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Gebiet der
Erfindunq
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Feststellen der
dynamischen Festigkeit eines rohrförmigen Teils und betrifft insbesondere
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Feststellen der dynamischen
Festigkeit eines Musters eines Papierkerns, wie sie zum Aufwickeln
großer
Rollen aus Bahnmaterial, beispielsweise Papier, Folie oder dergleichen
verwendet werden.
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Hintergrund
der Erfindunq
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Es ist üblich, dass Papierhersteller
Verarbeitern Papier in Form großer
Rollen liefern, die auf Kerne aufgewickelt sind, und dass die Verarbeiter
das Papier zu Zeitungspapier, Zeitschriftendruckpapier und andere
Produkte fertigbearbeiten, die dann an Druckereien zum Druck von
Nachrichten, Zeitschriften und dergleichen verkauft werden. Die
heutzutage allgemein verwendeten Tiefdruck- und Offsetdruckpressen
werden ständig
weiter verbessert, um deren Geschwindigkeit zu beschleunigen und
deren Breite zu vergrößern, im
ständigen
Bemühen
darum, den Durchsatz zu erhöhen
und die Häufigkeit
des Rollenwechsels zu verringern. Um diesem Bedarf an schnelleren
und breiteren Pressen gerecht zu werden, fertigen die Papierhersteller
größere und
breitere Rollen Papier.
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Die Industrie bevorzugt ganz allgemein
auf Kerne aus Papier aufgerolltes Papier im Gegensatz zu Kernen
aus anderen Werkstoffen, wie Stahl. Dementsprechend werden mit zunehmend
größer werdenden
Papierrollen, die die Nachfrage nach schnelleren und breiteren Pressen
erfüllen
müssen,
Papierkerne ständig
größeren Lasten
ausgesetzt. Diese größeren Lasten
können
zum Ausfall des Papierkerns führen,
wenn er nicht ordnungsgemäß konstruiert
und hergestellt ist.
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Eine Papierrolle ist üblicherweise
auf einer Wickelmaschine oder innerhalb einer Presse durch ein Paar
aufweitbare Dorne oder Dorne mit Schiebesitz gehalten, die in jedes
Ende des Papierkerns eingeführt
sind und mit den Innenflächen
des Kerns in Eingriff stehen. Die Dorne sind drehbar, damit sich die
Papierrolle während
eines Auf- und Abrollvorganges nach Bedarf drehen kann. Wenn sich
die Papierrolle dreht, wird auf jede beliebige gegebene Zone des
Papierkerns eine dynamische oder zyklische Last aufgebracht, die
zwischen Kompression, wenn sich die Zone oben am Kern befindet,
und Spannung wechselt, wenn der Kern so gedreht wurde, dass die Zone
zur Unterseite des Kerns gelangt. Die schwere zyklische Belastung
des Kerns kann zu einem Ausfall des Kerns wegen Schichtentrennung
führen,
weil sich entweder der Lagenverbund trennt oder der Klebstoff versagt.
Der für
solche Ausfälle
allgemein verwendete Ausdruck ist Zerstörung der dynamischen Festigkeit.
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Man hat sich schon darum bemüht, Prüfvorrichtungen
zu entwickeln, mit denen die dynamische Festigkeit von Papierkernen
festgestellt wird. Im US Patent 4819488, Morel, wird beispielsweise
eine Vorrichtung zum Prüfen
des Widerstandes gegen das Aufspalten von Röhren aus Pappe offenbart. Die
Vorrichtung umfasst einen drehbar angebrachten Dorn, der vier schmale
Keilschlussbacken hat, die um den Umfang in gleichmäßigen Abständen voneinander angeordnet
und durch Drehen einer Stellschraube nach außen aufweitbar sind. Eine Musterröhre ist
in eine Metallhülse
eingesetzt, deren Innendurchmesser nur wenig größer ist als der Außendurchmesser der
Röhre,
wobei die Metallhülse
die auf die Röhre aufgewickelte
Rolle Papier simulieren soll. Die Anordnung aus Hülse und
Musterröhre
wird auf den Dorn gesetzt und die Stellschraube betätigt, um
die Backen auseinander zu bewegen, damit sie mit der Innenfläche der
Röhre in
Eingriff treten, um die Wand der Röhre zwischen den Backen und
der Metallhülse zusammenzupressen.
Um die Außenfläche der
Metallhülse
ist ein Antriebsriemen geschlungen. Der Antriebsriemen ist zwischen
der Hülse
und einer Antriebsriemenscheibe ausgestreckt, die auf einer Antriebswelle
angebracht ist, welche sich mit Abstand parallel zur Drehachse des
Dorns erstreckt und in einem schwenkbaren Rahmen drehbar gelagert
ist. Ein Motor liefert den Drehantrieb für die Antriebsriemenscheibe.
So wird die Metallhülse
vom Antriebsriemen und Motor zur Umdrehung angetrieben und die Musterröhre ihrerseits
wird durch den Reibungseingriff der Metallhülse mit der Außenfläche der
Röhre im Drehsinn
angetrieben. Mit dem schwenkbaren Rahmen ist eine Drucklufthubwinde
verbunden, die so betätigbar
ist, dass sie eine Schwenkbewegung des Rahmens hervorruft, um den
Abstand zwischen der Drehachse des Dorns und der Drehachse der Antriebswelle
zu ändern,
wodurch sich die Spannung im Antriebsriemen ändert. So wird von der Innenfläche der
Metallhülse,
welche die ihr vom Antriebsriemen auferlegte Last überträgt, die
Belastung auf die Röhre
ausgeübt.
Mit der veränderlichen
Spannung des Riemens soll das sich ändernde Gewicht einer auf die
Röhre aufgewickelten
Papierrolle simuliert werden.
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Die in dem Patent an Morel offenbarte
Prüfvorrichtung
simuliert aber nicht genau die Art der Belastung, die ein Papierkern
im tatsächlichen
Gebrauch erleidet. Genauer gesagt, lässt sich zeigen, dass eine
Schwankung in der Passung zwischen der Außenfläche des Prüfmusters und der Innenfläche der
Metallhülse
Einfluss hat auf die Prüfergebnisse. Da
Herstellungstoleranzen von Papierkernen zu signifikanten Schwankungen
der Außendurchmesser führen können, ist
diese Empfindlichkeit gegenüber dem
Außendurchmesser
ein wesentliches Problem. Außerdem
werden Papierkerne in einer beträchtlichen
Anzahl unterschiedlicher nominaler Außendurchmesser hergestellt,
und deshalb ist es im Zusammenhang mit der Morel-Vorrichtung nötig, viele Hülsen unterschiedlicher
Innendurchmesser vorrätig zu
haben, damit zum Prüfmuster
eine Hül-se mit dem richtigen
Innendurchmesser passt.
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Ferner sind die Metallhülsen ziemlich
steif, und es lässt
sich zeigen, dass das Prüfmuster
durch diese Steifheit zusätzliche
Unterstützung
gewinnt, was die Prüfergebnisse ändert und
es schwieriger macht, Mängel
zu erkennen. Die Morel-Vorrichtung enthält auch keinerlei Maßnahmen
zum exakten Messen und Steuern der vom Riemen mit variabler Spannung
auf das Prüfmuster
ausgeübten
Belastung. Ferner ist der Antrieb des Musters durch Reibungseingriff
mit der Innenfläche
der Hülse
nicht repräsentativ
für die
Art und Weise, in der ein Papierkern im tatsächlichen Gebrauch angetrieben
wird. Eine weitere Schwierigkeit mit der Morel-Vorrichtung besteht
darin, dass der Dorn sich stark von den in der Industrie verwendeten
Dornen unterscheidet. Die Keilschlussbacken des Dorns gemäß Morel
sind ziemlich schmal, denn die vier Backen gemeinsam berühren nur
etwa 35 Prozent des Umfangs des Prüfmusters. Folglich kann das
Aufweiten der Backen das Papier in Bereichen zerstören, in
denen die Backen die Innenfläche
des Musters berühren.
Außerdem
verursacht die Belastung des Prüfmusters
konzentrierte Kompressionskräfte
dort auf der Wand des Musters, wo die Backen die Innenfläche berühren. Durch
diese beiden Begebenheiten können
die Prüfergebnisse
signifikant verändert
werden, ja es kann sogar zur Zerstörung des Musters kommen, ehe
die Prüfung überhaupt
beginnt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die oben genannten Nachteile bekannter Prüfvorrichtungen
für Papierkerne
werden mit der vorliegenden Erfindung dadurch überwunden, dass eine Prüfvorrichtung
und ein Verfahren geschaffen wird, bei denen ein Musterpapierkern
von einem Antriebselement abgestützt
ist, welches mit der Innenfläche
des Musterpapierkerns in Eingriff steht und von einem Motor im Drehsinn
angetrieben wird, um eine Umdrehung des Musters zu verursachen.
Zur der Vorrichtung gehört
eine Riemenanordnung mit veränderlicher
Spannung, die einen flexiblen Endlosriemen besitzt, der teilweise
um die Außenfläche des Musterpapierkerns
geschlungen ist und dabei das Muster direkt berührt. Die Riemenanordnung mit
veränderlicher
Spannung umfasst ferner eine Betätigungsvorrichtung,
die geeignet ist, Spannung auf den Riemen aufzubringen, um auf den
Musterpapierkern rechtwinklig zur Achse des Papierkerns eine Last
aufzubringen und dadurch das Gewicht einer auf den Papierkern gewickelten
Rolle aus Papier oder einem anderen Werkstoff zu simulieren. Die
Vorrichtung wird von einer Steuerung gesteuert, die der Betätigungsvorrichtung
ein Steuersignal liefert, um die an den Riemen angelegte Spannung
in Funktion der Zeit zu steu ern. So können von einem Papierkern während seines
tatsächlichen
Gebrauchs erfahrene, sich ändernde
Belastungen genau simuliert werden. Der mit dem Musterpapierkern
in Berührung
stehende, flexible Riemen ahmt das auf einen Kern gewickelte, schmiegsame
Papier besser nach als die bei bekannten Prüfvorrichtungen verwendete Metallhülse. Ferner
wird das Muster von innen mittels des Antriebselements im Drehsinn
angetrieben, ebenso wie ein Kern im tatsächlichen Gebrauch in einer
Presse von der Innenseite angetrieben wird, wodurch die Arten der
von einem Kern im tatsächlichen
Gebrauch erfahrenen Belastungen besser nachgeahmt werden.
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Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise
eine Kraftmessdose zum Messen der tatsächlich von der Betätigungsvorrichtung
auf den Riemen ausgeübten Kraft.
Die Kraftmessdose liefert der Steuerung ein Ausgangssignal, und
die Steuerung arbeitet in einer Rückkopplungsschleife, um die
tatsächliche
Kraft in Richtung auf ein gewünschtes
Kraftniveau zu treiben.
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Die Betätigungsvorrichtung ist vorzugsweise ein
Druckluftzylinder. Ein Servoventil liefert dem Druckzylinder druckbeaufschlagtes
Gas und ist mit der Steuerung verbunden, welche den Betrieb des Servoventils über die
Rückkopplungsschleife
steuert, um die tatsächlich
auf den Riemen wirkende Kraft im wesentlichen auf dem gewünschten
Kraftniveau zu halten.
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Bei dem Motor handelt es sich um
einen Motor mit veränderlicher
Geschwindigkeit, der mit der Steuerung verbunden ist, und ein dem
sich drehenden Antriebselement zugeordneter Annäherungssensor liefert ein Ausgangssignal
an die Steuerung, welches die Umdrehungen des Antriebselements anzeigt.
Die Steuerung ist vorzugsweise eine Steuerung auf Mikroprozessorbasis,
beispielsweise ein Rechner oder eine Kombination aus Rechner und PLC
(programmable logic controller – speicherprogrammierbare
Anpasssteuerung). Die Steuerung kann so programmiert sein, dass
sie den Druckluftzylinder und den Motor entsprechend vorherbestimmten
Schemen der Last und Geschwindigkeit gegenüber der Zeit betätigt, um
im Zeitverlauf variierende Belastung und Geschwindigkeit, die ein
Papierkern im tatsächlichen
Gebrauch erfährt,
genau zu simulieren.
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Das Antriebselement, welches mit
dem Musterpapierkern in Eingriff tritt, ist vorzugsweise eine pneumatische
Spannvorrichtung, die nach außen aufweitbare
Backen hat. Die Backen sind über
einen großen
Bereich der Auswärtsbewegung
aufweitbar, sodass sie mit Musterpapierkernen unterschiedlicher Innendurchmesser
in Eingriff gebracht werden können.
Ferner ist die von den Backen auf die Innenfläche des Musterpapierkerns ausgeübte Kraft
wahlweise dadurch veränderbar,
dass der der pneumatischen Spannvorrichtung zugeführte Luftdruck
verändert
wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Zusätzliche Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung eines spezifischen Ausführungsbeispiels derselben im
Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen. Es zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Prüfvorrichtung
gemäß den Grundsätzen der
Erfindung;
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2 eine
Vorderansicht der Prüfvorrichtung,
die teilweise weggebrochen ist, um Einzelheiten im Innern der Vorrichtung
zu zeigen;
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3 eine
Ansicht der Prüfvorrichtung
von links, die teilweise weggebrochen gezeigt ist, um Einzelheiten
im Innern der Vorrichtung zu zeigen;
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4 eine
Rückansicht
der Prüfvorrichtung, die
teilweise weggebrochen ist, um die Verbindung des Antriebsmotors
mit der Antriebswelle zu zeigen;
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Musterpapierkerns, der auf die nicht
aufgeweitete pneumatische Spannvorrichtung gesetzt wird;
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6 eine
Ansicht ähnlich 5, die den Papierkern in
seiner Lage auf der nicht aufgeweiteten Spannvorrichtung zeigt;
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7 eine
Ansicht ähnlich 6, die die Spannvorrichtung
aufgeweitet zum Eingriff mit der Innenfläche des Muster papierkerns zeigt;
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8 eine
Ansicht ähnlich 7, die den Riemen zeigt,
der um den Musterpapierkern gelegt wird;
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9 eine
Ansicht ähnlich 8, die den Riemen unter
Spannung zum Aufbringen einer Last auf den Musterpapierkern zeigt;
und
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10 eine
schematische Darstellung des Steuersystems, die die Verbindungen
zwischen der Steuerung und den Sensoren und gesteuerten Elementen
der Vorrichtung zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der Zeichnungen
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In den 1–4 sind verschiedene Ansichten der
Prüfvorrichtung 10 gemäß den Grundsätzen der Erfindung
gezeigt. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Rahmen oder ein
Chassis 12, welches den verschiedenen Bauelementen der
Vorrichtung eine strukturelle Stütze
gibt. Auf einer horizontalen Platte 16 des Chassis 12 ist
ein Motor 14 (4)
angebracht, wobei sich eine Abgabewelle 18 des Motors 14 horizontal.
zur Rückseite
der Vorrichtung 10 erstreckt. Auf der Motorabgabewelle 18 ist
eine Antriebsriemenscheibe 20 angebracht.
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Senkrecht im Abstand oberhalb der
Motorabgabewelle 18 ist in horizontaler Richtung parallel
zu derselben eine Antriebswelle 22 (3) drehbar abgestützt. Die Antriebswelle 22 ist
in Kegelrollenlagern 24 gelagert, die in einem Paar horizontal
im Abstand voneinander vorgesehenen Lagerblöcken oder Gehäusen 26 enthalten
sind, die auf einer horizontalen Platte 28 des Chassis 12 befestigt
sind. Auf der Antriebswelle 22 ist in der Nähe des der
Rückseite
der Vorrichtung 10 am nächsten
liegenden Endes eine Einstellriemenscheibe 30 angebracht,
die mit der Antriebsriemenscheibe 20 horizontal fluchtet.
Um die Antriebsriemenscheibe 20 und die Einstellriemenscheibe 30 ist
ein Einstellriemen 32 geschlungen. So wird die Antriebswelle 22 von
der Einstellriemenscheibe 30 und dem Einstellriemen über die
Verbindung des Riemens 32 mit der Antriebsriemenscheibe 20 drehbar
angetrieben. Die Einstellriemenscheibe 30 hat vorteilhafterweise
einen größeren Durchmesser
als die Antriebsriemenscheibe 20, um zwischen der Motorabgabewelle 18 und
der Antriebswelle 22 eine Untersetzung der Geschwindigkeit,
beispielsweise eine Untersetzung von etwa 3 : 1 zu bewirken.
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Das entgegengesetzte Ende der Antriebswelle 22,
welches der Vorderseite der Vorrichtung 10 am nächsten liegt,
trägt eine
pneumatische Spannvorrichtung 34 (1 und 2).
Die pneumatische Spannvorrichtung 34 ist auf der Antriebswelle 22 verkeilt
oder anderweitig so befestigt, dass sie drehfest auf der Antriebswelle 22 sitzt.
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Die Antriebswelle 22 hat
einen Innenkanal 42, der sich zentral über die gesamte Länge durch das
Innere der Welle 22 erstreckt, um der pneumatischen Spannvorrichtung 34 Druckluft
zuzuführen.
Mit dem hinteren Ende der Welle 22 ist ein pneumatischer
Drehanschluss 44 verbunden, der zum Anschluss an eine Luftzufuhrleitung 45 geeignet
ist, um Luft aus der Leitung 45 in den Innenkanal 42 zu
leiten.
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Die pneumatische Spannvorrichtung 34 umfasst
einen Satz aus drei Backen 46 (5–9), die über einen radialen Bewegungsbereich
nach außen aufweitbar
sind, um unterschiedlichen Innendurchmessern von Musterkernen gerecht
zu werden. Die Backen 46 sind so gestaltet, dass sie an
ihren Außenflächen insgesamt
die Gestalt eines Kreisbogens haben, wobei jede Backe einen Bogen
von etwa 110° überspannt,
sodass die Backen 46 gemeinsam mehr als 90% des Umfangs der Innenfläche eines
Musterpapierkerns berühren.
Die Backen 46 sind durch (nicht gezeigte) Federn miteinander
verbunden, die dazu beitragen, die von den Backen 46 auf
einen Musterkern ausgeübten
Kräfte
gleichmäßig zu verteilen.
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5 ist
eine Darstellung der pneumatischen Spannvorrichtung 34 und
zeigt einen Musterpapierkern 50, der auf der Spannvorrichtung 34 angebracht
wird. Die Spannvorrichtung 34 ist von der Antriebswelle 22 (3) abnehmbar und durch ähnlich konstruierte
Spannvorrichtungen ersetzbar, die für unterschiedliche Größen von
Kernen gestaltet sind. So kann eine Vielfalt an Kerngrößen geprüft werden.
Es ist von Vor teil, wenn die Backen 46 der Spannvorrichtung 34 Längsrippen 47 haben,
die das Erfassen des Musterkerns 50 von innen erleichtern, sodass
der Kern 50 gegenüber
der Spannvorrichtung 34 nicht im Drehsinn rutscht.
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6 zeigt
den Musterkern 50 in seiner Lage auf der Spannvorrichtung 34,
wobei sich die Backen 46 in der nicht aufgeweiteten Position
befinden, und 7 zeigt
die Backen 46 nach außen
auf geweitet, um mit der Innenfläche
des Musterkerns 50 in Eingriff zu treten.
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Belastet wird der Musterpapierkern 50 durch einen
flexiblen Endlosriemen 60, der teilweise um die Außenfläche des
Musterkerns 50 und um eine Riemenscheibe oder Rolle 62 (2, 3 und 9)
geschlungen ist, die wahlweise beweglich ist, um die auf den Riemen 60 ausgeübte Spannung
zu ändern.
Genauer gesagt, ist die Rolle 62 auf einer unteren Welle 64 angebracht,
die in Lagern 66 drehbar abgestützt ist, welche in Gehäusen 68 enthalten
sind, die auf einer senkrecht verschiebbaren Stützplatte oder Kraftübertragerplatte 70 angebracht
sind. Die Kraftübertragerplatte 70 ist
in senkrechter Richtung von einer Kraftmessdose 72 abgestützt, an
der sie befestigt ist. Die Kraftmessdose ist mit dem Kolben 74 eines
Druckluftzylinders 76 verbunden. Hierdurch werden beim Ausfahren
des Kol-bens 74 die
Kraftmessdose 72 und die Kraftübertragerplatte 70 translatorisch
nach oben bewegt, wodurch der Abstand zwischen den Achsen der pneumatischen
Spannvorrichtung 34 und der unteren Welle 64 verkleinert
und infolgedessen die Spannung im Riemen 60 verringert
wird. Umgekehrt werden beim Zurückfahren
des Kolbens 74 die Kraftmessdose 72 und die Kraftübertragerplatte 70 translatorisch
nach unten bewegt, sodass die Spannung im Riemen 60 erhöht wird.
Die Bewegung der Kraftübertragerplatte 70 in
senkrechter Richtung wird von einem Führungszylinder 78 (2) geführt, der mittels eines Paares
von am Chassis 12 befestigten Konsolen 80 in senkrechter
Richtung angebracht ist. Mit dem Führungszylinder 78 steht
ein Führungsjoch oder
Kragen 82 in Eingriff, der an der Kraftübertragerplatte 70 befestigt
ist. Der Führungskragen 82 gleitet vertikal
längs des
Führungszylinders 78,
sodass die Bewegung der Kraftübertragerplatte 70 auf
eine Bewegung in senkrechter Richtung beschränkt ist.
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Die Vorrichtung 10 umfasst
ein Steuersystem, welches es ermöglicht,
die vom Riemen 60 auf einen Musterpapierkern aufgebrachte
Last genau so zu steuern, dass sie einem beliebigen gewünschten Kraftniveau
entspricht, und die es auch ermöglicht, die
Kraft in Funktion der Zeit während
einer Prüfung zu
variieren. Hierzu und unter Hinweis auf 10 wird dem Druckluftzylinder 76 druckbeaufschlagtes Gas,
vorzugsweise Luft von einer geeigneten Quelle über ein steuerbares Servoventil 84 zugeführt. Außerdem gibt
die Kraftmessdose 72 über
eine herkömmliche
Brückenschaltung
ein Ausgangssignal in Funktion der zwischen der Kraftübertragerplatte 70 und
dem Druckluftzylinder 76 ausgeübten Kraft ab. Die Kraftmessdose 72 ist
unter statischer Bedingung auf Null gesetzt, wenn der Riemen 60 schlaff
ist, sodass die von der Kraftmessdose 72 angezeigte Kraft der
Kraft gleicht, die vom Riemen 60 auf einen Musterpapierkern
ausgeübt
wird.
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Das von der Kraftmessdose 72 ausgegebene
Signal wird einer auf einem Mikroprozessor basierenden Steuerung 86 zugeführt, die
auch über
eine Steuerleitung 88 mit dem Servoventil 84 verbunden ist.
Die Steuerung 86 ist eine Kombination aus einem PLC (programmable
logic controller) und einem PC; es können aber auch andere Arten
von Steuerungen auf Mikroprozessorbasis benutzt werden. Auf herkömmliche
Weise umfasst die Steuerung 86 eine Zentraleinheit CPU 90,
eine Speichereinheit 92, ein Ferneingabe/ausgabechassis 94,
eine Tastatur 96 sowie einen Bildschirm 98. Die
Steuerung 86 ist mit Steuerlogik zum Betätigen des
Servoventils 84 in einer Rückkopplungsschleife programmiert,
um die vom Druckluftzylinder 76 ausgeübte Kraft so zu steuern, dass
sie einer vorherbestimmten gewünschten Kraftfunktion
folgt, die über
die Tastatur 96 der Bedienungsperson in die Speichereinheit 92 eingegeben wird.
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Vorteilhafterweise ist das Servoventil 84 so eingerichtet,
dass es bei einer Eingabe von Null Volt Null Druck liefert und bei
einer Eingabe von 10 Volt einen Druck von 5 Bar. Das Servoventil 84 braucht nicht
geeicht zu werden, außer
dass sichergestellt wird, dass es bei Null Volt Null Druck liefert,
denn die tatsächlich
von der Kraftmessdose 72 gemessene Kraft wird ständig mit
der gewünschten
Last verglichen, und wenn sie sich von ihr unterscheidet, wird die
Eingangsspannung in das Servoventil 84 so eingestellt,
dass die tatsächliche
Last in Richtung auf die gewünschte
Last gesteuert wird.
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Die Vorrichtung 10 erlaubt
einen Betrieb des Motors 14 mit veränderlicher Geschwindigkeit.
Der Motor 14 wird von einem Wechselstrom-Wechselrichter 100 gesteuert,
der es ermöglicht,
die Motorgeschwindigkeit so zu variieren, dass Geschwindigkeiten
der Spannvorrichtung von etwa 400 bis etwa 1000 U/min. erhalten
werden. Ein in der Nähe
der Antriebswelle 22 mittels einer Konsole 104 angebrachter
Annäherungssensor 102 (3 und 10) liefert der Steuerung 86 ein
Ausgangssignal pro Umdrehung, welches von der Steuerung 86 in
Umdrehungen pro Minute der Welle 22 umgewandelt und auf
dem Bildschirm 98 angezeigt wird.
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Die Vorrichtung 10 umfasst
auch einen Druckwandler 106, der in Funktion des auf die
pneumatische Spannvorrichtung 34 ausgeübten Drucks ein Ausgangssignal
bereitstellt. Der auf die Spannvorrichtung 34 ausgeübte Druck
ist über
einen Druckregler 108 von Hand einstellbar. Gemessen wird
der Druck aber vom Wandler 106 und an die Steuerung 86 zur
Anzeige auf der Bildschirmeinheit 98 weitergegeben.
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Die Vorrichtung 10 kann
entweder in manueller oder in automatischer Betriebsweise betätigt werden.
Um eine Prüfung
zu beginnen, öffnet
die Bedienungsperson eine Tür 110 (1), um zur pneumatischen
Spannvorrichtung 34 und zum Riemen 60 Zugang zu
erhalten. Ein (nicht gezeigter) Sicherheitsschalter verhindert den
Betrieb des Motors 14 und des Druckluftzylinders 76,
wenn die Tür
offen ist. Beim Öffnen
der Tür 110 ist
der Riemen 60 schlaff, wie durch die gestrichelt in 9 gezeigte Lage der Rolle 62 angegeben.
Die Bedienungsperson ordnet einen Musterpapierkern 50 auf
der pneumatischen Spann vorrichtung 34 (5 und 6)
an und schließt die
Tür 110,
und sie bedient den Druckregler 108, um die Backen der
Spannvorrichtung aufzuweiten, damit sie mit der Innenfläche des
Musterkerns in Eingriff treten (7).
Da der auf die Spannvorrichtung 34 ausgeübte Druck
auf der Bildschirmeinheit 98 angezeigt wird, ist es der
Bedienungsperson möglich,
den Druckregler 108 so einzustellen, dass ein vorherbestimmter
gewünschter
Druck erzielt wird. Der Riemen 60 wird über den Musterkern 50 und
um die Rolle 62 gelegt (2 und 9).
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Die Bedienungsperson benutzt die
Tastatur 96, um entweder die manuelle oder die automatische Weise
für den
Betrieb zu wählen.
Für die
automatische Betriebsweise gibt die Bedienungsperson eine gewünschte Vorlastkraft
ein, die auf den Kern 50 ausgeübt werden soll, den Druck der
Spannvorrichtung, die Drehzahl der Spannvorrichtung und die Lastrate oder
den Lastablauf (z. B. Last über
der Zeit; Lastzunahmerate im Verlauf der Zeit). Es kann zum Beispiel eine
Vorlast von 15kN zusammen mit einer Lastrampenrate von 0,3kN pro
Sekunde eingegeben werden, sodass bei Beginn der Prüfung die
Last bei 15kN beginnt und mit 0,3kN pro Sekunde rampenartig steigt. Die
Steuerung 96 fordert die Bedienungsperson auch auf, Kennzeichnungsdaten über die
Prüfung
einzugeben, zum Beispiel eine ID-Nummer des Musters. Danach schließt die Bedienungsperson
die Tür,
woraufhin der Riemen 60 vom Druckluftzylinder 76 entsprechend
der von der Bedienungsperson eingegebenen Vorlast vorbelastet wird.
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Als nächstes drückt die Bedienungsperson einen
Startknopf 112 (1 und 10), und die Steuerung 86 betätigt den
Motor 14 und den Druckluftzylinder 76 entsprechend
der gewählten
Geschwindigkeit und Lastrate. Die Bedienungsperson unterzieht den Musterkern 50 einer
visuellen Inspektion auf Fehlstellen, und wenn eine solche festgestellt
wird (was sich üblicherweise
sowohl sichtbar als auch hörbar manifestiert),
drückt
sie einen Stopknopf 114. Bei Empfang eines Stopsignals
vom Stopknopf 114 hält die
Steuerung 86 den Motor 14 an und schließt das Servoventil 84,
und sie berechnet die abgelaufene Zeit bis zum Auftreten der Fehlstelle
(über einen
internen System takt), die Anzahl der Umdrehungen bis dahin sowie
die Belastung bei dem Ausfall. Die Bedienungsperson wird aufgefordert,
gewisse Informationen über
den Ausfallmodus einzugeben, beispielsweise den radialen Abstand
vom Innendurchmesser des Kerns 50 bis zum Punkt der Fehlstelle
und eine Beschreibung des Ausfallmodus. All diese berechneten und
eingegebenen Daten und die Einrichtungsdaten (d. h. Druck der Spannvorrichtung,
Vorlastkraft, Drehzahl der Spannvorrichtung) und die Kennzeichnungsinformation
sind im Speicher 92 gespeichert und werden auf der Bildschirmeinheit 98 angezeigt. Die
Software zur Steuerung erlaubt es der Bedienungsperson auch, die
Daten auf ein allgemeines Dateiformat zu überspielen, welches dann mit
anderer Software zur Tabellenkalkulation oder Textverarbeitung benutzt
werden kann.
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Bei manueller Betriebsweise können nichtgenormte
Prüfungen
durchgeführt
werden. Zum Beispiel kann der Kern mit einer Vorlast oder Lastrate belastet
werden, während
der Kern ortsfest gehalten wird (d. h. sich nicht dreht), oder die
Riemenspannung kann über
einen (nicht gezeigten) Druckregler von Hand eingestellt werden.
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Vorstehend ist eine Prüfvorrichtung
und ein Verfahren zur Prüfung
der dynamischen Festigkeit eines Papierkerns beschrieben worden,
die einmalige Vorteile gegenüber
bekannten Prüfvorrichtungen
und Verfahren bieten. Dazu gehören
die Fähigkeiten,
die im Verlauf einer Prüfung
auf ein Prüfmuster
aufgebrachte Last genau zu steuern und zu ändern, die auf einen Papierkern
von dem darauf aufgewickelten biegsamen Papier aufgebrachte Lastverteilung
mittels eines flexiblen Riemens, der die Außenfläche des Musterkerns direkt
berührt,
genauer nachzuahmen, einen Musterkern mit einer pneumatischen Spannvorrichtung
in Eingriff zu bringen, welche die Eingriffskräfte gleichmäßig über den Umfang der Innenfläche des
Kerns verteilt und einstellbar ist, um den Druck der Spannvorrichtung
und das Ausmaß der
Aufweitung der Spannvorrichtung zu ändern, sowie sämtliche
relevanten Daten und Informationen über eine gegebene Prüfung aufzuzeichnen,
zu speichern und anzuzeigen. Es gehen auch noch weitere Vorteile
der Erfindung aus der vorstehenden Beschreibung hervor.
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Die Erfindung ist hier zwar unter
Hinweis auf ein spezifisches Ausführungsbeispiel derselben beschrieben
worden, aber die Erfindung ist nicht auf die hier gezeigte und beschriebene
bestimmte Vorrichtung und das entsprechende Verfahren beschränkt. Für den Durchschnittsfachmann
liegen weitere, in den Bereich der Erfindung fallende Ausführungsbeispiele
ohne weiteres auf der Hand. Es kann beispielsweise eine beliebige
Betätigungsvorrichtung benutzt
werden, um den Zweck des Druckluftzylinders 76 zu erfüllen, beispielsweise
ein Servomotor oder ein anderer Motor, mit oder ohne Getriebe, sofern
die Betätigungsvorrichtung
so gesteuert werden kann, dass eine gewünschte Kraft exakt auf den
Riemen aufgebracht wird. Ebenso kann jede beliebige Antriebsvorrichtung
benutzt werden, um den Zweck der pneumatischen Spannvorrichtung 34 zu
erfüllen, sofern
sie mit dem Kern einheitlich und gleichmäßig in Eingriff treten kann
und ihn nicht verfehlt oder die Prüfergebnisse verfälscht, und
sofern sie einstellbar ist, um Schwankungen im Innendurchmesser
des Kerns zu entsprechen. Und auch wenn in der Beschreibung Bezug
genommen wurde auf das Prüfen der
dynamischen Festigkeit eines Musterpapierkerns, kann die Vorrichtung
und das Verfahren gemäß der Erfindung
ebenso zum Prüfen
der Kernadhäsion
und Röhrenqualität herangezogen
werden. Weitere Abwandlungen sind gleichfalls möglich. Folglich soll der Umfang
der Erfindung, einschließlich solcher
weiteren Ausführungsbeispiele
und Abwandlungen durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.
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Übersetzung der Figurentexte
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Fig. 4
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Luft hinein
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Fig. 10
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- 14
- Motor
- 100
- Wechselstrom-Wechselrichter
- 84
- Servoventil
- 76
- Druckluftzylinder
- 90
- Zentraleinheit
CPU
- 92
- Speicher
- 94
- I/O-Chassis
- 96
- Tastatur
- 98
- Bildschirm
- 72
- Kraftmessdose
- 106
- Wandler
- 102
- Annäherungssensor
- 34
- Spannvorrichtung
- 108
- Druckregler
- 112
- Start
- 114
- Stop