BRPI1001090A2 - cilindro industrial, e, métodos para medir a pressão experimentada por um cilindro industrial, e para determinar a direção de rotação de um cilindro industrial - Google Patents

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Abstract

CILINDRO INDUSTRIAL, E, METODOS PARA MEDIR A PRESSãO EXPERIMENTADA POR UM CILINDRO INDUSTRIAL, E PARA DETERMINAR A DIREçãO DE ROTAçãO DE UM CILINDRO INDUSTRIAL Um cilindro industrial inclui: um núcleo substancialmente cilíndrico tendo uma superficie externa; uma cobertura polimérica recobrindo circunferencialmente a superficie externa do núcleo; e um sistema de sensoreamento. O sistema de sensoreamento compreende: uma pluralidade de sensores embutidos na cobertura, os sensores configurados para detectar um parâmetro operacional do cilindro e para prover sinais representativos do parâmetro operacional, onde um, da pluralidade de sensores, é um sensor de rastreamento e os sensores restantes sendo sensores não rastreadores; e um processador associado operacionalmente aos sensores, que processa os sinais providos pelos sensores. Os sensores são arranjados a uma distância radial substancialmente igual da superficie externa do núcleo, de modo que definam um círculo, quando vistos de uma extremidade do cilindro. Cada um dos sensores não rastreador é arranjado adicionalmente a uma primeira distância angular substancialmente igual de seus sensores não rastreadores vizinhos imediatos, dois sensores não rastreadores mais extremos definindo um vão angular. O sensor de rastreamento é disposto no vão angular, de modo que uma segunda distância angular definida pelo sensor de rastreamento e qualquer um dos sensores mais extremos difira da primeira distância angular. Nesta configuração, o sistema de sensoreamento pode identificar de qual sensor os sinais foram gerados sem um gerador disparador de sinal ou um acelerómetro.

Description

"CILINDRO INDUSTRIAL, Ε, MÉTODOS PARA MEDIR A PRESSÃOEXPERIMENTADA POR UM CILINDRO INDUSTRIAL, E PARADETERMINAR A DIREÇÃO DE ROTAÇÃO DE UM CILINDROINDUSTRIAL"
Campo da invenção
A presente invenção refere-se geralmente a cilindrosindustriais e, mais particularmente, a cilindros para a fabricação de papel.
Fundamentos da invenção
Em um processo típico de fabricação de papel, uma pastaviscosa ou suspensão em água de fibras celulósicas (conhecida como "carga"de papel) é alimentada sobre o topo de uma correia sem-fim de tela de aramee/ou material sintético que se desloca entre dois ou mais cilindros. A correia,referida freqüentemente como um "tecido de formação" provê uma superfíciede fabricação de papel sobre a superfície superior de seu lado de cima, queopera como um filtro para separar as fibras celulósicas da carga de papel domeio aquoso, formando, desse modo, um cilindro de papel úmido. O meioaquoso é drenado através de aberturas de malha do tecido de formação,conhecidas como furos de drenagem, por gravidade ou vácuo, localizados nasuperfície inferior do lado de cima (ou seja, o "lado da máquina") do tecido.
Após sair da seção de formação, o cilindro de papel deimpressora é transferido para uma seção de prensa da máquina de papel, ondeé passado através de espaços reduzidos entre os cilindros de uma ou maisprensas (freqüentemente prensas cilíndricas) recobertos com outro tecido,referido tipicamente como um "feltro de prensa." A pressão das prensasremove a umidade adicional do cilindro de papel; a remoção da umidadesendo freqüentemente realçada pela presença de uma camada "isolante" defeltro da prensa. O papel é transferido, a seguir, para uma seção de secagempara remoção adicional da umidade. Após a secagem, o papel está pronto paraprocessamento secundário e empacotamento.Cilindros cilíndricos são utilizados tipicamente em diferentesseções de uma máquina de fabricação de papel, como a seção de prensa. Estescilindros residem e operam em ambientes severos nos quais podem serexpostos a cargas dinâmicas e temperaturas elevadas e a agentes químicosagressivos ou corrosivos. Como um exemplo, em um moinho de papel típico,os cilindros são usados não apenas para transportar a folha do cilindro depapel fibroso entre estações de processamento, mas também, no caso da seçãode prensa e cilindros de calandragem, para processar a folha a própria folhado cilindro de papel, em papel.
Os cilindros usados na fabricação de papel são construídostipicamente com a localização dentro da máquina de fabricação de papel emmente, uma vez que, cilindros residindo em diferentes posições dentro dasmáquinas de fabricação de papel são necessários para executar diferentesfunções. Devido aos cilindros para a fabricação de papel poderem ter muitasexigências de desempenho diferentes, e devido substituir um cilindro metálicointeiro poder ser muito caro, muitos cilindros para fabricação de papelincluem uma cobertura polimérica que envolve a superfície circunferencial deum núcleo tipicamente metálico. Variando o material empregado nacobertura, o projetista da cobertura pode prover ao cilindro as diferentescaracterísticas de desempenho que a aplicação de fabricação de papeldemanda. Além disso, reparar, remoer ou substituir uma cobertura sobre umcilindro metálico pode ser consideravelmente mais barato do que asubstituição de um cilindro metálico completo. Materiais poliméricosexemplificativos para as coberturas incluem borracha natural, borrachassintéticas, como neopreno, estireno-butadieno (SBR), borracha de nitrilo,polietileno clorossulfonado ("CSPE" - também conhecido pelo nomecomercial HYPALON® da Du Pont), EDPM (nome dado a um terpolímerode etileno-propileno formado de etileno-propileno dieno monômero),poliuretano, compostos termocurados, e compostos termoplásticos.Em muitos casos, a cobertura do cilindro incluirá pelo menosduas camadas distintas: uma camada de base que recobre o núcleo e provêuma ligação para o mesmo e uma camada de carga de topo que recobre e seliga à camada de base e serve como a superfície externa do cilindro (algunscilindros igualmente incluirão uma camada "intermediária" ensanduichadapelas camadas de base e de carga de topo). As camadas para estes materiaissão selecionadas tipicamente para prover a cobertura com um conjuntoprescrito de propriedades físicas para a operação. Estas podem incluir osrequisitos dureza, módulo elástico, e resistência à temperatura elevada, à águae aos produtos químicos hostis, para suportar o ambiente de fabricação depapel. Além disso, as coberturas são projetadas tipicamente para terem umadureza superficial predeterminada apropriada para o processo que devemexecutar, e elas exigem, tipicamente, que a folha de papel "seja liberada" dacobertura sem dano à folha de papel. Além disso, para ser econômica, acobertura deve ser resistente à abrasão e ao desgaste.
À medida que o cilindro de papel é transportado através deuma máquina de fabricação de papel, pode ser muito importante compreendero perfil da pressão experimentado pelo cilindro de papel. Variações napressão podem impactar a quantidade de água drenada do cilindro de papel, oque pode afetar o teor de umidade final da folha, espessura, e outraspropriedades. A magnitude da pressão aplicada com um cilindro pode,consequentemente, impactar a qualidade do papel produzido com a máquina de papel.
É conhecido incluir sensores de pressão e/ou de temperatura nacobertura de um cilindro industrial. Por exemplo, a patente US 5.699.729 deMoschel et al., descreve um cilindro com fios dispostos em espiral queincluem uma pluralidade de sensores de pressão embutidos na coberturapolimérica do cilindro. Os sensores são dispostos em espiral de modo a proverleituras de pressão em localizações axiais diferentes ao longo do comprimentodo cilindro. Tipicamente, os sensores são conectados a dois fios ou a umafibra ótica que transmitem sinais do sensor para um processador que processaos sinais e provê informação sobre a pressão e a posição.
Devido aos múltiplos sensores serem acoplados aos dois fioscomuns ou à fibra, os sinais dos diferentes sensores se deslocam ao longo dosmesmos fios ou fibra. Consequentemente, o processador deve ter algumamaneira de distinguir qual sensor produziu um sinal particular; caso contrário,o processador não reconhecerá a posição axial do sensor que proveu o sinal.Uma técnica comum é o uso de um sinal de um "disparador" que alerta oprocessador a cada revolução do cilindro. Esta técnica, descrita na patente US5.699.729, supra, emprega um gerador de sinal de disparador que provê umsinal todas as vezes que uma posição particular sobre o cilindro passa por umaposição particular. Entretanto, esta técnica exige o equipamento para produzire decifrar o sinal do disparador. Outra técnica emprega um acelerômetromontado no cilindro para determinar a orientação do cilindro. Esta técnicaigualmente exige equipamento adicional e capacidade de rastreamento. Podeser desejável prover uma técnica alternativa para monitorar a posição do sensor.
Sumário da invenção
A presente invenção pode corrigir alguns dos problemasprovocados pelos cilindros industriais anteriores. Como um primeiro aspecto,modos de realização da presente invenção são direcionados para um cilindroindustrial compreendendo: um núcleo substancialmente cilíndrico tendo umasuperfície externa; uma cobertura polimérica recobrindo circunferencialmentea superfície externa do núcleo; e um sistema de sensoreamento. O sistema desensoreamento compreende: uma pluralidade de sensores embutidos nacobertura, os sensores configurados para detectar um parâmetro operacionaldo cilindro e para prover sinais representativos do parâmetro operacional,onde um, da pluralidade de sensores, é um sensor de rastreamento e ossensores restantes não sendo sensores de rastreamento; e um processadorassociado operacionalmente aos sensores, que processa os sinais providospelos sensores. Os sensores são arranjados a uma distância radialsubstancialmente igual da superfície externa do núcleo, de modo que definamum círculo, quando vistos de uma extremidade do cilindro. Cada um dossensores não rastreador é arranjado adicionalmente a uma primeira distânciaangular substancialmente igual de seus sensores não rastreadores vizinhosimediatos, dois sensores não rastreadores mais extremos definindo um vãoangular. O sensor de rastreamento é disposto no vão angular, de modo que,uma segunda distância angular definida pelo sensor de rastreamento e porqualquer um dos sensores mais extremos, difira da primeira distância angular.Nesta configuração, o sistema de sensoreamento pode identificar de qualsensor os sinais foram gerados sem um gerador de sinal disparador ou umacelerômetro.
Como um segundo aspecto, modos de realização da presenteinvenção são direcionados para um método para medir a pressãoexperimentada por um cilindro industrial. O método começa com: (a) oprovimento de um cilindro industrial, compreendendo: um núcleosubstancialmente cilíndrico tendo uma superfície externa; uma coberturapolimérica recobrindo circunferencialmente a superfície externa do núcleo; eum sistema de sensoreamento. O sistema de sensoreamento compreende: umapluralidade de sensores embutidos na cobertura, os sensores configuradospara detectar pressão e prover sinais representativos da pressão, onde um, dapluralidade de sensores, é um sensor de rastreamento e os sensores restantesnão sendo sensores de rastreamento; e um processador associadooperacionalmente aos sensores, que processa os sinais providos pelossensores. Os sensores são arranjados a uma distância radial substancialmenteigual da superfície externa do núcleo, de modo que definam um círculo,quando vistos de uma extremidade do cilindro. Cada um dos sensores nãorastreador é arranjado adicionalmente a uma primeira distância angularsubstancialmente igual de seus sensores não rastreadores vizinhos imediatos,dois sensores não rastreadores mais extremos definindo um vão angular. Osensor de rastreamento é disposto no vão angular, de modo que uma segundadistância angular, definida pelo sensor de rastreamento e por qualquer um dossensores mais extremos, difira da primeira distância angular. O métodocontinua com: (b) o giro do cilindro para expor cada um dos sensores àscondições de pressão; (c) transmitir sinais gerados pelos sensores, dossensores para um processador; (d) identificar os sinais do sensor derastreamento baseado na duração entre os sinais; e (e) identificar o sensor doqual cada sinal se originou baseado na identificação do sensor derastreamento.
Como um terceiro aspecto, modos de realização da presenteinvenção são direcionados para um método para medir a pressãoexperimentada por um cilindro industrial. O método começa com: (a) oprovimento de um cilindro industrial, compreendendo: um núcleosubstancialmente cilíndrico tendo uma superfície externa; uma coberturapolimérica recobrindo circunferencialmente a superfície externa do núcleo; eum sistema de sensoreamento compreendendo: uma pluralidade de sensoresembutidos na cobertura, os sensores configurados para detectar a pressão docilindro e prover sinais representativos da pressão, onde um, da pluralidade desensores, é um sensor de rastreamento e os sensores restantes não sendosensores de rastreamento; e um processador associado operacionalmente aossensores, que processa os sinais providos pelos sensores. Os sensores sãoarranjados a uma distância radial substancialmente igual da superfície externado núcleo, de modo que definam um círculo, quando vistos de umaextremidade do cilindro. O sensor de rastreamento é disposto a uma distânciaangular de pelo menos um de seus sensores vizinhos imediatos que difira deuma distância angular entre qualquer outro sensor não rastreador e seussensores não rastreadores vizinhos. O método continua com: (b) o giro docilindro para expor cada um dos sensores às condições de pressão; (c)transmitir sinais gerados pelos sensores, dos sensores para um processador;(d) identificar os sinais do sensor de rastreamento baseado na duração entre ossinais; e (e) identificar o sensor do qual cada sinal se originou baseado naidentificação do sensor de rastreamento.
Como um quarto aspecto, modos de realização da presenteinvenção são direcionados para um método para determinar a direção derotação de um cilindro industrial. O método começa com (a) o provimento deum cilindro industrial, compreendendo: um núcleo substancialmentecilíndrico tendo uma superfície externa; uma cobertura polimérica recobrindocircunferencialmente a superfície externa do núcleo; e um sistema desensoreamento compreendendo: uma pluralidade de sensores embutidos nacobertura, os sensores configurados para detectar a pressão do cilindro eprover sinais representativos da pressão, onde um, da pluralidade de sensores,é um sensor de rastreamento e os sensores restantes não sendo sensores derastreamento; e um processador associado operacionalmente aos sensores, queprocessa os sinais providos pelos sensores. Os sensores são arranjados a umadistância radial substancialmente igual da superfície externa do núcleo, demodo que definam um círculo, quando vistos de uma extremidade do cilindro.
O método continua com: (b) o giro do cilindro para expor cada um dossensores às condições de pressão; (c) transmitir sinais gerados pelos sensores,dos sensores para um processador; (d) identificar os sinais do sensor derastreamento baseado na duração entre os sinais; e (e) identificar a direção derotação do cilindro baseado na sequencia relativa de sinais transmitidos pelosprimeiro e segundo sensores.
Descrição resumida das figuras
A Figura 1 é um padrão de um cilindro e sistema da detecçãoda presente invenção.A Figura 2 é uma vista terminal do cilindro e sistema dadetecção da Figura 1 mostrando o espaçamento circunferencial dos sensores.
A Figura 3 é uma vista padrão em perspectiva da camada debase externa sendo aplicada sobre a camada de base interna, cabos e sensoresdo cilindro da Figura 1.
A Figura 4 é uma vista padrão em perspectiva da camada decarga de topo sendo aplicada sobre a camada de base externa da Figura 3.
Descrição detalhada de modos de realização da invenção
A presente invenção será descrita mais particularmente, aseguir, pela referência aos desenhos anexos. A invenção não é pretendida paraser limitada aos modos de realização ilustrados; mais exatamente, estesmodos de realização são pretendidos para revelar total e completamente ainvenção àqueles experientes na técnica. Por todos os desenhos, númerosiguais se referem a elementos iguais. Espessuras e dimensões de algunscomponentes podem estar exageradas para maior clareza.
Funções ou construções bem conhecidas podem não estardescritas em detalhe para a brevidade e/ou clareza.
A menos que definidos de outra maneira, todos os termostécnicos e científicos aqui usados têm o mesmo significado comonormalmente compreendidos por alguém com experiência normal na técnica àqual esta invenção pertence. A terminologia aqui usada na descrição dainvenção tem por finalidade descrever apenas modos de realizaçãoparticulares e não é pretendida para ser limitativa da invenção. Como usadasna descrição da invenção e nas reivindicações anexas, as formas no singularde "um(a)", e de "o(a)" são pretendidas para incluir, também, as formas noplural, a menos que o contexto indique, claramente, de outra maneira. Comousado aqui, o termo "e/ou" inclui alguma e todas as combinações de uns oumais dos itens listados associados. Onde usados, os termos "fixado","conectado", "interconectado", "contatando", "acoplado", "montado,""recobrindo" e similares podem significar acoplamento ou contato direto ouindireto entre elementos, a menos que indicado de outra maneira.
Com referência agora às Figuras, um cilindro, designadoamplamente por 20, é ilustrado na Figura 1. O cilindro 20 inclui uma conchacilíndrica vazada ou o núcleo 22 (ver Figura 2) e uma cobertura 24 (formadatipicamente por um ou mais materiais poliméricos) que envolve o núcleo 22.
Um sistema de sensoreamento 26 para detectar a pressão inclui um par de fioselétricos 28a, 28b e uma pluralidade de sensores de pressão 30, cada um delesembutido na cobertura 24. Como usado aqui, um sensor estando "embutido"na cobertura significa que o sensor está contido inteiramente dentro dacobertura, e um sensor estando "embutido" em uma camada particular ouconjunto de camadas da cobertura significa que o sensor está contidointeiramente dentro dessa camada ou do conjunto de camadas. O sistema desensoreamento 26 também inclui um processador 32 que processa os sinaisproduzidos pelos sensores piezoelétricos 30.
O núcleo 22 é formado tipicamente de um material metálico,como aço ou ferro fundido. O núcleo 22 pode ser sólido ou vazado e, casovazado, pode incluir dispositivos que podem variar a pressão ou o perfil docilindro.
A cobertura 24 pode tomar qualquer forma e pode ser formadade qualquer material polimérico e/ou elastomérico, reconhecido por aquelesexperientes na técnica, como apropriado para uso com um cilindro. Materiaisexemplificativos incluem a borracha natural, borrachas sintéticas, comoneopreno, estireno-butadieno (SBR), borracha de nitrilo, polietilenoclorossulfonado ("CSPE" - igualmente conhecido sob o nome comercialHYPALON), EDPM (nome dado a um terpolímero de etileno- -propilenoformado de etileno-propileno dieno monômero), cola epóxi, e poliuretano. Acobertura 24 também pode incluir materiais de reforço e de carregamento,aditivos, e similares. Materiais adicionais exemplificativos são explicados naspatentes US 6.328.681, de Stephens, 6.375.602, de Jones, e 6.981.935, deGustafson, cujas apresentações estão aqui incorporadas, em suas totalidades.
Em muitos casos, a cobertura 24 compreenderá camadasmúltiplas. As Figuras 3 e 4 ilustram a aplicação de uma camada de baseinterna 42a, uma camada de base externa 42b e uma camada de carga de topo70; camadas adicionais, como uma camada de "ligação" entre as camadas debase externa e de carga de topo 42b, 70 e, uma camada adesiva entre a concha22 e a camada de base interna 42a, também pode ser incluída.
Com referência, novamente, à Figura 1, os sensores 30 dosistema de sensoreamento 26 podem ser de qualquer modelo ou formareconhecida por aqueles experientes nesta técnica como sendo apropriadospara detectar a pressão, incluindo sensores piezoelétricos, sensores óticos esimilares. Sensores exemplificativos são explicados nas patentes US5.699.729, de Moschel et al.; 5.562.027, de Moore; 6.981.935, de Gustafson;e 6.429.421, de Meller; e nas Publicações de Patente US 2005/0261115, deMoore e 2006024872, de Gustafson, cujas apresentações estão aquiincorporadas pela referência. Sensores piezoelétricos podem incluir qualquerdispositivo que exiba piezoeletricidade quando submetidos a mudanças napressão, temperatura, ou em outros parâmetros físicos. "Piezoeletricidade" édefinida como a geração de eletricidade ou de polaridade elétrica em cristaisdielétricos submetidos à tensão mecânica, ou outra, a magnitude destaeletricidade ou polaridade elétrica sendo suficiente para distingui-la do ruídoelétrico. Sensores piezoelétricos exemplificativos incluem sensorespiezoelétricos formados de cerâmica piezoelétrica, como de titanato-zirconato-chumbo tipo PZT, quartzo, quartzo sintético, turmalina, ortofosfatode gálio, CGG (Ca3Ga2Ge4Ou), niobato de lítio, tantalita de lítio, sal deRochelle, e sulfato de lítio monohidratado. Em particular, o material do sensorpode ter uma temperatura de Curie acima de 176,67°C e, em alguns casos,315,56°C, que pode permitir a detecção precisa nas temperaturasfreqüentemente experimentadas por cilindros em ambientes de fabricação depapel. Uma dimensão externa típica do sensor 30 (isto é, comprimento,largura, diâmetro, etc.) está entre, aproximadamente, 2mm e 20mm, e umaespessura típica do sensor 30 está entre, aproximadamente, 0,05mm e 5,08mm.
No modo de realização ilustrado, os sensores 30 são em formade placas, ou seja, quadrados e planos; entretanto, outras formas de sensorese/ou de orifícios também podem ser apropriadas. Por exemplo, os própriossensores 30 podem ser retangulares, circulares, anulares, triangulares, ovais,sextavados, octogonais, ou similares. Além disso, os sensores 30 podem sersólidos, ou podem incluir um orifício interno ou externo (ou seja, o orifíciopode ter um perímetro fechado, ou o orifício pode ser de extremidade aberta,de modo que o sensor 30 tenha uma forma de "U" ou de "C"). Ver, porexemplo, a Publicação de Patente. US 20060248723, de Gustafson, cujaapresentação está aqui totalmente incorporada.
Voltando agora à Figura 2, os sensores 30 são distribuídos aoredor da circunferência do cilindro 20 a uma distância radial substancialmenteigual do centro do núcleo 22, de modo que definam um círculo C e, comomostrado na Figura 1, os sensores 30 estão espaçados axialmente uns dosoutros ao longo do comprimento do cilindro 20, tipicamente a intervalossubstancialmente iguais. Os sensores 30 também são arranjados de modo quetodos os sensores, menos um (referido aqui como o sensor de rastreamento30'), sejam, de modo geral, espaçados uniformemente circunferencialmenteuns dos outros, quando visto da extremidade do cilindro 20, como na Figura2. No modo de realização ilustrado, os sensores não rastreadores 30 estãoseparados de seus sensores vizinhos imediatamente adjacentes 30 por umadistância angular α de 15 graus, mas outras distâncias angulares de separaçãopodem ser empregadas. Um vão angular é formado pelos dois sensores "osmais extremos" 30a, 30b (ou seja, sensores não rastreadores tendo apenas umsensor não rastreador como vizinho imediato, portanto, eles sendo "os maisextremos" no sentido de formarem as extremidades do arco definido pelossensores não rastreadores 30 ao longo do círculo C).
Ainda com referência à Figura 2, o sensor de rastreamento 30'está espaçado de seus vizinhos imediatos, os sensores mais extremos 30a,30b, por uma distância angular β que: (a) difere da distância angular a entreos outros sensores 30, e (b) igualmente difere duas vezes da distância angularα entre os outros sensores 30. No modo de realização ilustrado, o sensor derastreamento 30' está separado dos sensores mais extremos 30a e 30b por umadistância angular de 37,5 graus. Neste exemplo, pode ser visto que a distânciaangular β, de 37,5 graus, difere tanto da distância angular α de 15 grausquanto de duas vezes o valor de α (30 graus). O significado destas relaçõesangulares está explicado abaixo em detalhe.
Com referência, novamente, à Figura 1, os fios 28a, 28b dosistema de sensoreamento 26 podem ser quaisquer membros portadores desinal reconhecidos por aqueles experientes nesta técnica como sendoapropriados para a passagem de sinais elétricos em um cilindro. Em algunsmodos de realização, o fio 28a passa debaixo de cada sensor 30 sobre umaborda transversal do mesmo, e o fio 28b passa acima de cada sensor 30 sobreuma borda transversal, oposta diametralmente, do mesmo. Alternativamente,os fios podem ser posicionados sobre a mesma superfície do sensor 30. Comooutra alternativa, o sensor 30 pode ter "asas" se estendendo radialmente parafora a partir da borda do sensor que contata os fios.
Com referência, mais uma vez mais, à Figura 1, o sistema desensoreamento 26 inclui um multiplexador ou outro dispositivo coletor dedados 31, montado na extremidade do cilindro 20. O multiplexador 31 recebee coleta sinais dos sensores 30 e os transmite para um processador 32. Oprocessador 32 é tipicamente um computador pessoal ou um dispositivo detroca de dados similar, como o sistema de controle distributivo de um moinhode papel, que esteja operacionalmente associado aos sensores 30 e que possaprocessar sinais dos sensores 30 em informação útil, de fácil compreensão.Em alguns modos de realização, um modo de comunicação sem fio, comosinalização de RF, é usado para transmitir os dados coletados dos sensores 30,do multiplexador 31 para o processador 32. Outras configurações alternativasincluem conectores de anel rotativo que permitem que sinais sejamtransmitidos pelos sensores 30 para o processador 32. Unidades deprocessamento exemplificativas apropriadas são explicadas nas patentes US5.562.027 e 7.392.715, de Moore e 6.752.908, de Gustafson et al., cujasapresentações estão aqui incorporadas em suas totalidades.
O cilindro 20 pode ser fabricado da maneira descrita, porexemplo, na Publicação de Patente pendente US 2005/0261115, cujaapresentação está aqui incorporada em sua totalidade. Neste método,inicialmente, o núcleo 22 é recoberto com uma porção da cobertura 24 (comoa camada de base interna 42a). A camada de base interna 42a pode seraplicada com um bocal de extrusão 40, embora a camada de base interna 42apossa ser aplicada por outras técnicas conhecidas daqueles experientes nestatécnica. A camada de base interna 42a é formada tipicamente da borracha oude materiais de compósitos baseados em epóxi e tem uma espessura entre,aproximadamente, 0,76 e 8,89mm.
Após a formação da camada de base interna 42a, os fios 28a,28b e os sensores 30 do sistema de sensor 26 são instalados (Figura 3). Umavez os sensores 30 nas posições desejadas, eles podem ser aderidos no lugar.Isto pode ser executado por qualquer técnica conhecida daqueles experientesnesta técnica; uma técnica exemplificativa é a ligação adesiva.
Com referência, outra vez, à Figura 3, uma vez os sensores 30e as ligações 28a, 28b posicionados e afixados à camada de base interna 42a,o restante da camada de base 42 (ou seja, a camada de base externa 42b) éaplicada. A Figura 3 ilustra a aplicação da camada de base externa 42b via umbocal de extrusão 52, embora aqueles experientes nesta técnica apreciem quea aplicação da camada de base externa 42b pode ser executada por qualquertécnica reconhecida como sendo apropriada para tal aplicação. Em umcilindro típico, a camada de base externa 42b é formada de borracha ou demateriais de compósitos baseados em epóxi e tem uma espessura entre,aproximadamente, 0,76 e 8,89mm, de modo que os sensores 30 fiquemembutidos na camada de base 42. Além disso, tipicamente, a camada de baseexterna 42a será formada do mesmo material que o da camada de base interna 42a.
Como observado acima, a presente invenção é pretendida paraincluir cilindros tendo coberturas que incluam apenas uma camada de base e acamada de carga de topo, bem como, cilindros tendo coberturas com camadasintermediárias adicionais. Quaisquer camadas intermediárias seriam aplicadassobre a camada de base externa 42b antes da aplicação da camada de carga detopo 70.
Voltando agora à Figura 4, a camada de carga de topo 70 éaplicada sobre a camada de base externa 42b. A camada de carga de topo 70 éformada tipicamente da borracha ou poliuretano, e pode ser aplicada atravésde qualquer técnica conhecida daqueles experientes nesta técnica como sendoapropriada para a aplicação de uma camada polimérica, embora a Figura 4ilustre a aplicação através de um bocal de extrusão 72. A camada de carga detopo 70 é tipicamente um material polimérico que tenha uma dureza que sejamenor do que àquela da camada de base 42. A camada de carga de topo 70tem normalmente entre, aproximadamente, 5,08 e 101,60mm de espessura. Aaplicação da camada de carga de topo 70 é seguida pela cura, cujas técnicassão bem conhecidas daqueles experientes nesta técnica e não precisam serdescritas aqui em detalhe.
O cilindro terminado 20 e a cobertura 24 podem então serusados dentro, por exemplo, de uma máquina de fabricação de papel. Emalguns modos de realização, o cilindro 20 é parte de uma prensa doestreitamento de cilindros, onde outro cilindro ou dispositivo depressionamento é posicionado adjacente ao cilindro 20 para formar um apertoentre cilindros através do qual um cilindro de papel de impressora deformação pode passar. Nestes ambientes, pode ser importante monitorar apressão experimentada pela cobertura 24, particularmente na área de apertoentre os cilindros. O sistema de sensoreamento 26 pode prover a informaçãode pressão para posições axiais diferentes ao longo da cobertura 24, com cadaum dos sensores 30 provendo informação da pressão ao redor de umalocalização axial diferente sobre o cilindro 20.
Em operação, o cilindro 20 e a cobertura 24 giram ao redor doeixo do cilindro 20 a velocidades muito altas. Cada vez que um dos sensores30 passa através do aperto entre cilindros criado pelo cilindro 20 e umcilindro ou uma prensa que se casa com o mesmo, o sensor 30 transmitirá umpulso gerado pela pressão que o cilindro casado exerce sobre a área dacobertura 20 acima do sensor 30. Quando nenhum sensor 30 está presente noaperto entre os cilindros, nenhum pulso significativo, além do nível de ruídogeral, é gerado. Desse modo, quando o cilindro 20 gira, cada sensor 30 sedesloca através do aperto entre os cilindros e provê pulsos representativos dapressão em sua localização correspondente. Consequentemente, dados, naforma de pulsos são gerados pelos sensores 30, transmitidos ao longo dos fios28a, 28b, e recebidos no multiplexador 31. Em uma sessão típica derecuperação de dados, 12-20 pulsos são recebidos por cada sensor 30; estespulsos individuais podendo ser armazenados e processados em sinaisrepresentativos da pressão para cada sensor 30. Uma vez coletado o dadobruto do sensor, ele é enviado do multiplexador 31 para o processador 32 paraprocessamento em uma forma de fácil compreensão, como um perfil depressão do cilindro 20 ao longo de seu comprimento.
Como observado acima, é tipicamente importante para ousuário poder distinguir qual sensor 30 foi responsável pela transmissão decada um dos pulsos. Devido ao sensor de rastreamento 30' estar separado deseus vizinhos imediatos 30a, 30b por uma distância angular diferente daquelados outros sensores 30, assumindo-se uma velocidade de rotação constantepara o cilindro 20, os pulsos gerados pelo sensor de rastreamento 30' estarãoseparados dos pulsos de seus sensores vizinhos imediatos 30a, 30b por umaduração diferente (neste exemplo, maior) daquela que teríamos no caso depulsos gerados pelos sensores restantes 30. Como resultado, quando o dado depulso é processado, os pulsos gerados pelo sensor de rastreamento 30' podemser facilmente identificados. Além disso, devido aos pulsos do sensor derastreamento 30' poderem ser facilmente identificados, os pulsos gerados pelooutros sensores 30 podem ser atribuídos ao seu sensor correspondente 30simplesmente comparando-se o momento do pulso aos momentos dos pulsosdo sensor de rastreamento 30'. Tipicamente, o processador 32 empregará umprograma de software que possa ler e interpretar os dados do sensor. Em alguns modos de realização, o software usa um algoritmo de soma parareconhecer e identificar sensores.
Uma das vantagens potenciais de se empregar um arranjo desensor como aquele mostrado, é que nenhum mecanismo disparador ou deorientação adicional, como um acelerômetro, é necessário para rastrear ossensores 30; em vez disto, o arranjo dos próprios sensores 30 permite que ossensores individuais 30 sejam rastreados. Além disso, o espaçamento domodo de realização ilustrado, no qual: (a) a distância angular β, entre o sensorde rastreamento 30' e seus sensores não rastreadores vizinhos imediatos 30a,30b, difere da distância angular a, substancialmente igual, entre os sensoresnão rastreadores 30 e, (b) a distância angular "padrão" α também diferindopor duas vezes ou três vezes da distância β, também, pode prover outravantagem. Caso um sensor 30 falhe (por exemplo, pode ter se destacado deum dos fios 28a, 28b), nenhum pulso seria gerado por esse sensor 30. Assim,haveria uma vão de tempo igual à duração necessária para o cilindro 20 sedeslocar pela distância angular 2a entre os vizinhos mais próximos do sensorinoperante. Devido 2a não ser igual a β, a identidade do sensor derastreamento 30' ainda pode ser reconhecida mesmo com um sensor 30inoperante. De fato, mesmo se dois ou três sensores vizinhos 30 falharem, asdistâncias angulares 3a e 4a também não serão iguais a β, de modo que osensor de rastreamento 30' ainda é singularmente identificável.Consequentemente a falha de um sensor 30 nao torna o sistema desensoreamento inutilizável.
Aqueles experientes nesta técnica apreciarão que o sistema desensor aqui ilustrado pode tomar outras formas. Por exemplo, embora aquitenham sido ventilados sensores piezoelétricos, sensores óticos ou sensores depressão de outras formas podem igualmente ser usados. Como ainda outraalternativa, um sistema sem fio (ou seja, um no qual faltam os fios 28a, 28bque portam os sinais dos sensores para o multiplexador 31), como aqueledescrito na patente US 7.392.715, de Moore et al., pode ser empregado; aapresentação desta patente estando aqui incorporada em sua totalidade. Comum sistema sem fio, pode-se ver que um arranjo do sensor como aqui descritopode simplificar a operação de identificação do sinal para sensores sem fio.Igualmente é contemplado que outros tipos de sensores, como de temperatura,de umidade, e similares, também pode tirar proveito dos princípios explicadosem relação aos modos de realização da presente invenção.
Igualmente deve ser observado que, em alguns modos derealização, os ângulos β podem diferir sobre cada lado do sensor derastreamento 30'. Por exemplo, um ângulo β pode ser 35 graus, enquanto ooutro ângulo β' pode ser 40 graus. Nesta configuração, ambos os ângulos β eβ' diferem das distâncias angulares α e 2a, de modo que o sensor derastreamento 30' ainda pode ser identificado. Entretanto, neste modo derealização, a diferença nos ângulos β e β' pode permitir que o sistema 26determine em qual direção de rotação (ou seja, no sentido horário ou nosentido anti-horário) o cilindro 20 está girando, observando a seqüênciarelativa dos ângulos β e β'. Deve-se igualmente observar que ângulosdiferentes entre outros sensores não rastreadores podem ser empregados parapermitir a determinação do sentido de rotação do cilindro.
Além disso, embora os sensores 30 estejam ilustrados edescritos como estando espaçados equidistantes axialmente uns dos outros,em alguns modos de realização os sensores podem não ser espaçadosequidistantes ao longo do comprimento do cilindro. Por exemplo, em algunsmodos de realização, grupos de sensores podem ser espaçados mais próximosnas extremidades do cilindro (onde mais problemas de pressão tendem aocorrer), e espaçados mais largamente em direção ao centro do cilindro.
O exposto acima é ilustrativo da presente invenção e não deveser interpretado como limitativo da mesma. Embora modos de realizaçãoexemplificativos desta invenção tenham sido descritos, aqueles experientes natécnica apreciarão prontamente que muitas modificações são possíveis nosmodos de realização exemplificativos sem fugir, materialmente, dos novosensinamentos e vantagens desta invenção. Consequentemente, é pretendidoque todas estas modificações estejam incluídas dentro do escopo destainvenção como definida nas reivindicações. A invenção é definida pelasreivindicações seguintes, com equivalentes das reivindicações estandoincluídos nas mesmas.

Claims (23)

1. Cilindro industrial, caracterizado pelo fato de compreender:um núcleo substancialmente cilíndrico tendo uma superfícieexterna;uma cobertura polimérica recobrindo circunferencialmente asuperfície externa do núcleo; eum sistema de sensoreamento compreendendo:uma pluralidade de sensores embutidos na cobertura, ossensores configurados para detectar um parâmetro operacional do cilindro epara prover os sinais representativos do parâmetro operacional, onde um, dapluralidade de sensores, é um sensor de rastreamento e os sensores restantessendo sensores não rastreadores; eum processador associado operacionalmente aos sensores, queprocessa os sinais providos pelos sensores;onde os sensores são arranjados a uma distância radialsubstancialmente igual da superfície externa do núcleo, de modo que definamum círculo quando, vistos de uma extremidade do cilindro; eonde cada um dos sensores não rastreadores é arranjadoadicionalmente a uma primeira distância angular substancialmente igual deseus sensores não rastreadores vizinhos imediatos, dois sensores nãorastreadores mais extremos definindo um vão angular;onde o sensor de rastreamento é disposto no vão angular, demodo que uma segunda distância angular, definida pelo sensor derastreamento e por qualquer um dos sensores mais extremos, difira daprimeira distância angular.
2. Cilindro industrial de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato da soma de duas primeiras distâncias angulares diferirda segunda distância angular.
3. Cilindro industrial de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato da soma de três primeiras distâncias angulares diferirda segunda distância angular.
4. Cilindro industrial de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato da distância entre o sensor de rastreamento e cada umdos sensores mais extremos ser a segunda distância.
5. Cilindro industrial de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato da primeira distância angular ser, aproximadamente,de 15 graus.
6. Cilindro industrial de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato da segunda distância angular ser, aproximadamente,de 37,5 graus.
7. Cilindro industrial de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato dos sensores detectarem pressão.
8. Cilindro industrial de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato dos sensores serem sensores piezoelétricos.
9. Cilindro industrial de acordo com a reivindicação 1,caracterizado adicionalmente pelo fato de compreender dois fios elétricos queconectam eletricamente os sensores.
10. Cilindro industrial de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato dos sensores serem sensores sem fio.
11. Cilindro industrial de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato da cobertura compreender uma camada de base internae uma camada de carga de topo externa, e onde os sensores estão embutidosna camada de base.
12. Método para medir a pressão experimentada por umcilindro industrial, caracterizado pelo fato do método compreender as etapasde:(a) prover um cilindro industrial, compreendendo:um núcleo substancialmente cilíndrico tendo uma superfícieexterna;uma cobertura polimérica recobrindo circunferencialmente asuperfície externa do núcleo; e um sistema de sensoreamento compreendendo:uma pluralidade de sensores embutidos na cobertura, ossensores configurados para detectar a pressão do cilindro e para prover ossinais representativos da pressão, onde um, da pluralidade de sensores, é umsensor de rastreamento e os sensores restantes sendo sensores nãorastreadores; eum processador associado operacionalmente aos sensores, queprocessa os sinais providos pelos sensores;onde os sensores são arranjados a uma distância radialsubstancialmente igual da superfície externa do núcleo, de modo que definamum círculo, quando vistos de uma extremidade do cilindro; eonde cada um dos sensores não rastreadores é arranjadoadicionalmente a uma primeira distância angular substancialmente igual deseus sensores não rastreadores vizinhos imediatos, dois sensores nãorastreadores mais extremos definindo um vão angular;onde o sensor de rastreamento é disposto no vão angular, demodo que uma segunda distância angular, definida pelo sensor derastreamento e por qualquer um dos sensores mais extremos, difira daprimeira distância angular;(b) girar o cilindro para expor cada um dos sensores àscondições da pressão;(c) transmitir os sinais gerados pelos sensores, dos sensorespara um processador;(d) identificar os sinais do sensor de rastreamento baseado naduração entre os sinais; e(e) identificar o sensor do qual cada sinal se originou baseadona identificação do sensor de rastreamento.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato da soma de duas primeiras distâncias angulares diferir da segundadistância angular.
14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato da soma de três primeiras distâncias angulares diferir da segundadistância angular.
15. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato da distância entre o sensor de rastreamento e cada um dos sensoresmais extremos ser a segunda distância.
16. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato da primeira distância angular ser, aproximadamente, 15 graus.
17. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato da segunda distância angular ser, aproximadamente, 37,5 graus.
18. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato dos sensores serem sensores piezoelétricos.
19. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizadoadicionalmente pelo fato de compreender dois fios elétricos que conectameletricamente os sensores.
20. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato dos sensores serem sensores sem fio.
21. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato da cobertura compreender uma camada de base interna e umacamada de carga de topo externa, e onde os sensores estão embutidos nacamada de base.
22. Método para medir a pressão experimentada por umcilindro industrial, caracterizado pelo fato do método compreender as etapasde:(a) prover um cilindro industrial, compreendendo:um núcleo substancialmente cilíndrico tendo uma superfícieexterna;uma cobertura polimérica recobrindo circunferencialmente asuperfície externa do núcleo; e um sistema de sensoreamento compreendendo:uma pluralidade de sensores embutidos na cobertura, ossensores configurados para detectar a pressão do cilindro e para prover ossinais representativos da pressão, onde um, da pluralidade de sensores, é umsensor de rastreamento e os sensores restantes sendo sensores nãorastreadores; eum processador associado operacionalmente aos sensores, queprocessa os sinais providos pelos sensores;onde os sensores são arranjados a uma distância radialsubstancialmente igual da superfície externa do núcleo, de modo que definamum círculo, quando vistos de uma extremidade do cilindro; eonde o sensor de rastreamento é disposto a uma distânciaangular de pelo menos um de seus sensores vizinhos imediatos que difira dadistância angular entre qualquer outro sensor não rastreador e seus sensoresnão rastreadores vizinhos;(b) girar o cilindro para expor cada um dos sensores àscondições da pressão;(c) transmitir os sinais gerados pelos sensores, dos sensores,para um processador;(d) identificar os sinais do sensor de rastreamento baseado naduração entre os sinais; e(e) identificar o sensor do qual cada sinal se originou baseadona identificação do sensor de rastreamento.
23. Método para determinar a direção de rotação de umcilindro industrial, caracterizado pelo fato do método compreender as etapasde:(a) prover um cilindro industrial, compreendendo:um núcleo substancialmente cilíndrico tendo uma superfícieexterna;uma cobertura polimérica recobrindo circunferencialmente asuperfície externa do núcleo; e um sistema de sensoreamento compreendendo:uma pluralidade de sensores embutidos na cobertura, ossensores configurados para detectar a pressão do cilindro e para prover sinaisrepresentativos da pressão; eum processador associado operacionalmente aos sensores, queprocessa os sinais providos pelos sensores;onde os sensores são arranjados a uma distância radialsubstancialmente igual da superfície externa do núcleo, de modo que definamum círculo quando vistos de uma extremidade do cilindro; eonde um primeiro sensor é disposto a uma primeira distânciaangular de pelo menos um de seus sensores vizinhos imediatos, que difira deuma distância angular entre qualquer outro sensor e seus sensores vizinhosimediatos; eonde um segundo sensor é disposto a uma primeira distânciaangular de pelo menos um de seus sensores vizinhos imediatos, que difira deuma distância angular entre qualquer outro sensor e seus sensores vizinhosimediatos.(b) girar o cilindro para expor cada um dos sensores àscondições da pressão;(c) transmitir os sinais gerados pelos sensores, dos sensores,para um processador;(d) identificar a direção de rotação do cilindro baseado naseqüência relativa de sinais transmitidos pelos primeiro e segundo sensores.
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