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Einrichtung zum Messen von Flächen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zum Messen unregelmäßiger Flächen, insbesondere Leder, Häute u. dgl., nach dem Streifensummierverfahren,
bei der die zu messende Fläche durch Abtastvorrichtungen, die im allgemeinen aus
einer Vielzahl nebeneinanderliegender Meßräder bestehen, in eine ihr proportionale,
Anzahl von Stromimpulsen aufgelöst und das Flächenmaß als Summe der Stromimpulse
ermittelt wird.
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Es sind bereits derartige Meßeinrichtungen bekannt, bei denen die
Größe der durch die Abtastung gewonnenen Stromimpulse durch einen Einheitskondensator
begrenzt und die das gesuchte Flächenmaß darstellende Summe der Stromimpulse durch
Messung der Gesamtladung von Summenkondensatoren ermittelt wird, die durch die bei
der Abtastung erzeugten Stromimpulse aufgeladen werden. Die Zählung erfolgt hierbei
derart, daß die Einheitskondensatoren jeweils eine bestimmte Anzahl von Stromstößen
auf Summenkondensatoren übertragen, die ihrerseits Thyratrone zur Zündung bringen
und dadurch elektromechanische Zählwerke betätigen.
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Es sind ferner Ob erfiächenmeßmaschinen bekannt, bei denen während
der Abtastung des Meßgutes elektrische Spannungsimpulse auf kontaktlosem Wege erzeugt
werden und die Anzahl dieser Impulse mittels Zählgeräten registriert wird. Hierbei
werden die Spannungsimpulse entweder direkt oder nach vorhergehender Verstärkung
und Beschneidung in Zählgeräte eingeleitet, die mit Untersetzungsstufen ausgerüstet
sind. Die Spannungsimpulse können auch kapazitiv erzeugt werden, indem durch sich
aneinander vorbeibesivegende Plättchen jedesmal kurzzeitig
ein Kondensator
gebildet wird, der das Gitter einer Elektronenröhre beeinflußt und die Kapazitätsschwankungen
in Spannungsimpulse umwandelt, die dann zur Zählung gelangen. Der erzeugte Impuls
wird dabei sofort wieder abgegeben. Schließlich sind Anordnungen zur Zählung von
Impulsen bekanntgeworden, bei denen die Stromimpulse zur Aufladung eines Kondensators
verwendet werden und ihre Anzahl durch Messung der Kondensatorspannung bestimmt
wird. Diese Anordnungen stellen praktisch einen Unterbrecher der aus der Atomphysik
bekannten Art-dar und sind dazu bestimmt, solche Impulse zu zählen, die aus einem
einzigen Generator stammen, wobei diese Impulse in ihrer Aufeinanderfolge einen
gewissen zeitlichen Mindestabstand nicht unterschreiten dürfen.
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Alle diese bekannten Einrichtungen zur Flächenmessung arbeiten nur
dann fehlerlos, wenn sichergestellt ist, daß von den Abtasteinrichtungen niemals
zwei oder mehr Impulse gleichzeitig auf das Zählwerk gegeben werden, denn mehrere
zeitlich zusammenfallende Impulse haben auf die Zählwerke die gleiche Wirkung wie
ein einzelner Impuls. Bei der für den Abtastvorgang unbedingt erforderlichen freien
Beweglichkeit der einzelnen Meßräder kann diese Bedingung nicht oder höchstens für
den Anfang der Messung erfüllt werden. Während des Durchlaufes des Meßgutes besteht
jedoch keine Möglichkeit zur Beeinflussung der Kontaktfolge, denn die Durchlaufgeschwindigkeit
des Meßgutes unter den einzelnen Meßrädern schwankt in völlig unbestimmter Weise,
da das Werkstück je nach seiner Form von der Bedienungsperson an der einen oder
anderen Stelle kurzzeitig festgehalten werden muß, um faltige Zipfel oder Flanken
beim Einlaufen in die Maschine glattzuziehen. Eine dauernde gegenseitige Ausrichtung
der Abtastorgane zwecks Sicherstellung der zeitlichen Aufeinanderfolge der Stromimpulse
ist daher nicht möglich, und das Zusammenfallen mehrerer Stromimpulse läßt sich
nicht vermeiden.
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Um trotzdem alle Abtastimpulse bei der Zählung richtig zu erfassen,
werden gemäß der Erfindung zur Zählung nicht die Stromimpulse selbst verwendet,
sondern es wird jeder Abtastvorrichtung ein gesonderter Einheitskondensator zugeordnet,
und diese Einheitskondensatoren geben ihre Meßladung nach Maßgabe der Abtastimpulse
unabhängig voneinander an einen gemeinsamen Summenkondensator ab, dessen Kapazität
ein Mehrfaches des Produktes aus der Kapazität eines Einheitskondensators und der
maximal möglichen Anzahl der bei einem Meßvorgang erfolgenden Aufladungen der Einheitskondensatoren
ist.
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Durch diese Einrichtung der Erfindung wird der wesentliche Vorteil
gegenüber den bekannten Anordnungen erreicht, daß sie keine zeitliche Aufeinanderfolge
der einzelnen Meßimpulse verlangt, sondern auch beim genauen Zusammentreffen mehrerer
Meßimpulse den richtigen Summenwert liefert.
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Nach weiteren Erfindungsmerkmalen wird als Maß für die abgetastete
Fläche direkt die Spannung am Summenkondensator verwendet und während der Messung
durch jede Abtastvorrichtung je ein aus drei Kontaktfedern bestehender Umschaltkontakt
betätigt, der den zugehörigen Einheitskondensator in der Ausgangsstellung zur Aufladung
mit einer Gleichstromquelle und in der Meßstellung zur Abgabe seiner Ladung kurzzeitig
mit dem gemeinsamen Summenkondensator verbindet.
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Es ist zwar in der elektrischen Zähltechnik bekannt, einen Kondensator
geringer Kapazität durch einen von dem Meßvorgang gesteuerten Umschalter abwechselnd
aus einer Gleichstromquelle zu laden und in einen Summenkondensator größerer Kapazität
zu entladen und die am Summenkondensator gemessene Spannung unmittelbar als Maß
für die gesuchte Meßgröße zu verwenden. Aber auch bei dieser bekannten Anordnung
handelt es sich nur um die Übertragung zeitlich aufeinanderfolgender Impulse von
einem Einzelkondensator auf einen Summenkondensator mit anschließender Registrierung.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel
derselben an Hand der Zeichnungen ohne Beschränkung auf dieses Beispiel beschrieben.
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Fig. I zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung im nicht messenden
Zustand; Fig. 2 zeigt die gleiche Einrichtung im Meßzustand.
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An der Meßstelle gelangt das Meßgut 2 in üblicher Weise zwischen
eine angetriebene Auflagewalze I und die von ihr durch Oberfiächenreibung mitgenommenen
Meßräder 3.
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Jedem einzelnen Meßrad ist eine gesonderte Halterung 4 zugeordnet,
die auf der durchgehenden Achse 29 gelagert ist. Der untere Arm dieser Halterung
4 trägt einen um den Punkt 6 drehbar angeordneten Kipphebel 7, dessen unterer Teil
als Nase 8 ausgebildet ist.
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Ferner ist ein an der Meßradachse 5 befestigter Umschaltkontakt für
jedes Meßrad vorgesehen, dessen einzelne Kontaktfedern g, I0, II gegeneinander und
gegen Masse isoliert sind und dessen Umschaltung durch Kurzschließen von je zwei
der Kontaktfedern g, 10 bzw. 9, II mittels des auf dem Kipphebel 7 isoliert aufgesetzten
Kontaktblättchens 30 erfolgt.
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Die Kontaktfeder g ist über,eine Leitung I3 an den einen Pol eines
Kondensators 14 für jedes Meßrad von verhältnismäßig kleiner Kapazität (Einheitskondensator)
angeschlossen, während der zweite Pol desselben über eine Leitung mit dem Minuspol
einer Gleichstromquelle I6 in Verbindung steht. Der Pluspol der Gleichstromquelle
I6 ist über eine Leitun 17 mit der Kontaktfeder II des Umschaltkontaktes verbunden,
während die Kontaktfeder 10 über eine Leitung 18 an den einen Pol eines allen Meßrädern
gemeinsamen Summenkondensators 19 angeschlossen ist, der eine verhältnismäßig hohe
Kapazität besitzt und dessen zweiter Pol durch die Leitung 20 mit dem Minuspol der
Gleich stromquelle i6 in Verbindung steht. Parallel zu dem Summenkondensator 19
ist über die Leitungen 21 und 22 ein Voltmeter 23 angeschlossen. Die Anschlußpunkte
der drei Federn 9, I0, II des Umschaltkontaktes liegen an den Verteilerleitungen
24, 25, 26, so daß die Kontaktfeder g mit der Verteilerleitung 24, die Kontaktfeder
10 mit der Verteilerleitung 25 und die Kontaktfeder 11 mit der Verteilerleitung
26 verbunden ist.
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An die drei Verteilerleitungen 24, 25, 26 sind die Umschaltkontaktfedern
9, I0, 11 sämtlicher Meßräder parallel angeschlossen. Die Zahl der Abtastvorrichtungen
und Kontaktsätze richtet sich nach der größten Arbeitsbreite der Maschine.
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Im nicht messenden Zustand laufen Stifte 27 in Nuten 28 der Auflagewalze
I, ohne daß sie hierbei den Kipphebel 7 berühren. In dieser Stellung sind die Kontaktfedern
9, in geschlossen, und der Einheitskondensator 14 wird von der Stromquelle I6 über
die Leitung 17, die Kontaktfedern II und g sowie die Leitungen I3 und 15 aufgeladen.
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Im Meßzustand schwingt einmal das Meßrad 3 um den Betrag der Dicke
des Meßgutes um den Drehpunkt 29 nach aufwärts, und zum anderen werden an der Abtaststelle
die Stifte 27 nach oben gedrückt, so daß sie beim Anlaufen gegen die Nase 8 den
Kipphebel 7 schwenken, der dabei den Wechsel der Kontakt,-stellung von 9, II auf
9, 10 bewirkt. In der Kontaktstellung 9, 10 wird der Einheitskondensator 14 kurzzeitig
mit dem Summenkondensator 19 verbunden, dem er hierbei seine Ladung abgibt.
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Dreht sich nun das Meßrad 3 weiter, dann öffnet sich der Kontakt
zwischen den Federn 9, I0, und der Kipphebel 7 schwingt infolge seines Gewichtansatzes3I
in die in Fig. I gezeigte Stellung zurück, in welcher wieder die Kontaktgabe mit
den Federn g und II erfolgt. Damit ist der Ruhezustand wiederhergestellt, und der
Einheitskondensator 14 lädt sich von neuem aus der Stromquelle I6 auf.
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Da an jedem Meßrad die Wiederkehr einer solchen Wechselfolge jeweils
nach Durchlauf einer Längenmeßeinheit des Meßgutes erfolgt, bedeutet die Kontaktgabe
mit den Federn 9, 10 den Durchgang einer Längenmeßeinheit.
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Die Kapazität des Summenkondensators Ig beträgt ein Vielfaches der
Kapazität des Einheitskondensators 14 und hängt von der Zahl der mit der Maschine
zu messenden Flächeneinheiten ab. Da für jede zu messende Flächeneinheit der Einheitskondensator
14 eine Einheitsladung an den Summenkondensator 19 abgibt, muß dessen Kapazität
bei einem maximalen Meßbereich von n Flächeneinheiten das n-fache der Kapazität
der Einheitskondensatoren betragen.
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Soll nun die Kapazität eines Einheitskondensators mit Ce bezeichnet
werden, dann muß die Kapazität Cs des Summenkondensators mindestens Cs = n Ce (I)
sein. In diesem Falle lädt sich bei vollkommener Ausnutzung des Meßbereiches der
Summenkondenstator 19 auf den Spannungswert der Speisestromquelle auf.
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Mit Us, als Speisespannung erhält man als Ladung eines Einheitskondensators
Je = je U8, (2) und bei Überführung dieser Ladung Qe in den Summenkondensator in
diesem eine Ladung von Qs = Cs uz} (3) wobei U die Spannung darstellt, die nach
Überführung von Qe am Summenkondensator auftritt. Da sich die energiemäßige Größe
der Ladung bei Überführung von einem Kondensator in den anderen nicht ändert, können
die rechten Seiten der Gleichungen (2) und (3) gleichgesetzt werden, und man erhält
dann C, = cis Uz. (4) Setzt man den Wert von C5 aus Gleichung (I) in Gleichung (4)
ein, so erhält man C, = X = n zu UZ zu Uz, und es bleibt als Spannung am Summenkondensator
nach Überführung einer Ladung eines Einheitskondensators Usm n Setzt man den Wert
U3, n da sowohl U,, als Speisespannung als auch n eine Konstante darstellt, so entsteht
bei Überführung von x Einheitsladungen in den Summenkondensator an diesem eine Summenspannung
von der Größe x d. h., die gemessene Spannung ist direkt proportional der Anzahl
x der überführten Einheitsladungen. Da diese aber auch gleich der Anzahl abgetasteter
Flächeneinheiten ist, stellt sie nach der Gleichung F=, f=.K ein direktes Maß für
die abgetastete Oberfläche dar, und die Skala des Meßinstrumentes kann direkt in
Flächeneinheiten geeicht werden. Hierbei können die Einheitsladungen von den Einheitskondensatoren
in gänzlich beliebiger Folge oder auch gleichzeitig an den Summenkondensator abgegeben
werden.
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Da die Aufladung des Summenkondensators nach einem Exponentialgesetz
vor sich geht, wird der Kapazitätswert von C5 vorzugsweise mindestens gleich 10
n C gewählt, so daß der Ladevorgang des Summenkondensators im wesentlichen im geraden
Teil der Exponentialcharakteristik erfolgt und dadurch eine lineare Eichung der
Meßskala möglich wird.
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Die in dem Ausführungsbeispiel als Batterie dargestellte Stromquelle
I6 kann in der Praxis auch durch ein stabilisiertes Netzgerät ersetzt werden. Die
Spannung dieses Netzgerätes wird zweckmäßig so gewählt, daß die gesamte Anlage als
Schwachstromanlage ausgelegt werden kann, so daß keine besonderen Schutzmaßnahmen
erforderlich sind.
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Das für die Spannungsmessung benötigte Voltmeter 23 muß einen möglichst
geringen Eigenstromverbrauch haben, um eine zu schnelle Entladung des Summenkondensators
durch das Instrument zu vermeiden. Ein Röhrenvoltmeter oder ein Meßinstrument ähnlich
geringen Eigenverbrauches erfüllt diese Forderungen.
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Das beschriebene Meßprinzip ermöglicht es, die Spannungsmessung am
Summenkondensator der jeweiligen Größe des Meßgutes anzupassen und dadurch die Genauigkeit
der Messung zu erhöhen. Dies kann
durch einfache Bereichumschaltung
des Voltmeters auf größere Empfindlichkeit erreicht werden.
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PATENTANSPR0CHE: 1. Einrichtung zum Messen von Flächen nach dem Streifensummierverfahren,
bei der die zu messende Fläche durch Abtastvorrichtungen in eine ihr proportionale
Anzahl von Stromimpulsen 'aufgelöst wird, deren Größe durch einen Einheitskondensator
begrenzt ist, und bei der die das gesuchte Flächenmaß darstellende Summe der Stromimpulse
durch Messung der Gesamtladung von Summenkondensatoren ermittelt wird, die durch
die bei der Abtastung erzeugten Stromimpulse aufgeladen werden, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Abtastvorrichtung ein gesonderter Einheitskondensator (I4) zugeordnet
ist und daß diese Einheitskondensatoren (I4) ihre Meßladung nach Maßgabe der Abtastimpulse
unabhängig voneinander an einen gemeinsamen Summenkondensator (I9) abgeben, dessen
Kapazität ein Mehrfaches des Produktes aus der Kapazität eines Einheitskondensators
und der maximal möglichen Anzahl der bei einem Meßvorgang erfolgenden Entladungen
der Einheitskondensatoren ist.