DE1929686C - Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Dicke flachenfbrmiger langsbewegter Materialien mittels eines elektromechanischen Meßwandlers - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Dicke flächenförmiger längsbewegter Materialien mittels eines elektromechanischen Meßwandlers, der aus einem vorzugsweise an der oberen Seite des Meßgutes anliegenden, im wesentlichen senkrecht zum Meßgut beweglichen Taslorgan und einem an der anderen, vorzugsweise unteren Seite des Meßgutes anliegenden Stützorgan als magnetischer Rückschluß für das Tastorgan besteht, und der an seinem Ausgang ein den mechanischen Bewegungen des Tastorgans proportionales elektrisches Ausgangssignal liefert, wobei die mit dem Meßgut in Berührung kommenden Flächen des Tastoruans und des Stützorgans als frei mit dem Meßgut bewegliche Wälzkörperflächen ausgebildet

Es ist eine Vorrichtung bekannt, die im wesentlichen eine Induktionsspule, mit einem aus ferromagnetischen Material bestehenden Kern und eine au ferromagnetischem Material bestehende Platte en; hält, wobei die Induktionsspule etwa senkrecht zur Platte angeordnet ist. Während die Platte fest gelagert ist, ist der Kern der Induktionsspule senkrech zur Platte beweglich.

Zur Dickenmessung wird das zu messende, fläch^nförmige Material zwischen der Platte und dem Spulenkern hindurchgeführt. Dabei gleitet das Male rial mit seiner einen Seite auf der Platte, während ar. der anderen Seite der Spulenkern als Tastorgan anliest. Die Piattc bildet zusammen mit der Spule und ihrem Kern einen induktiven Kreis, dessen Impedan von der Größe des Abwindes /wischen Kern un>! Platte abhängt. Da dieser Abstand jeweils durch du· Dicke des hindurchgeführten Materials bestimmt wird, stellt die Impedanz ein Maß für die jeweilige Dicke des Materials dar. Der Hauptnachteil diese; Vorrichtung besteht darin, daß das zu messende Ma terial während der Messung mit seiner einen Seite am Spulenkern und mit seiner anderen Seite an der Platte entlangschleift, wodurch einerseits die Oberflächen der Meßorgane rasch abgenutzt und andererseits ein empfindliches Material leicht beschädig! wird.

Zur Vermeidung dieser Nachteile sind auch bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen dem Tastorgan eine Walze als Stützorgan und magnetischer Rückschluß zugeordnet ist. Bei Änderung der Dicke des Meßgutes ändert sich der magnetische Luftspalt zwischen Tastorgan und Rückschluß und damit die Induktivität des Wandlers. Hin derartiges System ist verhältnismäßig unempfindlich und für genaue Messungen wenig brauchbar. Es läßt sich insbesondere für einen größeren Dickenmeßbereich eine hohe Empfindlichkeit nicht erzielen.

Man hat auch schon bei Diekenmeßvorrichtungen mit de.η ai'f einer Stützwalze abgestützten Tastorgan den Kern eines Differentialspulensysteins veibunden, so daß sich bei Dickenänderungen entgegengesetzte Signale an den beiden Spulen ergeben. Nachteilig ist bei einer derartigen Vorrichtung vor allem der verhältnismäßig hohe konstruktive Aufwand, der sich daraus ergibt, daß außer dem Differentialwandlersystem noch ein hochwertiges Tastsystem (mit Tastorgan und Stützorgan) vorgesehen werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit vergleichsweise geringem konstruktiven Aufwand eine hohe Empfindlichkeit ei zielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit dem am Mcßgut anliegenden walzenförmigen Tastorgan ein nach Form und Größe hiermit übereinstimmendes, auf derselben Achse sitzendes weiteres walzenförmiges Tastorgafi einstückig verbunden und frei drehbeweglich sowie frei auf und ab beweglich ist, und daß senkrecht über diesem Tastorgan ein in Form und Größe mit dem Stützorgan übereinstimmender, frei drehbeweglicher magnetischer Rückschluß in Abstand angeordnet ist, so daß die in einer nach dem Differenzprinzip arbeitenden Meßbrücke zusammengesehaitetcn Spulen der beiden

Taslorganc bei einer der jeweiligen Dicke des Meßgutes entsprechenden Auslenkung gegensinnige Ausgangssignalc liefern.

Die erfindungsgcmälk Vorrichtung besieht damit aus zwei gleichartig aufgebauten induktiven Wandlern, deren Impedanzen sieh bei einer Änderung dor Dicke des M;3gutes im entgegengesetzten Sinne Unilern, so daß schon bei verhältnismäßig kleinen Dikkenänderungen große Meßsignale erzielt werden. Vorteilhaft ist dabei, daß das Tastorgan und das Stützorgan zugleich Feile des Magnetkreises des Meßwandlers bilden, wodurch sich im Vergleich zu tier eingangs geschilderten bekannten Ausführung (mit vom DiffcreiHialspulensystem gesondertem Abtastsystem) der konstruktive Aulbau wesentlich vereinfacht.

Ciemäü einer Abwandlung der erlindungsgemü-Üen Ausführung liißt sich eine Vergrößerung des magnetischen Rückschlusses und der Berii' rungsiUiche zwischen Tastorgan und .Meßgut dadurch ei reichen, daß das Stüt/organ durch mehrere walzenförmige Abstützelemente gebildet wird, die längs einer dem l'mfang des walzenförmigen Tastorgans entsprechenden Z\ linderfläche angeordnet sind.

Weitere Hinzelheiten der Krfindung gehen aus der folgenden Beschieibung einiger an Hand der Zeichnung veranschaulichter Ausfülmingsbeispiele hervor. Is zeigt

F i g. I eine Längsschnittansicht (entlang der linie I-I in Fig. 2) einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform,

F i g. 2 eine Seitenansicht der in I'ig. 1 dargestellten Vorrichtung,

Fig. 1 eine vereinfacht dargestellte Meßbrücke /um Ausführungsbeispiel der F i g. 1 und 2.

F i g. 4 und 5 «.thematische Seitenansichten von zwei weitern erfindungsgemäßen Ausführungsfornien mit anders ausgebildeten Stüt/organen.

Die in den Fig. 1.2,4 und 5 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtungen dienen zur kontinuierlichen Messung der Dicke von flächenförmigen längsbewegten Materialien, beispielsweise von Papier, Kunststoff-Folien, Blechtafeln u. dgl.

Die Vorrichtung der F i g. I und 2 enthält eine das Tastorgan bildende Walze 1 sowie eine das Stützorgan bildende Walze 2, wobei beide Walzen aus ferromagnetischem Material bestehen, parallel zueinander liegen und senkrecht übereinander angeordnet sind. Zwischen den beiden Walzen 1 und 2 befindet sich das zu messende Material 3, dessen Ebene parallel zu den Walzenachsen 4 bzw. 5 liegt. Die Tastwalze 1 und die Stützwalze! sind durch ihre Achsen4 und 5 frei beweglich in je einem Haltebügel 6 bzw. 7 gelagert. Beide Haltebügel sind in einem Gestell 32 schwenkbar gelagert (vgl. Fig. 2). Während dabei der untere Haltebügel 7 (für die Stützwalze 2) durch eine Verstelleinrichtung 33 im wesentlichen starr angeordnet ist, so ist der Halsbügel 6 für die an der Oberseite des Meßgutes 3 anliegende Tastwalze 1 in senkrechter Richtung (Pfeil fl) frei beweglich gehaltert.

Die Tastwalze 1 L: mit einer Ringnut 9 versehen, in der eine bügeiförmige Halterung 10 mit geringem Abstand vom Walzenkörper angeordnet ist. Die Halterung 10 dient zur Aufnahme einer Induktionsspule II. Die in dieser Induktionsspule II bzw. deren Halterung 10 frei drehbeweglich^ Tastwalze 1 bildet den ferromaiinetischen Kern der Induktionsspule II.

Die an der Unterseite des Meßgutes 3 anliegende Stützwalze 2 kann zylindrisch oder — wie bei diesem Ausführungsbeispiel — zwecks einer definierten Anlage des Meßgutes 3 ebenfalls mit einer schwachen Ringnut 12 ausgeführt sein.

Mit der üben an dem Meßgut 3 anliegenden Tastwalze 1 ist eine weitere Walze 24 einstückig verbunden, die auf derselhen Achse 4 sitzt und in Form v.-.d Größe genau mit der Tastwalze 1 übereinstimmt, ίο Diese weitere Tastwalze 24 ist ebenfalls frei drehbeweglich auf der Achse 4 angeordnet und kann mi: der Walze 1 in dem Haltebügel 6 frei auf und ab bewegt werden (vgl. Doppelpfeile). Die eigentlichen Walzenkörper dieser beiden Walzen 1 und 24 sind durch eine Ringnut 25 getrennt. In einer Rin,-\;iut 26 der Walze 24 ist eine der Spule 11 entsprechenden Induktionsspule 27 mit Abstand vom Walzenköiper angeordnet und in einer Halt, ung 28 (entsprecht n<l Halterung 10 bei Walze 1) gelagert.

Senkrecht über der Walze 24 befindet sich eine weitere, frei drehbewegliche Walze 29, die von einer Achse 30 und einem schwenkbar im Gestell 32 gelagerten Haltebügel 31 getragen wird, der durch eine Verstelleinrichtung 34 im wesentlichen starr gehalten wird. Die Walze 29 ist in ihrer Form und Größe genauso ausgeführt wie die Stützwalze 2 und dient als magnetischer Rückschluß für die Walze 24, wobei sie •,on der Walze 24 einen Abstand aufweist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind also zwei gleichartig aufgebaute induktive Wandler vorgesehen.

Während des Me'.Uorganges rollen die Walzen 1 und 2 auf der oberen und unteren Seite des Meßgutes 3 ab, wobei sie sich um ihre Achsen 4 und 5 drehen. Bei dieser Dickenmessung führt du. Walze 24 genau dieselben Bewegungen aus wie die Tastwalze 1. so daß sie sich also um genau das Maß der Walze 29 n^;ihert. um das sich die Walze I auf Grund der jeweiligen Materialdicke von der Walze 2 ent-4·ι fernt (und umgekchi 1).

Beim Meßvorgang induzieren die von einem Wechselstrom höherer Frequenz durchflossenen und tesi um die Walzen I bzw. 24 herum angeordneten Spulen Il und 27 in ihre Walzen 1 bzw. 24 je ein magnetisches Feld, für das einerseits die Stützwalze 2 (unterhalb der Tastwalze 1) und andererseits die Walze 29 (oberhalb der Walze 24) den Rückschluß bilden. Wenn nun eine Änderung in der Dicke des McBgutes3 und somit eine Änderung des Abstandes zwischen den Walzen 1 und 2 auftritt, dann ändern sich die Impedanzen der beiden Spulen 11 und 27 im entgegengesetzten Sinne. Man kann die beiden Wandler infolgedessen in einer nach dem Differenzprinzip arbeitenden Meßbrücke anordnen, wie sie in Fig.? schematisch veranschaulicht ist. In den beiden anderen Zweigen dieser Meßbrücke 35 liegen zwei einstellbare Bezugsimpedanzen 36, 37. Die Brücke 35 wird an den Diagonalpunkten 38, 39 mit Wechselstrom gespeist; das Ausgangssignal wird an den Klemmen 40, 41 abgenommen. Die Meßanordnung ist beispielsweise so eingestellt, daß sich die Brücke im Abgleichzustand befindet, wenn das Material bzw. Meßgut 3 die Soll-Dicke aufweist. Ändert sich die Dicke des Meßgutes, so tritt durch die gegenläufige Änderung der Impedanzen der Spulen 11, 27 eine starke Verstimmung in der Brücke 35 ein, die zu einem entsprechenden Ausgangssignal führt. Durch, die erfinduhgsgemiiße Vorrichtung werden

somit schon hei verhältnismäßig kleinen Dickcnänderungen des Meßgutes große Mcßsignalc cr/ielt. whs mit relativ geringem konstruktiven Aufwand erfolgen kann, da die Tastwalze 1 und die Stützwalze 2 zugleich Teile des Magnelkrcises des Meßwandlers bilden.

Bei d;;r erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht ferner die Möglichkeit, in der Ringnut 25 eine dritte Spule anzuordnen, die in den Spulen 11 und 27 Wcehsclspannungcn induziert, die sich bei einer Änderung der Materialdickc gegensinnig ändern. Man erhält dann bei 'einer Zusammenschaltung dieser Spulen 11 und 27 unmittelbar die Differenz der beiden Wcehsclspannungcn, die die Meßgröße darstellen.

In den Fig.4 und 5 sind zwei Varianten zum Stützorgan (bzw. zum gleichartig aufgebauten magnetischen Rückschluß 29) vereinfacht dargestellt.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist die untere Stützwalze2 der Fig. I und2 durch mehrere walzenförmige Abstützelemcnte 13, 14 und 15 ersetzt, die in diesem Falle die bewegliche WaIzkörpcrflächcn des Stützorgans bilden. Diese Abstützelemcnte sind längs einer Zylindertcilfläche angeordnet, die dem Umfang des als Walze 1 ausgebildeten Tastorgans entspricht. Um ein gutes Anpassen bei jeder Materiuldicke zu ermöglichen, sind die Abstützmente 13. 14. 15 federnd an das Meßgut 3 angedrückt. Die Abstützelcmente sind ferner über Hebelarme 16. 17 und 18 mit einem gemeinsamen Drchpunkt 19 verbunden.

P.ine derartige Ausbildung kann gewählt werden, wenn eine Vergrößerung des magnetischen Rückschlusses und der Berührungsfläche zwischen dem Tastorgan und dem Meßgut gewünscht wird.

ίο Die Ausführungsform der Fig. 5 ist der der F i g. 4 ähnlich, jedoch dienen die walzenförmigen Abstützelemcnte 20, 21 und 22 hierbei nur als Führungselemente für ein darüber umlaufendes endloses Hand 23. dessen Geschwindigkeit der des zu mcssenden Gutes 3 entspricht. Während die Elemente 20, 21 und 22 aus einem beliebigen brauchbaren Material hergestellt sein können, besteht das Band 23 aus ferromagnetische™ Material; es kann z.B. ein· mit Ferrit beschichtetes Band verwendet werden. Dabei

ao ergibt sich gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig.4 eine weitere Vergrößerung des für den magnetischen Rückschluß zur Verfugung stehenden Querschnitts.

Die Dickenmessung erfolgt bei den Ausführungs-

»5 formen der Fig.4 und 5 ansonsten in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbcispicl.

Hierzu i tsian zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Dicke flächenförmiger längsbewegter Materialien mittels eines elektromechanischen Meßwandiers, der aus einem vorzugsweise an der oberen Seite des Meßgutes anliegenden, im wesentlichen senkrecht zum Meßgut beweglichen Tastorgan und einem an der anderen, Vorzugsweise unteren Seite des Meßguies anliegenden Stützorgan als magnetischer Rückschluß für das Tastorgan besteht, und der an seinem Ausgang ein Jon mechanischen Bewegungen des Tastorgans proportionales elektrisches Ausgangssignal liefert, wobei die mit dem Meßgut in Berührung kommenden Flächen des Tastoreans und des Stüi/organs al· frei mit dem Meßgut bewegliche Wal/kiirperfläuien ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem am Meßgut (3) anliegenden walzenförmigen Tastorgan (I) ein nach Form und Größe hiermit übereinstimmendes, auf derselben Achse sitzendes weiteres walzenförmiges Tastorgan (24) einstückig verbunden und frei drehbeweglich sowie frei auf und ab beweglich ist, und daß senkrecht über diesem Tastorgan (24) ein in Form und Größe mit dem Stüi/organ (z. B. 2) übereinstimmender, frei drehbeweglicher magnetischer Rückschluß (ζ. Β 29) in Absta.ul angeordnet ist, so daß die in einer nach dem Differenzprinzip arbeitenden Meßbrücke (35) zusamniengeschaltei η Spulen (U, 27) der beiden Tastorgane (1,24) bei einer der jeweiligen Dicke des Meßgutes (3) entsprechenden Auslenkung (Pfeil 8) gegensinnige Ausgangssignale liefern

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützorgan durch mehrere walzenförmige Abstützelemenle (13, 14, 15) gebildet wird, die längs einer dem Umfang des walzenförmigai T:istorgans (I) entsprechenden Zylinderteilflache angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß über die walzenförmigen Abstützelemente (20, 21, 22) ein mit dem vorbeilaufenden Meßgut (3) bewegtes endloses Band (23) geführt ist, das vorzugsweise aus fenomagnetischem Material besieht oder mit ferromagnetischem Material beschichtet ist.

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