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Bild: fotohunter, iStock
Geschwindigkeitsmessung

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Keine Berührung - keine Risse

Text: Pierre Passarge, Polytec
Minimaler Stillstand, maximaler Ausstoß – dazu bräuchte man in der Papierverarbeitung eine Endlosrolle. Nachbilden lässt sich diese durch fliegendes Spleißen, wo der Anfang einer neuen Rolle mit dem Ende der alten verklebt wird. Die Tücke dieses Verfahrens liegt in der zu synchronisierenden Geschwindigkeit. Eine berührungslose Messtechnik verhindert das Reißen.

Das fliegende Spleißen geschieht nicht immer wie im Flug. Schwankt beim Verkleben der Bahnen die Geschwindigkeit der Maschinen, kann sich das Papier spannen und an den Verbindungsstellen reißen. Um die getrennten Rollen wieder zusammenzufügen, muss die Maschine erst angehalten werden. Der dabei entstehende Produktionsausfall kann einen Betrieb mehrere tausend Euro kosten. Um derartige Stillstandzeiten zu verhindern, müssen die Geschwindigkeiten der Papierrollen genauestens aufeinander abgestimmt sein.

Üblicherweise wird aus dem Rollendurchmesser und der Drehzahl der Maschine die Geschwindigkeit der Papierbahn errechnet. Je schneller die Papierrolle dabei rotiert, desto ungenauer lässt sich aufgrund der wirkenden Zentrifugalkräfte ihr Rollendurchmesser ermitteln. Dieser Fehler fließt in die Bahngeschwindigkeit mit ein, was zu Ungenauigkeiten im Bereich von 10 m/min führt. Bei Bahngeschwindigkeiten von bis zu 1500 m/min entspricht das einem Fehler von 0,7 Prozent – viel zu ungenau, als dass man den Spleißvorgang fehlerfrei steuern könnte. Direkt messen ließe sich die Geschwindigkeit durch taktile Messverfahren, doch auch bei dieser treten Ungenauigkeiten auf. Diese ergeben sich durch den Verschleiß des Messaufnehmers aufgrund des ständigen Kontakts mit dem Material; dementsprechend häufig muss die Messtechnik auch gewartet und neu kalibriert werden. Nicht nur der Sensor selbst, auch die Oberfläche empfindlicher Materialien kann beim berührenden Verfahren zu Schaden kommen.

Keine Berührung – keine Schäden

Solche Probleme lassen sich durch den Einsatz berührungsloser Messtechnik auf Laserbasis verhindern. Hierzu hat Polytec das Laser Surface Velocimeter entwickelt. Dieses Messgerät erlaubt es, durch direkte Messung die Geschwindigkeiten der Papierrollen beim fliegenden Spleißen bis auf ±0,1 Prozent genau abzugleichen. Gemessen wird kontaktlos durch das Laser-Doppler-Prinzip, sodass aufwändige Rekalibrierungen und Wartungsarbeiten aufgrund von Schlupf und Verschleiß entfallen. Die hohe Genauigkeit dieses Verfahrens reduziert Fehlversuche beim Spleißen und daraus resultierende Stillstandzeiten, folglich steigt auch die Ausbringung.

Beim Laser-Doppler-Prinzip werden zwei Laserstrahlen, die jeweils unter einem Winkel φ zur optischen Achse einfallen, auf der Oberfläche des Messobjektes überlagert. Der Überlagerungsbereich der beiden Laserstrahlen wird als Messvolumen bezeichnet. In diesem Raum entsteht ein Interferenzmuster aus hellen und dunklen Streifen. Der Abstand dieser Streifen bildet die Gerätekonstante ∆s, die von der Laserwellenlänge λ und vom Winkel zwischen den Messstrahlen 2φ abhängt. Wenn sich ein Teilchen durch dieses Streifenmuster bewegt, wird das von ihm zurückgestreute Licht in seiner Intensität moduliert. Daraus erzeugt ein Photoempfänger im Messkopf des Laser Surface Velocimeters ein Wechselstromsignal, dessen Frequenz fD direkt proportional zur Geschwindigkeitskomponente der Oberfläche in Messrichtung vp ist.

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