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Vorrichtung zur Feststellung von Unregelmäßigkeiten in einer sich
bewegenden Bahn, insbesondere einer Papierbahn Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zur Feststellung von Unregelmäßigkeiten in einer sich bewegenden Bahn,
insbesondere einer Papierbahn. Die Erfindung befaßt sich nicht mit der Entdeckung
von sehr kleinen Unregelmäßigkeiten, sondern mit der Entdeckung von gröberen Fehlern,
wie Klumpen, Falten und überlappungen, die in der Papierherstellung gelegentlich
als "Pressenstopper" bezeichnet werden. Bekannte Vorrichtungen zur Entdeckung von
lokalen Fehlern dieser Größenordnung weisen verschiedene Nachteile auf und es ist
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung für den genannten
Zweck zu schaffen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch mindestens
eine Detektoreinheit mit einer Rolle oder einer anderen Fühlereinrichtung, die auf
einer Oberfläche der Bahn aufliegt oder in engem Abstand von dieser angeordnet ist,
die Fühlereinrichtung tragende Mittel zur Bewegung in Übereinstimmung mit der Bewegung
des Fühlerelements durch eine Ungleichförmigkeit in der Bahn, und eine Vervielfachungsvorrichtung,
die auf die Bewegung des Fühlerelements
anspricht, um eine entsprechende,
jedoch vergrößerte Bewegung einem Signalelement zu erteilen.
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Vorzugsweise enthält die Vervielfachungsvorrichtung zwei im wesentlichen
parallele, flexible Blattfedern oder ähnliche steife, jedoch biegsame Elemente,
die an ihren freien Enden starr miteinander verbunden sind, während das andere Ende
des einen Elements an einem feststehenden Teil der Vorrichtung und das andere Ende
des anderen Elements mit einem mit der Fühlereinrichtung beweglichen Teil verbunden
ist. Ein derartiges Doppelblattfedersystem ergibt einen großen Vergrößerungsfaktor.
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Das Signalelement weist vorzugsweise eine bewegliche Blende auf, die
an den freien Enden der Blattfedern angebracht ist und einen Schlitz aufweist, so
daß sie den Durchgang eines Lichtstrahles behindern oder zulassen kann.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Anzahl derartiger
Detektoreinheiten in einer Reihe über der ganzen Breite der sich bewegenden Bahn
angeordnet, wobei die Schlitze ihrer Blenden miteinander fluchten, und es ist eine
Lichtquelle mit einer Kollimationslinse vorgesehen, um einen Lichtstrahl durch die
ganze Reihe von Blendenschlitzen zu schicken, der dann auf eine Fotozelle trifft,
die hinter der letzten Blende der Reihe angeordnet ist.
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Mittel sind vorgesehen, um jede einzelne Blende anfänglich in ihrer
richtigen Fluchtstellung einzustellen, worauf keine weiteren Einstellungen nötig
sind, selbst wenn Papierbahnen von unterschiedlicher Dicke überprüft werden. Entsprechend
einer Änderung der Papierdicke bewegen sich alle Fühlereinrichtungen sowie die damit
verbundenen Blenden und auch die Fotozelle an der letzten Blende um den gleichen
Betrag, so daß die Übereinstimmung erhalten bleibt.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. la eine
Seitenansicht einer ersten Form einer Detektoreinheit für eine erfindungsgemäße
Vorrichtung; Fig. ib eine Rückenansicht der in Fig. 1 gezeigten Einheit; Fig. 2
eine Seitenansicht der Einheit von Fig. 1 in der Betriebsstellung zur Feststellung
von Unregelmäßigkeiten in einer laufenden Bahn; Fig. 3 eine vereinfachte schematische
Draufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Blenden mit ihren Schlitzen
in einer Reihe nebeneinander über die Bahnbreite angeordnet sind und eine Fotozelle
an der letzten Einheit vorgesehen ist; Fig. 4 und 5 eine Seitenansicht einer bzw.
eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die
einzelnen Detektorelemente seitlich versetzt nebeneinander über die Breite der Bahn
angeordnet sind, um nicht abgetastete Lücken zu vermeiden; Fig. 6 eine Seitenansicht
einer modifizierten Form einer Detektoreinheit für eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
und Fig. 7 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer Detektoreinheit.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. ia und 1b sind zwei Platten
10 und 11 mittels vier Blattfedern 13 miteinander gelenkig verbunden, um ein Parallelogramm
zu bilden, in welchem die Platte 10 in der Lage ist, eine begrenzte Vertikalbewegung
auszuführen. Die rechte Platte 11 ist mittels einer Spannschraube 15 an einer gemeinsamen
Tragstange 14 befestigt, und sie trägt zusätzlich an ihrer unteren Kante ein Element
16 eines Doppelblattfedersystems, dessen anderes Element 17 an der beweglichen Platte
10 angebracht ist. Jede Vertikalbewegung der Platte 10, die von der an dieser Platte
angebrachten Rolle 18 übertragen
wird, verschiebt somit das andere
Element 17 des Federsystems, was eine erheblich vergrößerte seitliche Ablenkung
einer am oberen Ende des Federsystems angebrachten Klammer 21, die eine Blende 19
mit einem Schlitz 20 trägt, zur Folge hat. Da überall Federn verwendet werden, gibt
es keine Probleme hinsichtlich Spiel und Abnutzung, wie es der Fall wäre bei konventionellen
Schwenksystemen, und es ist ein großer Vergrößerungsfaktor möglich.
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Im Betrieb wird die Papierbahn W (Fig.2) unter Spannung über eine
Walze 23 geführt. Eine Anzahl von Detektoreinheiten ist eng nebeneinander auf der
gemeinsamen Tragstange 14 angeordnet, die sich über die Breite der Bahn W erstreckt
und drehbar ist, damit die Rollen 18 zum Wiedereinlegen einer Bahn angehoben werden
können.
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Der benötigte Anpreßdruck der Rolle 18 wird durch eine vorher bestimmte
anfängliche Durchbiegung der Blattfedern 13 erreicht. Da dies jedoch eine übermäßige
Ablenkung des Schlitzes 20 zur Folge hätte, ist es notwendig, zunächst diesen Effekt
zu kompensieren.
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Dies wird errreicht durch ein System, das am besten aus Fig. 16 ersichtlich
ist und einen einstellbaren Block 25 mit Innengewinde und eine Differentialschraube
26 aufweist. Das Ende der Schraube 26 mit dem kleineren Durchmesser ist in einen
Schlitten 27 eingeschraubt, an dem das rechte Ende des Bandfederelements 16 angebracht
ist. Es ist möglich, den Einstellblock 25 an der Platte 11 nach oben zu bewegen
und an der Platte in einer solchen Höhe zu befestigen, daß die rechte Seite des
Doppelfedersystems angehoben wird, um annähernd die Abweichung zu kompensieren,
die sonst eintreten würde. Durch Drehung der Schraube 26 wird eine Feineinstellung
ermöglicht, wobei das Prinzip der Differentialschraube dazu verwendet wird, die
gewünschte Regulierung zu erreichen.
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Fig. 3 zeigt eine grundsätzliche Anordnung von Detektoreinheiten,
von denen nur die Blenden 19 gezeigt sind, in einer Reihe und im geringen Abstand
voneinander über die ganze Breite der Bahn W.
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Eine einfache schwache und annähernd kollimierte Lichtquelle 31 ist
in der dargestellten Weise vorgesehen, wobei ihr Strahl-Durchmesser wesentlich größer
ist als die Breite der Blendenschlitze 20. Hinter der letzten Blende und sich mit
dieser bewegend ist eine Fotozelle 32 vorgesehen, um das Licht zu empfangen, das
von der Lichtquelle 31 ausgestrahlt wurde und alle Schlitze der Blenden 30 passiert
hat. Die Einstellschrauben 26 an den Detektoreinheiten werden hierbei während des
erstmaligen Einstellens dazu verwendet, die einzelnen Schlitze miteinander in Fluchtung
zu bringen und zu gewährleisten, daß sich ein Lichtstrahl kontinuierlich durch das
System erstreckt.
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Eine Bewegung irgendeines Schlitzes 20 einschließlich des letzten,
dessen Blende die Fotozelle 21 trägt, die gleich oder grösser ist als die Schlitzbreite,
erzeugt ein vollständiges Abschneiden des Lichtstrahles, während Abweichungen unterhalb
dieses Wertes ein proportional reduziertes Signal zur Folge haben. Es ist ersichtlich,
daß eine Anderung der Papierdicke (d.h.
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eine über die Breite der Bahn W gleichmäßige Veränderung) kein Signal
zur Folge hat, da sich alle Blendenschlitze 20 um den gleichen Betrag bewegen.
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Das vorstehend beschriebene grundsätzliche System ist vor allem dazu
geeignet, in Verbindung mit einzelnen Bahnen von bestimmter, feststehender Breite
zu arbeiten. Wenn mit einer Vorrichtung Bahnen verschiedener Breite überprüft werden
sollen, könnte man vorsehen, daß die außerhalb der Bahn liegenden Rollen 18 direkt
auf der Walze 32 laufen, in welchem Falle eine neue Einstellung der Blenden dieser
Einheiten erforderlich ist, um die Kontinuität des Lichtstrahls wiederherzustellen.
Eine andere Lösung besteht darin, nicht gebrauchte Detektoreinheiten abzunehmen
und nur die zur Abtastung der Bahn erforderliche Anzahl zu belassen, wobei natürlich
die letzte Einheit mit der Fotozelle 32 an Ort und Stelle verbleiben muß Diese letztere
Methode ist bevorzugt, da hier selbst bei nachfolgender Anderung der Papierdicke
keinerlei Einstellarbeiten erforderlich sind.
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Eine einzige Reihe von Detektoreinheiten hat jedoch zwei Nachteile.
Obgleich jeweils zwei Einheiten sehr nahe nebeneinander angeordnet werden können,
so ist doch unvermeidlich ein schmaler Spalt zwischen ihnen, durch den Fehler unentdeckt
passieren könnten. Zusätzlich besteht die Gefahr, daß eine geometrisch perfekte
Überlappung genau im rechten Winkel zu der Bahn kein Fehlersignal auslösen würde.
Obgleich dies in der Praxis sehr selten auftreten dürfte, überwindet die Ausführung
gemäß Fig. 4 und 5 beide genannte Nachteile. Hier sind Detektoren 35, 36 mit Blenden
19A, 19B in zwei Reihen versetzt zueinander angeordnet, derart, daß eine kleine
Überlappung zwischen benachbarten Detektoreinheiten vorhanden ist. Zwei feststehende
Prismen 37, 38 erhalten Licht von der Lichtquelle 31 durch die Schlitze der Blenden
19A und lenken den Lichtstrahl durch die Schlitze der zweiten Reihe von Blenden
19B in der dargestellten Weise, so daß die Arbeitsweise des ersten Ausführungsbeispiels
erhalten bleibt. Es ist jedoch ersichtlich, daß dann, wenn eine "perfekte" Überlappung
oder Unregelmäßigkeit in der Bahn senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung auftritt,
die Blenden 19A oder 19B der einen Reihe vor denen der anderen Reihe abgelenkt werden,
wodurch von der Fotozelle 32 ein Signal gegeben wird. Auch diese Ausführung wird
von einer Änderung der Papierdicke nicht berührt, da die Blendenschlitze in entgegengesetzten
Richtungen in jeder Reihe abgelenkt werden und der Lichtstrahl kontinuierlich bleibt.
Somit ist auch hier keine Einstellung bei einem Papierwechsel erforderlich.
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Ein weiterer Vorteil wird mit dieser Anordnung bei Bahnen unterschiedlicher
Breite erreicht, wo eine Bezugskante feststeht. Dies bedeutet, daß die Lichtquelle
und die Detektoreinheit, welche die Fotozelle trägt, auf der Seite der Bezugskante
in einer konstanten Position verbleiben können. Alle Detektoreinheiten, die an Stellen
liegen, wo keine Bahn ist, können einfach angehoben oder abgenommen werden, um sie
außer Betrieb zu setzen.
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Eine weitere Betriebsweise ist bei Papiermaschinen nötig, bei denen
Papierschneider verwendet werden. Hier ist es erwünscht, unabhängige Inspektionssysteme
für jeden Abs-chnitt des geschnittenen
Bandes vorzusehen, um die
Zurückweisung von gutem Papier an einer nachfolgenden Ausschuß-Abwerfstelle zu vermeiden.
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Ein Verfahren, um dies zu erreichen, besteht darin, jede Detektoreinheit
mit einer eigenen Lichtquelle und einer Fotozelle auf gegenüberliegenden Seiten
des Blendenschlitzes vorzusehen, jedoch fest mit der stationären Platte 11 verbunden.
In diesem Fall ist es notwendig, sowohl die Lampe als auch die Fotozelle mit engen
Spalten zu versehen, um die vorher erreichten Verhältnisse zu simulieren. Diese
Anordnung bietet eine beträchtliche Vielseitigkeit, erfordert jedoch jeweils eine
neue Einstellung bei Untersuchung einer Papierbahn anderer Dicke.
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Die bevorzugte Methode ist es, die Detektoreinheit in Paaren zu konstruieren,
so daß die Rollen sich freitragend von gegenüberliegenden Seiten erstrecken. Ein
vernachlässigbarer Spalt kann dann zwischen ihren nicht gelagerten Enden entstehen,
um das Problem eines Totraumes an dieser Stelle zu vermeiden. Eine Lichtquelle (möglicherweise
eine lichtemittierende Diode mit einer einfachen Linse) wird dann starr am Rahmen
vor einen der beiden ablenkbaren Blendenschlitze angeordnet. Die Fotozelle ist wie
vorher hinter dem zweiten Blendenschlitz vorgesehen und sie bewegt sich gemeinsam
mit diesem.
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Das System ist somit identisch mit demjenigen von Fig. 3 mit der Ausnahme,
daß die Einheiten zu Paaren zusammengefaßt sind und unabhängig arbeiten. Alternierende
Paare sind wie in Fig. 4 versetzt zueinander angeordnet, um eine vollständige Erfassung
der ganzen Bahnbreite zu gewährleisten. Detektoreinheiten können dann angeordnet
werden, um bestimmte Abschnitte der Bahn zu überdecken, die den Anordnungen der
Schneidvorrichtungen entsprechen, wobei die Ausgangssignale der Foto zellen entsprechend
zusammengefaßt werden.
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Zwei weitere Formen von Detektoreinheiten, welche das Blattfeder-Vergrößerungsprinzip
anwenden, sind in Fig. 6 und 7 dargestellt.
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Im Gegensatz zu den Tastrollen gemäß den vorhergehenden Beispielen
haben
sie den Vorteil, daß sie keinen konstanten Kontakt mit der Papierbahn haben und
daß es viel einfacher ist, Toträume zwischen benachbarten Einheiten zu vermeiden.
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Das Weglassen der Rolle 18 gestattet einen wesentlich einfacheren
Aufbau mit sehr geringen sich bewegenden Massen. Um jedoch einen gegebenen Arbeitsspalt
zwischen der Bahn W und dem Tastelement aufrechtzuerhalten, benötigen beide Einheiten
eine Einstellung bei jedem Wechsel der Papierdicke. Diese Einstellung kann wesentlich
erleichtert werden durch die Anbringung aller Detektoreinheiten an einem gemeinsamen
Tragelement. Es ist dann nur notwendig, einen einzigen äußeren Einschlag, der für
die Papierdicke einstellbar ist, an einem Ende des Tragelements anzuordnen.
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In Fig. 6, in welcher gleiche Teile wie bei den vorhergehenden Beispielen
mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist eine auslenkbare Zunge 41 mittels
eines Blattfederscharniers 42 mit dem gemeinsamen Tragelement 43 verbunden. Die
Unterseite der Zunge 41 verläuft in geringem Abstand von der Papierbahn W, wobei
dieser Abstand d durch eine Einstellschraube 44 eingestellt werden kann. Eine vorgegebene,
nach unten gerichtete Kraft wird durch eine Vorspannung in dem Blattfederscharnier
42 ausgeübt, um die notwendige Ablenkkraft-und einen ausreichenden Druck gegen die
Schraube 44 zu erzeugen, um Vibrationen zu vermeiden. In jeder anderen Hinsicht
ist die Einheit gleich der vorher beschriebenen, und eine Einstellschraube 45 dient
zur Feineinstellung des Blendenschlitzes 20 in der gleichen Weise wie die Schraube
26 in Fig. 1.
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Nachdem diese anfänglichen Einstellungen durchgeführt wurden, ist
es nur noch notwendig, die komplette Detektoreinheit wieder in die Vorrichtung einzusetzen,
um sich Anderungen in der Papierdicke anzupassen.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 ist eine biegsame Klinge 51
senkrecht an einem ähnlichen Blattfederscharnier 52 aufgehängt, so daß die anfängliche
Ablenkung der Klinge durch eine
Unregelmäßigkeit in der Papierbahn
in Richtung der Bahnbewegung erfolgt. Eine Vorspannung des Blattfederscharniers
ist wiederum vorgesehen, um einen ausreichenden Druck gegen eine Anschlagfläche
53 zu erzeugen. In diesem Fall ist keine Möglichkeit zum Einstellen des Abstandes
d vorgesehen, da es nur notwendig ist, zu gewährleisten, daß die Unterkanten 54
der Klingen 51 aller Detektoreinheiten in genauer Fluchtung angeordnet sind. Der
Abstand d kann dann durch Bewegung eines gemeinsamen Trägers (beispielsweise entsprechend
der Stange 14 in Fig. 1a) eingestellt werden. Die Empfindlichkeit dieser Anordnung
kann sehr wohl höher sein als diejenige der anderen dargestellten Detektoreinheiten,
da die Bewegungen der biegsamen Klinge nun mehr eine Funktion des Radius des Zylinders
23 als der Höhe des Defektes ist.
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Bei den Einheiten gemäß Fig. 6 oder 7 kann die Breite der Zunge 41
bzw. der Klinge 51 so gewählt werden, daß sie den individuellen Notwendigkeiten
entspricht, und es ist nur ein sehr feiner Arbeitsspalt zwischen benachbarten Detektoreinheiten
erforderlich, so daß eine versetzte Anordnung wie bei den Tastrollen gemäß Fig.
4 und 5 nicht nötig ist. Obgleich die dargestellten Ausführungsbeispiele mittels
Lichtstrahlen arbeiten, können auch andere Verfahren angewandt werden, beispielsweise
Messung der Auslenkung durch kapazitive Vorrichtungen oder Meßglieder mit beweglichen
Spulen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann, falls erforderlich, Fühlerelemente
verwenden, die mit Mitteln zur Zuführung von Luft zu einer der Bahn zugewandten
Arbeitsfläche der Elemente versehen sind, so daß im Betrieb das Fühlerelement die
Bahn überhaupt nicht berührt, sondern von einem sogenannten Luftlager getragen wird.
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- Patentansprüche -