DE3920310A1

DE3920310A1 - Materialbahnspannungsmesser und materialbahnspannungsregler

Info

Publication number: DE3920310A1
Application number: DE3920310A
Authority: DE
Inventors: Nobuhiko Nishiwaki; Sankei Hori; Noriyuki Shiba
Original assignee: Tokyo Kikai Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Tokyo Kikai Seisakusho Co Ltd
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1989-06-21
Publication date: 1989-12-28
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: US4989461A; JPH0798604B2; DE3920310C2; JPH01321246A

Description

Die Erfindung betrifft einen Materialbahnspannungsmesser zum Messen der Zugspannung oder Zugkraft einer zu überprüfenden Materialbahn, der außer Berührung mit der Materialbahn gehalten wird, sowie einen Spannungsregler für eine Materialbahn, der zum Steuern einer Spannungsstelleinrichtung für die Materialbahn gemäß einem geeigneten Signal ausgelegt ist, welches die vom Materialbahnspannungsmesser gemessene Materialbahnspannung darstellt. Eine zu prüfende Materialbahn, die diesen Messungen unterzogen werden kann, besteht z. B. aus einer Bedruckstoff- oder Papierbahn, die in einer Rotationsdruckpresse entlang einem Führungsglied von einer Papierzuführeinrichtung zu einem Falzwerk bewegt wird.

Bekannte Materialbahnspannungsmesser, die bei einer in einer Rotationsdruckpresse entlang einem Führungsglied bewegten Papierbahn angewendet werden, umfassen Spannungsmesser, bei denen die Papierbahnspannung mit einem Differentialtransformator gemessen wird, der an einer Führungswalze befestigt ist, und Spannungsmesser, bei denen die Papierbahnspannung durch Bestimmen der Größe einer Verschiebung einer als eine Führungswalze vorgesehene schwingende Walze gemessen wird, wobei die Verschiebung als die Größe der Drehbewegung einer verschiebbaren Tragwelle bestimmt wird, wie dies z. B. im offengelegten Japanischen Gebrauchsmuster 17159/1988 beschrieben ist. Diese Druckschrift beschreibt auch die Anwendungen von Materialbahnspannungsreglern, die mit den Materialbahnspannungsmessern arbeiten, bei Papierbahnen.

Die US-PS 47 11 133 beschreibt einen bei einem zu untersuchenden Material anwendbaren Materialbahnspannungsmesser, bei dem Druckgas von der Rückseite her in eine hohle Kammer eingeführt wird, die an einer im geringen Abstand zum untersuchenden Material liegenden Stelle geöffnet ist, der Gasdruck an einer Stelle am Rand der Öffnung der Hohlkammer und in der Umgebung des zu untersuchenden Materials über eine kreisringförmige Öffnung, die die vorstehend erwähnte Öffnung umgibt, und eine mit der kreisringförmigen Öffnung in Verbindung stehende Hohlkammer gemessen wird, woraus die Zugkraft des Materials bestimmt wird.

Diese bekannten Materialbahnspannungsmesser sind jeweils mit Nachteilen behaftet.

Bei dem im offengelegten Japanischen Gebrauchsmuster 17159/1988 beschriebenen Materialbahnspannungsmesser, bei dem die Papierbahnspannung mit einem an einer Führungswalze befestigten Differentialtransformator gemessen wird, ist es erforderlich, drei Walzen für die Messung der Papierbahnspannung vorgesehen. Das Erfordernis, einen Raum zum Einbau der Walzen vorzusehen, behindert die Ausbildung des Spannungsmessers. Wenn die Differentialtransformatoren an den tragenden Teilen zu beiden Seiten der Meßwalzen angeordnet sind, läßt sich eine Ungleichheit der Papierbahnspannung entlang der Breitenrichtung der Bahn bis zu einem gewissen Ausmaß bestimmen. Wenn jedoch die Materialbahn im einseitig vorgespannten Zustand um die Meßwalzen herumgelegt ist, erweist es sich als schwierig, diese Ungleichheit zu bestimmen.

Der in der gleichen Druckschrift beschriebene Materialbahnspannungsmesser, bei dem die Verschiebung einer schwingenden Walze als Drehbewegung einer Verschiebungstragwelle gemessen wird, benötigt keinen Differentialtransformator, so daß keine Einschränkungen der Ausbildung bestehen. Die Drehbewegung der Verschiebetragwelle läßt sich jedoch nicht an beiden Enden variieren, so daß eine Ungleichheit der Materialbahnspannung entlang der Breitenrichtung der Bahn nicht meßbar ist.

Bei den in der US-PS 41 11 133 beschriebenen Materialbahnspannungsmessern sind die Nachteile der vorstehend beschriebenen Beispiele von Spannungsmessern gemäß dem offengelegten Japanischen Gebrauchsmuster 17159/1988 überwunden worden. Der Meßkopf des Spannungsmessers gemäß der US-PS 47 11 133 umfaßt jedoch ein ortsfestes Glied, ein gegenüber dem ortsfesten Glied gleitend verschiebbares Gleitglied und ein zwischen dem ortsfesten Glied und dem Gleitglied angeordnetes Andrückglied. Hierbei ist es erforderlich, die an einer Seite des Gleitgliedes offene Hohlkammer, die kreisringförmige Öffnung, die die Öffnung der Hohlkammer umgibt und zum Messen des Gasdruckes an einer an der Seite des Randes der Öffnung und in der Nähe des zu untersuchenden Materials liegenden Stelle dient, und die mit der kreisringförmigen Öffnung in Verbindung stehende Hohlkammer jeweils getrennt voneinander vorzusehen. Dies führt zu einer komplizierten Bauweise des Spannungsmessers, zu einer Kostenaufwendigkeit des Spannungsmessers und zu Schwierigkeiten bei der Wartung.

Der erfindungsgemäße Materialbahnspannungsmesser umfaßt einen Hohlkörper, der an seiner stromaufwärts gelegenen Seite, d. h., an einem Einlaßende, mit einem Einlaßstutzen versehen ist, an den eine Fluidlieferquelle wie eine Gaslieferquelle anschließbar ist, und der an seinem stromabwärts gelegenen Endteil, d. h., an einem Auslaßende, mit einem Austragstutzen versehen ist, über dessen Auslaßmündung die eine Oberfläche eines zu untersuchenden oder prüfenden Materials, die im vorbestimmten Abstand gegenüberliegt, mit dem Fluid beaufschlagbar ist, und der an einem zwischen dem Einlaßende und dem Auslaßende liegenden oder mittleren Teil, der sich an der stromabwärts gelegenen Seite des Einlaßstutzens befindet, mit einem Meßstutzen zur Messung des internen Druckes oder Innendruckes versehen ist, sowie einen Spannungsmeßteil, der mit mindestens einer mit dem Innendruckmeßstutzen verbundenen Druckmeßeinrichtung versehen ist. In bestimmten Fällen umfaßt der Spannungsmesser zusätzlich einen weiteren Hohlkörper, der an seiner stromaufwärts gelegenen Seite, d. h., an einem Einlaßende, mit einem Einlaßstutzen versehen ist, der mit einer Fluidlieferquelle wie einer Gaslieferquelle verbindbar ist, und der an seiner stromabwärts gelegenen Seite, d. h., an einem Auslaßende, mit Austragstutzen oder -öffnungen versehen ist, die dem Austragstutzen des vorstehend zuerst erwähnten Hohlkörpers im Abstand und vorzugsweise symmetrisch versetzt gegenüberliegen und bei Untersuchung oder Prüfung des Materials sich im vorbestimmten Abstand von der anderen Oberfläche des Materials befinden.

Der erfindungsgemäße Materialbahnspannungsregler umfaßt einen Materialbahnspannungsmesser in einer das zu prüfende Material verwendenden Vorrichtung, der einen an eine geeignete Stelle bezüglich des zu prüfenden Materials angeordneten Hohlkörper, einen Materialbahnspannungsmeßteil mit einer Druckmeßeinrichtung und eine mit der Druckmeßeinrichtung verbundene Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung aufweist, und eine Materialbahn-Spannungsstelleinrichtung zum Einstellen der Materialbahnspannung des sich bewegenden, zu prüfenden Materials, wobei die Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung über einen Steuersignalgeber mit der Spannungsstelleinrichtung verbunden ist.

Am Materialbahnspannungsmesser wird ein Fluid, z. B. Druckluft aus der Fluidlieferquelle, dem Inneren des Hohlkörpers über den Einlaßstutzen zugeführt. Die in den Hohlkörper hineingeströmte Druckluft wird aus dem Austragstutzen in Richtung zum prüfenden Material hin ausgestoßen oder ausgetragen.

Es wird in Betracht gezogen, daß hierbei die ausgetragene Druckluft von der äußeren Umfangsfläche eines imaginären Kreiszylinders hinweg diffundiert, dessen Höhe gleich dem Abstand zwischen der äußeren Stirnfläche des Austragsstutzens und der gegenüberliegenden Oberfläche des zu prüfenden oder zu untersuchenden Materials ist und dessen Durchmesser dem Innendurchmesser des Austragstutzens gleich ist. Da die Außenumfangsfläche dieses imaginären Kreiszylinders sich entsprechend der Leichtigkeit der Diffusion der ausgetragenen Druckluft vergrößert, d. h., entsprechend dem Abstand zwischen der äußeren Stirnfläche des Austragstutzens und der gegenüberliegenden Oberfläche des zu untersuchenden Materials, vergrößert sich die Austraggeschwindigkeit der Druckluft proportional hierzu. Da der Innendruck im Hohlkörper umgekehrt proportional zur Austraggeschwindigkeit der Druckluft abnimmt, nimmt der von der Druckmeßeinrichtung gemessene Druck ebenfalls umgekehrt proportional hierzu ab.

Das die Austragkraft oder den beaufschlagenden Druck der Druckluft aufnehmende, zu prüfenden Material wird nach hinten verschoben oder versetzt, bis diese Austragskraft bzw. der Druck im Gleichgewicht mit der dem Material erteilten Zugkraft bzw. Zugspannung und der durch die Eigenschaften des Materials bedingten Starrheit oder Biegefestigkeit des Materials im Gleichgewicht steht.

Da die Eigenschaften des gegebenen, zu prüfenden Materials im wesentlichen konstant sind, ändert sich die Starrheit oder Biegefestigkeit des Materials in Abhängigkeit von der dem Material erteilten Zugspannung bzw. Zugkraft. Somit läßt sich die Starrheit oder Biegefestigkeit des Materials als Funktion der Gewebespannung bestimmen.

Da die Austraggeschwindigkeit der Druckluft und der Innendruck im Hohlkörper sich entsprechend der Starrheit oder Biegefestigkeit des zu prüfenden Materials ändern, läßt sich die Zugkraft oder Zugspannung des Materials durch Messen des Innendruckes des Hohlkörpers bestimmen.

In dem Fall, in dem eine Fluidaustrageinrichtung zusätzlich vorgesehen ist, wird Druckluft dem Inneren eines Hohlkörpers über einen stromaufwärts gelegenen, d. h. an seinem Einlaßende gelegenen Einlaßstutzen eingeführt. Die in den Hohlkörper hineingeströmte Druckluft wird aus Austragstutzen oder Austragöffnungen gegen die andere, rückseitige Oberfläche des zu prüfenden Materials ausgetragen und wirkt somit gegen die ausgetragene Strömung der Druckluft aus dem Austragstutzen des zuerst erwähnten Hohlkörpers. Die Zugspannung des zu prüfenden Materials wird in gleicher Weise gemessen, wie dies bei dem vorstehend beschriebenen Spannungsmesser erfolgt, wobei die nicht notwendige Verschiebung des Materials aufgrund der ausgetragenen Druckluftströmung aus dem Austragstutzen des zuerst erwähnten Hohlkörpers vermieden wird.

Während dieses Vorganges erfolgt das Austragen der Druckluft aus dem Austragstutzen selbstverständlich in einer derartigen Weise, daß die ausgetragene Druckluft die dem zu prüfenden Material erteilte Zugspannung nicht beeinflußt.

In dem Materialbahnspannungsregler, der in der das zu prüfende Material verwendenden Vorrichtung vorgesehen ist, wird die Größe der dem sich durch die Vorrichtung bewegenden Material erteilten Zugspannung in jeder Druckmeßeinrichtung bestimmt. Diese bestimmten Größen werden in den Steuersignalgeber eingegeben. Ein Betätigungssignal wird vom Steuersignalgeber an die Spannungsstelleinrichtung übermittelt, so daß entsprechend der in den Steuersignalgeber eingegebenen Größe der Materialbahnspannung die Spannung auf einen vorbestimmten Sollwert berichtigt wird. Die Spannungsstelleinrichtung, die auf diese Weise ein Betätigungssignal erhalten hat, wird zum Einstellen der Größen der Materialbahnspannung an den überprüften Stellen des zu prüfenden Materials auf die jeweiligen Sollwerte betätigt. Da der Einstellvorgang an der Material bahn-Spannungsstelleinrichtung fortlaufend erfolgt, bis die Istwerte der Materialbahnspannung mit den Sollwerten übereinstimmen, werden die Spannungen an allen geprüften Stellen des zu untersuchenden Materials auf ihre Sollwerte eingestellt und gehalten.

Bei dem erfindungsgemäßen Materialbahnspannungsmesser besteht der Meßkopf aus einem Hohlkörper einfacher und miniaturisierter Bauweise und läßt sich leicht warten. Aus diesem Grund kann der Materialbahnspannungsmesser in vorteilhafter Weise ausgebildet und in einer das zu prüfende Material verwendenden Vorrichtung eingebaut werden. Darüber hinaus läßt sich mit dem Materialbahnspannungsmesser die Materialbahnspannung an jedem Teil der Oberfläche des zu prüfenden Materials einzeln bestimmen und es läßt sich auch die Verteilung der Zugkraft oder Zugspannung des zu prüfenden Materials innerhalb der das zu prüfende Material verwendenden Vorrichtung eingehend untersuchen.

Ist die Fluidaustrageinrichtung zusätzlich vorgesehen, läßt sich die Spannung des zu prüfenden Materials messen, wobei eine störende Verschiebung des Materials durch die ausgetragene Fluidströmung aus dem Austragstutzen des Hohlkörpers vermieden wird. Hierdurch wird die Genauigkeit der Messung der Materialbahnspannung erhöht.

In der Vorrichtung in der das überprüfte Material verwendet wird, die mit dem Materialbahnspannungsmesser und dem Materialbahnspannungsregler versehen ist, wird die Spannung jedes Teiles des überprüften Materials durch Nutzbarmachung der vorstehend erwähnten Vorteile des Materialbahnspannungsmessers mit hoher Genauigkeit gesteuert und geregelt. Das überprüfte Material läßt sich leicht führen und bearbeiten, wobei dem Material als Ganzes die zweckmäßigste und geeigneteste Spannung erteilt wird.

Die Erfindung mit ihrer Aufgabe und ihren vorteilhaften Merkmalen wird anhand der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Materialbahnspannungsmessers;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Materialbahnspannungsmessers;

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen einen Auslaßstutzen aufweisenden Teil einer Fluidaustrageinrichtung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Materialbahnspannungsreglers; und

Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung der Diffusion von Druckluft bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Materialbahnspannungsmessers.

Ein in der Fig. 1 dargestellter Materialbahnspannungsmesser SA 1 umfaßt einen Hohlkörper 1, eine Fluidlieferquelle 2, die über einen am stromaufwärts gelegenen Teil des Hohlkörpers 1 vorgesehenen Einlaßstutzen 11 mit dem Hohlkörper 1 verbunden ist, und einen Materialbahnspannungsmeßteil 3, der mit dem Hohlkörper 1 verbunden ist über einen Innendruckmeßstutzen 12, der an dem mittleren Teil des Hohlkörpers 1 vorgesehen ist, der an der stromabwärts gelegenen Seite des Einlaßstutzens 11 liegt. An seinem am weitesten stromabwärts gelegenen Teil ist der Hohlkörper 1 zusätzlich mit einem zylinderförmigen Austragstutzen 13 mit einem Innendurchmesser d versehen, dessen äußere Stirnfläche einer Oberfläche, z. B. einer Papierbahn WP im vorbestimmten Abstand c gegenüberliegt. An der Ansatzstelle des Einlaßstutzens 11 ist der Hohlkörper 1 mit einer den Strömungsquerschnitt verengenden Öffnung 14 versehen.

Der Spannungsmeßteil 3 umfaßt eine Druckmeßeinrichtung 31 und eine Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung 32, die mit der Druckmeßeinrichtung 31 verbunden und dazu ausgelegt ist, die von der Druckmeßeinrichtung 31 ermittelten Daten zu verarbeiten, sowie eine Eingabeeinrichtung 33 und eine Anzeigeeinrichtung 34, die nach Erfordernis mit der Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung 32 verbunden werden.

In dem Spannungsmesser SA 1 sind ein oder mehrere Hohlkörper 1, die Meßköpfe bilden, in Kombination mit Druckmeßeinrichtungen 31 vorgesehen.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Materialbahnspannungsmessers SA 2 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt.

Der Spannungsmesser SA 2 ist mit dem Spannungsmesser SA 1 teilweise gleich ausgebildet, wobei jedoch eine Fluidaustrageinrichtung 4 hinzugefügt worden ist, die dem Hohlkörper 1 gegenüberliegt, und die Papierbahn WP sich zwischen dem Hohlkörper 1 und der Fluidaustrageinrichtung 4 bewegt.

Die Fluidaustrageinrichtung 4 umfaßt einen Hohlkörper 40, der an seinem stromaufwärts gelegenen Teil, d. h., an seinem Einlaßende, mit einem Einlaßstutzen 41 versehen ist, an den die Fluidlieferquelle 2 oder eine andere Fluidlieferquelle wie eine Druckluftquelle angeschlossen ist. An seinem stromabwärts gelegenen Teil, d. h., an seinem Auslaßende ist der Hohlkörper 40 mit mehreren Austragöffnungen 42 versehen, die in regelmäßigen Abständen voneinander kreisförmig angeordnet sind und im jeweils gleichen Abstand der Oberfläche des zu prüfenden Materials, z. B. der Papierbahn WP gegenüberliegen, die der Oberfläche entgegengesetzt ist, die dem Austragstutzen 13 des Hohlkörpers 1 gegenüberliegt. Die Achse, um die die Austragöffnungen 42 kreisförmig herum angeordnet sind, ist mit der Achse des Austragstutzens 13 des Hohlkörpers 1 ausgerichtet. Sind mehrere Hohlkörper 1 vorgesehen, dann sind die Hohlkörper 40 in gleicher Anzahl vorgesehen, so daß jeder Hohlkörper 1 und jeder Hohlkörper 40 ein Paar bildet.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Materialbahnspannungsreglers ist in der Fig. 4 dargestellt. Die Figur zeigt eine Rotationsdruckpresse PM, die mit Materialbahnspannungsreglern und einem Materialbahnspannungsmesser versehen ist.

Der in der Fig. 4 dargestellte Materialbahnspannungsmesser entspricht dem vorstehend beschriebenen Spannungsmesser SA 1, der jedoch auch durch den vorstehend beschriebenen Materialbahnspannungsmesser SA 2 ersetzt sein kann. Im Materialbahnspannungsregler ist der Materialbahnspannungsmesser SA 1 mit Hohlkörpern 1 versehen, welche Meßköpfe bilden und an geeigneten Stufen entlang des Laufweges der Papierbahn WP in der Rotationsdruckpresse PM angeordnet sind. Der Materialbahnspannungsmesser SA 1 ist über einen Steuersignalgeber 5 mit Materialbahn-Spannungsstelleinrichtungen verbunden, die eine Papierbremse 6, eine Spannungsausgleichwalze 7 zum Beseitigen einer Ungleichheit der Gewebespannung der linken und rechten Teile der sich bewegenden Papierbahn WP, und eine Abzugwalze 8 zum Steuern und Regeln der Abzugsgeschwindigkeit eines bestimmten Abschnitts der Papierbahn WP umfassen.

Hohlkörper 1, welche Meßköpfe bilden, sind auch in geeigneter Anzahl entlang der Breitenrichtung der Papierbahn WP angeordnet, falls dies an einer Stufe des Papierbahnlaufweges erforderlich ist.

Nachstehend wird die Funktionsweise der Materialbahnspannungsmesser und des mit Materialbahnspannungsmessern versehenen Materialbahnspannungreglers in der Rotationsdruckpresse PM beschrieben.

Zunächst wird in dem in der Fig. 1 dargestellten Materialbahnspannungmesser SA 1 ein Fluid, z. B. Druckluft, aus der Fluidlieferquelle 2 mittels eines nicht dargestellten Druckreglers auf einen vorbestimmten Druck eingestellt. Danach wird das Fluid über den Einlaßstutzen 11 dem Inneren des Hohlkörpers 1 zugeführt. Während dieser Zeit fließt die Druckluft in das Innere des Hohlkörpers 1 hinein, wobei die Fließgeschwindigkeit oder der Durchsatz des Fluids von der Öffnung 14 begrenzt wird.

Die Druckluft, die auf diese Weise in den Hohlkörper 1 hineingeströmt ist, wird aus dem Austragstutzen 13 in Richtung zur Papierbahn WP hin ausgetragen.

Es wird in Betracht gezogen, daß die auf diese Weise ausgetragene Druckluft von der äußeren Umfangsfläche eines imaginären Zylinders hinweg diffundiert, dessen Höhe dem Abstand c zwischen der äußeren Stirnfläche des Austragstutzens 13 und der gegenüberliegenden Oberfläche der Papierbahn WP gleich ist und dessen Durchmesser dem Innendurchmesser d des Austragstutzens 13 gleich ist, wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist. Die Fläche π dc der äußeren Umfangsfläche dieses imaginären Zylinders vergrößert sich in Abhängigkeit von der Leichtigkeit, mit der die Diffusion der Druckluft stattfindet, d. h., daß der Abstand c größer wird, so daß die Austraggeschwindigkeit bzw. der Austragdurchsatz der Druckluft proportional hierzu zunimmt. Da der Innendruck des Hohlkörpers 1 umgekehrt proportional zur Austraggeschwindigkeit bzw. zum Austragdurchsatz abnimmt, nimmt der von der Druckmeßeinrichtung 31 gemessene Druck in gleicher Weise ab.

Es seien P₁, P₂, a₁, a₂, C₁ und C₂ der Fluidzuführdruck (am Druckregler eingestellter Druck), der Innendruck im Hohlkörper 1, die Querschnittsfläche der Öffnung 14, die Fläche des Austragteils (Umfangsfläche des imaginären Zylinders), der Strömungskoeffizient der Öffnung 14 bzw. der Strömungskoeffizient des Austragstutzens 13. Die Beziehung zwischen diesen Größen entspricht der nachstehenden Gleichung:

P₂ = P₁/{1 + (C₂ a₂/C₁ a₁)²} (1)

Die Papierbahn WP, die von der ausgetragenen Druckluftströmung beaufschlagt wird und die Kraft dieser Strömung aufnimmt, wird nach hinten, d. h. in Kraftrichtung versetzt, bis diese Kraft und die Starrheit bzw. Biegefestigkeit der Papierbahn WP, die von der der Papierbahn WP erteilten Spannung und den Eigenschaften der verwendeten Papierbahn WP wie die Dichte der die Papierbahn WP bildenden Fasern, dem verwendeten Bindemittel und der Dicke der Papierbahn WP abhängt, miteinander im Gleichgewicht sind.

Die Beziehung zwischen der Größe der Rückwärtsverschiebung der Papierbahn WP und den diese Verschiebung bestimmenden Faktoren läßt sich zusammenfassen in der Gleichung

δ = F/K (2)

in der δ die Größe der rückwärtigen Verschiebung, F die von der Papierbahn WP aufgrund des Austragens der Druckluft aufgenommene Kraft und K die Starrheit oder Biegefestigkeit der Papierbahn WP darstellt.

Die von der Papierbahn WP aufgenommene Kraft F wird wiedergegeben durch die folgende Gleichung

F = π d² ρ w²/4 (3)

in der ρ die Dichte der Luft und w die Strömungsgeschwindigkeit (=√) darstellt.

Die Fläche a₂ des Austragteils (Außenumfangsfläche des imaginären Zylinders) in dem Fall, in dem die Papierbahn WP um den Betrag δ aufgrund des Auftragens der Druckluft zurückverschoben wird, wird bestimmt durch die Gleichung

a₂ = π d(C + δ) (4)

Aus der vorstehend angegebenen Gleichung (1) läßt sich somit die nachstehende Gleichung erhalten

P₂ = P₁/[1 + {C₂ π d (c + δ)/C₁ a₁}²] (1′)

Dagegen läßt sich aus den Gleichungen (2) und (3) die nachstehende Gleichung erhalten

δ = (π d² ρ w²/4)K (2′)

in der w=√.

Somit läßt sich aus den Gleichungen (1′) und (2′) die Gleichung

ableiten.

Da Papierbahnen WP der gleichen Sorte, z. B. gleicher Marke oder gleicher Kennzeichnung, im wesentlichen gleiche Eigenschaften (z. B. gleiche Luftpermeabilitäten) aufweisen, hängt die Starrheit oder Biegefestigkeit K der Papierbahn WP von der Spannung T ab. Die Starrheit oder Biegefestigkeit K wird bestimmt als eine Funktion f(T) der Spannung T. Demgemäß läßt sich aus der Gleichung (5) die nachstehende Gleichung erhalten

Die rechte Seite dieser Gleichung ist eine Funktion des Innendruckes P₂ des Hohlkörpers 1. Während die Druckluft aus dem Austragstutzen 13 in Richtung zur Papierbahn WP hin ausgetragen wird, kann der Innendruck P₂ des Hohlkörpers 1 mit der an den Innendruckmeßstutzen 12 angeschlossenen Druckmeßeinrichtung 31 gemessen werden, so daß die Spannung der Papierbahn WP bestimmt werden kann.

Während dieser Zeit werden die von der Druckmeßeinrichtung 31 gemessenen Druckgrößen in der Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung 32 verarbeitet in Bezug auf die Eigenschaften der Papierbahn WP, die bereits von der Eingabeeinrichtung 33 in die Verarbeitungseinrichtung 32 eingegeben worden sind, und es wird ein die Ergebnisse darstellendes Signal in geeigneter Weise an die Anzeigeeinrichtung 34 abgegeben.

Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Materialbahnspannungsmesser SA 2 wird der Druck eines Fluids, z. B. Druckluft aus der Fluidlieferquelle 2 oder einer anderen nicht dargestellten Fluidlieferquelle, mit einem nicht dargestellten Druckregler, der ein anderer als der in der zum Einlaßstutzen 11 des Hohlkörpers 1 führenden Fluidzuleitung eingesetzte Druckregler ist, auf einen konstanten Wert eingestellt. Die erhaltene Druckluft wird über den stromaufwärts vorgesehenen Einlaßstutzen 41 in das Innere des Hohlkörpers 40 eingeführt. Die Druckluft, die in den Hohlkörper 40 hineingeströmt ist, wird aus den Austragöffnungen 42 in Richtung zu der Oberfläche der Papierbahn WP hin ausgetragen, die sich auf der Seite der Papierbahn WP befindet, die der Seite entgegengesetzt ist, gegen die die Druckluft aus dem Austragstutzen 13 strömt. Die aus den Austragöffnungen 42 ausgetragene Druckluft strömt somit in entgegengesetzter Richtung zu der aus dem Austragstutzen 13 ausgetragenen Druckluft.

Die Spannung der Papierbahn WP läßt sich somit über den gleichen Funktionsablauf wie bei dem Materialbahnspannungsmesser SA 1 messen, wobei eine nicht erforderliche Verschiebung der Papierbahn WP aufgrund der aus dem Austragstutzen 13 ausgetragenen Druckluftströmung vermieden wird.

Während dieses Funktionsablaufes muß das Austragen der Druckluft aus den Austragöffnungen 42 selbstverständlich in der Weise erfolgen, daß die der Papierbahn WP erteilten Spannung nicht beeinflußt wird. Die Starrheit oder Biegefestigkeit K der Papierbahn WP wird jedoch zwangsläufig von der Austragsleistung (Austragsgeschwindigkeit oder -durchsatz und Austragsdruck) der aus den Austragöffnungen 42 herausströmenden Luft und der Größe des Bereiches der Oberfläche der Papierbahn WP, der von der ausgetragenen Luft umhüllt wird, beeinflußt. Wenn die Leistung der ausgetragenen Luft und die Größe des Bereiches auf der Oberfläche der Papierbahn WP, der von der ausgetragenen Luft umhüllt wird, auf vorbestimmte Größen eingestellt werden, wird das Ausmaß deren Einflüsse auf die Starrheit oder Biegefestigkeit der Papierbahn WP konstant, so daß die durch die Gleichung (5′) ausgedrückte Beziehung hergestellt wird, wie dies bei dem Materialbahnspannungsmesser SA 1 der Fall ist. Versuche haben gezeigt, daß mit dem Materialbahnspannungsmesser SA 2 gute Ergebnisse erhalten werden, d. h., daß im Bereich niederer Spannung der Papierbahn WP hohe Meßgenauigkeiten erzielbar sind.

Bei dem in der Fig. 4 dargestellten Materialbahnspannungsregler für eine Rotationsdruckpresse, der mit dem Materialbahnspannungsmesser SA 1 versehen ist, werden die bei den verschiedenen Stufen der in der Rotationsdruckpresse PM bewegten Papierbahn WP erteilten Spannungen mit der Druckmeßeinrichtung 31 bestimmt. Signale, die die Papierbahnspannung darstellen, werden in den Steuersignalgeber 5 eingegeben, der mit der Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung 32 im Materialbahnspannungsmesser SA 1 verbunden ist. Im Steuersignalgeber 5 werden vorgegebene Sollwerte der der Papierbahn WP an verschiedenen Abschnitten erteilten Spannung mit den gemessenen, von der Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung 32 in den Steuersignalgeber 5 eingegebenen Größen der Papierbahnspannung verglichen. Wenn die Größen der der Papierbahn WP an verschiedenen Abschnitten erteilten Spannungen von den Sollwerten abweichen, wird ein Regelsignal, das auf der Differenz zwischen einer gemessenen Größe und einer im voraus eingegebenen Größe basiert, an die Materialbahn-Spannungsstelleinrichtung an jedem Abschnitt, z. B. an der Papierbremse 6, an der Spannungsausgleichwalze 7 und an der Abzugswalze 8, abgegeben. Jede dieser Spannungsstelleinrichtungen, die das Regelsignal erhalten hat, wird in der Weise betätigt, daß die Spannung der Papierbahn WP an jeder Stufe den Sollwert erreicht. Entsprechend diesem Funktionsablauf wird das Regeln der Papierbahnspannung durch die Spannungsstelleinrichtungen fortgesetzt, bis die gemessenen Papierbahnspannungsgrößen und die Sollwerte miteinander übereinstimmen, so daß die Spannung der Papierbahn WP an jeder Stufe auf ihren Sollwert gehalten wird.

Wenn die Hohlkörper 1 entlang der Breitenrichtung der Papierbahn WP angeordnet sind, läßt sich der Spannungszustand der Papierbahn WP entlang der Breitenrichtung auch überprüfen. Ein Spannungsausgleichvorgang entlang der Breitenrichtung der Papierbahn WP läßt sich von der Spannungsausgleichwalze 7 als Spannungsstelleinrichtung wirksam durchführen.

In dem Materialbahnspannungsmeßteil 3 werden die Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung 32 und die Eingabeeinrichtung 33 nicht immer benötigt. Wenn der Zustand der zu überprüfenden Papierbahn WP (einschließlich der Leistung des aus der Fluidaustrageinrichtung 4 ausgetragenen Fluids und der Größe des Bereiches der Papierbahn WP, der von dem ausgetragenen Fluid umhüllt wird, wenn die Fluidaustrageinrichtung 4 zusätzlich vorgesehen ist) zu allen Zeiten konstant ist, kann die Anzeigeeinrichtung 34 mit der Druckmeßeinrichtung 31 verbunden oder mit dieser gemeinsam ausgebildet sein, wobei die Anzeigeeinrichtung 34 mit einer numerierten Skala versehen ist, welche in der Weise umgerechnete Werte anzeigt, daß die von der Druckmeßeinrichtung 31 gemessenen Druckgrößen direkt als Größen der Spannung der Papierbahn WP abgelesen werden können.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt; sie kann auf verschiedene Weisen innerhalb des Rahmens des Inhaltes der Patentansprüche abgeändert werden.

Claims

1. Materialbahnspannungsmesser, gekennzeichnet durch

- einen Hohlkörper (1), der an seinem stromaufwärts gelegenen Teil mit einem an eine Fluidlieferquelle (2) anschließbaren Einlaßstutzen (11) versehen ist und der an seinem stromabwärts gelegenen Endteil mit einem Austragstutzen (13) versehen ist, dessen äußere Stirnfläche der einen Oberfläche eines zu prüfenden Materials im vorbestimmten Abstand (c) gegenüberliegt, und der an seinem mittleren Teil, der stromabwärts des Einlaßstutzens (11) liegt, mit einem Meßstutzen (12) zur Messung des Innendruckes im Hohlkörper (1) versehen ist, und
- einen Materialbahnspannungsmeßteil (3), der mit mindestens einer Druckmeßeinrichtung (31) versehen ist, die mit dem zum Messen des Innendruckes vorgesehenen Meßstutzen (12) verbunden ist.

2. Materialbahnspannungsmesser, gekennzeichnet durch

- einen ersten Hohlkörper (1), der an seinem stromaufwärts gelegenen Teil mit einem an eine Fluidlieferquelle (2) anschließbaren Einlaßstutzen (11) versehen ist und der an seinem stromabwärts gelegenen Endteil mit einem Austragstutzen (13) versehen ist, dessen äußere Stirnfläche der einen Oberfläche eines zu prüfenden Materials im vorbestimmten Abstand (c) gegenüberliegt, und der an seinem mittleren Teil, der stromabwärts des Einlaßstutzens (11) liegt, mit einem Meßstutzen (12) zur Messung des Innendruckes im Hohlkörper (1) versehen ist,
- einen Materialbahnspannungsmeßteil (3), der mit mindestens einer Druckmeßeinrichtung (31) versehen ist, die mit dem zum Messen des Innendruckes vorgesehenen Meßstutzen (12) verbunden ist, und
- einem zweiten Hohlkörper (40), der an seinem stromaufwärts gelegenen Teil mit einem an eine Fluidlieferquelle anschließbaren Einlaßstutzen (41) versehen ist, und der an seinem stromabwärts gelegenen Teil mit Austragöffnungen oder Austragstutzen (42) versehen ist, die im vorbestimmten Abstand dem Austragstutzen (13) des ersten Hohlkörpers (1) und der anderen Oberfläche des zu prüfenden Materials im vorbestimmten Abstand gegenüberliegen.

3. Materialbahnspannungsregler in einer das zu prüfende Material verwendenden Vorrichtung, mit Hohlkörpern (1), die dem im Materialbahnspannungsmesser (SA 1; SA 2) des Anspruchs 1 oder 2 vorgesehenen ersten Hohlkörper (1) gleich sind und die an in geeigneter Anzahl vorgesehenen Stellen entlang der Laufbahn des zu prüfenden Materials jeweils dem Material gegenüberliegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialbahnspannungsmeßteil (3) in jedem der Materialbahnspannungsmesser (SA 1; SA 2) mit einer Druckmeßeinrichtung (31), einer mit der Druckmeßeinrichtung (31) verbundenen Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung (32) und einer Materialbahn-Spannungsstelleinrichtung versehen ist, die zum Regeln der Spannung des bewegten, zu prüfenden Materials ausgelegt ist, wobei die Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung (32) über einen Steuersignalgeber (5) mit der Materialbahn-Spannungsstelleinrichtung verbunden ist.

4. Verwendung des Materialbahnspannungsmessers des Anspruchs 1 oder 2 zum Überwachen, Überprüfen und/oder Regeln der Spannung einer Papierbahn in einer Rotationsdruckpresse.