DE69001770T2

DE69001770T2 - Dickenlehre fuer materialplatten in bewegung.

Info

Publication number: DE69001770T2
Application number: DE9090303046T
Authority: DE
Inventors: Pekka Matti Typpo
Original assignee: Impact Systems Inc
Current assignee: Voith Paper Automation Inc
Priority date: 1989-03-22
Filing date: 1990-03-21
Publication date: 1993-09-09
Anticipated expiration: 2010-03-22
Also published as: FI99162B; FI901439A0; CA2012667C; US4929895A; EP0389265A3; FI99162C; JP2941877B2; DE69001770D1; EP0389265A2; CA2012667A1; EP0389265B1; JPH0317501A

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Dickenmeßvorrichtung für sich bewegendes Bahnmaterial und insbesondere auf das Messen der Dicke von Papier gerichtet.
Bei der Messung der Dicke von Papier, insbesondere von relativ dünnem Papier, nahm man an, daß die Verwendung von Luftlagern wegen der ihnen innewohnenden geringen Genauigkeit nicht zufriedenstellend ist. Da Luftlager beispielsweise dazu neigen, aufgrund von Kräften und aufgrund der Lauflinie des sich bewegenden Bahnmaterials zu komprimieren, sind sie zu ungenau. Fehler von zwei bis vier Prozent sind beispielsweise üblich.
Um den Fehler auf den geforderten Wert von weniger als ein Prozent zu verringern, gingen bekannte Verfahren dazu über, einen Dickensensor der Kontaktbauweise zu verwenden. Eine bekannte Bauart sieht beispielsweise eine Meßvorrichtung auf beiden Seiten des Papiers vor, wobei auf eine Seite eine Saugwirkung ausgeübt wird, um das Papier eben zu halten. Dies ist wiederum eine große Kontaktfläche, so daß bei fehlender sorgfältiger Durchführung das Papier leicht reißen kann. Ein anderes Verfahren benutzt Räder, die Kontakt mit dem Papier herstellen. Hier ergeben sich Beschleunigungsprobleme, wenn sich die Geschwindigkeit des Papiers ändert. Gemäß einer anderen Bauweise wird ein Paar von Kufen verwendet. Alle vorstehenden Verfahren haben eine Art von Kontakt mit dem sich bewegenden Papier, das, wenn es eine relativ geringe Dicke hat, für ein Einreißen oder Beschädigungen sehr empfindlich ist.
Die WO-A-81/01609 beschreibt eine Dickenmeßvorrichtung, welche nur ein einziges Lager hat, welches das Papier berührt. Probleme treten dann auf, wenn leichtere Grade oder Arten von Papier gemessen werden, die häufig Sprünge, Rippen und Krümmungen haben, so daß es schwierig ist, das Papier eben zu halten.
Es ist deshalb ein Ziel wenigstens einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Dickenmeßvorrichtung für sich bewegendes Bahnmaterial zu schaffen.
Entsprechend dem obigen Ziel wird eine Dickenmeßvorrichtung für sich bewegendes Bahnmaterial bereitgestellt, die erste und zweite Magnetkreiseinrichtungen aufweist, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Bahn zur Bildung eines Magnetflußweges durch die Bahn hindurch nebeneinander angeordnet sind, der eine Anzeige für die Dicke der Bahn bildet. Auf gegenüberliegenden Seiten der Bahn sind obere und untere Einrichtungen vorgesehen, um die erste und zweite Magnetkreiseinrichtung jeweils flexibel zu tragen. Jede der oberen und unteren Einrichtungen hat eine äußere Lagereinrichtung mit einem äußeren starren Ring, der eine vielzahl von im Abstand angeordneten Luftaustrittseinrichtungen um den Umfang herum aufweist, um ein Luftlager zwischen dem Ring und der Bahn zu bilden. Es sind weiterhin Einrichtungen vorgesehen, die flexibel dafür sorgen, daß sich der äußere Ring in Eingriff mit der Bahn bewegt, wobei die gegenüberliegenden äußeren Ringe der äußeren und unteren Einrichtung dazu neigen, einen Abschnitt der Bahn, der von den Ringen umschlossen ist, zu glätten. Es sind jeweils starre innere scheibenförmige Lagereinrichtungen vorgesehen, welche die erste und zweite Magnetkreiseinrichtung umfassen. Die inneren und äußeren Lagereinrichtungen sind flexibel verbunden, um sie in der im wesentlichen gleichen Ebene zu positionieren. Schließlich sind Einrichtungen vorgesehen, die die innere Lagereinrichtung flexibel veranlassen, die Magnetkreiseinrichtung zum Eingriff mit der Bahn hin zu bewegen.
Es werden nun im einzelnen, jedoch lediglich beispielsweise, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei
Fig. 1 eine Seitenansicht der gesamten Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist, wenn sie in dem Weg einer Papierherstellungsmaschine installiert ist,
Fig. 2 eine Draufsicht längs der Linien 2.2 ist,
Fig. 3 eine Draufsicht längs der Linien 3.3 ist,
Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts von Fig. 1 ist, die die Erfindung mehr im einzelnen zeigt,
Fig. 5 eine vereinfachte Ansicht eines Teils von Fig. 4 ist und
Fig. 6 eine alternative Ausführungsform von Fig. 5 ist.
Gemäß Fig. 1 wird die Dickenmeßvorrichtung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Abtaster verwendet, der quer durch das sich längs in der Richtung 11 (wie mit Pfeil gezeigt) bewegende Papier 10, das von einer Papierherstellungsmaschine erzeugt wird, hindurch wirkt oder abtastet. Ein Rahmen (nicht gezeigt), der sich in eine Querrichtung zu der Maschinenrichtung 11 der Papierbahn 10 erstreckt, hat einen oberen Meßabschnitt 12 und einen unteren Meßabschnitt 13. Die wesentlichen Bauteile der Dickenmeßvorrichtung befinden sich in den an der Bahn nebeneinander liegenden Teilen, die bei 14 und 16 gezeigt sind, für den oberen bzw. unteren Meßabschnitt.
Wie aus Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, die insgesamt zueinander mit Ausnahme der elektrischen Meßabschnitte ähnlich sind, werden äußere Lager 17a und 17b von einem starren Ring mit einer Vielzahl von im Abstand angeordneten Luftauslässen 18 um den Umfang eines jeden Rings herum gebildet. Mit einem Luftstrom bilden diese ein Luftlager zwischen jedem der Ringe und der Bahn 10. Jeder der Luftauslässe 18 hat einen langgestreckten Trog oder eine Nut 19, die für eine gleichförmige Verteilung des Luftkissens um den gesamten Umfang des äußeren Luftlagers herum sorgt.
Schließlich hat jeder der Ringe einen Luftfreigabeweg oder Überlauf 21a und 21'a für den oberen Abschnitt von Fig. 2 und 21b und 21'b für den unteren Abschnitt von Fig. 3. Diese Luftfreigabewege sind bei bestimmten Umständen nicht erforderlich.
Mit den äußeren Ringen 17a, 17b sind durch elastomere Ringstücke 22a, 22b innere Lager verbunden, die eine Scheibenform 23a, 23b haben. Jedes innere Lager hat um seinen Umfang herum eine Reihe von Luftauslässen 24, die wiederum unter Verwendung einer Druckluftquelle ein Luftlager gegen die sich bewegende Bahn 11 bilden. (Wie nachstehend bei einer alternativen Ausführungsform gemäß Fig. 6 diskutiert wird, können diese teilweise beseitigt werden.)
Die ringförmigen Stücke 22a und 22b sorgen dafür, daß die inneren Lager 23a, 23b sich in im wesentlichen der gleichen Ebene wie die äußeren Luftlager oder Ringe 17a, 17b befinden, was durch kurze Bezugnahme auf den Querschnitt von Fig. 4 deutlich wird.
Vom Gesichtspunkt der elektrischen Messung trägt die Scheibe 23a von Fig. 2 den aktiven Teil des Magnetkreises, der aus einem U-förmigen Polstück besteht, das insgesamt mit 26 bezeichnet ist und ein großes Ende 27 und ein kleineres Ende 28 hat, das von einem Edelsteinlager 29 umgeben ist. Dieses ist in die Scheibe 23a eingesetzt, die aus einem geeigneten keramischen Material bestehen kann. Die Scheibe 23b von Fig. 3 zeigt den passiven Teil des Magnetkreises, wobei die Scheibe 23b aus irgendeinem magnetischen Material bestehen kann, entweder aus Metall oder Keramik, solange nur ihre Reibungseigenschaften geeignet sind.
Fig. 5 zeigt eine sehr vereinfachte Ansicht des Betriebszustands der inneren Luftlager 23a und 23b, wobei die U- förmigen Magnetpolstücke 26 einen Flußweg durch ihre beiden Schenkel 27 und 28 bilden, der durch den Luftspalt im Papier 10 hindurchkreuzt, wobei das Papier eine Dicke d und der Luftspalt eine Dicke d&sub0; haben und sich der Flußweg durch das untere innere Luftlager 23b fortsetzt. Die Luftaustrittseinrichtungen 24 zeigen ebenfalls den Luftlagereffekt, wo das Edelsteinlager 29 und der kleine magnetische Schenkel 28 etwa einen Millimeter vorstehen, jedoch die Bahn 10 nicht berühren. Wie nachstehend erläutert und in der Zeichnung gezeigt ist, sorgt die vorliegende Erfindung für eine Genauigkeit von weniger als 1%. Dabei beträgt der gezeigte Abstand d&sub0; annähernd 3 mils mit einer Änderung von nur ±0,02 mils.
Der obige Magnetkreis ist insgesamt in der US-A-4791367 geof fenbart.
Gemäß der ins einzelne gehenden Darstellung in Fig. 4 (verglichen mit der Grobansicht in Fig. 5) der oberen und unteren Abschnitte 14 und 16 werden die äußeren Lagereinrichtungen 17a und 17b flexibel veranlaßt, sich zu der sich bewegenden Bahn 10 hin durch Verwendung der flexiblen ringförrnigen Kupplungen 31a und 31b in Kombination mit dem tassenförmigen Halteaufbau 32a, 32b für die Ringe zu bewegen, die jeweils durch Kolbeneinheiten 33a und 33b angetrieben werden. Der Kolbenschaft und seine Bewegung sind durch die Pfeile 34a, 34b dargestellt, wobei der Schaft an der Oberseite der tassenförmigen Gehäuse 32a, 32b befestigt ist.
In jedem Gehäuse 32a, 32b befindet sich ein inneres Gehäuse 36a, 36b, welches innere Luftlager 23a, 23b, wie gezeigt, hält. Ein Beschickungsdurchgang 37 trägt die elektrischen Leiter 38, welche die U-förmigen Polstücke 26 und die Schenkel 27 und 28 verbinden. Die Schaltung wird näher in dem oben erwähnten Typpo-Patent erläutert und setzt sich zu einer elektronischen Datenverarbeitungseinheit (nicht gezeigt) fort. Der Durchgang 37 ist, wie durch den Pfeil 39 veranschaulicht, in der Oberseite des Gehäuse 32a beweglich, bildet jedoch einen luftdichten Durchgang sowohl für das Gehäuse 32a als auch für das innere Gehäuse 36a.
Die inneren Gehäuse 36a, 36b sorgen zusätzlich zum Halten des inneren Lagerelements und der zugehörigen Magnetkreiseinrichtungen auch für einen luftdichten Abschluß 41a, 41b. Diese Abschlüsse sind über die Lufteinlässe 42a und 42b gekoppelt, die mit Druckluftquellen verbunden sind, die beispielsweise für 15 bis 30 psi ausgelegt sind. Dies ist die Quelle für die Luftlager, die von den Luftauslässen 24 gebildet werden. Dieser Luftlagertyp mit diesem Aufbau ist in Fig. 5 deutlicher gezeigt. Weiterhin ist ein geeigneter luftdichter Beschickungsdurchgang vorgesehen.
Für die äußeren Luftlager 17a, 17b stellen Lufteinlässe 43a, 43b, die mit der gleichen Luftquelle verbunden sind, die Luft für die äußeren Luftlager und ihre Luftauslässe 18 bereit.
Zur Bildung von Einrichtungen, um die inneren Lagereinrichtungen flexibel zu veranlassen, sich zu der Bahn hin zu bewegen, ist eine Kammer 46a, 46b ausgebildet, welche den flexiblen Anschluß 22a, 22b zwischen dem inneren und äußeren Lager umschließt. Der obere Teil bildet das äußere Gehäuse 32a, 32b, der andere Teil der Kammer bildet den Innenmantel 36a, 36b. Für die Beschickung oder Unter-Druck- Setzung dieser Kammer dient ein Lufteinlaß 47a, 47b, der von einer Druckluftquelle gespeist wird, was gewöhnlich mit 0,5 psi angezeigt wird. Dies veranlaßt das flexibel angebrachte, innere Luftlager und sein Gehäuse 36a, sich zusammen zu der Bahn 10 zu bewegen, wodurch die Magnetkreisbauteile (einschließlich dem U-förmigen Magnet 26 und dem Lager 23b) zur Bahn 10 hin transportiert werden. In der Praxis berühren diese Lager, da es sich um Luftlager handelt, die Bahn nicht. Normalerweise ergibt sich nur ein Kontakt mit dem Schenkel 28 und seinem zugeordneten Edelsteinlager 29. Der Kontakt wird an der optimalen Vorderkante der Meßvorrichtung ausgeübt, wie sie durch die Bewegungsrichtung 11 der sich bewegenden Papierbahn 10 bestimmt ist.
Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform für das innere Lager, wobei ein Lager 23'b nun gegen die Bahn 10 drückt und aus einem geeigneten Material besteht, so daß die Reibung niedrig ist. Das obere Lager 23'a drückt ebenfalls gegen die Bahn und hat anstelle mehrerer Luftauslässe am Umfang nur einen einzigen Auslaß durch einen großen Polstückschenkel 27', nämlich den Luftauslaß 51. (Der ursprüngliche Luftlageraufbau kann weiterverwendet werden, jedoch bei niedrigerem Druck.) Der vorstehende Aufbau ist teilweise, natürlich in einem vollständig anderen Zusammenhang, in dem erwähnten Typpo-Patent, nämlich in Fig. 3, gezeigt.
In Betrieb isoliert der Aufbau der vorliegenden Erfindung tatsächlich die Kraft der äußeren Luftlager 17a, 17b von den inneren Lagern 23a, 23b. Die äußeren Lager können soviel wie 3 mils kippen, um die sich bewegende Bahn zu glätten, und sorgen für eine minimale Einstellnotwendigkeit der inneren Luftlager. Diese Einstellung wird natürlich durch den Luftdruck für die Kammern 46a, 46b bereitgestellt. Eine solche Einstellung kann somit, nachdem das Papier durch das äußere Luftlager geglättet worden ist, wie in Fig. 5 gezeigt, so wenig wie ± 0,02 mils betragen. Dies ist weit unter dem tolerierbaren Fehler von 1%. Da die Bahn durch das relativ massive äußere Luftlager geglättet wird, erfordert das innere Luftlager nur ein Minimum an Biegung, um die richtige Ausrichtung zu erzielen. Es ist tatsächlich von allen äußeren Kräften isoliert. Infolge der Aufhängung des inneren Luftlagers in im wesentlichen der gleichen Ebene wie das äußere Luftlager werden keine unerwünschten elastischen Kräfte in den Aufbau eingeleitet. Somit wird ein verbesserter Dickensensor bereitgestellt, der Luftlager an relativ dünnen, sich bewegenden Papierbahnen wirksam, jedoch mit großer Genauigkeit nutzt. Eine Rißbildung oder ein Einreißen wurden im wesentlichen beseitigt.

Claims

1. Dickenmeßvorrichtung für sich bewegendes Bahnmaterial (10)

- mit einer ersten (23a) und einer zweiten (23b) Magnetkreiseinrichtung, die auf gegenüberliegenden Seiten der Bahn (10) nebeneinander zur Schaffung eines Magnetflußwegs durch die Bahn (10) angeordnet sind, der eine Anzeige für die Dicke der Bahn ist;

- mit einer oberen (12) und einer unteren (13) Einrichtung auf den gegenüberliegenden Seiten der Bahn (10) zur jeweiligen flexiblen Halterung der ersten und zweiten Magnetkreiseinrichtung (23a, 23b), wobei jede der oberen (12) und unteren (13) Einrichtungen eine

- Lagereinrichtung (17a, 17b, 23a, 23b) mit einer Vielzahl von im Abstand angeordneten Luftauslaßeinrichtungen (18, 24) zur Bildung eines Luftlagers zwischen den Lagereinrichtungen (17a, 17b, 23a, 23b) und der Bahn sowie

- Einrichtungen (31a, 31b) aufweist, um die Lagereinrichtungen (17a, 17b, 23a, 23b) in flexibler Weise zu veranlassen, sich in den Eingriff mit der Bahn (10) zu bewegen, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Lagereinrichtung einen äußeren starren Ring (17a, 17b) mit den Luftauslaßeinrichtungen (18) um den Umfang des äußeren starren Rings (17a, 17b) herum aufweist,

- wobei der gegenüberliegende äußere starre Ring (17a, 17b) der oberen und unteren Einrichtung (12, 13) dazu neigt, einen Teil der Bahn (10) zu glätten, der von den Ringen umschlossen ist, und

- daß die Meßvorrichtung weiterhin jeweils starre innere scheibenförmige Lagereinrichtungen (23a, 23b)

- mit den ersten und zweiten Magnetkreiseinrichtungen,

- mit Einrichtungen (22a, 22b) zum flexiblen Verbinden der inneren (23a, 23b) und äußeren (17a, 17b) Lagereinrichtungen, um sie im wesentlichen in der gleichen Ebene zu positionieren, und

- mit Einrichtungen (46a, 46b) aufweist, um die innere Lagereinrichtung (23a, 23b) in flexibler Weise zu veranlassen, die Magnetkreiseinrichtungen zu dem Eingriff mit der Bahn (10) hin zu bewegen.

2. Dickenmeßvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Einrichtungen, welche den äußeren Ring (17a, 17b) flexibel veranlassen, sich zu der Bahn hin zu bewegen, Kolbeneinrichtungen (33a, 33b) und flexible Halteeinrichtungen (31a, 31b) für den äußeren Ring aufweisen.

3. Dickenmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welcher die Einrichtungen, die die Magnetkreiseinrichtungen (23a, 23b) flexibel veranlassen, sich zu der Bahn (10) hin zu bewegen, eine Luftkammer (46a, 46b), welche die flexiblen Verbindungseinrichtungen (22a, 22b) umschließt, und eine Druckluftquelle aufweist, die mit der Luftkammer verbunden ist.

4. Dickenmeßvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welcher der äußere Ring Luftüberläufe (21a, 21b) aufweist.

5. Dickenmeßvorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Überläufe (21a, 21b) in dem äußeren Ring (17a, 17b) nutenförmig ausgespart sind.

6. Dickenmeßvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welcher die scheibenförmigen Lagereinrich tungen Luftauslaßeinrichtungen (18, 24) zur Bildung eines Luftlagers aufweisen.

7. Dickenmeßvorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher wenigstens ein Abschnitt der Magnetkreiseinrichtungen (23a, 23b) normalerweise in Kontakt mit der Bahn (10) steht.