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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Anzeige des Andruckes
von zwei gegeneinander wirkenden Flächen, von denen wenigstens eine eine gekrümmte
Rollenmantelfläche ist, mit einem Meßglied, das aus einem flachen isolierenden Tragstreifen
besteht, der wendelförmig mit elektrischem Widerstandsdraht bewickelt ist.
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Es ist aus der Zeitschrift »Industrie-Elektronik«, Heft 3/4 (1955),
S. 8 bis 11, bekannt, bei Druckmaschinen den Andruck zwischen einem Druckzylinder
und einer beispielsweise ebenen Gegenfläche mit Hilfe von Meßstreifen zu ermitteln.
Es werden dabei entweder ein oder mehrere Meßstreifen über die Andruckfläche des
Druckzylinders verteilt auf der Gegenfläche angeordnet. Die Meßstreifen sind dabei
als Dehnungsmeßstreifen ausgebildet. Bei derartigen Dehnungsmeßstreifen wird durch
den Andruck des Druckzylinders eine Lenkung der einzelnen Drähte des Meßstreifens
herbeigeführt. Um dies zu ermöglichen, ist der Meßstreifen an einer Blattfeder befestigt,
die sich während des tJber-sie-hinweg-Wälzens des Druckzylinders durchbiegt. Bei
der Durchbiegung ändert sich auch die Form des Dehnungsmeßstreifens, und die in
Durchbiegungsrichtung liegenden Drähte erfahren auf der Biegungsseite mit dem größeren
Krümmungsradius eine stärkere Längung, die zu einer Anderung des Gratwiderstandes
führt.
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Dehnungsmeßstreifen sind zur Ermittlung feinster Materiallängungen
geschaffen; sie sind deshalb überaus empfindlich. Nachteilig ist jedoch, daß die
Widerstandsänderungen in den Dehnungsmeßstreifen äußerst gering sind. Dies bedingt,
daß zur Ermittlung der Widerstandsänderungen aufwendige Verstärker notwendig sind.
Dabei muß auch sichergestellt sein, daß nicht infolge beispielsweise einer unsachgemäßen
Befestigung des Dehnungsmeßstreifens Meßfehler auftreten, die das Meßergebnis dann
verfälschen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Anzeige des Andruckes
zwischen zwei gegeneinander wirkenden Flächen zu schaffen, welche für Druckmaschinen
ausreichend genaue Ergebnisse liefert und ohne zusätzliche Verstärker auskommt.
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Die gestellte Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten
Art dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung die auf einer Tragstreifenseite befindlichen
Drahtabschnitte an der vom Streifen abliegenden Seite abisoliert sind und den abisolierten
Drahtflächen gegenüber eine biegsame Elektrode angeordnet ist, die mittels einer
isolierenden Membran in der Ruhestellung von den abisolierten Drahtflächen auf Abstand
gehalten und unter Druckeinwirkung gegen die abisolierten Drahtflächen drückbar
ist.
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Während bei Dehnungsmeßstreifen Widerstandsänderungen durch Drahtlängungen
herbeigeführt werden, bilden sich bei dem Einsatz der Vorrichtung nach der Erfindung
Kurzschlußbrücken aus, die einzelne Drahtwindungen überbrücken. Durch das Kurzschließen
einer oder mehrerer Windungen des Meßstreifens werden wesentlich größere Widerstandsänderungen
herbeigeführt. Diese größeren Widerstandsänderungen reichen aus, um ohne zusätzliche
Verstärkung den ermittelten abweichenden Widerstandswert an einem Anzeigegerät zur
Anzeige zu bringen.
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Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens
an einem Tragstreifenende
eine Bodenelektrode angeordnet, deren Oberfläche in der
Ebene der abisolierten Drahtfiächen liegt, und befindet sich dieser Elektrode gegenüber
neben der biegsamen Elektrode eine weitere biegsame Elektrode. Diese Elektroden
haben durchgehende leitende Oberflächen. Diese Elektroden können deshalb als Schalter
wirksam werden, um entweder einen Stromkreis zu schließen oder beispielsweise eine
Anzeigelampe in Betrieb zu setzen und damit anzuzeigen, daß ein bestimmter Druck
vorliegt. Sind beispielsweise beiderseits des Meßstreifens derartige Elektrodenpaare
angeordnet, dann können diese beispielsweise dadurch, daß die Deckenelektroden verschieden
stark ausgebildet sind, über Anzeigelampen angeben, daß entweder der eine Druck
oder auch ein anderer Druck bereits erreicht ist.
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Nach einer weiteren zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist
seitlich der Elektroden und des Meßstreifens ein elastischer Streifen angeordnet,
der die Bodenelektroden und den Meßstreifen einrahmt und die die Deckenelektroden
tragende Membran mit ihren Elektroden von den Bodenelektroden und den abisolierten
Drahtflächen auf Abstand hält.
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Durch die Anordnung eines solchen elastischen Streifens wird auf einfache
Weise eine sichere Abstandsgebung zwischen der Membran mit ihren Elektroden und
den darunterliegenden Elektroden erhalten. Vorzugsweise werden die Bodenelektroden
einschließlich des Meßstreifens und des elastischen Streifens an einem Bodenstreifen
befestigt, wobei dann die Membran über die elastischen Randstreifen hinweg zum Bodenstreifen
gezogen ist. Damit ist aus einfachen Teilen eine betriebssichere Umhüllung geschaffen.
Zur Bildung der Umhüllung können aber auch die Bodenelektroden und der Meßstreifen
sowie die Deckenelektroden an gegenüber befindlichen elastischen Wänden angeordnet
sein, die seitlich der Elektroden und des Meßstreifens von elastischen Blöcken auf
Abstand gehalten sind, die einstückig mit den Wänden beispielsweise aus Gummi gebildet
sind. Eine solche Umhüllung ist insbesondere für eine Serienfertigung sehr geeignet.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind eine oder mehrere
Meßvorrichtungen der beschriebenen Art in Meßkreisen einer Widerstandsbrücke angeordnet
und sind die Vorrichtungen mittels eines gemeinsamen Schalters an die Brücke anschaltbar.
Die seitlich des Meßstreifens angeordneten Elektrodenpaare können dabei auch getrennt
von dem Meßstreifen an die Anzeigevorrichtung angeschaltet werden. Durch die Verwendung
mehrerer Meßstreifen, die entweder parallel oder in der Reihe liegen können, kann,
wie bei den bekannten Meßvorrichtungen mit Dehnungsmeßstreifen, auch eine breitere
Meßzone überwacht werden.
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Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
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Es zeigt Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene schaubildliche
Ansicht einer Anzeigevorrichtung nach der Erfindung, F i g. 2 einen Längsschnitt
durch die Vorrichtung längs der Linie II-II nach der F i g. 1, F i g. 3 und 4 Querschnitte
der Vorrichtung längs den Linien III-III bzw. IV-IV nach F i g. 1, Fig. 5 ein Schaltbild
für eine Druckmeßvorrichtung, in der zwei Vorrichtungen nach der Erfindung enthalten
sind,
F i g. 6 eine der Vorrichtungen nach F i g. 3 ähnliche Vorrichtungen
im Querschnitt und Fig. 7 eine weitere Abwandlung des Gehäuses der Vorrichtung nach
den F i g. 1 bis 4.
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Die Vorrichtung zur Anzeige des Andruckes von zwei gegeneinander
wirkenden Flächen weist einen dünnen Grundstreifen 10 aus einem elektrisch nichtleitenden
Material auf, der von im wesentlichen rechteckiger Form ist. Auf einer Fläche dieses
Bodenstreifens 10 ist zwischen seinen Enden ein kürzerer und schmalerer elektrisch
isolierender Tragstreifen 11 a befestigt, der durch Umwickeln mit einem dünnen elektrischen
Widerstand das tragende Gerüst für einen Meßstreifen 11 bildet.
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Der Widerstandsdraht kann aus blankem Widerstandsdraht gefertigt
sein, wobei die nebeneinanderliegenden Windungen auf Abstand gewickelt und gehalten
werden; vorzugsweise wird aber ein isolierter Widerstandsdraht verwendet, bei dem
sich die Windungen berühren können. An der von der Befestigungsseite des Tragstreifens
11a abliegenden Seite sind die Windungen in der Weise abisoliert, wie es beispielsweise
bei gewickelten Potentiometern üblich ist. Bei einer anderen Ausführungsform kann
die Wicklung aber auch durch gedruckte Leitungszüge gebildet sein; in diesem Fall
sind die Leitungsbahnen nur auf einer Seite des Streifenslla angebracht.
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Beiderseits der Tragstreifenenden am Bodenstreifen 10 sind am Bodenstreifen
10 dünne metallische und plattenförmige Bodenelektroden 12 a und 12 b befestigt.
Diese Bodenelektroden haben eine Gesamtstärke entsprechend der Stärke des Streifens
11 a und seiner Widerstandswicklung 11. Entlang der Längskanten des Bodenstreifens
10 sind im Profil rechteckige elastische Randstreifen 13 aus Gummi oder einem ähnlichen
elastischen und zusammendrückbaren Material befestigt. Diese elastischen Randstreifen
13 sind stärker als der Tragstreifen 11 a und die Bodenelektroden 12 a, 12 b; zwischen
den Randstreifen 13 ist eine Membran 14 ausgespannt, die auch aus dünnem Gummi oder
einem ähnlichen elastischen Material besteht. Die elastischen Randstreifen 13 und
die Membran 14 bilden zusammen mit dem Streifen 10 einen dichten rohrförmigen Mantel
von rechteckigem Querschnitt. An der Innenseite der Membran sind an den Stellen,
die dem Meßstreifen 11 und den Bodenelektrodenl2a, 12 b gegenüberliegen, weitere
dünne und metallische Deckenelektroden 15, 16 bzw. 17 befestigt.
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Die Stärke und Spannung der zwischen den elastischen Randstreifen
13 eingespannten Membran 14 ist so gehalten, daß die Deckenelektroden 15, 16, 17
im Ruhezustand den Meßstreifen 11 und die Bodenelektroden 12 a, 12 b nicht berühren.
Durch dünne biegsame, isolierte Leitungen 18 a, 18 b, 18 c, 18d bzw. 18e sind die
Enden der Wicklung des Meßstreifensll und die Bodenelektroden 12 a, 12 b sowie Deckenelektroden
15, 16, 17 mit äußeren Anschlüssen verbindbar. Diese Leitungen sind in einem vieladrigen
Kabel 18 zusammengefaßt, das durch ein HalsteillOa aus der Vorrichtung herausgeführt
ist.
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Das Halsteil 10 a ist dabei einstückig mit dem Bodenstreifen 10 gebildet.
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Bei der Inbetriebnahme wird die Vorrichtung in eine Vertiefung zwischen
einem Rollenpaar oder zwischen einer Rolle und einer flachen Bodenplatte, so z.
B. einem Druckwalzenpaar, gelegt.
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Die Vorrichtung wird dabei so angeordnet, daß ihre Längsachse im
rechten Winkel zu der Rollenachse steht. Die elastischen Randstreifen 13 werden
damit zusammengedrückt, und die mittlere Deckenelektrode 15 berührt von Isolation
freie Drahtstücke des Meßstreifensll. Dadurch wird ein Kurzschluß zwischen einem
Teil der Windungen herbeigeführt, und zwar über eine Windungsanzahl, die der Verformung
der Rolle und der elastischen Randstreifen 13 auf Grund des in der Vertiefung herrschenden
Drucks entspricht. Die Größe des Meßstreifenwiderstandswertes, die über die beiden
an die Meßstreifenenden angeschlossenen Leitungen 18 a, 18 b gemessen wird, führt
zu einer Anzeige, die dem in der Vertiefung entwickelten Druck entspricht. Die gegenüberliegenden
Paare von Bodenelektroden 12 a, 12 b und Deckenelektroden 16, 17 werden dazu verwendet,
eine solche mittlere Lage der Vorrichtung sicherzustellen, daß die Druckzone sich
nur über den Meßstreifen 11 hinweg erstreckt. Dieses wird dadurch erreicht, daß
zuerst geprüft wird, ob sich keines der Boden-Decken-Elektrodenpaare 12 a, 16 oder
12b, 17 berührt.
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Die auf Druck ansprechende Vorrichtung wird vorzugsweise aus Materialien
hergestellt, die eine Durchbiegung in Längsrichtung gestatten; damit wird das Einführen
der Vorrichtung zwischen die entgegenwirkenden Druckflächen erleichtert und jede
notwendige geringe Verformung ermöglicht, die durch den Druck zwischen den entgegenwirkenden
Flächen hervorgerufen wird.
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Die Art und Stärke des Bodenstreifens 10 und der Membran 14 werden
zum Teil von dem Charakter der Flächen bestimmt, deren angewendeter Druck gemessen
wird. Wenn wenigstens eine dieser Flächen elastisch und nachgiebig ist, was z. B.
bei einer Filzdruckrolle oder einer Druckrolle aus Gummi, Plastik oder einer Legierung
der Fall ist, kann der Bodenstreifen 10 im wesentlichen unelastisch sein, solange
die Druckrolle mit der elastischen Fläche mit der Membran 14 in Berührung ist. Die
Verformung dieser Rolle unter dem angewendeten Druck schafft die veränderliche Ausdehnung
der Druckfläche zwischen der mittleren Deckenelektrode 15 und dem Meßstreifen 11.
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Wenn jedoch beide entgegenwirkende Flächen starr sind, wie z. B.
bei zwei Stahlrollen, dann muß eine durch Druck verformbare Vorrichtung zum Einsatz
kommen, bei der die elastische Membran verstärkt ist und/oder ein Bodenstreifen
mit entsprechend großer Stärke verwendet wird, der ebenfalls aus einem elastischen
zusammendrückbaren Material besteht, wie es bei 14 a bzw. 10 a in F i g. 6 gezeigt
ist. Die elastischen Randstreifen 13 können einstückig mit der Membran 14 a ausgebildet
werden, wie es bei 13 a gezeigt ist. Fig.7 zeigt eine Alternativausführung für die
Verwendung bei starren Druckflächen, die aus einer Hülse 24 aus verformbarem Material,
wie z. B. gegossenem Gummi, besteht. Diese Hülse ist mit einer Ausnehmung 25 versehen,
die so geformt ist, daß Meßstreifen und Elektroden der in F i g. 1 bis 4 dargestellten
Art zwischen elastischen Blöcken 26 angeordnet werden können, die durchgehend aus
einem Materialstück bestehen und durch dünne obere sowie elastische Wände27, 28
gleichen Materials miteinander verbunden sind, die die Membran 14 bzw. den Bodenstreifen
10 bilden.
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Die beschriebene Vorrichtung kann ein Teil irgendeines bekannten
Widerstands-Meßstromkreises bilden. Wenn der Meßstromkreis unmittelbar ablesbar
ist, dann kann das Anzeigegerät unmittelbar in Druck- oder anderen Werten geeicht
sein. Vorzugsweise wird ein auf Null abgeglichener Stromkreis verwendet, bei dem
die Abgleichregelung unmittelbar in Druck- oder anderen Werten geeicht werden kann.
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In F i g. 5 ist das Schaltbild einer bevorzugten Anordnung gezeigt,
bei der eine Wheatstonesche Brückenschaltung verwendet wird, bei der man sich zweier
Vorrichtungen A, B nach der Erfindung bedient, die an den gegenüberliegenden Enden
der Rollenvertiefung angeordnet sind. Diese Stromkreisanordnung weist eine Dreiwegeschaltungsvorrichtung
S auf, um erstens beide Rollenenden getrennt und zweitens die beiden Rollenenden
gleichzeitig für eine Messung einsetzen zu können.
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Das Anzeigegerät 20 (mittlerer Nullpunkt 50-0-501da) wird bei geschlossenem
Druckknopfschalter 82 durch den Widerstand R 5 überbrückt, womit veränderliche Empfindlichkeitsbereiche
geschaffen werden. Die starren Zweige der Brückenschaltung sind mit Widerständen
R 1, R2 (350 Q) bestückt, während in der Brückenabgleichleitung ein veränderlicher
Widerstand R 3 (0-250 Q) vorgesehen ist. R 4 ist ein veränderlicher Trimmwiderstand
(150 Q) für die Nulleinstellung des Meßgerätes.
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Zwei rot und grün gefärbte Anzeigelampen 21, 22 wirken mit den Boden-Decken-Elektrodenpaaren
12 a, 16 oder 12 b, 17 zusammen, um eine korrekte Anordnung der beiden Vorrichtungen
sicherzustellen, während durch die drei verschiedenen Schaltstellungen des Schalters
S entweder der Meßstreifen 11 der VorrichtungA oder der Meßstreifenll der Vorrichtung
B an einen veränderlichen Zweig der Brückenschaltung für eine Messung von deren
Widerständen angeschlossen werden kann. Der Widerstand R 3 in dem angrenzenden Zweig
wird dann verstellt, bis ein Brücken ausgleich erreicht ist.
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Die Einstellskala für den variablen Widerstand R 3 ist vorzugsweise
unmittelbar in Druck- oder anderen Werten geeicht. In der dritten Stellung des Schalters
S können beide Meßstreifen 11 in die nebeneinanderliegenden Brückenzweige geschaltet
werden, die denen der Widerstände R 1, R2 entgegenwirken.
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Durch diese Stellung kann die Druckgleichheit an den beiden Enden
der Rollen festgestellt werden.
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Wenn eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zusammen mit Druck ausübenden
Rollen verwendet wird, deren Flächen sich unter Druck verformen, wird jede Eichung
des Anzeigegeräts oder der Brückenausgleichregelglieder auf den Radius der Rolle
und der Art der verformbaren Rolleufläche bezogen.
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Die Bodenelektrodeu 12 a, 12 b und die Deckenelektro den 16, 17 können
ohne weiteres fortfallen.
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Dies gilt insbesondere dann, wenn die wirksame Länge des Meßstreifens
11 verlängert wird. Durch Änderungen des Schalters S können auch mehr als zwei Vorrichtungen
an zahlreichen auf Abstand gehaltenen Stellen entlang der Rolle in einem einzigen
Meßstromkreis verwendet werden.
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Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Anzeige des Andruckes von zwei
gegeneinander wirkenden Flächen, von denen wenigstens eine eine gekrümmte Rollenmantelfläche
ist, mit einem Meßglied, das aus einem flachen isolierenden Tragstreifen besteht,
der wendelförmig mit elektrischem Widerstandsdraht bewickelt ist, dadurch gekennz
e i c h n e t, daß die auf einer Tragstreifenseite befindlichen Drahtabschnitte
an der vom Streifen abliegenden Seite abisoliert sind und den abisolierten Drahtflächen
gegenüber eine biegsame Elektrode (15) angeordnet ist, die mittels einer isolierenden
Membran (14) in der Ruhestellung von den abisolierten Drahtflächen auf Abstand gehalten
und unter Druckeinwirkung gegen die abisolierten Drahtflächen drückbar ist.