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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Erfassen des Betriebsverhaltens, d.h. der Funktion des Gewebespanners in einer Papiermaschine, in der ein um eine zur Papiermaschine gehörende Walze laufendes Gewebe durch Verlagern dieser besagten Walze mit einem Gewebespanner gespannt wird, wobei bei diesem Verfahren ein in Verbindung mit dem Gewebespanner angeordneter Kraftsensor eingesetzt wird und der damit gemessene Wert zum Erfassen der Funktion des Gewebespanners an dem Sollwert der zum Gewebespanner gehörenden Antriebsvorrichtung verglichen wird. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage zum Erfassen der Funktion des Gewebespanners in der Papiermaschine. Unter Gewebe sind in diesem Zusammenhang Siebe, Filze und überhaupt Transportbänder zu verstehen.
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Papier- und Kartonmaschinen weisen zahlreiche eine Endlosschleife bildende Gewebe auf. Um neben einem möglichst störungsfreien Lauf auch ein Führen des Gewebes zu ermöglichen, wird dieses gespannt. Dieses Spannen erfolgt mit einem Gewebespanner, der meistens von einer das Gewebe stützenden Walze und einer damit verbundenen Stell- oder Antriebsvorrichtung gebildet wird. In der Praxis erfolgt das Spannen einfach durch Verlagern der Walze. Die Kraft des Gewebespanners kann von einer Steuertafel der Papiermaschine aus geregelt werden, denn durch unnötig straffe Spannung wird des Gewebe beansprucht und seine Lebensdauer verringert. Probleme ergeben sich auch aus der unterschiedlichen Spannung aufeinanderfolgender Gewebe.
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Beim Einbau des Gewebespanners wird die Steuerung an Hand von Berechnungen und von Anweisungen des Herstellers ungefähr auf den richtigen Wert eingestellt. Mit anderen Worten, man weiß auf Grund von Erfahrung, welche Kraft der Gewebespanner bei einem bestimmten Vorschubwert der Antriebsvorrichtung zur Wirkung bringt. Gewebespanner und Gewebe nutzen sich allerdings während des Betriebs ab, und auch die Betriebsverhältnisse können Veränderungen erfahren, wobei das Gewebe dann gewöhnlich mit zu geringer Spannung läuft. Mit anderen Worten, man hält den Vorschubwert lange Zeit unverändert, wobei dann keine ausreichende Spannung mehr erzielt wird. Die von der Antriebsvorrichtung des Gewebespanners gelieferte Kraft kann in gewissen Fällen mit Hilfe von Kraftsensoren neu kalibriert werden, aber der Zustand des Gewebespanners und die wirklich auf das Gewebe wirkende Kraft bleiben dabei weiterhin ungeklärt. Der mit dem Gewebespanner gekoppelte Kraftsensor liefert also lediglich Aufschluss über die mit dem Gewebespanner bewirkte Kraft. Außerdem ist das vom Kraftsensor gelieferte Ergebnis ungenau, weil die Wirkung des Gewebes unberücksichtigt bleibt. Während des Betriebs kann die Sieb- bzw. Filzspannung mit einer Messuhr manuell gemessen werden, was jedoch ein ausgesprochen ungenaues Verfahren ist. Außerdem ist ein Erfassen der Funktion des Spanners mit Messuhr nicht möglich.
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Aus der
DE 103 26 133 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Regeln der Spannkraft eines umlaufenden Bandes beschrieben. Das Band wird an Walzen umgelenkt, von denen eine als Kraftmesswalze und eine andere als Spannkraftregelwalze ausgebildet ist. Die Kraftmesswalze weist einen Kraftsensor zur Messung der Lagerkraft auf.
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Ein ähnliches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind auch aus der
DE 44 39 889 C1 bekannt.
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Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, zum Kartieren, d.h. Erfassen der Funktion des Gewebespanners in Papiermaschinen ein neuartiges Verfahren zu schaffen, mit dem sich außerdem der Zustand des Gewebespanners und die auf das Gewebe tatsächlich wirkende Kraft ermitteln lassen. Weiter soll mit der Erfindung eine zum Erfassen der Funktion des Gewebespanners in der Papiermaschine dienende neuartige Anlage geschaffen werden, die sich problemlos am Gewebespanner anordnen lässt, und mit der sich schnell mehrere verschiedene Größen messen lassen. Die kennzeichnenden Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus Patentanspruch 1 hervor. Entsprechend gehen die kennzeichnenden Merkmale der erfindungsgemäßen Anlage aus Patentanspruch 6 hervor. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden mehrere verschiedene Größen gleichzeitig gemessen, wobei neben der auf das Gewebe wirkenden Kraft auch den Zustand des Gewebespanners leicht zu erfassen ist. An Hand der Messungen können gleichzeitig auch die Sollwerte des Gewebespanners kalibriert werden. Die erfindungsgemäße Anlage lässt sich problemlos an den Gewebespanner anschließen. Außerdem lassen sich mit der Anlage verschiedenartige Gewebeumläufe und -spanner schnell und zuverlässig messen. Die Messergebnisse zeichnen sich durch hohe Genauigkeit aus und können leicht an den Sollwerten verglichen werden. Trotz der Vielseitigkeit der Messung kann die Anlage von einer Person bedient werden, wenngleich durch Mitwirken mehrerer Personen die Vorbereitungszeit verkürzt wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen, in denen einige Anwendungen der Erfindung dargestellt sind, im Einzelnen beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 die erfindungsgemäße Anlage, angeordnet an einem Gewebespanner;
- 2 den zu der Anlage gehörenden Kraftsensor in axonometrischer Darstellung; und
- 3 einen mit der erfindungsgemäßen Anlage erstellte Graphen, der u.a. die auf das Gewebe wirkende Kraft als Funktion des Druckes zeigt.
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1 zeigt die in Verbindung mit einem Gewebespanner 10 angeordnete erfindungsgemäße Anlage im Prinzip. In der Zeichnung sind nur ein Teil des Gewebes 11 und drei Gewebe-Stütz- oder Leitwalzen 12, 13 und 14 dargestellt. In der Regel handelt es sich bei den Geweben 11 in der Papiermaschine um Filze oder Siebe, die jeweils endlose Schlaufen bilden. Eine kontrollierte Führung des Gewebes 11 setzt ausreichende Spannung des Gewebes 11 voraus. Zu diesem Zweck ist dem Gewebe 11 ein Gewebespanner 10 zugeordnet, der in diesem Fall auf der Führer- und der Antriebsseite der Papiermaschine je einen beweglichen Schlitten 15 hat. Für den Schlitten 15 sind an der Papiermaschine auch passende Führungen 16 angebracht.
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In der Praxis erfolgt das Spannen des Gewebes 11 durch Verlagern der Walze 13, was durch eine am Schlitten 15 angeordnete Antriebsvorrichtung 17 bewerkstelligt wird. Diese Antriebsvorrichtung 17 besteht gewöhnlich aus einem Hydraulik- oder einem Elektromotor, dessen Kraft zum Beispiel über Bewegungsschrauben und eine Zwischenwelle gleichmäßig auf den führerseitigen und den antriebsseitigen Schlitten 15 übertragen wird. Dabei bewegt sich die Walze 13 in Längsrichtung der Papiermaschine, wodurch das Gewebe 11 über seine gesamte Breite gleichmäßig gespannt wird. Die Gewebespannung kann im Allgemeinen an einem Steuerpult oder in der Schaltwarte abgelesen werden. Das Steuerpult des hydraulischen Gewebespanners 10 hat außerdem gewöhnlich Druckanzeige, mit der sich an Hand der vom Hersteller angegebenen Werte die vom Gewebespanner 10 bewirkte Kraft grob bestimmen lässt.
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1 zeigt in Form einer Prinzipzeichnung die erfindungsgemäße Anlage in Messbereitschaft. Die Anlage hat einen Kraftsensor 18, der in Verbindung mit dem Gewebespanner 10 angeordnet ist. Zum Erfassen der Funktion des Gewebespanners 10 weist die Anlage ferner Mittel 19 zum Messen des Wertes des Kraftsensors 18 und zum Vergleichen dieses Wertes am Sollwert der zum Gewebespanner 10 gehörenden Antriebsvorrichtung 17 auf. Weiter hat die erfindungsgemäße Anlage ein biegsames Zugelement 20, das gemäß dem tatsächlichen Laufweg des Gewebes 11 über die Walze 13 geführt wird. Außerdem hat das Zugelement 20 Befestigungsmittel 21 sowohl zum Befestigen des Zugelements 20 beiderseits der Walze 13 als auch zum Befestigen des Kraftsensors 18 am Zugelement 20. In 1 ist der Kraftsensor 18 am Zugelement 20 angeordnet, das mit seinen beiden Enden an der Stuhlung der Papiermaschine oder an einer sonstigen stabilen Konstruktion befestigt ist. Durch Verwendung eines biegsamen Zugelements 20 kann dieses dem Gewebe 11 folgend angeordnet werden, was eine bedeutende Verbesserung der Messgenauigkeit bringt. Mit anderen Worten, das Zugelement 20 wird wenigstens über die Spannwalze und die davor und die dahinter befindliche Walze geführt. Außerdem werden die Kraftsensor-Werte gemäß der Erfindung bei mehreren verschiedenen Sollwerten der Gewebespanner-Antriebsvorrichtung 17 bestimmt. Bevorzugt werden die Kraftsensor-Werte sowohl beim Spannen als auch beim Lockern des Gewebes 11 bestimmt. Dabei können dann neben dem Erfassen der Funktion des Gewebespanners 10 auch dessen Zustand und zum Beispiel die durch Betrieb und Konstruktion bedingten Reibungswerte ermittelt werden. Genaueres über die Messung und die Funktion der Anlage findet sich weiter unten im Text.
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Das Erfassen der Funktion des Gewebespanners 10 erfolgt bei unbewegtem, aber ansonsten an seiner Stelle befindlichem Gewebe 11. Gemäß der Erfindung dienen als Zugelement 20 zwei schmale Zurrgurte 22, die in dem einen Endbereich der Walze 13 angeordnet werden. Zwischen diesen Zurrgurten 22 wird mit Hilfe von Verbindungselementen 21 der Kraftsensor 18 befestigt, der in 2 im Detail dargestellt ist. Wie in 1 gezeigt, wird das Zugelement 20 an einem Ende der Walze angeordnet, so dass das Gewebe 11 an seiner Stelle belassen werden kann. Weiter lässt sich das Zugelement 20 so problemlos über drei Walzen 12, 13, 14 führen und zum Beispiel mit Hilfe eines Flaschenzuges stabil befestigen, mit dem auch eine passende Vorspannung bewirkt wird. Das Zugelement 20 kann zum Kalibrieren des Kraftsensors 18 auch mit dem Flaschenzug belastet werden. Der in 2 gezeigte Kraftsensor 18 ist vom Typ her eine mit Dehnungsmessstreifensensor (DMS-Sensor) arbeitende Kranwaage, die sich durch Genauigkeit, Betriebszuverlässigkeit und stabilen Bau auszeichnet. Außerdem liefert der DMS-Sensor unmittelbar ein analoges Stromsignal, das proportional zur Kraft ist. Es können jedoch auch andersartige Kraftsensoren 18 eingesetzt werden.
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Mit dem bloßen Kraftsensor 18 lässt sich die mit dem Gewebespanner 10 bewirkte Kraft messen, aus der dann die aufs Gewebe 11 wirkende Kraft und daraus wiederum die Spannung des Gewebes 11 berechnet werden können. Diese Messung gestaltet sich vorteilhaft, wenn zum Beispiel die Maximalkraft des Gewebespanners 10 bestimmt werden soll. Die Maximalkraft kann zum Kalibrieren der Vorschubwerte der Antriebsvorrichtung 17 und allgemein zum Prüfen, ob mit dem Gewebespanner 10 eine ausreichende Spannung des Gewebes 11 erreicht wird, benutzt werden. Zustand und Funktion des Gewebespanners 10 lassen sich auf diese Weise hingegen nicht erfassen. Deshalb werden gemäß der Erfindung neben den Kraftsensor-Werten auch die den Sollwerten der Antriebsvorrichtung 17 entsprechenden tatsächlichen Vorschubwerte gemessen. So umfasst denn die Anlage auch einen in Verbindung mit der Antriebsvorrichtung 17 des Gewebespanners 10 anzuordnenden Messsensor 23 zum Messen der tatsächlichen Vorschubwerte der Antriebsvorrichtung 17. Dadurch kann dann die dem einzelnen wirklichen Vorschubwert entsprechende wirkliche Kraft ermittelt werden. In 1 dient als Antriebsvorrichtung 17 ein Hydraulikmotor.
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In 1 ist der Hydraulikmotor an die Druckrohrleitung 24 der Hydraulikanlage und entsprechend an die Öltankleitung 25 angeschlossen. Die Hydraulikanlage und ihr Steuerungssystem sind hier nicht dargestellt. Zum Messen der tatsächlichen Vorschubwerte des Hydraulikmotors dient hier als Messsensor 23 ein Druckmessumformer, der vor dem Hydraulikmotor in die Druckleitung 24 geschaltet ist. In der Praxis kann der Druckmessumformer direkt an einen am Steuerpult vorhandenen (nicht dargestellten) Messstutzen angeschlossen werden. Bei Einsatz eines Elektromotors kann entsprechend zum Beispiel der Speisestrom mit einem passenden Sensor gemessen werden. Durch Messen der Vorschubwerte zusätzlich zu den Kraftsensor-Werten lässt sich der Zustand des Gewebespanners 10 ermitteln. Wenn zum Beispiel trotz Druckerhöhung die Kraft unverändert bleibt, weist die Antriebsvorrichtung 17 des Gewebespanners 10 Minderleistung auf oder ist ansonsten schadhaft oder es liegt in der Hydraulikanlage ein Defekt vor.
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Die vom Kraftsensor 18 und vom Messsensor 23 gelieferten Stromsignale haben eine Stärke von einigen Milliampere, so dass die Anlage auch einen Verstärker 26 aufweist. Gemäß der Erfindung wird dieser Verstärker 26 in Verbindung mit dem zu den Mitteln 19 gehörenden Überlastschutz 27 angeordnet. Mit der Überlastschutzeinrichtung 27 können die Sensorablesungen automatisch überwacht und Schäden verursachende eventuelle Überlastungen vermieden werden. Die Überlastschutzeinrichtung 27 hat außerdem einen Akku 28, so dass die Anlage auch ohne externe Stromversorgung betrieben werden kann. Außerdem verhindert der Akku 28 elektrische Störungen und kann auch als Bezugserde benutzt werden. Die Überlastschutzeinrichtung 27 hat weiter eine Anschlussstelle 30 für das zur Anlage gehörende Display 29. Dieses Display 29 ist mit einem mehrere Meter langen Kabel 31 versehen und kann somit an der jeweils erforderlichen Stelle, zum Beispiel am Steuerpult, aufgestellt werden. An Hand der Displayanzeige können zum Beispiel das am Steuerpult befindliche Manometer kalibriert und die Ablesungen während des Betriebs des Gewebespanners 10 verfolgt werden.
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Da viele Sensoren und mehrere Messstellen vorhanden sind, wäre es mühsam, wenngleich möglich, die Werte von Hand aufzuzeichnen. Gemäß der Erfindung umfassen die Mittel 19 deshalb auch einen an die Überlastschutzeinrichtung 27 anzuschließenden Computer 32 zum Speichern der von dem Kraftsensor 18 und dem Messsensor 23 gelieferten Werte. Außerdem werden in dem Computer 32 die Sollwerte der Antriebsvorrichtung 17 und diverse Papiermaschinendaten gespeichert und verarbeitet. Dabei kann aus den Messwerten die auf den Meter Breite bezogene Spannung des Gewebes 11 berechnet werden. Bei den meisten Geweben 11 wird eine Spannung von 2,5 kN pro Meter Breite angestrebt.
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Zu Beginn der Messung werden das Zugelement 20 und der Kraftsensor 18 auf der Führerseite des Gewebespanners 10 auf das Walzenende aufgezogen. Der Druckmessumformer wird an den Druckmessstutzen angeschlossen, und der Kraftsensor 18 und der Druckmessumformer werden mit der Überlastschutzeinrichtung 27 gekoppelt. Zum Schluss wird der Computer 32 an die Überlastschutzeinrichtung 27 angeschlossen, die eingeschaltet wird. Bei laufendem Computer 32 wird das Messprogramm gestartet und mit den erforderlichen Daten gefüttert. Vor der Messung sind die Überlastschutzeinrichtung 27 und die Sensoren zu kalibrieren. Zu Beginn wird der Gewebespanner 10 auf Maximal- und Minimalspannung gefahren um einen Überblick über seine Funktion zu gewinnen; dann können die passenden Messpunkte ausgewählt werden. Messungen an verschiedenen Punkten werden sowohl beim Spannen als auch beim Lockern des Gewebes 11 dergestalt durchgeführt, dass man den Gewebespanner 10 ohne Rückwärtsschritte von einem Extremwert zum anderen fährt. Zur Feststellung der Reproduzierbarkeit wird die Messung mehrmals wiederholt.
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In das Messprogramm werden Daten über die Papiermaschine, das zu messende Gewebe 11 und den eingesetzten Gewebespanner 10 eingegeben. Ein besonders wichtiges Maß ist die Gewebebreite, weil ja die Spannung auf den Meter Breite bezogen angegeben wird. Weiter werden in das Messprogramm die theoretischen Minimum- und Maximumwerte der Spannung und des Druckes sowie die Messbereiche der Sensoren eingegeben. Beim Starten der Software werden die Werte sowohl im Display 29 als auch im Computer 32 aktualisiert. Die Werte der gewünschten Messstellen werden im Computer 32 gespeichert, und mit Voranschreiten der Messung entwickelt sich auf dem Display 29 die Mess(wert)kurve. Auch die Sollwerte der Messstellen können in den Computer 32 eingegeben werden, wobei sich dann die theoretischen Werte an den wirklichen Werten vergleichen lassen. Der passende Anfangspunkt der Messungen ist in der Praxis gewöhnlich der Minimumwert der theoretischen Geraden (ca. 20 bar); der passende Messpunktabstand beträgt 5-10 bar.
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Mit der Anlage werden also gleichzeitig mehrere Größen wie der Hydraulikdruck, die Spannung und die Kraft gemessen. Im Computer 32 werden auch die Gewebebreite, die Anzahl der Messungen und die Grenzwerte des Druckmessumformers sowie die Druck-, Spannungs- und Kraft-Anzeigebereiche gespeichert. Desgleichen werden die theoretischen Werte und die ins Steuerpult eingegebenen Werte für spätere Zwecke gespeichert. An Hand der Werte kann mit dem Rechenprogramm ein Graph erstellt werden wie er in 3 gezeigt ist. Auf der Abszisse ist der Druck, auf der Ordinate die Kraft abgetragen. Die gestrichelte Linie stellt die theoretische Kraft dar, deren Werte vor der Messung eingegeben wurden. Die zusammenhängende zickzackförmig verlaufende Linie repräsentiert die Messpunktwerte. Hauptsächlich wegen Reibungskräften variiert die Kraft beim Fahren des Gewebespanners 10 in die beiden Richtungen, was sich in dem Graphen als deutliche Hysterese äußert. Aus dem Graphen ist auch ersichtlich, dass die tatsächliche Kraft über den gesamten Messbereich unter der theoretischen Geraden liegt. Mit anderen Worten, um ausreichende Spannung zu erzielen müsste der Druck an der betreffenden Stelle auf 75 bar erhöht werden.
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Die bekannten Gewebespanner 10 haben auch eine Bremse, mit der die Spannung in Problemsituationen zu halten versucht wird. Ohne Bremse würde sich die Walze 13 ungehindert bewegen und das Gewebe 11 sich jäh lockern, was Schäden zur Folge hätte. Mit der erfindungsgemäßen Anlage kann auch der Zustand dieser Bremse geprüft werden. Beim Testen werden ständig die Kraftsensorwerte ermittelt während die Sollwerte der Antriebsvorrichtung 17 auf Null gestellt werden. Dies ähnelt der Situation, in der zum Beispiel die Hydraulikdrücke aus irgendeinem Grund völlig ausfallen. Die Bremse müsste dann die Spannung aufrechterhalten. In dem Graphen von 3 ist dies durch die zusammenhängende, beim Wert 0,5 kN/m endende Gerade dargestellt. Als Minimalwert gilt in diesem Fall 1 kN/m, so dass also die Bremse mit Minderleistung arbeitet oder fehlerhaft funktioniert.
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Während der Messungen kann die u.U. Beobachtung gemacht werden, dass trotz Druckerhöhung die erforderliche Spannung mit dem Gewebespanner 10 nicht erreicht wird. Bei Einsatz eines Hydraulikmotors kann dessen Zustand zum Beispiel durch Messen der Leckströmung bestimmt werden. Deshalb gehört zu der Anlage auch wenigstens ein Durchflussmesser 33, der in die Bypassleitung 34 des Hydraulikmotors (1) eingefügt wird. Liegen die Messwerte über dem vom Hersteller angegebenen Wert, kann mit hoher Wahrscheinlichkeit angenommen werden, dass der Hydraulikmotor abgenutzt ist und somit gewartet oder sogar ausgewechselt werden muss. Bei Bedarf können gleichzeitig auch die Strömungen in der Öltank- und der Druckleitung gemessen werden, wobei man zum Beispiel Aufschluss über eventuelle Verstopfungen erhält.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Anlage können am Gewebespanner 10 die tatsächlichen Werte gemessen werden, wonach sich die Regeleinrichtungen leicht kalibrieren lassen. An Hand der Messungen wird gleichzeitig der Zustand des Gewebespanners 10 bestimmt, so dass die eventuell erforderlichen Reparaturen vorgenommen werden können. Die Messung lässt sich schnell durchführen und die Resultate sind sofort verfügbar, so dass die Messung auch schnell wiederholt werden kann und zufallsbedingte Fehler vermieden werden. Erleichtert wird das Kalibrieren auch durch das mühelose gegenseitige Vergleichen der theoretischen und der gemessenen Werte an Hand des zu erstellenden Graphen. Außerdem eignet sich die Anlage für verschiedenartige Gewebespanner 10 und Gewebe 11. Das biegsame Zugelement 20 ermöglicht eine sachgemäße Montage des Kraftsensors 18, und die einfache aber effiziente Anlage liefert unverzüglich ein genaues Ergebnis. Insgesamt erhält man mit der Anlage ein genaues Bild von der vom Gewebespanner 10 tatsächlich auf das Gewebe 11 ausgeübten Kraft und deren Gleichmäßigkeit. Gleichzeitig können die mechanischen Reibungskräfte des Gewebespanners 10 bestimmt und die Gewebespannungsmessung kalibriert werden.
