DE2057798A1

DE2057798A1 - Geraet zum Pruefen von Materialbahnen

Info

Publication number: DE2057798A1
Application number: DE19702057798
Authority: DE
Inventors: Knight Richard Langhiam Castle; Stringer Peter Jack Eldon; Waye Donald Gordon
Original assignee: Consolidated Paper Bahamas Ltd
Current assignee: Consolidated Paper Bahamas Ltd
Priority date: 1969-11-24
Filing date: 1970-11-24
Publication date: 1971-06-09
Also published as: CA919937A; JPS5144428B1; SE361526B; US3718037A; GB1328661A; FR2072248A5

Description

r „ r. DA-6828

Dr. O. Diitn^n Ii. L. Z^l or. r.,. _re,_3r ^. ,,_g. _P. _strsh,

8 München £0, ^ "_a ^₃, toiefan 45 40 40 2057 7 9

Beschreibung

zu der

Patentanmeldung der Firma

Consolidated Paper (Bahamas) Limited, 50 Frederick Street, (P.O.Box 288), Nassau, Bahamas

betreffend Gerät zum Prüfen von Materialbahnen

(Priorität: 24.11.69, Ser.No. 068, 261, Canada)

Die Erfindung betrifft einen Spannungsprüfer, insbesondere einen solchen, der in der Lage ist, örtliche Spannungen in einer sich bewegenden Bahn, beispielsweise an einer Papiermaschine, kontinuierlich anzuzeigen. Speziell bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Prüfgerät, das eine kontinuierliche Anzeige des Elastizitätsmoduls einer Bahn anzeigt.

Das Konzept der Spannungsmessung unter Verwendung einer Vakuumkammer ist nicht vollständig neu. Es ist beispielsweise vorgeschlagen worden, die volle Breite einer Bahn nach unten in ^e ine Vakuumkammer zu ziehen, durch die Kammer Licht zu richten, dadurch den Ablenkwinkel der Bahn in die Kammer hinein zu ermitteln und eine Anzeige der gesammten Bahnspannung zu erhalten. Ein derartiges Gerät genügt für manche Anwendungsfälle, es vermittelt ,jedoch keine Anzeige örtlicher Bahnspannungen, wie es erforderlich ist, um den Betrieb einer Maschine 'zu Justieren.

Bis vor kurzem war es nicht möglich, örtliche Spannungen und Schwankungen in einer Materialbahn zu messen, da es die erfor-

109824/1162

derlichen Instrumente nicht gab. Eine Eigenschaft der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einseitige tastende Messung der örtlichen Spannung und des Elastizitätsmoduls einer sich bewegenden Materialbahn zu schaffen.

Die Messung des Elastizitätsmoduls einer Papierbahn stellt eine

außerordentlich praktische und sehr wichtige Eigenschaft der vorliegenden Erfindung dar. Diese Messung dürfte dazu verwendet werden.können, die physikalischen Eigenschaften der Bahn genau zu kontrollieren bzw. eine genauere Anzeige dieser Eigenschaften zu vermitteln.

Kurz gesagt bezieht sich die Erfindung auf ein Prüfgerät, das folgende Elemente umfaßt: Eine Vertiefung mit einer Mündungsöffnung, eine Einrichtung zum Evakuieren der Vertiefung, eine Einrichtung, die die zu prüfende Bahn quer zu der Öffnung der Fertiefung hält, wobei die Öffnung eine geringere Breite hat als die zu prüfende Bahn, sowie eine Einrichtung zur Messung der Ablenkung der Bahn in die Vertiefung hinein. Spezieller umfaßt die Erfindung ein Paar derartiger in Abstand voneinander angeordneter Geräte, wobei von den beiden Vertiefungen unterschiedliche Kräfte auf die Bahn ausgeübt v/erden, sowie eine Einrichtung zum Vergleichen der Bahnablenkung an den beiden Vertiefungen und zum Berechnen des Elastizitätsmoduls der Bahn. Vorzugsweise haben die beiden Öffnungen dabei unterschiedliche Breite.

Weitere Eigenschaften, Aufgaben und Vorteile der Erfindung erge^ ben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen; darin zeigen:

Fig. 1 eine perspekivische Darstellung eines erfindungsgemäß gebauten Fühlgeräts;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1, in dem ein Teil des Geräts schematisch dargestellt ist;

109824/1162

Fig. 3 eine schematische Veranschaulichung eines erfinduhgsgemäß aufgebauten Spannungsprüfersj und

Fig. 4 eine isometrische Darstellung einer Einrichtung, die den Fühlkopf quer über eine Materialbahn führt, wobei zur klareren Darstellung verschiedene Teile weggelassen sind.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, umfaßt das erfindungsgemäße Fühl- oder Tastgerät 10 einen Haupttragrahmen oder - block 12, auf dem in der dargestellten Ausführungsform ein Paar von Tastköpfen 14 und 16 angeordnet ist. An den beiden Enden des Gerätes 10 ist eine Niederhalteplatte 20 oder dgl. vorgesehen.

Der Kopf 14 ist aus einem Block 22 geformt, der auf seiner freiliegenden Fläche 24 eine nach innen ragende Randnut bzw. einen nach innen ragenden Randkanal 26 sowie eine Vertiefung aufweist, die sich in der Mitte des von der Nut 26 begrenzten Bereichs in der Fläche 24 befindet. In der Mitte der Vertiefung 28 ist ein Verschiebungs-Wandler 30 oder ein sonstiges ähnliches Gerät angeordnet, das an eine geeignete Ausrüstung anschließbar ist, um, wie im folgenden im einzelnen beschrieben werden soll, je nach der speziellen Funktion des Gerätes die Spannung oder eine sonstige charakteristische Eigenschaft anzuzeigen. Die Nut 26 und die Vertiefung 28 sind über eine Leitung 32 und eine Zweigleitung 34 an eine geeignete Vakuumquelle, etwa einen Vakuumbehälter 60 (siehe Fig. 3), angeschlossen. In der Leitung 34 ist ein Druckregelventil 35 vorgesehen, so daß das Vakuum in der Nut 26 vorzugsweise etwas höher ist als in der Vertiefung 28.

Der zweite Tastkopf 16 besteht aus einem Block 36, auf dessen feiliegender Fläche 42 ein Paar von konzentrischen Randnuten oder Randkanälen 38 und 40 vorgesehen ist. Eire der Vertiefung 28 ähnliche Vertiefung 44 ist mit einem Meßgerät 46 ähnlich dem Gerät 30, nämlich einem Wandler oder dgl., versehen, das in der Mitte des von den Randnuten 38 und 40 begrenzten Bereichs angeordnet ist. Die Nuten 38 und 40 sowie die Vertiefung 44 sind über eine Leitung 48 mit Zweigleitungen 50 und 52 an eine

10982A/ 1162

Vakuumquelle, etwa den Vakuurabehalter 60, angeschlossen. Die zu der Vertiefung 44 führende Leitung 50 ist mit einem Druckregelventil 53 versehen, um den Druck in der Vertiefung 44 etwas höher als in den Nuten 38 und 40 zu halten.

Die Vertiefungen 28 und 44 haben unterschiedliche Größen, d.h. sie haben Öffnungen mit verschiedenen Größen oder Umfangen, speziell mit verschiedenen minimalen Breiten, um eine Messung des Elastizitätsmoduls zu gestatten, wie dies im folgenden beschrieben wird. In alternativer Ausführung können die Vertiefungen auch die gleiche Größe haben und mit unterschiedlichen Vakua beaufschlagt sein; oder die Vertiefungen können verschiedene Größen und verschiedene Vakua aufweisen.

Die Form der Öffnung bzw. Mündung der Vertiefungen 26 und 44 ist ebenfalls wichtig. Es hat sich herausgestellt, daß die öffnung dieser Vertiefungen im wesentlichen oval geformt sein sollte, wobei im wesentlichen gerade Seitenkanten senkrecht zur Bewegungsrichtung der Bahn durch Halbkreise verbunden sein sollen, und der Abstand zwischen den geraden Kanten die Breite der Vertiefung in Maschinenrichtung definiert. Diese Breite sollte vorzugsweise geringer sein als die Länge der Vertiefung quer zur Maschinenrichtung. Sind die Enden der Vertiefungen nicht abgerundet, d.h. im wesentlichen halbkreisförmig, so hat sich gezeigt, daß die Bahn an den Ecken möglicherweise Falten wirft, wodurch sich die Genauigkeit des Gerätes erheblich vermindert.

Man hat gefunden, daß es für Papier ausreichend ist, wenn die Vertiefungen- 28 und 44 in Bewegungsrichtung der Bahn eine Breite von 3,2 bzw. 4,5cm haben, um den Elastizitätsmodul der Bahn zu messen. Generell sollten die Vertiefungen für ausreichende Empfindlichkeit mindestens 2,5cm breit sein, v/as jedoch von dem verwendeten Wandler abhängt; sie sollten ferner normalerweise nicht breiter als 5cm sein, da wenig gewonnen wird, wenn man die Vertiefungen breiter macht. Für Pappe oder steifere Bahnen sind möglicherweise breitere Vertiefungen erforderlich. In Quer-

109824/1162

richtung, d.h. in der Längsachse der Vertiefung, sollte die Öffnung etwa das Doppelte der Breite haben, geraessen in Rich-• tung der Papierbewegung, d.h. in Richtung der kurzen Achse der Vertiefung, um den der Verbiegung der Bahn an den Enden der Vertiefung zugefügten Fehler so klein wie möglich zu machen. Sollte es aus irgendwelchen Gründen erwünscht sein, die Spannung und den Elastzitätsmodul quer zur Maschine zu messen, so können die Vertiefung bzw. Vertiefungen um 90° gedreht werden.

Die Anzahl der Nuten oder Kanäle 26, 38 und 40, wie sie um die Veriefungen 28 bzw. 44 herum angeordnet sind, ist unkritisch. In dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel weisen der Kopf 14 eine einzige Nut und der Kopf 16 ein Paar von Randnuten auf.

Die Niederhalte-Platten oder -Flächen 20 sind mit mehreren Öffnungen 54 (in jeder Fläche sind 3 davon gezeigt) versehen, die jeweils über eine Verteilungsleitung 56 und eine Leitung 58 an eine geeignete Druckluftquelle angeschlossen sind.

Die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Gerätes soll zunächst anhand des in Fig. 3 schematisch gezeigten Aufbaus beschrieben werden, wobei eine einzige Vertiefung, etwa die Vertiefung 28, benützt wird, um die Spannung zu messen. (Dabei sollen der Elastizitätsmodul oder sonstige Eigenschaften des Papiers, die die Ablesung des Gerätes beeinflussen könrien, im wesentlichen konstant sein.) Im Anschluß daran soll auf die Anordnung nach Fig. 1 und 2 mit zwei Vertiefungen Bezug genommen werden, die zur Messung des Elastizitätsmoduls (bzw. der Situation, bei der der Modul oder sonstige Eigenschaften die Ablesung beeinflussen) dient.

Wie in Fig. 3 gezeigt, entzieht eine Vakuumpumpe 62 oder dgl. dem Behälter 60 Luft, um eine geeignete Vakuumquelle zu bilden, so daß die Porosität des Papiers oder eine Schwankung in der Porosität nur vernachläoolgbaren Einfluß auf die erzielten Ergebnisse hat. Der Vakuumbehälter 60 ist über die Leitungen 32 und

109824/1162

mit der Nut bzw. dem Kanal 26 und der Kammer 28 verbunden. Vorzugsweise ist das Vakuum in der Nut 26 um etwa 50mm Wassersäule höher als das in der Kammer 28. Gleichzeitig wi-rd Druckluft entweder von der Pumpe 62 oder einer sonstigen Druckquelle über die Leitungen 58 durch die Öffnungen 54 in den Platten 20 gepumpt.

Über die Flächen oder Platten 20 sowie die Oberfläche 24 des Tastkopfes 14 wird eine Papierbahn 64 geführt. Die von den Öffnungen 54 austretenden Strahlen wirken auf die Bahn 64 und halten sie nach dem "Coanda"-Effekt nahe der Oberfläche dieser Platten 20 und damit in ihrer Lage. Die Bahn 64 mag sich kontinuierlich über den Kopf 14 bewegen und wird gegen die Oberfläche 24 durch das Vakuum in der Randnut 26 gehalten, das auch dazu dient, Luft-Leckströmungen in die Kammer 28 außen durch die Bahn hindurch zu verhindern. Das Vakuum in der Kammer 28 biegt die Bahn 64 in die Kammer hinein und verschiebt das Tastelement des Verschiebungs-Wandlers 30, der ein der Verschiebung entsprechendes Ausgangssignal erzeugt. Das Maß der Verschiebung der Bahn 64 in die Vertiefung 28 hinein ist für einen gegebenen Modul ungefähr proportional zur Spannung in der Bahn; daher kann der Verschiebungs-Wandler 30 zur direkten Ablesung der Spannung geeicht werden, und das erzeugte Signal kann durch einen Verstärker 66 verstärkt werden, so daß ein aufzeichnendes Meßinstrument 68 zur direkten Anzeige der Spannung betrieben werden kann. Falls gewünscht, kann der Ausgang des Wandlers 30 auch an eine automatische Steuereinrichtung 69 angeschlossen sein, um den Betrieb einer Maschine, auf der sich die Bahn bewegt, automatisch zu regeln.

Ist der Elastizitätsmodul nicht im wesentlichen konstant oder

solll^gemessen werden, so müssen zwei Vertiefungen, etwa die Vertiefungen 28 und 44 mit unterschiedlichen offenen Bereichen, verwendet werden j vorzugsweise sollten diese Vertiefungen wegen der Genauigkeit in Richtung der Bahnbewegung fluchten, so daß beide die gleiche Stelle längs der Bahn messen. Es läßt sich zeigen, daß für die beiden Vertiefungen 28 und 44 die Gleichung

T = Pw² - 8eh²

8h 3v

109824/1162

gilt; darin bedeuten T = die Spannung in kg/cm Länge;

w = die Kammerbreite in Bewegungsrichtung

(minimale Breite) in cmj

ρ P = das Vakuum in der Kammer in kg/cm";

h = die maximale Ablenkung des Papiers in

' die Vertiefung hinein in cm; e β den Elastizitätsmodul in kg/cm Länge.

Bei Verwendung zweie» Vertiefungen mit unterschiedlichen Breiten und gleichzeitiger Lösung eines Paares dieser Gleichungen läßt sich eine direkte Ablesung sowohl der Spannung als auch des Elastizitätsmoduls der Bahn erzielen.

In der Anordnung nach Fig. 1 und 2 werden die Auslenkungen der Wandler 30 und 46 verstärkt und in einem Rechner 70 verglichen, und das Ausgangssignal wird den Anzeige- oder Aufzeichnungsgeräten 68 bzw. 72 zugeführt, um den Elastizitätsmodul der Bahn kontinuierlich anzuzeigen. Falls gewünscht, kann der Ausgang des Rechners 70 an eine automatische Steuerung 74 angeschlossen sein, um eine Funktion der Maschine, auf der sich die Bahn bewegt, gemäß den gemessenen Werten automatisch zu regeln.

Vorzugsweise ist der Kopf 10 quer zur Papierbahn 64 bewegbar montiert, um Ablesungen der Spannung und des Elastizitätsmoduls über die Breite der Bahn zu erhalten. Ein Gerät zum Abtasten der Bahn ist in Fig. 4 gezeigt. Danach hängt der Kopf 10 an einer Schiene 100, die über der Bahn 64 an Pfosten 103 montiert ist und die außerdem eine Gewindespindel 102 trägt. Die Spindel 102 durchsetzt ein Auge 104, das einen Teil der Befestigung des Kopfes 10 an der Schiene 100 bildet, so daß sich der Kopf 10 bei Drehen der Spindel 102 über die Bahn 64 hin- und herbewegt. Eine geeignete Antriebsvorrichtung zum Drehen der Gewindespindel 102 ist bei 106 angegeben. Zum Anschluß des Kopfes 10 an die Vakuum- und Druckluftleitungen können beliebige geeignete flexible Verbindungen dienen.

Wenn auch nur eine einzige Meßvorrichtung zum Hessen der Spannung und des Elastizitätsmoduls gezeigt ist, können dennoch selbstver-

109824/1162

ständlich mehrere solcher Geräte quer zur Bahn angeordnet sein, um die charakteristischen Eigenschaften der Bahn an einzelnen Stellen über die Breite der Bahn gleichzeitig abzulesen.

Die vorstehende Beschreibung befaßt sich in erster Linie mit einem Apparat zum Hessen der Spannung und/oder des Elastizitätsmoduls. Sind diese Parameter bekannt, so kann das Gerät auch zur Anzeige der Reißfestigkeit verwendet werden, die sich aus dem Modul

und der Spannung durch Rechnung ableiten läßt. Ähnlicn lassen ^ 2 oerechnen

sich MasBenmodul und -spannung, gemessen in kg/cm iflrierm. das Dickenmaß der Bahn b2w. Folie bekannt ist, indem man Spannung und Modul verwendet, wie man sie von dem Grundgerät erhält. Aus einer Aufzeichnung der Spannung und des Moduls können ferner Streckung oder Längung erhalten werden. Es gibt also eine Vielzahl v/eiterer Charakteristika, die man von dem oben beschriebenen Grundgerät erhalten kann; durch Vorsehen einer Vielzahl von Vertiefungen und einer geeigneten Rechenausrüstung kann der Apparat so umgebaut werden, daß er Richtungsanzeigen für alle diese Charakteristika vermittelt.

Im Vorstehenden ist die Höhe des Vakuums konstant gehalten, und es v/erden die Änderungen in der Tiefe der Bahnauslenkung zur Anzeige der Spannung und/oder des Elastizitätsmoduls gemessen. Falls gewünscht, läßt sich das gleiche Ziel mit dem obigen Gerät dadurch erreichen, daß man einfach eine konstante BahnausIenkung beibehält und die Höhe des Vakuums mißt, das zur Aufrechterhaltung dieser konstanten Auslenkung erforderlich ist. (Wie oben werden Schwankungen in der Porosität usw. dadurch berücksichtigt, daß die vakuumbildende Ausrüstung in der Lage ist, mit unterschiedlichen Luftströmen zu arbeiten.)

Die obige Beschreibung ist in erster Linie auf die Verwendung einer Vakuumkammer für die Auslenkung der Bahn gerichtet. Es ist offensichtlich, daß sich das Prinzip dee Differenzialdrucks zwischen entgegengesetzten Seiten der Bahn auch durch andere Mittel erzielen läßt, indem beispielsweise ein positiver Druck unter Verwendung einer entsprechenden Einrichtung zum Begrenzen des ausgelenkten Bahnbereichs benützt wird.

109824/1162

Claims

Patentansprüche,

M. JGerät zum Prüfen von Eigenschaften einer Materialbahn, g ekennzeichnet durch eine pneumatische Einrichtung (60, 62) zum Auslenken der Bahn (64), eine Einrichtung (28, 44) zum Abgrenzen des durch die pneumatische Einrichtung ausgelenkten Bereiches der Bahn sowie eine Einrichtung (30, 46) zum Fühlen der Auslenktendenz der Bahn, wobei der ausgelenkte Bereich in jeder Richtung kleinere Abemssungen hat als die Bahn.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abgrenzen des Bereiches der Bahn (64) eine Vertiefung (28, 44) mit einer Öffnung aufweist.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum pneumatischen Auslenken der Bahn (64) eine Einrichtung (60, 62) umfaßt, die in der Vertiefung (28, 44) ein Vakuum erzeugt.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Fühlen der Auslenktendenz der Bahn (64) eine Einrichtung (30, 46) zum Messen der Auslenkung der Bahn umfaßt und die Einrichtung (60, 62) zur Erzeugung eines Vakuums eine Einrichtung aufweist, die dieses Vakuum in der Vertiefung (28, 44) im wesentlichen konstant hält.
5. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30, 46) zum Fühlen der Auslenktendenz der

109824/1162

Bahn (64) die Einrichtung (60, 62) zur Erzeugung eines Vakuums derart einstellt, daß die Auslenkung im wesentlichen konstant bleibt, und daß die charakteristischen Eigenschaften der Bahn durch Messung des in der Vertiefung (28, 44) erzeugten Vakuums bestimmt wird.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch einen die Vertiefung (28, 44) umgebenden Randkanal (26, 38, 40), der zum Halten der Bahn (64) an eine Vakuumquelle (60) angeschlossen ist.
7. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung im wesentlichen oval geformt ist.
8. Gerat nach Anspruch 7, dadurch gekennze lehnet, daß die längere Achse des Ovals mindestens zweimal so lang ist wie die kürzere Achse.
9. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch zwei auf beiden Seiten der Vertiefung (28, 44) angeordnete Platten (20) mit Öffnungen (54) sowie e.ine Einrichtung (58), die Luftstrahlen durch die Öffnungen leitet, um die Bahn (64) gemäß dem "Coanda"-Effekt nahe den Platten zu halten.
10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e-

k en η ze ichnet, daß zwei in Abstand voneinander angeordnete pneumatische Auslenkeinrichtungen (6ö> b2) sowie eine

109824/1162

Einrichtung (30, 46) zum unabhängigen Fühlen der entsprechenden Auslenkungen vorhanden sind.
11. Gerät nach Anspruch 10_f dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in den pneumatischen Auslenkeinrichtungen (60, 62) verglichen mit der Breite der Bahn (64) relativ klein sind, so daß nur örtliche Bereiche der Bahn in die Vertiefungen (28, 44) hineingelenkt werden, daß ferner die Öffnung der einen Vertiefung größer ist als die der anderen Vertiefung und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Auslenkungen an den beiden Vertiefungen vergleicht und die charakteristischen Eigenschaften der Bahn berechnet.
12. Gerät zum Prüfen der Eigenschaften einer Materialbahn, gekennzeichnet durch einen Kopf (14), in dem eine

Vertiefung (28, 44) mit einer Öffnung vorgesehen ist, eine Einrichtung (60, 62) zur Erzeugung eines Vakuums in der Vertiefung und dadurch zum Hineinziehen eines Teiles der Bahn (64) in die Vertiefung, einen in der Nähe der Vertiefung angeordneten Kanal (26, 38, 40), eine Einrichtung (60, 62) zur Erzeugung eines Vakuums in dem Kanal und dadurch zum Anziehen der Bahn an die Vertiefung sowie eine Einrichtung (30, 46) zum Fühlen der Auslenkung der Bahn in die Vertiefung hinein sowie zum Messen der Eigenschaften der Bahn.
13. Verfahren zum Messen örtlicher Spannungen an einer Bahn bei einem speziellen Elastizitätsmodul, dadurch ge k e η η-

109824/1162

ζ·-e i c h η e t, daß ein kleiner Teil der Bahn mittels eines Vakuums in eine Vertiefung gezogen, die Auslenkung der Bahn in die Vertiefung hinein gemessen und die Spannung in der Bahn gemäß dieser Auslenkung angezeigt wird. ' .
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter kleiner Teil der Bahn in eine zweite Öffnung mittels eines darin herrschenden Vakuums gezogen, die Auslenkung der Bahn in diese zweite Öffnung hinein gemessen wird, die Auslenkungen an der erstgenannten und der zweiten Vertiefung miteinander verglichen werden und der Elastizitätsmodul der Bahn gemäß den beiden Auslenkungen berechnet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn in Berührung mit dem Rand der jeweiligen Vertiefung gehalten wird.

109824/1 162