DE2442901C3

DE2442901C3 -

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Publication number: DE2442901C3
Application number: DE19742442901
Authority: DE
Priority date: 1973-09-19
Filing date: 1974-09-07
Publication date: 1976-12-02

Description

c) eine Differentialmeßschaltung (18), deren Ausgangsgröße dem Elastizitätsmodul (K) des
Materials proportional ist, ist an die Ausgänge

der Materialspannungs-Meßeinrichtungen (14, _{Die Erfindung bezieht sich auf eine} Vorrichtung

16) angeschlossen. ^ _gem„_{ß dem Oberbegriff des} Patentanspruchs 1.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Bei der Verarbeitung bzw. Bearbeitung von bandkennzeichnet, daß zwischen der ersten Material- oder drahtförmigem Material sowie auch bei der spannungs-Meßeinrichtung (14) und der Differen- Qualitätskontrolle von kontinuierlich hergestellten tialmeßschaltung (18) ein Verzögerungsglied (17) Bändern oder Drähten ist häufig die genaue Ubermit variabler Zeitkonstante angeschlossen ist. 30 wachung des Elastizitätsmoduls des bewegten Ma-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch terials notwendig oder wünschenswert. Wenn Papiergekennzeichnet, daß die Materialantriebsvorrich- oder Kartonbänder, die von einer Spule abgewickelt tungen aus je einer mit einer Druckrolle (3; 5) zu- werden, in eine Druckmaschine einlaufen, dann sammenwirkenden Zugrolle (2; 4) bestehen, welche müssen beispielsweise die Bedingungen einer konbeide mit derselben Winkelgeschwindigkeit ange- 35 stanten Materialspannung oder einer konstanten trieben werden und von denen die erste Zugrolle (2) Materiallängung, welche ein konstantes Format im einen Radius (Ra₁) aufweist, welcher kleiner als freien, unbeanspruchten Zustand des Materials geder Radius (Ra₂) dor zweiten Zugrolle (4) ist. vährleistet, oder aber einer konstanten Längung bei

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- einer vorgegebenen Spannung erfüllt werden, welche kennzeichnet, daß der Unterschied der erwähnten 40 in diesem Falle ein konstantes Format bei einer gege-Radien (Ra₁, Ra₂) der beiden Zugrollen (2, 4) benen Spannung gewährleistet. Es sind bereits Vorgrößenordnungsmäßig l°/₀₀ beträgt. richtungen der eingangs erwähnten Art bekannt, mit

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- denen der Elastizitätsmodul eines Bandes auf der kennzeichnet, daß das Verzögerungsglied (17) eine Grundlage einer Messung der Differenz der Geschwinelektrische Schaltungsanordnung ist, die eine Di- 45 digkeiten dieses Bandes zwischen zwei Punkten vervisions- bzw. Inversionsschaltung (23), auf deren schiedener Spannung ermittelt wird. Diese Vorrich-Eingang eine der Materialgeschwindigkeit (v) pro- tungen liefern jedoch keine befriedigenden Ergebnisse, portionale elektrische Spannung gegeben wird, ein weil eine Differenz gemessen werden muß, die im Servo-Potentiometer (21) mit mehreren, durch Vergleich mit den Bandgeschwindigkeiten an den Meßeinen Stellmotor (25) gleichzeitig veränderbaren 50 punkten sehr klein ist.

Widerständen (R₀, R₁, R₂), einen Operationsver- Bei der Herstellung von Papier-, Karton-, Kunststärker (22), dessen einer Eingang mit dem Aus- stoff- oder Metallbändern ist zwecks Qualitätskongang der Divisions- bzw. Inversionsschaltung (23) trolle ebenfalls eine kontinuierliche Messung des und dessen anderer Eingang mit der am einen der Elastizitätsmoduls wünschenswert, weil auf diese Widerstände (R₀) des Servo-Potentiometers abge- 55 Weise eine automatische Regelung der Produktionsgriffenen Spannung beaufschlagt ist und dessen anlage als Funktion der Meßwerte zwecks Erzielung Ausgangsspannung den Stellmotor (25) steuert, einer gleichbleibenden Qualität möglich ist.
sowie ein Integrationsglied (20) mit einem zweiten Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Operationsverstärker (26) aufweist, welchem ein exakt arbeitende und verhältnismäßig einfach aufgezweiter veränderbarer Widerstand (R₂) des Servo- 60 baute Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu Potentiometers parallel geschaltet ist, und daß der schaffen.

Eingang des zweiterwähnten Operationsverstär- Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung durch

kers (26) über einen dritten Widerstand (R₁) des diejenigen Merkmale charakterisiert, die im Kenn-

Servo-Potentiometers mit dem Ausgang der ersten, zeichen des Patentanspruchs 1 angegeben sind,

die mechanische Materialspannung (T₁) messenden 65 Weitere Ausgestaltungsmerkmale, insbesondere zur

Einrichtung (14) verbunden ist. Verbesserung der Qualität der Messung im dynami-

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- sehen Bereich geeignete bevorzugte Maßnahmen, kennzeichnet, daß das Integrationsglied (20) einen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an zwischen dem Spannungszuwachs und dem Längungs-

einem Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigt Zuwachs, und es gilt daher im stationären Bereich der

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Vorrich- Ausdruck:
tung nach der Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Darste'lung der Korrek- 5 K= (T₂- T₁)Ra₁I(Ra₂ — Ra₁),
tureinrichtung und

Fig. 3 das elektrische Schaltbild eines Teiles der wobei T₁ und To die mechanischen Spannungen be-

Korrektureinrichtung, deuten, welche durch die Meßeinrichtungen 14 bzw. 16

Nach F i g. 1 wird ein Band 1, beispielsweise ein gemessen werden.

Papierband, von einer nicht dargestellten Spule abge- io Im dynamischen Bereich ist zu beachten, daß eine wickelt und im Sinne des Pfeils F₁ bewegt. Dieses Änderung der Bandspannung T₁ nicht sofort, sondern Band 1 verläuft einerseits zwischen einer ersten an- mit einer »Zeitkonstanten« infolge der beiden Paare treibenden Zugrolle 2 und einer mit dieser zusammen- _von Zug-Druck-Rollen auf die Bandspannung T₂ wirkenden Druckrolle 3 und andererseits zwischen zurückwirkt. Diese Größe vom Typ einer Zeitkoneiner zweiten antreibenden Zugrolle 4 und einer mit 15 stanten ist gleich der Länge / des Bandes zwischen dieser zusammenwirkenden Druckrolle 5. Die Zug- den beiden Zugrollen. Eine Störung Δ T₁ überträgt rollen2 und 4, welche die Radien Ra₁ bzw. Ra₂ auf- sich daher gemäß dem Ausdruck:
weisen, werden mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit von einem Gleichstrommotor 6 mit konstanter Δ T₂(T₁) = (1—6~^xl1) Δ T₁.
Erregung angetrieben. Die Erregerspule ist mit 7 be- 20

zeichnet. Der Anker 8 des Motors wird über einen Um die beiden Informationen in gültiger Weise verstatischen Regelkreis 9 mit einem Operationsverstärker gleichen zu können, welche die beiden Spannungs-10 gespeist, der einen den Sollwert des Motordreh- meßeinrichtungen liefern, wird auf elektronische Weise moments liefernden Eingang 11 aufweist. die erste Messung durch die gleiche »Dämpfungs«-

Das Band 1 verläuft ferner über eine Rolle 12, die 25 funktion modifiziert, welche die Änderungen der

auf einer festen Achse sitzt, unter einer Rolle 13, die Bandspannung T₁ erfahren, bevor sie das Niveau der

zu einer ersten, die Spannung des Bandes vor der Bandspannung T₂ erreichen.

ersten Zugrolle 2 messenden Einrichtung 14 gehört, Mit der Einführung dieses Korrekturfaktors erhält und ferner unter einer Rolle 15, die zwischen den man für den Elastizitätsmodul im dynamischen Bebeiden Zugrollen angeordnet ist und zu einer die 30 reich den Ausdruck:
Spannung des Bandes vor der zweiten Zugrolle 4

messenden Einrichtung 16 gehört. Die beiden Band- K = [T₂-T₁ (1-e-*'¹)] Ra₁J(Ra₂-Ra₁).
Spannungsmeßeinrichtungen 14 und 16 sind von bekannter Bauart und werden üblicherweise dazu be- Wenn man diese »Zeitkonstante« einführt, dann nützt, um eine elektrische Größe zu erzeugen, die der 35 ergibt sich eine stetige und exakte Messung des auf das Band wirkenden mechanischen Spannung Elastizitätsmoduls, ohne Rücksicht darauf, welche proportional ist. Das elektrische Ausgangssignal der Änderungen die Bandspannung T₁ erfährt. Da auf Bandspannungsmeßeinrichtung 14 wird auf ein Ver- elektrischem Wege in einfacher Weise Zeitkonstanten zögerungsglied 17 in Form einer elektrischen Korrek- einführbar sind, die vorstehende Formel jedoch turschaltung gegeben. Dieses Verzögerungsglied 17 40 Längengrößen enthält, muß nunmehr auf geeignete hat eine später noch erläuterte Zoitkonstante und Weise die Zeit- in eine Längengröße umgewandelt erzeugt ein Korrektursignal entsprechend der ebenfalls werden, was in folgender Weise realisierbar ist: Wenn später noch erläuterten Funktion 1—e-*'¹. Dieses man mit ν die Bandgeschwindigkeit und mit χ den Korrektursignal ist als Funktion einer zur Band- Weg bezeichnet, den das Band in einer Zeit t zurückgeschwindigkeit ν proportionalen elektrischen Größe 45 legt, dann gilt χ = ν t, und es ergibt sich:
veränderbar, die das Verzögerungsglied 17 steuert, wie

in F i g. 1 ingedeutet. Der Ausgang des Verzögerungs- i—_e~xii = i__e-i>«/i = i__e-t'^T.
gliedes 17 ist an den einen Eingang einer Differentialmeßschaltung 18 angeschlossen, bei welcher es sich Auf Grund der Analogie läßt sich nun eine Zeitum einen Operationsverstärker bzw. einen Differen- 50 konstante als Funktion der Geschwindigkeit durch tialverstärker handelt, dessen anderer Eingang das von die Beziehung
der Bandspannungsmeßeinrichtung 16 abgegebene τ(ν) =//v
Signal erhält. Der Differentialmeßschaltung 18, deren

Ausgangssignal also der Differenz ihrer beiden elek- definieren. Die vorstehend als Verzögerungsglied 17

trischen Eingangsgrößen proportional ist, ist eine 55 bezeichnete elektronische Schaltung realisiert genau

Teilerschaltung 19 nachgeschaltet, an deren Ausgang die Funktion l—e~^x:l als Funktion der Geschwindig-

ein dem zu ermittelnden Elastizitätsmodul K oropor- keit ν des Bandes, welche mittels einer Tachometer-

tionales elektrisches Signal erzeugt wird. anordnung gemessen wird. Die Differenthlmeßschal-

Der Radius Ra₂ der Zugrolle 4 ist um größenord- tung 18 liefert eine elektrische Größe, welche propor

nungsmäßig 1 ⁰I₀₀ größer als der Radius Ra₁ der Zug- 60 tional ist zu

rolle 2. Da die Winkelgeschwindigkeit der beiden T₂ — P₁(I-C^-1'¹),
Zugrollen gleich ist, hat dieser Unterschied in den

Radien der Rollen eine Vergrößerung der Band- und die Teilerschaltung 19 teilt diese Größe durch

geschwindigkeit zwischen den beiden Zugrollen 2 einen Faktor, der proportional ist zu (Ra₂- Ra₁)IRa₁.

und 4 um 1^O/_M zur Folge, d. h., es tritt eine bestimm- 6₅ Die Funktion 1— e~^vt'¹ wird mittels einer Schaltung

te Vergrößerung der spezifischen Bandlängung nach den Fig.? und 3 dargestellt. Diese Schaltung

(Ra₂-Ra₁)JRa, auf. weist ein Integrationsglied 20, ein Servo-Präzisions-

Der Elastizitätsmodul K ist gleich dem Verhältnis potentiometer 21 als Stellglied, einen Operationsver-

stärker 22 sowie eine elektronische Divisionsschaltung 23 auf, welche die mathematische Inversion einer zur Geschwindigkeit ν proportionalen Größe ausführt, wobei die Geschwindigkeit ν durch einen Tachometer 24, der einen Tachometerdynamo einschließt, gemessen wird. Die verschiedenen Elemente der Schaltung sind an sich bekannt und handelsüblich. Bei den Schaltungen 22 und 23 handelt es sich vorzugsweise um integrierte Schaltungen. Das Servo-Potentiometer 21 weist einen Stellmotor 25 auf, welcher gleichzeitig die Schleifkontakte von drei veränderbaren Widerständen R₀, R₁ und A₂ antreibt. Der veränderbare Widerstand R₀ liegt zwischen einem positiven Potential und Masse, während sein Schleifkontakt an einem der Eingänge des Operationsverstärkers 22 angeschlossen ist. Am anderen Eingang dieses Operationsverstärkers 22 liegt eine zu l/v proportionale Spannung, die am Ausgang der Schaltung 23 erzeugt wird. Der Widerstand R₁ des Servo-Potentiometers 21 liegt in Reihe mit dem Operationsverstärker 26 des Integrationsgliedes 20, während der Widerstand A₂ zu diesem Operationsverstärker 26 parallel geschaltet ist, wie ec dem Schaltbild nach F i g. 3 zu entnehmen ist.

Dem Widerstand A₂ ist außerdem noch ein Kondensator C parallel geschaltet. Die der mechanischen Spannung T₁ proportionale elektrische Größe liegt an der anderen Klemme des veränderbaren Widerstandes A₁. Diese Schaltung erzeugt die Funktion

ίο T₁ (1—e-"^r), wobei τ = R₂C ist.

Die Zeitkonstante τ ist also zu R₂ proportional, und Äj variiert als Funktion von l/v; man erhält also auf diese Weise die gewünschte Funktion.
Die den Spannungen proportionalen Größen sowie die berechneten Größen lassen sich auch auf andere als elektrische Weise erhalten bzw. berechnen, nämlich beispielsweise durch mechanische, hydraulische, pneumatische oder hydropneumatisch Mittel, insbesondere auch durch Flüssigkeitskreise.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

ff

Claims

ι 2 zum zweiterwähnten Widerstand (R1) parallelge- Patentansprüche: schalteten Kondensator (C) aufweist. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung des bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Differen-Elastizitätsmoduls von bewegtem band- oder 5 tialmeßschaltung (18) eine Tellerschaltung (19) drahtförmigem Material, gekennzeichnet nachgeschaltet ist, die einen durch die Radien der durch die Kombination folgender Merkmale: Zugrollen (2, 4) gegebenen Unttrselzungsfaktor

Ra₁I(Ra^-Ra₁) hat.

a) einer ersten Materialantriebsvorrichtung (2, 3) g Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 folgt eine zweite, in Bewegungsrichtung des _{J0 b}[_s η^ dadurch gekennzeichnet, daß die Differen-Materials (1) dahinter angeordnete und das tialmeßschaltung (18) ein Differentialverstärker Material mit einer anderen Geschwindigkeit j_st) dessen einer Eingang mit dem Ausgang des als die erste antreibende Materialantriebs- Verzögerungsgliedes (17) und dessen anderer Einvorrichtung (4, 5); _{gang m}jt dem Ausgang der zweiten, die mecha-

b) eine (14) von zwei Einrichtungen (14, 16) zur 15 nische Materialspannung (T₂) messenden Einrich-Messung der mechanischen Materialspannung tung (16) verbunden ist.

ist vor der ersten Materialantricbsvorrichtung
(2, 3) und die andere (16) zwischen den beiden
Materialantriebsvorrichtungen angeordnet;