DE3525706A1

DE3525706A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen der bahnspannung einer papier- oder folienbahn

Info

Publication number: DE3525706A1
Application number: DE19853525706
Authority: DE
Inventors: Bo-Lennart Ingemar Uppsala Johansson; Håkan Ingvar Åkersberga Karlsson; Valter Erik Stockholm Ström; Thomas Spånga Östman
Original assignee: Svenska Traforskningsinstitutet
Current assignee: Svenska Traforskningsinstitutet
Priority date: 1984-07-18
Filing date: 1985-07-18
Publication date: 1986-01-30
Also published as: FI852805A0; FI76887B; CA1235475A; SE453127B; SE8403761L; US4655093A; FI76887C; DE3525706C2; FI852805L; SE8403761D0

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der ßahnspannung einer Papier- oder Folienbahn

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Bahnspannung von Papierfolien oder ähnlichem.

Bei der Herstellung oder Behandlung von Papierfolien oder ähnlichem wird das Material in Form einer Bahn zwischen Führungswalzen gezogen, die" die Bahn ablenken und dazu bringen, daß sie nach unten hängt. In diesem Zusammenhang ist es. von großer Bedeutung, daß die Spannung der Bahn innerhalb genau bestimmter Grenzwerte gehalten wird, um ein Reißen der Bahn zu vermeiden. Es ist auch wesentlich die Bahnspannung auf einem einheitlichen Wert quer über die Bahn zu halten, um die Bildung von Falten oder andere ungünstige Wirkungen zu vermeiden. Es ist daher wünschenswert, die Bahnspannung fortlaufend an verschiedenen Stellen längs der Bahn und gleichfalls auch an mehreren Stellen in Querrichtung der Bahn messen zu können. Durch eine fortlaufende Messung der Bahnspannung kann diese so eingestellt werden, daß die oben erwähnten Mangel vermieden werden.

Die Bahnspannung wird oftmals dadurch gemessen, daß eine Resonanzerscheinung ausgenutzt wird, die dann auftritt, wenn die Papierbahn dazu gebracht wird, quer zwischen zwei Walzen zu schwingen. In diesem Zusammenhang wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Resonanzfrequenz der Materialbahn eine bestimmte Beziehung zur Spannung im Material hat.

Es sind auch Einrichtungen bekannt, bei denen eine diskontinuierliche Schwingung an einen Teil der Bahn gelegt wird und die Durchgangszeit der Schwingung zum Erreichen einer anderen Stelle an der Bahn angezeigt wird. Diese Durchlaufzeit hat eine bestimmte Beziehung zur Bahnspannung.

Das zuletzt genannte Verfahren hat den Nachteil, daß es

empfindlich auf äußere Störungen, wie beispielsweise Geräusche reagiert. Oa das Verfahren in einer extrem lauten Umgebung angewandt werden muß, muß eine Geräuschabschirmung an der Meßstelle vorgesehen werden. Eine derartige Abschirmung ist sowohl schwierig als auch mit hohen Kosten verbunden.

Bei einer anderen Art einer· Bahnspannungsmeßvorrichtung, die in der SE-OS 7603778-7 beschrieben ist, wird die Bahn Querschwingungen zwischen zwei Auflagestellen durch eine sich periodische ändernde Kraft mit bestimmter Amplitude und Frequenz unterworfen. Die Schwingungsamplitude wird gemessen und ist ein Maß für die Bahnspannung. Die Frequenz der Kraft sollte entweder etwas über oder unter der erwarteten Grundresonanzfrequenz der Bahn bei den möglichen Bahnspannungen sein. D.h., daß die Bahnspannung, bei der die Resonanz auftritt, entweder etwas über oder etwas unter >» der erwarteten Spannung der Bahn liegen sollte. Der Meßbereich wird dann innerhalb eines Bereiches liegen, in dem kleine Änderungen in der Bahnspannung zu großen Änderungen in der Amplitude führen. Durch die Messung der Amplitude kann die Bahnspannung mittels einer Eichkurve erhalten werden. Es ist somit notwendig eine Eichung auszuführen, um eine Frequenz zu erhalten, die einen geeigneten Meßbereich liefert. Wenn sich die Bahnspannung über den Meßbereich hinaus ändert, muß die Frequenz geändert werden und muß eine andere Eichkurve benutzt werden.

Eine Variante dieser Bahnspannungsmeßvorrichtung gemäß SE-PS 7802788/5 nutzt die Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz und der Beziehung zwischen der Bahnspannung und dem Quadratmetergewicht und die Phasenverschiebung zwischen der Schwingung der Bahn und den Änderungen im Druck, die die Bahn zum Schwingen bringen,oder dem Signal aus, das die Druckänderungen bewirkt.

Die Resonanzfrequenz ist proportional zur Wurzel aus der Beziehung zwischen der Bahnspannung und dem Quadratmetergewicht. Es ist daher möglich, die Bahnspannung als eine Separate Messung des Quadratmetergewichtes zu erhalten.

Die oben beschriebenen Meßverfahren und Vorrichtungen, die auf der Resonanz zwischen zwei Auflagepunkten basieren, sind für eine Kontaktnahme.der Papierbahn ausgelegt. Das beschränkt ihre Benutzung und bedingt hohe Anforderungen an die Anwendung der Meßvorrichtungen und Verfahren. Ein Kontakt führt zu einer Reibung an der Bahn, so daß die Bahnspannung beeinflußt wird. Ein Kontakt führt weiterhin zu einem Verschleiß und dazu, daß sich Staub auf dem Meßkopf ablagert.

Durch die Erfindung soll es möglich werden, die Bahnspannung kontaktfrei zu messen, indem die Meßvorrichtung so ausgelegt ist, daß eine dünne Luftschicht zwischen der Meßeinrichtung und der Papierbahn gebildet ist. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß auch ohne einen Kontakt eine Resonanzerscheinung erzielt werden kann. Der Meßkopf kann daher senkrecht zur Ebene der Papierbahn beweglich ausgebildet werden, was dazu führt, daß der Meßkopf der Papierbahn folgen kann. Die Meßeinrichtung ist daher unabhängig von einer Aufhängung an einem Querträger, der über der Bahn vorgesehen ist und an dem die Meßeinrichtung angebracht oder längs dem die Meßeinrichtung bewegbar ist. Es gibt keine speziellen Anforderungen an die Auslegung oder Stabilität des Querträgers, die dann zu erfüllen sind.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Ansicht von unten auf das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung und

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1.

Die in der Zeichnung dargestellte Meßvorrichtung umfaßt einen Meßkopf 1 mit einem Halter 2,2a, durch den eine Meßfläche 3 begrenzt werden kann. Die Meßfläche kann verschiedene geometrische Ausbildungen haben und kann beispielsweise rechteckig oder elliptisch geformt sein. Die Meßfläche kann weiterhin von nur zwei parallelen Halteelementen 2 begrenzt sein. Neben der Meßfläche 3 ist eine Einrichtung, vorzugsweise ein Lautsprecher 4 vorgesehen, um periodische Druckschwankungen zu erzeugen. Der Lautsprecher 4 bewirkt, daß die Bahn 5 aufgrund des sich periodisch ändernden Schalldruckes Querschwingungen ausführt. Die Größe des Meßkopfes hängt vom Bahnmaterial ab. Für Sackpapier kann das von der Halterung 2,2a begrenzte Rechteck beispielsweise 5 χ 10 cm² betragen und kann die Breite der Halteelemente 1 bis 2 cm betragen.

Im Meßzwischenraum ist eine Anzahl von Detektoren 6,7 zum Messen der Bahnschwingung angeordnet. Die Detektoren 6,7 können aus einem Druckübertrager, der dazu bestimmt ist, den sich ändernden Schalldruck vom Lautsprecher 4 zu messen, und einem Detektor zum Anzeigen der Lage der Bahn während der Schwingung bestehen. Für die Lageanzeige kann beispielsweise Ultraschall oder Licht bzw. eine optische Einrichtung verwandt werden.

In der Halterung 2,2a sind Luftdurchlässe 8 vorgesehen, so daß eine Vielzahl von öffnungen 9 in der Unterfläche der Halterung angeordnet sind. Druckluft wird über eine Versorgungsöffnung 10 den Durchlässen 8 geliefert und kann aus

den Öffnungen 9 herausströmen, um dadurch eine dünne Luftschicht zwischen der Halterung 2,2a und der Bahn 5 zu bilden. Luft kann auch von den Durchlässen 8 über einen seitlichen Druchlaß 11 zu den Detektoren 6,7 geleitet werden, um die Detektoren schmutz- und staubfrei zu halten.

Die Anordnung der Druckluftströmung hat somit zum Ziel, einen gewissen geringen Abs.tand zwischen dem Meßkopf und der Bahn zu erzeugen. Die Anordnung kann annähernd eine Versorgungsleitung mit einem Luftdurchlaß im Meßkopf, der einen gleichmäßigen Luftdruck über die gesamte Länge der Halterung 2,2a verteilt und dicht angeordneten öffnungen 9 sein. Der Durchmesser der öffnungen kann 0,25 bis 1,0 mm mit einem Mittenabstand von 2 bis 10 mm, vorzugsweise etwa 5 mm betragen. Die öffnungen 9 können schräg von der Mitte des Meßkopfes nach außen, vorzugsweise unter einem Wikel von 45° zur Normalrichtung auf die Bahn, gerichtet sein. Der Luftdruck im Luftdurchlaß kann innerhalb weiter Grenzen, beispielsweise von 50 kPa bis 500 kPa variieren.

Damit die Anordnung mit dem Luftstrom eine dünnen Luftschicht aufrechterhalten kann, die etwa 0,1 mm beträgt, sollte zwischen der Halterung 2,2a und der Bahn 5 über die gesamte Oberfläche der Halterung die Kraft, mit der die Halterung gegen die Bahn gedrückt ist, gleichmäßig verteilt und nicht zu stark sein. Eine Möglichkeit das zu erreichen besteht darin, einen leichten Meßkopf 1 durch sein Eigengewicht auf der Bahn aufsitzen zu lassen, so daß die Lage des Meßkopfes parallel zur Normalrichtung zur Bahn und die Orientierung des Meßkopfes im Raum durch die Lage und die Orientierung der Bahn bestimmt sind. Die Meßeinrichtung ist dann vollständig kontaktfrei und eine Reibung zwischen der Halterung und der Bahn ist ausgeschlossen. Der Einfluß der Meßeinrichtung auf die zu messende Bahnspannung ist gleichfalls verringert und kann bei dem obigen Verfahren vernach-

BAD ORIGINAL

Jo

vernachlässigt werden. Die Meßeinrichtung ist daher unabhängig von einer Durchbiegung des Querträgers, an dem die Meßeinrichtung fest oder beweglich angebracht ist. Die Anforderungen an die Stabilität des Querträgers sind daher sehr gering. Die Masse des Meßkopfes 1 kann gering sein und nur etwa 0,1 kg betragen. Aufgrund der fehlenden Reibung müssen keine speziellen Anforderungen bezüglich der Abriebbeständigkeit durch das Material im Meßkopf erfüllt werden. Die Einrichtung 4 zum Erzeugen von periodischen Druckänderungen muß nicht starr mit dem Meßkopf 1 verbunden sein.

Es hat sich erwiesen, daß bei der oben beschriebenen Anordnung Resonanzschwingungen in der Bahn in der Meßfläche trotz des fehlenden Kontaktes erhalten werden können. Die anliegenden periodischen Druckschwankungen bewirken somit in der Bahn eine Wellenbewegung, die sich nicht merklich von der Meßfläche nach außen fortpflanzt, jedoch zu einer Resonanzerscheinung in der Meßfläche führt, die von der Halterung begrenzt wird, obwohl die Halterung keinen Kontakt mit der Bahn hat.

Die Vorteile der obigen Anordnung wurden im obigen dargestellt, wobei die Anordnung natürlich bei verschiedenen Bahnspannungsmeßeinrichtungen verwandt werden kann, die auf dem Prinzip der Resonanzfrequenz arbeiten, wie sie beispielsweise in den SE-OS 7603778-7 und 7802788-5 beschrieben sind.

BAD ORIGINAL

Claims

Case 3304 3/40/my SVENSKA TRÄFORSKNINGSINSTITUTET Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Bahnspannung einer Papier- oder Folienbahn PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Messen der Bahnspannung einer Papier- oder Folienbahn, bei dem die Bahn über eine Meßfläche bewegt wird, die von einer Halterung begrenzt ist,und die Bahn dazu gebracht wird, in der Meßfläche, die von der Halterung begrenzt ist, in Querrichtung zu schwingen, wobei die Resonanzfrequenz für die Schwingung zur Bestimmung der Bahnspannung aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn über die Meßfläche ohne direkten Kontakt bewegt wird,indem eine dünne Luftschicht zwischen der Halterung und der Bahn aufrechterhalten wird.

2. Vorrichtung zum Messen der Bahnspannung einer Papieroder Folienbahn (5), die einen Meßkopf (1) mit einer Halterung (2,2a), über die Bahn bewegt wird, eine Ein-

richtung (4), die neben der Halterung (2,2a) angeordnet ist und periodische Druckänderungen erzeugt, die die Bahn (5) dazu bringen in Querrichtung zu schwingen,und eine Einrichtung (6,7) umfaßt, um die Schwingungen der Bahn und die anliegenden periodischen Druckänderungen aufzunehmen, um die Bahnspannung zu bestimmen,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Halterung (2,2a)· mit Luftdurchlässen (8) versehen ist, die eine Vielzahl von öffnungen (9) aufweisen, um eine dünne Luftschicht zwischen der Halterung (2,2a) und der Bahn (5) zu erzeugen, damit ein direkter Kontakt der Halterung mit der Bahn vermieden wird.

Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß die öffnungen (9) schräg nach außen von der Mitte des Meßkopfes (1), vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 45° zur Normalrichtung auf die Bahn (5) gerichtet sind.