DE2618926A1

DE2618926A1 - Verfahren und vorrichtung zum ermitteln von oberflaecheneigenschaften eines laufenden materialstrangs

Info

Publication number: DE2618926A1
Application number: DE19762618926
Authority: DE
Inventors: Robert Edward Merritt
Original assignee: Renfro Corp
Current assignee: Renfro Corp
Priority date: 1975-05-02
Filing date: 1976-04-29
Publication date: 1976-11-11
Also published as: CH610406A5; JPS51135682A; IT1059433B; US4026141A; FR2309857A1; CA1058419A; GB1530736A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum. Ermitteln von Oberflächeneigensohaften eines laufenden Materialstrangs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Untersuchen bzw. Prüfen eines laufenden, unter einer Zugspannung stehenden, langgestreckten MaterialStrangs mit dem Zweck, bestimmte Eigenschaften des MaterialStrangs in Beziehung zu einem Vergleichselement zu ermitteln, das bekannte Eigenschaften hat, welche in einer vorbestimmten Beziehung zu den Oberflächeneigenschaften stehen, denen der Materialstrang beim Gebrauch bzw. bei der Weiterverarbeitung normalerweise ausgesetzt ist.

Sowohl bei der Verwendung als auch bei der Verarbeitung der verschiedensten Arten und Formen von Materialien unter Einschluß von Garnen, Strängen, Endlosfäden, Streifen usw., die im folgenden der Einfachheit halber gemeinsam als "Materialstrang" bezeichnet sind, ist es erforderlich, Prüfungen bzw. Messungen

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durchzuführen, um bestimmte Eigenschaften des Materials zu ermitteln, z.B. den Reibungskoeffizienten oder das Verhältnis zwischen einer erhöhten Spannung und der ursprünglichen Spannung. Als Beispiel für Fällen, in denen ein solches Bedürfnis in einem besonders hohen Maße besteht, sei die Verarbeitung von Garnen und ähnlichen Materialsträngen zu Stoffen mit Hilfe von Wirk- und Strickmaschinen o.dgl. genannt. Bei der Herstellung von Maschenware aus Garnen spielt die Spannung der verschiedenen den Nadel einer Wirk- oder Strickmaschine zugeführten Garne eine wichtige Rolle, denn diese Spannung beeinflußt die Abmessungen des hergestellten Gewirks oder Gestricks. Ändert sich die Spannung der Garne von einem Erzeugnis bis zum nächsten in einem erheblichen Ausmaß, erhalten die Erzeugnisse unterschiedliche Abmessungen, und hieraus ergeben sich entsprechende Schwierigkeiten. Hierbei handelt es sich lediglich um ein Beispiel für die zahlreichen Probleme, die sich aus solchen Spannungsschwankungen beim Gebrauch bzw. bei der Verarbeitung von Garnen ergeben, und ähnliche Probleme treten auch bei anderen Arten von Materialsträngen auf.

Da sich die Oberflächeneigenschaften eines MaterialStrangs erheblich auf die in dem Strang wirksame Zugspannung auswirken, würden sich zahlreiche oder sogar alle Probleme vermeiden lassen, die sich als Folge von SpannungsSchwankungen ergeben, \uelche auf Unterschiede bezüglich der Oberflächeneigenschaften des betreffenden MaterialStrangs zurückzuführen sind, wenn eine zweckmäßige Vorrichtung zur Verfügung stehen würde, die es

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ermöglicht, Materialstränge zu untersuchen und ihre Oberflächeneigenschaften bzw. ihr Verhalten gegenüber einer Fläche zu ermitteln, die Eigenschaften besitzt, welche in einer Beziehung zu denjenigen Oberflächeneigenschaften stehen, denen der Materialstreifen beim Gebrauch oder bei der Verarbeitung normalerweise ausgesetzt ist.

^Bis jetzt sind keine brauchbaren Verfahren und/oder Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die es ermöglichen, die Oberflächeneigenschaften von Materialsträngen mit der erforderlichen Genauigkeit zu ermitteln, und die für einen vielseitigen Einsatz geeignet sind. Zwar sind bereits bestimmte Prüf- bzw. Meßvorrichtungen zum Ermitteln des Reibungskoeffizienten eines Materialstrangs vorgeschlagen worden, doch besteht bei allen diesen bekannten Vorrichtungen der Nachteil, daß sie nur für eine Benutzung im Laboratorium oder unter besonderen Prüfbedingungen geeignet sind, so daß es nicht möglich ist, sie bei Materialsträngen zu benutzen, die sich in Gebrauch bzw. im Stadium der Verarbeitung befinden; außerdem sind diese bekannten Vorrichtungen übermäßig groß, kompliziert, kostspielig und nur schwer zu benutzen; ferner erfordern sie eine genaue Regelung oder Messung der Spannung des Materialstrangs auf der Eintrittsseite, sie arbeiten nicht mit automatischem Kraftausgleich, oder sie arbeiten so ungenau, daß sie nur beschränkt einsatzfähig sind oder nicht die gewünschten Ergebnisse liefern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine

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Vorrichtung zu schaffen,' die es ermöglichen, einen laufenden Materialstrang zu prüfen, der unter einer beliebigen Zugspannung steht, um den Reibungskoeffizienten oder andere Merkmale des Strangs gegenüber einem Vergleichselement zu ermitteln, das bekannte Oberflächeneigenschaften besitzt, die in einer vorbestimmten Beziehung zu den Oberflächeneigenschaften stehen, denen der Materialstreifen im Gebrauch oder bei der Verarbeitung normalerweise ausgesetzt ist, wobei es möglich .ist, die Messung an Materialsträngen durchzuführen, die sich während des Gebrauchs oder der Verarbeitung in der normalen Weise bewegen, und wobei sich ein Genauigkeitsgrad und eine Bequemlichkeit der Benutzung ergeben, die bis jetzt nicht erreichbar sind,

Gemäß der Erfindung hat es sich gezeigt, daß es zur Lösung dieser Aufgabe möglich ist, eine außerordentlich einfache, transportable Vorrichtung zum Prüfen eines laufenden Materialstrangs und ein mit Hilfe dieser Vorrichtung durchführbares Prüfverfahren zu schaffen, wobei zu der Vorrichtung ein Vergleichselement oder Vergleichsnormal gehört, das bekannte Ober-" fläoheneigenschaften besitzt, die in einer vorbestimmten Beziehung zu den Oberflächeneigenschaften stehen, denen der Materialstrang im Gebrauch bzw. bei seiner Verarbeitung normalerweise ausgesetzt ist, und wobei dieses Vergleichselement so gelagert ist, daß es sich längs einer vorbestimmten Bahn bewegt, lvenn der Material strang reibend darüber hinweggleitet. Hierbei wird der Materialstrang dem Vergleichselement unter ,gleitender Bewegung ihm gegenüber durch Führungseinrichtungen

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zugeführt, die gegenüber dem Vergleichselement so angeordnet sind, daß sich der Materialstrang längs zueinander nicht paralleler Bahnen zu dem Vergleichselement und von diesem weg bewegt. Während sich das Vergleichselement längs seiner vorbestimmten Bahn bewegt, ändern sich die Winkel, welche die beiden Bahnen des Material Strangs mit der Bewegungsrichtung des Vergleichselements bilden, bis sich die Kräfte, die auf das Vergleichsei ement infolge der Spannung auf der Zuführungsseite des Materialstrangs und der Gleitreibung zwischen dem Materialstrang und dem Vergleichselement wirken, ausgeglichen haben, so daß das Vergleichselement an einem bestimmten Punkt längs seiner Bahn zum Stillstand kommt. Dieser Punkt auf der Bahn des Vergleichselements, an dem sich die genannten Kräfte ausgleichen, steht in einer bestimmten Beziehung zu der Oberflächeneigenschaft, die als Reibungskoeffizient des Materialstrangs bezeichnet wird, welcher über das Vergleichselement hinweggleitet, und dieser Reibungskoeffizient kann ermittelt und durch die jeweilige Stellung des Vergleichselements angezeigt werden. Daher ist die Vorrichtung mit Skalen versehen, an denen sich der Reibungskoeffizient bzw. das Verhältnis zwischen der erhöhten Zugspannung und der ursprünglichen Zugspannung anhand der Stellung des Vergieichselements gegenüber den Skalen ablesen lassen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie 3-5 in Fig. 1;

Fig. 4 die teilweise weggebrochen gezeichnete Draufsicht der Vorrichtung nach Fig. 1, aus der unter einem fortgelassenen Teil des Gehäuses angeordnete Bauteile ersichtlich sind;

Fig. 5 eine Darstellung der Bahnabschnitte, längs welcher sich der Materialstrang bewegt, aus der die Winkellage dieser Bähnabschnitte ersichtlich ist, wobei auch die Kräfte dargestellt sind, die auf das Bezugselement bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wirken; und

Fig.. 6 eine vergrößerte Darstellung des Bezugselements, aus der der Winkelbereich ersichtlich ist, über den der Materialstrang über das Bezugselement hinweggleitet, wobei die Beziehung zwischen der Winkellage der Bahnabschnitte und dem Bezugselement veranschaulicht ist.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt und insgesamt mit 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 ist als vom Benutzer mit der Hand zu haltende

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Vorrichtung ausgebildet, die eine obere bzw. äußere Skala 11 für den Reibungskoeffizienten von Garnen und dgl. sowie eine, untere oder innere Skala 11' für das Verhältnis zwischen der erhöhten Zugspannung in dem laufenden Materialstrang M und seiner ursprünglichen Zugspannung aufweist, so daß die Wirkung der Prüf- bzw. Meßvorri.chtung 10 auf den laufenden Materialstreifen angezeigt wird. Es ist jedoch zu bemerken, daß sich die Erfindung auch bei anderen Konstruktionen sowie in anderen Anwendungsfällen anwenden läßt; beispielsweise könnte die Vorrichtung ortsfest angeordnet sein und einen Bestandteil einer bestimmten Maschine bilden, sie könnte zum Prüfen bestimmter anderer Materialien dienen, oder sie könnte mit anderen Skalen oder Anzeigeeinrichtungen versehen sein, z.B. elektronischen Anzeigeeinrichtungen, die in unmittelbarer Nähe der Vorrichtung oder von ihr entfernt angeordnet sein können.

Die als Ausführungsbeispiel dargestellte Prüfvorrichtung 10 weist ein in der Hand zu haltendes, allgemein paddeiförmiges Gehäuse 12 auf, das einen Inhenraum 13 abgrenzt. Zu dem Gehäuse 12 gehören eine äußere obere Wand 14, Seitenwände 15* eine mit den Seitenwänden lösbar verbundene untere Wand 16 bzw. ein Boden sowie ein als Handhabe zu benutzender Griffabschnitt 17· Der Innenraum 13 des Gehäuses 12 hat zu einem noch zu erläuternden Zweck eine vorbestimmte Gestalt. Zwar wird diese Gestaltung des Gehäuses 12 bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel bevorzugt, doch könnte es auch zweckmäßig sein, ein Gehäuse von anderer Form vorzusehen, wenn andere Anwendungsweisen in Frage

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kommen, insbesondere wenn .es sich nicht um ein in der Hand zu haltendes Gerät handelt.

Ferner gehört zu der Vorrichtung 10 ein Bezugselement oder Reibungsglied 18, das bekannte Oberflächeneigenschaften hat, die in einer vorbestimmten Beziehung zu den Oberflächeneigenschaften stehen, denen der Materialstrang M beim Gebrauch bzw. bei der Verarbeitung ausgesetzt ist. Sollen z.B. die Oberflächeneigenschaften eines Garns gegenüber den aus Stahl gefertigten Nadeln einer Strick- oder Wirkmaschine ermittelt werden, muß das Reibungsglied aus.der gleichen Stahlsorte bestehen wie die Nadeln der Maschine oder aus einem Material, das die gleichen oder ähnliche Oberflächeneigenschaften hat. Soll der Materialstrang M gegenüber einem anderen Material untersucht werden,z.B. gegenüber Führungen aus keramischem Material, muß man daher ein Rei-. bungsglied verwenden, dessen Oberflächeneigenschaften in Beziehung zu dem betreffenden anderen Material, z.B. einem keramischen Material,stehen.

Das Vergleichselement oder Reibungsglied 18 ist so gelagert, daß es längs einer vorbestimmten Bahn bewegbar ist, und die Skalen 11 und 11' erstrecken sich längs dieser Bahn. Zwar kann die Bewegungsbahn des Reibungsgliedes 18 innerhalb der weiter unten genannten Grenzen in der verschiedensten Weise gestaltet sein, doch wird es aus Gründen der Einfachheit vorgezogen, für das Reibungsglied eine Bahn vorzusehen, -die sich längs eines Kreisbogens erstreckt. Bei dem hier beschriebenen Ausführungs-

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beispiel weist die obere Wand 14 des Gehäuses 12 einen kreisbogenförmig gekrümmten Schlitz 19 auf, und gemäß Fig. 1 und H-erstrecken sich die Skalen 11 und 11' längs der beiden Ränder des Schlitzes 19* der der vorbestimmten Bahn des Reibungsgliedes 18 entspricht.

Im Innenraum 15 des Gehäuses 12 ist ein langgestreckter Hebel 20 mit Endabschnitten 20a und 20b mittels eines Lagers 22 in' einer Gleichgewichtslage so gelagert, daß er ungehindert schwingende Bewegungen ausführen kann, wobei sich der äußere Endabschnitt 20a unterhalb des Schlitzes 19 und längs dieses Schlitzes bewegt. Das Reibungsglied 18 ist auf dem äußeren Endabschnitt 20a des Hebels auf eine noch zu erläuternde Weise montiert· Zwar ist das Lager 22 vorzugsweise zwischen den Endabschnitten 20a und 20b des Hebels 20 angeordnet, doch könnte man auch eine andere Anordnung des Lagers wählen.

Die Form des Innenraums 15 des Gehäuses 12 entspricht vorzugsweise allgemein dem Raum, den der Hebel 20 bei seiner schwingenden Bewegung überstreicht, und der Hebel hat über seine ganze Länge eine Querabmessung oder Höhe, die im wesentlichen gleich der Höhe des Innenraums 15 des Gehäuses ist. Diese Anordnung gewährleistet, daß die in dem Gehäuse 12 vorhandene Luft eine Dämpfungswirkung ausübt, wenn der Hebel 20 in dem Gehäuse schwingende Bewegungen ausführt, so daß unerwünschte schnelle Bewegungen und Einschwingvorgänge verhindert werden.

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Der innere Endabschnitt 20b des Hebels 20 ist gemäß Fig. 4 vorzugsweise mit einem Gewicht 23 versehen, um den Hebel gegenüber der Schwerkraft auszuwuchten, so daß sich der Hebel im wesentlichen vollständig im Gleichgewicht befindet und ungehindert schwingen kann, wenn man die Vorrichtung 10 aus ihrer waagerechten Lage in eine andere Lage bringt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Reibungs- glied 18 in Form eines allgemein zylindrischen Bauteils 2.6 ausgebildet, doch sei bemerkt, daß es auch jede beliebige andere gewünschte Form erhalten könnte. Das zylindrische Bauteil 26 ist auf dem äußeren Endabschnitt 20a des Hebels 20 so befestigt, daß es von unten nach oben durch den Schlitz 19 ragt und sich über die obere Wand 14 des Gehäuses 12 hinaus erstreckt, um eine kreisbogenförmig gekrümmte Fläche darzubieten, über die der Materialstrang M hinweggleiten kann· Gemäß Fig. weist das zylindrische Bauteil 26 vorzugsweise zwei Flansche 26a auf, die sich über seinen Umfang erstrecken, und zwischen denen der Materialstrang M angeordnet werden kann, um zu verhindern, daß er außer Eingriff mit dem zylindrischen Bauteil kommt, während er darüber hinweggleitet.

Weiterhin gehören zu der Vorrichtung 10 Einrichtungen, die dazu dienen, den Materialstrang M längs einer ersten Führungsbahn zu dem Reibungsglied 18 zu führen und ihn von diesem längs einer zweiten, dazu nicht parallelen Bahn wieder abzuführen. Gemäß Fig. 1 werden diese Führungseinrichtungen vorzugsweise

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durch zwei allgemein zylindrische, drehbar gelagerte Führungsorgane oder Rollen 30 und 31 gebildet, die auf entgegengesetzten Seiten des Hebels 20 an vorbestimmten Punkten gegenüber dem. Reibungsglied 18 und dessen durch den Schlitz 19 bestimmten Bewegungsbahn angeordnet sind. Gemäß Fig. 2 können auch die Führungsorgane 50 und 31 mit sich über ihren Umfang erstreckenden Flanschen 30a bzw. 31a versehen sein, zwischen denen der Materialsträng M hindurehläuft, und die verhindern, daß der Materialstrang außer Eingriff mit den Führungsorganen kommt. Die Füh-' rungsorgane 30 und 31 sind auf dem Gehäuse 12 gemäß Fig. 4 mit Hilfe von Lagern 32 und 33 drehbar gelagert und ebenso wie das Reibungsglied 18 frei zugänglich, so daß es möglich ist, einen laufenden Materialstrang M in Eingriff mit diesen Bauteilen zu bringen, ohne die Bewegung des Materialstrangs zu unterbrechen, und ohne die Maschine stillzusetzen, der der Materialstrang zugeführt wird. ■ ■

Die Anordnung der Führungsorgane 30 und 3I gegenüber dem Reibungsglied 18 und dessen Bewegungsbahn ist für das einwandfreie Arbeiten und die Eichung der Prüf- bzw. Meßvorrichtung 10 von besonderer Bedeutung. Beispielsweise müssen die Führungsorgane auf entgegengesetzten Seiten einer Linie angeordnet sein, die den Krümmungsmittelpunkt der Bahn des Reibungsgliedes 18 mit dem Schnittpunkt der Verlängerungen der beiden benachbarten Bahnabschnitte des Materialstrangs M verbindet, so daß die Gleitberührung zwischen dem Materialstrang "und dem Reibungsglied dazu führt, daß auf das Reibungsglied Kräfte ausgeübt

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werden, die es veranlassen, sich längs des gekrümmten Schlitzes 19 zu bewegen. Bei Jeder solchen Bewegung des Reibungsgliedes 18 ändern sich die Winkel zwischen den beiden Bahnabschnitten des Materialstrangs zwischen den beiden Führungsorganen JO, 51 und der Bahn des Reibungsgliedes, bis die auf das Reibungsglied wirkenden Kräfte ausgeglichen sind, so daß das Reibungsglied zum Stillstand kommt.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Drehachse des Hebels 20 im Krümmungsmittelpunkt der Bahn des Reibungsgliedes 18 angeordnet, und dieser Krümmungsmittelpunkt liegt gemäß Fig. 4 auf der von dem Reibungsglied 18 abgewandten Seite einer die Führungsorgane j50 und 5I verbindenden Linie. Gemäß der Erfindung könnte der Krümmungsmittelpunkt bzw. die Drehachse 22 der Bahn des Reibungsgliedes an einem beliebigen Punkt längs einer Linie bzw. der Verlängerung einer Linie liegen, die durch den Schnittpunkt der beiden benachbarten Bahnabschnitte des Materialstrangs M verläuft und sich zwischen den beiden Bahnabschnitten erstreckt. Zwar könnte man somit den Krümmungsmittelpunkt an einem beliebigen Punkt auf dieser Linie anordnen, doch würden sich hierbei jeweils andere Eichungen · der Skalen 11 und 11 ' ergeben. Auf der genannten Linie gibt es Punkte, die sich durch Versuche ermitteln lassen, welche von solcher Art sind, daß längs der Bahn des Reibungsgliedes 18 . mehrere Punkte vorhanden sind, an denen sich die zur Wirkung kommenden Kräfte ausgleichen, so daß sieh eine Kniehebelwir-" kung einstellt und das Reibungsglied einen Teil seiner Bahn

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überspringt, wenn sich die Oberflächeneigenschaften des Materialstrangs M geringfügig ändern. Zwar könnte eine solche Kniehebelwirkung unter bestimmten Umständen erwünscht sein, doch wäre sie störend, wenn die Absicht besteht, den Reibungskoeffizienten und/oder das Verhältnis zwischen der erhöhten Zugspannung und der ursprünglichen Zugspannung zu ermitteln.

Man kann die Lage der Führungsorgane 30, 31, des Reibungsgliedes 18 und des Krümmungsmittelpunktes 22 der Bahn des Reibungsgliedes so wählen, daß sich eine Spreizung oder Verkürzung bestimmter Teile der Skalen 11 und 11' ergibt, damit sich genauere Werte ablesen lassen.

Zur Erleichterung des Verständnisses des Verfahrens nach der Erfindung und der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere bezüglich der Auswertung der Kräfte, die beim Hinweggleiten des Materialstrangs M über das Reibungsglied 18 erzeugt werden, sowie der Winkel, unter denen die benachbarten Bahnabschnitte verlaufen, längs welcher sich der Materialstrang bewegt, sind die für die Bahnabschnitte geltenden Winkel und die sich ausgleichenden, an dem Reibungsglied 18 angreifenden Kräfte in Fig. 4 und 5 schematisch dargestellt. Im Gegensatz zu den meisten bekannten Prüfvorrichtungen ist es bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung nicht erforderlich, die ursprüngliche Zugspannung T₁ des der Vorrichtung zugeführten Material Strangs M genau zu regeln oder zu messen. Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung

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liefern einwandfreie Meßergebnisse ohne Rücksicht auf die jeweilige Größe der Zugspannung T₁ auf der Eintrittsseite, und dies gilt sogar auch für den Pail, daß die ursprüngliche Spannung Schwankungen unterliegt.

Da beim Hinweggleiten des Materialstrangs M über das Reibungsglied 18 auf den Materialstrang ein Reibungswiderstand wirkt, ist die Zugspannung Tp in dem von dem Reibungsglied 18 ablaufenden Teil des Materialstrangs stets höher als die ursprüngliche Zugspannung T₁ in dem dem Reibungsglied zugeführten Teil des Materialstrangs. Wenn der Materialstrang anfänglich in Gleitberührung mit dem Reibungsglied 18 kommt, wird das Reibungsglied nicht im Gleichgewicht stehenden Kräften ausgesetzt, und daher bewegt sich das Reibungsglied in eine Lage, bei der die Winkel, unter denen öich die benachbarten Bahnabschnitte gegenüber der Bahn des Reibungsgliedes erstrecken,welche solche Werte annehmen, daß sich die auf das Reibungsglied wirkenden Kräfte das Gleichgewicht halten. In Fig. 5 und 6 ist ein solcher Zustand dargestellt, bei dem das Reibungsglied eine Stellung eingenommen hat, bei der sich diese Kräfte gegenseitig aufheben.

Bezüglich der auf das Reibungsglied 18 wirkenden Kräfte kann man annehmen, daß sie an einem Punkt P zur Wirkung kommen, der dem Schnittpunkt von Verlängerungen der Bahnabschnitte entspricht, längs welcher der Materialstrang geführt wird. Die Winkel, unter denen öle beiden Babnabsshnitte verlaufen, werä©n

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zwischen den Bahnabschnitten und einer Linie L gemessen, die die Drehachse 22 mit dem Punkt P verbindet· Gemäß Fig. 5 bildet der erste Bahnabschnitt mit der Linie L den Winkel oc, während der zweite Bahnabschnitt, mit der Linie L einen Winkel ß bildet. Wenn eine Bewegung des Reibungsgliedes 18 längs seiner kreisbogenförmigen Bahn herbeigeführt werden soll, muß der Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Bahnabschnitt, d.h. die Summe der Winkel Ot und ß, größer als Null, jedoch kleiner als 18O° sein.

In Fig. 4 sind die auf das Reibungsglied 18 bzw. 26 wirkenden Kräfte nach den Grundsätzen der Vektoranalyse in Komponenten zerlegt worden, und die eine Bewegung des Reibungsgliedes herbeiführenden Komponenten sind mit F₁ und Fp bezeichnet. Die Kraftvektorkomponenten F₁ und F₂ sind im rechten Winkel zu der Linie L an dem Punkt P als einander entgegengesetzt gleiche Kräfte eingezeichnet. Die Länge dieser beiden Kraftvektoren läßt sich mit Hilfe der nachstehenden Gleichungen bestimmen:

sin

F₂ = T₂ sin ß

Ist der in Fig. 5 dargestellte abgeglichene Zustand erreicht, läßt sich·das Verhältnis zwischen der erhöhten Zugspannung T₂ und der ursprünglichen Zugspannung T₁ in dem Materialstrang wie folgt ausdrucken:

T₁ ~ sin ß^#
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Bekanntlich läßt sich der Reibungskoeffizient für einen Materialstrang oder ein Band oder dgl., das über ein zylindrisches Bauteil hinweggleitet, wie folgt ausdrücken:

Hierin bezeichnet e die Basis 2,718... des natürlichen Logarithmus, μ den Reibungsbeiwert und θ den Umschlingungswinkel zwischen dem Materialstrang und dem zylindrischen Bauteil in Radian. Bei der Anordnung nach Fig. 5 und 6 läßt sich der Umschlingungswinkel 0 mit Hilfe der folgenden Gleichung ermitteln:

9 = _2L_ (-,80° - OC- ß) 180°

Nunmehr kann man den in der vorstehend beschriebenen Weise ermittelten Wert von T₂/^Ti ^{in die} vorstehende Gleichung einsetzen, um den Wert des Reibungskoeffizienten μ für die jeweilige Lage des Reibungsgliedes 18 zu bestimmen.

Bei der in Fig. 5 und 6 dargestellten Lage der betreffenden Elemente hat z.B. der Winkel <x» den Wert 19° 10' und der Winkel ß den Wert 7° 4-5'· Hieraus ergibt sieh der Wert von Τρ/Ί^ wie folgt:

sin ß

^2 _β sin 19°1Q* ^T1 sin 7°

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0,32832

0,13405

ip£ - 2,4347

Der Umschiingungswinkel O ergibt sich wie folgt:

= ~2H~(18O° - OC- ß) 18O°

θ = -2L-(18O° - 19°10^f - 7°45') 18O°

θ = -£-( 153°O5') = -²^rC 153,0833⁰) 180° 180°

₌ 153,083°
57,29577°

θ = 2,6718 Radian

Nach Ermittlung des Wertes von T₂Zr^ und des Umschlingungswinkels θ kann man diese Werte in die nachstehende Gleichung einsetzen:

^2 μθ

ΓΠ ^

2,4347 = e² 2,67ΐ8μ = In 2,4347 2,67ΐ8μ = 0,8898

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μ ₌ 0*8898
2,6718

Durch entsprechende Berechnungen lassen sich Reibungskoeffizienten für sämtliche Stellungen des Reibungsgliedes 18 längs seiner Bahn bestimmen, wie es durch die Skala 11 veranschaulicht ist. Bei der Beschreibung des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung wurde die Dicke d.es Material Strangs M im Vergleich zu den Abmessungen der Vorrichtung 10 und im Verhältnis zu den beschriebenen Beziehungen als vernachlässigbar betrachtet. Wird Jedoch die Dicke des Materialstrangs so groß, daß sie die Eichung der Vorrichtung in einem bemerkbaren Ausmaß beeinflußt, kann dieser zusätzliche Faktor auf eine jedem Fachmann geläufige Weise leicht berücksichtigt werden.

Bis zu diesem Punkt wurde eine Beschreibung des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung für den Fall gegeben, daß der Reibungskoeffizient des Materialstrangs an einer bestimmten Stelle innerhalb seiner Länge durch eine Anzeige längs der Skala 11 bestimmt ist, sobald die beschriebenen Kräfte ins Gleichgewicht gekommen sind und die Bewegung des Reibungsgliedes aufgehört hat. Es ist jedoch zu bemerken, daß eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß der Reibungskoeffizient des zu prüfenden Materialstrangs über seine Länge variiert, so daß sich \ das Reibungsglied 18 längs seiner Bahn entsprechend hin- und herbewegt. Gemäß der Erfindung kann man das Ausmaß der Änderung des Reibungskoeffizienten über die Länge des zu prüfenden Mate-

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rial Strangs aus der Frequenz und der Amplitude der Bewegung des Reibungsgliedes J8 längs seiner Bahn ermitteln.

Durch die Erfindung sind somit ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zum Prüfen eines laufenden Material-Strangs mit dem Zweck der Ermittlung des Reibungskoeffizienten gegenüber einem Bezugselement oder Reibungsglied geschaffen worden, das bekannte Oberflächeneigenschaften besitzt, die in einer vorbestimmten Beziehung zu den Oberflächeneigenschaften stehen, denen der Materialstrang im Gebrauch bzw, bei seiner Verarbeitung normalerweise ausgesetzt ist, wobei es außerdem möglich ist, Änderungen des Reibungskoeffizienten längs des Material Strangs zu ermitteln· Außerdem ist es möglich, das Verhältnis zwischen der erhöhten Zugspannung und der ur-sprünglichen Zugspannung in dem Materialstrang zu bestimmen. Zwar wurde das erfindungsgemäße Verfahren bezüglich seiner Durchführung mit Hilfe der Vorrichtung 10 beschrieben, doch sei festgestellt, daß man auch eine beliebige andere Vorrichtung benutzen, könnte, die es. gestattet, die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte durchzuführen·

Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die offenbarte räumliche Ausgestaltung, werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht·

Ansprüche;

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Claims

ANSPRÜCHE

Verfahren zum Messen einer Eigenschaft oder eines Zustandes, z.B. des Reibungskoeffizienten oder der relativen Spannung,■bei einem gespannten, sich bewegenden, langgestreckten Materialstrang, dadurch, daß der Materialstrang in Eingriff mit einem Reibungsglied bzw. einer Materialprobe gebracht wird, die eine bekannte Oberflächeneigenschaft hat, wobei der gespannte Materialstrang über das Reibungsglied hinweggleitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialstrang längs einer ersten Führungsbahn zur Oberfläche des Reibungsgliedes geführt und längs einer zu der ersten Führungsbahn nicht parallelen zweiten Führungsbahn von dem Reibungsglied abgeführt wird, während das Reibungsglied veranlaßt wird, sich längs einer vorbestimmten Bahn zu bewegen und hierdurch die Winkel, unter denen die Führungsbahnen verlaufen, zu ändern, bis diese Winkel gegenüber der vorbestimmten Bahn des Reibungsgliedes solche Vierte annehmen, daß sich die auf das Reibungsglied ausgeübten Kräfte das Gleichgewicht halten, und daß die betreffende Eigenschaft bzw. der betreffende Zustand des Materialstrangs mit Hilfe der Lage des Reibungsgliedes längs seiner vorbestimmten Bahn ermittelt wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialprobe bzw. das Reibungsglied veranlaßt wird, sich längs einer gekrümmten Bahn zu bewegen.

5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Maßnahmen getroffen werden, um der gekrümmten Bahn einen im wesentlichen gleichmäßigen Krümmungsradius zu geben.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der zu ermittelnden Eigenschaft bzw. dem Zustand um den Reibungskoeffizienten des Materialstrangs handelt, und daß der Reibungskoeffizient mit Hilfe der Lage der Materialprobe bzw. des Reibungsgliedes längs seiner vorbestimmten Bahn ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

der Reibungskoeffizient mit Hilfe der Gleichung = ε^μθ ermittelt wird, wobei oc den Winkel zwischen der ersten Führungsbahn und einer Linie bezeichnet, die den Krümmungsmittelpunkt einer einen im wesentlichen gleichmäßigen Krümmungsradius aufweisenden Bahn des Reibungsgliedes bzw. der Materialprobe mit dem Schnittpunkt von Verlängerungen der beiden Führungsbahnen verbindet, ß den V/inkel zwischen der zweiten Führungsbahn und der gleichen Linie, e die Basis 2,718 des natürlichen Logarithmus, u den Reibungskoeffizienten und 0 die in Radian gemessene Differenz zwischen Tt und (oc+ ß),

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Eigenschaft bzw. der ermittelte Zustand das Verhältnis zwischen der erhöhten Zugspannung in dem Materialstrang, die durch das Hinweggleiten des Materialstrangs über die Oberfläche des Reibungsgliedes bzw. der Materialprobe hervorgerufen wird, und der Zugspannung ist, die in dem Materialstrang vorhanden ist, bevor er in Gleitberührung mit dem Reibungsglied bzw. der Materialprobe kommt, und daß die Eigenschaft bzw. der Zustand aus der Lage des Reibungsgliedes bzw. der Materialprobe längs ihrer vorbestimmten Bahn ermittelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Zugspannungen mit Hilfe der Gleichung ermittelt wird, in der o£ den Winkel zwischen der ersten sin ß

Führungsbahn und einer Linie bezeichnet, die den Krümmungsmittelpunkt einer gekrümmten, einen im wesentlichen gleichmäßigen Krümmungsradius aufweisenden Bahn des Reibungsglieds bzw. der Materialprobe mit dem Schnittpunkt von Verlängerungen der beiden Führungsbahnen verbindet, und ß den Winkel zwischen der zweiten Führungsbahn und dieser Linie.

8. Vorrichtung zum Messen einer Eigenschaft oder eines Zustandes, z.B. des Reibungskoeffizienten oder der relativen Spannung, bei einem gespannten, sich bewegenden, langgestreckten Materialstrang dadurch, daß der Materialstrang in Eingriff mit einem Reibungsglied bzw. einer Materialprobe gebracht wird, die

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eine bekannte Oberflächeneigenschaft hat, wobei der gespannte Materialstrang über die Oberfläche des Reibungsgliedes bzw. der Materialprobe hinwegglei tet, dadurch gekennzeichnet,, daß Unterstützungen (20, 20a, 20b, 22, 2J>) vorhanden sind, die das Reibungsglied (18) bzw. die Materialprobe (18) so unterstützen, daß es ihr möglich ist, in reibende Gleitberührung mit dem sich bewegenden Materialstrang (M) zu treten und sich in Abhängigkeit davon, daß auf sie nicht im Gleichgewicht stehende Kräfte wirken, die durch die Gleitberührung zwischen dem sich bewegenden Materialstrang und dem Reibungsglied erzeugt werden, längs einer vorbestimmten Bahn zu bewegen, daß an vorbestimmten Punkten in Beziehung zu dem Reibungsglied Führungseinrichtungen (30, 31) angeordnet sind, um den sich bewegenden Materialstrang längs einer ersten Führungsbahn zu dem Reibungsglied zu führen und ihn. längs einer zu der ersten Führungsbahn nicht parallelen zweiten Führungsbahn von dem Reibüngsglied abzuführen, so daß durch die Gleitberührung zwischen dem sich bewegenden Materialstrang und dem Reibungsglied Kräfte erzeugt werden, die auf das Reibungsglied wirken und es veranlassen, sich längs seiner Bahn zu bewegen, bis die Winkel, unter denen die beiden Führungsbahnen verlaufen, gegenüber der vorbestimmten Bahn des Reibungsgliedes solche Werte angenommen haben, daß sich die auf das Reibungsglied ausgeübten Kräfte das Gleichgewicht halten und die Bewegung des Reibungsglied, aufhört, und daß der vorbestimmten Bahn des Reibungsgliedes Einrichtungen (11, 11') zugeordnet sind, die es ermöglichen, anhand der Lage des Reibungsgliedes längs seiner Bahn die Eigenschaft bzw. den Zustand

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des Materialstrangs anzuzeigen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungen (20, 20a, 20b, 22, 235) das Reibungsglied bzw. die Materialprobe (18) so unterstützen, daß sie sich längs einer gekrümmten Bahn bewegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Bahn einen im wesentlichen gleichmäßigen Krümmungsradius hat.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (11) den Reibungskoeffizienten zwischen dem Materialstrang (M) und dem Reibungsglied bzw. der Materialprobe (18) anzeigt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (11 ^!) das Verhältnis zwischen der erhöhten Zugspannung des MaterialStrangs (M) und der ursprünglichen Zugspannung anzeigt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (12) vorhanden ist, das eine obere Wand (14) mit einem gekrümmten Schlitz (19) aufweist, und daß das Reibungsglied bzw. die Materialprobe (18) so gelagert ist, daß sie längs des gekrümmten Schlitzes bewegbar ist.

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14. Vorrichtlang nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet, daß das Reibungsglied bzw. die Materialprobe (18) auf einem schwenkbaren Hebel (20) befestigt ist, dessen Drehachse (22) durch den Krümmungsmittelpunkt des gekrümmten Schlitzes (19) verläuft, und dessen einer Endabschnitt sich unterhalb des gekrümmten Schlitzes erstreckt.

15· Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) einen Hohlraum umschließt, und daß der Hebel (20) eine Querabmessung hat, die im wesentlichen gleich der Höhe des Hohlraums in dem Gehäuse ist, so daß bei schwingenden Bewegungen des Hebels die Luft in dem Gehäuse eine Dämpfungswirkung hervorruft.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (20) mit Gewichten (23) versehen ist, die die Wirkung der Schwerkraft auf den Hebel ausgleichen, so daß sich der Hebel im Gleichgewicht befindet, wenn seine Drehachse (22) eine von der senkrechten Lage abweichende Lage einnimmt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet, daß längs des gekrümmten Schlitzes (19) Skalen mit Teilstrichen angeordnet sind, deren Eichung bezüglich der möglichen Stellungen des Reibungsgliedes bzw. der Materialprobe längs des Schlitzes derart ist, daß es möglich ist, anhand der Stellung des Reibungsgliedes längs des Schlitzes mindestens eine von zwei Größen anzuzeigen, bei denen es sich um den Reibungskoef f izien-

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ten des MaterialStrangs (M) und das Verhältnis zwischen der erhöhten Zugspannung in dem Material strang und der ursprüngli chen Zugspannung handelt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17* dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstriche (11) so geeicht sind, daß sie es ermöglichen, den Reibungskoeffizienten entsprechend der Gleichung ^t-—jj = β^μ zu ermitteln, in der OC den Winkel zwischen der ersten Führungsbahn und einer Linie bezeichnet, die den Krümmungsmittelpunkt (22) einer einen im wesentlichen gleichmäßigen Krümmungsradius aufweisenden gekrümmten Bahn des Reibungsgliedes bzw. der Materialprobe mit dem Schnittpunkt von Verlängerungen der beiden Führungsbahnen verbindet, ß den Winkel zwischen der zweiten Führungsbahn und der gleichen Linie, e die Basis 2,718 des natürlichen Logarithmus, μ den Reibungskoeffizienten und 0 die in Radian gemessene Differenz zwischen Tf und (oc+ ß).

19. Vorrichtung nach Anspruch 17* dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstriche (11') so geeicht sind, daß sie es ermöglichen, das Verhältnis zwischen den genannten Zugspannungen mit Hilfe der Gleichung zu ermitteln, in der otden Winkel zwischen der ersten Führungsbahn und einer Linie bezeichnet, die den Krümmungsmittelpunkt (22) einer einen im wesentlichen gleichmäßigen Krümmungsradius aufweisenden gekrümmen Bahn des Reibungsgliedes bzw· der Materialprobe mit dem Schnittpunkt von Verlängerungen der beiden Führungsbahnen verbindet, und ß den

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Winkel zwischen der.zweiten Führungsbahn und der gleichen Linie.

20· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 19> dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorhanden ist, die es ermöglicht, das Reibungsglied bzw. die Materialprobe (18) lösbar zu befestigen und sie durch andere Reibungsglieder aus vorbestimmten anderen Materialien zu ersetzen.

21. Verfahren zum Messen des Reibungskoeffizienten zwischen einem gespannten Materialstrang und einem Reibungsglied, über das der·. Materialstrang gleitend hinwegbewegt wird, und/oder zum Messen von Reibungskoeffizienten abhängiger Eigenschaften, der relativen Spannung od. dgl. in dem Materialstrang, wobei das Reibungsglied unter der Krafteinwirkung des Materialstranges in eine den zu messenden Wert anzeigende Stellung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialstrang so über das Reibüngsglied geführt wird, daß die auf- und ablaufenden Teilstränge einen Winkel einschließen und daß das Reibungsglied in seine den zu messenden Wert anzeigende Stellung auf einer Bahn durch die tangential zu dieser.gerichteten Komponenten der über die Teilstränge auf das Reibungsglied einwirkenden Kräfte solange verschoben wird, bis diese Kräfte gleich groß sind und sich aufheben.

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22. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibungsglied

(18) auf einer vorbestimmten Bahn (19) bewegbar ist und der Materialstrang (M) über zwei auf der gleichen Seite der Bahn (19) angeordnete feste Führungsrollen (30, 31) und zwischen diesen über das Reibungsglied (1S) so geführt ist, daß der dem Reibungsglied zulaufende und der von ihm ablaufende Teil des Materialstranges einen Winkel (oc+ ß) einschließen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Bahn für das Reibungsglied (18) gekrümmt ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Bahn für_vdas Reibungsglied (18) eine Kreisbahn (19) ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Bahn (19) eine den Reibungskoeffizienten anzeigende Skala (11) angebracht ist. .

26'. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Bahn (19) eine die durch die Reibung bewirkte Vergrößerung der Zugspannung

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anzeigende Skala (11') angebracht ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibungsglied (18) auf einem Hebel (20) drehfest und auswechselbar angebracht ist.

28. Vorrichtung nach einem, der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerungen für die Führungsrollen (30, 31) und den Hebel (20) in einem segmentförmig gestalteten sowie allseitig geschlossenen Gehäuse (12) untergebracht sind, wobei die Führungsrollen (30, 31) und das Reibungsglied (18) über die eine Außenfläche (14) des Gehäuses (12) hervorragen, die mit einem gekrümmten Schlitz für die Bewegung des Reibungsgliedes (18) versehen ist.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (20) als eine dem Querschnitt des Gehäuses (12) etwa entsprechende Platte ausgebildet ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des Hebels (20) durch ein Gegengewicht (23) ausgeglichen ist.

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31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerungen für die Führungsrollen (30, 31) asymmetrisch und/oder in unterschiedlichem radialen Abstand zu der Lagerung (22) des Hebels (20) in dem Gehäuse (12) angeordnet sind.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullpunkte der Skalen (11, 11') für den Reibungskoeffizienten und die Spannung benachbart einer Seitenfläche (15) des segmentförmigen Gehäuses: (-12) liegen.!.=,.,._—-,

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