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Vorrichtung ur Steuerung der Zugspannung von laufenden Bahnen Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Zugspannung von laufenden
Bahnen aus dehnbarem Material, mit einem relativ langen Saugkasten mit zwei flachen
Seitenwänden, die in Abstand voneinander angeordnet sind, einem Bonden, welcher
die Längskanten der beiden Seitenwände miteinander verbindet, zwei Stirnwänden und
vorzugsweise entlang der anderen Längskanten jeder Seitenwand angeordnete, umgebogene
Ränder, deren Flächen in die Innenfläche der Seitenwände übergehen,
so
daß eine glatte, stetige, in den Kasten führende Oberfläche entsteht, wobei der
Kasten auf einer Seite der Bahn derart angeordnet ist, daß seine Seitenwände quer
zur Bahn verlaufen, und wobei eine mit dem Innern des Kastens verbundene Unterdruckquelle
im Bereich des Bodens vorgesehen ist, mittels welcher eine Schleife aus der Bahn
in den Kasten hineingezogen wird, wobei die Unterdruckquelle im Kasten vorzugsweise
einen konstanten Luftdruck unterhalb des atmosphärischen Druckes unabhängig von
der Schleifenlänge erzeugt, und wobei ferner eine Licht. od. dgl. -schranke im Bereich
der Schleife zum Erzeugen eines die Geschwindigkeit der Bahn steuernden Signals
vorgesehen ist.
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Wenn ein elastischer Gegenstand auf Zug beansprucht wird, so neigt
dieser dazu, sich zu dehnen, da die Spannungskräfte das Material strecken. Bei der
Steuerung der Geschwindigkeit in einer Bahn aus dehnbarem Material, wie z. B. Papier,
ist es zumeist erforderlich, die Spannung auf einen Wert zu begrenzen, der so niedrig
ist, daß das Material nicht über seine Elastizitätsgrenze hinaus gedehnt wird. Wenn
ein Blatt, wie z. B. ein Papierblatt, nicht gleichmäßig gebildet ist, so können
Teile des Blattes über die Elastizitätsgrenze des Materials hinaus gedehnt und so
für immer verzogen werden. Diese Teile sollten so klein wie möglich gehalten werden,
da das Material, welches einmal über seine Elastisitätsgrenze hinaus gedehnt worden
ist, einen Teil seiner Elastizität verliert, und so keinen Widerstand gegen Beanspruchungen
bietet, so daß das Auftreten einer erneuten Spannung zum Reisen des Materials fuhren
könnte. Bevor eine Papierstoffbahn zu einem Fertigprodukt
wird,
z. B. zu einem Zeitungspapier, unterliegt es einer Anzahl von Bearbeitungsstufen,
bei denen die Bahn unter Spannung steht; infolgedessen ist die Geschwindigkeitssteuerung
und die dadurch erfolgende Spannungssteuerung hinsichtlich einer jeden Stufe erforderlich,
damit keine oder allenfalls nur eine geringe Überdehnung des Papiers erfolgt, da
Papier, das einmal in einer Stufe überdehnt wurde, in den folgenden Stufen Schwierigkeiten
bei der Bearbeitung verursacht. Durch inkorrekte Geschwindigkeitssteuerung und dadurch
auftretende zu große Spannung kann das Papier sehr rasch an Haltbarkeit verlieren,
wodurch seine Qualität vermindert wird.
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Bei Anlagen bzw. Einrichtungen zur Bearbeitung einer Bahn aus dehnbarem
Material, wie z. B. Papier, ist es meist erforderlich, eine Vorrichtung vorzusehen,
die die Geschwindigkeit in der Bahn innerhalb feststehender Spannungsgrenzen steuert.
Jede wesentliche Verbesserung der Anlage oder Einrichtung führt vor allem zu einer
Erhöhung der Laufgesclibindigkeit der Bahn bei der Bearbeitung. Dies bedingt, daß
die Geschwindigkeit noch genauer gesteuert werden muß, und daß die Steuervorrichtungen
in noch kürzerer Zeit als zuvor auf Fehler ansprechen und korrekturen vornehmen
müssen.
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Eine Einrichtung, die seit langem für die Aufrechterhaltung einer
möglichst konstanten, zumindest eine vorbestimmte Grenze nicht überschreitenden
Spannung einer bewegten Bahn verwendet wird, umfaßt eine Laufrolle, über die die
Papierbahn in Form einer Schleife geformt
wird. Die Rolle ist so
dimensioniert, daß sie durch ihr Gewicht in einem bestimmten Bereich die für den
bestimmten Vorgang erforderliche Spannung erzeugt; die Rolle dient im wesentlichen
nur zum Ausgleich eines überflüssigen Spiels, das in der Bakn entsteht0 Da die Rolle
und ihre Haltevorrichtung schwer sind, sind auch die schon bei geringen Veränderangen
der Rollenlage auftretenden Trägheitskräfte sehr groß, weshalb diese Vorrichtung
dazu neigt, relativ träge zu arbeiten. Bei großen Bahngeschwindigkeiten vermag diese
Vorrichtung den raschen Schwankungen der Bahnspannung trotz der Empfindlichkeit
der Anzeigeelemente nicht zu folgen. Infolgedessen sind derartige Vorrichtungen
für hohe Geschwindigkeiten, mit denen die Bahn die modernen Bearbeitungsmaschinen
durchläuft, nicht geeignet.
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Nach einem anderen, neueren Verfahren wird die Spannung in der Bahn
durch Bewegen der Bahn mit einer gesteuerten Geschwindigkeit entgegen der Wirkung
einer Bremskraft, die an einer anderen als der Antriebsstelle an der Bahn angreift,
aufrechterhalten, und zwar aufgrund der von einem Bahnspannungsprüfer gegebenen
Steuersignale.
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Die Anwendung dieses Verfahrens findet man vielfach bei der Papierverarbeitung,
wenn eine Papierbahn von einer Rolle abgerollt und auf eine andere Rolle aufgewickelt
wird. Die Rolle, auf-die das Papier aufgewickelt wird, wird mit einer gesteuerten,
konstanten Umfangsgeschwindigkeit angetrieben, während die Rolle, von der das Papier
abgerollt
wird, gebremst wird. Eine Spannungsanzeigevorrichtung zwischen den Rollen steuert
die Bremskraft mit Hilfe eines Regelsystems, so daß die Durchschnittsspannung in
der Bahn innerhalb festgesetzter Grenzen liegt.
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Da ein solches System Spannungsfehler mißt, nachdem die se aufgetreten
sind, diese Messung als Sgrral auf einen Regler übertragen wird und der Regler dafür
sorgt, daß die Bremse nachgestellt wird, ist die Verzögerungsperiode in dem Steuersystem
die Ursache für eine bestimmte Grenze für die Einhaltung des vorgegebenen Spannungsbereiches
und damit die erreichbare Bahngeschwindigkeit ebenfalls begrenzt.
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Für manche Gebiete der Papierherstellung und-verarbeitung, wie z.
B. für das Umwickeln einer Papierbahn von einer Rolle auf eine andere, gibt es Einrichtungen,
die mit so großen Geschwindigkeiten arbeiten, daß ein derartiges letztgenanntes
Steuersystem nicht mehr ausreicht.
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Außerdem würde bei hoher Geschwindigkeit eine Esgentrizität der abzuwickelnden
Rolle meist als ähnlicher Effekt bei der aufzuwickelnden Rolle wiederkehren, da
das Steuersystem und die Bremse nicht in der Lage sind, so schnell die nötigen Korrekturen
durchzuführen; und selbst dann, wenn sie es währen, ist doch die Trägheit der Rolle
meist zu groß, als daß die erforderlichen Geschwindigkeitsänderungen erfolgen könnten.
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Um derartig hohe Geschwindigkeiten zu beherrschen und hierbei die
Zugspannung in der Bahn möglichst konstant,
zumindest unterhalb
eines vorbestimmten Wortes zu halten, ist vorgeschlagen worden, mittels zweier hinter
einander angeordneter Saugkästen auf die Bahn einen unterdurck einwirken zu lassen
und so zwei hintereinanderliegende Schleifen zu bilden, wobei auf eine der beiden
Schleifen durch einen größeren Querschnitt des der Aufwickelvorrichtung zugewandten
Kastens eine entsprechend größere Kraft als auf die erste, der Abwickelvorrichtung
zugewandte Schleife einwirkt. Die Zugspannung in der Bahn wird nun in der Weise
konstant gehalten, daß auf die Abwickelvorrichtung eine Bremskraft einwirkt, deren
Größe immer dann zunimmt, wenn die schmälere Schleife kurz vor dem Boden des Saugkastens
angekommen ist und damit in den Weg einer dort angeordneten Lichtschranke gelangt.
Auf diese Weise werden Trägheitskräfte, die auf die Bahn einwirken, durch Änderung
der Schleifenlänge der schmäleren Schleife abgefangen und so wegen des im wesentlichen
konstanten Unterdruckes im Saugkasten trotzdem die Spannung in der Bahn praktisch
konstant gehalten. Die breitere Schleife, welche in Bahnrichtung auf die schmälere
Schleife folgt, bleibt stets auf ihrer vollen Länge.
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Es ist ohne weiteres einzusehen, daß die zuletzt beschriebene Vorrichtung
zwar sehr hohe Bahngeschwindigkeiten zuläßt, jedoch noch verhältnismäßig umständlich
ist, da zwei Schleifen vorgesehen werden müssen und die Steuerung der Bremseinrichtung
verhältnismäßig ruckweise erfolgt, was keineswegs günstig ist. Insbesondere wird
durch die beiden Schleifen verhältnismäßig viel Raum besnsprucht, was bei Anlagen
zum Bearbeiten von laufenden Bahnen eine entsprechende Vergrößerung der Anlage mit
sich bringt.
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Aufgabe der Erfindung ist est eine Vorrichtung zu schaffen, mit der
die Geschwindigkeit von laufenden Bahnen unter Konstanthalten der Zugspannung gesteuert
werden kann und gleichzeitig bei Anwendung einer Unterdruckschleife ein beachtlich
geringerer Raumaufwand als bei der zuletzt genannten Anlage erforderlich ist und
wobei trotzdem höchstmögliche Geschwindigkeiten erreichbar sind.
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Diese Aufgabe wiX mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art
gelöst, die sich erfindungsgemäß auszeichnet durch in den Seitenwänden des Kastens
gegenüberliegend angeordnete, für Strahlungsenergie durchlässige, im Bereich der
Bahnsch:Leife angeordnete, längs der Schleifenlage bzw. des -längenbereiches durchgehende
Fenster, eine vor dem ersten Fenster angeordnete, an sich im wesentlichen kontinuierlich
entlang dem ersten Fenster erstreckendes Strahlungs-, beispielsweise Lichtband erzeugende
Strahlungsenergiequelle sowie eine Empfangsvorrichttig hinter dem zweiten Fenster,
deren strahlungsempfindlicher Bereich klein ist im Vergleich zur Fensterfläche des
zweiten Fenster und eine zuge ordnete Reflexionsvorrichtung zum Reflektieren der
durch das zweite Fenster hindurchgetretenen Strahlung auf die Empfangsvorrichtung.
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Auf diese Weise ist es ohne weiteres möglich, mit einem einzigen und
dazu in seiner Höhe verhältnismäßig niedrigen Saugkasten auszukommen, und die Schleifenlänge
bzw.
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-lage ändert sich infolge der kontinuierlichen Geschwindigkeitsregelung
nur in sehr geringem Maß, so daß mit der verhältnismäßig kurzen Schleifenlänge erhebliche
Trägheitskräfte
unter Konstanthalten der Zugspannung in der Bahn
aufgefangen werden können.
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Es sind zwar auch Saug- bzw. Unterdruckkästen bekannt geworden, bei
denen eine mittlere und zwei äußere Lichtschranken vorgesehen sind, wobei jedoch
auch hier verhältnismäßig hohe Saugkästen erforderlich sind, da von diesen äußeren
Lichtschranken aus noch eine entsprechende Sicherheitshöhe vorgesehen sein muß.
Außerdem ist es bekannt geworden, eine längliche Lampe und zwei langgestreckte Fotozellenanordnungen
zum kontinuierlichen Messen der Länge der Schleifen zu verwenden. Demgegenüber wird
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Lichtempfänger in Gestalt eines reflektierenden
Kastens, der das Licht, welches die Schleife passiert, sammelt und auf eine im Verhältnis
zur Fensterfläche kleine strahlungsempfindliche Fläche weitergibt, vorgesehen. Diese
strahlungsempfindliche Fläche kann beispielsweise aus einer oder wenigen Fotozellen
bestehen, und es ist nicht nötig, eine, sich über die gesamte Kastenlänge erstreckende
Fotozelle bzw. -zellenanordnung vorzusehen. Dadurch ergeben sich über die Einsparung
kostspieliger Strahlungsempfängeranordnungen hinaus entscheidende Vorteile: Es wurde
nämlich festgestellt, daß die vorliegende einfache Anordnung, die darin besteht,
das reflektierte Licht auszuwerten, äußerst wirksam ist, da hierbei die Strahlungsempfänger,
beispielsweise Fotozellen, alle annähernd bzw. im wesentlichen gleich stark belichtet
werden. Unbelichtete Fotozellen stellen nämlich hohe Widerstände dar, die die Wirkungsweise
der belichteten (aktiven)
Zellen in der bekannten Anordnung störend
beeinflussen.
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Jede der Aufoahmeeinrichtungen bei dieser bekannten Anordnung besteht
aus einer Vielzahl von Zellen von denen einige belichtet und einige unbelichtet
sind. Deswegen stellen die unbelichteten Zellen unerwüschte Widerstände im Stromkreis
der belichteten Zellen dar.
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Im Gegensatz hierzu sind in der erfindungsgemäßen Anordnung alle Zellen
annähernd gleich stark belichtet, so daß sie in vorteilhafter Weise zusammenwirken
und das elektrische Signal wesentlich besser erzeigen, als wenn nur einige der Fotozellen
das Signal erzeugen würden und die anderen Fotozellen durch ihren hohen Widerstand
eine entgegengesetzte Wirkung auf das erzeugte Signal ausüben.
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Aufgrund der Erfindung ergibt sich eine einfache und kompakte Anlage,
mit der höchstmögliche Geschwindigkeiten beherrschhar sind, da jede kleinsts Änderung
der Schleifenlänge sofort und weitgehend trägheitslos zur Geschwindikgietssteuerung
benutzt wird. Die Lunge der Schleife kann in kleinstmöglichen Grenzen gehalten werden.
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Wenn die Anlage für laufende Bahnen aus lichtundurchlässigem oder
-hemmendem Material bestimmt ist, so werden vorzugsweise eine Lichtquelle als Strahlungsenergiequelle
und lichtdurchlässige Fenster verwendet, Hierbei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
vorteilhaft so ausgebildet sein, daß sich die den Kasten durehquerende Lichtschranke
vorn Boden bis nahe der oberen Öffnung des Kastens erstreckt, und daß außerhalb
des Kastens nahe
dem zweiten Fenster Reflektoren zur Reflexion
der die Fenster und den Kasten durchdringenden Lichtstrahlen auf eine oder mehrere
Fotozellen vorgesehen sind.
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Im einzelnen kann die Vorrichtung in der Weise aufgebaut sein, daß
die Empfangseinrichtung aus einer oder mehreren Fotozellen zum Empfang und zur Umwandlung
der Lichtenergie in elektrische Signale besteht, die ein Maß für die Schleifenlänge
sind, daß der Empfangseinrichtung ein Differenzierkreis zur Differentiation der
empfangenen Signale und zur Erzeugung von Signalen, die ein Haß für die Bahngeschwindigkeit
sind, nachgeschaltet ist> daß dieser Einrichtung ein Verstärker folgt, dessen
ausgang einen elektrisch-hydraulischen Wandler zur Umwandlung der Verstärkerleistung
in hydraulische Energie speist, welche die im Weg der laufenden Bahnen angeordnete
Bremse steuert.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung
wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 8 der Zeichnung näher erläutert> wobei
insbesondere auf die vorteilhafte Möglichkeit der Kompensation kontinuierlich sich
ändernder Trägheitskräfte sowie der sich durch die Schleifenlänge ändernden Reibungskräfte
eingegangen wird.
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Die Erfindung ist nicht ausschließlich auf die Anwendung für Papierbearbeitungseinrichtungen
oder die speziell, nachfolgend beschriebene Einrichtung beschränkt.
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Die Figuren der Zeichnungen zeigen im einzelnen Fig. 1 eine perspektivische
Ansicht der schemasschedargestellten Anordnung der Teile einer Papierbear beitungsmaschine;
Fig.
2 einen Querschnitt durch einen Saugkasten, an den eine Meß- und eine Regeleinrichtung
gemäß der Erfindung angebaut ist Fig. 3, 4 und 5 Içurvendarstellungens die das Verhältnis
zwischen Eingangs-und Ausgangssignalen des in Fig. 2 dargestellten Stromkreises
zeigen; Fig. 6 eine Maske für die Verwendung im optischen System zum Ausgleich der
Trägheit; Fig. 7 und 8 die geometrischen Verhältnisse in zwei Saugkästen.
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Fig. 1 veranschaulicht eine Bearbeitungseinrichtung, bei der eine
Bahn 1 aus dehnbarem Material mit hoher Geschwindigkeit nach rechts in Richtung
des Pfeils 2-durch ein Antriebsmittel an der Stelle 3 bewegt wird, entgegen einer
Bremskraft, die auf die Bahn 1 an einer Stelle 4 die von der Steile 3 entfernt liegt,
einwirkt. In dem Kasten 5, der zwischen den Steilen 3 und 4 quer zur Bahn 1 liegt,
bildet die Bahn 1 eine Schleife 6, und zwar aufgrund einer Saugkraft, die einen
Teil der Bahn in den Kasten 5 hineinsaugt; diese Schleife sorgt für eine konstante
Spannung der in den Kasten eintretenden und aus ihm austretenden Bahn. Da die Bahn
nicht unbedingt mit gleichbleibender Geschwindigkeit von der Stelle 4 aus freigegeben
wird, verändert die Schleife ihre Länge um diese Abweichungen auszugleichen; d.
ii. die Schleife wird größer, sobald eine Schlaffheit in der die Stelle 4 verlassenden
Bahn auftritt, und sie wird kleiner, sobald sich eine zu große Straffheit zeigt.
Da die Bahn, die sich vom Saugkasten 5
aus zu der Stelle 3 fortbewegt,
eine konstante Spannung beibehalten soll, muß die Schleife 6 für eine ausreichende
Speicherung für die Bahn sorgen, da sich die Geschwindigkeit, mit-der die Bahn an
der Stelle 4 freigegeben wird, ändern kann; die Schleife muß diese Änderung ab fangen.
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Die Änderungen der Schleifenlänge dienen als geeignetes Mittel zur
Steuerung der Bremskraft, die auf die Bahn 1 an der Stelle 4 ausgeübt wird. Durch
fortlaufende Messung der sich ändernden Schleifenlänge erhält man eine Anzeige der
Schleifenlänge in Form eines Signals, das in einem Regelgerät 7 ausgewertet wird,
um kontinuierlich den Bremsenmechanismus 8 zu steuern, der die Bremskraft auf die
Bahn 4 ausübt. Die durch das Regelgerät bewirkte Steuerung erfolgt in der leise,
daß die Verlängerung der Schleife gegenüber einem bestimmten Wert die Bremskraft
erhöht, und eine Verkürzung der Schleife die Bremskraft vermindert ; das Regelgerät
ist also so abgestimmt, daß es die Schleifenlänge innerhalb bestimmter Grenzen hält.
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Es gibt zahlreiche Anwendungsgebiete für den Gegenstand der erfindung;
die Papierindustrie ist ein Gebiet, auf dem er mit großem Vorteil anwendbar ist,
wie z. B. bei Wickelvorgängen allgemein, beim Zerschneiden einer Papierbahn in zwei
oder mehrere Bahnen, sowie bei Zuführen einer Papierbahn zu einer Druckmaschine.
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Fig. 1 zeigt die Anwendung der Erfindung beim Zerschneiden einer Papierbalin.
Wie dargestellt, wird die Papierbahn 1, die von der Papierrolle 9 abgewickelt wird,
durch
einen Schnitt 10 geteilt, dç h. auseinandergeschnitten und
beide Bahnen werden auf Je eine Rolle 11 bzw. 12 aufgewickelt. Die Bahn 1 wird mit
hoher Geschwindigkeit von der Rolle 9 zu den Rollen 11 und 12 mittels eines Antriebsmotors
13 bewegt, der die Rolle 14 über einen Treibriemen 16 antreibt; die Rolle 14 treibt
die Rolle 15 und die Papierrollen 11 und 12 an. Die Rollen 14 und 15 liegen in einem
geringen Abstand parallel zueinander ; die Rollen 11 und 12 liegen frei auf ihnen,
so daß die Drehung der beidenRollen 14 und 15 das Aufwickeln der Bahnen auf die
Rollen 11 und 12 bewirkt.
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Nach dem Zerschneiden der Bahn 1 mittels des Ereismessers 17 laufen
die beiden Papierbahnen unter der Rolle 15 durch, umschlingen die Rolle 14 von unten
her und werden dann auf die Rollen 11. und 12 aufgewickelt, die zusammen mit der
Rolle 15 durch die Bewegung der Rolle 14 in Pfeilrichtung gedreht werden. Alle Teile
11 bis 16 befinden sich an der Stelle 3.
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Der Antriebsmotor 13 treibt die Papierbahn mit gesteuerter hoher Geschwindigkeit
an; und ein Widerstand bei der Bewegung der Bahn wird durch eine auf die Rolle 9
einwirkende Bremskraft hervorgerufen, indem der Bremsschuh 18 gegen die Bremstrommel
19 gedrückt wird, welche auf der Welle 20 der Papierrolle 9 angebracht ist.
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Zum Andrücken des Bremsschuhs gegen die Trommel 19 dient ein hydraulischer
Zylinder 21, der von dem Regelgerät 7 gesteuert wird. Bremsschuh 18, Trommel 19
und Zylinder 21 sind Teile des Bremsmechanismus. Die Teile 9 und 18 bis 20 sind
an der Stelle 4 angeordnet.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Bremskraft kontinuierlich
so gesteuert, daß die Länge der Schleife 6 innerhalb kleinstmöglicher festgesetzter
Grenzen bleibt, und die Saugkraft, die in dem unteren Teil des die Schleife aufnehmenden
Kastens wirkt, bestimmt die Spannung der Bahn. Das verwendete und nachstehend beschriebene
Regelsystem wirkt so schnell, daß tatsächlich nur sehr geringe Anderungen der Schleifenlänge
bei einer Papierbahn, die ruckartig von der Rolle 9 abgewickelt wird, auftreten.
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Bei der vorzugsweise zu verwendenden Schleife 6 erfolgt der Zug durch
die relativ konstante Saugkraft ungeachtet der Schleifenlänge ; ihr Zug nimmt mit
größerer Schleifenlänge leicht ab; die Gründe hierfür sind später erläutert.
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Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Kasten sind die oberen Ränder
29 und 30 beider Seitenwände 23 und 24 nach außen gebogen. Die Oberflächen der gebogenen
Ränder 29 und 30 sind glatt und gehen in die glatten Oberflachen der flachen Abschnitte
der Wände 23 und 24 über.
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Die glatten gebogenen Ränder führen die Bahn in den bzw. aus dem Kasten,
wobei sie verhindern, daß sich die Schleife über die Breite 31 des Kastens ausdehnt.
Die gebogenen Ränder 29 und 30 gehen bei den Geraden 32 und 33 in die glatten Wand
teile über, welche von diesen Geraden aus parallel zueinander verlaufen.
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In Fig. 2 ist die Wand 23 der Wand 24 gegenüber gelegen, wobei die
durchbrochen dargestellte Linie 31, welche die Breite des Kastens oder der Schleife
darstellt, senkrecht auf den vertikalen Seitenwänden steht, welche in den Qeraden
32
und 33 enden. Obwohl es zweckmäßig ist, um bei vorgegebenen Kastenabmessungen eine
maximale Kastentiefe zu ermöglichen, ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die
Wände 23 und 24 auf gleicher Höhe liegen.
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Bei manchen Systemen kann es von Vorteil sein, wenn eine der Geraden
32 oder 33 des Kastens tiefer als die andere gelegen ist.
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Die Länge der Schleife 6 wird, wie Fig. 2 erkennen läßt, kontinuierlich
mittels einer bandförmigen Strahlungsquelle gemessen, welche auf einer Seite der
Schleife angeordsich net ist und deren Strahlen in die Bahn der verlängernden oder
verkürzenden Schleife gelenkt werden; ein Teil der Strahlen, nämlich diejenigen,
welche sich unterhalb der Schleife befinden, gehen an dieser vorbei, während der
andere Teil von der Schleife abgefangen wird. Die Verlängerung bzw. Verkürzung der
Schleife stört das Strahlenband durch entsprechende Abdeckung, so daß sich diese
Störung in der aufgefangenen Strahlenenergie widerspiegelt ; demzufolge hängt die
aufgefangene Energie von der Länge der Schleife ab. Es sind Mittel zur laufenden
Umwandlung der aufgefangenen Strahlenenergie in elektrische Energie vorgesehen,
deren Größe der Länge der Schleife entspricht, und die daher in dem Regelsystem
zur Steuerung der an der Rolle 9 angreifenden Bremskraft Verwendung finden kann.
Sowohl der Strahlengeber als auch der Empfänger liegen außerhalb der Kastenwände
an einander gegenüberliegenden Seiten; die Seitenwände des Kastens sind mit Fenstern
versehen, durch die Strahlen austreten; auch können die Seitenwände vollständig
aus die Strahlen durchlassendem Material bestehen. Geeignete Strahlenenergiequellen
emittieren elektromagnetische Strahlen, wie Licht-, Wärme-, Radio- und Radarstrahlen
usw. sowie Schallenergiestrahlen, insbesondere Ultraschallstrahlen.
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Wenn die Bahn 1 aus einem Material besteht, das keine gute Leitfähigkeit
besitzt, wie z. B. Papier, so ist das Licht eine gute Strahlenquelle, da es leicht
erzeugbar, leicht zu steuern und leicht als elektrisches Anzeigesignal erfaßbar
ist. Fig. 2 zeigt die Verwendung gewöhnlichen, sichtbaren Lichts zur Meßung der
Länge der Schleife 6 und stellt einen Schnitt durch den Saugkasten und die an ihn
angebaute optische Meßeinrichtung dar. Zehn Lampen 56 sind als Quelle für die Strahlungsenergie
vorgesehen. Diese Lampen sind vorzugsweise in zwei Reihen mit je fünf Lampen, und
zwar gegeneinander versetzt außerhalb des Kastens vor einem Glasfenster 52 in der
Seitenwand 23 angeordnet, so daß sie innerhalb des Kastens ein Lichtband bilden.
Ein für dieses Fenster geeignetes Glas besteht aus einem durchsichtigen Glas mit
einem feinen Muster an der Oberfläche, die eine größere Anzahl von kleinen Linsen
aufweist. Das Lichtband reicht etwa vom oberen Ende bis zum Boden des Kastens, da
sich das Fenster 52 über die ganze Höhe des ebenen Abschnitts in der Seitenwand
23 erstreckt; es befindet sich vorzugsweise in der Mitte der Wand.
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Um Streulicht zu vermeiden, sind die Lampen 56 mit Verblendungen 54
versehen. Serienmäßige Autoscheinwerfer mit Niederspannungswechselstromlampoen haben
sich bewährt, da diese Lampen Glühfäden besitzen, die stark genug sind, um die Schwingungen
bei der Lichtabgabe niedrig zu halten. Ein Gleichstrom zum Betrieb der Lampen ist
hinsichtlich einer konstanten Lichtabgab-vorteilhaft. Eine relativ konstante Lichtquelle
ist wichtig, da sonst das elektrisch. Anzeige signal aus der Lichtabtastvorrichtung
zu
viele Störungen aufweist; so z. B.
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Störungen durch sinusförmige Schwingungen, die von der die Lampen
speisenden elektrischen Energie herrühren.
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Wie Fig. 2 zeigt, unterbricht die Schleife 6 das Lichtband und fängt
zumindest einen Teil des in den Kasten einfallenden Lichtes ab. Das Licht, das an
der Schleife vorbeifällt, fällt durch das Fenster 53 in der Seitenwand 24 in den
Lichtauffangkasten g52 der außerhalb des Saugkastens liegt. Das Fenster 53 ist das
gleiche wie das Fenster 52 es erstreckt sich jedoch nicht über die Gesamthöhe der
Wand 24. Das Fenster 53 liegt dem Fenster. 52 genau gegenüber, so daß das Licht,
das nicht von der Schleife abgefangen wird, ungehindert in den Auffangkasten einfallen
kann, Ein Gitter 53a aus einem mattschwarz gestrichenen Leichtmetallblechstreifen
ist in dem Lichtauffangkasten, nahe dem Fenster 53 angebracht und erstreckt sich
über die ganze Fläche des Fensters 53. Dieses Gitter entspricht im Prinzip einer
Jalousie; es gestattet ungehindert den Lichtdurchtritt von den Lampen 56 in den
Kasten 55, verhindert jedoch das Einfallen von zusätzlichen Streustrahlen bzw, reflektierten
Strahlen usws, die ansonst das Ergebnis verSlschen könnten. Der Lichtauffangkasten
55 ist ein großer Reflektor in der Größe des Fensters; er kann aus einem rechteckigen
Gehäuse bestehen, dessen Innenflächen hell sind und das Licht reflektieren. Die
Lichtstrahlen 58, die durch den Saugkasten unterhalb der Schleife hindurchfallen,
treffen auf die reflektierenden Oberflächen im Kasten 55, von wo sie in verschiedene
Richtungen
reflektiert werden; einige der Strahlen 59 gelangen zu der Lichtabtasteinrichtung
60. Obwohl die Einrichtung 60 in der Zeichnung am Boden des Gehäuses 55 liegend
dargestellt ist, kann sie auch an anderen Stellen, an denen sich die Lichtstärke
mit der Länge der Schleife ändert, angeordnet sein. Etwas Licht von den Lampen 56
und dem beleuchteten Raum oberhalb der Schleife kann auch durch die die Schleife
bildende Bahn durchdringen ; diese Lichtmenge hängt von der Lichtundurchlässigkeit
des Materials ab. Das Gitter 53a dient zur Abschirmung des Kastens gegen das sich
über der Schleife befindende Licht.
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Die Lichtmeßeinrichtung 60 kann aus einem oder mehreren Widerständen
bestehen, deren Widerstand sich mit der Menge einfallenden Lichts ändert; sie kann
aber auch aus einer oder mehreren Halbleiterzellen bestehen, die Lichtenergie in
elektrische Energie umwandeln; die letztgenannte Ausführung ist vorzuziehen; beispielsweise
können Silicium-Solar-Zellen eingesetzt werden. Eine Anzahl dieser Zellen sind hintereinandergeschaltet,
um bei einfallender maximaler Lichtmenge eine maximale elektrische Stromabgabe zu
erreichen. Außerdem sollten alle Zellen umwandelbar sein, da sie, wenn sie sich
nicht umwandeln, einen relativ hohen Widerstand in dem Stromkreis bilden.
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Die Zellen müssen nicht unbedingt hintereinandergeschal tet sein,
jedoch kann dadurch wegen der nur sehr geringen Spannung, die in einer Zelle erzeugt
wird, eine Reihenschaltung ein einfaches Mittel zur Erzeugung einer elektrischen
Spannung darstellen, die für Steuerzwecke ausreicht, ohne eine umfangreiche Verstärkung,
Filtern usw.
erforderlich zu machen. Ein entstörtes Kabel 61 übermittelt
die elektrischen Anzeigesignale bzw. -ströme zum Regelgerät. Da das Anzeigesignal
der Einrichtung 60 sehr klein ist und sehr leicht gestört wird, ist das Regelgerät
vorteilhafterweise in dem Kasten 55 untergebracht, wie dies Fig. 6 zeigt. Hierdurch
wird eine besondere Abschirmung überflüssig, da das Gerät vollständig von einem
Metall gehäuse umgeben ist.
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Das von Einrichtung 60 abgegebene elektrische Signal bezeichnet die
Lage bzw. die Länge der Schleife 6 im Verhältnis zum Kasten 5. Anfänglich wird die
an der Rolle 9 wirksame Bremskraft zur Beibehaltung einer bestimmten Länge der Schleife
eingestellt, indem ein elektrisches Signal mit einem feststehenden Wert auf ein
hydraulisches Regelventil übertragen wird. Dieser bestimmte Wert des elektrischen
Signals ist das durch die Einrichtung 60 erhaltene Signal für die gegebene Schleifenlänge,
welches zum Zwecke der Steuerung des Ventils umgewandelt worden ist. Bei Abweichungen
des elektrischen Signals von einem bestimmten Sollwert verursacht das Ventil eine
Änderung der Bremskraft, um so die Schleifenlänge wieder auf den vorbestimmten Wert
zu bringen. Das Signal der Einrichtung 6o bezeichnet also die Abweichung der Länge
der Schleife 6 von einer vorbestimmten Schleifenlänge. Wenn die Einrichtung 60 aus
einer oder mehreren Solar-Zellen besteht, so ist ihr elektrisches Signal ein Zweifachsignal
mit gleichmäßigem Spannungszustand mit einer übergelagerten Wechsel spannung, und
die Größe der Signalanzeige ändert sich mit Veränderung der Schleifenlänge. Eine
kleine
Hochfrequenzstörung, wie z. B. das Flackern einer Lampe,
kann sich ebenfalls auf dem Signal auswirken.
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Da das elektrische Signal der Einrichtung 60 die Schleifenlänge bezeichnet
und die Bremskraft, die ausschließlich durch diese gesteuert wird, das Maß der Beschleunigung
bestimmt, kann das Signal nicht direkt zur Steuer rung der Bremse verwendet werden,
wenn die Leistung des geschlossenen Regelkreises stabil sein soll, was in diesem
Fall erforderlich ist. Wenn die Bremskraft, oder genauer gesagt das Drehmoment der
Vorrichtung 8 an der Rolle 9 eine Bremskraft auf die Bahn ausübt, die die Länge
der Schleife nicht beeinträchtigt, so wird die Drehmasse weder beschleunigt noch
verlangsamt; wenn sich das Drehmoment jedoch ändert, so wird die Masse entweder
beschleunigt oder verlangsamt. Wenn ein Drehmoment auf eine träge Masse einwirkt,
so findet eine Beschleunigung oder eine Verzögerung statt.
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T = I # α wobei T das Drehmoment, I die träge Masse undαdie
Winkelbeschleunigung ist. Da das hervorgerufene Signal (60) die Schleifenlänge oder
den Abstand bezeichnet, kann dieses als Abstand S oder als das doppelte Integral
der Beschleunigung αim Verhältnis zur Zeit t, also
ausgedrückt werden. Für die Konstruktion des Reglers bedeutet das, wenn das Signal
(von 60) direkt zur Steuerung
der Bremse verwendet wird, so wird
S zur Steuerung von Vvverwendet. Eine solche Situation führt zu einem unstabilen
geschlossenen Regelkreis, bei dem unweigerlich Regel schwankungen auftreten, obwohl
keine zusätzlichen Verzögerungen durch die Schaltungselemente entstehen, da die
gemessenen Parameter gegenüber den gesteuerten eine zu große Phasenverschiebung
besitzen.
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Da die Schaltungselemente zusätzliche Verzögerungen erzeugen, wird
das Regeiproblem noch schwieriger, und es ist daher wichtig, daß das Signal der
Einrichtung 60, das den Abstand S darstellt, umgewandelt wird, um so zumindest 80°
der in dem geschlossenen Regelkreis erzeugten Phasenverschiebung zu vermeiden. Das
kann durch Verwendung eines leistungsstarken Leitungsnetzwerkes oder einer differenzierenden
Schaltung erreicht werden. Durch die Differenzierung werden ein Intergral oder fast
90° der Phasenverschiebung der mechanischen Teile des geschlossenen Regelkreises
aufgehoben Jetzt kann der Regelkreis geschlossen werden, und falls die Verzögerungen
in den Teilen des Stromkreises gering sind, treten keine Regel schwingungen in dem
System auf. Nach der Terminologie der Regeltechnik hat der geschlossene Regelkreis
ohne Leitungsnetzwerk eine Phasendrehung von mehr als 1800 und ist daher instabil.
Mit dem Leitungsnetzwerk wird die Phasendrehung auf ca. 1200 reduziert und das System
ist dann stabile Der in Fig. 2 dargestellte Stromkreis ist eine Kombination einer
Reihen- und einer Parallelschaltung, bestehend aus den Widerständen R1 und R2 und
dem Kondensator C1 Der Widerstand R1 und der Kondensator C1 sind
parallelgeschaltet
und an die Leitungen 64 und 66 angeschlossen, wobei die Leitung 64 ein Leiter des
Kabels 61 und die Leitung 66 ein Leiter zur Verbindung der Schaltung mit dem Eingang
eines Verstärkers 63 ist.
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Der andere Leiter 65 des Kabels 61 ist direkt mit dem Eingang-des
Verstärkers verbunden; ein weiterer Widerstand R2 liegt zwischen den Leitungen 65
und 66 am Eingang des Verstärkers 63.
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Die Arbeitsweise dieses Netzwerkes ist unter Bezugnahme auf die Figuren
3, 4 und 5 folgende. Zum besseren Verständnis wird angenommen, daß an den Eingangsklemmen
des Netzwerkes ein Wechselstromsignal Ve (Ordinate) eingeprägt wird und die Frequenz
(Abszisse) das Signal sinusförmig von nahezu Gleichstrom bis 10 kHz (=10 KC) verändert
wird. Wenn dieses Signal in ein doppelt logaritkmisches Koordinatensystem eingetragen
wird, so erhält man einen konstanten Verlauf, wie die Gerade 67 in Fig. 3 zeigt.
Die Amplitude des Ausgangssignals Va (Ordinate in Fig. 4 und 5) des Stromkreises
wird gegenüber dem Eingangssignal V im Verhältnis e R2 1 + R2 für Gleichstrom reduziert,
da der Kondensator C1 Gleichstrom sperrt. Mit zunehmender Frequenz führt der Kondensator
einen wachsenden Anteil des Signals an dem hochohmigen Widerstand R1 vorbei, bis
bei der Frequenz unendlich der Widerstand R1 von dem Kondensator C1 kurzgeschlossen
ist. Die Ausgangsspannung des Netzwerkes ist in Fig. 4 graphisch zusammen mit einer
mathematischen
Formel für jede der drei vorstehend genannten Bedingungen
dargestellt. Eine Analyse der in Fig. 4 dargestellten Angaben ergibt, daß die Kurve
aus den beiden in Fig. 5 dargestellten Spannungen 68 und 69 besteht.
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Die Spannung 68 ist der Gleichspannungsabfall am Widerstand R2, erzeugt
durch die Eingangs Spannung Ve, dem Signal für Vorrichtung 60: R2 V R1 + R2 e Da
sich die Amplitude des Signals der Vorrichtung 60 je nach Länge der Schleife 6 ändert
d. h. nach Lage der Schleife im Saugkasten, stellt die Spannung 68 ebenfalls ein
Maß für die Lage der Schleife dar.
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Die Spannung 69 stellt die Änderungsgeschwindigkeit der bewegten Schleife
dar. Je größer die Änderungsgeschwindigkeit ist, desto größer ist die Spannung 69.
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Daher kann angenommen werden, daß diese Spannung die Dimension der
Geschwindigkeit hat, eine Dimension, die eine um ca. 90° kleinere Phasenverschiebung
hat und damit der Idealbedingung für den Regelkreis ur Steuerung der Bremskraft
bei Stelle 4 näherkommt als die direkt von der Vorrichtung 60 abnehmbare Spannung.
Das Netzwerk ist ein Differenzierkreis, der das Signal der Vorrichtung 60 derart
beeinflußt, daß es nicht wie zunächst - ein Maß für die Lage, sondern ein tIaß für
die Lageänderung ist mit einer die Lage bezeichnenden Vor spannung, wobei die Spannung
69 ein Maß für die Geschwindigkeit und Spannung 68 ein Maß für die Lage darstellt.
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Ein hierfür geeignetes Netzwerk ist wie folgt z. B.
dimensioniert:
C1-3mF, R1 = 470 Kn und R2 = 2000£1.
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Bei einer derartigen Dimensionierung beträgt die Ausgangsspannung
V nur 1/236 der Gleichstromkomponente a der Eingangs spannung V und die Ausgangsspannung
V e a nähert sich der Eingangsspannung V in dem Maße', wie e die Änderungsgeschwindigkeit
zunimmt.
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Das kleine Ausgangssignal des Netzwerks wird in einem Verstärker 63
mit hoher Verstärkung verstärkt, und das Ausgangssignal des Verstärkers wird zu
einer Spule 71 in einem hydraulischen Regel system 70 über die Leitungen 72 und
73 geleitet.
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Die Spule 71 ist mit den Steuerelementen des Ventils 70 so verbunden,
daß der Grad der auf die Ventilfunktion ausgeübten Steuerung von dem Wért der Ausgangsspannung
des Verstärkers abhängt. Wenn sich die Länge der Schleife 6 ändert, wird ein kleines
Signal, das solche Änderungen darstellt, zunEchst in dem Netzwerk umgewandelt, verstärkt
und dann der Spule 71 zugeführt. Die Spule 71 wird erregt und verursacht-die Steuerung
der Bremse durch das Ventil derart, daß die Schleife infolge der Bremsung wieder
ihre vorbestimmte Länge einnimmt.
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Die Geschwindigkeit, mit der das Ventil arbeitet, hängt von der Änderungsgeschwindigkeit-des
Signals ab, das der Spule 71 zugeführt wird, und dieses hängt wiederum von der Geschwindigkeit
ab, mit der sich die Schleife verlängert oder verkürzt. Das hydraulische Regelventil
70 ist ein relativ einfaches Mittel zur ausreichenden Übersetzung des Signals vom
Verstärker 63, um es so für die Betätigung eines hydraulischen Zylinders des Bremsmechanismus
verwendbar
zu machen. Das Ventil 70 verwandelt das relativ schwache elektrische Ausgangssignal
des Verstärkers in eine hydraulische Kraft, die groß genug ist, um direkt auf den
Zylinder 21 zu wirken, indem diese Kraft auf den Kolben 74 einwirkt, wodurch dessen
Kolbenstange 75 den Bremsschuh 18 im Verhältnis zur hydraulischen Kraft gegen die
Bremstrommel 19 drückt. Ein hydraulischer Regler ist vorzuziehen, da er einfacher
ausgebildet ist und schnsll und störungsfrei arbeitet; es können jedoch auch andere
Regelvorrichtungen verwendet werden, wie z. B. ein vollelektrisches System.
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Wie aus Fig. 1 erkennbar, wird der Durchmesser der Rolle 9 mit dem
Abrollen der Papierbahn kleiner, infolgedessen wird auch die Trägheit der Rolle
kleiner0 Wenn also die Länge der Schleife 6 bei konstanter Bahnspannung etwa konstant
gehalten werden soll, so muß die durch den Bremsschuh 18 auf die Trommel 19 ausgeübte
Kraft kontinuierlich zunehmen, um die kleiner werdende Masse der Rolle auszugleichen.
Da die Bremse durch das Regel System verstellt wird, dessen Steuersignal von der
Länge der Schleife abhängt, neigt diese dazu, nach und nach an zwänge abzunehmen.
Mit Abnahme der Schleifenlänge nimmt jedoch die Trägheit der abzuwickelnden Rolle
ebenfalls nach dem Quadrat des momentanen Radius der Rolle ab. Diese Änderung der
Trägheit stellt einen Gewinn oder eine Änderung der Empfindlichkeit der mechanischen
Komponente des Regelsyatems dar. Daher ist also ein Trägheitsausgleich zur Erzielung
einer optimalen Leistung des Systems erforderlich. Ein Vorteil des beschriebenen
Systems liegt darin, daß der Trägheitsausgleich leicht geschaffen werden
kann,
beispielsweise durch Verwendung einer Maske zur Änderung des durch den Kasten hindurchgehenden
Strahlungsenergiebandes, wodurch die aufgefangene Energie entsprechend der Schleifenlänge
geändert wird.
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Eine Methode zum Ausgleichen eines sich während des Betriebs ändernden
Trägheitsmomentes aufgrund der Verkleinerung der Rolle 9 besteht im Abfangen des
durch das Fenster 53 fallenden Lichtes, wobei sich die abgefangene Lichtmenge entsprechend
der Schleifenlänge ändert.
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Hierzu dient eine in Fig. 6 dargestellte Maske 117, die in dem Lichtauffangkasten
55 an dem Fenster 53 und vor dem Gitter 53a angebracht ist. Diese Maske 117 kann
aus einem Metallblech bestehen, in welchem sich eine längliche Öffnung 116 befindet,
die seitlich durch Kanten 119, 120 begrenzt ist, die bestimmten Kurven entsprechen.
Die Öffnung 116 ist im wesentlichen keilförmig und symmetrisch zur Längsachse des
Fensters. Die Öffnung 116 kann entsprechend einem jeden Trägheitsaus gleichswert
geformt werden. Bei der in Fig. 6 dargestellten Maske ist der breiteste Teil des
Ausschnittes oben an der Kante 118p er verläuft von dort nach und nach unten schmaler
werdend. Er dient dazu, ein Teil des Lichtes so abzufangen, daß die Verlängerung
der Schleife nicht eine proportionale Verminderung des in den Kasten 55 einfallenden
Lichtes mit sich bringt und umgekehrt. Durch Verlängerung der Schleim nimmt das
auf die lichtempfindlichen Zellen fallende Licht ausreichend ab, und zwar um soviel,
daß das elektrische Signal zum Regelventil dieses veranlaßt, eine größere Bremskraft
auszuüben, als es ohne Verwendung einer Maske der Fall wäre. Für den praktischen
Betrieb ist die Maske 117 so geformt, daß sie die Länge
der Schleife
innerhalb feststehender Grenzen für den größten-bis zum kleinsten Durchmesser der
Rolle 9 hält.
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Die Länge Lc (Fig. 6) gibt die Grenzen der Schleifenbewegung an. Beim
Betrieb der Einrichtung wird die Schleife jedoch innerhalb des kleinen Abschnitts
Lo der Länge 0 L der etwa in der Mitte von L liegt, gehalten. c c Wenn auch die
Reibung an den Kastenwänden verhältnismäßig gering ist, so ist sie doch immer vorhanden.
Zwischen der Seitenwand 23 und der Bahn tritt sie als eine Kraft auf, die die Bremskraft
unterstützt, und zwischen der Seitenwand 24 und der Bahn tritt sie als ICraft auf,
die die Spannung der aus dem Kasten austretenden Bahn erhöht. Falls die Reibung
zwischen der Bahn und der Seitenwand 24 ziemlich groß werden sollte, so muß das.
evtl. bei der onstruktion des Saugkastens berücksichtigt werden. Eine Methode, durch
die die Reibung an den Kasten wänden verringert werden kann, ist nachstehend unter
Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben.
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Fig. 7 stellt schematisch einen umgekehrt angeordneten, d. h. nach
unten offenen Saugkasten mit zwei sich verjüngenden Seitenwänden 121 und 122, einer
Bodenwand 124 und zwei gekrümmten Flächen 125 und 126 zur Füilrung.des Bandes 128
in den Kasten und aus diesem heraus dar. Die Bahn hat eine Schleife 129, die während
ihrer Bewegung in Richtung des Pfeiles 127 in den Kasten hineingesaugt wird. Da
die wirksame Schleifenfläche, die dem Unterdruck im Kasten ausgesetzt ist, bei Verlängerung
der Schleife kleiner, d. h. schmaler wird, wird auch die dadurch bedingte Spannung
in der Bahn geringer. Mit Zunahme der Schleifenlänge wird die Oberfläche der Bahn,
die
die Seitenwände des Kastens beruhrt, größer, weshalb dann die Spannung aufgrund
von Reibung zunimmt.
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Durch Analyse dieser Merkmale kann man den gewünschten Ausgleichsgrad
ermitteln, d. h. den-notwendigen Verjüngungswinkel der Seitenwände berechnen. Tatsächlich
verlaufen die Seitenwände so, daß sie sich unter dem Winkel verjüngen, bei dem die
Zunahme der Reibung kraft durch Verlängerung der Schleife gleich der Abnahme der
Kraft durch Sog ist. Um diesen Winlcel zu bestimmen, benötigt man zunächst den Wert
des Reibungskoeffizienten zwischen der Bahn und den Wänden des Kastens bei hoher
Geschwindigkeit. Er kann experimentell auf verschiedene bekannte Weisen ermittelt
werden.
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Da die Reibung an der Eingangs seite des Kastens die Bremskraft unterstützt,
wird sie einfach zu einem Teil der Bremskraft und stört das System nicht, d. h.
sie kann leicht durch eine Verminderung der durch die Bremse ausgeübten Kraft ausgeglichen
werden; die Reibung an der Austrittsseite des Kastens kann jedoch, wenn sie groß
genug ist, dazu führen, daß das System für Spannungssteuerzwecke weniger wirkungsvoll
ist. Da die Spannungssteuerung durch die Reibung an der Wand 122, nicht jedoch durch
diejenige an der Wand 121 beeinflußt werden kann, bezieht sich die folgende mathematische
Analyse in Bezug auf Fig. 7 nur auf die Wand 122.
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Zur Erläuterung der in der Analyse verwendeten Symbole wird angenommen,
daß der Kasten eine umgekehrte vertikale Lage einnimmt. Die Symbole haben folgende
Bedeutung: h ist in senkrechter Richtung der Abstand des Schnittpuxilctes 123 der
Seitenwände 121 und 122 von der Linie,
an der sich die Schleife
von der Seitenwand 122 löst.
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II ist der senkrechte Abstand vom Schnittpunkt 123 bis zu der Linie,
bei der die ebene Seitenwand 122 in die gekrümmte Fläche 126 übergeht, ist der eingeschlossene
Winkel zwischen den beiden Seitenwänden 121 und 122.
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# ist der Winkel zwischen einer geneigten Seitenwand und der Senkrechten0
D ist die Breite des freien Endes der Schleife, d. h. die Breite der Schleife, die
dem Vakuum in dem Kasten ausgesetzt ist.
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W ist die Breite der Bahn.
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T ist die Spannung in der Bahn hinter dem Kasten. ist ist die Druckdifferenz,
die auf die Schleife einwirkt.
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Af ist die ebene Fläche der Seitenwand 122, an der die Bahn entlanggleitet.
ist der wirksame Reibungskoeffizient zwischen der Bahn und der Oberfläche der Seitenwand
122.
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Die wirksame Sohleifenlänge, auf die die Druckdifferenz #P wrikt,
d. h. diejenige projizierte Schleifenfläche, die der Saugkraft im Kasten aussgesetzt
ist, ist: A - h. tan @
Diese Fläche ist gleich D.W für einen Kasten
mit parallel verlaufenden Wänden; daher ist die gesamte Saugkraft an der Schleife
in einem Kasten mit parallel verlaufenden Wänden gleich #p.D.W. Die Fläche der ebenen
Seitenwand 122, über die die Bahn gleitet, ist
Die Spannung aufgrund des Vakuums im Kasten ist Tv=W#h#tan ###p (1.) Die Spannung
aufgrund der Reibung an der Seitenwand 122 ist
Zwecks Erhalts eines reibungsfreien Kastens mit parallel verlaufenden Seitenwänden,
der ohne Rücksicht auf die Schleife eine konstante Spannung erzeugt, muß folgende
Gleichung erfüllt seins dTv=-dTB (3.) dh @ @ dh D.h., die Spannungsänderung infolge
einer Änderung der Schleifenlänge aufgrund des Vakuums muß gleich dem negativen
Wert der Spannungsänderung mit Änderung der Schleifenlänge aufgrund der Reibungsbremsung
sein, Durch Ableiten der Gleichung 1. für T nach dh erhält v man:
dTv
d = . (h . tan O . W . #p) dh dh = W ##P# tan # (4.) Durch Anleiten der Gleichung
2. für TB nach dh erhält man:
Durch Einsetzen der Gleichungen 4. und 5. in Gleichung 3. erhält man: W . Ap o tan
# # = = # # W . cos #
sin # = µ #=sin -1µ Theoretisch bleibt die Spannung in der den Kasten verlassenden
Bahn konstant, wenn der Winkel #=son-1µ ist, und zwar auf einem Wert, der gleich.
der Summe der Spannung infolge des Vakuums, der Spannung aufgrund der Reibung
zwischen
der Bahn und der ebenen Seitenwand 122, und der Spannung aufgrund der Reibung zwischen
der Bahn und der gebogenen Fläche 126 ist. Wie Fig. 7 zeigt, verläuft die den Kasten
verlassende Bahn um einen Teil der gebogenen Fläche 126, da sich dieser Bereich
jedoch nicht ändert, ist die durch die Reibung auf die--ser Fläche erzeugte Spannung
konstant und liegt bei einem relativ kleinen Wert. Wenn die Spannung infolge des
Vakuums mit zunehmender Schleifenlänge mit der gleichen Geschwindigkeit abnimmt,
mit der die Spannung durch Reibung zunimmt (e = sin 1 t so kann man sagen, daß die
Verhältnisse am Kasten völlig ausgeglichen sind. Der gewünschte Ausgleichsgrad kann
durch die Grösse des Winkels Q bestimmt werden, d. h., ein kleinerer Winkel Q verursacht
eine große Spannung T in der Bahn, während die Schleife länger wird, und ein kleinerer
Winkel Q verursacht eine geringere Spannung, während die Schleife länger wird.
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In Fig. 7 sind die Wände 121 und 122 symmetrisch zur Senkrechten geneigt
dargestellt, wobei der Winkel 8 gleich der Hälfte des eingeschlossenen Winkels Jg
zwischen den Seitenwänden ist. In diesem Fall ist der Kasten völlig hinsichtlich
der Reibung zwischen der Bahn und den beiden Seitenwänden ausgeglichen. Da die Reibung
zwischen der Bahn und der Wand 121 jedoch nicht besonders bedeutsam für den Betrieb
der Einrichtung ist, braucht die Wand 121 nicht unbedingt geneigt zu sein.
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Sie kann z0 I3. unter einem etwa kleineren Winkel geneigt sein oder
sogar senkrecht verlaufen. Wenn der
Winkel zwischen der Wand 121
und der Senkrechten kleiner wird> so muß der Winkel zwischen der Wand 122 und
der Senkrechten um den gleichen Betrag größer werden, damit der Kasten völlig ausgeglichen
ist. Dies ist z.B. in Fig. 8 dargestellt; hier ist die Wand 131 auf der Eingangsseite
senkrecht und die Wand 130 auf der Ausgangsseite unter einem Winkel # gegenüber
der Wand 131 geneigt. Bei dieser speziellen Anordnung der Wände sind die Verhältnisse
hinsichtlich des Kastens völlig ausgeglichen und der Winkel #=2 #. In beiden Fällen
liegt ein völlig ausgeglichener Kasten vor, wenn der Winkel zwischen den Wänden
#=2 sin-1.µ ist.
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Wie bereits erwähnt, ist der Saugkasten so konstruiert, daß seine
Stirnwände gegeneinander oder voneinander fort bewegt werden können, damit der Kasten
für Bahnen unterschiedlicher Breite verwendet werden kann. bei der erfindungsgemäßen
Einrichtung wird ein Vakuum mit einem konstanten, relativ niedrigen Wert angewendet,
um eine Schleife in die Bahn während ihrer Bewegung zu ziehen, 1> Die Schleife
dient als Kittel zur Aufrechterhaltung einer konstanten Spannung in der Bahn unabhängig
von kurzen Geschwindigkietsschwankungen der Bahn. AuDerdem eleminiert sie Trägheitsckräte,
die auf die Bahn einwirken können