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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Plattenprüfung zwecks
zerstörungsfreier Prüfung von
Bauplatten auf Steifigkeit, die spezielle Anwendung bei der Prüfung von
Holzverbundplatten oder -tafeln finden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In
der Produktion von Holzverbundplatten oder -tafeln, z. B. "Waferboard"-Platten, Sperrholzplatten, "Oriented Strand Board
(OSB)"-Platten,
Spanplatten, Faserplatten mittlerer Dichte (MDF-Platten) u. ä., ist erwünscht, die
Steifigkeit und Festigkeit des Endprodukts zu überwachen, bei dem es sich
normalerweise um flache Tafeln handelt. Die Steifigkeit (EI) oder
der Elastizitätsmodul
(MOE), der aus der Steifigkeit abgeleitet werden kann, liefert eine
Angabe für
die Bruchfestigkeit oder den Bruchmodul (MOR) der Platte. Da Holzverbundplatten
und -tafeln allgemein auf einer Fertigungslinie hergestellt werden,
ist auch erwünscht,
Prüfungen am
Ausgangsende der Fertigungslinie in einer Prüfeinheit durchzuführen, die
zum schnellen Betrieb gestaltet ist.
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Möglich ist,
einzelne ausgewählte
Platten der Fertigungslinie zu entnehmen und sie geeigneten Prüfungen zu
unterziehen, wobei aber dieser Prüfansatz leicht eine Verzögerung zwischen
Produktion und Prüfung
einführt
und sich nicht zur rationellen Regelung des Herstellungsverfahrens
eignet.
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Zur
automatischen Prüfung
von Platten oder Bauholz bei ihrem Austritt aus der Produktionslinie
gibt es bekannte Technik. Allgemein führt diese vorhandene Technik
Prüfungen
durch Biegen des Materials durch. Das Biegen kann erfolgen, indem
die Platte oder das Bauholz in einen "S"-förmigen Weg
eingeführt
wird. Das Material wird gezwungen, sich um einen bestimmten Betrag
in seinem elastischen Bereich in zwei Gegenrichtungen zu verformen,
und die resultierenden Kräfte werden
mit Kraftmeßdosen
gemessen, um die Plattensteifigkeit zu bestimmen. Das "S"-förmige
Prüfverfahren
liefert eine mittlere Plattensteifigkeit beider Seiten der Prüfplatte
und nimmt einen linearen Steifigkeitsgang der Prüfplatte an. Beispiele für bekannte
Prüfvorrichtungen
und -verfahren, die auf "S"-förmiger Platten-
oder Bauholzverformung beruhen, finden sich in der US-A-3196672
(Keller) und US-A-4708020 (Lau et al.).
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Eine
Alternative zum "S"-förmigen Biegen
der Platte besteht darin, die Platte einem Biegen zu unterziehen,
indem Kräfte
ausgeübt
werden, um die Platte nacheinander mit zwei vorgegebenen Verformungen
auf derselben Seite der Platte zu verformen, während die Enden der Platte
einfach gelagert sind. Diese Technik läßt sich als "W"-förmiges
Biegen bezeichnen, da die beiden aufeinanderfolgenden Biegeprüfungen in
der Betrachtung nebeneinander die Platte in eine flache "W"-Form verformen. Die Last, um jede der
vorgegebenen Verformungen zu erzeugen, wird überwacht, und die Plattensteifigkeit
und der Elastizitätsmodul
lassen sich anhand der Neigung der Last-Verformungs-Kurve bestimmen.
Beispiele für
bekannte Prüftechnik,
die auf "W"-förmigem Biegen
der Platte beruht, finden sich in der US-A-4722223 und US-A-5804738
(beide Bach et al.). Um nichtlineare Bereiche der Last-Verformungs-Kurve
zu vermeiden, werden zwei Punkte entlang dem linearen Bereich zur
Bestimmung der Neigung verwendet, statt sich auf einen Datenpunkt
und den Ursprung zu verlassen. Vorzugsweise bestimmt man die beiden
Datenpunkte durch Ausüben
einer ersten kleinen Vorlast von etwa 10% der Bruchlast für die Platte
und anschließendes
Ausüben
einer Endlast von etwa 30% der Bruchlast.
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Anders
als "S"-förmiges Biegen,
das die Steifigkeit auf der Grundlage beider Seiten der Platte mißt, mißt "W"-förmiges
Biegen die Plattensteifigkeit von einer Seite der Platte, die der
beabsichtigten tragenden Seite der Platte entspricht. Prüfergebnisse
verweisen darauf, daß eine
Plattensteifigkeitsdifferenz bis 6% zwischen Gegenseiten vorliegen
kann. Daher ist die "W"-förmige Biegeprüfung das
bevorzugte Verfahren zur Bestimmung der Steifigkeit tragender Platten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vom
Anmelder wurde eine kompakte Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung der
Plattensteifigkeit entwickelt, die auf der zuvor beschriebenen "W"-förmigen
Biegeprüfung
beruhen. Um aber die "W"-förmige Biegeprüfung mit
hoher Geschwindigkeit durchzuführen
und mit der Plattenproduktion auf herkömmlichen Fertigungslinien Schritt
zu halten, entwickelte der Anmelder eine Vorrichtung und ein Verfahren,
mit denen die zu prüfenden
Platten auf einem im wesentlichen "C"-förmigen Weg
geleitet werden, während
die Last- und Verformungsmessungen der "W"-förmigen Biegeprüfung durchgeführt werden.
Die Vorrichtung der Maschine der Erfindung kann in einer Plattenproduktionslinie
so plaziert sein, daß Prüfungen während der
Plattenherstellung häufig
oder kontinuierlich mit geringer oder keinerlei Unterbrechung der
Fertigungslinie durchgeführt
werden können.
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Somit
stellt in einem ersten Aspekt die Erfindung eine Vorrichtung zur
zerstörungsfreien
Prüfung
der Steifigkeit von Platten mit entgegengesetzten Plattenoberflächen und
-enden bereit, wobei die Vorrichtung Anspruch 1 entspricht.
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In
einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur zerstörungsfreien
Prüfung
der Steifigkeit einer Platte mit einer ersten und einer zweiten
Plattenoberfläche
bereit, wobei das Verfahren Anspruch 20 entspricht.
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Die
Vorrichtung und das Verfahren der Erfindung ermöglichen schnelle Prüfungen von
Platten mit Geschwindigkeiten bis 182,9 m (600 ft.) pro Minute für 0,71 cm
(5/16 Inch) dicke Platten, um der Produktionsgeschwindigkeit von
Anlagen des Stands der Technik zu entsprechen.
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Die
Plattenprüfvorrichtung
kann Dickenabweichungen bis 0,16 cm (1/16 Inch) in einer Platte
Rechnung tragen.
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Die
Vorrichtung prüft
die Platten mit Hilfe von Feldmittenbelastung und einfach gelagerten
Endbedingungen der bevorzugten "W"-förmigen Biegeprüfung, während die
Platten auf einem im wesentlichen "C"-förmigen Weg
bewegt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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In
den beigefügten
Zeichnungen sind Aspekte der Erfindung lediglich beispielhaft veranschaulicht.
Es zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Plattensteifigkeits-Prüfvorrichtung der
Erfindung;
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2 eine
Draufsicht auf die Vorrichtung von 1;
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3 eine
Endansicht der Vorrichtung von 1;
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4 eine
nähere
Draufsicht auf eine typische erfindungsgemäße Stützanordnung;
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5 eine
nähere
Seitenansicht der Stützanordnung
von 4;
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6 eine
nähere
Ansicht des Spindelwindensystems zum Einstellen der Trennung der
oberen und unteren Walzen der Stützanordnung
an der Linie 6-6 von 4;
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7 eine
nähere
Endansicht zur Darstellung der Art und Weise, wie die Position der
Stützanordnungen
eingestellt wird;
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8 eine
nähere
Seitenansicht der Spindelwinden, die zum Einstellen der Position
der Stützanordnungen
verwendet werden;
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9 eine
nähere
Seitenansicht der Verformungsteile der Erfindung;
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10 eine
nähere
Seitenansicht der Gelenkstruktur, die den Verformungsteilen zugeordnet
ist;
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10a eine nähere
Endansicht eines Verformungsteils;
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11 eine
schematische Ansicht der Biegeprüfungen,
die durch das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung durchgeführt werden;
und
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12 eine
schematische Ansicht der Verformung einer Platte in der Vorrichtung
der Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1, 2 und 3 zeigen
eine Seiten-, Drauf- bzw. Endansicht einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zur
zerstörungsfreien
Prüfung
der Steifigkeit von Platten. Die Prüfvorrichtung 2 weist
einen starren Außenstützrahmen 4 auf,
der die Arbeitskomponenten der Vorrichtung umschließt. Der
Stützrahmen 4 weist
eine Folge von Trägern
auf, die wegen ihrer Steifigkeit ausgewählt und miteinander verschweißt sind,
um eine starre Plattform zu erzeugen. Wie 3 am besten
zeigt, ist die obere Hälfte
des Rahmens 4 vorzugsweise durch Klapptüren 6 abgedeckt, um
die Hauptinnenkomponenten der Prüfvorrichtung
zum Entnehmen, Austauschen oder Warten zugänglich zu machen.
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Gemäß 1 und 2 werden
zu prüfende
Platten an einem Eingangsende 8 der Vorrichtung 2 zugeführt, um
durch eine Einlauf-, eine Mitten- und eine Auslaufstützanordnung 10, 12 bzw. 14 gehandhabt
zu werden, und aus einem Ausgangsende 16 abgegeben. Die
Plattenbewegungsrichtung durch die Vorrichtung ist in 1 und 2 mit
dem Pfeil 9 bezeichnet. Die Plattenstützanordnungen 10, 12 und 14 sind
am starren Rahmen 4 in beabstandeten, aufeinanderfolgenden
Positionen angeordnet. Jede Stützanordnung
ist geeignet, die entgegengesetzten Oberflächen jeder Prüfplatte
zu kontaktieren, um einen Verfahrweg festzulegen, auf dem eine Platte
durch die Vorrichtung vorgeschoben wird. Im Rahmen 4 sind
auch Verformungsteile 17 und 18 angeordnet, die
so positioniert sind, daß sie
eine Verformungskraft auf eine Platte ausüben, während sie zwischen benachbarten
Plattenstützanordnungen
durchläuft.
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Die
Plattenstützanordnungen 10, 12 und 14 teilen
sich einen gemeinsamen Aufbau, der am besten in 4, 5 und 6 näher gezeigt
ist. Jede Stützanordnung
weist eine obere Gruppe 20 aus vier Walzen 24 und
eine untere Gruppe 22 aus vier Walzen 24 auf.
Gemäß 4 sind
die Enden jeder Walze 24 durch Lagerböcke 25 drehbar gelagert.
Die erste und letzte Walze oder die Außenwalzen der oberen Walzengruppe 20 sind
durch separate Lagerböcke
gelagert, während
die beiden Innenwalzen durch einen kombinierten Lagerbock gelagert
sind. Obere Träger 30 erstrecken
sich benachbart zur oberen Walzengruppe 20. Die Enden jeder
der Walzen 24 der oberen Gruppe 20 sind durch
Lagerböcke 25 an
der Unterseite des Trägers 30 durch Vorspanneinrichtungen
in Form von Luftkissen 32 angeordnet. Einzelne Luftkissen
stützen
die Enden jeder der Außenwalzen,
während
die Enden der beiden Innenwalzen jeweils durch ein einzelnes Luftkissen
gestützt sind.
Die oberen Träger 30 sind
durch obere Querträger 29 verbunden,
um einen allgemein rechtwinkligen oberen Rahmen 20a zu
bilden, der die obere Walzengruppe 20 stützt. Auf ähnliche
Weise stützen
untere Seitenplatten 28 die Lagerböcke 25, die die untere
Walzengruppe 22 festhalten, und untere Querträger 32 verbinden die
unteren Seitenplatten 28, um einen unteren Rahmen 22a zu
bilden, der die untere Walzengruppe 22 stützt.
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Die
obere und untere Walzengruppe 20, 22 sind so beabstandet,
daß sie
eine Lücke
oder einen Spalt dazwischen bilden, der den Verfahrweg 35 der
Platten durch jede Plattenstützanordnung
festlegt. Die Walzen der unteren Gruppe sind alle angetrieben, was
auch für
die Außenwalzen
der oberen Gruppe gilt, weshalb die einzelnen Lagerböcke und
Luftkissen für
die oberen Außenwalzen
vorhanden sind. Die angetriebenen Walzen werden durch einen herkömmlichen
Riemenantrieb mit mehreren Zähnen
von einem Synchronwechselstrommotor über einen Servoantrieb (nicht
gezeigt) angetrieben.
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Die
obere und untere Walzengruppe wirken so, daß sie die Prüfplatten
zwischen den Walzen verspannen und die Platte durch die Anordnung
vorschieben. Die Luftkissen 32, die die Walzen der oberen
Walzengruppe 20 stützen, üben die
erforderliche Spannkraft auf die Platten gegen die untere Walzengruppe 22 aus. Außerdem ermöglichen
die Luftkissen 32 den Walzen der oberen Gruppe 20,
etwaigen lokalen Plattendickenabweichungen Rechnung zu tragen. Wie
zuvor erwähnt,
sind die Außenwalzen
der oberen Gruppe 20 an einem einzelnen Paar Luftkissen
befestigt, während
das Innenpaar der oberen Walzen ein Luftkissenpaar gemeinsam benutzt.
Vorzugsweise ist das Innenpaar der oberen Walzen mit maximal 227
kg (500 Pound) Spaltkraft belastet, um für die notwendige Traktion auf
der Platte zu sorgen. Allerdings erfahren die oberen Außenwalzen
die Spaltkräfte
und Reaktionskräfte
vom Plattenbiegen zwischen benachbarten Stützanordnungen. Beispielsweise
müssen
im Fall der oberen Außenwalzen
in der Mitten- und Auslaufstützanordnung
die Luftkissen einer maximalen Gesamtkraft von etwa 908 kg (2000
Pound) widerstehen können.
Der Luftdruck für
die Luftkissen ist daher auf unterschiedliche Werte je nach Position
der Walzen eingestellt. Außerdem
ist der Luftkissen druck auch einstellbar, um für unterschiedliche Plattendickeneinstellungen
geeignet zu sein. Dickere Platten entwickeln größere Reaktionskräfte bei
ihrer Verformung und erfordern auch höhere Spaltkräfte. Die verschiedenen
Einstellungen des Luftkissendrucks lassen sich vorprogrammieren
und automatisch einstellen, wenn eine bestimmte Plattendickeneinstellung
eingegeben wird.
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Die
Walzengruppen der Einlauf- und Mittenstützanordnung sind mit Freilaufkupplungen
ausgestattet. Die Antriebsgeschwindigkeiten der Walzengruppen aller
Plattenstützanordnungen
sind ferner so ausgewählt, daß jede nachfolgende
Walzengruppe etwas schneller (etwa 0,5%) als die vorherige Gruppe
läuft.
Läuft eine Platte
aus den Walzengruppen in der Einlaufstützanordnung und zwischen den
Walzengruppen der Mittenstützanordnung,
beschleunigt sich die Platte etwas, sobald sie zwischen den Walzen
der Mittenstützanordnung voll
erfaßt
ist. Dadurch bewegt sich die Platte durch die Einlaufstützanordnung
mit höherer
Geschwindigkeit als die Antriebsgeschwindigkeit der Einlaufwalzengruppen.
Daher kommt es zum Freilauf der Freilaufkupplung für die Einlaufstützanordnung,
so daß praktisch
der Antrieb für
die Einlaufwalzengruppen ausgerückt
und die Platte allein durch die Walzen der Mittenstützanordnung
angetrieben wird. Bestimmt wurde, daß der Widerstand, der durch
die über
die Plattenoberfläche
drehenden Einlaufrollen erzeugt wird, ausreichend niedrig ist, so
daß nur
eine sehr geringe Zugkraft an der Platte erzeugt wird. Da der Widerstand
an der Platte konstant sein sollte, kann bei Bedarf ein Vorhersagewert
als Ausgleich in den Berechnungen der Plattensteifigkeit mit Hilfe
von Datenaufbereitungsalgorithmen vorgesehen sein.
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Das
zuvor skizzierte Verfahren wird wiederholt, wenn die Platte von
der Mittenstützanordnung
zur Auslaufstützanordnung übergeht.
In diesem Fall beginnt die Platte, sich mit der schnelleren Geschwindigkeit
der Auslaufstützanordnung
zu bewegen, und die Freilaufkupplung der Mittenstützanordnung
rückt den
Antrieb für die
Walzengruppen in der Mittenstützanordnung
aus.
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Aus
Prototypprüfungen
ging hervor, daß geringfügige Differenzen
der Antriebsgeschwindigkeiten zwischen den Walzengruppen benachbarter
Stützanordnungen
eine negative Auswirkung auf Lastanzeigewerte für eine Platte haben, besonders
für dünne Platten
(wobei die dünnste
Platte 0,71 cm (5/16 Inch) dick ist). Eine Differenz der Antriebsgeschwindigkeiten kann
eine Platte unter Zug oder Druck setzen, was einen Fehler im Lastanzeigewert
erzeugt. Das o. g. Freilaufkupplungssystem, das den Antrieb einer
vorherigen Walzengruppe effektiv ausrückt, wenn der Antrieb der Platte
durch die nachfolgende Walzengruppe übernommen wird, gewährleistet,
daß sich
keine unerwünschten
Druck- und Zugspannungen entwickeln.
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Um
Platten mit unterschiedlichen Dicken Rechnung zu tragen, ist der
Abstand zwischen den oberen und unteren Walzengruppen einstellbar.
Erreicht wird dies durch ausfahrbare Verbindungen in Form von Maschinenspindelwinden 40,
die sich zwischen dem oberen und unteren Rahmen erstrecken, die
die obere und untere Walzengruppe 20 bzw. 22 stützen. Gemäß 4 und 6 sind
die Spindelwinden 40 an den vier Ecken des oberen Rahmens 20a positioniert.
Spindelwellen 42 erstrecken sich von jedem Windenkörper nach unten,
um den oberen Rahmen 20a mit dem unteren Rahmen 22a zu
verbinden. Die Spindelwinden 40 werden über ein Antriebssystem 44 zusammen
als Gruppe angetrieben, um den gewünschten Spalt zwischen den oberen
und unteren Walzengruppen einzustellen.
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Die
Einlauf-, Mitten- und Auslaufstützanordnung 10, 12 bzw. 14 der
Vorrichtung der Erfindung sind zueinander beweglich, um die Verfahrwege 35 jeder
Stützanordnung
zu positionieren und auszurichten und einen allgemein "C"-förmigen
Weg festzulegen, der sich durch die gesamte Vorrichtung erstreckt.
Mit einem solchen Weg können
die Prüfplatten
schnell und rationell durch die Vorrichtung geführt werden. Die Stützanordnungen
sind zueinander so positioniert, daß eine Platte, die eine Stützanordnung
verläßt, automatisch
zur anschließenden
Stützanordnung
ausgerichtet wird. 11 zeigt schematisch den Verfahrweg
von Platten 50 durch die Walzengruppen jeder Stützanordnung 10, 12 und 14 und
vorbei an den Verformungsteilen 17 und 18 der
Plattenprüfvorrichtung
der Erfindung.
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Gemäß 1 wird
in der veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform eine Relativbewegung
der verschiedenen Stützanordnungen
erreicht, indem die Mittenstützanordnung 12 starr
am Stützrahmen 4 angeordnet
ist und die Einlaufstützanordnung 10 sowie
die Auslaufstützanordnung 14 am
Rahmen 4 zur Bewe gung angeordnet sind. Die Einlauf- und
Auslaufstützanordnung
sind am Rahmen 4 durch einstellbare Halterungen angeordnet,
um Positionsvariationen der Anordnungen zu ermöglichen und den allgemein "C"-förmigen
Verfahrweg durch die Vorrichtung für unterschiedliche Plattendicken
beizubehalten.
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Wie 7 und 8 am
besten zeigen, weisen die einstellbaren Halterungen vorzugsweise
Spindelwinden 60 auf, die sich aus der Nachbarschaft der
vier Ecken des unteren Rahmens 22 jeder Stützanordnung zum
Hauptrahmen 4 erstrecken. Jede Spindelwinde 60 ist
an ihrer Verbindung mit dem unteren Rahmen 22a und mit
dem Rahmen 4 schwenkbar angeordnet. Die Spindelwinden 60 sind über Antriebswellen 62 an
den Enden jeder Stützanordnung 10 und 14 paarweise
miteinander gekoppelt, um eine Steuerung der Enden jeder Stützanordnung
zu ermöglichen.
Vorzugsweise werden die Winden 60 mit Hilfe von computergesteuerten
Servoantrieben angetrieben, um die Einlauf- und Auslaufstützanordnung
in den richtigen Einstellungen für
eine spezielle Plattendicke zu positionieren und einen ungestörten "C"-förmigen
Weg durch die gesamte Vorrichtung zu gewährleisten.
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Wie 9, 10 und 10a am besten zeigen, sind die Verformungsteile 17 und 18 zwischen
der Einlaufstützanordnung 10 und
der Mittenstützanordnung 12 bzw.
zwischen der Mittenstützanordnung 12 und der
Auslaufstützanordnung 14 angeordnet.
Jedes Verformungsteil ist vorzugsweise eine Walze 65, die
an jedem Ende durch einen Lagerbock 67 gelagert ist, der
seinerseits oben auf einer Kraftmeßdose 68 angeordnet ist.
Jede Kraftmeßdose 68 ist
an einer Kugelspindelwinde 70 angeordnet, die am Stützrahmen 4 schwenkbar angeordnet
ist. Wie 10a am besten zeigt, ist das
Paar Spindelwinden 70, das die Enden jeder Walze 65 stützt, durch
eine Antriebswelle 72 verbunden, die durch einen Servomotor 73 angetrieben
wird. Der Motor 73 arbeitet so, daß er die Verformungswalze 65 in
Kontakt mit der Unterseite einer Platte positioniert, während die Platte
zwischen der Einlauf- und Mittenstützanordnung (Stufe 1) oder
zwischen der Mitten- und Auslaufstützanordnung (Stufe 2) verfährt. Die
Funktion der Verformungswalzen 65 besteht darin, die Platte
in eine vorbestimmte Wölbung
in jeder Stufe zu biegen und einen Belastungspunkt etwa in der Mitte
jeder Stufe zu bilden, wobei die entgegengesetzten Enden der Platte
durch die Stützanordnungen
gestützt
werden, zwischen denen sich die Platte erstreckt. Gleichzeitig werden
die Einlaufstützanordnung
und die Auslaufstützanordnung
relativ zur Mittenstützanordnung
so positioniert, daß die
Verfahrwege 35 durch alle Anordnungen mit dem allgemein gekrümmten natürlichen
Verfahrweg allgemein übereinstimmen,
den eine Platte mit einer speziellen Dicke beschreibt.
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Die
Ist-Last, die an der Platte als Ergebnis ihres Biegens (bis zu einem
Maximum von etwa 3000 Pound in der Stufe 2) entwickelt wird, wird
durch die Kraftmeßdosen 68 gemessen.
Das Verformungsteil 18 in der Stufe 2 ist vorzugsweise
so positioniert, daß es
eine Plattenwölbung
entwickelt, die in der Größenordnung vom
Dreifachen der in der Stufe 1 liegt.
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Gemäß 10 weist
jedes Verformungsteil 17, 18 eine Gelenkstruktur 80 mit
einem Paar Armen 82 auf, die sich in Gegenrichtungen erstrecken.
Die Arme 82 sind an der Oberseite der Spindelwinde 70 angeordnet,
um sich mit der Winde zu bewegen. Die Arme 82 der Gelenkstruktur 80 überspannen
den Abstand zwischen den benachbarten Stützanordnungen. Die Enden der
Arme 82 sind mit Öffnungen 83 ausgebildet,
die einen Eingriff um die Lagerzapfen herstellen, die die Enden
jeder der Außenwalzen 86 der
unteren Walzengruppe 22 in jeder Plattenstützanordnung 10, 12 oder 14 lagern
(9). Auf diese Weise dient die Gelenkstruktur 80 dazu,
die Stützanordnungen
so miteinander zu verbinden, daß Antriebsmittenabstände für die riemengetriebenen
Walzen unverändert
bleiben, wenn eine Einstellung der Position der Einlauf- oder Auslaufplattenstützanordnung
vorgenommen wird.
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Gemäß 1 und 3 ist
vorzugsweise ein Umgehungsförderer 90 vorhanden,
der über
die Gesamtlänge
des Hauptrahmens 4 unter den Plattenstützanordnungen verläuft. Dieser
Förderer
bildet einen Alternativweg für
die Platten 50 durch die Vorrichtung, während eine Blockade auf dem
Hauptverfahrweg durch die Plattenstützanordnungen beseitigt wird
oder während
die Vorrichtung anderweitig nicht in Betrieb ist.
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Der
Betrieb der Plattenprüfvorrichtung
der Erfindung wird durch ein Computersystem aufrechterhalten und
gesteuert, das auch erforderliche Plattensteifigkeitsdaten speichert
und ausgibt. Der Bediener muß die Soll-Plattendicke
in den Computer eingeben, um die Vorrichtung für die richtige Plattendicke
einzustellen. Danach sendet der Computer geeignete Positionierbefehle
zu den verschiedenen Winden, um die Maschine einzurichten. Ausgangsdaten
von den Kraftmeßdosen 68 werden
mit Hilfe einer Reihe speziell entwickelter Algorithmen verarbeitet,
um die Plattensteifigkeit zu bestimmen, und die Plattensteifigkeitsdaten
werden angezeigt und/oder zur Trendanalyse gespeichert.
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Im
Betrieb werden Prüfplatten 50 durch
ein (nicht gezeigtes) Fördersystem
zum Eingangsende 8 der Vorrichtung geführt (siehe 1).
Die obere und untere Walzengruppe 20 bzw. 22 der
Einlaufstützanordnung 10 spannen
die Platte ein und schieben sie auf dem Verfahrweg 35 zwischen
den Walzengruppen zur Mittenplattenstützanordnung 12 vor.
Tritt die Vorderkante der Platte 50 aus der Einlaufstützanordnung 10 aus
und wird zur Mittenstützanordnung 12 vorgeschoben,
ergreift die Verformungswalze 65 des ersten Verformungsteils 17 die
Unterseite der Platte. Wie zuvor erläutert, werden auf der Grundlage
der Dicke der Prüfplatte
die Höhe
und der Winkel der Einlaufstützanordnung 10 relativ
zur Mittenstützanordnung 12 eingestellt,
um die Platte 50 auf einem Weg zu führen, der im wesentlichen mit
der natürlichen
Plattenwölbung
zwischen den Anordnungen übereinstimmt,
und die Vorderkante der Platte wird glatt vorgeschoben und geführt, um
zwischen der oberen und unteren Walzengruppe der Mittenstützanordnung 12 aufgenommen
zu werden. Zur Erleichterung der rationellen Bewegung der Platten
zwischen benachbarten Stützanordnungen
erstrecken sich Führungsarme 92 von
jeder Stützanordnung
nach vorn (1 und 2), um beim
Führen
der Vorderkante jeder Platte zu unterstützen.
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Der
Zweck der Plattenprüfvorrichtung
der Erfindung ist, die Prüfbedingungen
der einfach gelagerten Plattenverformung der zuvor diskutierten "W"-förmigen
Biegeprüfung
mit hoher Geschwindigkeit und in einem kompakten Raum zu replizieren.
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Wie 11 schematisch
zeigt, wird dies wie folgt erreicht: Sobald sich die Platte 50 zwischen
der Einlaufstützanordnung 10 und
Mittenstützanordnung 12 erstreckt,
ist die Platte an beiden Enden durch Walzen 100 und 101 einfach
gelagert, wobei die übrigen
Walzen der Stützanordnungen
das Plattengewicht und etwaige Schwingungen stützen und isolieren. Die Walze
des Verformungsteils 17 wirkt so, daß sie die Platte 50 in eine
vorbestimmte induzierte Wölbung
verformt, und Kraftmeßdosen
in Zuordnung zum Verformungsteil registrieren die durch die Platte
aufgenommene Last. Ähnlich
wird die Platte 50 dann von der Mittenstützanordnung 12 zur
Auslaufstützanordnung 14 vorgeschoben.
Das Verformungsteil 18 ist so positioniert, daß es eine
größere vorbestimmte
Wölbung
auf die Platte 50 als in der Stufe 1 ausübt, und
die Auslaufstützanordnung 14 ist im
Weg der Vorderkante der Platte positioniert. Walzen 104 und 105 lagern
einfach die Enden der Platte auf wirksame Weise, und die dem Verformungsteil 18 zugeordneten
Kraftmeßdosen
protokollieren die Last, der die Platte ausgesetzt ist.
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Die
Plattenprüfvorrichtung
der Erfindung ist zur Prüfung
von Plattendicken im Bereich zwischen 0,71 cm (5/16 Inch) und 3,18
cm (1 1/4 Inch) bestimmt. Idealerweise würde die Position der Einlauf-
und Auslaufstützanordnung
gemäß der Ist-Plattendicke
eingestellt. Aus praktischen Gründen
ist dies unmöglich,
weshalb die Plattendicken vorzugsweise in acht Dickengruppen in
Schritten von 0,32 cm (1/8 Inch) eingeteilt werden. Die Vorrichtung
prüft alle
Plattendicken in einer bestimmten Dickengruppe mit Hilfe derselben
Vorrichtungseinstellungen für
den Spalt zwischen Walzengruppen sowie die Höhe und den Winkel der Einlauf-
und Auslaufstützanordnung.
Für eine
bestimmte Dickengruppe ist die Vorrichtung so eingestellt, daß sie den
einfach gelagerten Zuständen
der Platte mit mittlerer Dicke für
die Gruppe Rechnung trägt.
Als Ergebnis ist ein Fehler für alle
anderen Dicken in der Gruppe vorhanden. Die Dickengruppe für 0,71 cm
(5/16 Inch) bis 1,11 cm (7/16 Inch) dicke Platten reagiert am empfindlichsten
auf diesen Fehler aufgrund der relativ geringen Verformungskraftwerte
für diese
dünneren
Platten. Durchgeführt
wurde eine Finite-Elemente-Analyse (FEA), um die Größe des Fehlers
für den ungünstigsten
Fall einer 0,71 cm (5/16 Inch) dicken Platte zu bewerten. Aus den
Ergebnissen der Analyse geht hervor, daß durch Verwendung der theoretischen
Spannweite und Verformung für
eine bestimmte Dicke in jeder Dickengruppe, um die Plattensteifigkeit
zu berechnen, der Fehler infolge von unvollkommenen Einrichtungsbedingungen
der Vorrichtung nicht signifikant ist, d. h. daß ein maximaler Fehler von
etwa 0,01% der Lastanzeigewerte vorliegt. Daher beeinträchtigt die
Positionierung der Einlauf- und Auslaufstützanordnung für Gruppen
von Plattendicken mit Schrittgrößen von
0,32 cm (1/8 Inch) zwischen Gruppen nicht die Steifigkeitsmessungen,
die durch die Vorrichtung der Erfindung erzeugt werden.
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Aufgrund
von Prototypprüfungen
wurde vom Anmelder eine allgemeine Formel zur Steifigkeitsberechnung
aufgrund der durch die Vorrichtung der Erfindung vorgenommenen Messungen
gemäß Gleichung
(1) wie folgt entwickelt: Steifigkeit = EI = (Last·Spannweite3)/(48·Verformung) (1),wobei Last
= gemessene Verformungskraft; Spannweite = L = Abstand zwischen
den aufgelagerten Enden der Platte; und Verformung = D = Bewegungsstrecke
der Verformungswalze, um die vorbestimmte Wölbung der Platte herzustellen.
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Die
o. g. Parameter sind in 12 dargestellt,
die eine schematische Ansicht der Verformung einer Platte zwischen
benachbarten Stufen der Vorrichtung der Erfindung ist. Zu beachten
ist, daß die
Maschinenspannweite L und die Maschinenverformung D nicht mit der
wahren Spannweite LT und der wahren Verformung
DT identisch sind. Erwünscht ist, die wahre Spannweite
und Verformung zu verwenden, um die genauesten Steifigkeitswerte
zu erhalten.
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Im
folgenden sind Beispiele für
Maschineneinstellungen für
die Stufen 1 und 2 der Vorrichtung aufgeführt:
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Für eine bestimmte
Plattendicke lassen sich die wahre Verformung und Spannweite mit
Hilfe von Gleichungen (2) und (3) wie folgt berechnen: wahre Verformung = DT = D + [(R + T/2) – (R + T/2)cos(Theta)] (2), wahre Spannweite = LT = L + (2R + T)sin(Theta) (3),wobei D
die Maschinenverformung in cm (Inch); L die Maschinenspannweite
in cm (Inch) = 91,44 (36); R der Walzenradius in cm (Inch) = 6,88
(2,865); T die Nennplattendicke in Inch; und Theta der in 12 gezeigte Winkel
ist.
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Die
folgende Gleichung (4) kann zur Berechnung der Plattensteifigkeit
einer spezifischen Plattenstelle verwendet werden. Gleichung (5)
kann zur Berechnung der mittleren Steifigkeit einer Platte dienen. Plattensteifigkeit = EI =
[(P2·LT2 3) – (P1·LT1 3)]/[48·(DT2 – DT1)] (4),wobei
P1 die gemessene Kraft in Stufe 1 für eine spezifische
Plattenstelle; P2 die gemessene Kraft in
Stufe 2 für
dieselbe Stelle wie P1; LT1 die
wahre Spannweite der Stufe 1; LT2 die wahre
Spannweite der Stufe 2; DT1 die wahre Verformung
in Stufe 1; und DT2 die wahre Verformung
in Stufe 2 ist. Mittlere
Plattensteifigkeit = [Σ(EIi)(i=1bisn)]/n (5),wobei EIi die Plattensteifigkeit für eine Stelle
i nach Gleichung (4); und n die Anzahl von Plattenstellen ist.
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Gemäß der o.
g. Formel (4) bestimmt man die Plattensteifigkeit auf der Grundlage
der Differenz der Lastanzeigewerte zwischen den Stufen 2 und 1 für dieselbe
Plattenstelle. Vor zugsweise ist das Computersteuersystem so eingestellt,
daß Lastdaten
sowohl in Stufe 1 als auch in Stufe 2 an 25 Punkten über eine
Länge von
fünf ft.
in der Mitte einer acht ft. langen Platte erfaßt werden.
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Die
verschiedenen Plattenstützanordnungen
der Erfindung wurden gestaltet, um für Entkopplung zwischen den
Verformungsprüfungen
in Stufe 1 und Stufe 2 der Vorrichtung der Erfindung zu sorgen.
Außerdem sehen
die Plattenstützanordnungen
eine Entkopplung zwischen den Prüfstufen
und der Außenwelt
vor. Damit ist gewährleistet,
daß keine
Wechselwirkung zwischen dem Betrieb einer Prüfstufe mit der anderen vorliegt. Zudem
stellt dies sicher, daß alles,
was mit den Platten bei ihrem Eintritt in die Plattenprüfvorrichtung
oder Austritt daraus geschieht, nicht die Steifigkeitsmessungen
beeinflußt.
Mit Hilfe der Finiten-Elemente-Analyse (FEA) wurde bestimmt, daß vorzugsweise
vier Walzenpaare in jeder Walzengruppe der Stützanordnungen zum Einsatz kommen,
um für
die zuvor beschriebene Entkopplung zu sorgen. Ein weiterer Nutzen
der Stützanordnungsgestaltung
der Erfindung ist die Schwingungsisolierung zwischen jeder Stützanordnung,
so daß Impulse
als Ergebnis des Eintritts einer Plattenkante in das erste Walzenpaar
in einer Stützanordnung
nicht durch die Kraftmeßdosen
in der nächsten
Stufe erfaßt
werden. Bestimmt wurde, daß der
Gebrauch eines Tiefpaßfilters
zum Entfernen von Rauschen über
5 Hertz bessere und genauere Messungen liefert. Dies beruht auf
Ergebnissen von Prototypprüfungen,
die zeigen, daß die
Frequenz der Plattensteifigkeitsvariabilität 5 Hertz in einer Platte über deren
Länge nicht übersteigt.
Die Eigenfrequenzen von OSB-Platten wurden gemessen und so bestimmt,
daß sie
im Bereich von 7,65 Hertz bis 14,75 Hertz für 0,95 cm (3/8 Inch) bis 2,86
cm (1 1/8 Inch) dicke Platten unter Feldmittenbelastung einer einfach
gelagerten Spannweite von 111,76 cm (44 Inch) liegen. Erwartungsgemäß sind die
Eigenfrequenzen von OSB-Platten für eine Spannweite von 91,44
cm (36 Inch) wie im Fall der Plattenprüfvorrichtung der Erfindung
und beschränkt
unter den Grenzbedingungen der Vorrichtung höher und liegen schätzungsweise
im Bereich von 10 bis 20 Hertz. Die Eigenfrequenz der Vorrichtung
wurde so gestaltet, daß sie
relativ hoch ist (34 Hertz und mehr), so daß der Einsatz eines Tiefpaßfilters den
Meßfrequenzbereich
von etwaigen Eigenschwingungsfrequenzen der Platte oder Maschine
isolieren kann.
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Das
Computersteuersystem der Vorrichtung der Erfindung wurde ebenfalls
so gestaltet, daß es
sich von einer Plattenblockade in den Plattenstützanordnungen ausfallsicher
erholt. Im Blockadefall aktiviert der Computer die Winden 60,
die die Einlauf- und Auslaufplattenstützanordnungen 10 und 14 stützen, um
die Winden voll auszufahren, so daß diese Stützanordnungen waagerecht und
auf einer Linie mit der festen Mittenstützanordnung 12 positioniert
sind. Die den Verformungsteilen 17 und 18 zugeordneten
Winden 70 werden eingefahren, um die Walzen 65 in
ihre tiefste Position abzusenken, so daß die Walzen auf der gleichen
Ebene oder tiefer als die unteren Walzengruppen 22 in den
Stützanordnungen
liegen. Danach werden die zwischen den oberen und unteren Walzengruppen 20, 22 positionierten
Winden 40 voll ausgefahren, so daß der Raum zwischen den Walzengruppen
maximiert ist. Anschließend
ist jede in der Vorrichtung blockierte Platte völlig frei von allen Einschränkungen
und kann manuell herausgezogen werden.
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Obwohl
die Erfindung in gewissen Einzelheiten exemplarisch zur Verdeutlichung
und zum Verständnis beschrieben
wurde, wird klar sein, daß bestimmte Änderungen
und Abwandlungen im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche vorgenommen werden können.
