FI72392C - Beroeringsfri banspaenningsmaetare. - Google Patents

Description

1 72392

Kosketukseton radan jännityksen mittauslaite

Keksintö koskee 1. patenttivaatimuksen johdannossa esitettävää, yleistä tyyppiä olevaa radan jännityksen mit-5 tauslaitetta.

Liikkuvien ratojen kosketukseton mittaus tunnetaan ennestään, ja se on tullut käyttöön esimerkiksi säädettäessä jännitys, kun paperi kelataan rulliksi tai rullat puretaan. Esimerkkinä tästä on US-patentti 2 945 637. Rata vedetään 10 tällöin kaareutuvana taivutetun levyn yli, joka on varustettu rei'illä, joiden läpi puhalletaan sisään ilmaa, niin että levyn ja paperin väliin muodostuu tietty ilmakerros.

Mitä suurempi paperin jännitys on, sitä pienempi on silloin ilman kulutus, niin että ilmanpaine kasvaa rei'illä varuste-15 tun levyn takana. Vastaava laite tunnetaan SE-patentista 207 513, jolloin paineen mittaaminen tapahtuu kuitenkin yhden tai useamman mittausaukon kautta, jotka on tehty siihen seinämään, jossa ilmanpoistoreiät ovat. Radan jännitys on tällöin mahdollista mitata lukuisista eri kohdista radan 20 leveydellä.

Näiden tunnettujen kosketuksettomien radan jännityksen mittaavien laitteiden epäkohtana on kuitenkin, että ne edellyttävät radan suunnan muuttamista vetämällä rata levyn tai vastaavan rakenteen yli, tosin ilmakerrosta käyttäen 25 ja tällöin ainakin periaatteessa, mutta ei varmasti kosketuk- settomasti. SE-patentista tunnetun laitteen ollessa kyseessä radan jännitys on tosin mahdollista mitata eri kohdista radan leveydellä, mutta vain kiinteistä, rakenteen määräämistä kohdista.

30 Keksinnön tavoitteena on saada aikaan sellainen kos ketukseton radan jännityksen mittauslaite, joka voidaan sijoittaa rataa päin tarvitsematta muuttaa radan suuntaa ja joka voidaan sitä paitsi sijoittaa vapaasti mitä tahansa radan kohtaa päin radan leveydellä, ja joka sopii tällöin 35 asennettavaksi poikittaismittauspäähän yhdessä muiden mittauslaitteiden kanssa, joilla mitataan vahvuutta, kosteus- 2 72392 pitoisuutta ja muita prosessin ohjauksen ja laaduntarkkailun kannalta tärkeitä muuttuvia suureita. Mittauksen on annettava mieluimmin myös lineaarinen tai melkein lineaarinen tulos.

5 Tämän tavoitteen valaisemiseksi voidaan mainita, että käyttäessäni vahvuuden mittauslaitteita liikkuvia paperiratoja varten olen kokeiden avulla todennut, että paperiradan vahvuus, ainakin kosketuksettomasti tai pienellä pintapaineella mitattuna, muuttuu hämmästyttävällä tavalla 10 radan jännityksen muuttuessa. Ensin voitaisiin ehkä ajatella, että lisääntynyt jännitys aiheuttaisi paperin muodostumisen ohuemmaksi poikittaiskutistumisen vuoksi. Kokeellisesti todetaan tällöin kuitenkin huomattavasti monimutkaisempi ilmiö, joka riippuu lisäksi käytettävästä vahvuusmit-15 tarityypistä. Käytettäessä SE-kuulutusjulkaisussa 434 997 esitettyä kosketuksetonta mittarirakennetta sanomalehtipaperia varten venyminen saa aluksi aikaan, että mitattu vahvuus lisääntyy ensin 3-4 ^um (voima 0 - 0,2 N/m), sitten se lisääntyy hitaammin vielä muutaman ^um:n verran (voima 20 0,2-1,0 N/m) ja vähenee vasta sen jälkeen jännityksen li sääntyessä. Oletan, vaikka en olekaan varma, että tämä vaikutus johtuu paperin "nukan" nousemisesta ylös paperin jännityksen lisääntyessä. Jotta paperin vahvuudesta voitaisiin saada oikea arvo, on siis tunnettava jännitys asiaan 25 kuuluvan korjauksen suorittamista varten. Sanomalehtipaperin normaalivahvuus voi olla 80 ^um ja onkin toivottavaa, että sitä voidaan ohjata muutaman ^um:n puitteissa tai paremmin. On muuten huomattava, että koskettavat vahvuuden mittauslaitteet ovat vielä enemmän riippuvaisia radan jän- 30 nityksestä kuin nyt käsiteltävä kosketukseton mittauslaite.

Radan jännityksen mittaaminen muihin mittauksiin liittyen on toivottavaa valmistuksen jatkuvan tarkkailun kannalta paperikoneen ohjaamiseksi. Tällainen ohjaus tapahtuu yleensä lähinnä siten, että koneen telaa lämmitetään 35 enemmän tai vähemmän eri kohdissa sen pituudella tasaisen li 3 72392 vahvuuden saamiseksi aikaan. Paperin tasainen vahvuus onkin eräs kirjapainojen esittämä vaatimus. Radan jännitystä koskevat tiedot ovat myös tärkeitä, kun on kysymys paperin kelaamisesta rulliksi, ja onkin syytä epäillä, että radan 5 jännitykseen rullissa liittyvät virheellisyydet aiheuttavat monia odottamattomia radan katkeamisia esimerkiksi sanomalehtiä painettaessa. Radan jännitykseen nähden hyvin kelattu paperirulla poikkeaa myös vähemmän pyöreästä muodosta.

Edellä mainittuihin tavoitteisiin ja etuihin pääs-10 tään keksinnön mukaan sellaisella kosketuksettomalla radan jännityksen mittauslaitteella, jolla on myöhemmin esitettävässä 1. patenttivaatimuksessa mainitut piirteet.

On edullista, että mittauslaite on sellainen, että sitä ohjataan painekaasun avulla teleskooppirakenteena, 15 jolloin se vetäytyy kokoon painekaasun loppuessa. Tähän päästään 2. patenttivaatimuksen mukaisella rakennemuodolla. Tällöin suositettava rakennemuoto esitetään 3. patenttivaatimuksessa, ja teleskooppitoiminto tulee siinä mahdolliseksi vain silloin, jos paine ylittää tietyn minimipaineen. 20 Tähän liittyvä lisäparannus ja myös parannettu mittausteho saadaan aikaan 4. tai 5. patenttivaatimuksen mukaisella rakenteella. Paineaukon leveyden on oltava pieni radan leveyteen nähden, ja mieluimmin se ei saa ylittää kahdeskymmenesosaa siitä ja on edullista, että vain ne huulet, jotka 25 rajaavat paineaukon ja mittausaukon, suuntautuvat rataan päin.

Keksintöä selostetaan nyt rakenne-esimerkin avulla, jota havainnollistetaan piirustuksessa.

Kuvio 1 esittää sivukuvaa radan jännityksen mittaus-30 laitteesta.

Kuvio 2 esittää samaa radan jännityksen mittauslaitetta läpileikkauksena.

Kuvio 3 esittää kiinteää koejärjestelyä.

Kuvio 4 esittää erästä koetulosta kuvion 3 mukaisesta 35 koejärjestelystä.

4 72392

Kuvio 5 esittää vahvuuden vaihtelua radan jännityksen mukaan kahtena erilaisia papereita koskevana esimerkkinä.

Kuvio 6 havainnollistaa radan jännityksen huomioon ottamatta tapahtuvan paperiprofiilin korjauksen vaikutusta.

5 Kuviossa 1 esitetään kaaviona sivukuva keksinnön mukaisesta radan jännityksen mittauslaitteesta. Pidikkeessä 3 on mittauspää, joka on pääasiassa lieriön muotoinen ja halkaisijaltaan 30 mm. Paineilman sisääntulo esitetään kohdassa 4 ja putki 5 voidaan yhdistää painemittariin. Niitä 10 tunnetaan monenlaisia tyyppejä. Rakenne-esimerkissä käytetään pienpainemuutinta, malli 261, valmistaja Setra Systems, 45 Nagok Park, Acton, Mass., USA. Kuten kuviosta 2 voidaan selvemmin nähdä, mittauspää on kaksiosainen ja käsittää kiinteän osan 1 ja liikkuvan osan 2, jotka ovat teleskoop-15 pirakenteisia. Kiinteä yläosa on ontto ja käsittää kapeamman reiän 14 ja leveämmän reiän 16 ja kannen 18, jonka läpi on vedetty paineilmaputki 4. Liikkuva osa käsittää suutinosan, joka on kiinnitetty reikään 14 menevään varteen 15, jonka toisessa päässä on leveämpään reikään 16 sopiva mäntä 13.

20 Painejousi 12 on järjestetty niin, että se pyrkii vetämään varren 15 sisään kuviossa 2 esitettyyn asentoon. Varren läpi on tehty suutinosaan asti ilmakanava 11, joka päättyy toisessa päässään männän yläsivuun järjestettyyn tiivistys-renkaaseen 17, joka tiivistyy esitetyssä asennossa kannen 25 18 sisäpuolta vasten, ilman sisääntuloreiän 4 ympärillä.

Voidaan todeta, että syötetty paineilma vaikuttaa esitetyssä asennossa mäntään 13 vasta sitten, kun on saatu niin suuri paine, että tiivistysrengas 17 on irronnut kannesta 18 jousen 12 vastavaikutuksesta johtuen.

30 Kanava 11 tulee karkean sintterilevyn 19 läpi ulos päin avautuvaan tilaan 8. Sintterilevy auttaa kanavan 11 pysymistä paineistettuna, niin että paineilman syötöllä saadaan riittävä paine, jotta mäntä 13 saa paineen koko yläpintaansa, minkä jälkeen mäntä puristaa liikkuvan osan 2 35 käyttöasentoon, jota ei ole esitetty.

Il 5 72392

Kun radan jännityksen mittauslaitetta käytetään mittaamiseen, rata ohjataan sen viereen ja se tulee laitetta käytettäessä noin 1 mm päähän liikkuvan osan 2 alaosasta sekä muodostaa seinämän tilaan 8. Tämän ympärillä 5 on renkaan muotoinen tila 7, jossa on samoin renkaan muotoinen mittausrako 9, joka on rajattu ulospäin huulella 10. Kun tila 8 paineistetaan nyt 0,5 - 1 baarin paineella, joustava rata siirtyy erilleen enemmän tai vähemmän sen jännityksestä riippuen. Se paine, joka mitataan johdon 5 10 avulla mittausrakoon 9 yhdistetyllä painemittarilla, vaih-telee radan jännityksestä riippuen. Sen sijaan mittaustulos ei ole erityisen herkkä syötetyn ilman paineelle, mistä johtuen jo hyvinkin vaatimattomat paineensäätölait-teet riittävät.

15 Suhteellisen yksinkertaisten olosuhteiden perus teella pystytään tosin etukäteen ennustamaan, että tällainen riippuvuus on odotettavissa. Alan asiantuntijasta saattaa kuitenkin tuntua hämmästyttävältä, että tämä vaikutus osoittautuu lineaariseksi tai melkein lineaariseksi radan 20 jännityksestä riippuen, mistä johtuen keksintö sopiikin erittäin hyvin mainittuihin mittaustarkoituksiin.

Tämä on voitu todeta kokeiden avulla. Eräässä kokeessa paperi 30 (sanomalehtipaperityyppiä), joka oli 2 m pitkä ja 440 mm leveä, ripustettiin pystysuoraan kah-25 den tuen 31 ja 32 väliin ja kuormitettiin säiliöllä 33, joka voitiin täyttää vedellä. Säiliön ollessa tyhjä jännitys vastasi 220 g kuormitusta. Radan jännityksen mittauslaite 34 sijoitettiin paperin pintaa päin. Geometria käy selville kuviosta 3 mittojen ollessa esitetty milli-30 metreinä. Tällä järjestelyllä saatiin kuvion 4 mukaiset tulokset, jolloin X-akseli lie on merkitty käytetyn paine-mittarin täyden näyttämän arvot prosentteina. Tällöin saatiin melkein lineaarinen käyrä.

On todettava, että laitteen toimiessa virtaavan 35 kaasun avulla voimaolosuhteet eivät ole aivan yksinkertaisia. On selvää, että tilassa 8 (kuvio 2) on tietty staat- 72392 6 tinen paine, joka pyrkii luonnollisesti painamaan paperia ulospäin mittauspäästä. Samanaikaisesti kuitenkin ilmaa virtaa sivusuunnassa pään ja paperiradan väliin muodostuneeseen rakoon, jolloin Bernoullin lain mukaan syntyy tiet-5 ty alipaine, joka on omiaan vetämään paperia päätä päin.

Tämä alipaine vaikuttaa mitattavaan paineeseen. On hämmästyttävää, että näiden erilaisten vaikutusten tulos aiheuttaa radan jännityksessä lineaarisen tai melkein lineaarisen mittaustuloksen, samoin myös se, että mittaustulos riippuu 10 niin vähän laajalla alueella syötetystä paineesta.

Kokeita on tehty myös liikkuvilla radoilla paperin ollessa kelattu kahden rullan väliin. Tällöin käy todistettavalla tavalla ilmi, ettei radan nopeus vaikuta mittaustulokseen. Tällaisessa järjestelyssä rata muodostaa aivan 15 mittauspään eteen vähän näkyvän "laakson", joka on pari desimetriä pitkä vetosuunnassa ja jonka leveys ylittää vähän pään leveyden.

Sen paperiteollisuudessa esiintyvän erikoisongel-man valaisemiseksi, johon saadaan ratkaisu tällä keksinnöl-20 lä ja jota ei ole tiettävästi aikaisemmin huomattu, viitataan kuvioon 5, joka esittää paperin vahduuden muutoksen ^um-arvoina radan jännityksen funktiona. Käyrät 51 ja 52 esittävät koetuloksia, jotka on saatu kahden eri ruotsalaisen paperitehtaan valmistamalla sanomalehtipaperilla.

25 Ero ei ole sattumanvarainen, vaan näiden paperitehtaiden papereilla on ristiriidattomasti oma käyrämuotonsa. Tällöin nähdään, että nopea vahvuuden lisäys jännityksen lisääntyessä jatkuvasti vaihtuu hitaampaan, ja että sen korvaa lopuksi vahvuuden vähentyminen radan jännitysten 30 ylittäessä noin 1 N/m. On selvää, ettei vahduuden mittausta voida suorittaa suurella tarkkuudella paperiratojen ollessa jännitettyinä, ellei radan jännityksen vaikutusta oteta huomioon.

Kuviossa 6 havainnollistetaan radan jännityksen 35 puutteellisen kompensaation aiheuttamaa virheellistä vahvuuden mittausta. Kuviossa 6 esitetään X-akselilla sellai-

II

7 72392 sen paperiradan leveys, jonka oletetaan olevan aluksi tasapaksu, siis poikkeamatta vahvuuden halutusta normaaliarvosta. Tämä esitetään viivalla 61. Radan jännityksessä esiintyy kuitenkin radan leveydellä tietty vaihtelu, joka on esitet-5 ty katkoviivakäyrällä 62, joka onkin varsin kuvaava, koska radan jännitys on usein pieni reunoissa. Jos nyt mitataan vahvuus, mittaus tapahtuu väärin ja tarkemmin sanottuna paperin todetaan olevan paksumpi keskellä rataa. Kun tämä oletettu virhe sitten korjataan, kunnes vahvuusmitta-10 rissa nähdään tasainen vahvuus, saadaan itse asiassa sellainen vahvuuskäyrä, jossa on tietty poikkeama, kuten pis-tekatkoviivakäyrä 63 esittää.

Tarkkuusnäkökohdan kehittämiseksi on ilmoitettava seuraavaa.

15 Normaalin sanomalehtipaperin vahvuus on noin 80 ^,um.

10 yum:n suuruiset vahvuuden vaihtelut tekevät paperista täysin sekundalaatuisen, ja normaali valmistustoleranssi on tällä hetkellä 2 ^,um. Vahvuuden vaihtelut ovat merkittäviä sekä painotyön laadun että radan katkeamisvaaran kan-20 naita. Hyvä suurella tarkkuudella tapahtuva vahvuuden mittaus valmistyksen aikan olisi suuri etu, jotta paperin kuivapaino saataisiin tasaiseksi radan koko leveydellä. Tällä hetkellä joudutaan sen sijaan suorittamaan korjaus kuivaamalla paperi eri tavalla eri kohdissa radan leveydellä, niin 25 että vahvuuden vaihtelu saadaan pienemmäksi jo muodostettua paperia kalanteroitaessa. Valmiiden paperirullien suuruudeltaan erilainen kosteuspitoisuus on taloudellisesti epäedullista paperitehtaalle, joka voisi paremmalla, ainoastaan paremman vahvuuden mittauksen ansiosta mahdollisella ohjauk-30 sella alentaa raaka-ainemenekkiä paperitonnia kohden laadun huonontumatta. Radan jännityksen mittauksella saadaan lisäksi paremmat mahdollisuudet ohjata sanomalehtipaperin kelaamista rulliksi (halkaisija 2 m) radan jännityksen jakautumiseksi sopivalla tavalla. On muuten hyvin perusteltua 35 epäillä, että radan jännitysprofiilin huono jakautuminen sivusuunnassa on oleellinen syy radan katkeamisiin kirjapainoissa.

Claims (6)

1. Kosketukseton radan jännityksen mittauslaite jännityksen mittaamiseksi kahden ohjauslaitteen väliin jän- 5 nitettynä vedetystä materiaaliradasta, varustettuna lait teilla paineistetun kaasun syöttämiseksi mittauslaitteessa olevaan tilaan, joka on avonainen yhteen suuntaan ja tarkoitettu rajoitettavaksi materiaaliradan toisen, mainittua tilaa lähellä olevan sivun avulla, ja painemittarilla, joka on 10 tarkoitettu mittaamaan kaasun paine radassa mainitun tilan vieressä, tunnettu siitä, että se käsittää pidäkkeen (3), jossa on siihen kiinnitetty mittauspää (1, 2), jossa on painekaasun sisääntulokohta (4) ja tähän yhdistetty, tilaan (8) johtava kaasukanava (11) sekä tilan (8) ym-15 pärille järjestetty renkaan muotoinen tila (7), jossa on renkaan muotoinen aukko (9), jolloin tila (8) ja aukko (9) päättyvät mittauspään toiseen päätytasoon ja jolloin renkaan muotoinen tila on yhdistetty paineilmaisimeen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kosketukseton 20 radan jännityksen mittauslaite, tunnettu siitä, että mittauspäässä on kaksi toisiinsa nähden teleskooppi-sesti liikkuvaa osaa, jolloin ensimmäinen osa (1) on kiinnitetty pidikkeeseen (3) ja käsittää painekaasun sisään-tulokohdan (4), kun taas toinen osa (2) käsittää avonai-25 sen, paineistamiseen tarkoitetun tilan (8) sekä renkaan muotoisen tilan (7), jolloin osat toimivat mäntänä ja sylinterinä niiden siirtämiseksi paineistettua kaasua syötettäessä erilleen toisistaan jousen (12) vastavaikutuksesta.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kosketukseton radan jännityksen mittauslaite, tunnettu siitä, että toisessa osassa (2) on sen mittauspään mainitusta päätytasosta kauempana olevassa päässä varsi (15), jonka läpi kaasukanava (11) on vedetty, mainitun varren päätty-35 essä mäntään (13), jonka halkaisija on suurempi kuin varsi, ja että ensimmäisessä osassa (1) on ensimmäinen, pitkän- 72392 omainen aukko (14) varren sijoittamiseksi ja varren (15) jatkeessa männän (13) sijoittamista varten sovitettu toinen aukko (16), jolloin jousi (12) on männän (13) ja ensimmäisen aukon (14) väliseen toiseen aukkoon järjestetty 5 painejousi, sekä männän (13) jousen (12) vastakkaisessa päässä oleva kanava (11) päättyy renkaan muotoiseen tiivisteeseen (17), joka on sovitettu tiivistymään toisen aukon rajaavan seinämän (18) kohdalle tulevaa painekaasun sisääntulokohtaa (4) vasten.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kosketukseton radan jännityksen mittauslaite, tunnettu siitä, että kanavan (11) ja paineistamiseen tarkoitetun tilan (8) välissä on kuristuslevy (19).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kosketukseton 15 radan jännityksen mittauslaite, tunnettu siitä, että kuristuslevy (19) on sintterilevy.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kosketukseton radan jännityksen mittaulaite, tunnettu siitä, että paineistettavan tilan (8) aukko on järjestetty pie- 20 nemmäksi kuin kahdeskymmenesosa sen radan leveydestä, jolle mittaus on tarkoitettu, sekä rajattu ensimmäisellä huulella (6) renkaan muotoista aukkoa (9) vasten, joka on puolestaan rajattu ulospäin lisähuulella (10), mainittujen huulien rajatessa siis yhdessä renkaan muotoisen 25 aukon (9), jolloin rataa päin oleva mittauspään (2) sivu koostuu vain näiden molempien huulien muodostamasta pinnasta. 72392