DE3920310C2

DE3920310C2 - Materialbahnspannungsmesser und Materialbahnspannungsregler

Info

Publication number: DE3920310C2
Application number: DE3920310A
Authority: DE
Inventors: Nobuhiko Nishiwaki; Sankei Hori; Noriyuki Shiba
Original assignee: Tokyo Kikai Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Tokyo Kikai Seisakusho Co Ltd
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1989-06-21
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: US4989461A; JPH0798604B2; DE3920310A1; JPH01321246A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und Regeln der Spannung einer Materialbahn, insbesondere einer Material bahn aus Papier, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 21 11 527 B2 geht eine Vorrichtung zum Messen und Regeln der Spannung einer Materialbahn hervor, bei der ein einziger Meßkopf auf einer der beiden Materialbahnseiten vor gesehen ist. Der Meßkopf erstreckt sich quer zur Förderrich tung der Materialbahn über deren gesamte Breite und ist in mehrere Kammern unterteilt. Über einen Zuführungskanal wird diesen Kammern Druckluft von einer Druckluftquelle zugeführt. Eine der Kammern ist über eine Druckmeßleitung mit einer Druckmeßeinrichtung verbunden, die den in dieser Kammer herr schenden Druck analog anzeigt.

Da bei dieser bekannten Vorrichtung lediglich der Druck ge messen und angezeigt wird, bedarf es hierbei einer ständigen Überwachung durch eine Kontroll- und Bedienungsperson, um zu verhindern, daß die Materialbahnspannung über einen bestimm ten Grenzwert zunimmt und somit möglicherweise die Material bahn beschädigt bzw. zerrissen wird. Wird eine derartige Vor richtung beispielsweise bei einer Rotationsdruckmaschine ein gesetzt, muß die Bedienungsperson ein gutes Reaktionsvermögen besitzen, da bei den hohen Durchlaufgeschwindigkeiten der Ma terialbahn bei Erreichen eines Grenzwertes der Materialbahn spannung ein schneller Regeleingriff notwendig ist. Weiterhin läßt sich mit der bekannten Vorrichtung eine gleichmäßige Ma terialbahnspannung nur sehr schwer erreichen, da erfahrungs gemäß eine Regelung über eine Bedienungsperson keinen kon stanten Materialbahnspannungswert liefert. Darüber hinaus wird bei der bekannten Vorrichtung nur der Druck als abgelei tete Größe für die Materialbahnspannung in einer einzelnen Kammer gemessen. Dies hat zur Folge, daß die von der bekann ten Vorrichtung gemessene Größe nur eine Aussage über eine lokale Materialbahnspannung zuläßt.

Aus dem offengelegten japanischen Gebrauchsmuster 17 159/1988 ist ein Materialbahnspannungsmesser bekannt, der bei einer in einer Rotationsdruckpresse entlang einem Führungsglied bewegten Papierbahn angewendet wird. Es werden hierbei sowohl Spannungsmesser beschrieben, bei denen die Papierbahnspannung mit einem Differentialtransformator gemessen wird, der an einer Führungswalze befestigt ist, als auch Spannungsmesser, bei denen die Papierbahnspannung durch Bestimmen der Größe einer Verschiebung einer als eine Führungswalze vorgesehene schwingende Walze gemessen wird, wobei die Verschiebung als die Größe der Drehbewegung einer verschiebbaren Tragwelle bestimmt wird. Diese Druckschrift beschreibt auch die Anwendungen von Materialbahnspannungsreglern, die mit den Materialbahnspannungsmessern arbeiten, bei Papierbahnen.

Bei der vorstehend beschriebenen, bekannten Vorrichtung, bei der die Papierbahnspannung mit einem an einer Führungswalze befestigten Differentialtransformator gemessen wird, ist es erforderlich, drei Walzen für die Messung der Papierbahnspannung vorzusehen. Das Erfordernis, einen Raum zum Einbau der Walzen vorzusehen, behindert die Ausbildung des Spannungsmessers. Wenn die Differentialtransformatoren an den tragenden Teilen zu beiden Seiten der Meßwalzen angeordnet sind, läßt sich eine Ungleichheit der Papierbahnspannung entlang der Breitenrichtung der Bahn bis zu einem gewissen Ausmaß bestimmen. Wenn jedoch die Materialbahn im einseitig vorgespannten Zustand um die Meßwalzen herumgelegt ist, erweist es sich als schwierig, diese Ungleichheit zu bestimmen.

Der in der gleichen Druckschrift beschriebene Materialbahnspannungsmesser, bei dem die Verschiebung einer schwingenden Walze als Drehbewegung einer Verschiebungstragwelle gemessen wird, benötigt keinen Differentialtransformator, so daß keine Einschränkungen der Ausbildung bestehen. Die Drehbewegung der Verschiebetragwelle läßt sich jedoch nicht an beiden Enden variieren, so daß eine Ungleichheit der Materialbahnspannung entlang der Breitenrichtung der Bahn nicht meßbar ist.

Die US-PS 4 711 133 beschreibt einen bei einem zu untersu chenden Material anwendbaren Materialbahnspannungsmesser, bei dem Druckgas von der Rückseite her in eine hohle Kammer ein geführt wird, die an einer im geringen Abstand zum untersu chenden Material liegenden Stelle geöffnet ist, der Gasdruck an einer Stelle am Rand der Öffnung der Hohlkammer und in der Umgebung des zu untersuchenden Materials über eine kreisring förmige Öffnung, die die vorstehend erwähnte Öffnung umgibt, und eine mit der kreisringförmigen Öffnung in Verbindung ste hende Hohlkammer gemessen wird, woraus die Zugkraft des Ma terials bestimmt wird.

Bei den in der US-PS 4 711 133 beschriebenen Materialbahn spannungsmessern sind die Nachteile der vorstehend beschrie benen Beispiele von Spannungsmessern gemäß dem offengelegten Japanischen Gebrauchsmuster 17159/1988 überwunden worden. Der Meßkopf des Spannungsmessers gemäß der US-PS 47 11 133 umfaßt jedoch ein ortsfestes Glied, ein gegenüber dem ortsfesten Glied gleitend verschiebbares Gleitglied und ein zwischen dem ortsfesten Glied und dem Gleitglied angeordnetes Andrückglied. Hierbei ist es erforderlich, die an einer Seite des Gleitgliedes offene Hohlkammer, die kreisringförmige Öffnung, die die Öffnung der Hohlkammer umgibt und zum Messen des Gasdruckes an einer an der Seite des Randes der Öffnung und in der Nähe des zu untersuchenden Materials liegenden Stelle dient, und die mit der kreisringförmigen Öffnung in Verbindung stehende Hohlkammer jeweils getrennt voneinander vorzusehen. Dies führt zu einer komplizierten Bauweise des Spannungsmessers, zu einer Kostenaufwendigkeit des Spannungsmessers und zu Schwierigkeiten bei der Wartung.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, die zum einen eine exakte sowie gleichmäßige Steuerung der Material bahnspannung gestattet und zum anderen eine zuverlässige Er fassung der Materialbahnspannung über die gesamte Breite der Materialbahn erlaubt.

Die vorstehende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die den Innen druck des einen ungeteilten hohlen Innenraums des Meß kopfes erfassende Druckmeßeinrichtung zur Übertragung und Verarbeitung von gemessenen Druckwerten mit einer Prozeßda ten-Verarbeitungseinrichtung in Verbindung steht, die über einen Signalgeber mit wenigstens einer Einrichtung zum Regeln der Materialbahnspannung verbunden ist, um die Materialbahn spannung in Abhängigkeit der durch die Druckmeßeinrichtung ermittelten Werte zu steuern.

Durch die Verbindung der Druckmeßeinrichtung mit der Prozeß daten-Verarbeitungseinrichtung, die über einen Signalgeber mit wenigstens einer Regeleinrichtung für die Materialbahn spannung verbunden ist, besteht die Möglichkeit, daß ohne Eingriff von außen, insbesondere ohne Eingriff durch eine Be dienungsperson, die Materialbahnspannung in engen Toleranzen geregelt werden kann. Es bedarf also nicht einer Bedienungs person, die die Vorrichtung ständig überwacht und gegebenen falls einen Regeleingriff vornimmt. Darüber hinaus wird der Druck in dem gesamten Hohlraum eines Meßkopfes gemessen, so daß eine zuverlässige Aussage hinsichtlich der Materialbahn spannung über den von dem Meßkopf erfaßten Bereich getroffen werden kann. Läßt sich mit einem Meßkopf nicht die gesamte Breite der Materialbahn abdecken, so besteht die Möglichkeit, mehrere Meßköpfe nebeneinander anzuordnen, wobei jeder dieser Meßköpfe mit einer eigenen Druckmeßeinrichtung verbunden ist.

Bei dem Materialbahnspannungsmesser der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht der Meßkopf aus einem Hohlkörper einfacher und miniaturisierter Bauweise und läßt sich leicht warten. Aus diesem Grund kann der Materialbahnspannungsmesser in vorteilhafter Weise ausgebildet und in einer das zu prüfende Material verwendenden Vorrichtung eingebaut werden. Darüber hinaus läßt sich mit dem Materialbahnspannungsmesser die Materialbahnspannung an jedem Teil der Oberfläche des zu prüfenden Materials einzeln bestimmen und es läßt sich auch die Verteilung der Zugkraft oder Zugspannung des zu prüfenden Materials innerhalb der das zu prüfende Material verwendenden Vorrichtung eingehend untersuchen.

Ist die Fluidaustrageinrichtung zusätzlich vorgesehen, läßt sich die Spannung des zu prüfenden Materials messen, wobei eine störende Verschiebung des Materials durch die ausgetragene Fluidströmung aus dem Austragstutzen des Hohlkörpers vermieden wird. Hierdurch wird die Genauigkeit der Messung der Materialbahnspannung erhöht.

In der Maschine in der das überprüfte Material verwendet wird und die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen ist, wird die Spannung jedes Teiles des überprüften Materials durch Nutzbarmachung der vorstehend erwähnten Vorteile des Materialbahnspannungsmessers mit hoher Genauigkeit gesteuert und geregelt. Das überprüfte Material läßt sich leicht führen und bearbeiten, wobei dem Material als Ganzes die zweckmäßigste und geeignetste Spannung erteilt wird.

Der Materialbahnspannungsmesser der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt einen Hohlkörper, der an seiner stromaufwärts gelegenen Seite, d. h. an einem Einlaßende, mit einem Einlaßstutzen versehen ist, an den die Fluidlieferquelle wie eine Gaslieferquelle an schließbar ist, und der an seinem stromabwärts gelegenen End teil, d. h. an einem Auslaßende, mit einem Austragstutzen ver sehen ist, über dessen Auslaßmündung die eine Oberfläche eines zu untersuchenden oder prüfenden Materials, die im vor bestimmten Abstand gegenüberliegt, mit dem Fluid beaufschlag bar ist, und der an einem zwischen dem Einlaßende und dem Auslaßende liegenden oder mittleren Teil, der sich an der stromabwärts gelegenen Seite des Einlaßstutzens befindet, mit einem Meßstutzen zur Messung des internen Druckes oder Innendruckes versehen ist, der über die Meßleitung mit der Druckmeßeinrichtung verbunden ist. In bestimmten Fällen umfaßt der Materialbahnspannungsmesser zusätzlich einen weiteren Hohlkörper, der an seiner stromaufwärts gelegenen Seite, d. h. an einem Einlaßende, mit einem Einlaßstutzen versehen ist, der mit der Fluidlieferquelle verbindbar ist, und der an seiner stromabwärts gelegenen Seite, d. h. an einem Auslaßende, mit Austragstutzen oder -öffnungen versehen ist, die dem Austragstutzen des vor stehend zuerst erwähnten Hohlkörpers im Abstand und vorzugs weise symmetrisch versetzt gegenüberliegen und bei Untersu chung oder Prüfung des Materials sich im vorbestimmten Ab stand von der anderen Oberfläche des Materials befinden.

Am Materialbahnspannungsmesser wird ein Fluid, z. B. Druck luft aus der Fluidlieferquelle, dem Inneren des Hohlkörpers über den Einlaßstutzen zugeführt. Die in den Hohlkörper hin eingeströmte Druckluft wird aus dem Austragstutzen in Rich tung zum prüfenden Material hin ausgestoßen oder ausge tragen.

Es wird in Betracht gezogen, daß hierbei die ausgetragene Druckluft von der äußeren Umfangsfläche eines imaginären Kreiszylinders hinweg diffundiert, dessen Höhe gleich dem Abstand zwischen der äußeren Stirnfläche des Austragsstut zens und der gegenüberliegenden Oberfläche des zu prüfenden oder zu untersuchenden Materials ist und dessen Durchmesser dem Innendurchmesser des Austragstutzens gleich ist. Da die Außenumfangsfläche dieses imaginären Kreiszylinders sich ent sprechend der Leichtigkeit der Diffusion der ausgetragenen Druckluft vergrößert, d. h. entsprechend dem Abstand zwischen der äußeren Stirnfläche des Austragstutzens und der gegen überliegenden Oberfläche des zu untersuchenden Materials, vergrößert sich die Austraggeschwindigkeit der Druckluft pro portional hierzu. Da der Innendruck im Hohlkörper umgekehrt proportional zur Austraggeschwindigkeit der Druckluft ab nimmt, nimmt der von der Druckmeßeinrichtung gemessene Druck ebenfalls umgekehrt proportional hierzu ab.

Das die Austragskraft oder den beaufschlagenden Druck der Druckluft aufnehmende, zu prüfende Material wird nach hinten verschoben oder versetzt, bis diese Austragskraft bzw. der Druck im Gleichgewicht mit der dem Material erteilten Zug kraft bzw. Zugspannung und der durch die Eigenschaften des Materials bedingten Starrheit oder Biegefestigkeit des Mate rials im Gleichgewicht steht.

Da die Eigenschaften des gegebenen, zu prüfenden Materials im wesentlichen konstant sind, ändert sich die Starrheit oder Biegefestigkeit des Materials in Abhängigkeit von der dem Ma terial erteilten Zugspannung bzw. Zugkraft. Somit läßt sich die Starrheit oder Biegefestigkeit des Materials als Funktion der Gewebespannung bestimmen.

Da die Austraggeschwindigkeit der Druckluft und der Innen druck im Hohlkörper sich entsprechend der Starrheit oder Biege festigkeit des zu prüfenden Materials ändern, läßt sich die Zugkraft oder Zugspannung des Materials durch Messen des Innendruckes des Hohlkörpers bestimmen.

In dem Fall, in dem eine Fluidaustrageinrichtung zusätzlich vorgesehen ist, wird Druckluft dem Inneren eines Hohlkörpers über einen stromaufwärts gelegenen, d. h. an seinem Einlaßende gelegenen Einlaßstutzen eingeführt. Die in den Hohlkörper hineingeströmte Druckluft wird aus Austragstutzen oder Aus tragöffnungen gegen die andere, rückseitige Oberfläche des zu prüfenden Materials ausgetragen und wirkt somit gegen die ausgetragene Strömung der Druckluft aus dem Austragstutzen des zuerst erwähnten Hohlkörpers. Die Zug spannung des zu prüfenden Materials wird in gleicher Weise gemessen, wie dies bei dem vorstehend beschriebenen Span nungsmesser erfolgt, wobei die nicht notwendige Verschiebung des Materials auf Grund der ausgetragenen Druckluftströmung aus dem Austragstutzen des zuerst erwähnten Hohlkörpers ver mieden wird.

Während dieses Vorgangs erfolgt das Austragen der Druckluft aus dem Austragstutzen selbstverständlich in einer derartigen Weise, daß die ausgetragene Druckluft die dem zu prüfenden Material erteilte Zugspannung nicht beeinflußt.

In der Einrichtung zum Regeln der Materialspannung, die in der das zu prüfende Material verwendenden Maschine vorgesehen ist, wird die Größe der dem sich durch die Maschine bewegenden Material erteilten Zugspannung in jeder Druckmeßeinrichtung bestimmt. Diese bestimmten Größen werden in den Steuersignal geber eingegeben. Ein Betätigungssignal wird vom Steuersignal geber an die Spannungsstelleinrichtung übermittelt, so daß entsprechend der in den Steuersignalgeber eingegebenen Größe der Materialbahnspannung die Spannung auf einen vorbestimmten Sollwert berichtigt wird. Die Spannungsstelleinrichtung, die auf diese Weise ein Betätigungssignal erhalten hat, wird zum Einstellen der Größen der Materialbahnspannung an den über prüften Stellen des zu prüfenden Materials auf die jeweili gen Sollwerte betätigt. Da der Einstellvorgang an der Material bahn-Spannungsstelleinrichtung fortlaufend erfolgt, bis die Istwerte der Materialbahnspannung mit den Sollwerten überein stimmen, werden die Spannungen an allen geprüften Stellen des zu untersuchenden Materials auf ihre Sollwerte eingestellt und gehalten.

Die Erfindung mit ihren vorteilhaften Merk malen wird anhand der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren näher er läutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen einen Auslaßstutzen auf weisenden Teil eines Meßkopfes;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Er läuterung des Regelvorganges gemäß der Erfindung; und

Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung der Diffusion von Druckluft bei einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Ein in der Fig. 1 dargestellter Materialbahnspannungsmesser SA1 umfaßt einen Hohlkörper 1, eine Fluidlieferquelle 2, die über einen am stromaufwärts gelegenen Teil des Hohlkörpers 1 vorgesehenen Einlaßstutzen 11 mit dem Hohlkörper 1 verbunden ist, und einen Materialbahnspannungsmeßteil 3, der mit dem Hohlkörper 1 verbunden ist über einen Innendruckmeßstutzen 12, der an dem mittleren Teil des Hohlkörpers 1 vorgesehen ist, der an der stromabwärts gelegenen Seite des Einlaßstutzens 11 liegt. An seinem am weitesten stromabwärts gelegenen Teil ist der Hohlkörper 1 zusätzlich mit einem zylinderförmigen Austragstutzen 13 mit einem Innendurchmesser d versehen, dessen äußere Stirnfläche einer Oberfläche, z. B. einer Papierbahn WP im vorbestimmten Abstand c gegenüberliegt. An der Ansatzstelle des Einlaßstutzens 11 ist der Hohlkörper 1 mit einer den Strömungsquerschnitt verengenden Öffnung 14 versehen.

Der Spannungsmeßteil 3 umfaßt eine Druckmeßeinrichtung 31 und eine Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung 32, die mit der Druckmeßeinrichtung 31 verbunden und dazu ausgelegt ist, die von der Druckmeßeinrichtung 31 ermittelten Daten zu verarbeiten, sowie eine Eingabeeinrichtung 33 und eine Anzeigeeinrichtung 34, die nach Erfordernis mit der Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung 32 verbunden werden.

In dem Spannungsmesser SA1 sind ein oder mehrere Hohlkörper 1, die Meßköpfe bilden, in Kombination mit Druckmeßeinrichtungen 31 vorgesehen.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Materialbahnspannungsmessers SA2 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt.

Der Spannungsmesser SA2 ist mit dem Spannungsmesser SA1 teilweise gleich ausgebildet, wobei jedoch eine Fluidaustrageinrichtung 4 hinzugefügt worden ist, die dem Hohlkörper 1 gegenüberliegt, und die Papierbahn WP sich zwischen dem Hohlkörper 1 und der Fluidaustrageinrichtung 4 bewegt.

Die Fluidaustrageinrichtung 4 umfaßt einen Hohlkörper 40, der an seinem stromaufwärts gelegenen Teil, d. h., an seinem Einlaßende, mit einem Einlaßstutzen 41 versehen ist, an den die Fluidlieferquelle 2 oder eine andere Fluidlieferquelle wie eine Druckluftquelle angeschlossen ist. An seinem stromabwärts gelegenen Teil, d. h., an seinem Auslaßende ist der Hohlkörper 40 mit mehreren Austragöffnungen 42 versehen, die in regelmäßigen Abständen voneinander kreisförmig angeordnet sind und im jeweils gleichen Abstand der Oberfläche des zu prüfenden Materials, z. B. der Papierbahn WP gegenüberliegen, die der Oberfläche entgegengesetzt ist, die dem Austragstutzen 13 des Hohlkörpers 1 gegenüberliegt. Die Achse, um die die Austragöffnungen 42 kreisförmig herum angeordnet sind, ist mit der Achse des Austragstutzens 13 des Hohlkörpers 1 ausgerichtet. Sind mehrere Hohlkörper 1 vorgesehen, dann sind die Hohlkörper 40 in gleicher Anzahl vorgesehen, so daß jeder Hohlkörper 1 und jeder Hohlkörper 40 ein Paar bildet.

Die Fig. 4 zeigt eine Rotationsdruckpresse PM, die mit einer Einrichtung 6, 7, 8 zum Regeln der Materialspannung und einem Materialbahnspannungsmesser SA1 versehen ist.

Der in der Fig. 4 dargestellte Materialbahnspannungsmesser entspricht dem vorstehend beschriebenen Spannungsmesser SA1, der jedoch auch durch den vorstehend beschriebenen Materialbahnspannungsmesser SA2 ersetzt sein kann. Im Materialbahnspannungsregler ist der Materialbahnspannungsmesser SA1 mit Hohlkörpern 1 versehen, welche Meßköpfe bilden und an geeigneten Stufen entlang des Laufweges der Papierbahn WP in der Rotationsdruckpresse PM angeordnet sind. Der Materialbahnspannungsmesser SA1 ist über einen Steuersignalgeber 5 mit Materialbahn-Spannungsstelleinrichtungen verbunden, die eine Papierbremse 6, eine Spannungsausgleichwalze 7 zum Beseitigen einer Ungleichheit der Gewebespannung der linken und rechten Teile der sich bewegenden Papierbahn WP, und eine Abzugwalze 8 zum Steuern und Regeln der Abzugsgeschwindigkeit eines bestimmten Abschnitts der Papierbahn WP umfassen.

Hohlkörper 1, welche Meßköpfe bilden, sind auch in geeigneter Anzahl entlang der Breitenrichtung der Papierbahn WP angeordnet, falls dies an einer Stufe des Papierbahnlaufweges erforderlich ist.

Nachstehend wird die Funktionsweise der Materialbahnspannungsmesser und des mit Materialbahnspannungsmessern versehenen Materialbahnspannungreglers in der Rotationsdruckpresse PM beschrieben.

Zunächst wird in dem in der Fig. 1 dargestellten Materialbahnspannungsmesser SA1 ein Fluid, z. B. Druckluft, aus der Fluidlieferquelle 2 mittels eines nicht dargestellten Druckreglers auf einen vorbestimmten Druck eingestellt. Danach wird das Fluid über den Einlaßstutzen 11 dem Inneren des Hohlkörpers 1 zugeführt. Während dieser Zeit fließt die Druckluft in das Innere des Hohlkörpers 1 hinein, wobei die Fließgeschwindigkeit oder der Durchsatz des Fluids von der Öffnung 14 begrenzt wird.

Die Druckluft, die auf diese Weise in den Hohlkörper 1 hineingeströmt ist, wird aus dem Austragstutzen 13 in Richtung zur Papierbahn WP hin ausgetragen.

Es wird in Betracht gezogen, daß die auf diese Weise ausgetragene Druckluft von der äußeren Umfangsfläche eines imaginären Zylinders hinweg diffundiert, dessen Höhe dem Abstand c zwischen der äußeren Stirnfläche des Austragstutzens 13 und der gegenüberliegenden Oberfläche der Papierbahn WP gleich ist und dessen Durchmesser dem Innendurchmesser d des Austragstutzens 13 gleich ist, wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist. Die Fläche πdc der äußeren Umfangsfläche dieses imaginären Zylinders vergrößert sich in Abhängigkeit von der Leichtigkeit, mit der die Diffusion der Druckluft stattfindet, d. h., daß der Abstand c größer wird, so daß die Austraggeschwindigkeit bzw. der Austragdurchsatz der Druckluft proportional hierzu zunimmt. Da der Innendruck des Hohlkörpers 1 umgekehrt proportional zur Austraggeschwindigkeit bzw. zum Austragdurchsatz abnimmt, nimmt der von der Druckmeßeinrichtung 31 gemessene Druck in gleicher Weise ab.

Es seien P₁, P₂, a₁, a₂, C₁ und C₂ der Fluidzuführdruck (am Druckregler eingestellter Druck), der Innendruck im Hohlkörper 1, die Querschnittsfläche der Öffnung 14, die Fläche des Austragteils (Umfangsfläche des imaginären Zylinders), der Strömungskoeffizient der Öffnung 14 bzw. der Strömungskoeffizient des Austragstutzens 13. Die Beziehung zwischen diesen Größen entspricht der nachstehenden Gleichung:

P₂ = P₁/{1 + (C₂ a₂/C₁ a₁)²} (1)

Die Papierbahn WP, die von der ausgetragenen Druckluftströmung beaufschlagt wird und die Kraft dieser Strömung aufnimmt, wird nach hinten, d. h. in Kraftrichtung versetzt, bis diese Kraft und die Starrheit bzw. Biegefestigkeit der Papierbahn WP, die von der der Papierbahn WP erteilten Spannung und den Eigenschaften der verwendeten Papierbahn WP, wie die Dichte der die Papierbahn WP bildenden Fasern, dem verwendeten Bindemittel und der Dicke der Papierbahn WP, abhängt, miteinander im Gleichgewicht sind.

Die Beziehung zwischen der Größe der Rückwärtsverschiebung der Papierbahn WP und den diese Verschiebung bestimmenden Faktoren läßt sich zusammenfassen in der Gleichung

δ = F/K (2)

in der δ die Größe der rückwärtigen Verschiebung, F die von der Papierbahn WP aufgrund des Austragens der Druckluft aufgenommene Kraft und K die Starrheit oder Biegefestigkeit der Papierbahn WP darstellt.

Die von der Papierbahn WP aufgenommene Kraft F wird wiedergegeben durch die folgende Gleichung

F = π d² ρ w²/4 (3)

in der ρ die Dichte der Luft und w die Strömungsgeschwindigkeit (=√) darstellt.

Die Fläche a₂ des Austragteils (Außenumfangsfläche des imaginären Zylinders) in dem Fall, in dem die Papierbahn WP um den Betrag δ aufgrund des Austragens der Druckluft zurückverschoben wird, wird bestimmt durch die Gleichung

a₂ = π d(C + δ) (4)

Aus der vorstehend angegebenen Gleichung (1) läßt sich somit die nachstehende Gleichung erhalten

P₂ = P₁/[1 + {C₂ π d(c + δ)/C₁ a₁}²] (1′)

Dagegen läßt sich aus den Gleichungen (2) und (3) die nachstehende Gleichung erhalten

δ = (π d² ρ w²/4)/K (2′)

in der w=√.

Somit läßt sich aus den Gleichungen (1′) und (2′) die Gleichung

ableiten.

Da Papierbahnen WP der gleichen Sorte, z. B. gleicher Marke oder gleicher Kennzeichnung, im wesentlichen gleiche Eigenschaften (z. B. gleiche Luftpermeabilitäten) aufweisen, hängt die Starrheit oder Biegefestigkeit K der Papierbahn WP von der Spannung T ab. Die Starrheit oder Biegefestigkeit K wird bestimmt als eine Funktion f(T) der Spannung T. Demgemäß läßt sich aus der Gleichung (5) die nachstehende Gleichung erhalten

Die rechte Seite dieser Gleichung ist eine Funktion des Innendruckes P₂ des Hohlkörpers 1. Während die Druckluft aus dem Austragstutzen 13 in Richtung zur Papierbahn WP hin ausgetragen wird, kann der Innendruck P₂ des Hohlkörpers 1 mit der an den Innendruckmeßstutzen 12 angeschlossenen Druckmeßeinrichtung 31 gemessen werden, so daß die Spannung der Papierbahn WP bestimmt werden kann.

Während dieser Zeit werden die von der Druckmeßeinrichtung 31 gemessenen Druckgrößen in der Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung 32 verarbeitet in Bezug auf die Eigenschaften der Papierbahn WP, die bereits von der Eingabeeinrichtung 33 in die Verarbeitungseinrichtung 32 eingegeben worden sind, und es wird ein die Ergebnisse darstellendes Signal in geeigneter Weise an die Anzeigeeinrichtung 34 abgegeben.

Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Materialbahnspannungsmesser SA2 wird der Druck eines Fluids, z. B. Druckluft aus der Fluidlieferquelle 2, oder einer anderen nicht dargestellten Fluidlieferquelle, mit einem nicht dargestellten Druckregler, der ein anderer als der in der zum Einlaßstutzen 11 des Hohlkörpers 1 führenden Fluidzuleitung eingesetzte Druckregler ist, auf einen konstanten Wert eingestellt. Die erhaltene Druckluft wird über den stromaufwärts vorgesehenen Einlaßstutzen 41 in das Innere des Hohlkörpers 40 eingeführt. Die Druckluft, die in den Hohlkörper 40 hineingeströmt ist, wird aus den Austragöffnungen 42 in Richtung zu der Oberfläche der Papierbahn WP hin ausgetragen, die sich auf der Seite der Papierbahn WP befindet, die der Seite entgegengesetzt ist, gegen die die Druckluft aus dem Austragstutzen 13 strömt. Die aus den Austragöffnungen 42 ausgetragene Druckluft strömt somit in entgegengesetzter Richtung zu der aus dem Austragstutzen 13 ausgetragenen Druckluft.

Die Spannung der Papierbahn WP läßt sich somit über den gleichen Funktionsablauf wie bei dem Materialbahnspannungsmesser SA1 messen, wobei eine nicht erforderliche Verschiebung der Papierbahn WP aufgrund der aus dem Austragstutzen 13 ausgetragenen Druckluftströmung vermieden wird.

Während dieses Funktionsablaufes muß das Austragen der Druckluft aus den Austragöffnungen 42 selbstverständlich in der Weise erfolgen, daß die der Papierbahn WP erteilte Spannung nicht beeinflußt wird. Die Starrheit oder Biegefestigkeit K der Papierbahn WP wird jedoch zwangsläufig von der Austragsleistung (Austragsgeschwindigkeit oder -durchsatz und Austragsdruck) der aus den Austragöffnungen 42 herausströmenden Luft und der Größe des Bereiches der Oberfläche der Papierbahn WP, der von der ausgetragenen Luft umhüllt wird, beeinflußt. Wenn die Leistung der ausgetragenen Luft und die Größe des Bereiches auf der Oberfläche der Papierbahn WP, der von der ausgetragenen Luft umhüllt wird, auf vorbestimmte Größen eingestellt werden, wird das Ausmaß deren Einflüsse auf die Starrheit oder Biegefestigkeit der Papierbahn WP konstant, so daß die durch die Gleichung (5′) ausgedrückte Beziehung hergestellt wird, wie dies bei dem Materialbahnspannungsmesser SA1 der Fall ist. Versuche haben gezeigt, daß mit dem Materialbahnspannungsmesser SA2 gute Ergebnisse erhalten werden, d. h., daß im Bereich niederer Spannung der Papierbahn WP hohe Meßgenauigkeiten erzielbar sind.

Bei dem in der Fig. 4 dargestellten Materialbahnspannungsregler für eine Rotationsdruckpresse, der mit dem Materialbahnspannungsmesser SA1 versehen ist, werden die bei den verschiedenen Stufen der in der Rotationsdruckpresse PM bewegten Papierbahn WP erteilten Spannungen mit der Druckmeßeinrichtung 31 bestimmt. Signale, die die Papierbahnspannung darstellen, werden in den Steuersignalgeber 5 eingegeben, der mit der Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung 32 im Materialbahnspannungsmesser SA1 verbunden ist. Im Steuersignalgeber 5 werden vorgegebene Sollwerte der der Papierbahn WP an verschiedenen Abschnitten erteilten Spannung mit den gemessenen, von der Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung 32 in den Steuersignalgeber 5 eingegebenen Größen der Papierbahnspannung verglichen. Wenn die Größen der der Papierbahn WP an verschiedenen Abschnitten erteilten Spannungen von den Sollwerten abweichen, wird ein Regelsignal, das auf der Differenz zwischen einer gemessenen Größe und einer im voraus eingegebenen Größe basiert, an die Materialbahn-Spannungsstelleinrichtung an jedem Abschnitt, z. B. an der Papierbremse 6, an der Spannungsausgleichwalze 7 und an der Abzugswalze 8, abgegeben. Jede dieser Spannungsstelleinrichtungen, die das Regelsignal erhalten hat, wird in der Weise betätigt, daß die Spannung der Papierbahn WP an jeder Stufe den Sollwert erreicht. Entsprechend diesem Funktionsablauf wird das Regeln der Papierbahnspannung durch die Spannungsstelleinrichtungen fortgesetzt, bis die gemessenen Papierbahnspannungsgrößen und die Sollwerte miteinander übereinstimmen, so daß die Spannung der Papierbahn WP an jeder Stufe auf ihren Sollwert gehalten wird.

Wenn die Hohlkörper 1 entlang der Breitenrichtung der Papierbahn WP angeordnet sind, läßt sich der Spannungszustand der Papierbahn WP entlang der Breitenrichtung auch überprüfen. Ein Spannungsausgleichvorgang entlang der Breitenrichtung der Papierbahn WP läßt sich von der Spannungsausgleichwalze 7 als Spannungsstelleinrichtung wirksam durchführen.

In dem Materialbahnspannungsmeßteil 3 werden die Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung 32 und die Eingabeeinrichtung 33 nicht immer benötigt. Wenn der Zustand der zu überprüfenden Papierbahn WP (einschließlich der Leistung des aus der Fluidaustrageinrichtung 4 ausgetragenen Fluids und der Größe des Bereiches der Papierbahn WP, der von dem ausgetragenen Fluid umhüllt wird, wenn die Fluidaustrageinrichtung 4 zusätzlich vorgesehen ist) zu allen Zeiten konstant ist, kann die Anzeigeeinrichtung 34 mit der Druckmeßeinrichtung 31 verbunden oder mit dieser gemeinsam ausgebildet sein, wobei die Anzeigeeinrichtung 34 mit einer numerierten Skala versehen ist, welche in der Weise umgerechnete Werte anzeigt, daß die von der Druckmeßeinrichtung 31 gemessenen Druckgrößen direkt als Größen der Spannung der Papierbahn WP abgelesen werden können.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen und Regeln der Spannung einer Materialbahn, insbesondere einer Materialbahn aus Papier, umfassend wenigstens einen Materialbahnspannungsmesser (SA1; SA2) mit mindestens einem mit einer Fluidlieferquelle (2) verbundenen Meßkopf (1), der mit einer zu der Materialbahn (WP) weisenden Austrittsöffnung für das Fluid gegenüber einer Oberfläche einer Seite der Materialbahn (WP) in einem vorbestimmten Abstand (c) angeordnet ist, und mit mindestens einer mit dem Meßkopf (1) über eine Meßleitung (12) verbundene Druckmeßeinrichtung (31) zum Erfassen der Werte des Fluiddruckes in dem Meßkopf (1) als abgeleitete Größe für die Materialbahnspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die den Innendruck des einen ungeteilten hohlen Innenraums des Meßkopfes (1) erfassende Druckmeßeinrichtung (31) zur Übertragung und Verarbeitung von gemessenen Druck werten mit einer Prozeßdaten-Verarbeitungseinrichtung (32) in Verbindung steht, die über einen Signalgeber (5) mit wenigstens einer Einrichtung (6, 7, 8) zum Regeln der Materialbahnspannung verbunden ist, um die Materialbahnspannung in Abhängigkeit der durch die Druckmeßeinrichtung (31) ermittelten Werte zu steuern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Prozeßdaten-Verarbeitungseinrich tung (32) mit einer Anzeigeeinrichtung (34) zur Darstellung der Prozeßdaten und/oder mit einer Eingabeeinrichtung (33) zur Eingabe von Prozeßdaten verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß über die Transportlänge der Materialbahn (WP) mehrere Materialbahnspannungsmesser (SA1; SA2) vorgesehen sind, die mit einer gemeinsamen Fluidliefer quelle (2) und mit einer jeweils zugeordneten Druckmeßein richtung (31) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (1) einen Einlaßstutzen (11), über den der Meßkopf (1) mit der Fluidlieferquelle (2) verbunden ist, einen Innendruckmeßstutzen (12), über den der Meßkopf (1) mit der Druckmeßeinrichtung (31) verbunden ist, und einen die Austrittsöffnung für das Fluid bildenden Austragsstutzen (13) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialbahnspannungsmesser (SA2) weiterhin wenigstens einen der Oberfläche der anderen Seite der Materialbahn (WP) zugeordneten Fluidaustragskörper (40) umfaßt, der mit einer Fluidlieferquelle verbunden ist und der mit wenigstens einer zu der Materialbahn (WP) weisenden Austragsöffnung (42) für den Austritt des Fluids versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Fluidaustragskörper (40) eine Anzahl von Austragsöffnungen (42) aufweist, die in einer im wesentlichen parallel zur Materialbahn (WP) verlaufenden Ebene entlang einer Kreislinie angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge kennzeichnet, daß der Fluidaustragskörper (40) einen ungeteilten hohlen Innenraum aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß in Breitenrichtung der Materialbahn (WP) mehrere Meßköpfe (1) nebeneinander angeordnet sind, wobei jeder Meßkopf (1) mit jeweils einer Druckmeßeinrichtung (31) verbunden ist.

9. Verwendung der Vorrichtung zum Messen und Regeln der Spannung einer Materialbahn nach einem der Ansprüche 1-8 zum Überwachen, Überprüfen und/oder Regeln der Spannung einer Papierbahn in einer Rotationsdruckpresse.