DE3002667A1 - Selbststabilisierender pneumatischer lagegeber - Google Patents

Selbststabilisierender pneumatischer lagegeber

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Description

BERGLUND, Per Roode
Tyresö, Schweden
Selbststabilisierender pneumatischer Lagegeber.
Die Erfindung betrifft einen selbststabilisierenden pneumatischen Lagegeber zum Messen mittels einer Düse, die gegen eine vom Lagegeber abzutastende Oberfläche bläst. Als selbststabilisierender pneumatischer Lagegeber wird hier ein Taster oder Fühler bezeichnet, dessen bewegliches Tastglied sich in gleichbleibendem Abstand von der pneumatisch abzutastenden Oberfläche hält, wobei das Tastglied dem unmittelbar gegen die abzutastende Oberfläche anliegenden Taststift einer mechanischen sog. Messuhr entspricht. Mit einem Lagegeber können daher z.B. Unebenheiten einer Fläche oder die Dicke eines Gegenstandes gemessen oder überwacht werden, und zwar auch fortlaufend wenn der Lagegeber und die abzutastende Fläche sich quer zur Abtastrichtung in Bezug aufeinander bewegen.
Es ist bereits bekannt, Abstände, eigentlich Längen-, Lage- oder Abstandunterschiede pneumatisch mit einer festen Blasdüse zu messen, wobei man die Druckänderungen in der Düse misst, die bei einer Änderung des Abstandes zwischen dem
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Prüfling (d.h. dem abzutastenden Gegenstand bzw. seiner Oberfläche) auftreten j was bedeutet, dass man die relative Stellung (Lage) und/oder ihre Änderungen misst. Meist benutzt man Druckluft mit einem Druck von der Grössenordnung 0s15 MPa (1,5 atü) oder weniger. Bei indirekter pneumatischer Abstandsmessung benutzt man ein bewegliches Messglied in Form eines mechanisch abtastenden Fühlstift, der ein pneumatisches Messventil steuert. Man kann hierbei zwar eine sehr hohe Messgenauigkeit erzielen, aber mechanische Abtastung kann die abgetastete Fläche ungünstig beeinflussen und umgekehrt und ist ausserdem ungeeignet zum Abtasten von empfindlichen Oberflächen oder solchen, die so rauh oder unregelmässig sind, dass sich bei dynamischen Abtasten der Abstand stark oder plötzlich ändert, also bei einer Relativbewegung zwischen der Oberfläche und des Fühlstiftes in anderer Richtung als nur in Achsialrichtung des Fühlstiftes.
Die Erfindung nach Hauptanspruch ermöglicht die Verwirklichung eines äusserst genauen und billigen pneumatischen Lagegebers ohne Ventile und mit einem einzigen beweglichen Messglied, das luftgelagert und daher praktisch reibungslos gelagert sein kann. Eine schädliche Einwirkung auf das Messglied durch die abzutastende Oberfläche oder umgekehrt ist entweder nicht möglich oder kann in Sonderfällen leicht vermieden werden, z.B. indem man die Blasluft durch ein anderes Gas ersetzt, Druck und/oder Temperatur richtig wählt usw.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend in Zusammenhang mit anliegender Zeichnung näher beschrieben.
Die Zeichnung zeigt einen Lagegeber schematisch ohne äusseres Zubehör, aber in ungefähr richtigen Proportionen mit Ausnahme der Luftkanäle, für deren Bemessung Zahlenbeispiele weiter unten gegeben werden.
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Der Lagegeber besteht aus einem Körper 1, der im Betrieb in der Abtastrichtung (d.h. in Richtung lotrecht zur abzutastenden Fläche) fest ist, und aus einem in Tastrichtung beweglichem Messglied. Dieses Messglied besteht aus einer Düse 2a, 2b, 2c, die im einen Ende eines hier mit fünf Löchern
4 versehenen Rohr 3 befestigt ist, und aus einem Luftauslassglied 5, das im anderen Ende des Rohrs 3 befestigt ist und eine Drosselscheibe 6 und eine dünne Stange 7 trägt. Das Luftauslassglied 5 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch und enthält einen zentralen Auslasskanal mit beispielsweise zwei Seitenzweigen 8 mit je einer Auslassmündung in eine hauptsächlich zwischen der Drosselscheibe 6 und dem Körper befindlichen Kammer 9. Zwischen dieser Kammer 9 und der Aussenluft, d.h. der freien Atmosphäre, befindet sich ein schmaler Ringspalt 11.
Das bewegliche Messglied 2-8 des Lagegebers kann also mit allen seinen zugehörigen Teilen rotationssymmetrisch ausgeführt werden, wenn man von den Löchern 4 und den einen durchgehenden Kanal bildenden Seitenzweigen 8 absieht, die aber vorzugsweise ebenfalls zylindrisch-sind, z.B. Bohrungen. Oben wurde gesagt, dass die Düse 2 und das Luftauslassglied
5 im Rohr 3 befestigt sind. Dies schliesst aber nicht aus, dass sie in Achsialrichtung in Bezug aufeinander und auf das Rohr 3 verstellbar, ggf. auch drehbar, sein können. Im vorliegenden Beispiel ist die Düse 2 zusammengesetzt aus einer mit Blaskanal und Mündung gleichachsig versehener Messpitze 2a, einem versteifenden Abweiser 2b und einem Drosselring 2c. Der Abweiser 2b schützt die Messpitze 2a und verhindert eine zu starke Seitenbelastung des ganzen beweglichen Massglieds 2-8 in dem Falle, dass die Messpitze z.B. durch einen Vorsprung auf einem abzutastenden Prüfling 16 seitlich beansprucht wird. Der Abweiser kann aber auch eine gewisse pneumatische Funktion haben.
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Der Prüfling 16 kann eine Metall-„ Kunststoff- oder Papierbahn sein, die unterhalb der Düse 2 auf einer festen Unterlage 17 vorbeigleitet, so dass die Dicke und/oder Oberflächenfeinheit der Bahn 16 durch den Lagegeber gemessen und überwacht werden kann. Hier wird zunächst vorausgesetzt„ dass der Körper 1 des Lagegebers fest angebracht und während des Abtastens daher unbeweglich ist» Er sollte aber in seiner Achsialrichtung verstellbar sein und kann mit einer z.B. kegeligen oder zylindrischen Verlängerung nach unten so versehen sein, dass die Düse 2 in gewissem Abstand von einem nicht dargestellten Kragen umgeben istc der einen zusätzlichen Schutz der ganzen Düse 2 bildet. Zwei der drei Elemente 2a, 2b und 2c, insbesondere 2a und 2c„ ggf. auch alle dreij, können einstückig hergestellt sein.
Wenn eine breite Bahn 16, insbesondere eine Papierbahn in einer Papiermaschine, sich auf der Unterlage 17 (die sogar eine sich drehende Walze sein kann) ständig unter der Düse 2 vorbeibewegt und dabei auch quer zu dieser Bewegungsrichtung abgetastet werden soll, kann der Körper 1 des Messgebers entlang einer nicht gezeigten, sich quer zur Bewegungsrichtung der Bahn 16 erstreckenden festen Führungsschiene entlang hin und her bewegt werden, sodass die Bahn 16 im Zickzack abgetastet wird. Wahlweise kann man natürlich mehrere feste Lagegeber nebeneinander über der Bahn 16 vorsehen.
Der mittlere Bereich des Rohres 3 des beweglichen Gliedes 2-8 befindet sich in einer Kammer 10 im Körper I8 die durch zwei Zwischenwände 12 mit je einem Luftlager für das Rohr 3 begrenzt ist. Diesen Luftlagern wird Druckluft durch einen Druckluftkanal 13 und zwei Seitenkanälen 14 zugeführt, so dass das Rohr 3 in bekannter Weise praktisch reibungslos gelagert ist. Durch einen weiteren Seitenkanal 15 wird auch der Kammer 10 Druckluft zugeführt, wobei der Seitenkanal 15 eine Drosselstelle bildet, um den Druck der durch den Kanal
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13 zugeführten Druckluft von ungefähr 100 - 300 IcPa, z.B. 150 kPa, auf einen bedeutend geringeren Wert zu senken. Der Kanal 15 ist kurz, z.B. etwa 2 mm lang, und kann bei dem genannten Druckwert einen Durchmesser von etwa 1,2 mm haben.
Die Druckluft in der Kammer 10 strömt durch die Löcher 4 in das Innere des Rohres 3 hinein, welches in vorliegendem Beispiel mit fünf solchen Löchern 4S jedes mit einem Durchmesser von 2,5 mm, versehen ist. Im Rohr strömt die Luft dann zu den beiden Enden des Rohrs hin und verlässt es einerseits am einen Ende durch den Drosselring 2c (Innendurchmesser etwa 1,5 mm) und durch die Düsenspitze 2a in Richtung Prüfling 16, und am anderen Ende durch die Kanäle 8 des Auslassglieds 5, die Kammer 9 und den Ringspalt 11 ins Freie.
Unten wird angenommen, dass der Lagegeber über dem Prüfling 16 stehend mit der Düse 2 nach unten gerichtet angebracht ist, so dass die Achse des Lagegebers lotrecht ist oder um allerhöchstens 45 von der Lotlinie abweicht. Lotrechte Stellung dürfte aber in der Praxis der weitaus häufigste und an sich der günstigste Fall sein, abgesehen davon dass weitere Massnahmen und Elemente nötig wären, wenn der hier beschriebene Lagegeber in stark schräger Stellung arbeiten müsste. Die Möglichkeit, den erfindungsgemässen Lagegeber in umgekehrter lotrechter Stellung mit der Düse nach oben zu verwenden, wird weiter unten kurz behandelt. Die Achse des gegen den Prüfling 16 gerichteten Luftstrahls, in vorliegendem Beispiel also die Achse des Gebers, sollte aber möglichst immer einen ungefähr rechten Winkel mit der abzutastenden Oberfläche des Prüflings bilden.
Der mit Richtungspfeil gekennzeichnete Einlass des Druckluftkanals 13 ist mit einem nicht dargestellten Rohr- oder Schlauchanschluss versehen, z.B. mit einem Rohrstutzen bzw. Schlauchnippel. Druckluft mit geeignetem Druck von ungefähr zwischen
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100 und 200 kPa wird durch den Einlass des Kanals 13 zugeführt, von wo aus die Luft durch den druckmindernden Seitenkanal 15 weiterströmto Ein Teil der Luft strömt jedoch vom Kanal 13 direkt durch die in den Zwischenwänden 12 vorhandenen Seitenkanäle 14 in die Luftlager des Rohres 3. Zum grössten Teil strömt aber die Druckluft durch den Kanal 15 zur Kammer 10 und, wie durch Pfeile angedeutet, durch die Löcher 4 in das Innere des Rohres 3 hinein. Ein Teil der Druckluft im Rohr 3 strömt nach unten durch den Drosselring 2c und durch die Düsenspitze 2a hinaus zum Prüfling 16 hin. Die übrige Druckluft im Rohr 3 strömt nach oben durch das Luftauslassglied 5 und dann durch die Mündungen der Kanäle 8 dieses Gliedes in die Kammer 9 hinein und von dort aus durch den Ringspalt 11 ins Freie oder ggf. in einen Raum mit einer vom Luftdruck der freien Atmosphäre abweichenden Druck.
Die Scheibe 6 wird daher durch den in der Kammer 9 entstehenden Druck nach oben gedrückt und wirkt dem Eigengewicht des beweglichen Glieds 2-8 entgegen. Auch der aus der Düse 2a austretende Luftstrahl beeinflusst das bewegliche Glied 2-8 sowohl nach oben wie nach unten mit einer gewissen resultierenden Krafts die sowohl von Form und Grosse der unteren Fläche der Düse 2a,2b wie auch vom Abstand zwischen der Mündung der Düsenspitze 2a und der vom Luftstrahl getroffenen oberen Fläche des Prüflings 16 abhängig ist. Von besonderer Bedeutung ist der unter der Düse entstehende Unterdruck, der auf das bewegliche Glied 2-8 eine nach unten wirkende Saugkraft ausübt.
Anstelle von Druckluft kann man natürlich auch ein anderes Druckgas benutzen, besonders ein inertes Gas wie Kohlenstoffdioxyd (Kohlensäure), Stickstoff oder Argon, z.B. wenn der Prüfling 16 oder seine Oberfläche von solcher Beschaffenheit oder Temperatur ist, dass er mechanisch oder chemisch durch den Luftstrahl ungünstig beeinflusst werden würde, da ein
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Luftstrahl örtlich kühlend oder oxydierend wirken kann oder einen sehr weichen Prüfling 16 verformen könnte. Empfindliche Prüflinge, z.B. solche mit einem frischen Färb- oder Leimbelag, können mit einer schützenden Folie oder Belag bekannter Dicke versehen werden, besonders wenn dies auch aus anderen Gründen erwünscht ist.
Beim hier beschriebenen Beispiel wirken verschiedene Kräfte auf das bewegliche Glied ein, nämlich sein Eigengewicht nach unten und die Summe dreier nach oben wirkender pneumatischer Kräfte. Letztere sind die genannte, auf die Düse einwirkende Kraft, die innen im Rohr 3 auf seine obere Abschlussfläche einwirkende Kraft und die auf die Drosselscheibe 6 wirkende Kraft, minus einer auf die Düse einwirkende Saugkraft infolge des Unterdrucks unter der Düse. Bei richtiger Wahl aller infragekommenden Abmessungen, Drücke und Gewicht des beweglichen Gliedes 2-8 sind die nach unten und oben gerichteten Kräfte im Gleichgewicht, so dass das bewegliche Glied in einer Stellung schwebt, die vom Abstand zwischen Düsenmündung und Oberfläche des Prüflings abhängig ist. Wird der Prüfling unter der Düse seitlich bewegt und hat eine nicht ebene Oberfläche, oder wird der Prüfling, z.B. in senkrechter Richtung bewegt, so ändert sich der soeben genannte Abstand zunächst, wobei aber das bewegliche Glied 2-8 sofort seine Stellung ändert um den Abstand gleichbleibend zu halten. Die genannte Saugkraft bewirkt eine Stabilisierung des beweglichen Gliedes oder trägt hierzu stark bei, so dass dieses Glied nicht in Schwingungen versetzt wird oder ungedämpft pendeln kann.
Folgendes Beispiel einiger Abmessungen zusammen mit den oben bereits genannten kann von Interesse sein: Innendurchmesser der Kammern 9 und 10 ist 25 mm, und der Durchmesser der Drosselscheibe 6 ist 24,5 - 0,05 mm. Die Kanäle 8 oder jedenfalls ihre Mündungen haben einen Durchmesser von 1,8 mm. Aussen- und Innendurchmesser des Rohres 3 sind 10,0 bzw.
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8,0 mm. Die Durchmesser der Löcher 4 und 15 sind 2,5 bzw. 1,2 mm. Die Innendurchmesser des Drosselringes 2c und der Düsenspitze 2a sind 4,0 mm. Die Achsiallänge des Körpers 1 beträgt etwa 100m.
Das weiter oben genannte Kräftegleichgewicht ist auch vom Druck der durch den Kanal 13 zugeführten Druckluft abhängig, aber der Druck ist nicht kritisch und braucht nicht stabilisiert zu sein, obwohl gewisse Konstanthaltung wenigstens bei höheren Ansprüchen an Messgenauigkeit erwünscht ist. Wenn sich der lichte Messabstand zwischen Düsenspitze und Oberfläche des Prüflings 16 ändert, folgt das bewegliche Glied 2-8 dieser Bewegung unter Beibehaltung dieses Abstands mit einer Genauigkeit von - 1 Mikrometer (Mikron), d.h. die Messgenauigkeit hat diesen Wert. Dies bedeutet, dass man den Lagegeber beispielsweise auch als Temperaturgeber benutzen kann, indem man temperaturabhängige Ausdehnungen oder Lageänderungen eines Gegenstandes abtastet. Der Lagegeber kann auch einen anderen Geber oder Messgerät tragen.
Bei Versuchen mit einem Prüfling 16 in Form einer Papierbahn wurde festgestellt, dass Messgenauigkeit und Messergebnis bei Papiergeschwindigkeiten von 0 bis 29 m/s praktisch unabhängig von der Geschwindigkeit waren. Versuche mit höheren Geschwindigkeiten als 20 m/s = 72 km/h waren aus technischen Gründen bisher nicht möglich.
Da das Gewicht des beweglichen Gliedes 2-8 konstant ist, ist auch die nach unten gerichtete Schwerkraft konstant. Es gibt jedoch Fälle, wo diese Konstanz nicht erwünscht ist oder wo man das wirksame Gewicht auf einen niedrigeren Wert bringen möchte als was aus konstruktiven oder anderen technischen Gründen geeignet ist. In solchen Fällen kann man eine Feder vorsehen, die je nach Wunsch nach oben oder nach unten auf das bewegliche Glied einwirkt, und zwar mit gewünschter Kraft
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und Federkonstante oder Federkennlinie. In gewissen Fällen kann eine nichtlineare Kennlinie vorteilhaft sein. Ferner können Federn oder elastische Einlagen (Tellerfedern, Gummischeiben o.a.) so vorgesehen werden, z.B. aussen auf der achsial nach aussen gekehrten Seite jeder der beiden Zwischenwände 12, um Stösse zu dämpfen, die auftreten können, wenn das bewegliche Glied plötzlich von seiner einen Endstellung in die andere bewegt wird, entweder durch unvorsichtige Handhabung oder infolge einer stark schwankenden Messung.
Stellung und Bewegung des beweglichen Gliedes sollten natürlich irgendwie angezeigt, aufgezeichnet und/oder in Signale umgewandelt werden, ohne dass das bewegliche Glied hierdurch einen zusätzlichen Krafteinfluss z.B. durch Reibung ausgesetzt wird. Eine solche praktisch verlustfreie Anzeige oder Signalerzeugung kann mit verschiedenerlei bekannten Mitteln erfolgen, die daher nicht im Einzelnen erläutert zu werden brauchen. Beispielsweise kann der Stab 7, der aber kein Stab zu sein braucht sondern ein Band oder etwas anderes sein kann, einen ferromagnetischen Kern bilden oder mit einem solchen versehen sein (genau genommen kein "Kern" sondern ein Anker), der zu einem allbekannten elektrischen induktiven Signalwandler (Lagegeber) mit induktiver Brücke, Differentialtransformator oder induktiv steuerbarem Oszillator gehört. Ein Oszillator ist oft geeignet, da man auch sehr geringe Frequenzänderungen oder Schwebungen genau und leicht messen kann. Der Stab 7 o.a. kann auch mit einem Belag oder Dielektrikum einer Kapazitiven Brücke, Differentialkondensators oder Hochfrequenzoszillators versehen sein oder mit einer sog. Flagge (Lichtoder Wärmeschirm) eines Bolometers, der abschirmbare Lichtbzw. Wärmestrahlung misst und z.B. Fotozellen (Fotodioden, Fototransistoren usw) oder Wärmefühler (Thermistoren, Thermoelemente usw) enthält.
Optische oder lichtelektrische Anzeige oder Signalerzeugung
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kann beispielsweise auch dadurch erfolgen, dass die mechanische Bewegung des Stabs. 7 mittels eines Spiegels am Stab in eine Lichtstrahlschwenkung umgewandelt wird wie es bei Spiegelgalvanometern und elektrischen Lichtzeigerinstrumenten der Fall ist. Der Ausschlag des Strahls kann in bekannter Weise in elektrische Signale umgewandelt werden. Wahlweise kann ein Lichtstrahl durch ein Strichrasters dessen Striche verschiedenen Abstand oder Breite haben, oder Schlitzblende am Stab mehr oder weniger abgeschirmt werden. Auch andere Verfahren sind bekannt.
Eine weitere bekannte Möglichkeit besteht darin, dass der Stab 7 pneumatische Signale erzeugt indem er einen Ventilteller oder Schieber eines pneumatischen Ventils bildet oder damit versehen ist, besonders bei einem einleitend schon erwähnten bekannten Messventils für indirekte pneumatische Messung, auch Deltameter genannt. Ferner kann man mit dem Stab 7 einen Fluidistor steuern.
Bei geringen Ansprüchen an Messempfindlichkeit und -genauigkeit und an mechanische Widerstandsfähigkeit kann man sich mit rein mechanischer Anzeige begnügen. Der Stab kann z.B. auf das eine Ende eines Drehzeigers einwirken, dessen anderes Ende sich weit auf der anderen Seite des Zeigerdrehlagers befindet, so dass hohe mechanische Uebersetzung erzielt wird (was für Messgenauigkeit von 1 Mikron nicht infrage kommt, da dann Uebersetzung etwa 1:1000 nötig wäre). Ein solcher Zeiger kann praktisch reibungslos sein, wenn er an einem Torsionsfaden oder Biegeband aufgehängt ist.
Die Erfindung ist nicht auf Lagegeber begrenzt, die rechtwinklig zur Abtaststelle des Prüflings 16 mit der Messdüse über demselben angebracht sind, obwohl dies an sich der günstigste Fall ist. Bei schräger Stellung des Gebers muss Reibung in den Lagern des beweglichen Gliedes in den Zwischen-
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wänden 12 weitgehendst verhindert werden. Dies kann durch hierfür geeignete, an sich bekannte Luftlager geschehen, wobei man für diese allerdings einen relativ hohen Luftdruck oder eine mehr Platz beanspruchende Bauart benötigt. Auch die Kammern 9 und 10 müssen dann meist etwas geändert werden mit Rücksicht auf die dort eintretende Leckluft der Luftlager, wenn man nicht die Konstruktion als solche ändert. Man kann jedoch die nicht lotrechte Schwerkraftkomponente auch durch eine Dauer- oder Elektromagnetkonstruktion oder pneumatische dynamische oder statische Kraft (z.B. Luftstrahl bzw. Zylinder mit Kolben)ausgleichen.
Ein wichtiger Fall ist aber besonders derjenige, wo man einen Prüfling von unten her abtasten will, also mit nach oben gerichteter Düse 2, so dass dann das Eigengewicht des beweglichen Gliedes 2-8 in Richtung vom Prüfling weg, nämlich nach unten, wirkt, also wenn man die anliegende Zeichnung auf den Kopf stellt. Dieser Fall ist besonders dann wichtig, wenn man z.B. die Stärke von Zylinder- oder Rohrwandungen überwachen will oder die Stärke einer Papierbahn oder sonstigen Folienbahn oder Blech, wenn eine solche Bahn nicht einwandfrei auf einer in Abtastrichtung festen Unterlage ('Platte oder Rolle) 17 ruht sondern sich von ihr abheben kann. Man muss dann z.B. zwei gleichachsig gegeneinander gerichtete Lagegeber vorsehen, deren Körper 1 starr miteinander verbunden sind, wobei die Bahn, d.h. der Prüfling 16, sich zwischen den beiden Düsen 2 hindurchbewegt. Haben die beweglichen Glieder 2-8 der beiden Lagegeber das gleiche Gewicht und die Geber auch sonst die gleiche Bauart, muss das Gewicht des Gliedes 2-8 des unteren Gebers soweit überkompensiert werden, dass es mit gleicher Kraft nach oben gehalten wird wie das bewegliche Glied des oberen Lagegebers nach unten. Beträgt das Gewicht des Gliedes 20 Gramm, muss daher das untere Glied 2-8 mit 40 Gramm (eigentlich Pond) nach oben gedrückt werden.
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Dieser Druck nach oben auf das Glied 2-8 des unteren Lagegebers kann in bekannter Weise erzeugt werden, muss aber über den ganzen Hub des Gliedes, der in obigem Ausführungsbeispiel maximal etwa 12 mm beträgt;, einigermassen gleichbleiben. Man kann hierzu eine an sich bekannte Druckfeder in Sonderausführung benutzen^ deren Federkraft in diesem Bereich nahezu konstant ist. Wahlweise kann man auf das untere Glied 2-8 einen statischen pneumatischen Druck von 40 g mithilfe eines reibungslosen pneumatischen Zylinders oder einen dynamischen Druck mit einem Luftstrahl ausüben. Auch ein magnetischer Krafterzeuger mit Elektromagnet oder Dauermagnet ist verwendbar. Schliesslich könnte man das Luftauslassglied 5 mit seinen Mündungen auf der anderen Seite, also jenseits, der Drosselscheibe 6 anbringen und das dortige, in der Zeichnung offen dargestellte Ende des Körpers 1 mit einem Deckel mit einer vorzugsweise undichten Führung für den Stab 7 versehen und die Kammer 9 mit einem vorzugsweise nicht nennenswert drosselnden Luftauslass versehen. Man kann also sagen, dass die Funktion der Kammer 9 auf die andere Seite der Scheibe verlegt wird, so dass die Scheibe einem Luftdruck in Richtung zur zweiten Kammer 10 hin und daher in Richtung zum über der Düse 2 befindlichen Prüfling 16 ausgesetzt wird. In der Praxis dürfte, jedenfalls beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, die Benutzung einer mit konstanter Kraft wirkenden Feder zwischen einer der Zwischenwände 12 und einem Federanker am Rohr 3 oder die Benutzung eines kleinen, auf das bewegliche Glied 2-8 achsial einwirkenden reibungslosen Druckluftkolbens am zweckmässigstens sein.
In gewissen Fällen kann es zweckmässig sein, die Kammer mit schwach kegeliger Innenwand (Kegelmantelwand) so auszuführen, dass der Kegel vorzugsweise in Richtung zum offenen Ende der Kammer 9 hin divergiert. Es kann auch zweckmässig sein, die Innenwand der Kammer 9 schwach gewölbt mit etwas bogenförmig konkaver Erzeugender so auszuführen, dass die Drosselscheibe
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6 sich normalerweise im Bereich des grössten Innendurchmessers der Kammer befindet.
Schliesslich können die Scheibe 6 und der Ringspalt 11 durch einen Balgen oder dünne Membran ersetzt werden, z.B. mit einer zirkulargewellten dünnen Metallmembran gleicher Art wie in einem Aneroidbarometer, wenn der Maximalhub des beweglichen Gliedes nicht zu gross ist. Der Balgen oder die Membran sollen natürlich, sofern man nicht absichtlich eine Krafteinwirkung auf das bewegliche Glied 2-8 wünscht, den geringstmöglichen Widerstand, leisten und eine oder mehrere Öffnungen mit gleicher Funktion und im Prinzip gleichen pneumatischen Widerstand (Resistanz) wie der entfallende Ringspalt 11 aufweisen.
Da der Abstand zwischen Düse 2 und Prüfling 16 das bereits beschriebene Kräftegleichgewicht beeinflusst, kann der Lagegeber mit Mitteln zur Einstellung dieses Abstands von Hand oder automatisch oder durch Fernsteuerung auch während des Betriebs versehen werden, wobei keine ständige mechanische Verbindung mit dem Glied 2-8 nötig ist. Diese Einstellvorrichtung kann beispielsweise aus einem Luftkanal bestehen, der sich vom Bereich der Kammer 9 zwischen Scheibe 6 und nächster Zwischenwand 12 ins Freie erstreckt und dessen Querschnitt z.B. durch ein Nadelventil o.a. veränderbar ist. Wahlweise kann dieser Kanal aus einer achsialen Rille oder Nut in der Innenwand der Kammer 9 bestehen und mit einer Art achsial verschiebbarem Schieber oder Stift in der Rille veränderlich sein. Es gibt aber auch andere Möglichkeiten, z.B. in den Fällen, wo auf das Glied 2-8 eine Federkraft einwirkt, kann diese durch Änderung der Federvorspannung einstellbar sein.
Ein erfindungsgemässer Lagegeber eignet sich besonders zur Ueberwachung und/oder Regelung der Dicke einer folienförmigen Bahn aus Papier oder Kunststoff während der Herstellung der
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Bahn in einer Papiermaschine oder Kunststoffolienmaschine auch wenn, wie schon oben gezeigt, die Vorschubgeschwindigkeit hoch ist. Hierbei wird aber meist verlangt, dass die Dicke der Bahn auch über die ganze Breite der Bahn abgetastet wird. Dies kann in bekannter Weise dadurch erfolgen, dass man mehrere Geber nebeneinander vorsieht oder den Geber ungefähr quer zur Bahn geführt hin und her pendeln lässt. Tastet man die Bahn von oben und von unten ab, gilt sinngemäss das gleiche für Geberpaare. Es gibt mehrere bekannte brauchbare Vorrichtungen für diese Zwecke.
Beim Abtasten von folienförmigen Bahnen besteht manchmal die schon erwähnte Gefahr, dass sich die Bahn (d.h. der Prüfling 16) ab und zu etwas von der Unterlage 17 abhebt. Bei Verwendung nur eines Gebers über der Bahn können dadurch Messfehler entstehen. Will man nicht zwei gegeneinander gerichtete Geber wie schon geschildert benutzen, lässt sich der Fehler leicht vermeiden indem die Bahn über eine etwas gewölbte Unterlage 17 gezogen und hierdurch gestrafft wird, die dann entweder fest sein kann oder aus einer drehbaren Rolle, Trommel oder Walze besteht. Äusserstenfalls kann diese Rolle gelöchert sein und innerhalb derselben Rolle kann ein unbeweglicher Saugkanal in Form einer gegen die Innenseite der Rolle nahezu oder direkt anliegenden Rinne angebracht sein, so dass nur im Bereich der Rinne die sich zusammen mit der Rolle bewegende Bahn kurzzeitig an die Rolle angesaugt wird. Das vorübergehende Festsaugen von Papier oder Kunststoffolie an einer gelöcherten Unterlage ist in vielen Zusammenhängen bereits bekannt und vom Fachmann leicht zu entwerfen.
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Claims (7)

  1. g sur
    Weiterleitung ©»"halten
    Patentanwälte
    BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ
    SQOQMünchen22 - Stejnseforfsin, 10 3002667
    8ο-3θο592Ρ(3θο593Η) 25» Jan» I980
    Ansprüche
    /'Λ
    ' Iy Pneumatischer Lagegeber zur direkten Lagemessung mittels einer Düses die Druckluft oder ein anderes Druckgas direkt gegen eine abzutastende Fläche bläst, dadurch gekennzeichnet,
    - dass ein hohles, am einen Ende mit der Düse (2a) versehenes, bewegliches Messglied (2-8) sich durch eine Druckluftkammer (10) erstreckt und in seinem Bereich innerhalb der Kammer mit mindestens einem Loch (4) versehen ist, welches Druckluft vom Messglied (2-8) zu dessen Düse (2a) hindurchlässt, und
    - dass das bewegliche Glied in seinem jenseits der Kammer (10) befindlichen Bereich mit mindestens einer öffnung (8) und mit einem Element (6) versehen ist, welches durch aus dieser öffnung austretende Druckluft so beeinflusst wird, dass die auf dieses Element einwirkende statische und/oder dynamische pneumatische Kraft einer in achsial entgegengesetzten Richtung auf das bewegliche Messglied (2-8) einwirkenden Kräfte entgegenwirkt5 wobei gegebenenfalls zusätzliche pneumatische, elastische oder magnetische Mittel zur zusätzlichen Beeinflussung des beitfeglichen Messgliedes angeordnet sein können und wobei alle Kräfte so gewählt sind, dass sie miteinander im Gleichgewicht sind und die Stellung des beweglichen Messglieds (2-8) stabilisieren, wenn dessen Düse (2) sich in bestimmtem Abstand von der abzutastenden Fläche (16) befindet.
  2. 2. Lagegeber nach Anspruch I5
    dadurch gekennzeichnet,
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    dass die genannte Öffnung oder Öffnungen (8) zwischen der Kammer ClO) und der pneumatisch beeinflussten Fläche des genannten Elements (6) vorgesehen sind, so dass auf diese Fläche eine Kraft in Richtung von der Düse (2) und Kammer (10) her einwirkt.
  3. 3. Lagegeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Düse (2) und die Öffnung oder Öffnungen (8) als den Druckluftdruck senkende Drosselmittel ausgeführt oder mit solchen versehen sind.
  4. 4. Lagegeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Lagegeber mit nach oben gerichteter Düse zur Abtastung einer über der Düse befindlichen Fläche, dadurch gekennzeichnet,
    dass das genannte Element (6) eine kreisrunde Scheibe ist, die gleichachsig in einer zylindrischen zweiten Kammer (9) angeordnet ist, wobei ein schmaler Drosselspalt (11) zwischen der Scheibe und der inneren Mantelwand der Kammer gebildet ist, und dass diese Kammer an derjenigen ihrer beiden Stirnseiten im wesentlichen geschlossen ist, die sich auf der gleichen Seite der Scheibe (6) befindet wie die genannten Öffnungen (8), während die andere Stirnseite der Kammer mit der freien Atmosphäre in Verbindung steht.
  5. 5. Lagegeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Messglied (2-8) in zwei Führungslagern an je einer Seite (12) der erstgenannten Kammer (10) längsbeweglich gelagert ist, wobei diese Lager Luftlager sind, die (durch 14) mit Druckluft aus der gleichen Druckluftquelle (13) gespeist werden wie die soeben genannte Kammer (10), und dass diese Kammer und die Luftlager mit der Druckluft durch je eine Drosselstelle (14,15) gespeist werden, die so bemessen ist dass in der
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    Kammer und den Lagern der hierfür richtige Druck herrscht, wobei die aus den Luftlagern austretende Luft teilweise in die erstgenannte und ggf. auch in die zweite Kammer (10 bzw. 9) strömt.
  6. 6. Lagegeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet„
    dass das beitfegliche Messglied (2-8) an seinem nicht mit der Düse (2) versehenen Ende mit einem Organ (7) versehen ist j das mit einem ferromagnetischem, dielektrischen, elektrisch leitenden oder strahlungsabschirmendem Teil in einem an sich bekannten, reibungslosen induktiven, kapazitiven oder oszillatorischen Signalwandler versehen ist oder bildet.
  7. 7. Lagegeber nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet,
    dass das bewegliche Messglied (2-8) an seinem nicht mit der Düse versehenen Ende mit einem Organ (7) versehen ist, das mit einem optisch lichtablenkenden oder lichtabschirmenden Teil versehen ist oder bildet, welcher in bekannter Weise einen Lichtstrahl ablenkt oder abschirmt und dadurch die geringen Bewegungen des beweglichen Messglieds in vielfach, vorzugsweise mindestens tausendfach, grössere Auslenkungen eines Lichtstrahls umwandelt, entweder zur direkten optischen Anzeige mit einem sog. Lichtzeiger oder zur lichtelektrischen Umwandlung in elektrische Signale«
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