ES2336792T3 - Metodo y aparato para medir la tension de una banda en movimiento. - Google Patents
Metodo y aparato para medir la tension de una banda en movimiento. Download PDFInfo
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Abstract
Un método para medir la tensión de una banda en movimiento, comprendiendo el método las etapas de: a) disponer un elemento (300) de detección de tensión sin contacto, b) hacer que la banda en movimiento (11) pase alrededor del elemento de detección de tensión sin contacto con un ángulo de curvatura, c) detectar la reacción del elemento de detección de tensión sin contacto a la banda en movimiento, d) determinar el valor análogo de la tensión de la banda según la reacción detectada, caracterizándose el método por soportar el elemento de detección de tensión sin contacto en un soporte de fuerza lateral reducida.
Description
Método y aparato para medir la tensión de una
banda en movimiento.
La presente invención se refiere a la medición
de la tensión de una banda en movimiento. De manera más específica,
la invención se refiere a métodos de medición de tensión sin
contacto de una banda en movimiento.
Son bien conocidos los materiales en banda, que
consisten generalmente en materiales planos con un grosor mucho
menor que las dimensiones del plano del material. Ejemplos de
materiales en banda incluyen láminas de metal, películas de
celuloide, cintas magnéticas y productos de papel, incluyendo
papeles de grado duro y papel tisú.
La manipulación de los materiales en banda y,
especialmente, la manipulación de materiales en banda ligeros y
frágiles, sin dañar dichos materiales, se ve facilitada mediante el
control de la velocidad de las máquinas que procesan la banda,
según la tensión del material en banda. La velocidad de las máquinas
se ajusta para mantener la tensión de la banda en un valor por
debajo de la tensión a la que dicha banda se romperá o resultará
dañada. Estos métodos de control requieren la medición de la tensión
de la banda o de un valor análogo a la tensión de la banda como
fuente de retroalimentación para los controles de la máquina.
Anteriormente, la tensión se medía mediante la
utilización de un rodillo libre con instrumental por el que pasa el
material en banda. Estos rodillos pueden resultar problemáticos, ya
que el rodillo tiene una masa y, por lo tanto, es necesaria una
fuerza de impulso inercial para iniciar el movimiento de dicho
rodillo. Una vez está en movimiento, el rodillo tiene una inercia
que debe ser superada para disminuir la velocidad de dicho rodillo
o para detenerlo cuando la banda disminuye su velocidad o se
detiene. La fuerza de impulso y las fuerzas inerciales del rodillo
pueden ser suficientes para dañar o romper la banda. Por lo tanto,
resulta deseable un método para medir la tensión de la banda sin
contactar con dicha banda.
Los métodos sin contacto previos detectan
cambios locales en la presión de una columna de aire que está
conectada al aire de separación situado entre el material en banda
y una superficie curvada. Estos métodos pueden verse afectados
negativamente por la presencia de polvo en la zona de medición, y
pueden no resultar eficaces a niveles de tensión muy bajos,
asociados con la manipulación de bandas de papel ligero, tal como
toallitas de papel y papel higiénico, ya que los cambios locales en
la capa de aire de separación asociados con los cambios en los
niveles de tensión bajos de dichas bandas son pequeños.
US-6.481.275 describe un método y un dispositivo
para medir la tensión de una banda en movimiento mediante una viga
de medición curvada.
En la presente memoria, se describe un
dispositivo para medir sin contacto la tensión de un material en
banda en movimiento y un método para la utilización del
dispositivo. Según la presente invención, los mismos presentan las
características descritas en las reivindicaciones 5 y 1,
respectivamente. El dispositivo comprende un elemento de detección
de tensión sin contacto, tal como un elemento aerodinámico,
dispuesto en dirección transversal a la máquina del material en
banda. El elemento de detección de tensión se considera un elemento
sin contacto porque la tensión de la banda se detecta sin que sea
necesario que dicha banda esté en contacto con dicho elemento de
detección de tensión. El dispositivo comprende además al menos un
detector capaz de detectar la reacción del elemento de detección de
tensión sin contacto a los cambios en la tensión de la banda en
movimiento.
El método comprende las etapas de disponer un
elemento de detección de tensión sin contacto, tal como un elemento
aerodinámico, hacer que la banda en movimiento pase alrededor del
elemento de detección de tensión sin contacto, detectar la reacción
del elemento de detección de tensión sin contacto a los cambios en
la tensión de la banda en movimiento y determinar el valor análogo
de la tensión de la banda según la reacción detectada.
La figura es una vista lateral esquemática de
una realización del dispositivo según la presente invención.
Tal como se muestra en la figura, la banda 11 se
hace pasar por un elemento de detección de tensión sin contacto,
tal como un elemento aerodinámico 300. El elemento de detección de
tensión está dispuesto transversalmente con respecto a la dirección
de la máquina de la banda 11. La dirección de la máquina de la banda
11 es la dirección paralela a la trayectoria de dicha banda 11 a
través de las máquinas de procesamiento. La dirección a través de
la dirección de la máquina de la banda 11 es la dirección
perpendicular a la dirección de la máquina. Preferiblemente, el
elemento de detección de tensión se extiende al menos a través de la
totalidad de la anchura de la banda 11. Cuando la banda 11 se mueve
en la dirección de la máquina, pasando por el elemento de detección
de tensión, las fuerzas que actúan sobre dicho elemento de detección
de tensión fluctúan. Estas fluctuaciones de la fuerza sobre el
elemento de detección de tensión pueden ser detectadas como una
reacción de dicho elemento de detección de tensión. El elemento de
detección de tensión reacciona al movimiento de la banda 11. La
reacción del elemento de detección de tensión varía según los
cambios en la tensión de la banda 11. Tal como se muestra en la
figura, el elemento aerodinámico 300 comprende una superficie 310
orientada hacia la banda, que está curvada en la dirección de la
máquina de la banda. La banda 11 se hace pasar alrededor del
elemento aerodinámico 300, y se curva al menos en una parte de
dicho elemento aerodinámico 300 con un ángulo de curvatura \theta.
El ángulo de curvatura debe ser superior a 0º para que el elemento
aerodinámico 300 reaccione a la banda 11. El ángulo de curvatura
máximo está determinado por la capacidad de la banda 11 en
movimiento de generar una fuerza de elevación aerodinámica cuando
dicha banda 11 se mueve al pasar por el elemento aerodinámico 300.
Si no se genera una fuerza de elevación suficiente, la banda 11
permanecerá en contacto con el elemento aerodinámico 300. Es
posible utilizar ángulos de curvatura superiores a 90º. En una
realización, el ángulo de curvatura \theta de la banda 11 puede
ser de aproximadamente 5º a aproximadamente 60º. En otra
realización, el ángulo de curvatura \theta puede ser de
aproximadamente 10º a aproximadamente 45º. En otra realización, el
ángulo de curvatura \theta puede ser de aproximadamente 15º a
aproximadamente 35º. Los ángulos de curvatura superiores a 35º
resultan menos deseables, debido a las mayores probabilidades de que
se origine un estado de pérdida de sustentación, en el que se
produce una pérdida brusca de una parte sustancial de la fuerza de
elevación aerodinámica. Los ángulos de curvatura inferiores a 5º no
permiten obtener suficiente fuerza de elevación para crear una
reacción detectable en el elemento aerodinámico 300.
Una capa de aire de separación 330 situada junto
a la banda 11 en movimiento se mueve con dicha banda 11 en la
dirección de la máquina. La capa de aire de separación 330
interactúa con la superficie 310 del elemento aerodinámico 300
orientada hacia la banda, generando una fuerza de elevación
aerodinámica que eleva dicha banda 11 en alejamiento con respecto a
dicho elemento aerodinámico 300. Cuando el movimiento de la banda 11
crea una fuerza de elevación suficiente para elevar dicha banda 11
en alejamiento con respecto al elemento aerodinámico 300, la banda
11 se mueve en la dirección de la máquina y se curva al pasar por
dicho elemento aerodinámico 300, aunque sin estar en contacto con
el elemento aerodinámico 300.
A medida que la banda 11 se desenrolla, los
tramos respectivos de la longitud de dicha banda 11 van pasando
secuencialmente por el elemento aerodinámico 300. La tensión de los
tramos respectivos de la banda 11 puede variar a lo largo de toda
la bobina de material en banda (no mostrada). La variación en la
tensión de la banda queda reflejada en cambios en la fuerza de
elevación en el elemento aerodinámico 300, transmitidos a dicho
elemento aerodinámico 300 a través de la capa de aire de separación
330. Sin pretender imponer ninguna teoría, los solicitantes
consideran que el elemento aerodinámico 300 queda conectado a la
banda 11 por la capa de aire de separación 330 situada entre dicha
banda 11 y dicho elemento aerodinámico 300. A medida que los tramos
de la banda con diferente tensión pasan por el elemento aerodinámico
300, dicho elemento aerodinámico 300 reacciona a los cambios en la
tensión de la banda a través de la capa de aire de separación 330,
que influye en las fuerzas de elevación sobre el elemento
aerodinámico 300. La reacción del elemento aerodinámico 300 es
proporcional a los cambios en la tensión de la banda 11. Uno o más
detectores 400 son capaces de detectar la reacción del elemento
aerodinámico 300 a los cambios en la fuerza de elevación. La tensión
de la banda 11 puede ser medida sin entrar en contacto con dicha
banda 11, procesando la salida de uno o más detectores 400 capaces
de detectar la reacción del elemento aerodinámico 300 a los cambios
en la tensión de la banda 11. El elemento aerodinámico 300 está
conectado al detector 400 mediante un elemento de soporte 200. El
detector o detectores pueden detectar la reacción del elemento
aerodinámico 300 a la totalidad de la anchura de la banda 11. Es
posible detectar la tensión en bandas de papel tisú ligero que se
mueven con niveles de tensión relativamente bajos, ya que el
detector detecta indirectamente la tensión total de la banda, en vez
de detectar una tensión localizada de la banda, a través de los
cambios en la fuerza de elevación que actúan sobre el elemento
aerodinámico 300.
En una realización, el elemento aerodinámico 300
comprende un elemento aerodinámico estático. El elemento
aerodinámico estático reacciona a los cambios en la tensión de la
banda tal como se ha descrito anteriormente. A velocidades
reducidas de la banda (inferiores a 335 m/min [1100 pies/min]) una
banda de papel tisú no crea fuerzas de elevación suficientes para
mover dicha banda 11 de modo que no esté en contacto con el elemento
aerodinámico 300. A estas velocidades, la banda 11 está en contacto
con el elemento aerodinámico 300 y se genera una fuerza de arrastre
aproximada de 13,34 N (3 libras) entre dicha banda 11, con una
anchura aproximada de 2,56 m (101 pulgadas), y dicho elemento
aerodinámico 300. A velocidades de producción superiores a 335
m/min (1100 pies/min), se genera una fuerza de arrastre aproximada
entre la banda 11 y el elemento aerodinámico 300 de alrededor 7,784
N (1,75 libras), con una banda con una anchura de 2,56 m (101
pulgadas) y un ángulo de curvatura de 45º a 60º.
En una realización alternativa, el elemento
aerodinámico 300 comprende un elemento aerodinámico activo. Un
elemento aerodinámico activo a título de ejemplo consiste en el
dispositivo activo PathMaster^{TM}, comercializado por MEGTEC
Systems, de DePere, WI. El elemento aerodinámico activo permite
obtener una fuente adicional de aire para aumentar la capa de aire
de separación 330 que se mueve con la banda 11. La utilización de un
elemento aerodinámico activo permite reducir la fuerza de arrastre
entre la banda 11 y el elemento aerodinámico 300 que se genera
cuando se utiliza un elemento aerodinámico estático. El elemento
aerodinámico activo reacciona a los cambios en la tensión de la
banda 11 tal como se ha descrito anteriormente.
En otra realización, el elemento aerodinámico
300 comprende una lámina o barra de aire circular, y permite
obtener la función adicional de modificar la trayectoria de la banda
11. Este elemento aerodinámico 300 puede ser utilizado para
reorientar la banda 11 más de 90º, desde una primera dirección hasta
una segunda dirección. Esta realización puede utilizarse para
obtener una trayectoria deseada de la banda, a medida que dicha
banda 11 se va desenrollando de la bobina (no mostrada).
El detector 400 puede seleccionarse para
detectar cualquier reacción del elemento aerodinámico 300 a los
cambios en la tensión de la banda 11. Detectores a título de
ejemplo incluyen, aunque no de forma limitativa, acelerómetros,
velocímetros, detectores de desplazamiento, extensómetros y
captadores dinamométricos. Un acelerómetro a título de ejemplo es
el acelerómetro modelo 797A, comercializado por Wilkoxon Research
Inc., de Gaithersburg, MD. Un velocímetro a título de ejemplo es el
velocímetro modelo 797V, comercializado por Wilkoxon Research Inc.,
de Gaithersburg, MD. El modelo 797A o el modelo 797V también pueden
ser utilizados como detectores de desplazamiento mediante un
procesamiento adecuado de la salida del detector. Un captador
dinamométrico a título de ejemplo es el dispositivo mini PTFL301E,
de PressDuctor^{TM}, comercializado por ABB USA, Norwalk, CT. La
siguiente descripción de la utilización del detector 400 se lleva a
cabo haciendo referencia a un único detector 400, aunque la
invención no se limita a la utilización de un único detector.
El detector 400 tiene un eje principal, a lo
largo del cual dicho detector puede detectar cambios en el elemento
aerodinámico 300. El ángulo entre la banda 11 y el eje principal
determina la proporción de la tensión de la banda que actúa sobre
el elemento aerodinámico 300 de manera detectable. Este ángulo está
determinado por el ángulo de curvatura \theta de la banda 11 y la
geometría del detector 400 instalado.
El captador dinamométrico descrito anteriormente
a título de ejemplo requiere la utilización de un sistema de
soporte flotante de fuerza lateral reducida para el elemento
aerodinámico 300. Es posible que el captador dinamométrico no
responda de manera precisa cuando las fuerzas fuera del eje
principal de dicho captador dinamométrico actúan sobre el mismo. El
eje del captador puede orientarse en la dirección de la máquina de
la banda 11, de manera alternativa, el eje del captador
dinamométrico puede orientarse formando un ángulo con respecto a la
dirección de la máquina de la trayectoria del material en banda y
con respecto a la dirección transversal a la misma. La deflexión
del elemento aerodinámico 300 en la dirección transversal a la
dirección de la máquina, debida al peso de dicho elemento
aerodinámico 300, puede producir una carga fuera del eje del
captador dinamométrico. El sistema de soporte flotante de fuerza
lateral reducida compensa las deflexiones en la dirección
transversal a la dirección de la máquina y reduce la carga fuera
del eje del captador dinamométrico. El hecho de soportar el
elemento aerodinámico 300 en cardanes permite obtener un soporte
flotante de fuerza lateral reducida. Los cardanes del sistema de
soporte permiten obtener puntos de pivotamiento para los soportes de
montaje del elemento aerodinámico 300 en el eje del captador
dinamométrico. La deflexión del elemento aerodinámico 300 en la
dirección transversal a la dirección de la máquina provoca que las
sujeciones de soporte pivoten con respecto a los cardanes sin que
las fuerzas de deflexión correspondientes sean transmitidas al
captador dinamométrico y detectadas por el captador
dinamométrico.
La salida del detector 400 puede ser transmitida
a un sistema de procesamiento de datos 500, a través de un enlace
de comunicación 410. El enlace de comunicación 410 puede ser de
cualquier tipo que transmita de manera satisfactoria la señal de
salida procedente del detector 400 al sistema de procesamiento de
datos 500. Los enlaces de comunicación 410 a título de ejemplo
incluyen, de manera no limitativa, enlaces inalámbricos, tales como
el enlace inalámbrico BlueLynx^{TM}, comercializado por Wilkoxon
Research Inc., de Gaithersburg, MD, o enlaces cableados entre el
detector y el sistema de procesamiento de datos 500. El enlace de
comunicación 410 puede permitir la transmisión de la salida de un
único detector 400 en formato analógico o digital, o puede permitir
la transmisión multiplexada de las salidas de varios detectores
400.
El sistema de procesamiento de datos 500
determina un valor análogo de la tensión de la banda según la
reacción del elemento aerodinámico 300 a los cambios en la tensión
de la banda 11 en movimiento, que son detectados por el detector
400. El valor análogo de la tensión de la banda se denomina de esta
manera porque el valor es análogo a la tensión de la banda. El
valor análogo de la tensión de la banda puede ser generado como un
valor analógico o digital. El valor análogo de la tensión de la
banda determinado por el sistema de procesamiento de datos 500
puede ser la tensión real de la banda 11. De forma alternativa, el
valor análogo de la tensión de la banda puede ser directamente
proporcional a la tensión real de la banda, y diferente del valor de
tensión real de la banda. Cualquiera de los tipos de valor análogo
de la tensión de la banda descritos anteriormente puede ser
utilizado para controlar el proceso de manipulación de la banda. Un
sistema de procesamiento de datos a título de ejemplo es el
dispositivo ABB PFEA111, comercializado por ABB USA, Norwalk,
CT.
La salida del detector 400 puede ser transmitida
al sistema de procesamiento de datos 500 como una señal o corriente
de tensión variable. El sistema de procesamiento de datos 500 puede
estar configurado para detectar los cambios en la salida del
detector 400 y para determinar un valor análogo de la tensión de la
banda según dichos cambios. El algoritmo del sistema de
procesamiento de datos 500 dependerá del tipo de detector 400 y de
los detalles específicos del modelo de detector, así como del ángulo
de curvatura \theta de la banda 11 y de la orientación del eje
principal del detector.
Aunque se han ilustrado y descrito realizaciones
específicas de la presente invención, los expertos en la técnica
entenderán que es posible realizar diversos cambios y modificaciones
adicionales sin apartarse del ámbito de la invención. Por
consiguiente, las reivindicaciones siguientes pretenden cubrir todos
esos cambios y modificaciones contemplados dentro del ámbito de la
presente invención.
Claims (8)
1. Un método para medir la tensión de una banda
en movimiento, comprendiendo el método las etapas de:
- a)
- disponer un elemento (300) de detección de tensión sin contacto,
- b)
- hacer que la banda en movimiento (11) pase alrededor del elemento de detección de tensión sin contacto con un ángulo de curvatura,
- c)
- detectar la reacción del elemento de detección de tensión sin contacto a la banda en movimiento,
- d)
- determinar el valor análogo de la tensión de la banda según la reacción detectada, caracterizándose el método por soportar el elemento de detección de tensión sin contacto en un soporte de fuerza lateral reducida.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El método, según la reivindicación 1, en el
que el elemento de detección de tensión sin contacto comprende un
elemento aerodinámico.
3. El método, según la reivindicación 1, en el
que el ángulo de curvatura es de aproximadamente 5º a
aproximadamente 60º.
4. El método, según la reivindicación 2, en el
que el elemento aerodinámico comprende disponer un elemento
aerodinámico activo.
5. Un dispositivo para medir la tensión de una
banda en movimiento, comprendiendo el dispositivo:
un elemento de detección de tensión sin contacto
situado a través de la dirección de la máquina de la banda,
un detector capaz de medir la reacción del
elemento de detección de tensión sin contacto a la banda en
movimiento,
un sistema de procesamiento de datos capaz de
determinar la tensión análoga de la banda según la salida del
detector, y
un enlace de comunicación entre el detector y el
sistema de procesamiento de datos, caracterizándose el
dispositivo por comprender un soporte de fuerza lateral reducida
del elemento de detección de tensión sin contacto.
6. El dispositivo, según la reivindicación 5, en
el que el elemento de detección de tensión sin contacto comprende
un elemento aerodinámico.
7. El dispositivo, según la reivindicación 5, en
el que la banda se curva en el elemento de detección de tensión sin
contacto de aproximadamente 5º a aproximadamente 60º.
8. El dispositivo, según la reivindicación 5, en
el que el elemento aerodinámico comprende un elemento aerodinámico
activo.
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