DE102009052585A1

DE102009052585A1 - Sensorkopf für Messungen an einer Folie

Info

Publication number: DE102009052585A1
Application number: DE102009052585A
Authority: DE
Inventors: Stefan Konermann; Markus Stein
Original assignee: Plast Control GmbH
Current assignee: Plast Control GmbH
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2029-11-11
Also published as: US20110107818A1; US8561455B2; EP2320191A1; EP2320191B1; ES2402701T3; PL2320191T3; DE102009052585B4

Abstract

Sensorkopf für Messungen an einer Folie, mit einer Führungsfläche (14) für die Folie, mindestens einem in die Führungsfläche integrierten Sensorelement (28, 30) zur Messung einer Eigenschaft der Folie, und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Luftpolsters zwischen der Führungsfläche (14) und der Folie, welche Einrichtung ein System zur Zufuhr eines Druckmediums und ein Leitelement (12) aus einem porösen Material aufweist, das zumindest einen Teil der Führungsfläche (14) bildet und dazu ausgebildet ist, das Druckmedium verteilt in das Luftpolster hinein abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (12) ein Kanalsystem (16, 18) aufweist, das die Führungsfläche (14) in mehrere allenfalls durch schmalere Stege verbundene Felder (20, 22) aufteilt und dazu ausgebildet ist, das Druckmedium aus dem Luftpolster abzuleiten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensorkopf für Messungen an einer Folie, mit einer Führungsfläche für die Folie, mindestens einem in die Führungsfläche integrierten Sensorelement zur Messung einer Eigenschaft der Folie, und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Luftpolsters zwischen der Führungsfläche und der Folie, welche Einrichtung ein System zur Zufuhr eines Druckmediums und ein Leitelement aus einem porösen Material aufweist, das zumindest einen Teil der Führungsfläche bildet und dazu ausgebildet ist, das Druckmedium verteilt in das Luftpolster hinein abzugeben.
Ein solcher Sensorkopf findet beispielsweise Anwendung bei der Herstellung von Blasfolien, bei der es erwünscht ist, die Dicke der extrudierten und mit Innenluft zu einem Schlauch aufgeblasenen Folie während des Prozesses kontinuierlich zu messen, so daß die Extrusions- und Kühlbedingungen so geregelt werden können, daß die Folie eine konstante und auf dem gesamten Umfang des Folienschlauches gleichmäßige Dicke erhält. Der Sensorkopf kann zu diesem Zweck ein oder mehrere optische, radiometrische, induktive oder kapazitive Sensorelemente aufweisen, mit denen es möglich ist, die Foliendicke von einer Seite der Folie her zu messen. Ein Beispiel eines kapazitiven Sensorkopfes wird in WO 2009/027037 A1 beschrieben.
Der Sensorkopf läuft vorzugsweise auf einer Umlaufbahn um den Folienschlauch um, so daß während eines Umlaufs die Foliendicke auf dem gesamten Umfang des Schlauches gemessen werden kann. Außerdem sollte der Sensorkopf so angeordnet sein, daß er die Folie etwas nach innen eindrückt, so daß die Folie durch den Innendruck des Folienschlauches gegen die Führungsfläche gedrückt wird. Allerdings sollte ein direkter Kontakt zwischen der Folie und der Führungsfläche vermieden werden, insbesondere wenn die noch nicht vollständig abgekühlte Folie noch etwas klebrig ist, damit eine Beschädigung der Folie und/oder des Sensorkopfes vermieden wird. Aus diesem Grund wird mit Hilfe eines Druckmediums, beispielsweise mit Druckluft, ein Luftpolster erzeugt, so daß die Folie berührungslos, aber in definiertem Abstand, über die Führungsfläche des Sensorkopfes gleiten kann.
In DE 10 2007 043 451 A1 wird ein Sensorkopf der eingangs genannten Art beschrieben, bei dem die Führungsfläche oder zumindest ein das Sensorelement umgebender Teil dieser Führungsfläche durch ein Leitelement aus porösem Material gebildet wird. Die Druckluft wird durch das poröse Material gepreßt, so daß die Druckluftzufuhr gleichmäßig über die Führungsfläche verteilt erfolgt und somit lokale Verformungen der Folie vermieden werden. Bei etlichen der bekannten Meßverfahren, beispielsweise bei einer kapazitiven Messung mit dem in WO 2009/027037 beschriebenen Sensorkopf, könnte nämlich das Meßergebnis durch lokale Schwankungen des Abstands zwischen der Folie und der Führungsfläche verfälscht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sensorkopf zu schaffen, mit dem sich das Luftpolster besser stabilisieren läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Leitelement ein Kanalsystem aufweist, das die Führungsfläche in mehrere allenfalls durch schmalere Stege verbundene Felder aufteilt und dazu ausgebildet ist, das Druckmedium aus dem Luftpolster abzuleiten.
Damit eine direkte Berührung zwischen der Folie und der Führungsfläche des Sensorkopfes vermieden wird, insbesondere auch dann, wenn die Folie zum Flattern neigt, sollte die Führungsfläche eine gewisse Mindestgröße haben. Dann muß jedoch auch das Luftpolster relativ ausgedehnt sein, und zur Aufrechterhaltung des Luftpolsters ist ein entsprechend großer Durchsatz des Druckmediums erforderlich. Auch wenn das Druckmedium durch ein poröses Material hindurch zugeführt wird, kann es dabei in dem Luftpolster zu einem Stau des Druckmediums kommen, so daß sich zwischen der Führungsfläche und der Folie eine ”Blase” bildet, die dann unkontrolliert in der einen oder anderen Richtung entweicht. Hierdurch werden unerwünschte Schwankungen des Abstands zwischen der Folie und dem Sensorelement in der Führungsfläche verursacht.
Bei dem erfindungsgemäßen Sensorkopf ist jedoch die Führungsfläche oder zumindest der durch das Leitelement gebildete Teil der Führungsfläche durch das Kanalsystem in mehrere getrennte Felder aufgeteilt, und obgleich die Führungsfläche insgesamt eine hinreichende Größe hat, sind die einzelnen Felder so klein, daß innerhalb dieser Felder keine unerwünschten Blasen entstehen. Bevor sich eine solche Blase ausbilden könnte, wird das überschüssige Druckmedium durch die zwischen den Felder bestehenden Kanäle abgeleitet. Auf diese Weise erhält man ein zeitlich und räumlich stabiles Luftpolster, das eine genaue Messung der zu messenden Folieneigenschaft, beispielsweise der Foliendicke ermöglicht.
Bei den einzelnen Feldern der Führungsfläche kann es sich um vollständig voneinander isolierte Inseln handeln. Die Felder können jedoch auch über Stege verbunden sein und eine zusammenhängendes, jedoch von den Kanälen durchzogenes Ganzes bilden. Entscheidend ist, daß von jedem Punkt innerhalb eines Feldes aus der Weg zum nächstgelegenen Kanal so kurz ist, daß die Luft abfließen kann, ohne sich zu einer Luftblase zu stauen.
Je nach Ausgestaltung der verwendeten Sensorelemente kann der erfindungsgemäße Sensorkopf auch zur Messung anderer Eigenschaften der Folie eingesetzt werden, beispielsweise zur Messung der Temperatur oder des Schichtaufbaus bei einer mehrschichtigen Folie.
Mit dem Begriff ”Folie” ist hier ein beliebiges Flachmaterial, insbesondere ein flexibles Bahnmaterial gemeint.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer Ausführungsform bildet das Kanalsystem mehrere parallele Kanäle, die in Bewegungsrichtung der Folie relativ zu dem Sensorkopf verlaufen. Dementsprechend wird die Führungsfläche in Felder aufgeteilt, die eine in dieser Bewegungsrichtung langgestreckte Form haben.
In einer anderen Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, ein System aus einander kreuzenden Kanälen vorzusehen, die die Führungsfläche in ein zweidimensionales Raster von Feldern aufteilen. Die Kanäle müssen dabei keine einheitliche Breite aufweisen, sondern können beispielsweise auch so geformt sein, daß die zwischen ihnen stehenbleibenden Felder eine beispielsweise kreisförmige oder elliptische Form haben.
Das Sensorelement oder die Sensorelemente sind vorzugsweise so in die Führungsfläche eingebettet, daß sie von Feldern des Leitelements umgeben sind.
Im Fall eines kapazitiven Sensorkopfes werden die Sensorelemente durch plattenförmige Elektroden gebildet, deren Oberflächen in der Führungsfläche oder parallel zur Führungsfläche verlaufen. In dem Fall können die Elektroden selbst aus einem porösen Material hergestellt sein, so daß sie ihrerseits Teil des Leitelements sind.
Generell kann das Leitelement aus einem mikroporösen Sintermetall bestehen, wie es beispielsweise auch im Maschinenbau für Vakuum-Spannvorrichtungen verwendet wird. Die Porosität des Leitelements kann jedoch beispielsweise auch durch Mikrobohrungen erreicht werden, z. B. Bohrungen mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 0,5 mm oder weniger, die sich vorzugsweise zur Führungsflächen hin im Querschnitt erweitern.
Die Kanäle können an den Enden offen sein, um die Luft seitlich abzuleiten, sie können jedoch auch mit Durchbrüche oder Schlitzen des Leitelements in Verbindung stehen, durch die die Luft nach hinten abgeleitet wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen Grundriß eines erfindungsgemäßen Sensorkopfes;
2 einen schematischen Schnitt längs der Linie II-II in 1;
3 einen Längsschnitt entsprechend der Linie III-III in 1;
4 einen Längsschnitt entsprechend der Linie IV-IV in 1; und
5 einen Grundriß eines Sensorkopfes gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.
Der in 1 gezeigte Sensorkopf 10 weist ein Leitelement 12 aus mikroporösem Sintermetall auf, das eine Führungsfläche 14 bildet, die in 1 dem Betrachter zugewandt ist. Ein durch parallele, an den Enden offene Kanäle 16, 18 gebildetes Kanalsystem unterteilt die Führungsfläche 14 in eine Anzahl länglicher Felder 20, 22.
Das Leitelement 12 ist von drei Schlitzen 24, 26 durchbrochen, die parallel zu den Kanälen 16, 18 verlaufen und jeweils ein Sensorelement 28, 30 aufnehmen. Der mittlere Schlitz 26 unterbricht dabei die mittlere Insel 22 und die Kanäle 18, die sie begrenzen. Bei den Sensorelementen 28, 30 handelt es sich im gezeigten Beispiel um Kondensatorplatten, deren Oberflächen annähernd mit der Führungsfläche 14 bündig sind.
2 zeigt einen Schnitt durch den Sensorkopf 10 und eine Folie 32, deren Dicke mit Hilfe des Sensorkopfes gemessen werden soll.
Eine elektronische Treiber- und Auswerteschaltung 34 legt an die Sensorelemente (Kondensatorplatten) 28, 30 eine elektrische Spannung an, so daß sich zwischen ihnen ein elektrisches Feld 36 bildet, das die Folie 32 durchdringt. Die durch die Sensorelemente 28, 30 gebildeten Kondensatoren bilden zusammen mit weiteren Schaltungskomponenten in der Treiber- und Auswerteschaltung 34 Schwingkreise, deren Eigenfrequenzen von der Dicke und der Dielektrizitätskonstanten der Folie 32 abhängig sind, so daß bei bekannter Dielektrizitätskonstanten des Folienmaterials die Dicke der Folie bestimmt werden kann.
Da eine direkte Berührung zwischen der Folie 32 und dem Sensorkopf 10 zu vermeiden ist, schwebt die Folie 32 auf einem Luftpolster, das in 2 durch Pfeile 38 symbolisiert wird. Zur Erzeugung des Luftpolsters 38 ist unter dem Leitelement 12 eine Verteilerplatte 40 angeordnet, die ebenso wie das Leitelement 12 durch die Schlitze 24, 26 unterbrochen ist und in den Bereichen, die diese Schlitze umgeben, ein System von Verteilerkammern 42 bildet, die jeweils unter den Felder 20, 22 liegen und über einen oder mehrere Anschlüsse 44 mit einem Druckmedium (Pfeile D), z. B. mit Druckluft, gespeist werden.
Das Leitelement 12 hat eine offenzellige Porenstruktur mit einer mittleren Porengröße von beispielsweise 10 bis 100 μm, vorzugsweise etwa 15 μm, und ist daher für das Druckmedium durchlässig. Das Druckmedium wird mit einem Überdruck in der Größenordnung von 0,1 bis 0,15 MPa zugeführt, durchdringt die Felder 20, 22 des Leitelements und tritt an der der Folie 32 zugewandten Führungsfläche 14 aus, so daß das Luftpolster erzeugt wird. Das in das Luftpolster zugeführte Druckmedium kann dann am Rand des Sensorkopfes abströmen.
Wie 2 zeigt, ist das Ausmaß, in dem das elektrische Feld 36 die Folie 32 durchdringt, kritisch von der Dicke des Luftpolsters abhängig, also von dem Abstand zwischen der Folie 32 und der Führungsfläche 14. Es ist daher wesentlich, daß das Luftpolster möglichst stabil gehalten werden kann. Das wird erfindungsgemäß durch die Kanäle 16, 18 erreicht, die die Führungsfläche 14 durchziehen und in die relativ kleinen Felder 20, 22 unterteilen. Durch die Kanäle 16, 18 wird der Abstrom des in das Luftpolster zugeführten Druckmediums erleichtert und beschleunigt, wie in 1 durch Pfeile angedeutet wird. Dadurch wird insbesondere verhindert, daß sich das Druckmedium im zentralen Bereich des Luftpolsters unter der Folie staut und dort unter Verformung der Folie 32 eine Blase bildet, die dann unkontrolliert zur einen oder zur anderen Seite in 2 ausweicht. Auf diese Weise tragen die Kanäle 16, 18 dazu bei, stabil einen wohldefinierten Abstand zwischen der Folie 32 und der Führungsfläche 14 aufrechtzuerhalten und so die Meßgenauigkeit des Sensorkopfes zu verbessern.
Wahlweise kann in einer modifizierten Ausführungsform eines der Sensorelemente 28, 30 mit einem optischen Sensor kombiniert sein, mit dem der tatsächliche Abstand zwischen der Folie 32 und der Führungsfläche 14 gemessen werden kann, so daß etwaige Abweichungen dieses Abstands vom angenommenen Sollwert rechnerisch korrigiert werden können.
Die Sensorelemente 28, 30 sind im gezeigten Beispiel an einer Platine 46 befestigt, die an der Rückseite (Unterseite) der Verteilerplatte 40 angebracht ist und auch die Treiber- und Auswerteschaltung 34 trägt.
Wahlweise kann ein Teil der Luft aus den Kanälen 16, 18 auch über die Schlitze 16, 18 und entsprechende Durchbrüche in der Platine 46 nach hinten, also zu Unterseite in 2 abgeführt werden.
In 3 ist eine der Felder 20 des Leitelements 12 im Längsschnitt gezeigt, wobei die Längsrichtung als die Richtung definiert ist, in der sich die Folie 32 relativ zum Sensorkopf bewegt. Diese Richtung ist in 3 durch einen Pfeil B angegeben. Man erkennt, daß die Felder 20 an beiden Enden stark verrundet sind, damit auch in den Zonen, in denen die Folie 32 auf den Sensorkopf aufläuft oder diesen verläßt und in denen sich das Luftpolster abbaut, eine Berührung zwischen der Folie und dem Leitelement 12 zuverlässig vermieden wird.
Wie 4 zeigt, gilt dasselbe auch für die Felder 22, die sich in Längsrichtung an den Schlitz 26 des Leitelements 12 anschließen.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Kanalsystem durch Kanäle 48, 50 mit variierender Breite gebildet wird, die parallel zur Laufrichtung der Folie sowie quer und/oder schräg dazu verlaufen und die Führungsfläche in inselartige runde oder ovale Felder 52, 54 unterteilen, wobei einige oder alle dieser Felder 54 auch durch schmale Stege 56 miteinander verbunden sein können.
In diesem Beispiel ist nur ein einziges Sensorelement 30 vorgesehen, das sämtliche Kondensatorplatten des kapazitiven Sensors bildet. Die Kondensatorplatten sind hier nicht im einzelnen gezeigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/027037 A1 [0002]
DE 102007043451 A1 [0004]
WO 2009/027037 [0004]

Claims

Sensorkopf für Messungen an einer Folie (32), mit einer Führungsfläche (14) für die Folie, mindestens einem in die Führungsfläche integrierten Sensorelement (28, 30) zur Messung einer Eigenschaft der Folie, und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Luftpolsters (38) zwischen der Führungsfläche (14) und der Folie (32), welche Einrichtung ein System (42, 44) zur Zufuhr eines Druckmediums (D) und ein Leitelement (12) aus einem porösen Material aufweist, das zumindest einen Teil der Führungsfläche (14) bildet und dazu ausgebildet ist, das Druckmedium verteilt in das Luftpolster hinein abzugeben, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (12) ein Kanalsystem (16, 18; 48, 50) aufweist, das die Führungsfläche (14) in mehrere allenfalls durch schmalere Stege (56) verbundene Felder (20, 22; 52) aufteilt und dazu ausgebildet ist, das Druckmedium aus dem Luftpolster abzuleiten.
Sensorkopf nach Anspruch 1, bei dem das Leitelement (12) aus einem mikroporösen Material besteht.
Sensorkopf nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Kanalsystem (16, 18; 48, 50) mit mindestens einem zur Rückseite des Leitelements (12) führenden Durchbruch (24, 26) verbunden ist.
Sensorkopf nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Leitelement (12) mindestens einen Schlitz (24, 26) aufweist, der mindestens ein Sensorelement (28, 30) aufnimmt und bei dem die Felder (20, 22) beiderseits des Schlitzes (24, 26) oder verteilt um den Schlitz herum angeordnet sind.
Sensorkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kanalsystem mehrere parallele Kanäle (16, 18) aufweist, die in Bewegungsrichtung (B) der Folie (32) verlaufen und mehrere in dieser Richtung langgestreckte Felder (20, 22) voneinander trennen.
Sensorkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Kanalsystem Kanäle (48, 50) aufweist, die runde oder ovale inselartige Felder (52, 54) voneinander trennen.