Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige plötzlicher Dickenänderungen in dielektrischem Flachmaterial
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anzeige plötzlicher Dickenänderungen in dielektrischem Flachmaterial, besonders von Klebestellen und fehlenden Teilen in sich fortbewegenden Flachmaterialbahnen, wie Papier oder anderen ähnlichen Erzeugnissen.
Während der Herstellung von Papier und ähnlichen Materialien ist es auf Grund verschiedener Produktionsund Bearbeitungsprobleme oft erforderlich, das Papier zusasmmenzuklében, um eine fortlaufende Bahn Zu erhalten. Dies führt zur Herstellung von Papierrollen, bei denen das Auftreten einer oder mehrerer Klebestellen nicht ungewöhnlich ist. Auch werden aus verschiedenen Gründen von Zeit zu Zeit Stücke aus den Rändern des Papiers gerissen (in der Technik als Ausrisse bekannt).
Das Vorhandensein dieser Fehler (d. h. von Klebe stollen und Ausrissen) ist kein grosses Problem, solange bekannt ist, wo sie anzutreffen sind; sie sind jedoch schwer aufzufinden, wenn das Papier in Rollenform vorliegt, sofern nicht solche fehlerhaften Abschnitte durch Fahnen eindeutig kenntlich gemacht werden. Später, während des Endbearbeitungsprozesses, ist es durchaus üblich, diese Papierrollen auf einer für diesen ; Zweck bestimmten Maschine in einzelne Bogen zu zerschneiden, wobei die Maschine gewöhnlich mehrere Dicken schneiden kann, d. h. einige Rollen gleichzeitig.
Dieses Verfahren, das in der Technik als aMehrrollenbogen- schnitt bekannt ist, kann unter gleichzeitigem Abwik keln und Zerschneiden von acht oder mehr Rollen erfolgen, je nach der Leistungsfähigkeit der Schneidemaschine. Die vorerwähnten Klebestellen und Ausrisse sind für die Bedienungsperson einer solchen Maschine normalerweise nicht sichtbar, und selbst bei ständiger Wachsamkeit durch Beobachten der in den Rollen stekkenden Markierungsfahnen ist es für die Bedienungsperson schwierig, die Fehierstellen herauszufinden. Werden Klebestellen und Ausrisse beim Mehirollenbogenschaitt nicht entdeckt, kennen solche Fehler zu Betriebsstörungen an den Druckmaschinen führen.
Obwohl die wesentliche Vorbedingung für das Auffinden von Klebestellen und Ausrissen eigentlich die Messung der kombinierten Dicke mehrerer Papierbahnen ist, liegen in der Durchführung solcher Messungen zahlreiche Nachteile. Das häufigste Problem besteht darin, verschiedene Bahnen beim Mehrrollenbogenschnitt unterzubringen. Ausserdem kann die Dicke der Bahnen von Zeit zu Zeit schwanken (in der Technik als Kaliberschwankungen bekannt). Solche normalen, innerhalb der Toleranzen liegenden Schwankungen müssen durch die Anzeigevorrichtung unbeachtet bleiben. Ausserdem dürfen Dichte und Farbe des Papiers nicht die Arbeit der Anzeigevorrichtung beeinflussen, auch nicht etwaige Schwankungen dieser Parameter, wie sie in allmählichem Übergang verschiedentlich innerhalb einer gegebenen Papierrolle auftreten können.
Durch den Stand der Technik wurden Anzeigeverfahren bekannt, die Einstellungen erforderlich machen oder auf andere Weise die Aufmerksamkeit der Bedienungsperson in Anspruch nehmen, um Anderungen der obenenvähnten variablen Grössen auszugleichen.
Mit der Erfindung wird bezweckt, alle Klebestellen und Ausrisse zuverlässig anzuzeigen, wobei keine Adjustierungen oder Veränderungen erforderlich sein sollen, um Veränderungen in der Beschaffenheit des Materials (d. h. Farbe, Masshaltigkeit, Dichte) oder mehrere zu prüfende Bahnen zu berücksichtigen.
Beim eriindungsgemässen Verfahren wird die Anzeigte plötzlicher Dickenanderangell in di elektrischem Flachmaterial dadurch erreicht, dass das Flachmaterial zwischen wenigstens drei Platten hindurchbewegt wird, die wenigstens zwei in der Bewegungsebene des Flachmaterials mit Abstand voneinander angeordnete Kondensatoren bilden, wobei die Platten so angeordnet sind, dass das Flachmaterial einen Teil des Dielektrikums zwischen den Platten der Kondensatoren bildet und dadurch die Kapazität jedes Kondensators beeinflusst, wobei die Kondensatoren in einen frequenzabhängigen Kreis geschaltet sind, und eine plötzliche Dickenände rung des Materials als eine Verstimmung des Kreises angezeigt wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist wenigstens drei Platten auf, die wenigstens zwei in der Bewegungsebene des Flachmaterials mit Abstand voneinander angeordnete Kondensatoren bilden, wobei die Platten der Kondensatoren einen Spalt begrenzen, durch den das Flachmaterial hindurchlaufen und dadurch die Kapazitäten der Kondensatoren beeinflussen kann, die in einen frequenzahän- gigen Kreis geschaltet sind, und besitzt Mittel zum Anzeigen einer Verstimmung des Kreises als Folge plötzlicher Dickenänderungen des Materials.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verstimmt die Kapazitätsänderung einen abgestimmten Kreis. Der eine Kondensator bildet dabei einen Teil eines Senders und der andere Kondensator einen Teil eines Empfängers, wobei die Resonanzfrequenzen des Senders und des Empfängers gleich sind, wenn der Gütegrad, die Konsistenz oder das Kaliber der zwischen den Kondensatoren hindurchgeführten Bahnen gleich bleibt.
Die Stellungen des Abtastkondensators des Senders und des Abtastkondensators des Empfängers sind so gewählt, dass ihre Resonanzfrequenzen sich nicht gleichzeitig ändern, sondern zeitlich gegeneinander versetzt, sobald eine Klebestelle oder ein Ausriss, d. h. eine plötzliche Änderung der kombinierten Dicke des zwischen den Abtastkondensatoren hindurchlaufenden Materials auftritt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird sdie Anzeige der Kapazitätsäfndlerung durch Verwendung einer Brückenschaltung erreicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Der einfachen Beschreibung wegen soll beispielsweise das Material Papier sein und das Anwendungsgebiet sich auf die Anzeige von Klebestellen und Ausrissen auf einer Mehrrollenpapierschneidemaschine erstrecken.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Klebestellen- und Ausrissanzeigevorrichtung, die eine typische Anordnung in Verbindung mit einer Mehrrollenpapierschneidevorrichtung zeigt; Fig. 2 eine vergrösserte Ansicht, die Idie Anordnung der Klebestellen- und Ausrissanzeigevorrichtung gegen über dem zu prüfenden Material zeigt;
Fig. 3 eine schematische Ansicht, teilweise im Schnitt, der Klebestellen-und Ausrissanzeigevorrichtung, die eine typische Anordnung von Teilen zeigt;
Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 3;
Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V in Fig. 4;
Fig. 6 eine schematische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das eine weitere mögliche Anordnung von Teilen zeigt;
Fig. 7 ein schematisches Schaltbild, teilweise in Blockform, das eine erfindungsgemässe Schaltanordnung zeigt;
Fig. 8 ein schematisches Schaltbild, teilweise in Blockform, das eine zweite mögliche Schaltanordnung entsprechend der in Fig. 6 gezeigten Anordnung darstellt;
Fig. 9 ein schematisches Schaltbild einer weiteren erfindungsgemässen Schaltanordnung;
Fig. 10 eine Draufsicht auf eine abgeänderte Anzeigevorrichtung zwecks Verwendung zur Feststellung von Klümpchen und Lücken im Flachmaterial, und
Fig. 11 ein Quersahrlitt durch die Anzeigevorrichtang in Fig.-10 nach Linie XI-XI.
In Fig. 1 bezeichnen die Ziffern 1 (a) 1 (f) 1 (f) sechs Papierrollen, die so angeordnet sind, dass, wenn sie gleichzeitig abgewickelt werden, ihr gemeinsames Ausgangsende 2 durch die Klebestellen- und Ausrissanzeigevorrichtung 3 an den Eingangswalzen 4 vorbei und in die Schneidemaschinen 5 läuft, wo alle sechs Bahnen in Bogen zerschnitten und im Fach 6 gestapelt werden.
Fig. 2 ist eine vergrösserte Ansicht, welche die Position einiger Papierlagen (Papierstärken) 2 zeigt, die durch einen Schlitz 13 in der Klebestellen- und Ausrissanzeigevorrichtung 3 läuft.
Ein Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht mit den tragenden Seitenplatten 7 der Vorrichtung, an denen ein Stück 8 aus hochwertgein eletrischeni Isoliermaterial befestigt ist.
Am Isolierstück 8 sind Metallplatten 9, 10 und 11 befestigt, deren Anordnung am besten aus Fig. 5 hervorgeht.
Das Ganze, wie oben beschrieben, ist am Metallunterbau 12 starr befestigt, und zwar in der Weise, dass ein Schlitz 13 frei gelassen wird, durch den das Papier 2 hindurchlaufen kann.
Diese Anordnung enthält zwei Kondensatoren, von denen der eine durch die Metallplatte 9 und die Basis 12 und der andere durch die Metallplatte 11 und die Basis 12 gebildet wird. Das Metallelement 10 ist mit der Basis 12 elektrisch verbunden und dient als elektrische Abschirmung zwischen den wirksamen Elementen 9 und 11.
In Fig. 7 sind die zwei obenerwähnten Kondensatoren zusammen mit andern Teilen schematisch dargestellt.
Wie ersichtlich, ist der aus der Platte 9 und der Basis 12 bestehende Kondensator mit einer Spule 14 verbunden.
Diese Kombination bildet das frequenzbestimmende Element eines Oszillator-Kreises 15, der in Blockform dargestellt ist. Die elektrische Ausbildung des Oszillatorkreises im einzelnen kann eine beliebige der in der Technik gekannten Formen annehmen. Die Betriebsfrequenz eines solchen Oszillators ist gegeben durch die Formel:
EMI2.1
wobei f = Schwingungsfrequenz in Hz
L = die Induktivität der Spule 14 in H, und
C = die Kapazität des durch die Platte 9 und die
Basis 12 gebildeten Kondensators in F ist
Die Schwingungsfrequenz (vorausgesetzt, dass die Induktivität L der Spule 14 konstant bleibt) hängt also von der Kapazität C des Kondensators ab.
Ausserdem ist die Kapazität C eines Kondensators durch einige Faktoren definiert, die so zueinander in Beziehung stehen, dass
AK
C t wobei C = die Kapazität,
A = die Fläche der den Kondensator bildenden
Metallelemente oder Platten darstellt,
K = Dielektrizitätskonstante des isolierenden
Mediums, welches die Platten trennt, t = Dicke des dielektrischen oder Isolier mediums
Wenn alle Faktoren ausser der Dicke t des Dielek triicums konstant sind, steht die Kapazität und daher die Oszillatorfrequenz in direkter Beziehung zur Dicke des dielektrischen Materials, in diesem Fall des Papiers.
Der zweite aus der Platte 11 und der Basis 12 gebildete Kondensator bildet zusammen mit der Spule 16 einen zweiten Resonanzkreis. Da die Eigenschaften dieses Kreises ähnlich denen des eben beschriebenen Kreises sind, ist die Resonanzfrequenz genau dieselbe wie die des Oszillators 15.
Diese Frequenz ändert sich ebenfalls in der Weise, diass auch sie in direkter Beziehung zur Dicke des dielektrischen Materials, in diesem Fall des Papiers, steht.
Das metallische Element 10 wirkt als elektrische Abschirmung zwischen den beiden Resonanzkreisen und steuert den Energiebetrag, der vom Oszillator 15 auf den aus der Platte 11, der Basis 12 und der Spule 16 bestehenden Empfangskreis übertragen wird, damit sich eine optimale Kopplung ergibt. Die so empfangene Hochfrequenzenergie wird dann demoduliert oder gleichgerichtet und erscheint unter stationären Bedingungen als konstante Gleichstromspannung am Ausgang des Demodulators 17.
Da die Anordnung der Teile und die Art der beiden Resonanzkreise eine Vorrichtung höchst symmetrischer Natur ergibt, erkennt man, dass der Ausgang Ides Demodulators 17 von der Art oder der Anzahl der Papierlagen 2 im Schlitz 13 unabhängig ist. Da dasselbe Papier stets als Dielektrikum für beide Kondensatoren dient, sind die Resonanzfrequenzen der zwei abgestimmten Kreise immer identisch, und stets wird ein maximaler Ausgang vom Demodulator erreicht.
Falls jedoch eine Klebestelle auftritt, d. h. eine plötzliche Zunahme in der Dicke des Dielektrikums, muss sie sich, wenn sie durch die Vorrichtung läuft, zuerst entweder unter der Platte 9 oder der Platte 11 hindurchbewegen. Ein solcher Vorgang führt zu einer Verstimmung eines der Resonanzkreise und zu einem resultierenden Abfall im Ausgang des Demodulators 17. Nach dem vollständigen Durchlaufen der Falzstelle werden beide Resonanzkreise wieder auf dieselbe Frequenz abgestimmt, und der Ausgang des Demodulators 17 kehrt auf normal zurück. Ein ähnlicher Vorgang tritt im Fall einer lötzlichen Abnahme der Dicke des Dielektrikums, d. h. bei einem Ausriss, auf.
Das Signal vom Demodulator 17 wird in den Verstärker 18 gegeben, der verschiedene in der Technik bekannte Formen annehmen kann. Das verstärkte Signal steht : nun zur Verfügung, um eine Vielzahl von Aus- gangsvorriichtungen zu betätigen. Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das verstärkte Signal in den Eingang eines monostabilen Multivibrators 19 gegeben. Das ist ein Kreis, der imstande ist, ein Ein gaugssignal aufzunehmen, dessen Dauer innerhalb eines grossen Bereichs schwanken kann und dessen Amplitude grösser als ein vorbestimmtes Minimum ist, und der ferner ein Ausgangssignal von konstanter, jedoch regelbarer Grösse und Dauer erzeugen kann.
Dieses Signal betätigt ein Relais 20, und das Ganze kann so eingestellt werden, dass die Relaiskontakte veranlasst werden, sich für z. B. zwei Sekunden zu schliessen, unabhängig von der für das Durchlaufen der Klebestelle durch die Anzeigevorrichtung wirklich erforderlichen Zeit.
Verschiedene Alarmvorriclhtiungen 21, wie z. B. Klingeln, Hupen usw. können mit den Relaiskontakten 20 verbunden und benutzt werden, um die Bedienungsperson darauf aufmerksam zu machen, dass eine Klebestelle oder ein Ausriss aufgetreten ist.
Bei anderen Anordnungen kann das Ausgangssignal aus dem Verstärker 18 durch bekannte Verfahren anderweitig veranbeitet und dazu benutzt werden, um Vorrichtungen, wie Zählwerke, Registrierapparate oder automatische Aussto, sser, zu betätigen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 6 und 8 dargestellt, bei dem drei Metallplatten 22, 23 und 24 zusammen mit dem Abschirmelement 25 in der gezeigten Weise angeordnet sind. In dieser Anordnung ist das Element 23 zu einem Teil des Oszillatorkreises 28 gemacht, und die Platten 22 und 24 gehören jeweils zu zwei unabhängigen Empfangskreisen, von denen jeder dem vorstehend beschriebenen ähnelt, und die schematisch in Fig. 8 dargestellt sind. Die zwei Empfangskreise sind unabhängig mit zwei Demodulatoren 29 und 30 verbunden. Da unter stationären Bedingungen jeder der Empfangskreise auf die Frequenz des Oszillators abgestimmt ist, liegt der Ausgang jedes Demodulators 29 und 30 bei einem Maximum.
Die beiden demodulierten Signale werden einem Kombinationskreis 31 zugeführt, der im Falle einer Änderung des Signals von einem der Demodulatoren 29 oder 30 dieses Signal an den Verstärker 32 weitergibt, wonach das verstärkte Signal auf eine beliebige Art und Weise, wie bereits beschrieben, weiter verarbeitet werden kann.
Daraus ergibt sich, dass, während die Anzeigeempfindlichkeit für Klebestellen beibehalten wird, diese Anordnung besonders empfindlich auf sich in der Bahn richtung erstreckende, verDlältnismassig schmale Ausrisse reagiert, deren Rand sich also im Bereich eines nur kleinen Winkels zur Bahurichtung befindet. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, werden Klebestellen, die im rechten Winkel durch die Anzeigevorrichtung laufen, durch das Verstimmen der mit den Platten 23 und 24 verbundenen Resonanzkreise angezeigt. Ausrisse, die mit der Richtung oder Kante der Bahnen einen kleinen Winkel bilden, werden durch die Verstimmung der mit den Platten 23 und 22 verbundenen Resonanzkreise angezeigt.
Andere Ausbildungen der Platten, der Resonanzkreise, der Kopplungen zwischen den Resonanzkreisen und der Demodulatoren sind möglich, um die Anzeigevorrichtung wie oben beschrieben arbeiten zu lassen oder um die Anzeigevorrichtung für spezielle Fehler empfindlicher zu machen.
In Fig. 9 ist eine weitere Möglichkeit einer Schaltkreisanordnung dargestellt. Der Ausgang V1 eines Signalgenerators 33 ist über einen Draht 34 mit den Platten 35 und 36 zweier praktisch übereinstimmender Kondensatoren verbunden, die aus den Platten 35 und 37 bzw. 36 und 38 bestehen.
Die Elektroden 37 und 38 sind mit den Platten 9 und 11 verbunden, die mit den an Erde liegenden Platten 12 wiederum die beiden Abtastkondensatoren und den Prüfspalt 13 bilden.
Daher entsteht durch Verbinden der beiden Aussenkondensatoren mit den Elektroden 9 und 11 eine Brükkenschaltung, die vier Kondensatoren enthält. Wenn diese vier Kondensatoren gleiche Werte haben, liegen die Potentiale V2 und V, in Phase und haben dieselbe Amplitude. Diese Potentiale entstehen zwischen der Platte 9 und Erde und zwischen Platte 11 und Erde. Ein aus den Widerständen 39 und 40, aus dem Gleichrichter 41 und dem Entkopplungskondensator 42 bestehender Gleichrichterkomplex ist zwischen die Platte 9 und Erde geschaltet und ein aus den Widerständen 43 und 44, aus dem Gleichrichter 45 und einem Entkopplungskondensator 46 bestehender gleichartiger Gleichrichterkomplex ist zwischen die Platte 11 und Erde geschaltet.
Die gleichgerichteten Ausgänge dieser Gleichrichterkomplexe erzeugen zwei Gleichstromspannungen V4 und V5, die gleich sind und bei Verbindung mit den beiden Eingängen eines Differentialverstärkers 47 einen Null-Ausgang ergeben.
Wenn nun einer der Prüfkondensatoren, d. h. 9, 12 oder 11, 12 durch eine Anderung in der dielektrischen Substanz beeinflusst wird, ist das Potential V4 nicht gleich dem Potential V5, und der Ausgang des Differentialverstärkers 47 zeigt die Veränderung in der dielektrischen Substanz an und ist dielserVeränderung proportional. In der Praxis kann einer der aus den Elektroden 35, 37 und 36, 38 bestehenden Kondensatoren so eingestellt werden, dass, wenn das Flachmaterial gleichförmig und fehlerfrei ist, die in Fig. 9 gezeigte Brückenschaltung kompensiert wird und einen Null-Ausgang ergibt.
Obwohl es das Ziel ist, die Prüfkondensatoren aus den Platten 9, 12 und 11, 12 übereinstimmend auszubilden, lassen sich kleine Schwankungen leicht dadurch ausgleichen, dass die Hilfskondensatoren aus den Platten 35, 37 und 36, 38 verstellt werden.
In den Fig. 10 und 11 ist eine Variante des Elektrodensystems nach Fig. 1 dargestellt, die neben der Anzeige von Klebestellen und Ausrissen auch zur Anzeige von kleinen änderungen im Dielektrikum, wie z. B. kleinen Klümpchen, kleinen Löchern, feinen Falten usw., dient. Die Metallplatte wird wieder an Erde gelegt. Das zu prüfende Fladhmateri ; al 2 bildet einen Teil der Kapazität zwischen den Platten (37+9) und 12. Um das Verständnis zu erleichtern, wird diese Platte als (37+9) bezeichnet, weil die entsprechenden beiden Platten in Fig. 9 mit 37 und 9 bezeichnet sind. D. h., diese Platte (37+9) ist einer anderen, mit der Platte 35 gebildeten Kapazität gemeinsam.
Folglich bilden die Platten 35, (37+9) und 12 den einen Zweig der Brücke in Fig. 9, und in ähnlicher Weise bilden die Platten 36 (38+11) und 12 den anderen Zweig der Brückenschaltung. Die entsprechende Anordnung dieser Platten ist in den Fig.
10 und 11 angegeben, obwohl diese Anordnung natürlich nur eine von mehreren möglichen Alternativanordnungen darstellt.
Es ist zu beachten, dass die Platten 48, 49 57 ähnliche Brückenschaltungen bilden. So ist z. B. das Plattenpaar 48, 53 in seiner Funktion identisch mit dem Plattenpaar 35, 36 und so fort. Der Zweck dieser Anordnung ist die volle Erfassung des Flachmaterials. Die Bewegungsrichtung des Flachmaterials 2 ist durch den Pfeil 58 dargestellt.
Wie aus den Fig. 10 und 11 ersichtlich, sind die Platten 35 und 36 usw. sowie die Platten 37+9, 38+11 usw. in geeigneter Weise auf einer Isoliertafel 59 aufgebracht. Eine praktische Methode, dies zu erreichen, ist das Wegätzen von Abschnitten einer auf beiden Seiten mit einer dünnen Kupferschicht versehenen Bakelitplatte. Die Platte 12 ist zweckmässigenveise eine massive Metallplatte, die den Mantel einer Walze bildet, über die das sich bewegende Flachmaterial läuft.
In der Praxis werden viele Elektroden dieses Prüfsystems aus einem einzigen Signalgenerator gespeist.
Da die Platten 35 und 36, 48 57 aus derselben Quelle gespeist werden, könnten diese Platten zweckmässigerweise durch kupferkaschiertes Material untereinander verbunden werden, d. h. eine einzige Platte bilden. In geeigneter Weise würden die Ausgangsspannungen V4 und n usw. über Tordioden und Tortransistoren usw. einem einzigen Differentialverstärker zugeführt werden. Statt der Wechselistrornbrüakerlausgang durch zwei Gleichrichterkreise, wie in Fig. 9 dargestellt, gleichzurichten, könnte die Brücke durch Verwendung zweier weiterer übereinstimmender Impedanzen kompensiert und für einen einzigen mittleren Wechselstromausgang auf Null gebracht werden. Es liesse sich auch eine einzige Abtastvorrichtung verwenden, die einen solchen Ausgang gleichrichten oder auch nicht gleichrichten kann.