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Feuchtigkeitsmesser für bandförmige, sich stetig bewegende Güter Bei
der Trocknung von bandförmigen Gütern auf stetig arbeitenden Maschinen oder Trocknern
ist in vielen Fällen eine ständige Prüfung des jeweiligen Trocknungsgrades bzw.
Feuchtigkeitsgehaltes des getrockneten Gutes unerläßlich. Es ist bekannt, diese
Prüfungen mit Hilfe von Leitfähigkeitsmessungen und auch durch Bestimmung der dielektrischen
Konstanten des Meßgutes durchzuführen.
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Hierbei werden für die Leitfähigkeitsmessungen durch die Bahn umlaufend
angetriebene Isolierkörper verwendet, die an ihrem Umfang mit zwei oder mehreren
Nadel reihen versehen sind, die gegensätzliche Polarität haben. Zwischen diesen
Nadeln wird der Widerstand der zu prüfenden Bahn gemessen. Es ist auch vorgeschlagen
worden, diese Isolierkörper iiber die ganze Breite der Bahn auszudehnen und mit
Nadel reihen zu versehen.
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Hierbei ergeben sich jedoch wie auch bei der Prüfung eines schmalen
Streifens der Bahn wesentliche Schwierigkeiten dadurch, daß die Kontaktgabe zwischen
den Nadeln und der Bahn nicht gleichmäßig ist. Außerdem muß die Bahn zwangsIäufig
von den Nadeln durchlöchert werden. Die Einrichtung ist also nur für solche Stoffe
verwendbar, bei denen eine Durchlöcherung bedeutungslos ist. Wird nur ein schmaler
Streifen der Bahn in dieser Weise geprüft, so ist damit noch nicht der Durchschnittswert
der Feuchtigkeit der gesamten Bahn gegeben, weil die Bahn quer zur Fortbewegungsrichtung
starke Feuchtigkeitsschwankungen besitzt. Soll die Messung über die ganze Breite
der Bahn erfolgen, so ist dieses nicht möglich, weil dann für das Durchbohren der
Bahn mit den Nadeln eine größere Kraft erforderlich ist, als bei der geringen mechanischen
Festigkeit der Bahn übertragen werden könnte. Die Bildung des allein interessierenden
Durchschnittswertes ist mit diesen Einrichtungen nicht möglich.
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Für die dielektrischen Prüfungen werden zum Teil Meßkondensatoren
mit in einer Ebene liegenden Belägen verwendet. Die zu prüfende
Bahn
wird mit einigem Andruck an diesen Belägen vorbeigeführt. Diese Einrichtungen lassen
sich mit Vorteil verwenden, solange mittelstarlre Bahnen in nur geringer Breite
geprüft werden sollen. Die Durchschnittsbildung des Wassergehaltes der gesamten
Bahn ist dann aber nicht möglich. Soll die gesamte Bahnbreite erfaßt werden, so
ist der notwendige Andruck gegen die Beläge des Meßkondensators zu groß, die Bahn
reißt dann sehr leicht. Bei starken Bahnen kann wiederum die notwendige Gleichmäßigkeit
der Auflage zwischen den Kondensatorbelägen und der Bahn nicht erzielt werden, weil
starke Bahnen niemals in der notwendigen Gleichmäßigkeit anfallen. Bei dieser Art
der Messung spielt die Höhe des Andruckes und die Art der Oberfläche der zu prüfenden
Bahn eine wesentliche Rolle.
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Es werden weiter Brfeßkondensatoren mit gegenüberliegenden Belägen
verwendet. Die Bahn wird dann durch einen schmalen Schlitz, der zwischen den Belägen
offengelassen wird, geführt. Es ist sehr schwierig, die zu prüfende Bahn bei den
notwendig hohen Bahngeschwindigkeiten durch diesen Schlitz zu führen. Selbst, wenn
die Meßkondensatoren so ausgeführt werden, daß die beiden Beläge voneinander getrennt
werden können, ist die Anwendung der Kondensatoren bei schnelllaufenden Papierbahnen
unmöglich.
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Nach einem anderen Vorschlag wird ein Fühler mit Metallelektrode
über die noch feuchte Bahn hinweggeführt und die Leitfähigkeit der Bahn zur Ermittlung
der Feuchtigkeit gemessen. Diese Einrichtung kann nur bei starken E>appe- oder
Cellulosebahnen verwendet werden. Die Genauigkeit der Messung ist in größtem Maße
von der Höhe des Auflagedruckes zwischen der Bahn und der Meßelektrode abhängig.
Die Ermittlung des Durchschnittswassergehaltes über die Bahnbreite hinweg ist nach
dieser Einrichtung nicht möglich.
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Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung vermeidet die Nachteile
der bisher bekannten elektrischen Feuchtigkeitsmesser.
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Mit ihrer Hilfe ist es möglich, den Durchschnittswasserge}lalt der
Bahn selbst bei geringsten Stärken und höchsten Geschwindigkeiten ohne Schwierigkeiten
zu ermitteln.
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Aud bei ihr wird ein isolierter Körper mit elektrischell Leitern voll
der Bahn umlaufend angetrieben. Das Wesen der Erfindung kennzeichnet sich dadurch,
daß die elektrischen Leiter in den umfang des Walzenkörpers aus isolierendem Stoff
spiralförmig eingelegt sind und als Elektroden gegensätzlicher Polarität oder als
Induktionsspule benutzt werden, wobei die Feuchtigkeitsmessung entweder mit Hilfe
einer durchgehenden einzelnen Spirale oder mit mehreren nebeneinanderliegenden Spiralen
ausgeführt wird. Die Messung der Feuchtigkeit kann über die ganze Breite der Bahn
zugleich oder in verschiedenen Zeiträumen für getrennte Streifen der Bahn erfolgen.
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Die wesentlichen Vorteile dieser Erfindung bestehen darin, daß durch
die spiralförmigen Meßkörper ermöglicht wird, nicht nur einzelne Stellen der Breite
der Bahn, sondern nacheinander jede Stelle der Breite der Bahn abzutasten, also
einen noch genaueren Durchschnittswert des Feuchtigkeitsgehaltes der Bahn zu bilden,
wobei keinerlei zusätzliche Kraftübertragung durch die Bahn oder ihre Beschädigung
oder sonstige Beanspruchung notwendig ist. Es ist also nach der Erfindung möglich,
ohne Rücksicht auf die Stärke und Geschwindigkeit der Bahn und ohne Behinderung
durch nicht zu vermeidende Ungleichmäßigkeiten in der Bahn jederzeit den Durchschnittswassergehalt
entweder der ganzen Bahn oder einzelner Streifen von ihr zu ermitteln. Die Vorführung
der Bahn durch die Trockenmaschine ist in keiner Weise behindert, da der zur Messung
dienende Walzenkörper keinen größeren Kraftaufwand benötigt als eine normale Leitwalze.
Eine Beschädigung der Bahn ist ausgeschlossen, weil die zur Messung dienenden metallischen
Körper mit dem äußeren Umfang des Isolierkörpers abschneiden.
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Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel in den Zeichnungen
dargestellt, und zwar zeigen Abb. I eine Längsansicht der Walze mit den Schleifringen
und Kontaktgebern sowie einem angeschalteten Meßkreis, Abb. 2 einen Längsschnitt
durch die Walze, durch die Lagerung und durch die Schleifringe, Abb. 3 einen Querschnitt
durch die Walze, Abb. 4 bis 7 verschiedene Schaltungsarten des Meßorgans.
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Die Bahn des Meßgutes wird in ihrer ganzell Breite über eine Meßwalze
geführt, die aus dem Trägerkörper I, den auf ihr aufgeschobenen Naben 2 und den
Isolierkörpern 3 besteht. In den Lagern 4 und 5 kann sich die Meßwalze leicht drehen.
Der Trägerkörper I ist teilweise durchbohrt und nimmt an dem dem Lager 5 zugekehrten
Ende eine Ubertragungseinrichtung für den NIeßstrom, im Beispiel den Schleifringträger
6, auf, der in zweckentsprechender Weise im Trägerkörper befestigt ist.
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Die Isolierkörper 3 bestehen aus einer nichtleitenden Masse, wie
z. B. Porzellan, Hartgummi oder Hartpapier. In ihrer Oberfläche sind spiralförmige
Nuten eingeschnitten, die zur Aufnahme von Metallstreifen 7 dienen.
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Die Metallstreifen werden in die Nuten eingelegt und dort befestigt.
Es sind zur Durchführung von Leitfähigkeits- oder Kondensatormessungen mindestens
zwei solcher spiralförmiger Metallstreifen notwendig, zur Erhöhung der Meßwirkung
können jedoch mehrere nebeneinander verlaufende Metallstreifen mit verschiedener
Polarität angeordnet werden. Der Abstand zwischen den Metallstreifen richtet sich
nach der Eigenart des zu messenden Gutes und nach der zu erzielenden Empfindlichkeit
der Anordnung. Die Metallstreifen 7 werden der Reihe nach mit entgegengesetzter
Polarität an den Meßstromkreis angeschlossen. Von den Metallstreifen führen Drahtleitungen
zu den Durchführungsklemmen 8. Von hier werden die Leitungen im Schleifringkörper
6 zu den Schleifringen g geführt.
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Die spiralförmigen Streifen 7 der einzelnen Walzenteile können nun
entweder hintereinander nach Abb. 4 oder aber parallel nach Abb. 5 geschaltet werden.
In jedem Falle ergeben sich zwei Ableitungen zu zwei Schleifringen 9. Von einem
Schleifring 9 führt eine Leitung z. B. zu den inneren Metallstreifen, wenn mehr
als zwei Streifen verwendet werden. Von dem anderen Schleifring g führt eine Leitung
zu allen äußeren Metallstreifen 7. Bei dieser Anordnung würde der Gesamtdurchschnittswert
des Wassergehaltes der Meßbahn mit einer Messung erfaßt werden.
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Würde man z. B. an diese beiden Schleifringe einen Meßkreis legen,
der aus dem Transformator Io und dem Meßinstrument 11 besteht, so wäre der Stromkreis
nur über die auf den Metallstreifen 7 aufliegende Meßbahn geschlossen. Es würde
im Meßkreis ein Strom fließen, der von der Leitfähigkeit der Meßbahn abhängt. Andererseits
könnte man die Frequenz des Meßstromes so stark erhöhen, daß auch kapazitive Messungen
möglich sind.
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Ebenso könnten auch bei geeigneten Anordnungen des Meßkreises dielektrische
Verlustmessungen oder Dämpfungsmessungen ausgeführt werden.
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Ebensogut können aber auch die Spiralen in geeigneter Weise parallel
oder hintereinander nach Abb. 6 und 7 geschaltet werden, so daß sich eine Induktionsspule
ergibt. Hierbei können die nebeneinanderliegenden Metallbänder 7 jeweils für sich
eine Induktionsspule bilden, deren Kopplung zueinander durch das Meßgut erfolgt.
Ebenso können aber auch alle Metallstreifen 7 zu einer gemeinsamen Induktionsspule
gemäß Abb. 4 geschaltet werden, die dann durch die darüberliegende zu messende Bahn
eine zusätzliche innere Kapazität und damit eine zusätzliche Dämpfung erfahren würde.
Das gleiche ist auch der Fall, wenn anstatt nebeneinanderliegender paralleler Gruppen
von Meßstreifen nur eine Spirale auf den Umfang der Isolierkörper gewickelt wird.
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Ohne Rücksicht auf die gewählte Anzahl der nebeneinanderliegenden
Meßstreifen und auf die gewählte Schaltanordnung (Elektroden-, Kondensator- oder
Spulenschaltung) kann die gesamte Länge der Meßwalze bzw. der Meßstreifen so unterteilt
werden, daß sich selbständige Gruppen von Meßorgane ergeben, die alle gemeinsam
auf einer Achse sitzen. In diesem Falle, wie in Abb. I gezeichnet, würden z.'B.
alle äußeren Streifen 7 der einzelnen Meßorgane an einen gemeinsamen Schleifring
geführt werden, während alle inneren Streifen 7 für jedes Meßorgan an einen besonderen
Schleifring geführt werden. Dadurch ergibt sich eine wertvolle Verbesserung der
Anwendungsmöglichkeit dieser Feuchtigkeitsmeßeinrichtung. Während bei der gemeinsamen
Benutzung aller Meßstreifen über die ganze Meßbahn hinweg sich nur der Durchschnittswert
der Meßbahn ermitteln läßt, wobei evtl. in ihrer Feuchtigkeit abweichende Teile
der Meßbahn nicht ermittelt werden können, ergibt sich hierdurch die Möglichkeit,
einzelne Teile der Meßbahn für sich in ihrem Feuchtigkeitsgehalt laufend zu prüfen.
Diese Möglichkeit ist sehr wichtig, weil fast alle Trockenmaschinen quer zur Fortbewegungsrichtung
der Bahn erhebliche Schwankungen des Wassergehaltes erzeugen.
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Würde man in einem solchen Falle nur den Durchschnittswert des Wassergehaltes
der gesamten Bahn ermitteln, so könnte es geschehen, daß entweder die Mitte oder
die Ränder unzulässig feucht oder trocken sind.
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Bei dieser unterteilten Anordnung ist eine derartig fehlerhafte Arbeitsweise
des Trockners sofort zu erkennen.
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Um- die einzelnen Streifen der zu messenden Bahn auf ihren Wassergehalt
hin prüfen zu können, sind, wie oben- schon gesagt, beispielsweise die inneren Meßstreifen
7 der Meßorgane an je einen besonderen Schleifring 9 geführt. Auf den Schleifringen
laufen zweckmäßig angeordnete Bürsten zur Stromabnahme. Um nun die einzelnen Meßorgane
für sich zur Prüfung heranziehen zu können, sind Leitungen zu einem Umschalter 12
geführt, der die Verbindung des Meßkreises mit den einzelnen Schleifringen herbeizuführen
vermag. Die Betätigung des Umschalters kann von Hand oder auch fortlaufend mechanisch
erfolgen.
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Um zu erkennen, welches der Meßorgane im Augenblick zur Messung herangezogen
ist, ist es zweckmäßig, parallel mit diesem Um-Schalter 12 einen zweiten, hier nicht
eingezeichneten Umschalter zu betätigen, der beispielsweise Leuchtsignale mit entsprechenden
Bezeichnungen
zum Ansprechen bringt. Wegen der allgemein beliannten Bauart solcher Einrichtungen
ist eine nähere Schilderung hier unterlassen worden.