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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Bogenabfühlschuh, einen Dickenabtastkopf
und ein Dickenmeßsystem
zum Messen der Bahndicke und anderer Eigenschaften einer sich bewegenden
Bahn. Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Messung
von Eigenschaften einer Bahn eines sich bewegenden Bogenmaterials
und betrifft insbesondere verbesserte Bogenabfühlschuhe, Dickenabtastköpfe und
Dickenmeßsysteme
zum Messen der Bahndicke und anderer Eigenschaften eines sich bewegenden
Papierbogens oder einer Papierbahn, der bzw. die von einer Papierherstellungsmaschine
erzeugt wird.
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Systeme
zum Messen von Eigenschaften sich bewegenden Materialbahnen, wie
z.B. Papierbahnen, sind im Stand der Technik bekannt,
US 52 33 195 A ,
US 51 32 619 A ,
US 50 42 160 A . Beispielsweise
wird die Papierbahndicke gewöhnlich
durch Abtasten eines Meßkopfes
quer über
eine sich bewegende Bahn vor und zurück gemessen. Der Meßkopf weist
Kontaktschuhe auf, die mit gegenüberliegenden
Seiten der sich bewegenden Bahn in Eingriff treten. Der Abstand
zwischen den Schuhen wird gemessen und direkt auf die Bogen- bzw.
Bahndicke oder "Stärke" ("caliper") bezogen.
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Zwar
sind die bekannten Bahnmeßvorrichtungen
eine erhebliche Zeit lang wirksam benutzt worden, die Anforderungen
an die Wirksamkeit bzw. Funktion dieser Vorrichtungen sind aber
fortlaufend gestiegen. In der Papierherstellungsindustrie ergaben
sich z.B. gestiegene Funktionsanforderungen bzw. Anforderungen an
die Nutzleistung, Wirksamkeit und dergleichen, mindestens teilweise
wegen der folgenden neuen Industrietendenzen: Betreiben der Papiermaschinen
mit höheren
Geschwindigkeiten; Erzeugen dünnerer
Produkte, um Materialien zu schonen, was zu brüchigen Bahnen führt, die
leicht durch Kontaktsensoren zerrissen werden; die Verwendung rezyklierter
Produkte, die dazu neigen, daß sich
Fremdstoffe auf den Kontaktsensoren ablagern; und höhere Stoffausnutzung,
was zu Bahnen führt, die
eine größere Menge
kleiner Holzteile auf ihren Oberflächen haben, was Ungenauigkeiten
bei Dickenbestimmungen bedingt und zu gerissenen Bahnen führen kann,
wenn diese von Kontaktsensoren ergriffen werden.
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Im
Hinblick auf diese neuen Industrietendenzen besteht die Notwendigkeit
für eine
verbesserte Meßvorrichtung,
die genauer ist, eine schnellere Gesamtsystem-Ansprechzeit hat und
gut bei dünneren Bahnen
bzw. Bögen
verwendbar ist, die oft aus rezyklierten Materialien und/oder entsprechend
den Anforderungen bei höherer
Stoffausnutzung erzeugt werden.
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Dieser
Bedarf wird durch die Bogenabfühlschuhe
nach den Ansprüchen
1, 9, Dickenabtastköpfe
nach den Ansprüchen
14, 16 und 21 und dem Dickenmeßsystem
nach Anspruch 25 der vorliegenden Erfindung erfüllt,
wobei die Bahndicke
und andere Eigenschaften einer sich bewegenden Materialbahn bzw.
eines Bogens, wie z.B. Papier, welches von einer Papiermaschine hergestellt
wird, gemessen werden, wobei eine Anzahl von Verbesserungen in der
Meßtechnik
benutzt wird.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Bahn- bzw. Bogenabfühlschuh vorgesehen
und weist einen Hauptkörper
mit ersten und zweiten einander gegenüberliegenden, im allgemeinen
ebenen Oberflächen,
erste und zweite einander gegenüberliegende
Enden und erste und zweite gegenüberliegende
Seiten auf. Die erste ebene Oberfläche ist geeignet derart ausgestaltet,
daß sie mit
einer sich bewegenden Bahn bzw. einem sich bewegenden Bogen in Eingriff
tritt. Das erste Ende weist erste und zweite Flächen auf, die zueinander konvergieren
und an einer gemeinsamen Seite teilhaben.
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Die
erste und die zweite Fläche
sind im wesentlichen eben. Die erste Fläche schneidet eine erste Kante
auf der ersten Oberfläche
unter einem stumpfen Winkel und schneidet eine erste Kante auf der
zweiten Oberfläche
unter einem spitzen Winkel. Die zweite Fläche schneidet eine zweite Kante
auf der ersten Oberfläche
unter einem stumpfen Winkel und schneidet eine zweite Kante auf
der zweiten Oberfläche
unter einem spitzen Winkel. Die erste und zweite Kante auf der ersten
Oberfläche
konvergieren unter einem Winkel von etwa 90°, und die erste und zweite Kante
auf der zweiten Oberfläche
konvergieren unter einem Winkel von etwa 90°.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Bogen- bzw. Bahnabfühlschuh vorgesehen
und weist einen Hauptkörper,
einen elektromagnetischen Kern, einschließlich einem Jochteil, und erste
und zweite Polteile mit jeweils distalen bzw. entfernten Enden auf,
die sich in den Hauptkörper
hinein erstrecken, und weist eine Abfühlspule auf, die um das Jochteil
gewickelt ist. Die ersten und zweiten Polteile haben jeweils sich
quer erstreckende Querschnittsflächen,
deren jede eine sich quer erstreckende Querschnittsfläche des
Jochteiles übersteigt bzw.
größer als
diese ist. Der elektromagnetische Kern ist aus Ferrit gebildet.
Der Hauptkörper
ist aus Borcarbid gebildet.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Bogen- bzw. Bahnabfühlschuh vorgesehen
und weist einen Hauptkörper
mit mindestens einem Teil auf, der aus Borcarbid gebildet ist. Ein
erster Abfühlschuh,
der gemäß der vorliegenden Erfindung
aufgebaut ist, weist erste und zweite Lagen bzw. Schichten aus Borcarbid
und eine Lage bzw. Schicht aus Ferrit auf, welches zwischen der
ersten und zweiten Borcarbidschicht bzw. -lage angeordnet ist. Ein
zweiter Abfühlschuh,
der gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist, ist im wesentlichen aus Borcarbid gebildet.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stärken- bzw.
Dickenabfühlkopf vorgesehen
und weist auf: ein Gehäuse;
einen Abfühlschuh;
und einen Abfühlschuhverbinder
sowie eine Bewegungssteuereinrichtung, welche dem Gehäuse für eine flexible
Unterstützung
des Abfühlschuhes
und für
eine wirksame Bewegung des Abfühlschuhes
relativ zu einer sich bewegenden Bahn zugeordnet ist. Der Abfühlschuhverbinder
und die Bewegungssteuereinrichtung weisen einen Schuhbewegungsbegrenzer
auf für
die Begrenzung des Abstandes, um welchen sich der Abfühlschuh
in Richtung zu der sich bewegenden Bahn hin bewegt.
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Der
Abfühlschuhverbinder
sowie die Bewegungssteuereinrichtung weisen ferner auf: ein Gehäuse mit
ersten und zweiten Kammern; einen hin- und hergehenden Kolben, der
innerhalb der ersten Kammer angeordnet ist und eine sich durch diese hindurch
erstreckende Öffnung
hat; eine Feder für die
Vorspannung des Kolbens in einer Richtung weg von der zweiten Kammer;
eine Fließmittelzufuhr,
die mit dem Gehäuse
verbunden ist für
die Zufuhr von unter Druck stehendem Fließmittel zu der ersten Kammer
in ausreichender Weise, um eine Bewegung des Kolbens gegen die Feder
in einer Richtung zur zweiten Kammer hin zu bewirken; eine sich über eine Öffnung in
dem Gehäuse
erstreckende Membran zur Bildung einer flexiblen Wand für den Einschluß der zweiten
Kammer; und ein der zweiten Kammer zugeordnetes Abflußventil
(oder Überlaufventil),
um die Möglichkeit
vorzusehen, daß eine
begrenzte Menge an Fließmittel
von der zweiten Kammer abströmt.
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Die
erste Kammer steht über
eine Bohrung mit der zweiten Kammer in Verbindung, wobei sich die
Bohrung zwischen der ersten und der zweiten Kammer erstreckt. Die
zweite Kammer nimmt unter Druck stehendes Fließmittel auf, welches über die Öffnung durch
den Kolben gelangt. Die Membran wirkt auf den Abfühlschuh,
um eine Bewegung des Abfühlschuhes
relativ zu der sich bewegenden Bahn zu bewirken. Der Schuhbewegungsbegrenzer
weist ein Kabel auf, welches zwischen der Membran und dem Kolben
angeordnet und mit diesen verbunden ist.
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Die
Fließmittelzufuhr
weist auf: eine Fließmittelquelle;
ein Eingangsventil für
das wahlweise Ermöglichen
des Herausströmens
von Fließmittel
aus der Fließmittelquelle
in die erste Kammer hinein; und einen Druckwandler zum Abfühlen des
Druckes in der zweiten Kammer und Erzeugen von Drucksignalen, die
typisch dafür
sind (den Druck darstellen).
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Gemäß einem
fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stärken- bzw. Dickenabtastkopf vorgesehen
und weist auf: ein Gehäuse;
einen Abfühlschuh;
und einen Abfühlschuhverbinder
und eine Bewegungssteuereinrichtung, welche dem Gehäuse zugeordnet
ist, um den Abfühlschuh
flexibel abzustützen
sowie für
eine effektive Bewegung des Abfühlschuhes
relativ zu der sich bewegenden Bahn. Der Abfühlschuhverbinder und die Bewegungssteuereinrichtung
weist eine Membran auf für
das Einwirken auf den Abfühlschuh,
um eine Bewegung des Abfühlschuhes
relativ zu der sich bewegenden Bahn zu bewirken.
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Gemäß einem
sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stärken- bzw.
Dickenmeßsystem
vorgesehen für
das Erfassen der Dicke der sich bewegenden Bahn bzw. des sich bewegenden Bogens.
Das System weist erste und zweite Dickenabtastköpfe auf mit ersten und zweiten
Abfühlschuhen,
die auf gegenüberliegenden
Seiten der sich bewegenden Bahn angeordnet sind. Die Abfühlschuhe
sind geeignet derart ausgestaltet, daß sie mit gegenüberliegenden
Seiten der sich bewegenden Bahn in Eingriff treten. Ein Lückensensor
ist dem ersten und zweiten Abfühlschuh
zugeordnet, um für
den Abstand zwischen dem ersten und zweiten Abfühlschuh typische Abstandssignale
zu erzeugen sowie zur Bestimmung der Dicke der sich bewegenden Bahn,
basiert auf den Abstandssignalen. Der Lückensensor weist einen L-C-Oszillator auf für die Erzeugung
von Impulsen veränderlicher
Frequenz, einen Frequenz-Spannungs-Wandler
zum Umwandeln von Frequenzveränderungen
der Impulse in Spannungssignale und eine Verarbeitungseinrichtung
bzw. einen Prozessor für
die Aufnahme der Spannungssignale und deren Verarbeitung, um Zacken
zu entfernen, die daher rühren,
daß der
erste und zweite Abfühlschuh
mit Klumpen in der sich bewegenden Bahn in Eingriff treten. Die
sich ergebenden, verarbeiteten Spannungssignale bilden die Abstandssignale.
Der Prozessor bestimmt ferner die Dicke der sich bewegenden Bahn
aus den Abstandssignalen.
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Der
Lückensensor
weist ferner ein Filter auf für
das Herausfiltern des Rauschens aus den Spannungssignalen, bevor
die Spannungssignale von dem Prozessor empfangen werden.
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Weiterhin
zählt der
Prozessor die Zacken, um eine Zählung
von Klumpen zu erzeugen, die in der sich bewegenden Bahn abgefühlt werden.
Der Prozessor erzeugt zusätzlich
aus den Abstandssignalen ein Strichprofil. Das Strichprofil stellt
schnelle Dickenveränderungen
längs der
sich bewegenden Bahn bzw. des sich bewegenden Bogens in der Bewegungsrichtung
der Bahn bzw. des Bogens dar. Der Prozessor erzeugt das Strichprofil
durch Erfassen und Drucken einer Differenz Spitze zu Spitze für jedes
einer Vielzahl von Datenfeldern. Jedes Datenfeld (Datenbox) wird
durch eine Vielzahl von Abstandssignalen definiert. Der Prozessor
bestimmt die Spitze-zu-Spitze-Differenz
für ein
gegebenes Datenfeld durch Identifizieren der Maximal- und Minimalabstandssignale
innerhalb des gegebenen Datenfeldes und dann Bilden einer Differenz
zwischen den identifizierten Maximal- und Minimalabstandssignalen.
Die Differenz definiert die Spitze-zu-Spitze-Differenz für das gegebene Datenfeld.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:
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1 ein Stärken- bzw. Dickenmeßsystem, welches
nach der vorliegenden Erfindung aufgebaut und abstromig von Endkalanderwalzen
einer herkömmlichen
Papiermaschine angeordnet ist;
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2 eine schematische Querschnittsansicht
eines ersten und eines zweiten Didcenabtastkopfes des Dickenmeßsystems,
wie es in 1 veranschaulicht
ist;
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3 eine Draufsicht auf eine
erste Seite eines ersten Abfühlschuhes
des ersten Abtastkopfes;
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3A eine Schnittansicht entlang
der Linie 3A-3A in 3;
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4 eine Draufsicht auf eine
zweite Seite des ersten Abfühlschuhes,
wie in 3 dargestellt;
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5 eine perspektivische Ansicht
unter Darstellung der ersten und zweiten Abfühlschuhe, wobei der elektromagnetische
Kern und seine zugeordnete Abfühlspule
von dem zweiten Abfühlschuh abgebrochen
sind;
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6 eine perspektivische Ansicht
eines zweiten Abtastkopfes gemäß Darstellung
in 1;
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7 eine Draufsicht auf eine
erste Seite des zweiten Abfühlschuhes;
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7A eine Schnittansicht entlang
der Linie 7A-7A in 7;
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8 eine Draufsicht auf eine
zweite Seite des zweiten Abfühlschuhes
gemäß Darstellung
in 7;
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9 eine Seitenansicht des
elektromagnetischen Kernes des zweiten Abfühlschuhes;
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10 eine Schnittansicht entlang
der Linie 10-10 in 9;
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10A eine Schnittansicht
entlang der Linie 10A-10A in 10;
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11 eine teilweise im Schnitt
genommene Bodenansicht eines elektromagnetischen Kernes, der gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
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11A eine Schnittansicht
entlang der Linie 11A-11A in 11;
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12 eine Schnittansicht des
ersten und zweiten Abfühlschuhes,
die auf gegenüberliegenden Seiten
einer sich bewegenden Papierbahn angeordnet sind;
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13 eine Draufsicht unter
Darstellung des ersten Abfühlschuhes,
der eine sich bewegende Papierbahn berührt;
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14 eine schematische Ansicht
des ersten und zweiten Abtastkopfes, einer Fließmittelzufuhr sowie erster
und zweiter Druckmeßgeräte;
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15 eine perspektivische
Ansicht der Membran, des drehbaren Verbinders, eines leichten Kanals
und des ersten Abfühlschuhes
des ersten Abtastkopfes;
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16 ein schematisches Blockdiagramm der
Abtastschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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17 in Form eines Flußdiagrammes
die Schritte, die von dem Prozessor gemäß der vorliegenden Erfindung
durchgeführt
werden, um Zacken zu entfernen, die sich von einem oder beiden der
ersten und zweiten Abfühlschuhe
ergeben, welche mit Klumpen in einer sich bewegenden Papierbahn
in Eingriff treten; und
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18 das Beispiel einer Kurve
eines Strichprofiles.
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1 zeigt eine herkömmliche
Papiermaschine 10 mit Endkalanderwalzen 11 und
zugeordneten Maschinensteuerquerbetätigern 11a. Ein Dickenmeßsystem 5,
welches gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist, ist vorzugsweise abstromig von den Endkalanderwalzen 11 angeordnet
und wird in vorteilhafter Weise benutzt, um die Dicke einer sich bewegenden
Papierbahn 12 nach dem Endkalander zu überwachen. Das Meßsystem 5 sorgt
auch für
ein Strichprofil, welches typisch ist für die schnellen Dickenveränderungen
längs der
sich bewegenden Bahn 12 in der Bewegungsrichtung der Bahn 12 und für eine Zählung von
Stoffklumpen, die in der sich bewegenden Bahn 12 erfaßt werden.
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Das
Dickenmeßsystem 5 weist
eine Abtaststation 20 auf. Man sieht, wie die sich bewegende Papierbahn 12 durch
das Abtastsystem 20 zwischen oberen und unteren Querträgern 22 und 24 hindurchgeht,
auf welchen obere und untere Dickenabtastköpfe 30 und 50 angebracht
sind. Die Abtastköpfe 30 und 50 werden
in einer kontinuierlichen Abtastbewegung vor und zurück quer über die
Breite der Papierbahn 12 angetrieben, wobei sie jederzeit
im wesentlichen in Flucht gehalten werden.
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Der
obere Abtastkopf 30 weist ein Gehäuse 32 auf mit einer
abnehmbaren Grundplatte 34, siehe 1 und 2.
Eine Öffnung 34a erstreckt
sich ganz durch die Grundplatte 34. An einer Umfangskante 34a' der Platte 34,
welche die Öffnung 34a bildet,
ist ein Gehäuse 40 fest
angebracht. An der äußeren Oberfläche des
Gehäuses 40 ist
ein flexibler Arm 36 befestigt. Vorzugsweise ist der Arm 36 aus
einem gewebten Polymermaterial gebildet, wie z.B. gewebtem Kevlar
(Marke). Am Ende 36a des Armes 36 gegenüber dem
am Gehäuse 40 befestigten
Ende ist ein erster Abfühlschuh 38 angebracht.
Das Gehäuse 40 bildet
Teil eines ersten Abfühlschuhverbinders
und einer Bewegungssteuereinrichtung 42, die, wie nachfolgend
erläutert
wird, betrieblich mit dem ersten Abfühlschuh 38 verbunden
ist, um eine Bewegung des ersten Abfühlschuhes 38 relativ
zu der sich bewegenden Papierbahn 12 zu bewirken.
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Der
untere Abtastkopf 50 weist ein Gehäuse 52 mit einer entfernbaren
Grundplatte 54 auf, siehe 2 und 6. Eine Öffnung 54a erstreckt
sich ganz durch die Grundplatte 54 hindurch. An einer Umfangskante 54a' der Platte 54,
welche die Öffnung 54a bildet,
ist ein Gehäuse 61 befestigt.
An der äußeren Oberfläche des
Gehäuses 61 ist
ein flexibler Arm 56 angebracht, der vorzugsweise aus demselben Material
wie der Arm 36 gebildet ist. Am Ende 56a des Armes 56 gegenüber dem
Ende, welches am Gehäuse 61 befestigt
ist, ist ein zweiter Abfühlschuh 58 angebracht.
Das Gehäuse 61 bildet
Teil eines zweiten Abfühlschuhverbinders
und einer Bewegungssteuereinrichtung 62, die, wie nachfolgend
erläutert
wird, betrieblich mit dem zweiten Abfühlschuh 58 verbunden
ist, um die Bewegung des zweiten Abfühlschuhes 58 relativ
zu der sich bewegenden Papierbahn 12 zu bewirken.
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Der
erste Abfühlschuh 38 weist
einen Hauptkörper 39 auf,
der vorzugsweise aus ersten und zweiten Schichten von Borcarbid 39a und 39b und
einer Zwischenschicht aus Ferrit 39c gebildet ist, einem magnetisch
suszeptiblem Material, siehe 3 und 4. Die Borcarbidschichten 39a und 39b,
die eine erhebliche mechanische Festigkeit und Abriebfestigkeit vorsehen,
sind durch herkömmlichen
Klebstoff mit der Ferritschicht 39c verbunden. Nach dem
Verbinden wird der Hauptkörper 39 geschliffen
und poliert, wobei besonders darauf achtgegeben wird, eine gleichförmige Dicke
der Borcarbidschicht 39a zu behalten.
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Der
Hauptkörper 39 weit
erste und zweite gegenüberliegende,
im allgemeinen ebene Oberflächen 39d und 39e,
erste und zweite gegenüberliegende Enden 39f und 39g und
erste und zweite gegenüberliegende
Seiten 39h und 39i auf. Die erste ebene Oberfläche 39d ist
der sich bewegenden Bahn 12 nächstliegend angeordnet und
kann beispielsweise eine Breite W = 15 mm haben. Das erste Ende 39f weist
erste und zweite im wesentlichen ebene Flächen 39j und 39k auf,
die aufeinander zu konvergieren und an einer gemeinsamen Seite 39l teilhaben. Die
erste Fläche 39j schneidet
eine erste Kante 39m auf der ersten Oberfläche 39d unter
einem stumpfen Winkel und schneidet eine erste Kante 39n auf
der zweiten Oberfläche 39e unter
einem spitzen Winkel, z.B. etwa 3 bis 5°. Die zweite Fläche 39k schneidet eine
zweite Kante 39p auf der ersten Oberfläche 39d unter einem
stumpfen Winkel und schneidet eine zweite Kante 39q auf
der zweiten Oberfläche 39e unter
einem spitzen Winkel, z.B. etwa 3 bis 5°. Die erste und zweite Kante 39m und 39p auf
der ersten Oberfläche
konvergieren unter einem Winkel von etwa 90°, und die erste und zweite Kante 39n und 39q auf der
zweiten Oberfläche 39e konvergieren
unter einem Winkel von etwa 90°.
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Der
zweite Abfühlschuh 58 weist
einen Hauptkörper 59 auf,
der vorzugsweise aus Borcarbid gebildet ist, welches geschliffen
und poliert ist, siehe 5, 7 und 8. Der Hauptkörper 59 weist erste
und zweite gegenüberliegende,
im allgemeinen ebene Oberflächen 59d und 59e,
erste und zweite gegenüberliegende
Enden 59f und 59g sowie erste und zweite gegenüberliegende
Seiten 59h und 59i auf. Die erste ebene Oberfläche 59d ist
der sich bewegenden Bahn 12 nächstliegend angeordnet und
kann beispielsweise eine Breite W = 10 mm haben. Das erste Ende 59f weist
erste und zweite im wesentlichen ebene Flächen 59j und 59k auf,
die zueinander konvergieren und an einer gemeinsamen Seite 59l teilhaben.
Die erste Fläche 59j schneidet
eine erste Kante 59m auf der ersten Oberfläche 59d unter
einem stumpfen Winkel und schneidet eine erste Kante 59n auf
der zweiten Oberfläche 59e unter
einem spitzen Winkel, z.B. etwa 3 bis 5°. Die zweite Fläche 59k schneidet
eine zweite Kante 59p auf der ersten Oberfläche 59d unter
einem stumpfen Winkel und schneidet eine zweite Kante 59q auf
der zweiten Oberfläche 59e unter
einem spitzen Winkel von z.B. etwa 3 bis 5°. Die erste und zweite Kante 59m und 59p auf
der ersten Oberfläche
konvergieren unter einem Winkel von etwa 90°, und die erste und zweite Kante 59n und 59q auf
der zweiten Oberfläche 59e konvergieren
unter einem Winkel von etwa 90°.
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Der
zweite Abfühlschuh 58 weist
ferner einen elektromagnetischen Kern 60 auf, der ein Jochteil 60a und
erste und zweite Polteile 60b und 60c aufweist,
siehe 5, 7 bis 10 und 10A. Wie am besten in den 10 und 10A gezeigt ist, hat jedes der Polteile 60b und 60c einen
sich quer erstreckenden Querschnitt mit einer Fläche, welche die Fläche eines sich
quer erstreckenden, rechteckig geformten Querschnittes des Jochteiles 60a übersteigt.
Diese besondere Kerngestalt, so glaubt man, begünstigt die Lücken- bzw.
Spaltmessung durch Reduzierung der Streuinduktanz (Streuflußinduktanz).
Die jeweiligen distalen bzw. entfernten Enden 60d und 60e der Polteile 60b und 60c erstrecken
sich durch den Hauptkörper 59 und
liegen in einer Ebene mit (sind koplanar) der ersten Oberfläche 59d,
siehe 7. Eine Abfühlspule 60f ist
um das Jochteil 60a gewickelt und schafft die Verbindung
mit einer Abfühlschaltung 90,
die ihrerseits mit einem Systemsteuerprozessor 100 verbunden
ist, siehe 16. Der elektromagnetische
Kern 60 ist aus Ferrit gebildet.
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Eine
alternative Ausführungsform
des Kerns 60' ist
in den 11 und 11A veranschaulicht. In jeder
Ausführungsform
ist jeder der Polteile 60b' und 60c' mit einem sich
quer erstreckenden, kreisförmigen
Querschnitt versehen mit einer Fläche, welche die Fläche eines
sich quer erstreckenden Querschnittes des Jochteiles 60a' übersteigt.
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Wie
oben bemerkt, sind die erste und die zweite Schicht 39a und 39b des
ersten Abfühlschuhes 38 und
der Hauptkörper 59 des
zweiten Abfühlschuhes 38 vorzugsweise
aus Borcarbid gebildet. Borcarbid ist bevorzugt, weil: es gegen
Abrieb widerstandsfähig
ist; es einen niedrigen kinetischen Reibkoeffizienten hat, welcher
es erlaubt, daß sich
eine Papierbahn quer über
die ebenen Oberflächen 39d und 59d mit
minimalem Widerstand bewegt; es leicht ist; und es etwas elektrisch
leitfähig
ist und somit in der Lage ist, statische Ladungen von einer sich
bewegenden Papierbahn zu zerstreuen und das Anziehen von Schmutz
an die ebenen Oberflächen 39d und 59d zu
reduzieren. Zwar wird Borcarbid bei der bevorzugten Ausführungsform
verwendet, aber auch andere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften können benutzt
werden.
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Für sehr beanspruchte
Anwendungen können
die ebenen Oberflächen 39d und 59d sowie
die erste und zweite Oberfläche 39j, 39k, 59j und 59k durch
Eisenimplantation modifiziert werden, um ihre Abriebfestigkeit zu
erhöhen.
Alternativ können
Diamantfilme auf die Oberflächen 39d, 59d, 39j, 39k, 59j und 59k aufgebracht
werden.
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Die
ersten Enden 39f und 59f der ersten und zweiten
Abfühlschuhe 38 und 58 haben
die Formen eines abgewinkelten V, welche jeweils durch ihre ersten
und zweiten ebenen Flächen 39j, 39k und 59j, 59k gebildet
sind, siehe 5. Wie in
den 2 und 12 gezeigt ist, zeigen die
ersten Enden 39f und 59f zu der hereinkommenden
Papierbahn 12 hin. Die ersten Enden 39f und 59f wirken
so, daß sie
Staub, Schmutz und ähnliche
Teilchen 70 beiseite stoßen, welche von der sich bewegenden
Papierbahn 12 getragen werden, siehe 13. Somit wird verhindert, daß eine nicht
akzeptable Menge von Teilchen 70 die ebenen Oberflächen 39d und 59d der
ersten und zweiten Schuhe 38 und 58 berührt mit
der Folge, daß sich
weniger Fremdstoff auf den ebenen Oberflächen 39d und 59d aufbaut.
Die ersten Enden 39f und 59f wirken auch so, daß Falten 72 herausgeglättet werden,
die in der sich bewegenden Bahn 12 gebildet sind, die sonst,
wenn sie zwischen die Abfühlschuhe 38 und 58 gelangen
dürften,
fehlerhafte Papierdickenablesungen erzeugen würden. Die ersten Enden 39f und 59f wirken
zusätzlich
so, daß sie
Luft ablenken, welche mit der sich bewegenden Papierbahn 12 läuft, was
besonders bei Anwendung einer hohen Geschwindigkeit vorteilhaft
ist, wo eine Grenzluftschicht die Abfühlschuhe abheben kann.
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Aus
einem Vergleich der 3 und 7 geht hervor, daß die Breite
des ersten Abfühlschuhes 38 größer ist
als die Breite des zweiten Abfühlschuhes 58.
Der zweite Abfühlschuh 58 ist
so eng wie möglich aufgebaut,
damit er Falten 72 in der Bahn 12 besser handhaben
kann, siehe 13. Der
erste Abfühlschuh 38 ist
etwas breiter als der zweite Schuh 58, um eine mögliche Fehlausrichtung
des Abtastkopfes aufzunehmen.
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Wie
oben bemerkt, bewirkt die Steuereinrichtung 42 die Bewegung
des ersten Abfühlschuhes
die Bewegung des ersten Abfühlschuhes 38 relativ
zu der sich bewegenden Papierbahn 12. Das Gehäuse 40 der
Steuereinrichtung 42 ist fest an der Grundplatte 34 des
Gehäuses 32 angebracht,
siehe 2. Das Gehäuse 40 weist
ein vorstehendes inneres Teil 40a auf, welches die erste
und zweite innere Kammer 40b und 40c jeweils von
der anderen separiert. Die erste Kammer 40b steht mit der
zweiten Kammer 40c über
eine Bohrung 40d in Verbindung, welche sich durch das innere
Teil 40a erstreckt.
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Ein
Kolben 44 ist innerhalb der ersten Kammer 40b für die hin-
und hergehende Bewegung in dieser angeordnet. Eine Öffnung 44a erstreckt
sich durch den Kolben 44, um dem Fließmittel die Möglichkeit
zu geben, durch diesen hindurchzugelangen. Ein Anschlagteil 45 ist
zwischen dem Kolben 44 und dem inneren Teil 40a für die Begrenzung
des Abstandes angeordnet, um welchen der Kolben 44 zu der zweiten
Kammer 40c hin laufen kann. Eine erste Abdichtung 45a dichtet
das Anschlagteil 45 gegen die Innenwand 40b' der ersten
Kammer 40b ab. Eine zweite Abdichtung dichtet das Anschlagteil 45 gegen den
Kolben 44, wenn sich der Kolben 44 in seiner untersten
Position befindet. Eine Feder 44b ist auch zwischen dem
inneren Teil 40a und dem Kolben 44 für die Vorspannung
des Kolbens 44 in einer Richtung weg von der zweiten Kammer 40c angeordnet.
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Eine
Membran 46 erstreckt sich über eine Öffnung 40e in dem
Gehäuse 40 zur
Bildung einer flexiblen Wand für
das Einschließen
der zweiten Kammer 40c. Die Membran 46 ist über eine
Ringplatte 46a in Position befestigt.
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Der
Membran 46 ist eine drehbare, polymere Verbindereinrichtung 46b zugeordnet,
die ein unteres Sperrteil 46c hat, siehe 15. Ein Kanal 46d von geringem
Gewicht mit einem oberen Schlitz 46e ist fest mit dem Abfühlschuh 38 verbunden.
Der leichte Kanal 46d ist mit einem Gummischaumstoff 46d' gefüllt. Das
untere Sperrteil 46c gelangt durch den Schlitz 46e in
den leichten Kanal 46d und versperrt nach Drehung der Verbindungseinrichtung 46b den Abfühlschuh 38 gegen
die Membran 46.
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Eine
Fließmittelzufuhr 47 ist
für die
Zufuhr von unter Druck stehendem Fließmittel mit dem Gehäuse 40 verbunden,
in der dargestellten Ausführungsform
Luft, und zwar zu der ersten Kammer 40b hin und in ausreichender
Weise, um eine Bewegung des Kolbens 44 gegen die Feder 44b in
einer Richtung zu der zweiten Kammer 40c hin zu bewirken, siehe 2 und 14. Sobald Druckluft in die erste Kammer 40b gelangt,
tritt Druckluft auch über
die Öffnung 44a in
den Kolben 44 in die zweite Kammer 40c ein.
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Ein
Kabel 46f ist zwischen dem Kolben 44 und dem Verbinder 46b angeordnet
und fest mit diesem verbunden, siehe 2.
Wenn der Kolben 44 sich in seiner obersten Position befindet,
bewegt das Kabel 46f den Abfühlschuh 38 außer Eingriff
mit der sich bewegenden Papierbahn 12. Wenn der Kolben 44 sich
in seiner untersten Position befindet, begrenzt das Kabel 46f den
Abstand, um welchen der Abfühlschuh 38 sich
in einer Richtung fort von dem Gehäuse 40 bewegen kann,
wodurch eine Beschädigung
der Membran 46 durch Überdehnen
aus dem Gehäuse 40 verhindert
wird.
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Die
Fließmittelzufuhr 47 weist
eine Luftzufuhr 47a, eine Regeleinrichtung 47b,
ein Reglerdruckmeßinstrument 47c und
ein Solenoidventil 47d auf, siehe 14. Die Regeleinrichtung bzw. der Regler 47b hält den Luftdruck
aufrecht, der mit dem Solenoidventil 47d aus der Luftzufuhr 47a in
Verbindung steht, und zwar bei einem im wesentlichen konstanten
Wert, z.B. 1,5 bar. Das Druckmeßinstrument 47c fühlt den
Druck der Luft, die aus dem Regler 47b zu dem Solenoidventil 47d gelangt,
ab und zeigt ihn an. Der Systemprozessor 100 ist mit dem
Solenoidventil 47d verbunden und steuert seinen Betrieb. Wenn
das Solenoidventil 47d sich in seiner "offenen" Position befindet, gelangt Fließmittel
etwa unter dem am Meßinstrument 47c angezeigten
Druck in die erste Kammer 40b. Wenn sich das Solenoidventil 47d in seiner "geschlossenen" Position befindet,
wird das Fließmittel
daran gehindert, in die erste Kammer 40b zu gelangen.
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Sobald
Druckluft in die erste Kammer 40b gelangt, tritt entsprechend
den vorstehenden Ausführungen
Druckluft auch in die zweite Kammer 40c über die Öffnung 44a in
dem Kolben 44. Ein Meßinstrument 48a ist
mit dem Gehäuse 40 verbunden
und steht mit der zweiten Kammer 40c für das Abfühlen und Anzeigen des Fließmitteldruckes
in der zweiten Kammer 40c in Verbindung, siehe 14.
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Ein
Abfluß-
oder Überlaufventil 48 ist
dem Gehäuse 40 zugeordnet
und stellt die Verbindung mit der zweiten Kammer 40c her,
siehe 2. Das Abflußventil 48 sorgt,
wenn es in einer teilweise offenen Position ist, für einen
Luftpfad für
den Austritt aus der zweiten Kammer 40c.
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Vorzugsweise
wird das Abflußventil 48 eingestellt,
während
der Abtastkopf 30 in der Fabrik ist. Die Einstellung kann
dadurch erreicht werden, daß zuerst
das Ventil 48 ganz geöffnet
wird und danach das Ventil 48 langsam geschlossen wird,
bis der Druck in der zweiten Kammer 40c, wie vom Meßinstrument 48a abgelesen,
bei einem gewünschten Wert
steht, der ein Bruchteil des Wertes ist, der an dem Druckmeßgerät 47c angezeigt
wird. Wenn das Abflußventil 48 auf
diese Weise eingestellt wird, kann ein Bedienungsmann nachfolgend
den Druck in der zweiten Kammer 40c linear über den
Regler 47b variieren. Wenn der Regler 47b beispielsweise
auf 1,5 bar eingestellt ist, könnte
der Fließmitteldruck
in der zweiten Kammer 40c 30 millibar sein. Die Regeleinrichtung 47b sollte
so eingestellt sein, daß der
Druck in der ersten Kammer 40b ausreicht, um den Kolben 44 in
seine unterste Position zu zwingen. Alternativ kann das Abflußventil 48 wie
eine Beschränkungseinrichtung
mit fester Öffnung
angeordnet sein mit einer experimentell bestimmten Öffnung.
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Wenn
das Solenoidventil 47d sich in seiner "offenen" Stellung befindet, zwingt das in die
erste Kammer 40b eintretende Fließmittel den Kolben 44, sich
in seine unterste Position zu bewegen, wo er mit dem Anschlagteil 45 in
Eingriff tritt, siehe 2.
Sobald sich der Kolben 44 nach unten gegen die Feder 44b bewegt,
bewegt sich auch das Kabel 46f in gleicher Weise nach unten,
wodurch der Abfühlschuh 38 sich
unter dem Einfluß der
Membran 46 zu der sich bewegenden Papierbahn 12 hin
bewegen kann. Wenn sich das Solenoidventil 47d in seiner "geschlossenen" Position befindet,
wird das Fließmittel daran
gehindert, in die erste Kammer 40b zu gelangen, und eventuell
wird der Druck in der ersten und in der zweiten Kammer 40b und 40c auf
atmosphärischen
Druck reduziert. Sobald der Druck in der ersten und der zweiten
Kammer 40b und 40c abfällt, drückt die Feder 44b den
Kolben 44 in eine Aufwärtsrichtung
weg von der zweiten Kammer 40c und veranlaßt dadurch,
daß das
Kabel 46f den Abfühlschuh 38 außer Eingriff
mit der Papierbahn 10 bewegt.
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Ein
Druckwandler 48b steht auch mit der zweiten Kammer 40c in
Verbindung. Der Wandler 48b fühlt den Druck in der zweiten
Kammer 40c ab, erzeugt Drucksignale, die für den Druck
typisch sind, der in der zweiten Kammer 40c abgefühlt wird,
und überführt diese
Drucksignale zu dem Systemprozessor 100. Der Systemprozessor 100 überwacht
die Drucksignale, die von dem Wandler 48b empfangen werden,
und wenn in der zweiten Kammer 40c ein unakzeptables Druckniveau
erreicht wird, warnt der Prozessor 100 einen Bedienungsmann
der Papiermaschine 10, schließt das Solenoidventil 47d,
um zu verhindern, daß weitere
Luft in die erste Kammer 40b gelangt, oder unternimmt andere
geeignete Aktionen.
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Wenn
wir wieder auf 2 Bezug
nehmen, ist das Gehäuse 61 des
zweiten Abfühlschuhverbinders
und der Bewegungssteuereinrichtung 62 fest an der Grundplatte 54 des
Gehäuses 52 angebracht. Das
Gehäuse 61 weist
ein vorspringendes inneres Teil 61a auf, welches die ersten
und zweiten inneren Kammern 61b und 61c voneinander
trennt. Die erste Kammer 61b steht mit der zweiten Kammer 61c über eine
Bohrung 61d in Verbindung, welche sich durch das innere
Teil 61a erstreckt.
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Ein
Kolben 64 ist in der ersten Kammer 61b für die hin-
und hergehende Bewegung in dieser angeordnet. Eine Öffnung 64a erstreckt
sich durch den Kolben 64, um dem Fließmittel die Möglichkeit
zu geben, durch diesen hindurchzugelangen. Ein Anschlagteil 65 ist
zwischen dem Kolben 64 und dem inneren Teil 61a für die Begrenzung
des Abstandes angeordnet, um welchen der Kolben 64 zu der
zweiten Kammer 61c hin laufen kann. Eine erste Abdichtung 65a dichtet
das Anschlagteil 65 gegen die innere Wand 61b' der ersten Kammer 61b ab.
Eine zweite Abdichtung 65b dichtet das Anschlagteil 65 gegen den
Kolben 64 ab, wenn der Kolben 64 mit dem Anschlagteil 65 in
Eingriff kommt. Eine Feder 64b ist auch zwischen dem Innenteil 61a und
dem Kolben 64 für
die Vorspannung des Kolbens 64 in einer Richtung fort von
der zweiten Kammer 61c angeordnet.
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Eine
Membran 66 erstreckt sich quer über eine Öffnung 61e in dem
Gehäuse 61 zur
Bildung einer flexiblen Wand für
das Einschließen
der zweiten Kammer 61c. Die Membran 66 ist über eine
Ringplatte 66a in Position angebracht. Der Membran 66 ist eine
drehbare polymere Verbindungseinrichtung 66b zugeordnet,
die ein unteres Sperrteil (nicht gezeigt) hat, welches lösbar mit
einer Öffnung
in einem Leichtgewichtkanal 66d in Eingriff tritt, der
an dem zweiten Abfühlschuh 58 befestigt
ist.
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Eine
Fließmittelzuführung 67 ist
mit dem Gehäuse 61 für die Zuführung von
unter Druck stehendem Fließmittel
verbunden, in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel Luft, und zwar
zu der ersten Kammer 61b in ausreichender Weise, um die
Bewegung des Kolbens 64 gegen die Feder 64b in
einer Richtung zu der zweiten Kammer 61c hin zu bewirken,
siehe 2 und 14. Sobald Druckluft in die
erste Kammer 61b gelangt, tritt sie auch über die Öffnung 64a im
Kolben 64 in die zweite Kammer 61c ein.
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Ein
Kabel 66f ist zwischen dem Kolben 64 und der Verbindungseinrichtung 66b angeordnet
und mit diesen fest verbunden. Wenn sich der Kolben 64 in
seiner untersten Position befindet, bewegt das Kabel 66f den
Abfühlschuh 58 außer Eingriff
mit der sich bewegenden Papierbahn 12. Wenn sich der Kolben 64 in
seiner obersten Position befindet, begrenzt das Kabel 66f den
Abstand, um welchen der Abfühlschuh 58 sich
in einer Richtung fort von dem Gehäuse 61 bewegen kann,
wodurch eine Beschädigung
der Membran 66 durch Überdehnen
vom Gehäuse 61 verhindert
wird.
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Die
Fließmittelzufuhr 67 weist
eine Regeleinrichtung bzw. einen Regler 67b auf, die bzw.
der mit der Luftzufuhr 47a in Verbindung steht, und weist
ein Reglerdruckmeßinstrument 67c sowie
ein Solenoidventil 67d auf, siehe 14. Der Regler 67b hält den Druck
der Luft, die von der Luftzufuhr 47a zu dem Solenoidventil 67d übertragen
ist, bei einem im wesentlichen konstanten Wert, z.B. 1,5 bar. Das
Druckmeßinstrument 67c fühlt den
Druck der Luft, die von dem Regler 67b zum Solenoidventil 67d gelangt,
ab und zeigt ihn an. Der Systemprozessor 100 ist mit dem Solenoidventil 67d verbunden
und steuert seinen Betrieb. Wenn sich das Solenoidventil 67d in
seiner "offenen" Position befindet,
gelangt Luft unter nahezu dem auf dem Meßinstrument 67c angezeigten
Druck in die erste Kammer 61b. Wenn sich das Solenoidventil 67d in
seiner "geschlossenen" Position befindet,
wird verhindert, daß Luft
in die erste Kammer 61b gelangt.
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Wenn
Druckluft in die erste Kammer 61b gelangt, tritt entsprechend
den vorstehenden Ausführungen
Druckluft auch in die zweite Kammer 61c über die Öffnung 64a im
Kolben 64 ein. Ein Meßinstrument 68a ist
mit dem Gehäuse 61 verbunden
und steht mit der zweiten Kammer 61c in Verbindung zum Abfühlen des
Luftdruckes in der zweiten Kammer 61c, siehe 14.
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Ein
Abflußventil 68 ist
dem Gehäuse 61 zugeordnet
und steht mit der zweiten Kammer 61c in Verbindung, siehe 2. Das Abflußventil 68 sorgt für einen
Luftweg, wenn es sich in einer teilweise offenen Position befindet,
für Luft,
so daß diese
aus der zweiten Kammer 61c austritt. Das Abflußventil 68 ist vorzugsweise
wie das Abflußventil 48 in
der gleichen Weise eingestellt.
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Wenn
sich das Solenoidventil 67d in seiner "offenen" Position befindet, tritt Fließmittel
in die erste Kammer 61b ein und zwingt den Kolben 64,
daß er sich
zu der zweiten Kammer 61c hin bewegt, bis er mit dem Anschlagteil 65 in
Eingriff tritt, siehe 2. Sobald
der Kolben 64 sich nach oben gegen die Feder 64b bewegt,
bewegt sich ebenso das Kabel 66f nach oben und ermöglicht dadurch,
daß sich
der Abfühlschuh 58 unter
dem Einfluß der
Membran 66 auf die sich bewegende Papierbahn 12 hin
bewegt. Wenn sich das Solenoidventil 67d in seiner "geschlossenen" Position befindet,
wird das Fließmittel daran
gehindert, in die erste Kammer 61b zu gelangen, und eventuell
wird der Druck sowohl in der ersten als auch in der zweiten Kammer 61b und 61c auf atmosphärischen
Druck reduziert. Sobald der Druck in der ersten und zweiten Kammer 61b und 61c abfällt, zwingt
die Feder 64b den Kolben 64 in einer Abwärtsrichtung
weg von der zweiten Kammer 61c und veranlaßt das Kabel 66f,
den Abfühlschuh 58 außer Eingriff
mit der Papierbahn 12 zu bewegen.
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Ein
Druckwandler 68b steht auch mit der zweiten Kammer 61c in
Verbindung. Der Wandler 68b fühlt den Druck in der zweiten
Kammer 61c ab, erzeugt Drucksignale, welche für den Druck
typisch sind, welcher innerhalb der zweiten Kammer 61c abgefühlt ist,
und überträgt diese
Signale zu dem Systemprozessor 100. Der Systemprozessor 100 überwacht
die Drucksignale, die von dem Wandler 68b aufgenommen werden,
und wenn ein nicht akzeptables Druckniveau in der zweiten Kammer 61c erreicht ist,
warnt der Prozessor 100 einen Bedienungsmann der Papiermaschine 10,
schließt
das Solenoidventil 67d, um zu verhindern, daß weitere
Luft in die erste Kammer 61b gelangt, oder unternimmt andere
geeignete Schritte.
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Die
Art und Weise, auf welche das Dickenmeßsystem 5 die Dicke
einer sich bewegenden Papierbahn 12 überwacht, wird nun beschrieben.
Sobald Luft unter Bezugnahme auf 2 auf
die ersten Kammern 40b und 61b aufgebracht wird,
bewegen sich die Kolben 44 und 64 zu der sich
bewegenden Papierbahn 12 hin, bis sie mit den Anschlagteilen 45 und 65 in
Eingriff kommen. Die Kabel 46f und 66f bewegen
sich mit den Kolben 44 und 64. Aus den ersten
Kammern 40a und 61a in die zweiten Kammern 40c und 61c gelangende
Luft veranlaßt
die Membranen 46 und 66, sich zu der sich bewegenden
Papierbahn 12 hin auszudehnen. Hierdurch werden ihrerseits
die ersten und zweiten Abfühlschuhe 38 und 58 veranlaßt, mit
der sich bewegenden Papierbahn 12 in Eingriff zu kommen.
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Es
wird bemerkt, daß jede
der Membranen 46 und 66 eine gewellte oder geriffelte
oder gerippte Gestalt hat, siehe 2 und 6. Infolge dieser besonderen
Gestalt nimmt man an, daß jede
der Membranen 46 und 66 eine im wesentlichen konstante
Kraft über
einen breiteren vertikalen Verschiebebereich als den auf ihren Abfühlschuh
aufbringt, der zuvor beim Stand der Technik möglich war.
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Wie
oben bemerkt, weist der erste Abfühlschuh 38 einen Hauptkörper 39 auf,
der aus ersten und zweiten Schichten aus Borcarbid 39a und 39b und
einer Zwischenschicht aus Ferrit 39c gebildet ist. Ferrit
ist ein Material mit magnetischer Suszeptibilität. Der untere Abfühlschuh 58 weist
einen elektromagnetischen Kern 60 auf mit einem Jochteil 60a sowie ersten
und zweiten Polteilen 60b und 60c. Eine Abfühlspule 60f ist
um das Jochteil 60a gewickelt und ist mit dem Abfühlschaltkreis 90 verbunden,
der seinerseits mit dem Prozessor 100 verbunden ist, siehe 16.
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Der
Abfühlschaltkreis 90 weist
einen L-C-Oszillator 92 auf, welcher Impulse veränderlicher
Frequenz erzeugt, weist ferner eine phasenstarre Schaltung, einen
PLL-Kreis 94 auf, der eine Umwandlung Frequenz-in-Spannung
durchführt,
und weist ein Ausgangsfilter 96 auf.
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Ein
Fließweg
wird durch den Kern 60, die sich bewegende Papierbahn 12 und
die Ferritschicht 39c geschaffen. Die Lücke bzw. der Spalt zwischen dem
Kern 60 und der Ferritschicht 39c verändert sich entsprechend
der Stärke
oder Dicke der sich bewegenden Papierbahn 12. Sobald sich
der Spalt verändert, ändert sich
die Induktanz der Spule 60f, die ihrerseits eine Änderung
der Resonanzfrequenz des L-C-Oszillators 92 hervorruft.
Der PLL-Kreis 94 wandelt kleine Frequenzveränderungen
des L-C-Oszillators 92 in ein Spannungsniveausignal um.
Das sich ergebende Spannungsniveausignal wird auf Rauschen vom Ausgangsfilter 96 gefiltert
und gelangt dann zu einem Analog-Digital(A/D)-Wandler 100a, der
in der dargestellten Ausführungsform
einen Teil des Prozessors 100 bildet. Mit dieser Anordnung
ist der A/D-Wandler 100a in der Lage, von etwa 1000 bis 5000
Ablesungen mit 16 Bits Auflösung
pro Sekunde aufzunehmen. Das Abfühlen
mit dem PLL-Kreis ist viel schneller und gibt eine bessere Auflösung als
frühere
Schaltungen, die in typischer Weise Oszillatorimpulse direkt zählten.
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Der
Prozessor 100 verarbeitet das digitalisierte Spannungsniveausignal,
um Zacken zu entfernen, die sich von einem oder beiden der ersten
und zweiten Abfühlschuhe 38 und 58 ergeben,
welche mit Klumpen in der sich bewegenden Papierbahn 12 in Eingriff
kommen. 17 zeigt in
Form eines Flußdiagrammes
die Schritte, die von dem Prozessor 100 durchgeführt werden,
um solche Zacken zu entfernen.
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Gemäß der Darstellung
besteht der erste Schritt 102 darin, ein digitalisiertes
Spannungsniveausignal aus dem Analog-Digital-Wandler 100a aufzunehmen.
Beim Schritt 104 wird das digitialisierte Signal als erstes
Signal gespeichert.
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Beim
Schritt 106 wird das digitalisierte Signal durch ein Niederpaßfilter,
z.B. 100 Hz, hindurchgeführt,
welches dazu dient, aus abgetasteten Klumpen sich ergebende Zacken
zu schwächen
bzw. zu unterdrücken.
Beim Schritt 108 wird eine Differenz zwischen dem ursprünglichen,
digitalisierten Spannungsniveausignal und dem gefilterten, digitalisierten Spannungsniveausignal
genommen. Beim Schritt 110 wird der absolute Wert der Differenz
zwischen dem originalen und dem gefilterten Signal bestimmt. Beim
Schritt 112 wird der absolute Wert verstärkt, z.B.
durch eine Verstärkung
mit Faktor 3, um das System zu normalisieren. Beim Schritt 114 bestimmt der
Prozessor 100, ob der verstärkte Wert einen vorbestimmten
Wert überschreitet,
z.B. 1 für
ein geeignet normiertes System. Wenn nicht, ist ein Klumpen nicht
erfaßt
worden, und das augenblickliche, digitalisierte Spannungsniveausignal,
d.h. das erste Signal, wird als ein Distanzsignal ausgegeben, welches vom
Prozessor 100 verwendet wird, um die Dicke der Papierbahn 12 zu
bestimmen, und das Ausgangssignal wird als ein zweites Signal gespeichert,
siehe Schritte 116 und 118. Wenn ja, ist ein Klumpen
erfaßt worden,
und das zweite Signal, d.h. das vorherige Ausgangssignal, wird als
Abstandssignal ausgegeben, welches von dem Prozessor 100 für die Bestimmung
der Dicke der sich bewegenden Papierbahn 12 benutzt wird,
siehe Schritt 120. Der Distanzsignalausgang entweder in
Schritt 116 oder Schritt 120 wird hier auch als
ein bezüglich
Klumpen korrigiertes Signal (klumpenkorrigiert) verstanden und bezeichnet.
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Im
allgemeinen existiert ein Klumpen unter den ersten und zweiten Abfühlschuhen 38 und 58 eine
sehr kurze Zeit lang, z.B. ein oder zwei Millisekunden. Wenn die
Probenahme bzw. Abtastung des Ausganges aus der Abfühlschaltung 90 mit
etwa 1000 Momentwerten pro Sekunde durchgeführt wird, sind nur etwa ein
oder zwei aufeinanderfolgende Probewerte fehlerhaft. Somit wird
das zweite Signal, welches bei dem Schritt 118 gespeichert
wird, ausgewählt,
denn es ergab sich aus einem vorherigen, nicht fehlerhaften Momentwert,
d.h. ein Wert, der erzeugt wurde, bevor der Klumpen zwischen den
ersten und zweiten Abfühlschuh 38 und 58 gelangt
war. Bei der dargestellten Ausführungsform
wird, wenn das erste Signal als das Ausgangssignal benutzt wird,
dieses auch als das zweite Signal gespeichert, um dadurch das zweite
Signal auf den neuesten Stand zu bringen bzw. zu aktualisieren oder
fortzuschreiben. Für
andere Ausführungsformen
können auch
frühere
Signale, wie z.B. dasjenige Signal, welches vor dem letzten Ausgangssignal
erzeugt wurde, verwendet werden.
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Demgemäß werden
für Klumpen
typische bzw. repräsentative
Zacken in wirksamer Weise von dem Signal entfernt, welches verwendet
wird, um die Stärke
bzw. Dicke der sich bewegenden Papierbahn 12 zu bestimmen,
um die Dicke genauer zu bestimmen. Jedoch ist die Anzahl der Klumpen,
die man während
der Dickenmessung antrifft, auch wichtig, und so hält der Prozessor 100 die
Zählung
der Anzahl von erfaßten
Klumpen, siehe Schritt 122.
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Das
Meßsystem 5 der
vorliegenden Erfindung ist auch in der Lage, ein Kalanderstrichprofil
zu schaffen, welches typisch ist für schnelle Dickenveränderungen
längs der
sich bewegenden Bahn 12 in Bewegungsrichtung der Bahn bzw.
des Bogens 12. Das Strichprofil ist vorteilhaft, denn es
sorgt für
eine relative Anzeige von Vibrationen über die Kalanderwalzen 11 der
Papiermaschine 10. Eine solche Information ist nützlich beim
Diagnostizieren der Dickenveränderlichkeit
der Bahn 12, welche aus Falzenvibrationsproblemen bei der
Papiermaschine 10 entsteht.
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Der
Prozessor 100 erzeugt das Strichprofil durch Bestimmen
und Aufzeichnen einer absoluten Spitre-zu-Spitze-Differenz der Dickenauslesungen innerhalb
jeder einer Vielzahl von Datenfeldern. Jedes Datenfeld (Datenbox)
wird durch eine Vielzahl von ausgegebenen, klumpenkorrigierten Signalen definiert,
die entsprechend den Schritten gemäß 17 von dem Prozessor 100 erfaßt werden.
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Der
Prozessor 100 bestimmt die absolute Differenz Spitze-zu-Spitze
für ein
gegebenes Datenfeld dadurch, daß die
maximalen und minimalen klumpenkorrigierten Signale innerhalb des
gegebenen Datenfeldes identifiziert werden und eine Differenz zwischen
den identifizierten maximalen und minimalen Abstandssignalen genommen
wird. Die erfaßte
Differenz definiert für
das gegebene Datenfeld die Differenz Spitze-zu-Spitze. Eine grafische
Darstellung, die ein beispielhaftes Strichprofil zeigt, welches
Vibrationen anzeigt, die in der Mitte der Bahn am heftigsten sind
und an den Kanten der Bahn kleinere Amplitude haben, ist in 18 gezeigt. Die Dauer des
Datenfeldes für
das Strichprofil kann so ausgewählt
werden, daß jedes
Feld den gewünschten
Bahnlauf repräsentiert.
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Die
Erfindung ist im einzelnen und unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
derselben beschrieben worden, es versteht sich aber, daß Modifikationen
und Veränderungen
möglich sind,
ohne daß der
Rahmen und Schutzumfang der Erfindung verlassen wird, wie er in
den anliegenden Ansprüchen
vorgegeben ist.