DE3525706C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Bahnspannung einer Papier- oder Folienbahn ge­ mäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2.

Bei der Herstellung oder Behandlung von Papierfolien oder ähnlichen 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 inner­ halb genau bestimmter Grenzwerte gehalten wird, um ein Reißen der Bahn zu vermeiden. Es ist auch wesentlich die Bahn­ spannung 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 Bahn­ spannung 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 Mängel vermieden werden.

Aus der US-PS 33 94 587 ist es bekannt, die Bahnspannung dadurch zu messen, 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 Tat­ sache ausgenutzt, daß die Resonanzfrequenz der Materialbahn eine bestimmte Beziehung zur Spannung im Material hat.

In der US-PS 38 54 329 ist eine Einrichtung beschrieben, bei der eine diskon­ tinuierliche Schwingung an einen Teil der Bahn gelegt wird und die Durchgangszeit der Schwingung zum Erreichen einer anderen Stelle an der Bahn angezeigt wird. Diese Durchlauf­ zeit hat eine bestimmte Beziehung zur Bahnspannung.

Das zuletzt genannte Verfahren hat den Nachteil, daß es empfindlich auf äußere Störungen, wie beispielsweise Ge­ räusche reagiert. Da das Verfahren in einer extrem lauten Umgebung angewandt werden muß, muß eine Geräuschabschirmung an der Meßstelle vorgesehen werden. Eine derartige Ab­ schirmung ist sowohl schwierig als auch mit hohen Kosten ver­ bunden.

Bei einer anderen Art einer Bahnspannungsmeßvorrichtung, die in der SE-OS 4 02 490 beschrieben ist, wird die Bahn Quer­ schwingungen zwischen zwei Auflagestellen durch eine sich periodisch ändernde Kraft mit bestimmter Amplitude und Frequenz unterworfen. Die Schwingungsamplitude wird ge­ messen und ist ein Maß für die Bahnspannung. Die Frequenz der Kraft sollte entweder etwas über oder unter der er­ warteten Grundresonanzfrequenz der Bahn bei den möglichen Bahnspannungen sein. Das heißt, daß die Bahnspannung, bei der die Resonanz auftritt, entweder etwas über oder etwas unter der erwarteten Spannung der Bahn liegen sollte. Der Meß­ bereich 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 hin­ aus ändert, muß die Frequenz geändert werden und muß eine andere Eichkurve benutzt werden.

Aus der DE-PS 29 07 904 sind ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Bahnspannung einer Papier- und Folienbahn der eingangs genannten Art beschrieben, bei denen die Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz und der Beziehung zwischen der Bahnspannung und dem Quadratmeter­ gewicht und die Phasenverschiebung zwischen der Schwingung der Bahn und den Änderungen im Druck, die die Bahn zum Schwingen bringen, oder dem die Druckänderungen bewirkenden Signal ausgewertet werden. Während außerhalb der Halterung eine dünne Luftschicht in Form eines Luftkissens vorgesehen ist, das das bahnförmige Material ansaugt, wird im Bereich der Halterung selbst keine dünne Luftschicht ausgebildet, so daß das bahnförmige Material in Kontakt mit der Halte­ rung steht und sogar an diese schlägt. Die im bahnenför­ migen Material erzeugte Schwingung wird hierdurch zwischen den Halterungsteilen reflektiert und es wird eine gute Resonanz erhalten.

Die Resonanzfrequenz ist proportional zur Wurzel aus der Beziehung zwischen der Bahnspannung und dem Quadratmeter­ gewicht. 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 Kon­ takt führt zu einer Reibung an der Bahn, so daß die Bahn­ spannung beeinflußt wird. Ein Kontakt führt weiterhin zu einem Verschleiß und dazu, daß sich Staub auf dem Meßkopf ablagert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bahnspannung kontaktfrei zu messen. Diese Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Ver­ fahren und einer gattungsgemäßen Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprü­ che 1 und 2 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der er­ findungsgemäßen Vorrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 3.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ist so ausgelegt, daß eine dünne Luftschicht zwischen der Meßeinrichtung bzw. deren Halterung und der Papierbahn gebildet ist. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß auch ohne einen Kontakt zwischen Halterung und Bahn eine Resonanz­ erscheinung erzielt werden kann. Es kommt auf diese Weise zu keiner nachteiligen, durch Reibung hervorgerufenen ört­ lichen Zunahme der Bahnspannung in der Meßposition und es tritt auch keine Verzerrung in der Verteilung der Bahnspannung auf, die auf eine Ablenkung der Bahn zurückzuführen ist.

Ferner wird der Verschleiß der Vorrichtung stark herabge­ setzt. Der Meßkopf kann senkrecht zur Ebene der Papierbahn beweglich ausgebildet werden, was dazu führt, daß der Meß­ kopf 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 Meßein­ richtung angebracht oder längs dem die Meßeinrichtung bewegbar ist. Es gibt keine speziellen Anforderungen an die Auslegung oder Stabilität des Querträgers, die dann zu er­ füllen sind.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnungen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht von unten auf das Ausführungsbei­ spiel der 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, 2 a, durch den eine Meß­ fläche 3 begrenzt werden kann. Die Meßfläche kann ver­ schiedene geometrische Ausbildungen haben und kann bei­ spielsweise rechteckig oder elliptisch geformt sein. Die Meßfläche kann weiterhin von nur zwei parallelen Halte­ elementen 2 begrenzt sein. Neben der Meßfläche 3 ist ein Schallsender, vorzugsweise ein Lautsprecher 4 vorgesehen, um periodische Druckschwankungen zu erzeugen. Der Laut­ sprecher 4 bewirkt, daß die Bahn 5 aufgrund des sich periodisch ändernden Schalldruckes Querschwingungen aus­ führt. Die Größe des Meßkopfes hängt vom Bahnmaterial ab. Für Sackpapier kann das von der Halterung 2, 2 a begrenzte Rechteck beispielsweise 5 × 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 bei­ spielsweise Ultraschall oder Licht bzw. eine optische Ein­ richtung verwandt werden.

In der Halterung 2, 2 a sind Luftdurchlässe 8 vorgesehen, so daß eine Vielzahl von Öffnungen 9 in der Unterfläche der Halterung angeordnet sind. Druckluft wird über eine Ver­ sorgungsöffnung 10 den Durchlässen 8 geliefert und kann aus den Öffnungen 9 herausströmen, um dadurch eine dünne Luft­ schicht zwischen der Halterung 2, 2 a und der Bahn 5 zu bilden. Luft kann auch von den Durchlässen 8 über einen seitlichen Durchlaß 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 Abstand 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, 2 a 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 Winkel 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 dünne Luft­ schicht aufrechterhalten kann, die etwa 0,1 mm beträgt, sollte zwischen der Halterung 2, 2 a 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 Eigen­ gewicht 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 gleich­ falls verringert und kann bei dem obigen Verfahren vernachlässigt werden. Die Meßeinrichtung ist daher unab­ hängig von einer Durchbiegung des Querträgers, an dem die Meßeinrichtung fest oder beweglich angebracht ist. Die An­ forderungen 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 Abrieb­ beständigkeit durch das Material im Meßkopf erfüllt werden. Die Einrichtung 4 zum Erzeugen von periodischen Druck­ änderungen muß nicht starr mit dem Meßkopf 1 verbunden sein.

Es hat sich erwiesen, daß bei der oben beschriebenen An­ ordnung 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 Kon­ takt mit der Bahn hat.

Die Vorteile der obigen Anordnung wurden im obigen darge­ stellt, wobei die Anordnung natürlich bei verschiedenen Bahnspannungsmeßeinrichtungen verwandt werden kann, die auf dem Prinzip der Resonanzfrequenz arbeiten, wie sie bei­ spielsweise in der SE-OS 4 02 490 und der DE-PS 29 07 904 beschrieben sind.

Claims (3)

1. Verfahren zum Messen der Bahnspannung einer Papier- oder Folienbahn, bei dem die Bahn über eine von einer Hal­ terung begrenzte Meßfläche bewegt wird und dazu gebracht wird, in der Meßfläche in Querrichtung zu schwingen, wobei die Resonanzfrequenz für die Schwingung zur Bestimmung der Bahnspannung aufgenommen wird und Luft als eine dünne Luft­ schicht über der Bahn erzeugt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dünne Luftschicht zwischen der Halterung und der Bahn aufrechterhalten wird, wodurch die Bahn über die Meßfläche ohne direkten Kontakt mit der Halterung bewegt wird.

2. Vorrichtung zum Messen der Bahnspannung einer Papier- oder Folienbahn (5), die einen Meßkopf (1) mit einer Halterung (2, 2 a), über die die Bahn bewegt wird, einen Schallsender (4), der neben der Halterung (2, 2 a) ange­ ordnet ist und periodische Druckänderungen erzeugt, die die Bahn (5) dazu bringen, in Querrichtung zu schwingen, und Detektoren (6, 7) umfaßt, um zur Bestimmung der Bahnspan­ nung die Schwingungen der Bahn und die anliegenden perio­ dischen Druckänderungen aufzunehmen, wobei die Halterung (2, 2 a) Luftdurchlässe (8) mit Öffnungen aufweist, um eine dünne Luftschicht über der Bahn zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdurchlässe (8) in der Unterfläche der Halterung (2, 2 a) eine Vielzahl dicht angeordneter Öffnungen (9) umfassen, um eine dünne Luftschicht zwischen der Halterung (2, 2 a) und der Bahn (5) zu erzeugen, damit ein direkter Kontakt der Bahn mit der Halterung vermieden wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, 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.