DE2232983A1

DE2232983A1 - Vorrichtung zum messen der spannung einer laufenden materialbahn, eines drahtes oder dergl

Info

Publication number: DE2232983A1
Application number: DE2232983A
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: VICTORY KIDDER Ltd
Current assignee: VICTORY KIDDER Ltd
Priority date: 1971-07-05
Filing date: 1972-07-05
Publication date: 1973-01-18
Also published as: IT962560B; JPS4850774A; FR2145258A5; US3763701A; GB1334011A

Description

1A-41 683

Beschreibung zu der Patentanmeldung

VICTORY-KIDDER LIMITED, London S.E.1, England

betreffend

Vorrichtung zum Messen der Spannung einer laufenden Materialbahn, eines Drahtes.oder dergl.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen und Anzeigen der Spannung einer sich ständig bewegenden Materialbahn, eines Drahtes oder Drahtsiebes, eines Seils, eines Garns in Form eines endlosen Fadens oder dergleichen; im folgenden wird das betreffende Material als ''Materialbahn·' oder »laufender Faden" bezeichnet.

Bei industriellen Prozessen und Anlagen ist es häufig erforderlich, die Spannung einer Materialbahn zu messen und zu regeln.' Beispielsweise gestattet es bei Druckpressen die Möglichkeit, die jeweilige Spannung einer sich kontinuierlich bewegenden Papierbahn zu ermitteln, die Druckpresse mit einem optimalen Wirkungsgrad zu betreiben. Es sind bereits Vorrichtungen zum Messen der Spannung laufender Materialbahnen vorgeschlagen worden, und es ist auch bereits bekannt, ein dieser Spannung entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen, das einer automatischen Regeleinrichtung zugeführt wird, die gegebenenfalls in Abhängigkeit von der gemessenen Span-

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nung der Materialbahn betrieben werden kann. Alternativ genügt es in vielen Fällen, eine optische Anzeigevorrichtung vorzusehen, damit die Spannung der Materialbahn mit der Hand geregelt werden kann.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen ist es jedoch schwierig, die Spannung der Materialbahn genau zu messen, da auch unerwünschte oder störende variable Eingangsgrößen gefühlt werden, z. B. die Einflüsse von Reibung, Drehmomenten, Temperaturabhängigkeiten, Abnutzung und Hysteresiseigenschaften, die die Durchführung genauer Messungen selbst dann unmöglich machen, wenn die Vorrichtung vor ihrer Ingebrauchnahme sorgfältig geeicht worden ist.

Die Verfahren zum Einbauen und Eichen solcher Vorrichtungen sind ziemlich kompliziert, und in vielen Fällen ist es erforderlich, umfangreiche technische Untersuchungen und Berechnungen durchzuführen. Beispielsweise ist in der britischen Patentschrift 1 09b 244 eine Vorrichtung zum Messen der Spannung einer laufenden Materialbahn beschrieben. Diese Vorrichtungvieist einen zum Fühlen einer Beanspruchung dienenden Meßwandler auf, der auf Beanspruchungen bzw· Spannungen anspricht, welche innerhalb einer beanspruchten Zone auftreten und durch eine Belastungskomponente verursacht werden, so daß es möglich ist, ein Ausgangssignal so zu verändern, daß es die Belastungskomponente darstellt, und daß man hieraus Rückschlüsse auf die Spannung der Materialbahn ziehen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, die Spannung einer laufenden Materialbahn oder eines laufenden Fadens anzuzeigen, und die es gestattet, eine solche Spannung innerhalb eines großen Bereichs zu messen.

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Zu einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen der Spannung einer laufenden Materialbahn oder eines Fadens gehören mindestens ein Gestellteil, eine Stange, die aus dem Gestellteil herausragt und eine mit der Materialbahn zusammenarbeitende Einrichtung trägt, wobei das Ende der-Stange durch ein Kupplungsteil mit dem GesteUteil verbunden ist, und wobei die Stange oder das Kupplungsteil eine-Beanspruchungen ausgeeetzte Zone aufweist, ferner eine Einrichtung, die dazu dient, die Materialbahn oder den Faden in Anlage an der damit zusammenarbeitenden Einrichtung zu halten, um an der Stange eine Komponente der Spannung der Material-"bahn bzwo des Fadens entstehen zu lassen, die auf die Beanspruchungen ausgesetzte Zone wirkt, sowie eine zum Fühlen der Spannung dienende Meßwandleranordnung, die auf die Beanspruchung der genannten Zone durch die erwähnte Komponente der Spannung anspricht und daher ein Signal erzeugt, welches die Spannung der Materialbahn oder des Fadens repräsentiert, v/o bei diese Meßwandleranordnung einen zylindrischen Träger aufweist, der auf voneinander abgewandten Seiten mit für mechanische Spannungen empfindlichen Elementen versehen ist.

Die auf entgegengesetzten Seiten des zylindrischen Trägers angeordneten, für mechanische Beanspruchungen empfindlichen Elemente sind vorzugsweise elektrisch mit ihnen elektrisch benachbarten Zweigen einer elektrischen Brückenschaltung verbunden, bei der es sich z· B· um eine Wheatstonesehe Brückenschaltung handelt.

Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 perspektivisch eine Vorrichtung zum Messen der Spannung einer Materialbahn in ihrer Zuordnung zu einer laufenden Materialbahn;

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Fig. 2 in einem vergrößerten, verkürzten Längsschnitt eine Stange zum Messen der Spannung einer Materialbahn;

Fig. 3 perspektivisch in einem noch größeren Maßstab eine auf die Spannung einer Materialbahn ansprechende Einrichtung; und

Fig. 4 eine elektrische Schaltung, mit der die auf die Spannung der Materialbahn ansprechenden Einrichtungen verbunden sind.

In Fig. 1 ist eine typische Anordnung zum Messen der Spannung einer laufenden Materialbahn dargestellt, zu der die sich kontinuierlich bewegende Materialbahn 10 gehört, die über eine Meßstange 11 geleitet wird, auf der eine mit der Material bahn zusammenarbeitende Rolle 20 drehbar gelagert ist. Die Meßstange 11 ist gegenüber zwei als Führungsrollen wirkenden Umlenkrollen 12 und 14 versetzt angeordnet.

Hierbei läuft die Materialbahn zuerst unter der Rolle 12 hindurch, dann über die Rolle 20 hinweg und hierauf unter der Holle 14 hindurch, so daß eine Komponente der auf die Materialbahn 10 infolge ihrer Spannung wirkenden Kraft bestrebt ist, die Meßstange 11 nach unten zu verlagern, sotald auf die laufende Materialbahn eine Spannung aufgebracht wird, so daß in einer Beanspruchungen ausgesetzten Zone der Meßstange eine Spannung erzeugt wird, wenn die Materialbahn über die Rolle 20 läuft.

Ferner weist die Vorrichtung zwei Gehäuse 15 auf, die an den Enden der Meßstange 11 angeordnet sind, und von denen jedes einen Kraftfühler enthält. Die jeweilige Kraft kann mit Hilfe von für mechanische Spannungen empfindlichen Elementen gefühlt werden, vorzugsweise mit Hilfe zweier einen elektrischen Widerstand aufweisender Dehnungsmesser, und diese Kraft kann mit Hilfe elektronischer Schaltungen so überwacht werden,

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daß ein entsprechendes Signal einer in Pig. I schematise]! angedeuteten Anzeigeeinrichtung 16 zugeführt wird, die so geeieht ist, daß sie die Kraft anzeigt, die auf die Spannung der über die Rolle 20 laufenden Materialbahn bzw. des Fadens zurückzuführen ist.

Gemäß Pig. 2 ist die Rolle 20 auf Pendellagern 21 drehbar gelagert, doch braucht sich die Rolle nicht zu drehen, wenn die Materialbahn über sie hinwegläuft.

Die beiden Gehäuse 15 sind an zugehörigen seitlichen Gestellteilen 1Ö und 19 mittels Schrauben befestigt, und das innere Ende jedes Gehäuses ist mittels einer runden Platte 22 abgedeckt, wobei jedoch zwischen jeder Abdeckplatte und dem zugehörigen Gehäuse ein Spalt vorhanden ist, damit sich der im folgenden beschriebene zylindrische Träger durchbiegen kann» Gemäß Fig. 2 ist in jedem Gehäuse 15 ein zylindrischer Träger 23 von kreisrunder Querschnitts-^ form ortsfest angeordnet, und jeder dieser Träger erstreckt sich nach innen und ragt in die Rolle 20 und das zugehörige Pendellager 21 hinein. Mit voneinander abgewandten Teilen der Umfangsfläche jedes zylindrischen Trägers 23 sind mit Hilfe eines Klebstoffs Dehnungsmesser 24 verbunden, so daß die Dehnungsmesser durch die Träger unterstützt werden. Somit bilden die mit den Dehnungsmessern versehenen. Träger eine Meßstange. Gemäß Pig. 2 ist der eine Dehnungsmesser 24a möglichst genau senkrecht über dem anderen Dehnungsmesser 24b angeordnet, und beide Dehnungsmesser jedes Paars sind in die Vorrichtung zum Messen der Bahnspannung so eingebaut, daß sie dem äußeren Ende des zugehörigen zylindrischen Trägers 23 möglichst nahe benachbart-sind. Jeder Dehnungsmesser besteht vorzugsweise aus einem dünnen MetaUfilm, der auf eine Unterlage in Porm eines Films aus einem Epoxyharz aufgedampft ist. IM Temperaturänderungen auszugleichen, hat der Werkstoff des aufgebrachten Films vorzugsweise den gleichen

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oder kompenäerten, linearen Ausdehnungskoeffizienten. Beispielsweise können sowohl die zylindrischen Träger 23 al-s auch die Dehnungsmesser 24 aus Aluminium bestehen. Ferner ist es möglich, die zylindrischen Träger aus Phosphorbronze, und die Dehnungsmesser aus Aluminium herzustellen; hierbei werden die Dehnungsmesser auf den linearen Ausdehnungskoeffizienten der Phosphorbronze dadurch abgestimmt bzw. kompensiert, daß sie auf einer Unterlage in Form eines Films aus einem Epoxyharz angeordnet sind.

Da die Holle 20 zwischen den Meßstangen angeordnet ist, die ihren Enden benachbart sind, führt jede Erhöhung der Spannung der Materialbahn 10 dazu, daß die Rolle bestrebt ist, sich nach unten zu bewegen, so daß auf das äußere Ende jeder Meßstange 11 eine nach unten gerichtete Kraft wirkt, wobei jede Meßstange an ihrer Oberseite auf Zug und an ihrer Unterseite auf Druck beansprucht wird. Diese Kräfte sind bestrebt, die oberen Dehnungsmesser auszudehnen, so daß sich ihr wirksamer elektrischer Widerstand vergrößert, und die unteren Dehnungsmesser zusammenzudrücken, so daß sich ihr wirksamer elektrischer Widerstand verringert.

Gemäß Fig. 3 weist jeder Dehnungsmesser 24 zwei elektrische Anschlüsse 25 auf, die durch einen langgestreckten Metallfilm verbunden sind, der sich längs einer mäanderförmigen Bahn erstreckt, um das Auftreten von Induktionswirkungen zu verhindern, wobei sich die verschiedenen Schenkel des Metallfilms nicht überkeuzen. Vorzugsweise bildet jeder Dehnungsmesser 24 mehrere Abschnitte, von denen jeder parallel zu einem benachbarten Abschnitt verläuft, und an den Enden jedes Dehnungsmessers sind einander benachbarte Abschnitte miteinander verbunden.

Gemäß Fig. 4 sind die beiden Dehnungsmesser 24a und ?4b miteinander verbunden, und sie bilden einander elektrisch benachbarte Zweige einer Wheatstoneschen Brückenschaltung.

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Die beiden anderen Zweige 27a und 27b der Wheatstoneschen Brückensehaltung sind durch Widerstände gebildet, deren Widerstandswerte mit denjenigen der Dehnungsmesser 24a und 24b vergleichbar sind.' Diese beiden Zweige 27a und 27b können Dehnungsmesser aufweisen,. die auf dem betreffenden zylindrischen Träger 23 an seiner üafangsfläche zwischen den Dehnungsmessern 24a und 24b ausgebildet sind. Gemäß Fig. 4 wird der Brückenschaltung eine, elektrische Spannung von einer W_echselstromquelle 2ö aus über einen Transormator 2y und einen Brückengleichrichter 31 zugeführt.

Ferner ist die Schaltung nach Fig. 4 mit Glättungskondensatoren 30 versehen· Auf der Ausgangsseite des Brückengleichrichters 31 sind eine zur Spannungsregelung dienende Diode 41 und mit ihr in Heihe geschaltete Widerstände vorhanden, und die beiden Klemmen der Spannungsregeldiode sind mit den Punkten 32 und 33 der Wheatstonesehen Brückenschaltung verbunden. Die beiden anderen, einander gegenüberliegenden Punkte 35 der Wheatstoneschen Brückenschaltung sind an einen eine hohe Verstärkung liefernden Verstärker 36 angeschlossen, dessen Ausgang mit der Anzeigeeinrichtung Ib verbunden ist. Zwischen dem Verstärker 3b und der Anzeigeeinrichtung 3ö sind zwei Sätze von nichtinduktiv gewickelten Widerständen 37 und 3ö sowie ein Mehrfachschalter 39 angeschlossen, so daß sich die Anzeigeeinrichtung in mehreren verschiedenen Meßbereichen benutzen läßt. Ferner ist ein Potentiometer 42 vorhanden, das es ermöglicht, unterschiedliche Imschlingungswinkel der Materialbahn 10 gegenüber der Rolle 20 auszugleichen? damit die Anzeigeeinrichtung Ib auf Null eingestellt werden kann, ist außerdem eine Spannungsteilerschaltung 40 vorhanden.

Zwar ist der beschriebene Spannungsmesser insbesondere geeignet, die Spannung einer über eineDruckwalze einer Druckpresse laufenden Papierbahn zu messen, jedoch ergeben

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sich auch andere Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise kann die Vorrichtung dazu dienen, die Spannung eines langen Drahtes zu messen, der eine Drahtziehmaschine durchläuft, oder bei Textilmaschinen, die Spannung des Kettgarns oder beim Spinnen und Streichen die Fadenspannung zu ermitteln. In diesen Fällen wird der Draht oder das G-arn oder dergleichen über eine Rolle, eine Riemenscheibe oder eine Trommel geführt, die auf einer Achse angeordnet ist, deren Enden jeweils durch einen Träger unterstützt sind, von denen jeder mit auf mechanische Beanspruchungen ansprechenden Elementen versehen ist, die vorzugsweise den in Fig. 3 dargestellten ähneln und Bestandteile einer Schaltung nach Fig. 4 bilden. '

Gegebenenfalls kann man dann, wenn z. B. nur ein Meßwandler benutzt werden soll, zwei andere Dehnungsmesser verwenden.

Ansprüche:

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Claims

ANSPRÜCHE

Vorrichtung zum Messen der Spannung einer Materialbann, eines Drahtes oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gestellteil (lö, 19) vorhanden ist, ferner eine sich von dem Gestellten aus erstreckende Stange (11), die eine mit der Materiarbahn (10 j zusammenarbeitende Einrichtung (2Oj trägt, und deren eines Ende mit dem zugehörigen Gestellteil durch ein Kupplungsteil (15) verbunden ist, daß die Stange oder das Kupplungsteil eine Beanspruchungen aussetzbare Zone aufweist, daß Einrichtungen (12, 14) vorhanden sind, die dazu dienen, die Materialbahn oder den Draht in Anlage an der genannten Einrichtung (20) zu halten, um auf die Stange eine auf die Spannung der Materialbahn oder des Drahtes zurückzuführende Kraftkomponente aufzubringen, die auf die Beanspruchungen aussetzbare Zone wirkt, daß zum Fühlen mechanischer Spannungen geeignete Meßwandler (24) vorhanden sind, die auf die in der genannten Zone auftretenden, auf die genannte Kraftkomponente zurückzuführenden Spannungen ansprechen und daher ein Signal erzeugen, daß die Spannung der Materialbahn öder des Drahtes repräsentiert, und daß die zum Fühlen der Spannung dienende Meßwandleranordnung einen zylindrischen Träger (23) aufweist, bei dem auf voneinander abgewandten Teilen der Umfangsfläche des Trägers auf mechanische Spannungen ansprechende Elemente (24a, 24b) ausgebildet sind,
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die für mechanische Spannungen empfindlichen Elemente (24) eine elektrische Schaltung an-

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geschlossen ist, zu der eine Anzeigeeinrichtung (16) gehört, die so geeicht ist, daß^ie die Spannung der Matezi. arbahn oder des Drahtes (10) anzeigt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die für mechanische Spannungen empfindlichen Elemente (24a, 24b) auf voneinander ahge*· wandten Seiten des zylindrischen Trägers (23) angeordnet und elektrisch mit einander elektrisch "benachbarten Zweigen' einer elektrischen Brücke verbunden sind, die ihrerseits an eine Schaltung angeschlossen ist, zu der die Anzeigeeinrichtung (16) gehört.
4· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Brückenschaltung eine Wheatstonesche Brückenschaltung ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß alle Zweige der Wheatstoneschen Brückenschaltung durch für mechanische Spannungen empfindliche, über den Umfang des zylindrischen Trägers (23) verteilte Elemente (24a, 24b, 27a, 27b) gebildet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß zu der elektrischen Schaltung ein mit hoher Verstärkung arbeitender Verstärker (36) gehört.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß zu der elektrischen Schaltung nichtinduktiv gewickelte Widerstände (37, 38) und eine Umsehalteinrichtung (39) gehören, die mit der Anzeigeeinrichtung (l6) verbunden ist, um ein Variieren des Bereichs zu ermöglichen, innerhalb dessen die Spannung der Materialbahn (10) gemessen wird.

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8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die für mechanische Spannungen empfindlichen Elemente (24) als Dehnungsmesser ausgebildet sind.
9· Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Dehnungsmesser (24) einen langgestreckten dünnen Metallfilm aufweist, der so angeordnet ist, daß er eine nichtinduktive Anordnung von Abschnitten bildet, und der mit Hilfe eines Aufdampfverfahrens auf eine Unterlage aufgebracht ist·
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der dünne Metallfilm aus Aluminium besteht, das auf eine Unterlage in Form eines Films aus einem Epoxyharz aufgebracht ist.

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