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Verfahren und Vorrichtung zum Messen bzw. Anzeigen der Stärke von
Schichten aus plastischem Material
Bei Arheitsvorgängen, bei denen auf Kalandern,
Walzwerken od. dgl. aus plastischem Material Schichten von einigen Millimetern Dicke
bis zu Bruchteilen eines Millimeters herab in Form von Platten oder Folien hergestellt
werden, wie z. B. in der Reifenindustrie beim Belegen von Geweben mit Platten aus
Kautschukmischungen, ist es von Wichtigkeit, die gewünschte Stärke der Platten oder
Folien genau einzuhalten und, um Abweichungen schnellstens ausgleichen zu können,
vorteilhaft, die Stärke der Schicht sofort nach ihrer Entstehung auf der sich drehenden
Walze zu messen.
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Die für diesen Zweck bisher bekanntgewordenen Meßverfahren, bei denen
die Veränderungen der Schichtstärke durch Veränderungen elektrischer Größen wie
Widerstand. Induktivität, Kapazität, radioaktive Rückstrahlung u. a., angezeigt
werçlen, werden durch Schwankungen der Raumtemperatur und -feuchtigkeit oder durch
Anderungenl der Walzengeschwinrdigkeit und -temperatur oder durch Änderungen in
der Zusammensetzung des plastischen Materials beträchtlich in der Genauigkeit beeinflußt.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und geht davon aus, das Messen
der Schichts)tärke bzw. die laufende Feststellung einer Veränderung derselben beim
Herste.llungsvorgang mit mechanischen Mitteln zu ermöglichen, auf die die vorgenannten
Faktoren keinen Einfluß haben. Demgemäß besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin,
die Schicht mit bekannter Geschwindligkeit zu durchdringen (durch stechen durchstoßen,
durchschneiden usw.) und die
hierbei aufzuwendende Zeit und dadurch
die Weglänge zu messen. Vorteilhaft wird die Durchdrin gung der Schicht durch eine
mit gleichförmiger Geschwindigkeit v bewegte Meßspitze bewirkt, die dafür benötigte
Zeit t und hieraus die Weglänge s nach der Formel-s = t . v, bei v = const., ermittelt.
Dabei kann nach der Erfindung das Durchdringen der Schicht zur Bestimmung ihrer
Stärke während der Herstellung auf dem Kalander, Walzwerk usw. fortlaufend in gleichen
oder ungleichen Intervallen erfolgen, wodurch eine laufende Überwachung der Stärke
der Schicht sofort nach ihrer Entstehung mit genügender Genauigkeit auf einfache
verläßliche Weise möglich ist.
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In der Zeichnung ist in Abb. I ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
zur Ausübung des Meßverfahrens nach der Erfindung schematisch veranschaulicht; Abb.
2 zeigt das Schaltschema dazu und Abb. 3 mehrere Meßvorrichtungen nach der Erwindung
in Verbindung mit einem in der Gummi- und Kunststoffindustrie gebräuchlichen Vierwalzenkalander.
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Bei dem in Abb. 3 dargestellten Kalander wird zwischen den bei den
oberen Walzen I und II eine Gummi- oder Kunststoffplatte gezogen deren Meßstelle
sich hei A befindet. Zwischen den Walzen III und IV wird eine zweite Gummi- oder
Kunststoffplatte gezogen; die Meßstelle hierfür befindet sich bei B. Jede Meßstelle
ist im Prinzip so eingerichtet, daß sich der Oberfläche der gezogenen Platte eine
radial zur Walzenachse angeordnete Meßspitze m mit einer zweckmäßig gewählten und
glelichförmigen Geschwindigkeit v nähert. Sobald die Meßspitze die Oberfläche der
Schicht berührt, beginnt die Messung.
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Die Spitze durchdringt sodann mit unveränlderter gleich,förmiZger
Geschwindigkeit (v = const.) die Gummi- oder Kunststoffplatte in Richtung der zu
messenden Dicke. Der dabei zurückgelegte Weg s entspricht der Dicke der gezogenen
Schicht aus plastischem Material. Nach dem Durchdringen der Schicht beim Berühren
der Kalanderwalze durch die Meßspitze m ist die Messung beendet. Wird also die Zeitdauer
zwischen Anfang und Ende der Messung ermittelt, so ist der Wert für die Zeit t verhältnisgleich
der Dicke der gezogenen Gummi- oder Kunststoffschicht, d. h. t = s, s = t v, (v
= const.).
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Bei dem in Abb. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Meßvorrichtung
pach der Erfindung ist III die in Zeigerrichtung umlaufende Walze, auf der sich
die gezogene Schicht p aus plastischem Material, z. B. einer Kautschuk- oder Kunststoffmischung,
befindet, deren zu messende Dicke gleich der Strecke s ist. Die Meßspitze m ist
am Endpunkt eines Schubgestänges mit der Länge 1 angeordnet.
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Der vordere Teil dieses Gestänges ist im Punkt b beweglich und isoliert
gelagert, d. h. als elektrischer Kontaktgeber ausgebildet, so daß bei ko ein elektrischer
Kontakt geöffnet undl geschlossen werden kann. Das obere Ende des Gestänges l berührt
an dem Punkt c die Oberfläche einer mit zwecken sprechend gewählter und gleichförmiger
Winkelgeschwindigkeit sich drehenden E4urvenlscheibe ku mit gleichförmiger Steigung
(Archimedische Spirale). Sowohl die Meßspitze m als auclh die Walzenoberfläche sind
mit einel- zum Ein- und Ausschalten eines Meßgerätes, z. B. eines Sekundenmessers
o, dienenden elektrischen Steuerleitung r verbunden.
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Hat sich die Kurven scheibe ku um den Winkel y/l 1 gedreht, so ist
das Gestänge 1 um den Betrag d in Richtung der zu messenden Schichtstärke verschoben
worden und die Aleßspitze m in Berührung mit der Oberfläche der Schicht p aus plastischem
Material gekommen. Dadurch wird der vordere bewegliche Teil des Gestänges in Umfangsrichtung
mitgenommen und der Kontakt ko geöffnet, wodurch ein Primärstromkreis, der von einer
Stromquelle e über den isolierten vorderen Teil des Gestänges I über den Kontakt
ko und einen Stromverbraucher h führt, unterbrochen wird. Beim \\Teiterdrehen der
Kurvenscheibe ku dringt die Meßspitze m in die Schicht p ein und berührt nach Zurücklegung
der Strecke s die Oberfläche der Walze III. Durch die Berührung der Meßspitzem m
mit der Walzenoberfläche wird der Stromkreis wieder geschlossen, so daß der Stromverbraucher
h wieder Spannung erhält. Während des Zurücklegens der zu messenden Strecke s hat
die Kurvenscheibe ku sich um den Winkel f 2 weitergedreht. Die Zeit, welche die
Kurvenscheibe zur Drehung um den Wüikel 2 benötigt, ist also verhältnisgleich der
Strecke s, da die Winkelgeschwin digkeit der Kurvenscheibe gleichförmig ist. Nach
Auftreffen der Meßspitze ni auf die Oberfläche der Walze läuft die Kurvenscheibe
noch um den Winkel #3 93 weiter, wobei sich durch Iden erhöhten Widerstand, den
die Meßspitze auf der Walzenoherfläche findet, die Feder 2 zusammendrückt, bis am
Ende der Kurven steigung der Vorschubdruck aufhört und die Meßspitze m mit dem Gestänge
I durch die Kraft der Feder fi wieder in ihre Anfangsstellung zurückbewegt wird.
Die Federn Ji und 2 sind in einem Gehäuse g gelagert. Während der nächsten Umdlrehung
der Kurvenscheibe wiederholt sich der geschilderte Vorgang, und die nächste Messung
erfolgt.
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Das Schaltschema nach Abb. 2 zeigt als Beispiel für die Anzeige-
und Aufzeichnungsmöglichkeit, daß während der Offnung des Primärstromkreises r ein
zweiter Stromkreis über den Kontakt n geschlossen wird und z. B. ein handelsüblicher
Sekundenmesser o anläuft. Dieser läuft so lange, bis die Meßspitze m auf die Walze
auftrifft und der Primärstromkreis über die Meßspitze und Walzenolberfläche wieder
geschlossen wird, während der Kontakt n für die Betätigung des Sekundenmessers wieder
geöffnet wird Die Zeitangabe des Sekundenmessers entspricht also der Zeit, in welcher
die Meßspitze m vom Berühren der Oberfläche der Schicht p bis zum Berühren der Oberfläche
der Walze die Strecke s zurückgelegt hat.
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Die Kurvenscheihe wird durch einen Synchron -motors M1 mit gleichförmiger
Winkelgeschwindigkeit gedreht. Ändert sich die Netzfrequenz, so tritt dadurch kein
Fehler im Meßergebmis ein, weil rauch die Gleichförmigkeit des Sekundenmessers,
der von einem zweiten Synchronmotor M2 getrieben wird, von der Frequenz des gleichen
Netzes abhängt.
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Nachstellell,(les Zahlellbeisl)iel gibt Aufschluß über die Genauigkeit
des Aleßverfahrens: Die Sollstärke der zu messenden Schicht betrage 0,3 mm. Die
.Nrheitsgeschwindigkeit des Kalanders oder Walzwerkes kann beliebig groß sein und
ist ohne Einduß auf das Meßergebnis. Je Minute sollen zehn Älessungen durchgeführt
werden. Eine Umdrehung der Kurvenscheile dauert also 6 sec.
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I)ie Gesam tsteigung der Kurvenscheibe betrage 3 mm auf 3600, somit
dringt die Meßspitze m mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von 0,5 mm/sec vor,
d. h. v = 0,5 mm/sec. Die Zeitdauer des Vordringen um die Strecke s ist demnach
s 0,3 = 0,6 sec v 0,5 Handelsübliche Sekundenmesser haben eine Abweichung von 1
1 °/o, so daß also bereits bei dieser einfachen Ausführung der Zeitmessung die Sollstärke
von 0,3 mm mit einer Toleranz von + 0,003 mm angegeben wird. Schwankungen der Netz
frequenz spielen, wie bereits gesagt, keine Ttolle. Ferner sind die durch das CYffnen
und Schließen der Kontakte bei jeder Messung auftretenden Verzögerungszeiten konstant
und können durch Eichung ermittelt werden, so daß das Meßergebnis nur von der Genauigkeit
der Zeitmessung abhängig ist.
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Änderungen der Temperatur und Feuchtigkeit sowie Zusammensetzung
der zu verarbeiten'den Mischung sind ebenfalls praktisch ohne Bedeutung, da nur
die Änderungen während der jeweiligen kurzfristigen Messung von beispielsweise o,6
sec das Ergebnis beeinflussen, die praktisch nicht meßbar sind.
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Das gleiche gilt fiir die Abnutzung der Meßspitze, die leicht auswechselbar
angebracht ist, für Längenänderungen des Schubgestänges und für die Abnutzung der
Kurvenscheibe. Die Genauigkeit der mechanischen Ausführung von Kurvenscheibe, Meßgestänge,
Kontakten, der beweglichen Meßspitze usw. ist nur eine Frage der mechanischen Präzisionsarbeit
und kann je nach Kostenaufwand dem heutigen Stand der Fertigungstechnik entsprechend
beliebig groß gemacht werden. Ebenso läßt sich die Aufzeichnung der periodisch ermittelten
Meßergebnisse in Form einer fortlaufenden Kurve mit Hilfe der bekannten elektrischen
Punktschreiber in jeder gewünschten Genauigkeit herstellen. Endlich ist die Erfindung
nicht auf die dargestelhen und beschriebenen Ausführungs- und Anwvendungsbeispiele
beschränkt.