bremssystems
mehr oder weniger gebremst und dadurch mit der vorgeschriebenen Zugkraft gespannt
wird.
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Die Wirkungsweise beider Regelsysteme besteht dann darin, die den
Fadenzug bestimmenden Größen in Abhängigkeit vom Fadenzug selbsttätig zu regeln
und jede gegenüber einer gewählten Normalfadenspannung zeitweise auftretende Fa
denspannungsdifferenz automatisch auszugleichen. Eine Abtastung und damit Messung
oder Kontrolle der momentan herrschenden Fadenspannung ist demnach Ausgangspunkt
aller Regelvorgänge bei jenen Systemen.
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Hierbei ist die Gesamtfunktion und vor allem die Präzision der Regelanlage
zur Konstanthaltung der Fadenspannung im wesentlichen davon abhängig, wie genau
und mit welcher Trägheit man die laufende Fadenspannungskontrolle oder -messung
durchzuführen vermag.
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Um die Größe der Fadenspannung auf elektrische Gebersysteme zur Auswertung
der Kontrollmessung zu übertragen, wird allgemein die aus der Fadenspannung direkt
abgeleitete Zug- oder Federkraft mit einer entgegengesetzt wirksamen Federkraft
verglichen. Hierzu dienen in der Regel durch mechanische Federn oder magnetische
Kräfte vorgespannte und entgegen der Federspannung wirkende Abtastfinger oder bewegliche
Fadenführungsösen, Umlenkstifte oder Rollen, welche eine vom Fadenzug abhängige
Bewegung auf die Einstellung elektrischer Meßorgane übertragen. Um eine möglichst
reibungslose Übertragung der mechanischen Verstellgröße in eine elektrische Verstellgröße-
zu erreichen, wurden bereits Brückenbolometer, photoelektrische Einrichtungen sowie
kapazitive und induktive elektrische Blindwiderstandsschaltungen oder auch reibungsarme
Verstellwiderstände vorgeschlagen.
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Die bekannten Einrichtungen haben jedoch eine Reihe von Nachteilen.
Auch wenn bei diesen die Übertragung der vorausgegangenen mechanischen Verstellung
in eine geänderte elektrische Größe praktisch masselos und verzögerungsfrei erfolgt,
so ist doch eine verhältnismäßig große Verstellung der mechanischen Fadenabtasteinrichtung
Funktionsbedingung für das Ansprechen der elektrischen Einrichtungen.
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Die zumeist gegen die Federspannung einer Torsionsfeder arbeitenden
Abtastorgane haben naturgemäß eine bestimmte Masse und damit Eigenträgheit. Bei
den notwendigen Ausschlägen dieser Abtastorgane über den gesamten-möglichen Fadenspan-
nungsbereich
sind also gewisse Mindestabmessungen nicht zu umgehen. Damit tritt das Problem der
Eigenresonanz dieser Abtastorgane sehr nachteilig in Erscheinung, und in vielen
Fällen sind zusätzliche mechanische oder elektromagnetische Dämpfungsorgane notwendig,
welche ihrerseits jedoch die Eigenträgheit und die Ansprechempfindlichkeit der genannten
Systeme nachteilig beeinflussen. Selbst bei Anwendung der modernsten elektrischen
Bauelemente, deren Empfindlichkeit eine steile Charakteristik hat, ist eine untere
Grenze der mechanischen Mindestverstellung des Abtastorgans nicht zu unterbieten,
weil die Verstärkung der nachgeschalteten Verstärker innerhalb der Regeleinrichtung
nicht beliebig hochgetrieben werden kann, da sonst der Aufwand sehr ansteigt und
dennoch die Stabilität der Schaltung bzw. die Zuverlässigkeit der. Regeleinrichtung
nachläßt.
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Ein weiterer Náchteil der bekannten Einrichtung besteht darin, daß
sie infolge der mechanischen Reibung der Abtastorgane bei kleinen und kleinsten
Fadenspannungen, wie sie in der Verarbeitung~ von synthetischen Fäden vorkommen,
nicht mehr oder nur noch ungenau arbeiten.
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Außer diesen Schwierigkeiten, die in der Abtastmechanik der bekannten
Einrichtungen begründet sind, bestehen auch weitere Nachteile bei den bekannten
elektrischen Schaltungen. Zur Auswertung veränderbarer Kapazitäten oder Induktivitäten
in elektrische Regelgrößen sind komplizierte Trägerfrequenz- oder Hochfrequenzschaltungen
erforderlich. Bei Anwendung von lichtelektrischen oder photoelektrischen Einrichtungen
ist die Erzielung einer ausreichend stabilen Lichtquelle über längere Zeiträume
eine große Schwierigkeit. Schließlich sind Regelwiderstände immer mit einem, wenn
auch geringen Verstellmoment behaftet und bei kontinuierlicher Verstellweise naturgemäß
einem erheblichen Verschleiß unterworfen.
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Es ist auch schon bekannt, den zu messenden Faden durch eine Vorrichtung
zu Schwingungen anzuregen und eine Abtastvorrichtung anzuordnen, die diese Schwingungen
wieder in elektrische umsetzt.
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Dabei sind die mechanischen Schwierigkeiten der Abtastung keineswegs
behoben und deren Umwandlung in elektrische Schwingungen mit beträchtlichem Aufwand
verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, die nach
diesem Prinzip arbeitet, zu verbessern und die genannten Nachteile zu beseitigen.
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Insbesondere soll eine Vorrichtung geschaffen werden, die den zu messenden
Faden zu mechanischen Schwingungen anregt, eine Abtastung gestattet sowie möglichst
trägheitslos und hochempfindlich die jeweilige Fadenspannung anzeigt.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die das elektrische
Gebersystem bildende Abtastvorrichtung ein piezoelektrisches Kristallsystem und
dieses mit einem Abtastorgan versehen ist, an dem der zu messende Faden anliegt,
und daß eine Amplitudenauswertungseinrichtung dem Kristallsystem nachgeschaltet
ist.
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Dazu ist es insbesondere vorteilhaft, die Fadenführung so vorzunehmen,
daß zwei Fadenführungsstifte gegenüber dem Abtastorgan derart angeordnet sind, daß
der zwischen dem ersten Fadenführungsstift, dem Abtastorgan und dem zweiten Fadenführungsstift
hindurchgeführte Faden ein Dreieck bil-
det, dessen Grundseite mit dem Faden zusammenfällt,
wenn dieser außer Berührung mit dem Abtastorgan steht.
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Das erfindungsgemäße Kristallsystem wird also in vorteilhafter Weise
in die dynamische Meßanordnung einbezogen. Hierzu wird ihm eine vorzugsweise sinusförmig
wechselnde Beschleunigung erteilt, der es mit einem. der momentan herrschenden Zugkraft
des- Fadens entsprechenden und von der wechselnden Ortslage seiner Schwingungen
abhängigen Druck ausgesetzt ist.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht
dabei darin, daß entsprechend der vom mechanischen Schwingungserzeuger abgegebenen
und damit auch vom Kristallsystem wiedergegebenen Wechselspannung ein einfacher
Wechselspannungsverstärker oder ein auf die -»triebsfrequenz des Piezokristalls
abgestimmter Resolxanz. verstärker nachgeschaltet werden kann, der im Gegensatz
zu Elektrometeranordnungen oder Gleich spannungsverstärkern wesentlich einfacher,
billiger und zuverlässiger ist.
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Zur Erzeugung der auf den Kristall zu übertragenden, vorzugsweise
sinusförmig wechselnden Beschleunigungskräfte wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein durch Wechselspannung angetriebenes elektromagnetisches bzw. elektrostatisches
Membransystem, insbesondere ein Tauchspulsystem, vorgeschlagen, wie es für Lautsprecher
Verwendung findet. Die Wahl der günstigsten Antriebsfrequenz ist von der Struktur,
Größe und Aufhängung des Kristalls abhängig. Selbst bei einer Antriebsfrequenz von
50 Hz lassen sich günstige Meßresultate erzielen, wobei noch Fadenspannungen bis
herab zu einigen Milligramm absolut sicher und zuverlässig angezeigt werden. Bei
Anwendung einer Antriebsspannung mit einer Frequenz von 50 oder 60 Hz ergibt sich
auch der Vorteil, daß diese Spannung den Betriebsnetzen entnommen werden kann und
somit Geräte zur Erzeugung der Antriebsenergie mit einer anderen Frequenz entfallen
können. Bei der Einwirkung des Fadenzuges auf das angetriebene Kristallsystem reicht
ein mechanischer Hub von Bruchteilen eines Millimeters, beispielsweise einhundertstel
Millimeter, auf Grund der sehr hohen Empfindlichkeit der Kristallsysteme völlig
aus, um eindeutige Meßgrößen über den gesamten Bereich der bei Kreuzspulwickelmaschinen
der Textilindustrie möglichen Fadenzugspannungen zu erhalten.
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Zu diesem Zweck wird also die Vorrichtung gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
bei der das piezoelektrische Kristallsystem beide wesentlichen Meßfunktionen durchführt,
und zwar sowohl als elektrisches Gebersystem arbeitet als auch die Abtastvorrichtung
darstellt und zu diesem Zweck einerseits unmittelbar an dem zu messenden Faden anliegt
sowie andererseits in stromleitender Verbindung mit einer Auswertungseinrichtung
steht, welche die übertragenen Amplitudenwerte der Fadenschwingung elektronisch
in Meßwerte umsetzt. Mit Hilfe der vorgeschlagenen Art der Fadenführung erhält man
eindeutige Amplitudenwerte, die der Längsspannung des vorbeilaufenden Fadens näherungsweise
entsprechen. Insgesamt ist der Aufwand an Meßgeräteteilen außerordentlich gering
für die Möglichkeit, eine kontinuierliche Überwachung der Fadenspannung vorzunehmen.
In vorteilhafter Weise erhält man dabei von dem erfindungsgemäß angeordneten Kristallsystem
piezoelektrische
Impulsspannungen einer Frequenz, die der Antriebsfrequenz des Systems entspricht,
d. h., man erhält pro Sekunde eine bestimmte Anzahl von Impulsen, wobei die Amplitude
des einzelnen Impulses eine stetige Funktion des Fadenzuges darstellt. Darauf ist
zu erkennen, daß die erfindungsgemäße Einrichtung praktisch trägheitslos arbeitet,
weil eine plötzlich auftretende Fadenspannungserhöhung selbst im ungünstigsten Fall
mit einer Verzögerung von nicht ganz einer Periodendauer der Antriebsfrequenz angezeigt
wird, falls der Fadenspannungsanstieg zwischen zwei Impulsen erfolgt.
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Wenn mit einer Antriebsfrequenz - von einigen tau send Hertz gearbeitet
wird, so beträgt die größtmögliche Verzögerungszeit zwischen auftretender Fadenspannungserhöhung
und elektrischer Anzeige nur Bruchteile einer Millisekunde, was gegenüber den bisher
bekannten Einrichtungen einen außerordentlichen Fortschritt darstellt.
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Bei empfindlichen elektromagnetischen - Systemen, wie es die Tauchspulsysteme
sind, entstehen bereits ausreichend hohe Ausgangsspannungen, wenn ganz geringfügige
mechanische Hubbewegungen der Tauchspule bzw. des Ankers erfolgen. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung läßt sich nämlich auch in der Weise verwirklichen, daß man an Stelle
einer Tauchspule ein elektromagnetisches Schwingungssystem verwendet, das unmittelbar
den als elektrisches Gebersystem zur Erregung und zur Abtastung des Fadens dienenden
Kristall intermittierend bewegt.
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Als Meßgröße wird dann die mit der momentanen Zugspannung des Fadens
variierende Gegenkraft gegen das Schwingungssystem ausgewertet, die einen entsprechenden
Amplitudenwert ergibt.
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Die Tauchspule oder der Anker des elektromagnetischen Schwingungserzeugers
können mit einer Rückstellkraft durch Membranen oder ähnliche Mittel versehen sein.
Das gesamte System der vorgeschlagenen Vorrichtung mit allen notwendigen Fadenführungsorganen
ergibt damit zuverlässige Meßwerte für die Spannung des Fadens in Form von Amplitudensignalen.
An Stelle der beschriebenen Anordnung kann der Kristall auch an seinen beiden Enden
eingespannt gehalten und die Fadenspannung dann etwa in der Mitte zwischen diesen
beiden Einspannungen abgegriffen werden. Zur Vermeidung unerwünschter Schwierigkeiten
ist es zweckmäßig, daß der Kristall in Richtung der auf ihn einwirkenden Kraftkomponente
parallel zur Bewegungsrichtung des Fadens gedämpft, insbesondere in einer Dämpfungsmasse
eingebettet ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich also mit jedem
entgegen dem Fadenzug wirkenden Bewegungsvorgang eine von der momentanen Fadenspannung
abhängige Beeinflussung der Tauchspule bzw. des Ankers, so daß die betreffende Impulsamplitude
des Kristallsystems zugleich eine elektrische Verstellgröße darstellt.
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Die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt
das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel erkennen. Es zeigt Fig. 1
einen Horizontalschnitt durch ein elektrisches Gebersystem gemäß der Erfindung,
Fig.2 eine Teilansicht der Fig.l in Richtung des Pfeiles II, in vergrößertem Maßstab,
F i g. 3 eine Einzelheit der F i g. 1, gleichfalls vergrößert,
F i g. 4 das elektrische
Gebersystem in der Stellung eines Amplitudenausschlages; Fig.5 stellt eine verbesserte
Ausbildung des Systems nach Fig. 2 dar; F i g. 6 und 7 veranschaulichen Oszillogramme
der vom Gebersystem nach Fig. 5 bei verschiedenen Grundeinstellungen abgegebenen
Impulsspannungen, hierzu zeigt F i g. 8 das Oszillogramm der F i g. 7 mit überlagertem-
Rauschpegel.
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~Bei der Einrichtung der F-i g. 1 ist ein Membransystem mit der Tauchspule
10, der eigentlichen Membranli und dem Magnetsystem 12 dargestellt. Auf der Membran
dieses Systems ist eine-aus geeignetem Material gefertigte Halterung 13 für ein
Piezokristall-. plättchen 14 angebracht: Das Kristallplättchen trägt zwei Dämpfungsringe
15, welche ihrerseits das eigentliche Abtastprisma 16, welches vorzugsweise aus
sehr verschleißfestem Material, beispielsweise Keramik, besteht, tragen. Dieser
Körper überträgt den Fadenzug des vorbeilaufenden Fadens 17 auf das Kristallplättchen.
Aus der F i g. 2 ist die durch den elektromagnetischen Antrieb erzeugte Bewegung
des Kristallsystems bis in die gestrichelt eingezeichneten Endlagen zu erkennen.
Der Faden 17 wird durch das schwingende Kristallplättchen 14 und dem darauf befestigten
Abtastprisma 16 zwischen den beiden Fadenführungsstiften 18 während des Hubes durchgebogen.
Entsprechend der momentan am Faden 17 wirksamen Zugkraft P wird dabei ein mehr oder
minder großer Druck auf den eigentlichen Kristallkörper ausgeübt, welcher entsprechend
seiner in diesem Beispiel gezeigten einseitigen Aufhängung mehr oder minder durchgebogen
wird, was in einem stark vergrößerten Teilausschnitt aus F i g. 1 in F i g. 3 gezeigt
ist.
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In Wirklichkeit sind die Bewegungen der Membran und des Kristallkörpers
sowie die Durchbiegung des Fadens zwischen den beiden Fadenführungsstiften, vor
allem aber die Durchbiegung des Kristalls selbst mikroskopisch klein.
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An Stelle der hier nur beispielhaft gezeigten Aufhängung des Kristalls
kann auch eine andere zweckmäßige, beispielsweise zweiseitige Befestigung treten,
so daß der Kristall dann in Form einer Brücke in der Mitte durch den Fadenzug belastet
und auf beiden Seiten abgestützt wird. Ebenfalls kann an Stelle der dargestellten
Tauchspulmembran auch jede andere elektromagnetische Schwingmembran oder Schwingankereinrichtung
treten. Je nach der Justage des Kristallsystems zu den beiden Fadenführungsstiften
18 oder überhaupt zur Lage des Fadens wird das Kristallsystem entweder über den
gesamten Hub durch die Fadenspannung belastet, oder es tritt bei größerem Abstand
von System und Faden eine Belastung nur jeweils während eines Teils der Gesamtamplitude
auf. Mit Veränderung der Einstellung der Organe zueinander ändert sich naturgemäß
auch die vom Kristall abgegebene Impulsform der piezoelektrischen Spannung, und
es hängt im wesentlichen davon ab, in welcher Gesamtschaltungsanordnung das erfindungsgemäße
Fadenspannungsmeßgerät betrieben werden soll, um die dafür günstigste Betriebsart
und Impulsform der piezoelektrischen Spannung festzulegen.
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In den F i g. 6 und 7 sind zwei Oszillogramme der vom Kristallsystem
bei verschiedenen Grundeinstellungen abgegebenen Impulsspannungen wiedergegeben.
Die
Fig. 6 zeigt das Oszillogramm der vom Kristall abgegebenen Wechselspannung bei einer
Kristallbelastung durch den Faden während des gesamten Hubes der Membran. Der Amplitudenabstandj
ist dabei gleich der Antriebsfrequenz des Kristallsystems. Die Kurve 19 zeigt den
Spannungsverlauf am Kristall bei großer Fadenspannung, während die gestrichelt eingezeichneten
Kurven 20 und 21 den Piezospannungsverlauf bei entsprechend geringeren Fadenspannungen
darstellen. Fi g. 7 zeigt das Oszillogramm einer vom Kristall abgegebenen Impulsform
bei einer Kristallbelastung durch den Faden nur während einer Halbwelle der Antriebs
amplitude, d. h., die Einstellung des Kristallsystems zum entlanggeführten Faden
ist derart vorgenommen, daß bei in Ruhe und Mittellage befindlicher Membran der
Abtastkörper den Faden gerade berührt, so daß beim Zurückschwingen des Kristalls
dieses frei und unbelastet schwingt, während erst beim Übergang der Schwingbewegung
in die positive Halbwelle ein Kontakt mit dem Faden hergestellt wird und eine entsprechende
Druckbelastung erfolgt. Der Amplitudenabstandf' ist hier wieder gleich der Frequenz
der Antriebsspannung, während der Abstand y' etwa dem halben Abstand!' entspricht,
da eine dynamische Bewegung des Kristalls naturgemäß nur während der halben Gesamtantriebsperiode
erfolgt. Die Kurve 22 zeigt den Spannungsverlauf am Kristall bei großer Fadenspannung,
während die gestrichelt gezeichneten Kurven 23 und 24 den Piezospannungsverlauf
bei entsprechend geringeren Fadenspannungen darstellt.
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Fig.4 zeigt das Kristallsystem mit dem Abtastprisma 16 und dem Faden
17 in der Stellung der vollen positiven Amplitude der Antriebsmembran.
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Der Faden bzw. der Kristall wird dabei entsprechend der Fadenspannung
verformt. Am Faden wirkt die eingezeichnete Zugkraft, da der Faden in dieser Richtung
entsprechend der Lage der Aufwickelspindel an den Fadenführungsstiften 18 entlanggezogen
wird. Außer der KomponenteK der Kraft in senkrechter Richtung wirkt auf den Kristall
auch eine kleinere Komponente K' in Richtung der Zugkraft und wird auf den Kristall
wirksam. Da der Faden beim Umspulvorgang mit relativ hoher Geschwindigkeit am Kristall
vorbeigezogen wird, entsteht infolge der hierdurch unkontrollierbar werdenden Komponente
K' eine Rauschspannung am Kristallausgang, so daß das Oszillogramm ohne Einschaltung
von Mitteln zur Unterdrückung oder Beseitigung dieses Rauschpegels etwa eine Gestalt
nach Fig. 8 annimmt. Die aus der Fadenzugspannung resultierende Nutzamplitude ist
infolge der Fadenbewegung entlang des Abtastprismas verrauscht. Um dieses von der
Fadenbewegung herrührende Rauschen zu unterdrücken, wird der Kristall nach der Fig.5
durch zwei quer zur Nutzbewegungsrichtung angebrachte Dämpfungsglieder 25 aus geeignetem
Material derart bedämpft, daß die KomponenteK' nicht als Biegemoment auf den Kristall
wirksam werden kann und somit das Rauschen unterdrückt wird. Eine weitere Möglichkeit
zur Unterdrückung dieses Rauschens besteht darin, den Kristall in eine Dämpfungsmasse
einzubetten.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit bereits bei der Herstellung und
Auswahl des Kristallkörpers unter Beachtung der für Piezokristalle gültigen physikallschen
Gesetzmäßigkeiten,- den Körper derart her-
zustellen und zu schleifen, daß er bei
der Deformation durch die Komponente der wirksamen Kraft K' im Verhältnis zur Hauptkomponente
praktisch keine oder nur noch eine nicht mehr störende Rauschspannung abgibt.
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Die Erfindung zeigt schließlich noch einen weiteren Weg auf, diese
unerwünschte Rauschspannung auszuschalten. Die durch die Fadenbewegung erzeugte
Rauschspannung hat, wie das Oszillogramm nach der Fig. 8 zeigt, eine wesentlich
höhere Frequenz als die Nutzamplitude. Die Rauschspannung besteht, wie aus dem Oszillogramm
zu erkennen, aus einem Frequenzgemisch, wobei die mittlere Rauschfrequenz ein Vielfaches
der Frequenz der Grundamplitude beträgt, solange diese im Ton- oder Mittelfrequenzgebiet
liegt. Durch diese klare Unterscheidung der beiden Frequenzen von Nutz- und Rauschpegel
besteht die Möglichkeit durch die Einschaltung eines elektrischen Filters, beispielsweise
eines auf die Nutzfrequenz abgestimmten Tief- oder Bandpaßfilters, das unerwünschte
Nebenrauschen völlig auszufiltern. Es bleibt der Art und dem Umfang der folgenden
Verstärkerschaltung überlassen, ob dieses Filter am Eingang, innerhalb oder am Ausgang
des Verstärkers zur Anwendung gelangt. Nach Einschalten eines derartigen Filters
erhält man ein sauberes Oszillogramm der Nutzamplitude, wie es die F i g. 6 und
7 zeigen.
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Die Meßanordnung nach der Erfindung hat zur Folge, daß von der Meßanordnung
eine kontinuierliche Impulsspannung abgegeben wird, wobei der momentane Spannungspegel
dieser Impulse direkt proportional zu dem Fadenzug ist. Wenn die Fadenspannung gleich
Null oder durch Fadenbruch oder Beendigung des Spul- oder Verarbeitungsvorganges
kein Faden gegenüber der Abtasteinrichtung vorhanden ist, wird automatisch auch
keine Piezospannung vom System abgegeben, da keinerlei Kräfte auf das Kristallsystem
einwirken können. Aus diesem Grund läßt sich die Meßanordnung nach der Erfindung
ebenfalls als sogenannter Fadenwächter einsetzen, wenn innerhalb der nachfolgenden
Verstärkeranordnung elektrische Schaltmittel angewandt werden, die bei Abreißen
oder Ausbleiben der Impulsspannung eine Signalgabe oder Steuerung zum Ausschalten
der Maschine automatisch betätigen.
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Die von der erfindungsgemäßen Meßanordnung abgegebenen Impulsspannungen,
welche die elektrische Istgröße der momentan herrschenden Fadenspannung darstellen,
lassen sich auf die verschiedenste Weise elektrisch zu Steuer- und Regelzwecken
verwerten. Wenn eine Fadenspannungsregelung nach dem System des Sollwert-Istwert-Vergleichs
durchgeführt wird, so kann beispielsweise ein auf die gleiche Frequenz abgestimmter
Sollwertimpuls von einem Sollwertgeber abgegeben werden. In einem nachfolgenden
elektrischen Verstärker werden dann in bekannter Weise die Spannungspegel des fest
vorgegebenen Sollwertimpulses und des vom Kristallsystem abgegebenen Istimpulses
selbsttätig laufend miteinander verglichen. Weicht der Istwert vom Sollwert ab,
so wird vom Verstärkerausgang so lange eine Stellgröße geliefert, mit welcher die
Fadenbremsung beeinflußt wird, bis die Differenz der Istgröße gegen die Vergleichsgröße
Null wird oder einen gewissen Mindestwert unterschreitet. Mit Hilfe dieser Regelungsart
läßt sich eine zentrale Steuerung von beliebig vielen Maschinen erreichen.
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Weiter besteht die Möglichkeit, die abgegebene Impulsspannung mit
Hilfe elektrischer Schaltmittel zu integrieren, damit für darauf abgestimmte Verstärker
oder Regelanordnungen eine proportional der Fadenspannung steigende oder fallende
Steuergleichspannung, beispielsweise für Transduktorsteuerungen, zur Verfügung steht.
Wenn die vom Meßsystem abgegebene Impulsspannung einem geeigneten anzeigenden oder
auch schreibenden Meßgerät zugeführt wird, läßt sich somit die momentane Fadenspannung
direkt anzeigen und ablesen.
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Es ist ferner möglich, die dynamische Bewegungsenergie nicht auf
den Kristall, sondern umgekehrt auf die Fadenführungsstifte zu übertragen. In diesem
Fall ist der Kristall in einer geeigneten Halterung befestigt, während die Fadenführungsstifte
von einem Membransystem oder auch einem reinen mechanischen Antriebssystem vorzugsweise
sinusförmig in Richtung des Kristallkörpers angetrieben werden.
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Auch bei dieser Anordnung werden die gleichen Impulsspannungen erzeugt,
die im einzelnen in der Beschreibung erläutert sind. Es ist im wesentlichen eine
Frage der Gesamtanordnung, welcher Ausführungsform der Vorzug gegeben wird.
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Es lassen sich noch andere als die beispielhaft gezeigten Antriebssysteme
für die dynamischen Bewegungsvorgänge anwenden. So besteht z. B. die Möglichkeit,
ein elektrisch betriebenes Schwingquarzsystem oder magnetostriktive Schwinger als
Antriebsorgane zu benutzen. Bei richtig angepaßter Kristalldimensionierung läßt
sich auch das als Geber vorgesehene Kristallsystem doppelt ausnutzen, indem es primär
als Geber und außerdem in einem getrennten elektrischen Stromkreis, sekundär als
mechanischer Schwingungsgeber eingesetzt wird.
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Es ist selbstverständlich, daß die Einrichtung nach der vorliegenden
Erfindung auch zur Zugspannungsmessung von Bändern, beispielsweise Tonbändern, oder
Drähten bei deren Herstellung oder Weiterverarbeitung oder auch zur Zugspannungsmessung
ähnlicher anderer Medien verwendet wird.