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Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Flächen für Leder od. dgl.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung
zum Messen von Flächen für Leder und ähnliche Stoffe.
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Verfahren und Meßmaschinen zu diesem Zweck sind an sich bekannt,
und zwar handelt es sich hierbei um rein mechanische, elektrisch-mechanische und
lichtelektrische Meßverfahren und Meßmaschinen.
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Bei den rein mechanischen Meßmaschinen läuft das zu messende Werkstück
zwischen zwei Walzen durch, von denen die eine angetrieben wird, während die andere
lose umläuft und als Meßwalze dient. Diese Meßwalze besteht aus einer Anzahl nebeneinander
umlaufender Räder, die in radialer Richtung bewegliche Stifte tragen. Diese Stifte
werden im Bereiche des durchlaufenden Werkstückes angehoben und übertragen diese
Bewegung durch mechanische Mittel auf ein ebenfalls mechanisches Summierwerk. Es
ist ohne weiteres einleuchtend, daß die Meßgenauigkeit bei diesen Maschinen von
der Anzahl der vorgesehenen Meßräder abhängt. Ebenso ist ohne weiteres erkennbar,
daß mit Rücksicht auf die Einfachheit der Maschine nicht beliebig viele Meßräder
angeordnet werden können. Hinzukommt, daß das mechanische Summierwerk infolge einer
gewissen Trägheit nicht beliebig viele Ausschläge registrieren kann. Die Fehlergrenzen
solcher Maschinen bewegen sich bei F 3 °/0.
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Ferner sind Meßmaschinen für Leder od. dgl. in Vorschlag gebracht
worden, bei denen elektrische Stromstöße, die durch mechanisches Abtasten von Stiften
hervorgerufen werden, zur Beeinflussung eines mechanischen Summierwerkes benutzt
werden. Das mechanische Abtasten des Werk stückes erfolgt un-
gefähr
in derselben Weise wie bei der vorher beschriebenen Maschine. Dabei betätigen die
umlaufenden und radial verschiebbaren Stifte Kontakte, die sich im Innern der Meßräder
befinden und die die Stromstöße bewirken. Neben der nur in beschränkter Anzahl möglichen
Anordnung von Meßrädern kommen bei diesem Vorschlag noch die zahlreichen Fehlerquellen
hinzu, die sich aus der verhältnismäßig großen Anzahl von Kontakten, Relais usw.
ergeben und deren funktionelle Wirkung durch ihre Unterbringung in den Meßrädern
bei dem verhältnismäßig rauhen Betrieb (verstaubtes Meßgut) in Frage gestellt ist.
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Es ist ferner bekannt, in einem Meßkreis eine Anzahl Widerstände
anzuordnen und diese vermittels durch das Meßgut betätigter Kontakte ab- bzw. zuzuschalten.
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Je nach der Größe der Meßfläche, die gemessen werden soll, werden
eine Anzahl Kontakte angehoben und entsprechend viele Widerstände ab- bzw. zugeschaltet,
wodurch der Gesamtwiderstand des Meßkreises verändert wird. Es wird also nach diesem
Vorschlag die wachsende oder fallende Stromstärke im Stromkreis als Meßgröße verwendet,
die in einem Arbeitszähler (kWh-Zähler) summiert werden soll. Nun sind aber die
handelsüblichen kWh-Zähler auf eine Fehlergrenze von F 3 °1O auf Vollast geeicht,
wobei noch hinzukommt, daß bei der Ledermessung, bedingt durch die unterschiedliche
Werkstückgröße, beträchtliche unmittelbare Lastschwankungen auftreten, so daß die
oben angegebenen Fehlergrenzen zum Nachteil des Meßergebnisses überschritten werden.
Diese Bauart bringt gegenüber den rein mechanischen oder elektrisch-mechanischen
Meßmaschinen kein genaueres und besseres Meßergebnis.
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Verwendet man aber erfindungsgemäß den in dem Meßkreis durch wachsende
oder kleiner werdende Meßflächen ansteigenden oder abfallenden Spannungsabfall als
Meßgröße für das Meßgut, so können bedeutend empfindlichere Anzeigevorrichtungen,
z. B. ein Drehspulmeßwerk, verwendet werden, deren Fehlergrenzen schon bei handelsüblichen
Geräten bei zF 0,50/0 liegen. Das bedeutet, daß gegenüber den handelsüblichen kWh-Zählern
eine um das Sechsfache genauere Meßleistung erzielt werden kann. Das ist ein ganz
erheblicher Fortschritt, der das vorgeschlagene Meßverfahren weit über die bisherigen
hinaushebt.
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Bei der Messung bzw. Summierung der Meßgrößen mittels eines Drehspulmeßwerkes
wird man zweckmäßigerweise die veränderliche Spannung der die Meßfläche überspannenden
und mit Hubkontakten ausgerüsteten Meß- oder Kontaktbrücke in Impulsen dem Drehspulmeßwerk
zuführen, dessen Drehwinkel über die Durchlaufzeit des Meßgutes über eine einem
Schrittschaltwerk ähnliche Vorrichtung summiert werden.
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Man kann aber auch ebensogut die veränderliche Spannung in einer
nach Art eines Amperestundenmotorzählers wirkenden Vorrichtung messen oder die veränderliche
Spannung als Ladespannung einem Kondensator zuführen, dessen Entladestrom in einem
Amperemeter gemessen werden kann.
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Die mechanischen Mittel zur Durchführung der Meßverfahren bestehen
im wesentlichen aus einer die Meßfläche überspannenden Meß- oder Kontaktbrücke,
in der mit geringst möglichen Zwischenräumen Kontaktstifte unter der Wirkung einer
Feder stehen und drehbar gelagert sind, wobei diese Kontaktstifte zweckmäßigerweise
als Doppel-, Winkel- oder Einfachbebel ausgebildet sind, deren unterer Hebelarm
einen möglichst flachen Winkel mit dem Meßgut einschließt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar zeigt Abb. I eine Schemazeichnung für die Grundlage der Flächenberechnung,
Abb. 2 eine schematische Ansicht der LIeßmaschine, Abb. 3 eine schematische Skizze
der Kontaktstifte in lotrechtem Schnitt, Abb. 4 eine schematische Schaltskizze für
die Spannungsmessung, Abb. 5 den schematisch dargestellten Spannungsverlauf an der
Kontaktbrücke für die Summierung durch ein Drehzahl- oder Drehspulmeßwerk, Abb.
6 die schematisch dargestellte veränderliche Ladespannung für die Summierung durch
ein Kondensatormeßwerk.
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Angenommen, das Werkstück weist die in Abb. I dargestellte Form auf.
Zerlegt man diese Fläche in unendlich kleine Flächenstreifen, so ist der Inhalt
eines Flächenstreifens (Yi - Y2) (IX.
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Der Inhalt der ganzen Fläche beträgt dann
Da aber eine Messung unendlich kleiner Teile nicht oder nur mit komplizierten Apparaturen
durchführbar ist, wird man in der Praxis dazu übergehen müssen, an Stelle von dx
einen möglichst kleinen, aber noch mit unkomplizierten Geräten meßbaren Flächenstreifen
von der Größe d x für die Messung zugrunde zu legen, der z. B. I cm beträgt. Der
Inhalt der ganzen Fläche wird also
betragen. Dasselbe gilt für die Größe dy, so daß man an Stelle von dy die Größe
d y setzen muß, die beispielsweise gleich I cm ist. Die Genauigkeit der Messung
hängt also von den gewählten Größen il x und iI y ab, d. h. je kleiner diese Größen
sind, desto genauer wird die Messung.
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Diese Größen lassen sich aber, wie schon betont, nicht beliebig verkleinern,
ohne daß die Meßapparatur nicht unnötig kompliziert wird. Es kommt also darauf an,
eine möglichst einfache, aber sicher wirkende Meßmethode und Meßapparatur zu finden,
die möglichst kleine Flächenstreifen (y1 - y2) J x mißt. Dies kann erreicht werden
durch einen diesem Flächen streifen entsprechenden Widerstand, an dem der an ihm
auftretende Spannungsabfall für die eigentliche Messung verwendet wird.
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Der rein mechanische Teil, der die Flächenstreifen senkrecht zur
Vorschubrichtung des Werkstückes mißt, besteht aus einem Meßtisch I, auf dem das
Leder 2 durch eine Vorschubvorrichtung3, 4 unter
einer Kontaktbrücke
5 durchgeschoben wird. Zum Vorschub des Werkstfickes können ein oder mehrere Walzenpaare
3, 4 vorgesehen sein. Die untere oder die unteren Walzen 3 sind maschinell angetrieben,
während die obere oder die oberen Walzen 4 durch Reibung mit dem Leder mitgenommen
werden. Beide Walzen 3, 4 haben normalerweise die gleiche Umfangsgeschwindigkeit.
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In die feststehende Kontaktbrücke 5 eingebaut sind die Kontaktstifte
6, die beispielsweise in Abständen von 1 cm auf die ganze Ausdehnung der Kontaktbrücke
5 verteilt sind. Die Kontaktstifte 6 können beliebig ausgebildet sein, also etwa,
wie in Abb. 3 angedeutet ist, als in lotrechter Ebene längs verschiebliche Stifte.
Sie können aber auch als ein- oder mehrarmige Hebel oder Winkelhebel ausgebildet
sein, deren unterer Hebelarm möglichst kurz ist und einen spitzen Winkel mit dem
durchlaufenden Werkstück einschließt und deren oberer Hebelarm möglichst lang ist,
um auch bei sehr dünnem Leder noch einen genügenden Ausschlag zu gewährleisten.
Am unteren Ende jedes Kontaktstiftes ist zweckmäßigerweise eine Rolle oder eine
Kugel vorgesehen, um die Reibung zwischen Kontaktstift und Werkstück möglichst gering
zu halten.
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Die Kontaktstifte bzw. Hebel 6 steuern einen Kontakt 9, an dem, wie
in Abb. 4 angedeutet ist, die in Reihe geschalteten Widerstände 8 beliebiger Bauart
angeschlossen sind. Zu jedem Widerstand 8 gehört ein Kurzschluß kontakt 9, der von
dem dazugehörigen Kontaktstift 6 gesteuert wird.
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Man kann nun die Schaltung so ausbilden, daß in der Ruhestellung
der Meßvorrichtung, also wenn kein Werkstück unter der Meßbrücke vorhanden ist,
alle Kurzschlußkontakte g geöffnet sind. Der Strom muß dann also über alle Widerstände
8 fließen. Man kann aber auch die Schaltung so anordnen, daß in der Ruhestellung
alle Kurzschlußkontakte g geschlossen sind und der Strom in dieser Stellung der
Meßvorrichtung über die Kurzschlußkontakte g fließt. Im ersteren Fall werden beim
Einführen eines Werkstückes von der Breite (Yi - (YlY2) entsprechend viele Widerstände
8 abgeschaltet, während im zweiten Fall entsprechend viele eingeschaltet werden.
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Ein Anzeigeinstrument II, das auf die durch die Lederbreite hervorgerufenen
Spannungsänderungen anspricht, und, gemäß Abb. 4, ein Hauptschalter 12, ein Schutzwiderstand
I3 und eine Stromquelle 14 vervollständigen die elektrische Ausrüstung.
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Wenn nun das Werkstück 2 gemäß Abb. 2 mittels der Walzen 3, 4 unter
der Kontaktbrücke 5 durchläuft und die einzelnen Kontaktstifte 6 z. B. in Abständen
von I cm in der Kontaktbrücke angeordnet sind, so hebt das Werkstück auf dem Wege
J x so viele Kontaktstifte 6 an, wie der Breite Yi - Y2 entsprechen.
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Beim Anheben der Kontaktstifte werden die dazugehörigen Kurzschlußkontakte
g geschlossen. Ist der Weg d x gleich I cm, so ist die durch das Werkstück verursachte
elektrische Meßgröße dem Flächenstreifen (Yl - Y2) d x proportional, d. h. sie ist
ein Maß für die Größe des Flächenstreifens (Yl - Y2) d Legt man den Spannungsabfall
als Meßgröße zugrunde, so wird der Spannungsabfall um so größer bzw. kleiner sein,
als Widerstände ab- bzw. zugeschaltet werden. Diesen veränderlichen Spannungsabfall
kann man als Ankerspannung einem Nebenschlußmotor zuführen. Durch das Durchlaufen
des Leders wird dauernd die Zahl der in Tätigkeit tretenden Kontaktstifte der Kontaktbrücke
verändert und damit auch der an ihr auftretende Spannungsabfall U, der z. B. den
in Abb. 5 angenommenen zeitlichen Verlauf haben soll.
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Wird beispielsweise festgelegt, daß der an der Kontaktbrücke auftretende
maximale Spannungsabfall Uma betragen soll, so ist auch die maximale Drehzahl pro
Sekunde des Motors bestimmt und damit die Fläche über eine Zeit tl.
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Entspricht gemäß Abb. 5 U dem Wert Yi - y2 und dt dem Wert dx, so
sind die vom Motor während der Zeit ti gemachten Umdrehungen
der Fläche
proportional.
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Ebenso kann die veränderliche Spannung einem Kondensator zugeführt
werden. Die vom Kondensator aufgenommene Ladung Q ist Q=cu, d. h. die Ladung Q ist
proportional der am Kondensator angelegten Spannung U. Da während der Aufladezeit
t1 ein Strom i fließt, so muß nach der Beendigung der Aufladung die Ladung gleich
dem Strom i mal der Aufladezeit ti sein. Es ist also auch Q i . ti.
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Der Ladevorgang eines Kondensators läßt sich durch entsprechende Wahl
seiner Zeitkonstante beliebig lange verzögern.
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Angenommen, der Kondensator habe die augenblickliche Spannung «.
Wird diese um den Betrag du geändert, so ändert sich auch die Ladung um dq = C du.
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Legt man nun einen Kondensator mit der Ladezeit tl an eine während
dieser Zeit veränderliche Spannung X (vgl. Abb. 6), so ist seine Ladung
d. h. die Ladung des Kondensators entspricht der in Abb. 6 gestrichelt dargestellten
Fläche.
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Wird jetzt der Kondensator in einer bestimmten Zeit t3 entladen,
so ist der Entladestrom Q i = tx ebenfalls ein Maß für die durch die Ladung dargestellte
Fläche.
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Schließlich kann man die veränderliche Spannung einem Drehspulmeßwerk
zuführen, wobei der Drehwinkel der Spule proportional der zugeführten Spannung ist.
Werden diese Drehwinkel während der Durchlaufzeit des Leders, z. B. über ein Schrittschalt-
werk,
summiert, so ist die Summe aller Drehwinkel ein Maß für die unter der Kontaktbrücke
durchgelaufenen Lederfläche.