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Vorrichtung zum Messen der räumlichen Ausdehnung der
Stoßoberfläche zwischen zwei gegenseitig benachbarten Körpern,
wobei die Körper entweder beide beweglich, oder lediglich
einer der beiden Körper beweglich oder beide der Körper
ortsfest sind, und wobei die Körper an und benachbart zur
Stoßfläche beide zusammendrückbar oder wobei lediglich einer
der Körper zusammendrückbar ist, und einander
gegenüberliegende Oberflächen haben, die entweder beide einfach gekrümmt
oder doppelt gekrümmt sind, oder von denen eine einfach
gekrümmt oder doppelt gekrümmt und die andere eben ist.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Bestiinmen
des Stoßdrucks zweier gegenseitig aneinanderstoßender
Körper.
Stand der Technik
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Es gibt eine Anzahl von Zusammenhängen, bei denen ein Grund
dafür vorliegt, die Ausdehnung oder Länge einer
Stoßoberfläche zwischen zwei gegenseitig benachbarten Körpern zu
messen, von denen zumindest einer zusammendrückbar ist.
Derartige Zusammenhänge liegen in gegenseitig drehenden
Walzen, pendelbewegten Walzen oder diskontinuierlich
aneinanderstoßenden Walzen vor, die zylindrisch oder konisch,
gerade oder gewölbt sein können und parallele oder versetzte
Längsachsen haben können. Der betreffende Zusammenhang kann
auch ein solcher sein, bei dem eine Walze der vorstehend
genannten Art kontinuierlich oder diskontinuierlich gegen
eine ebene Oberfläche anliegt. Körper der vorstehend
genannten Art werden inter alia in mehreren Arten von
Walzenkonstruktionen
angetroffen, beispielsweise bei einer
Laminieranlage, Papiermaschinen und Druckpressen. Die gegenseitig
aneinanderstoßenden Körper können glatte oder mit Muster
versehene Oberflächen haben. Die Erfindung ist besonders zur
Anwendung in Druckpressen geeignet.
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Im Falle von Walzenanordnungen ist es wichtig, den Druck
genau zu erfassen und den Druck, der zwischen den Walzen
oder zwischen einer Walze und einer ebenen Oberfläche wirkt,
zu steuern, um dadurch inter alia eine Verteilung von Tinte
oder einer anderen Flüssigkeit zu steuern, die zwischen die
Körper übertragen wird, oder die Schichtdicke der Tinte oder
der Flüssigkeit zu steuern. Die vorstehend genannte
Stoßoberfläche ist ein Maß dieses Drucks. Es ist von besonderem
Interesse, die Längenausdehnung der Stoßoberfläche
rechtwinklig zur Längsachse der Walze oder der Walzen zu messen.
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Bislang stehen keine einfachen und zuverlässigen
Vorrichtungen oder Verfahren zum Messen entweder des Drucks zwischen
den Walzen oder der Länge oder der räumlichen Ausdehnung der
Stoßoberflächen zur Verfügung.
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Ein in der Druckindustrie bekanntes Verfahren besteht darin,
zwei sich entgegengesetzt drehende, mit Flüssigkeit beladene
Walzen zu stoppen und daraufhin die Walzen langsam um einen
Teil einer Umdrehung zu drehen. Dies führt zu einem
sichtbaren Streifen der Flüssigkeitsschicht auf den Walzen, wobei
dieser Streifen von dem vorstehend genannten stationären
Zustand herrührt und die Weite des Streifens die Ausdehnung
der Stoßoberfläche lotrecht zu der Längsachse der Walzen
bildet. Dieses Verfahren ist zeitaufwendig, und die
Genauigkeit, mit der die Weite des Streifens gemessen wird, ist
klein, und das Verfahren kann nicht mit Walzen verwendet
werden, auf die keine Flüssigkeit aufgetragen wird, oder auf
die lediglich eine transparente Flüssigkeit, wie
beispielsweise Wasser, aufgetragen wird. Ein anderes, in der
Druckindustrie
verwendetes Verfahren ist mit der Einführung eines
Papier- oder Folienstreifens zwischen zwei sich langsam
drehende Walzen befaßt, und wenn die Walzen gestoppt werden,
mit dem Abziehen eines der Streifen und eine Beurteilung des
Werts des Rollendrucks oder der Ausdehnung der
Stoßoberfläche auf Erfahrungsgrundlage. Dieses Verfahren ist
unzuverlässig und kann nicht unabhängig von der Bedienperson
wiederholt werden. Keines der vorstehend genannten Verfahren
kann in geeigneter Weise auf Walzen angewandt werden, die
schwer zu erreichen sind, oder auf Walzen, die in schlechten
Lichtverhältnissen oder in schmutzigen Umgebungen angeordnet
sind. Das einfache, in der Praxis vorstellbare Verfahren,
bei dem beispielsweise ein Papierblatt in den Walzenspalt
eingeführt, die Walzen gegeneinander gepreßt, die Walzen
getrennt und die Stoßprägung auf dem Papier gelesen wird, kann
in der Praxis nicht ausgeführt werden, weil die betroffenen
Walzen sich am häufigsten in fest stehenden Positionen
befinden.
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Das Dokument Patents Abstracts of Japan, Ausgabe 10, 147,
P460, Zusammenfassung der JP 61-702, veröffentlicht
06.01.1986, SUMITOMO DENKI KOGYO K.K. lehrt einen biegsamen
Sensor, der an einem Körper angebracht ist, und durch den
ein Kontakt zwischen dem Körper und einem anderen Körper
ermittelt werden kann. Dieser Sensor ist dazu geeignet zu
offenbaren, ob ein derartiger Kontakt vorhanden ist,
insbesondere entlang der gesamten Länge des Sensors. Der Sensor
ist in erster Linie zum Ermitteln eines Kontakts zwischen
verschiedenen Teilen in einem automatisierten
Herstellungsprozeß bestimmt, z.B. zwischen einem Industrieroboter und
mit diesem zusammenwirkenden Bauteilen, und er ist
ungeeignet, die geometrische Ausdehnung der Stoßoberfläche zwischen
zwei Körpern zu messen und kann deshalb für den Zweck dieser
Erfindung nicht verwendet werden.
Aufgabe der Erfindung und ihre wichtigsten kennzeichnenden
Merkmale
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Die Nachteile der vorstehend genannten Verfahren werden
durch die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch vermieden,
daß die Vorrichtung eine Meßwertanzeigeeinrichtung und einen
druckempfindlichen Sensor umfaßt, der an die Einrichtung
angeschlossen und zwischen die aneinander stoßenden Körper
eingesetzt ist, wobei der Sensor zwei längliche erste
Elemente und ein zweites Element hat, das gegen oder zwischen
die ersten Elemente gedrückt ist und ein Maß für die
räumliche Ausdehnung der Stoßoberfläche in ihrer Längsrichtung
ergibt. Das erfindungsgemäße Merkmal des neuen Verfahrens
folgt aus dem anliegenden Anspruch 8.
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Die Erfindung wird nachfolgend im einzelnen in bezug auf
eine Anzahl bevorzugter beispielhafter Ausführungsformen
derselben sowie in bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert. Ähnliche Bestandteile in den verschiedenen
Figuren der Zeichnungen sind wechselseitig mit denselben
Bezugsziffern bezeichnet.
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Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht von zwei gegenseitig
benachbarten Zylindern, die beide zusammendrückbar sind,
wobei die Bezugsziffer 1 die Länge oder räumliche Ausdehnung
der Stoßoberfläche lotrecht zur Längsachse des Zylinders
bezeichnet.
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Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht von zwei gegenseitig
benachbarten Zylindern, von denen einer zusammendrückbar und
der andere nicht zusammendrückbar ist.
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Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines
zusammendrückbaren Zylinders, der gegen eine nicht zusammendrückbare
ebene Oberfläche anstößt.
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Figur 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines nicht
zusammendrückbaren Zylindern, der gegen eine zusammendrückbare ebene
Oberfläche anstößt.
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Figur 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines einer Anzahl
von Beispielen, bei denen zwei Körper mit gekrümmten
Oberflächen eine gemeinsame Stoßoberfläche haben, in diesem Fall
eine nicht zusammendrückbare Kugel, die im Stoßanschlag mit
einem zusammendrückbaren Körper steht, der eine
schalenförmige Oberfläche hat.
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In sämtlichen in den Figuren 1 bis 5 gezeigten
Ausführungsformen können die beiden Körper relativ zueinander entweder
beweglich oder unbeweglich sein. Außerdem kann die
dargestellte räumliche Ausdehnung 1 entlang den Ausdehnungen
jeweiliger aneinanderstoßender Körper an der gegenseitigen
Kontaktoberfläche variieren.
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Figur 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Kontaktlängen-Meßgerät
2, das mit einem Sensor 3 und einer
Meßwertanzeigeeinrichtung 4 versehen ist.
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Figur 7 zeigt eine Längsquerschnittsansicht in der
Dickenrichtung des Sensors 3 gemäß einer Ausführungsform. Der.
Sensor dieser Ausführungsform umfaßt ein längliches
elektrisches Kurzschließelement 5, ein längliches elektrisches
Widerstandselelment 6, das ein wohldefiniertes geometrisches
Muster mit Endpunkten 7 und 8 hat, und ein nicht leitfähiges
Abstandselement 9, das entlang seiner Länge geschlitzt und
zwischen den beiden Elementen angeordnet ist.
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Figur 8 zeigt eine Querschnittsansicht des in Figur 7
gezeigten Sensors 3 rechtwinklig zu der Längsachse des
Sensors.
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Figur 9 zeigt ein Beispiel der Verwendung des
Kontaktlängenmeßgeräts 2, nämlich eine Verwendung, bei der der in den
Figuren 7 und 8 gezeigte Sensor 3 zwischen zwei gegenseitig
aneinanderstoßende Walzen durch eine Drehung der Walzen
eingeführt wird. Da der Sensor 3 inter alia eine vorgegebene
Dicke in der Größenordnung von einigen 10 mm hat, weicht die
Länge 10b des Elements 5, das aktiviert wird und während der
Stoßanlage sich messend im Betrieb befindet, geringfügig von
der wahren räumlichen Ausdehnung 10a der Stoßoberfläche ab,
für die Korrekturen mit einem Korrekturfaktor ausgeführt
werden, der inter alia das Verhältnis der Dicke des Sensors
3 zu den jeweiligen Radien der beiden Zylinder einschließt.
Wenn die Zylinder gegen andere Körper ausgetauscht werden,
ist der Korrekturfaktor abhängig von den Krümmungsradien der
beiden Körper an der Stoßoberfläche.
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Figur 10 zeigt einen Längsquerschnitt durch die Weite einer
anderen Ausführungsform des Sensors, wobei dieser Sensor
zwei gegenseitig parallele, längliche Lichtleiter 11 und 12
und ein längliches, lichtundurchlässiges Element 13 umfaßt,
das parallel zu den Lichtleitern verläuft. Die Lichtleiter
11 und 12 sind lediglich an ihren Kurzenden
lichtdurchlässig, an denen sie an der Meßwertanzeigeeinrichtung 4
angebracht sind, und an den gegenseitig gegenüberliegenden
langen Oberflächen der Leiter. Die restlichen Oberflächen der
Lichtleiter sind mehr oder weniger stark reflektierend.
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Figur 11 zeigt eine Querschnittsansicht des in Figur 10
gezeigten Sensors 3 rechtwinklig zur Längsrichtung des
Sensors 3.
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Zum Ausführen eines Meßvorgangs wird der Sensor 3 zwischen
die beiden Körper in einer der Figuren 1 bis 5 um ein Ausmaß
derart eingeführt, daß das Ende des Sensors 3, das distal
von der Meßwertanzeigeeinrichtung 4 liegt, über die
gegenseitige Stoßoberfläche der Körper hinausgeht.
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Beim Durchführen von Messungen mit Hilfe des in den Figuren
7 und 8 gezeigten Sensors 3 wird das Kurzschließelement 5
durch einen Schlitz in dem Abstandhalterelement 9 in Kontakt
mit dem Widerstandselement 6 entlang einem Weg gedrückt, der
im wesentlichen durch die räumliche Ausdehnung der
Stoßoberfläche zwischen den beiden Körpern in der Längsrichtung des
Sensors 3 gebildet ist. Mit Hilfe einer bekannten Technik
ist es möglich, den Widerstand zwischen den Anschluß- oder
Endpunkten 7 und 8 zu messen, einerseits in der Abwesenheit
einer Stoßanlage der beiden Körper und andererseits, wenn
der Sensor 3 zwischen die Körper eingeführt ist, wobei der
Widerstand im zuletzt genannten Fall dadurch, daß das
Kurzschließelement 5 entlang einem Teil seiner Länge zum und
gegen das Widerstandselement 6 gedrückt wird, abfällt, wobei
dieser Widerstand ein Maß für die Ausdehnung liefert. Ein
Vorteil ergibt sich, wenn das Widerstandselement 6 aus einem
sehr dünnen Kupferdraht besteht, der in eng benachbarten und
gegenseitig parallelen durchgehenden Schleifen gegenseitig
gleicher Längen angeordnet ist, wobei diese Schleifen
lotrecht zur Längsrichtung des Widerstandselements 6
angeordnet sind.
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Es versteht sich, daß der vorstehend genannte Sensor zur
Verwendung mit kapazitiven Meßprozessen geändert werden
kann.
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Wenn der Sensor 3 die in den Figuren 10 und 11 gezeigte Form
hat, wird Licht von der Meßwertanzeigeeinrichtung 4 durch
den Lichtleiter 11 übertragen, wobei dieses Licht, wenn der
Sensor 3 nicht einer Belastung von den beiden Körpern
unterworfen ist, den Wellenleiter 12 erreicht, der das Licht zu
der Anzeigeeinrichtung 4 zurückführt. Wenn der Sensor 3
andererseits zwischen gegenseitig aneinanderstoßenden
Körpern angeordnet wird, wird das lichtundurchlässige Element
13 zwischen die Lichtleiter 11 und 12 hineingedrückt und
schirmt die Lichtübertragung zwischen den Leitern um ein
Ausmaß ab, das der räumlichen Ausdehnung der Stoßoberfläche
entspricht. Der Wert dieses Abschirmeffekts kann mit Hilfe
der Meßwertanzeigeeinrichtung 4 unter Verwendung bekannter
Techniken problemlos gemessen werden.
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Um den Sensor 3 dazu in die Lage zu versetzen, in
industrieller Umgebung problemlos und zuverlässig eingesetzt zu
werden, wird der Sensor bevorzugt aus einem zähen und
streckungsbeständigen Material hergestellt. Die
Meßwertanzeigeeinrichtung 4 ist mit einer Einrichtung zur analogen
oder digitalen Wiedergabe von Meßwerten, zum manuellen oder
automatischen Verriegeln gemessener Werte, zum
Signalisieren, daß der Meßvorgang beendet ist, versehen, und sie kann
auch eine Beleuchtungseinrichtung enthalten. Die
Meßwertanzeigeeinrichtung 4 kann problemlos die vorstehend genannte
Einrichtung zum Korrigieren gemessener Werte der
Stoßoberflächenausdehnung enthalten, um Werte zu korrigieren, wie in
bezug auf Figur 9 beschrieben.
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Es versteht sich, daß das vorstehend beschriebene Kontakt
längenmeßgerät 2 zum Berechnen des Stoßdrucks zwischen zwei
Körpern auf der Grundlage von gemessenen Werten verwendet
werden kann, die sich auf die räumliche Ausdehnung der
Stoßoberfläche, den Krümmungsradius jeweiliger Körper und ihre
jeweilige Zusammendrückbarkeit beziehen.