CN114207398A - 工业辊、特别是用于造纸的工业辊、将聚合物纤维引入工业辊的空管中的方法和聚合物纤维的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业辊，特别是用于造纸的工业辊，其具有细长的辊芯(12)，以及至少一个设置在所述辊芯(12)上的第一覆盖层(14)，其中设置空管(20，22)，所述空管(20，22)适合于接收聚合物纤维(30)并且在所述辊(10)的长度上延伸，使得所述聚合物纤维能在所述空管的一端引入。本发明还涉及一种具有聚合物纤维的工业辊，以及将所述聚合物纤维引入空管的方法。最后，本发明涉及基于聚合物的光波导作为在工业辊中的传感器的用途。
Description
本发明涉及工业辊，特别是用于造纸的工业辊，其具有细长的辊芯和至少一个设置在辊芯上的第一覆盖层。本发明还涉及将聚合物纤维引入工业辊的空管中的方法，以及在工业辊中使用基于聚合物的光波导作为传感器。
在许多不同的技术领域，特别是在造纸工业中，使用具有单层或多层覆盖层的辊。这些单层或多层覆盖层可以是橡胶覆盖层、复合覆盖层或聚氨酯覆盖层，这里仅列举最重要的几种。
在这种辊的运行过程中，各种参数，如辊覆盖层中的温度或作用在辊子表面的压力负荷，对于各自系统的最佳设置非常重要。如果这些参数是已知的，例如，对于两个相互作用的辊来说，所谓的辊隙可以得到很好的调整。
然而，这些参数的记录是非常复杂的，很难在系统的实时操作中实现。在现有技术中有一些解决方案，其中一个或多个传感器被集成在辊的固定位置，并记录相应的参数。这样的传感器在辊的制造过程中，甚至在覆盖层被施加之前就已经设置。通常情况下，它们被提供在辊芯上。
这种解决方案的缺点是，制造过程非常复杂，而且在施加覆盖层期间，传感器的热负荷非常高。此外，已经在使用的辊不能加装传感器。
在此背景下，本发明的一个技术问题是进一步设计上述类型的工业辊，使其制造非常简单，并且随后还可以配备传感器。
开头所述的工业辊解决了这一问题，因为其设置了空管，该空管适合于接收聚合物纤维，并在辊的长度上延伸，以便聚合物纤维可以在空管的一个端部引入。
换句话说，辊是以通常的方式制造的，唯一的要求是在施加覆盖层时提供空管。这方面的努力是非常小的。辊制造完成后，可将聚合物纤维引入空管中。这样的聚合物纤维是WO 2015/1811551文件中公开的一种特殊的基于聚合物的光纤。这种聚合物纤维可用作传感器以检测不同的参数，特别是温度和压力。
借助于这种聚合物纤维和适当提供的检测装置，上述参数可以在辊运行期间被检测，并被传送到例如计算机上进行进一步评估。
事实表明，根据本发明的这个解决方案可以使辊的生产非常具有成本效益，因为只需要提供空管。以前的制造工艺只是因此而发生了无实质的变化。然而，聚合物纤维和相应的电子元件形式的传感器的安装可以在任何时候通过提供的空管进行改装。
这样，上述问题就完全得到解决。
在优选的实施方案中，空管设置在辊芯外。
这种措施的优点是制造成本较低，因为辊芯本身不需要被机械加工。
在优选的实施方案中，在辊芯上设置了多个覆盖层或层，其中第一个覆盖层形成外覆盖层(顶层)，并且空管设置在辊芯和外覆盖层之间。
这样做的好处是，空管，也就是以后要引入的聚合物纤维，离辊表面只有很短的距离，因此，特别是可以更好地检测作用在辊表面的压缩力。
在优选的实施方案中，空管以这样的方式与聚合物纤维相适应，即聚合物纤维靠在空管的内侧。优选地，空管的内径为300μm至600μm，优选400μm至500μm，更优选425μm。
当聚合物纤维紧靠空管的内壁时，参数的检测得到明显改善。
在优选的实施方案中，空管延伸到覆盖层的整个长度上，并且空管的两个端部都可以从外面进入。
这样做的好处是，如果空管的两个端部都能从外面进入，那么聚合物纤维的引入就更容易。
在优选的实施方案中，空管由塑料制成，特别是由共聚酯或聚酰胺制成。
已经发现这种材料特别有利。
在优选的实施方案中，提供多个空管，这些空管优选地在辊的圆周方向上均匀分布。
使用多个空管可以使用多个聚合物纤维，这可以提供辊的每转多个测量值，并且因此可以改善的评估。
在优选的实施方案中，空管平行于辊的纵轴延伸。换句话说，空管和辊的纵轴位于一个平面内。
另外，也可以设想提供与纵轴成一定角度的空管。
优选地，辊的长度为数米，最大长度可达12米。
本发明的技术问题还通过将聚合物纤维引入工业辊的空管中的方法得到解决，如上所述，其中该方法包括以下步骤：
提供具有前端的聚合物纤维，
将聚合物纤维的前端从空管的一个端部引入所述空管中，
在所述空管的另一个端部施加真空或在所述空管的所述一个端部施加压缩空气，以及
通过所施加的真空或所施加的压缩空气使聚合物纤维通过空管。
这种方法的优点是，在完成辊后将聚合物纤维引入空管，可以不费吹灰之力。由于在端部施加真空或压缩空气，聚合物纤维可以被“吸”或“吹”过空管，因此，聚合物纤维受损的风险也很低。
优选地，聚合物纤维在引入空管之前设置粘合剂，使得在聚合物纤维和空管内部之间没有或几乎没有自由空间。备选地，也可以设想在引入聚合物纤维后注入粘合剂。
这种措施的优点是提高检测质量，因为聚合物纤维通过粘合剂与空管大面积接触，对温度或压力的传递非常好。
本发明的技术问题也通过本文开始提到的工业辊得到解决，即提供传感器，其形式为基于聚合物的光波导、聚合物纤维，并在辊内部和辊芯外部延伸。
换句话说，该工业辊与之前描述的工业辊的不同之处在于，聚合物纤维直接设置在辊覆盖层内，而不使用空管。
虽然这种解决方案不再允许追溯安装传感器，但生产这种传感器是与现有技术中已知的辊中的传感器解决方案相比，这种带有聚合物纤维的辊的制造仍然明显简单。
在优选的实施方案中，聚合物纤维在辊的整个长度上延伸。
这样做的好处是可以沿着辊的整个长度记录参数。
在优选的实施方案中，设置了测量装置，该装置被设计为将光耦合到聚合物纤维中并检测来自聚合物纤维的反射光作为测量值。优选地，该测量装置包括一个评估单元，它从一个或多个检测的测量值中确定一个或多个参数，最好是压力、温度或湿度。
在优选的实施方案中，聚合物纤维具有至少一个、优选多个分布在纵向方向上的测量点。
也就是说，换句话说，可以沿着聚合物纤维的长度并且因此在辊上的不同位置检测多个参数。
在优选的实施方案中，该测量装置具有传输单元，该传输单元被设计为将测量值和/或确定的参数以无线方式传输到中央单元，例如计算机，以便进一步处理。
这种措施的优点是数据传输非常容易，因为不需要从辊到中央单元的线路。
在优选的实施方案中，代替电池或除了电池之外，还提供能量回收单元以向测量装置提供能量。优选地，能量回收单元通过辊的旋转产生能量，优选通过感应。进一步优选地，能量回收单元具有可充电的电池，该电池储存或暂时储存所回收的能量。
这种措施的优点是，测量装置在能源方面是自给自足的，因此不需要从外部或以电池的形式(例如作为可更换的电池或可充电的电池)供电。在操作过程中，辊的旋转可以产生足够的能量，为测量设备中的电子元件提供所需的能量。
在优选的实施方案中，提供聚合物纤维在其中延伸的空管。
本发明的技术问题还通过使用WO 2015/1811551中描述的基于聚合物的光波导作为工业辊中的传感器来解决，该传感器用于检测至少一个参数，优选作用于辊的限定位置处在径向上的压力，其中所述波导在辊内延伸并具有至少一个、优选多个测量点。
可以理解的是，上述特征和那些仍将在下文中解释的特征不仅可以在所示的各自组合中使用，而且还可以在其他组合中使用或单独使用，而不离开本发明的范围。
本发明的进一步优点和实施方案将从描述和附图中明显看出。在附图中：
图1显示具有覆盖的工业辊的示意图。
图2显示图1的辊在纵向上的示意图。
图3显示具有多个覆盖的辊在纵向上的示意图。
图4显示图2的辊的示意图，其具有引入的聚合物纤维和附加的检测装置。
图5显示检测装置的示意框图；以及
图6显示解释该过程的方框图。
在图1中，以高度简化的形式展示了工业辊的正视图，并标有参考符号10。纵向视图中的相应表述如图2所示。
这样的工业辊被广泛用于各种应用领域中，例如纸张生产、绵纸生产、纸张或绵纸加工或薄膜生产。特别地，这种类型的工业辊还被用作吸水压榨辊、压榨辊、薄膜压榨辊、多夹头辊、软辊、超级辊、压花压光辊、中央压榨辊、导向辊、定径压榨辊或涂布辊，仅举几例。
一般来说，这样的工业辊10具有由金属制成的辊芯12和至少一个涂层14，也被称为覆盖层14。在图1中，辊10显示具有单层覆盖层14，尽管在许多引用中也会使用多层覆盖层14。图3显示了具有两层14.1和14.2的两层覆盖层的一个实例。可以理解的是，也可以提供三层或更多层。
辊10的覆盖层14可以由橡胶材料、复合材料或聚氨酯材料构成。将这些材料组合成多层覆盖层也是可以设想的。
图1所示的辊10具有至少一个空管20，优选还有进一步的空管22，这些空管在辊10的整个长度上延伸，并在覆盖层14的区域中邻近辊芯12设置。空管20优选由塑料材料制成，其内径为300μm至600μm，优选为425μm。它被用来接收聚合物纤维30，这一点将在后面详细解释。
空管20具有两个开口端部24，其可在辊10的各自端部处从外部进入。也就是说，换句话说，聚合物纤维可以从两个端部中的一个被引入空管20的相应开口24中。
在将覆盖层14施加到辊芯12上时，可以以简单的方式提供空管20。这不需要特别复杂的制造步骤。只需要确保空管20的材料能够承受覆盖层14施加过程中的热条件。此外，在选择空管20的材料时，重要的是它是柔性材料，可以在要测量的压缩力下变形。
现在参考图4，图2的工业辊10显示了位于空管20内的聚合物纤维30。
聚合物纤维30作为光学传感器32用于测量各种参数，如湿度、压力和/或温度。聚合物纤维30是基于聚合物的光波导结构，具有在纵向上分布的一个或多个反射结构33(例如干涉反射点的形式)，其中在这些光栅结构上可以检测到各种参数。因此，反射结构决定了沿聚合物纤维的测量点34。
这种基于聚合物的光波导结构(简称聚合物纤维)的确切结构在出版物WO 2015/181155A1中描述。其披露的内容，特别是关于聚合物纤维的结构，在此通过引用全部内容并纳入本说明。这种聚合物纤维是由位于丹麦3490Kvistgaard的Shute公司提供的。
上述各种参数的测量是通过将光耦合到聚合物纤维并检测在光栅结构即测量点上反射的光来进行的。根据所述的参数，这些参数存在于网格结构的纵向上的不同位置，光的反射是不同的，因此可以通过这种关系得出关于测量点的参数的结论。各个测量点的局部分辨率是由光栅结构指定的，通过反射光的不同传播时间来进行。
本发明人出人意料地发现，通过聚合物纤维30可以很好地检测到作用在辊表面上的压缩力，尽管聚合物纤维不直接在辊表面附近，而是与辊表面有一定距离。
因此，可以在辊的操作过程中对参数进行测量，在最好的情况下，根据反射结构(或反射点的数量)，可以为每一转提供一个或多个测量值。然而，通常情况下，测量值不是在每一转都被记录下来，而是每隔多个转记录一次，如果有必要的话，在辊的纵向方向上也是交错的。换句话说，测量值是在聚合物纤维的不同测量点以不同的旋转时间检测的。当然，不同测量点的所有测量值也可以按每转检测。
为了耦合入射光和检测反射光，如图4所示，在辊10的一个端部上设有检测装置40。
如图5所示，检测装置40具有测量单元42，该测量单元包括例如光学透镜44，通过该透镜，由光学发射器48(例如LED)产生的光被耦合到聚合物纤维30中，并且反射光被送入光学传感器46，例如以光电二极管或光电晶体管或光学光谱仪的形式。然而，在此应该提到，不是必须需要光学镜头来耦合入射光。光学传感器46和光学发射器48也可以以激光二极管单元50的形式提供。近来，已经可以获得能够同时执行发射光和检测反射光的功能的激光二极管。
激光二极管单元50连接到评估单元52，该评估单元52控制激光二极管单元并评估相应的接收测量信号。被评估的测量信号由评估单元52传输到传输单元54，该单元以无线方式，例如通过Wi-Fi或蓝牙技术，将数据传输到计算机60。在那里，测量的数据便可用于进一步评估。
测量单元42的能量供应优选通过能量回收单元56自动提供。
能量回收单元56包含可充电的电池，用于暂时储存回收的电能。电能可以通过辊10在运行过程中的旋转例如以感应方式获得。以此解决方案，可以避免用电缆给检测设备40供电。
通过给辊10配备一个或多个聚合物纤维30，可以在辊运行期间检测和评估不同的参数。这些参数的用途是多方面的。例如，通过评估测量参数，可以很好地调整辊隙。此外，也可以从测量的参数中得出关于覆盖层14的磨损的结论。
所述由检测装置和聚合物纤维30组成的传感器系统可以在任何时候加装到具有现有空管20的辊10中。这有一个很大的好处，那就是客户最初可以购买不带传感器的工业辊，然后再加装传感器。改装的工作量很低，因为只需要将聚合物纤维30引入空管20，并将相应的检测装置40安装到辊的端部。
为了将聚合物纤维30引入空管20中，首先提供聚合物纤维并设置粘合剂，图6中的步骤82和84。
接下来，聚合物纤维的前端被引入空管的一端的开口24中，步骤86。
在辊10的相对端部上，在空管20的开口24的区域中放置抽吸装置，以在空管20中形成真空。由于在相对面的聚合物纤维30和所施用的粘合剂一起封住了相应的开口24，空管20中的真空确保了聚合物纤维30被拉过空管20，步骤88和90。备选地，压缩空气装置被安装在辊10的端部，实际上是将聚合物纤维30“吹”过空管。
可以看出，这种引入聚合物纤维30的过程不需要很大的努力就可以实现。唯一重要的是，聚合物纤维30与粘合剂一起，在尽可能全部表面上实现与空管内部的接触，以便在以后的操作中也能确保作用于空管的压缩力直接转移到聚合物纤维上。
总的来说，可以看出，本发明实现了明显改进的工业辊，其可以被非常容易地配备或加装以传感器，该传感器可以非常灵活地引入。
Claims (26)
1.工业辊，特别是用于造纸的工业辊，其具有
细长的辊芯(12)，和
至少一个设置在所述辊芯(12)上的第一覆盖层(14)，
其特征在于，
空管(20，22)，所述空管(20，22)适合接收聚合物纤维(30)并且在所述辊(10)的长度上延伸，使得所述聚合物纤维能在所述空管的一端引入。
2.根据权利要求1所述的工业辊，其特征在于，所述空管(20)被布置在所述辊芯(12)外部。
3.根据权利要求1或2所述的工业辊，其特征在于，在所述辊芯(12)上设置多个覆盖层(14.1，14.2)，其中所述第一覆盖层(14.2)形成外覆盖层，并且所述空管(20)被布置在所述辊芯(12)和所述外覆盖层(14.2)之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的工业辊，其特征在于，所述空管(20)与所述聚合物纤维(30)相适配，使得所述聚合物纤维靠在所述空管的内侧。
5.根据前述权利要求中任一项所述的工业辊，其特征在于，所述空管(20)的内径为300μm至600μm，优选400μm至500μm，更优选425μm。
6.根据前述权利要求中任一项所述的工业辊，其特征在于，所述空管(20)在所述覆盖层(14)的整个长度上延伸，并且从外面可进入所述空管的两个端部(24)。
7.根据权利要求6所述的工业辊，其特征在于，所述空管(20)由塑料制成，特别是由共聚酯或聚酰胺制成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的工业辊，其特征在于，提供了多个空管(20，22)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的工业辊，其特征在于，所述空管(20)平行于所述辊(10)的纵轴(L)延伸。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的工业辊，其特征在于，所述空管(20)斜着延伸到纵轴(L)上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的工业辊，其特征在于，所述工业辊的长度不超过12m。
12.将聚合物纤维引入工业辊的空管中的方法，所述工业辊优选是根据权利要求1至11中任一项所述的工业辊，所述方法具有以下步骤：
提供具有前端的聚合物纤维，
将所述前端在所述空管的一端引入所述空管，
对所述空管的另一端施加真空或对空管的一端施加压缩空气，以及
通过所述施加的真空将所述聚合物纤维拉过所述空管，或通过所述施加的压缩空气将所述聚合物纤维推过所述空管。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述聚合物纤维在引入所述空管之前设置有粘合剂，使得在所述聚合物纤维和所述空管的内侧之间没有或几乎没有自由空间。
14.根据权利要求12所述的方法，其中在将所述聚合物纤维引入所述空管后，将塑料注入所述空管中。
15.根据权利要求12、13或14所述的方法，其中在所述工业辊完成制造后引入所述聚合物纤维。
16.工业辊，特别是用于造纸的工业辊，其具有
辊芯(12)，和
至少一个覆盖层(14)，
其特征在于
传感器(32)，所述传感器(32)被形成为基于聚合物的光波导(30)，即聚合物纤维，并且在所述辊(10)内和所述辊芯(12)外延伸。
17.根据权利要求16所述的工业辊，其特征在于，所述聚合物纤维(30)在所述辊筒的整个长度上延伸。
18.根据权利要求16或17所述的工业辊，其特征在于，设置有测量装置(40)，所述测量装置(40)被设计为将光耦合到所述聚合物纤维中并且检测来自所述聚合物纤维的反射光作为测量值。
19.根据权利要求18所述的工业辊，其特征在于，所述测量装置(40)具有评估单元(52)，所述评估单元(52)从一个或多个检测的测量值中确定一个或多个参数，优选压力、温度或湿度。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的工业辊，其特征在于，所述聚合物纤维(30)具有至少一个测量点(34)、优选多个测量点(34)。
21.根据权利要求16至20中任一项所述的工业辊，其特征在于，所述测量装置(40)具有传输单元(54)，所述传输单元(54)被设计为将所述测量值和/或所确定的参数以无线方式传输到中央单元(60)进行进一步处理。
22.根据权利要求16至21中任一项所述的工业辊，其特征在于，设置有能量回收单元(56)，所述能量回收单元(56)为所述测量装置(40)提供能量。
23.根据权利要求22所述的工业辊，其特征在于，所述能量回收单元(56)通过所述辊(10)的旋转产生能量，优选通过感应产生能量。
24.根据权利要求23所述的工业辊，其特征在于，所述能量回收单元(56)包括可充电电池，所述可充电电池储存回收的能量。
25.根据权利要求16至24中任一项所述的工业辊，其特征在于，设置空管(20)，所述聚合物纤维(30)在所述孔管(20)中延伸。
26.基于聚合物的光波导(30)、如在WO 2015/181155A1中描述的基于聚合物的光波导(30)作为工业辊(10)的传感器(32)用于检测至少一个参数、优选作用于所述辊的限定位置处的在径向方向上的压力的用途，其中所述波导在所述辊内延伸并具有至少一个测量点(34)、优选多个测量点(34)。
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