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Einrichtung zur Qualitätskontrolle von Werkstücken, beruhend auf der
Messung der dielektrischen Eigenschaften dieser Werkstücke Es sind bereits Gleichrichteranordnungen
für Wechselstrommessungen u. dgl. mit ein oder mehreren Gleichrichtern in einer
Brücke vorgeschlagen worden, in denen die Gleichrichterbrücke von einer Hilfsspannung
und einer gegenüber der Hilfsspannung kleinen 34eßspannung gespeist wird und die
Hilfsspannung so groß gewählt ist, daß der Arbeitsbereich der Meßspannung in den
geradlinigen Teil der Gleichrichterkennlinie fällt. Die vorgeschlagene Gleichrichteranordnung
diente vorzugsweise dazu, um die Meßwerte einer Wechselstrombrücke direkt anzuzeigen.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die genannte Gleichrichteranordnung für
Frequenzanalyse und zum Vergleich der Phase zweier Netzwerke zu verwenden.
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Die Erfindung betrifft eine Anwendung der vorgeschlagenen Gleichrichteranordnung
mit Meßbrücke zur Messung oder Kontrolle von Werkstücken mit ganz oder teilweise
abweichender Dielektrizitätskonstante bzw. Verlustgröße in Platten-, Band- oder
Fadenform, insbesondere zur Fabrikationskontrolle von Gummibändern oder gummierten
Cordbahnen sowie Papier, Zellstoff, Textilien, Linoleum u. dgl. Dabei wird das zu
prüfende Werkstück in bekannter Weise zwischen zwei Belegungen i eines Kondensators
eingelegt oder laufend durchgezogen. Der Kondensator befindet sich in einer Wechselstrommeßbrücke,
deren Anzeigespannung zusammen mit einer Hilfsspannung der genannten Gleichrichterbrücke
zugeführt wird. Die Hilfsspannung ist größer als die Anzeigespannung der Meßbrücke
und so groß gewählt,- daß der Arbeitsbereich in den geradlinigen Teil der Gleichrichterkennlinie
fällt. Dadurch wird erreicht, daß die Anzeige von der Größe der Hilfsspannung unabhängig
wird. Die Hilfsspannung wird vorteilhaft mit einer veränderlich einstellbaren Phase
der Gleichrichterbrücke zugeführt.
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In der Abb. z ist schematisch die Schaltungsweise einer nach der Erfindung
verwendeten Gleichrichterbrücke beispielsweise dargestellt. Sie ist aus zwei Kreisen
zusammengesetzt I und II, die je einen Gleichrichter Dl bzw. D2 und einen Widerstand
Ral bzw. Ra, enthalten. Die Spannung Cv wird den beiden Kreisen gemeinsam zugeführt,
die Spannung -h LV-1, bzw. -- Cr, wird beiden Kreisen gesondert zugeführt. Die Spannung
(ii, dient als Hilfsspannung, während die Spannung Cv, die von der Meßbrücke (Anzeigespannung)
kommt, der Verstimmung der den Prüfkondensator enthaltenden Meßbrücke entspricht.
Die Spannung
e-, ist bei kleinen Verstimmungen des Prüfkondensators
den Verstimmungen proportional. Der Phasenwinkel zwischen eh und e, sei T. Der Ausschlag
a des Gleichstrominstrumentes G ist in dem verwandten geradlinigen Bereich der Kennlinie
proportional C'1 ; -- E C. J, worin r. Cl = + (C11 + Cb, @. e2- = - eil + Cb, wenn
Cl bzw. C. die elektromotorischen Kräfte der Kreise I bzw. II sind und die Durchlässigkeitsrichtung
der Detektoren Dl und D2 als positive Richtung genommen wird.
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In Abb. 2 ist das Vektordiagramm der Gleichung r und 2 für eine beliebige
Phasenverschiebung zwischen Cl, und eb gezeigt. Für die an den Widerstand Ra. und
Rat wirkenden Gleichspannungen e1 bzw. e2 gelten die Proportionalitäten e1 ^. Cl
= Ei, e2 - e2 - E2.
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worin El und E, die Absolutwerte der Spannungen bedeuten. Für den
Ausschlag a des Gleichstrominstrumentes gilt dann: a -EI - E2, Danach
und nach Abb. 2, in der die Spannungsdiagramme der Kreise I und II gezeichnet sind,
ist zu erkennen, daß für cp = o der Ausschlag des Anzeigeinstrumentes der
Anzeigespannung der Meßbrücke e, nach Größe und Vorzeichen proportional ist. Für
(p = 9o aber ist der Ausschlag unabhängig von der Spannung eb. Das gilt mit um so
größerer Genauigkeit, je größer ei, gegenüber e, gewählt ist. Die Wahl einer großen
Hilfsspannung erlz hat ferner den Vorteil, daß dadurch die Gleichrichter Dl und
D2 im linearen Teil ihrer Kennlinien betrieben werden können, und zwar derart, daß
trotz der Schwankungen von Cb der Arbeitspunkt im geradlinigen Teil der Kennlinie
verbleibt.
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Abb. 3 gibt ein Ausführungsbeispiel der Anordnung nach der Erfindung
zur Prüfung von Gummibahnen wieder. Aus dieser Abbildung kann das Zusammenwirken
der Meßbrücke mit dem eingebauten Prüfkondensator und der Gleichrichterbrücke klar
erkannt werden. Ein Summer S, beispielsweise für 8oo Hz, ist über einen Übertrager
U1 an eine Siebkette s, angeschlossen. Von dort wird die Spannung einerseits als
Hilfsspannung eh der Gleichrichterbrücke Gl zugeführt, anderseits über den Übertrager
U3 an die Meßbrücke N1 angelegt. Der Kondensator C, der Meßbrücke ist der Prüfkondensator,
mit dessen Hilfe die Werkstücke kontrolliert werden. Der Kondensator C3 und der
Widerstand R1 dienen zum Ausgleichen der Brücke. C3 kann als Drehkondensator ausgebildet
sein, um auf eine bestimmte Gummisorte einstellen zu können oder Änderungen des
Prüfkondensators, z. B. durch. Abnutzen, Temperaturschwankungen, ausgleichen zu
können. Der verschiebbare Widerstand R1 dient zur Anpassung an die Verlustverhältnisse
des im Kondensator C, befindlichen Gummis. In den beiden anderen Brückenzweigen
liegen Ohmsche Widerstände, denen zur Symmetrierang der Brücke Kondensatoren parallel
geschaltet sind. Während die Meßspannung an den Diagonalpunkten x und 2 angelegt
ist, wird die die Verstimmung anzeigende Spannung von den Diagonalpunkten 3 und
q dem Verstärker V zugeführt, von dem aus sie verstärkt (Cb) an die Gleichrichterbrücke
abgegeben wird. Der Kondensator Cl; dient zum Blockieren der Ladeströme, welche
leicht durch den den Kondensator C, durchlaufenden Gummi influenziert werden können.
Die Hilfsspannung wird der Gleichrichterbrücke über einen Spannungsteiler zugeführt,
der dazu bestimmt ist, eine derartige Phasendrehung zu bewirken, daß für eine rein
kapazutive Verstimmung der Brücke Gleichphasigkeit erreicht ist und das Instrument
für kapazitive Änderungen volle Empfindlichkeit enthält. Eine Veränderung der Wirkkomponente,
z. B. infolge Änderung des Verlustwinkels, bleibt dann wirkungslos. Es wäre natürlich
ohne weiteres möglich, die Untersuchungen gerade auf den Verlustwinkel zu richten,
was durch entsprechende Phasendrehung der Hilfsspannung bewirkt werden kann.
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Wie Versuche ergeben haben, ist die Phasenlage von eh, und eb stark
abhängig von den Übertragungsmitteln, z. B. vom Scheinwiderstand der Verstärker.
Durch Verwendung eines Summers konstanter Frequenz und eines Widerstandsverstärkers
kann jedoch die nötige Konstanz leicht erzielt werden. Eine gute Konstanz der Detektoren
kann durch Verwendung von Kupferoxydulgleichrichtern bei entsprechender Bemessung
der WiderständeRal und Rat und bei geeigneter Wahl der Spannungsverhältnisse
erreicht werden.
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Abb. q. zeigt eine Ausführung des Prüfkondensators, wie er als C"
in. der oben beschriebenen Anordnung, insbesondere zur Kontrolle von Gummibahnen
bzw. gummierten Cordbahnen, zur Verwendung kommen kann. Eine Platte so ist an vier
PorzellanisolatorenZ2 befestigt. Die obere, 13, die vorzugsweise im Betriebe geerdet
wird, ist mit Hilfe von vier Bolzen 15, die durch das hufeisenförmige Trägergestell
t gleiten, mit Hilfe eines Hebels 16 zu heben und zu senken. Um die obere Platte
mit der nötigen Genauigkeit in die bestimmte Lage zu bringen, sind an den Bolzen
Anschläge 17 vorgesehen. Während die obere
Platte bei der Messung
geerdet ist, ist die untere Platte mit der Meßbrücke (vgl. Cl-, Punkt -, Abb. 3)
verbunden. Bei Einbau des Prüfkondensators zur Kontrolle einer laufenden Bahn sorgen
geeignete angebrachte Rollen zur sicheren Führung der Bahn zwischen den hondensatorplatten.
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Nach der Anzeige im Meßinstrument der Gleichrichterbrücke können vom
Bedienungspersonal die Betriebsgrößen in der Richtung verringerten Ausschlages des
Instrumentes abgeändert werden. Zeigt z. B. bei der Fabrikation von gummierten Cordbahnen
das Kontrollinstrument eine zu dicke Gummiauflage an, so können die Betriebsgrößen,
z. B. Walzenabstand oder Druck, beim Preßvorgang so lange abgeändert werden, bis
sich im Instruinent der Normalausschlag ergibt. Statt oder neben dem direkt ablesbaren
Meßinstrument kann im Diagonalzweig der Gleichrichterbrücke eine Relaisanordnung
vorgesehen werden, die, durch die Brückenströme gesteuert, selbst derartige Änderungen
der Betriebsverhältnisse, insbesondere der die Banddicke beeinflussenden Betriebsgrößen,
beispielsweise mit Hilfe von Steuerimpulsen, v eranlaßt. Neben dem direkt anzeigenden
Kontrollinstrument kann auch ein ergänzendes Instrument vorgesehen werden, welches
die Abweichungswerte der geprüften Strecken aufzeichnet.
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Bei der Kontrolle von Fäden anstatt der Bänder können die Fäden innerhalb
eines Kondensators zwischen Rollen öfters hin und her gezogen werden, um im Meßkondensator
größere Änderungen als bei einfachem Durchgang durch den Kondensator zu erzielen.
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Sollen Werkstücke mit profilierter Oberfläche, wie z. B. Laufstreifen
für Autoreifen, kontrolliert werden, so können die Kondensatorplatten auch profiliert
bzw. in Profilen gebogen sein.
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Nicht nur schlecht oder nicht leitende Substanzen können nach Material
und Form geprüft werden. Durch den Meßkondensator können z. B. auch Metallbänder
oder Streifen u. dgl. gezogen werden, wodurch die geometrischen Ausmessungen kontrolliert
werden können.