DE1814822B2

DE1814822B2 - Pneumatisches Prüfgerät zur Querschnittskontrolle strangförmigen Materials

Info

Publication number: DE1814822B2
Application number: DE19681814822
Authority: DE
Inventors: Georges Albertville Savoie Clemenceau (Frankreich)
Original assignee: Fa. Ugine Kuhlmann, Paris
Priority date: 1967-12-20
Filing date: 1968-12-14
Publication date: 1972-11-09
Also published as: GB1249356A; DE1814822A1; BE725396A; LU57537A1; NL6818178A; US3543562A; NL161848C; FR95816E

Description

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Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Prüfgerät rur Querschnittskontrolle strangfurmigen Materials, insbesondere für die kontinuierliche Prüfung von Draht, bei welchem innerhalb eines Meßkopfes eine von dem Strangmaterial durchlaufene, über eine Leitung mit einer Druckquelle verbundene Druckkammer vorgesehen ist, die das Material über zwei zueinander fluchtende Rohrmanschetten mit solchem Spiel aufnimmt, daß der durch die zwischen den Rohrmanschetten und dem Strangmaterial entweichende Luft erzeugte Druckabfall zur Bestimmung der Materialquerschnitte:! meßbar ist.

In der deutschen Patentschrift 1,110,884 ist eine Vorrichtung zum Prüfen des Querschnittes von Zigaretten oder ähnlichen Gegenständen beschrieben, bei der die zu prüfenden Gegenstände eine Druckkammef durchlaufen, aus der Druckluft durch die zwischen den Gegenständen und zwei Rohrmanschetten gebildeten Öffnungen entweicht, so daß der in der Druckkammer herrschende Druck von dem Querschnitt des zu überwachenden Strangmaterials abhängt. Derartige Druckmeßköpfe lassen sich im allgemeinen nur für die Prüfung geradliniger Gegenstände verwenden, weil sich der Druck in Abhängigkeit von der Ausrichtung des Strangmaterials verändern kann. Dies hat zur Folge, daß man insbesondere bei leichten Krümmungen des Strar.gmaterials falsche Meßwerte erhall. Bei der kontinuierlichen Querschnittsmessung an Drähten treten gegenüber Strangmessungen an anderen Materialien, wie beispielsweise Zigaretten, zusätzliche Schwierigkeiten auf. Wenn Zigaret- r.o ten auf ihre Stärke überprüft werden sollen, so kann man davon ausgehen, daß jede zu messende Zigarette die Meßvorrichtung in ungekrümmtem Zustand erreicht. Demgegenüber sind Drähte, die von einer Spule abgewickelt werden, in der Regel gekrümmt. μ Der Krümmungsradius ist keineswegs konstant, sondern er ändert sich mit dem jeweiligen Wickelradius.

In der deutschen Patentschrift 801,412 ist eine Vorrichtung zur Messung oder Kontrolle der Dicke oder des Querschnittes einer Strähne oder eines Fadens aus Spinnstoff oder Metall, welcher fortlaufend in seiner Längsrichtung durch das Meßgerät läuft, beschrieben. Bei dieser Vorrichtung ist ebenfalls eine Druckkammer vorgesehen, die von dem Fasermaterial durchlaufen wird, und deren Innendruck sich in Abhängigkeit von dem Verschluß der beiden Öffnungen durch das Strangmaterial ändert. Da diese bekannte Vorrichtung zur Messung an Fasersträngen bestimmt ist, bestehen keine grundliegenden Schwierigkeiten hinsichtlich der Ausrichtung, weil die Faserstränge in dar Regel verhältnismäßig weich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Prüfgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich insbesondere für die Messung an Drähten eignet und unabhängig von der jeweiligen Ausrichtung des gerade im Meßkopf befindlichen Drahttefles und unabhängig von etwaigen Krümmungen eine gleichmäßige und genaue Messung ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in die dem Strangmaterial benach harten Mantelflächen der Rohrmanschetten mindestens je eine den betreffenden Ringspalt zur Hohlkehle erweiternde Rirgrille eingeformt ist.

Durch die britische Patentschrift 1,029,657 ist es zwar bekannt, bei der Prüfung der Ausrichtung eines Blockes relativ zu einer Düsenanordnung zwei Düsen derart vorzusehen, daß ihre Ausgänge durch den Block teilweise verschlossen werden. An der Unterseite der die Düsen voneinander trennenden Wand sind zwei parallele Längsnuten vorgesehen, in die der jenige Teil, eier aus den Düsen ausströmenden Luft eindringt, der von der Oberseite des Blockes zurückprallt. Da die Nuten an ihren Enden offen sind, kann die vom Block zurückprallende Luft auf diese Weise entweichen. Stellt sich in beiden Düsen der gleiche Druck ein, so ist der Block relativ zur Düsenanord nung symmetrisch positioniert. Bei unsymmetrischer Positionierung stellt sich an den Düsen ein unterschiedlicher Druck ein. Die Nuten haben hier also eine Entkopplungswirkung zwischen den beiden Luftströmungen.

Demgegenüber sind nach der Erfindung Ringrillen vorgesehen, um eine Druckstabilisierung innerhalb der Druckkammer hervorzurufen. Auf diese Weise wird eine beträchtliche ünempfindlichkeit gegen Fehlausrichtungen des Strangmaterials erreicht. Solche Fehlausrichtungen, die gerade bei Messungen an verhäunismäßig steifen Drähten vorkommen können, führen daher nicht zu einer Verfälschung des Meßergebnisses. Drähte, die von einer Spule abgewickelt werden, sind in der Regel gekrümmt. Die erfindungsgemäß vorgenommene Druckstabilisierung, die weitgehend unabhängig von dem jeweiligen Krümmungsradius des strangformigen Materials ist, ermöglicht eine fortlaufende Querschnittskontrolle mit großer Genauigkeit.

Um die Folgen von Lageverschiebungen des Strangmaterials zu verringern, können in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Rohrmanschetten federnd und zugleich gasdicht über je eine Gummiringscheibe an dei Druckkammer befestigt sein. Hierdurch werden die Rohrmanschetten federnd gehalten, so daß eine Stoßzerstörung infolge des Auftreffens eines nicht genau ausgerichteten Drahtabschnittes vermieden wird.

Zur Vermeidung von schädlichen Reibungen des

Strangmaterials an den Rohrmanschetten sollte der Innendurchmesser mindestens etwa 0,02, in anderen Fällen bis zu 0,25 mm größer gemacht werden als der Nennquerschnitt des zu kontrollierenden Stranges. Die Abmessungen der Hohlkehlen innerhalb der Rohrmanschetten liegen nach den gegebenen Betriebsbedingungen in einem weiten Bereich zwischen 3 und 40% des Querschnittes des zu prüfenden Strangmaterials.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist schema- _!0 tisch ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen Prüfgerätes im Schnitt dargestellt.

Der Druckmeßkopf 1 ist ein ringförmiges Gehäuse aus Metall und umfaßt eine zylindrische Druckkammer 2, durch die das Strangmaterial F über zwei zueinander fluchtende Rohrmanschetten 3 und 4 hindurchgeführt wird. Der Bezugsdnick gelangt von einer nicht dargestellten Druckquelie über eine Zuleitung, 11 durch eine Querschnittsverengung 9 hindurch in den aus der Zeichnung ersicht'.chen Verbindungskanal, der einerseits in die Druckkammer 2 einmündet und andererseits mit dem Anschluß 10 für ein nicht dargestelltes Manometer in Verbindung steht, pie Querschnittsverengung 9 bewirkt eine prak-Hohlkehlen 5, 6 der TJngspalte eine Breite von etwa 4 mm und eine Tiefe von etwa 1,5 mm hatten. Der Preßluftdruck an der Zuleitung 11 wurde auf 2 kg/ cm² eingestellt. Drei verschiedene Drahtsorten mit nur geringfügig voneinander abweichenden Fertigungsquerschnitten wurden durch den erfindungsgemäßen Druckmeßkopf 1 hindurchgeführt und dabei folgende Druckwerte gemessen:

Drahtdurch messer (mm)	Meßdruck des unbe schädigten Drahtes (kg/cm*)	Meßdruck beim Durch laufeiner Abplattung (kg/cm²)
12,04 12,00 11,96	1,8 1,2 0,7	1,2 0,7 0,4

tung i 1 und dem zu messenden Bezugsdruck, weil die über die Verengung 9 nachströmende Gasmenge vergleichsweise sehr gering und infolgedessen eine entsprechende Druckabstufung sichergestellt ist.

Zwischen den Rohrmanschetten 3 und 4 einerseits und dem zu prüfenden Strangmaterial F andererseits ist jeweils ein Ringspalt frei, der eine Hohlkehle 5, 6 bildet und in dieser Form schon für die meisten Anwendungsfälle ausreicht, den Querschnittsänderungen des Strangmateriales F proportionale Änderungen des eingestellten Betriebsdruckes am Manometeranschluß 10 auszulösen. Damit kann das gezeichnete Ausführungsbeispiel dazu verwendet werden, um einen kontinuierlich hindurchgeführten Stahldraht auf Oberflächenfehler bzw. einzelne Abplattungen zu kontrollieren. Die Rohrmanschetten 3 und 4 bestehen in diesem Falle aus vergütetem Stahl und sind elastisch nachgebend mit jeweils einer Gummiringscheibe 7 unmittelbar und zugleich gasdicht an der zylindrischen Druckkammer 2 festgehalten. Hierzu dient je ein Ringflansch 8.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt die außerordentlich einfache und für den genannten Anwendur.gszweck auch einwandfrei funktionsfähige Konstruktion. Die Ausbildung der Einzelteile kann. im Bedarfsfalle auch in verschiedener Weise abgewandelt werden, man kann mit einer Gummischicht überzogene Rohrmanschetten verwenden, diese Manschetten auch noch länger ausbilden und mit mehreren Hohlkehlen versehen, wenn die Meßgenauigkeit noch vergrößert werden soll, um beispielsweise die Fertigungstoleranzen dünner Metalldrähte zu überwachen, deren Oberfläche zwar fehlerfrei, deren Querschnitt jedoch geringen Änderungen unterworfen ist. die man Die Druckunterschiede waren bei allen drei Drahtsorten beim Durchlaufen der Abplattung mindestens mit 0,3 kg/cm² meßbar. Solche Druckunterschiede können keinesfalls mit denjenigen Drickänderungen verwechselt werden, welche nur in Abhängigkeit von Fertigungsquerschnitten der unbeschädigten Drahtsor-

vollständige Entkopplung zwischen der Zulei- 25 ten aufgetreten sind und in keinem Falle über wenige

Vielfache von 10 g/cm² an der unteren Toleranzgrenze hinausgingen, die bei diesem Vergleichsversuch nur 0,01 mm gegenüber dem Sollwert abwich. Die aus der vorstehenden Tabelle ersichtlichen Druckänderungen reichen selbstverständlich ohne weiteres dazu aus, um in bekannter Weise Manometer zun· Ansprechen zu bringen, das auf einen vorgegebenen Signalwert eingestellt ist und dann zuverlässig ein elektrisches Signal oder Schaltkriterium liefert, sobald eine solche Fehlerstelle auftritt.

Wenn man mit der gleichen Anordnung in der Weise arbeitet, daß bei allen drei Drahtsorten der gleiche Bezugsdruck von 1,8 kg/cm² eingestellt wird, dann strömt naturgemäß im Falle des kleinsten

Drahtquerschnittes eine entsprechend größere Preßluftmenge durch die Ringspalte nach außen. Es ergeben sich jedoch auch in diesem Falle ganz eindeutig erkennbare Meßwerte in Abhängigkeit von einer hindurchlaufenden Abplattung, wie die folgende Tabelle zeigt:

Drahtdurchrnesser (mm)	Druckwert beim Durchlaufen einer Abplattung (kg/cm²)
12,04 12,00 11,96	1,2 1,3 1,4

Wenn beispielsweise der Ansprechkontakt des verwendeten Manometers auf den Wert 1,6 kg/cm² eingestellt wird, dann werden sogar unabhängig von der

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mit Hilfe des erfindungsgemäßen Druckmeßkopfes in r,o betreffenden Drahtsorte und ohne Rücksicht auf Fertigungstoleranzen fehlerfrei in allen drei Fällen nur die abgeplatteten Drahtstellen nach den vorstehenden Tabellenwerten zur Signalauslösung führen, während die Fertigungstoleranzen höchstens eine Druckabnahme bis auf 1,7 kg/cm² zur Folge haben können.

der Größenordnung von 1 μ noch ohne weiteres messen kann.

Die nachstehende Tabelle enthält die wesentlichen Betriebsdaten zum gezeichneten Ausführungsbeispiel, bei welchem die QuerschniUsvercngung 9 einen Durchmesser von 1,8 mm hatte, der wirksame Innenquerschnitt der beiden Rohrmanschetten 3 und 12,10mm betrug und wobei die darin eingeformten Nur bei Abweichungen des Drahtquerschnittes von 12,04 mm nach oben hört schließlich die Linearität der gemessenen Druckwerte auf, wenn zu viel Druck-

ι t r. r e S C
di

luft über die Querschnittsverengung 9 nachströmt und damit der Bezugsdruck innerhalb der Druckkammer 2 schließlich keine Abstufung mehr darstellt.

Aufgrund der geschilderten Wirkungsweise kann ein Druckmeßkopf nach der vorliegenden Erfindung auch zur Durchführung sehr genauer Überwachungen großer Drahtlängen auf Fertigungstoleranzen eingesetzt werden. Er dient dann als Kontrollvorrichtung und erreicht naturgemäß die größten Meßgenau igkeiten, wenn es sich darum handelt, einen Einzelstrang mit einem kreisrunden Querschnitt zu prüfen, beispielsweise die Drahtfertigung zu überwachen.

Dieser Anwendungszweck des erfindungsgemäßen Prüfgerätes macht eine vorherige Eichung der Arbeitsbedingungen notwendig, die darin besteht, daß man den Druck innerhalb der zylindrischen Druckkammer genau einstellt, und zwar jeweils für den zu prüfenden Drahtquerschnitt, sowie den Durchmesser der Querschnittsverengung 9 entsprechend bemißt, womit der Betriebsdruck an der Zuleitung 11 festliegt. In Abhängigkeit von den zu erwartenden Querschnittsänderungen der durch den Druckmeßkopf hindurchzuführenden Drahtsorte lassen sich dann in überraschend einfacher Weise auch die Grenzwerte festlegen, innerhalb deren der Querschnitt, bzw. der Durchmesser als brauchbar angesehen und kein Signal ausgelöst wird. Die gewünschten Toleranzgrenzen werden experimentell festgelegt.

Um ein Beispiel zu nennen, wurde der erfindungsgemäße Druckmeßkopf mit Rohrmanschetten ausgerüstet, deren wirksamer Innenrnanteldurchmesser 11,60 mm betrug. In die Innenmantelflächen der Rohrmanschetten waren drei Hohlkehlen nebeneinander eingeschnitten, und zwar in einer Tiefe von 1,2 mm und mit einer Breite von etwa 4 mm. Die als Eingangsdüse dienende Querschnittsverengung mit einem Öffnungsdurchmesser von 2 mm wurde im Verlauf von zwei Meßreihen einmal an einen Druck von 2 bar und im anderen Falle an einen Druck von 3 bar angeschlossen. Der kontrollierte Drahtdurchmesser bewegte sich innerhalb der Grenzwerte von 11,30 und 11,50 mm. Damit wurden die in der folgenden Tabelle aufgezeichneten Druckwerte gemessen.

Durchmesser	Bezugsdnick	Bezugsdruck
(mm)	3 bar	2 bar
11,30	1	0,71
11,35	1,51	1,06
11,40	2,02	1,41
11,45	2,53	1,76
11,50		(1,98)

Die gemessenen Druckänderungen waren weitgehend linear und den betreffenden Querschnitts-, bzw. Durchmessern proportional, und zwar angefangen von Ringspaltbreiten zwischen dem zu prüfenden Draht und den Rohrmanschetten in der Größenordnung von 0,15 mm und größer. Nur im Bereich der oberen Grenzwerte wurde aus den genannten Gründen kein linearer Druckwert mehr gemessen. In der rechten Spalte der vorstehenden Tabelle wurde der etwas abweichende letzte Druckwert in Klammern gesetzt. In der mittleren Spalte war praktisch kein meßbarer Unterschied mehr gegenüber dem Bezugsdruck von 3 bar festzustellen, ein Zeichen dafür, daß die gewählte Verengung mit einem Durchmesser von 2 mm bei einem Grenzwert von nur noch 0,1mm Spaltbreite keine wesentliche Druckabstufung mehr er-ί geben kann. Wichtig jedoch ist die überraschend hohe Empfindlichkeit der linearen Meßergebnissc, die mit 10mb//i im Falle von 3 bar Bezugsdruck und mit 7mb/// bei 2 bar Bezugsdruck, also Querschnittsabweichungen eines Stahldrahtes von mehr als 11 mm

ίο Durchmesser noch dann eindeutig meßbar macht, wenn diese weniger als 1/1000 mm betragen, was jedoch weit über die praktischen Anforderungen hinausgeht.
Die Tatsache, daß der Spielraum zwischen den

π Rohrmanschetten und dem zu überprüfenden Draht ohne weiteres auf 200 oder 250 μ, also 0,2 bis 0,25 mm begrenzt werden kann, ohne die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Druckmeßkopfes zu beeinträchtigen, macht den erreichten technischen Fortschritt deutlich, zumal damit auch die Gefahr weitgehend ausgeschaltet ist, daß sich der zu überprüfende Draht beim Durchlaufen durch den Druckmeßkopf innerhalb der Rohrmanschetten festklemmen könnte. Oberflächenfehler, bei denen diese Gefahr bestehen könnte, lassen sich durch eine vorgeschaltete und ausreichend stabile Ringdüse vom Druckmeßkopf fernhalten, an welcher der zu überwachende Draht entweder abreißt oder gegebenenfalls durch einen Ziehvorgang auf den höchst zulässigen Querschnittswert ver-

jungt wird.

Man kann im Bedarfsfall auch den Öffnungsquerschnitt der Ringspalte beim erfindungsgemäßen Druckmeßkopf noch vorsorglich größer wählen, wenn man dazu den anstehenden Preßluftdruck ent-

3! sprechend vergrößert.

Da bei den gegebenen Arbeitsbedingungen der zu untersuchende Draht erst durch die eine Rohrmanschette und über die Druckkammer dann durch die andere Rohrmanschette hindurchläuft, entspricht der am angeschlossenen Manometer angezeigte Meßdruck jeweils dem Mittelwert von zwei im Abstand auseinanderliegenden Drahtquerschnitten. Infolgedessen ist es vorteilhaft, den erfindungsgemäßen Druckmeßkopf zur Überwachung kreisrunder Quer-

schnitte so zu konstruieren, daß der gegenseitige Abstand der beiden Rohrmanschetten 3, 4 bzw. die Abmessungen der zylindrischen Druckkammer 2 in der Strangrichtung zur Erfassung möglichs' kurzer Strangabschnitte F entsprechend klein sind.

Die Ablesung der jeweils durchlaufenden Querschnittswerte kann unmittelbar an einem Manometer erfolgen, das man zu diesem Zweck mit einer Eichskala ausrüstet, welche unmittelbar die Querschnittsangaben zeigt. Man kann auch Abweichungen von

einem vorgegebenen Sollwert der Eichung zugrunde legen, wenn man bei verschiedenen Drahtsorten die entsprechenden Änderungen der mechanischen Betriebseigenschaften einstellt. Schließlich kann die meßtechnische Auswertung der den Strangquerschnitten proportionalen Bezugsdruckänderungen auch in Form einer elektrischen Meßgröße übertragen werden an ein entsprechendes Aufnahmegerät, bzw. einen Zeitschreiber. Die hierzu erforderlichen Manometer und elektronischen Geräte sind im einzelnen bekannt und erlauben in entsprechender Anordnung eine außerordentlich vielseitige Verwendung pneumatischer Prüfgeräte, die mit dem erfindungsgemäßen Druckmeßkopf ausgerüstet sind und zur Kontrolle oder

7 y 8

Feinmessung von fadenförmigem Strangmaterial belie- Strangmaterialcs. So las.;en pich auch sehr kleine

biger Art eingesetzt werden können. Ein kreisrunder Strangquerschnitte dünner Fäden oder Drähte mit

Strangquerschnitt ergibt zwar die größten Genauigkei- entsprechend geänderten Abmessungen des crfin-

ten, ist jedoch ebensowenig eine notwendige Voraus- dungsgemäßen Druckmellkopfcs zuverlässig kontrol-

setzung, wie die Form und die Art des zu messenden lieren.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pneumatisches- Prüfgerät zur Querschnittskontrolle strangtörmigen Materials, insbesondere für die kontinuierliche Prüfung von Draht, bei welchem innerhalb eines Meßkopfes eine von dem Strangmaterial durchlaufene, über eine Leitung mit einer Druckquelle verbundene Druckkammer vorgesehen ist, die das Material über zwei zueinander fluchtende Rohrmanschetten mit solchem Spiel aufnimmt, daß der durch die zwischen den Rohrmanschetteji und dem Strangmaterial entweichende Luft erzeugte Druckabfall zur Bestimmung des Materialquerschnittes meßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die dem Strangmaterial υ (F) benachbarten Mantelflächen der Rohrmanschetten (3 bzw. 4) mindestens je eine den betreffenden Ringspnlt zur Hohlkehle (5, 6) erweiternde Ringrille eingetonnt ist.

2. Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrmanschetten (3, 4) federnd und zugleich gasdicht über je eine Gummringscheibe (7) an der Druckkammer (2) befestigt sind.