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Magnetische Tastlehre, insbesondere zur Dickenmessung Die Erfindung
bezieht sich auf magnetische Tastlebren, die vor allem zur fortlaufenden Messung
der Dicke bandförmiger Stoffe, insbesondere auch nachgiebiger Stoffe, wie Gummi
und Fiber, geeignet sind, und bei denen zur Messung ein Magnetsystem aus einem Dauermagneten
verwendet wird, dessen Rückschluß eine als Unterlage für den abzutastenden Stoff
dienende Führungsrolle oder Platte aus Stahl bildet. Erfindungsgemäß wird zur Anzeige,
die entweder eine unmittelbare Ablesung der Dicke gestattet oder eine Nullanzeige
bei Einhaltung einer bestimmten Dicke ermöglicht, ein in seiner Permeabilität veränderliches
Glied verwendet, welches in den Magnetkreis eingeschaltet ist und infolge der bei
der Abtastung auftretenden Flußveränderung durch Schwankungen in der Dicke entsprechende
Änderungen in einem elektrischen Meßkreis, der durch das betreffende Glied beeinflußt
wird, hervorruft.
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Bei bekannten Einrichtungen, die statt mit= Permanent- oder Gleichstromerregung
mit Wechselstromerregung arbeiten, ist das Meßergebnis abhängig von der elektrischen
Leitfähigkeit der zu messenden Schichten, da sich in diesen Wirbelströme ausbilden,
welche magnetische Rückwirkungen hervorrufen, die. in das NIeßeYgebnis eingehen.
So ist ferner eine Einrichtung bekanntgeworden, welche zwar ebenfalls mit dreischenkligen
Transformatoren mit zwei Erregerspulen und einer Entnahmespule arbeitet. Hierbei
wird jedoch lediglich die Differenzbildung zweier elektrischer Wechselströme erzielt,
während
beim Gegenstand der Erfindung ein magnetischer Gleichfluß nachgewiesen wird. wie
er infolge von Sättigungserscheinungen in hochpermeablen Legierungen auftritt. Abgesehen
davon erfordert die bekannte Einrichtung eine Vergleichsmessung mit einem schichtlosen
Standardstück.
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Bei einer weiteren bekannten Anordnung findet gleichfalls die Erregung
mit Gleichstrom- bzw. Permanentmagneten statt, jedoch wird mit dieser Vorrichtung
lediglich der magnetische Spannungsabfall über der zu messenden Schicht gemessen,
der bei Hindurchtreiben eines konstanten magnetischen Flusses entsteht. Das bekannte
Meßgerät zeigt daher stets einen Ausschlage, der sich mit der zu messenden Dicke
nur verhältnismäßig wenig ändert. Demgegenübererhält man mit der Einrichtung nach
der Erfindung einen Nullabgleich, so daß das neuartige Meßgerät wesentlich empfindlicher
ausgebildet werden kann und dem vollen Betrag der magnetischen Flußänderung in der
Prüfschicht ausgesetzt wird. Zwar ist mit dieser Anordnung prinzipiell zuch eine
Fernanzeige möglich, doch mag sich ihre geringe Empfindlichkeit hierzu wenig eignen.
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Die Tastlehre gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem
magnetischein Tastkopf, der auf der Oberfläche der Rolle oder Platte, über die das
abzutastende Papier geführt wird, aufsitzt, so daß das Papier einen Luftpsalt zwischen
der Unterlage und dem Tastkopf bildet.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
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Abb. I zeigt eine Seitenansicht der Tastlehre.
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Abb. 2 ist eine Draufsicht auf das Gerät nach Abb. 1 bei abgehobenem
Deckel.
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Abl>. 3 ist eine Vorderansicht, und Abb. 4 zeigt eine Anordnung
für eine andere Ausführungsform des zur Flußmessung dienenden Gliedes.
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Gemäß den Abbildungen wird der zu prüfende Stoff. beispielsweise
eine Papierbahn II, über eine Rolle 12 oder feststehende Platte geführt, die vorzusweise
aus Stahl oder anderem magnetisierbaren Stoff bestehen. Ein Tastkopf 13 ist mit
einem Paar-Polschuhen 14 aus magnetisierbarem Stoff, insbesondere Weicheisen, versehen,
die auf der Rolle 12 aufliegen. Die Polschuhe 14 Können mit Einsätzen 14 aus einem
der Abnutzung wenig unterworfenen Stoff versehen sein, beispielsweise aus gehärtetem
Wolframkarbid.
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Im Tastkopf 13 ist ein dauermagnet 15 angeordnet, dessen Magnetkreis
sich über eine in ihrer Wirkungsweise noch zu beschreibende Einrichtung 16, die
Polschuhe 14 und die Rolle 12 schlißt. Die Verwendung eines Dauermagneten mit gleichgerichtetem
Flu13 hat den Vorteil, gegenüber der Verwendung von Wechselstromspulen und Wechselfuß,
daß die Messung durch etwa vorhandene elektrisch leitende Stoffe, die in dem zu
prüfenden Band vorhanden sein könneu, nicht beeinflußt wird, insbesondere wenn Bleche
aus solchem Stoff selbst abgetastet werden sollen.
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Die Teile sind auf einer Grundplatte 17 aufgesetzt, und zwar wird
der Magnet 15 zwischen Backen 18 und 19 aus weichem Eisen gehalten. Ferner ist auf
der Grundplatte eine Weicheisenschiene 20 befestigt, die mittels Schrauben 21 aus
magnetischem Stoff ebenso wie die Backen 18 gehalten wird. Die Eisenschrauben 21
stellen zugleich eine magnetische Verbindung mit den Schuhen 14 her. Zur Vervollständigung
des magnetischen Kreises sind ein ÄVeicheisenbolzen 22 und ein Streifen aus magnetisierbarem
Stoff 23 vorgesehen. Der Bolzen 22 wird durch die Schiene 20 und der Streifen 23
durch den bolzen 22 und die Weicheisenbacke 19 gehalten. Der Streifen 23 bildet
ein Teil der Flußmeßeinriditung I6 und besteht vorzugsweise aus einem magnetitschen
Stoff. dessen Permeabilität sich möglichst genau mit der Flußdichte ändert, z.f3.
aus einer Legierung von 781/2% Nickel und dem Kest Eisen.
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Um eine große Genauigkeit bei der Flußmessung zu erhalten und das
Nullanzeigeverfahren anwenden zu können, ist ein zweiter WIagnet 24 vorgesehen,
dessen magnetischer Fluß den Streifen 23 in entgegengesetzter Richtung wie der Fluß
des Magneten 15 durchsetzt. Der Magnet 24 wird von einem Paar Eisenbacken 25 und
26 ge halten, die ebenfalls auf der Grundplatte 17 befestigt sind, während ein Weicheisenbolzen
27 die Backe 25 und die Backe 19 verbindet.
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Ein einstellbares Glied, das aus einer Schraube 28 mit einer angedrehten
Platte 29 besteht, bildet einen einstellbaren Luftspalt 31 im Magnetkreis des Magneten
24. Die Schraube 28 ist so angebracht, daß ihr Ende 29 der Backe 26 gegenübersteht.
Soweit erforderlich, kann die Schraubbuchse 30 zum Verstellen der Schraube 28 mit
einem weiteren Gewinde zur Grobeinstellung durch einen Rändelknopf 32 versehen sein,
während der Rändelknopf 33 zur Feineinstellung der Schraube 28 dient.
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Zur Flußmessung ist auf den Streifen 23 mit veränderlicher Permeabilität
eine Spule 34 aufgesetzt, die über einen nicht linearen Widerstand 35, ein Meßgerät
36, einen parallel dazu angeordneten Kondensator 37, mit einer Wechselstromquelle
3S in Verbindung
steht. Der Widerstand 35 kann aus einer Mischung
von Siliziumkarbid und Kohle unter Anwendung geeigneter Bindemittel bestehen. Statt
des Auzeigeinstrumentes 36 kann auch ein Ferngeber, -Registriergerät oder Relais
oder auch eine selbsttätige Kontrolleinrichtung eingeschaltet werden.
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Das Gerät arbeitet je nach der Anwendung in verschiedener Weise.
Zur unmittelbaren Ablesung der Dicke von Null ab wird der Luftspalt 31 so eingestellt,
daß am Anzeigeinstrument 36 eine Nullanzeige vorhanden ist, wenn die Schuhe 14 unmittelbar
auf der Rolle 12, also ohne ein zwischengeschobenes Blatt in aufliegen. Andererseits
kann die Schraube 28 für die Nullmessung in Papierstärken geeicht sein, so daß durch
Einstellung des Luftspaltes 3I eine Nullanzeige am Instrument 36 für verschiedene
Papierstärken erhalten werden kann. Es ist jedoch eine feste Einstellung des Luftspaltes
vorzuziehen und das Instrument dann von einer Standardpapierdicke ausgehend zu eichen.
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Die Wirkungsweise des Geräts ergibt sich aus dem Verfolg der magnetischen
Kreise.
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Vom magnetischen Nordpol des Magneten 15 verläuft der Fluß über die
Backe I9, den Streifen 23, den Bolzen 22, die Schiene 20, die Magnetschrauben 2I,
den Polschuh I4, die Schrauben 2I und die Backe Ig zurück zum Südpol des Magneten
15. Der Magnetkreis des Dauermagneten 24 verläuft von seinem Nordpol über die Backe
26, den Luftspalt 3I, durch die Schraube 28, die Schieiie 20, den Bolzen22, den
Streifen 23, die Backe I9, den Bolzen 27, die Backe 25 zurück zum Südpol des Magneten
24. Aus dem Verlauf der Magnetkreise ist ersichtlich, daß im Streifen 23 entgegengesetzte
Flüsse wirksam werden.
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Die Flußmessung im Streifen 23 erfolgt durch einen in der Spule 34
durch die Ma guetisierung des Streifens induzierten Strom und ist abhängig von dem
Maße der Störung des Gleichgewichts. Da die Stromquelle 38 eine Wechselstromquelle
ist, wird durch den Gleichfiuß im Streifen 23 eine Störung der Symmetrie der Wellenform
des die Spule 34 durchfließenden Stroms hervorgerufen.
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Wenn der unsymmetrische Strom durch den nichtlinearen Widerstand 35
fließt, so tritt infolge der entgegengesetzten Polaritäten der Stromwelle eine Änderung
des Widerstandes bei den durch die Verzerrung veränderten Halbwellen ein in der
Weise, daß die Gleichstromkompouente eine Widerstandsverringerung hervorruft. Es
fließt somit ein dem magnetischen Fluß im Streifen 23 proportionaler Strom durch
das Instrument, während durch den Kondensator 37 die Wechselstromkomponente am Instrument
36 vorbeigeleitet wird.
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Das Gerät kann so eingestellt werden, daß es bei einer bestimmten
Papierdicke zwischen der Rolle 12 und den Pol schuhen 14 durch Einstellung des Luftspaltes
31 eine Nullanzeige am Instrument 36 ergibt. Abweichungen in der Dicke des Blattes
11 rufen eine Unsymmetrie in der Wirkung der Dauermagnete 15 und 24 hervor und verursachen
einen Gleichfluß bestimmter Polarität in der einen oder anderen Richtung im Streifen
23, der von der Größe der Abweichung in der Dicke abhängt. Die Richtung und Größe
des Ausschlages am Instrument 36 dient demgemäß zur Anzeige der Abweichungen in
der Dicke des abzutastenden Blattes.
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In Abb. 4 ist eine andere Ausführungsform für die Flußmeßvorrichtung
I6 dargestellt.
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Der Streifen veränderlicher Permeabilität 23' besitzt drei Schenkel
40, 4I und 42. Auf den äußeren 5 chenkeln sind hintereinandergeschaltete Erregerwicklungen
43 und 44 angebracht, die so zusammengeschaltet sind, daß sie in den äußeren Schenkeln40
und 42 hintereinanderverlaufende Flüsse erzeugen, während auf dem mittleren Schenkel
41 eine Entnahmewicklung 45 angebracht ist, die durch den infolge der Unsymmetrie
hervorgerufenen D iffe--renzfluß induziert wird. Die induzierte Spannung wird an
einem ~Anzeigeinstrument 46 mit vorgeschalteten Gleichrichtern 47 angezeigt. Der
dreischenkelige Streifen 23' ist sowohl einer wechselnden magnetmotorischen Kraft
durch die Wicklungen 43 und 44 als auch einer gleichgerichteten magnetmotorisuchen
Kraft durch die Unsymmetriewirkung der Dauermagnete 15 und 24 unterworfen. Die magnetmotorischen
Kräfte addieren sich in einem der äußeren Schenkel und wirken in dem anderen einander
entgegen, so daß ungleiche Permeabilitäten entstehen und ein Wechselfluß im mittleren
Schenkel 41 als Ausgleich entsteht, der darin eine unsymmetrische Fluß welle hervorruft.
Demgemäß wird eine Spannung doppelter Frequenz in der Wicklung 45 erzeugt, sobald
eine Gleichgewichtsstörung in der Wirkung der Magnete 14 und 24 vorhanden ist. Eine
derartige Meßanordnung ist an sich bekannt, kann aber in Verbindung mit dem Gegenstand
der Erfindung zur Dickenmessung mittels Tastlehren von besonderem Vorteil sein.