DE102012200387A1

DE102012200387A1 - Walze mit Sensoren für bahnverarbeitende Maschine

Info

Publication number: DE102012200387A1
Application number: DE102012200387A
Authority: DE
Inventors: Martin Breineder; Hubert Bischof; Matthias Schmitt; Yang Shieh
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2013-07-18
Also published as: EP2802709A1; US20140374460A1; US9302871B2; CN104040072A; WO2013104600A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Walze (1) für eine Maschine zur Verarbeitung einer Materialbahn, insbesondere Papier, Karton- oder Tissuemaschine, mit einem zylindrischen Walzenkern (2) sowie einem auf seiner radial außen liegende Mantelfläche angeordneten Walzenbezug, wobei der Walzenbezug eine Funktionsschicht (3) und eine radial zwischen dem Walzenkern (2) und der Funktionsschicht (3) liegende Verbindungsschicht (4) hat und die radial außen liegende Mantelfläche der Funktionsschicht (3) eine mit der Materialbahn oder einer Bespannung in Kontakt bringbare Kontaktfläche (5) bereitstellt, und wobei in den Walzenbezug mehrere Druck und/oder Temperatur sensitive Senoren (6) eingebettet sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren in der Verbindungsstruktur (4) oder am Übergang zwischen der Verbindungsschicht (4) und der Funktionsschicht (3) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze mit mehreren Sensoren für die Verwendung in einer eine Materialbahn verarbeitenden Maschine. Die Erfindung betrifft ferner eine eine Materialbahn verarbeitenden Maschine, welche mit solchen Sensoren ausgestattet ist. Bei der eine Materialbahn verarbeitenden Maschine handelt es sich insbesondere um eine Papier-, Karton- oder Tissuemaschine.
Bei der Herstellung einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn wird in der Formierpartie eine Fasersuspension auf ein Formiersieb aufgebracht und entwässert. Die weitere Entwässerung erfolgt im Anschluss an die Formierung in der Pressen und Trockenpartie. In der Pressenpartie bspw. wird die Faserstoffbahn durch eine Reihe von Pressnips geführt, die jeweils durch zwei zusammenwirkende Walzen, d.h. eine Walze und eine Gegenwalze gebildet werden. Das sich beim Durchlaufen der Faserstoffbahn in den Nips ausbildende Druckprofil, insbesondere in Maschinenquerrichtung, hat einen wesentlichen Einfluss darauf, dass die produzierte Faserstoff über deren gesamte Breite mit gleichen Eigenschaften hergestellt werden kann. Des Weiteren hängt die Effizienz der Entwässerung stark von einem homogenen Druckprofil in Maschinenquerrichtung ab. So weist die Faserstoffbahn bspw. bei ungleichmäßiger Druckverteilung im Nip ein ungleichmäßiges Feuchteprofil in Maschinenquerrichtung auf. Papierhersteller sind daher darauf bedacht, die Druckprofile im Pressnip während des laufenden Betriebs zu überwachen.
Zur Überwachung des Druckprofils im Nip während des laufenden Betriebs können Sensoren eingesetzt werden, wie dies bspw. in der US 5,562,027 beschrieben wird. Die Sensoren sind hierbei in dem Walzenbezug angeordnet, um vor der direkten Einwirkung von Umgebungseinflüssen geschützt zu sein. In diesem Stand der Technik werden verschiedene Arten von Sensoren vorgeschlagen, wie bspw. piezoelektrische Sensoren oder faseroptische Sensoren.
In der praktischen Anwendung solcher Walzen mit Sensoren hat sich gezeigt, dass die in den Walzenbezug eingebetteten Sensoren beim Betrieb in der Maschine oftmals nach kurzer Zeit aufgrund hoher mechanischer Belastung, insbesondere Druckbelastung, versagen. Des weiteren werden die Sensoren oftmals beim Walzenservice zerstört, bei dem ein Teil oder die ganze Funktionsschicht des Walzenbezugs abgedreht und erneuert wird. Aus diesem Grund wurden Sensoren in der Vergangenheit oftmals an der Grenzfläche zwischen Walzenkern und Walzenbezug angeordnet. Nachteilig an dieser Lösung ist allerdings, dass die auf die Oberfläche der Walze einwirkenden Druckkräfte aufgrund der sehr tiefen Einbettung der Sensoren im Walzenbezug nur sehr ungenau und schwach gemessen werden können. Ferner wurden in der Vergangenheit Sensoren in der Funktionsschicht des Walzenbezugs eingebaut. Insbesondere bei Walzenbezügen mit einer Funktionsschicht aus Polyurethan haben sich solche Sensoren als Fremdkörper erwiesen, die auch für Rissbildungen und Delaminierungen in der Funktionsschicht verantwortlich sein können.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Walze mit Sensoren vorzuschlagen, die eine höhere Langzeitstabilität im Betrieb hat, bei der die Sensoren beim Walzenservice nicht zerstört werden können und die zuverlässige Messignale liefert. Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Maschine zur Herstellungen und/oder Bearbeitung einer Faserstoffbahn mit einer Walze mit Sensoren vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Walze für eine Maschine zur Herstellung und/oder Verarbeitung einer Materialbahn, insbesondere Papier, Karton- oder Tissuemaschine, mit einem zylindrischen Walzenkern sowie einem auf der Mantelfläche des Walzenkerns angeordneten Walzenbezug. Hierbei ist der Walzenbezug durch eine Funktionsschicht und eine den Walzenkern mit der Funktionsschicht verbindende Verbindungsstruktur gebildet, die eine oder mehrere Verbindungsschichten umfasst. Die erfindungsgemäße Walze umfasst ferner mehrere Druck und/oder Temperatur sensitive Senoren, die in den Walzenbezug eingebettet sind. Die erfindungsgemäße Walze ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren in der zumindest einen Verbindungsschichten eingebettet sind oder auf der radial äußeren Mantelfläche einer der zumindest einen Verbindungsschichten angeordnet sind.
Durch die erfindungsgemäße Lösung werden die Sensoren in einer Position im Walzenbezug angeordnet, in der die Sensoren beim Walzenservice in der Regel nicht zerstört werden können, da beim Walzenservice der Walzenbezug in der Regel nicht über die volle Dicke der Funktionsschicht abgetragen wird. Ferner wird durch die erfindungsgemäße Lösung die Gefahr der Zerstörung der Sensoren im Betrieb deutlich reduziert, da die Sensoren ausreichend tief im Walzenbezug eingebettet sind. Dadurch, dass die Sensoren aber nicht an der Mantelfläche des Walzenkerns sondern innerhalb des Walzenbezugs angeordnet sind, wird eine ausreichend hohe Signalempfindlichkeit der Sensoren bereitgestellt. Dadurch, dass die Sensoren nicht in der Funktionsschicht sondern in der Verbindungsstruktur oder an der Grenzfläche zwischen der Verbindungsstruktur und der Funktionsschicht angeordnet sind, wird ferner die Neigung von Rissbildung oder Delaminierung in der Funktionsschicht effektiv reduziert.
Wenn im Rahmen dieser Erfindung der Begriff „radial“ oder „radiale Richtung der Walze“ verwendet wird, ist darunter die Richtung der radialen Ausdehnung der Walze zu verstehen.
Wenn im Rahmen dieser Erfindung der Begriff “axial“ oder „axiale Richtung der Walze“ verwendet wird, sind darunter sämtliche Geraden zu verstehen, die sich parallel zur Längsachse der Walze erstrecken.
Unter dem Begriff „Schicht“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein hohlzylindrischer Materialabschnitt des Walzenbezugs zu verstehen, dessen Wandstärke, auch als Dicke bezeichnet, zumindest 1,0mm beträgt und der aus einem oder aus mehreren Material(ein) besteht, wobei dessen Materialzusammensetzung entlang seiner radialen und axialen Ausdehnung homogen ist. Unter dem Begriff „Schicht“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ferner ein hohlzylindrischer Materialabschnitt des Walzenbezugs zu verstehen, der aus mehreren Materialien besteht, dessen Zusammensetzung – wie bspw. Gewichtsanteile der einzelnen Materialien in der Materialzusammensetzung – sich entlang der radialen Ausdehnung des Abschnitts kontinuierlich ändert.
Unter dem Begriff „Funktionsschicht“ soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Schicht verstanden werden, deren radial außen liegende Mantelfläche eine mit einer Materialbahn oder einer Bespannung in Kontakt bringbare Kontaktfläche bereitstellt und die beim Betreib der Walze zumindest teilweise verschlissen wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Umfasst die Verbindungsstruktur nur eine Verbindungsschicht, so können die Sensoren entweder in der Verbindungsschicht eingebettet sein oder auf der radial äußeren Mantelfläche der Verbindungsschicht angeordnet sein. Umfasst die Verbindungsstruktur können die Sensoren in einer der Verbindungsschichten der Verbindungsstruktur eingebettet sein oder auf der radial äußeren Mantelfläche einer der Verbindungsschichten angeordnet sein. Hierbei soll unter der radial äußeren Mantelfläche der betreffenden Verbindungsschicht die Mantelfläche der hohlzylindrischen Verbindungsschicht verstanden werden, die radial außen liegt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindungsschicht in der die Sensoren eingebettet sind oder auf deren radial äußeren Mantelfläche die Sensoren angeordnet sind eine größere Härte und/oder einen größeren E-Modul hat als die Funktionsschicht. In diesem Fall bildet die Verbindungsschicht eine stabile Unterlage für die Sensoren, auf der sich die Sensoren mechanisch stabil abstützen können ohne zu hohen Biegekräften ausgesetzt zu sein. (Da die Funktionsschicht weicher und/oder elastischer ist als die Verbindungsschicht in der die Sensoren eingebettet sind, kann sich ein auf die radial äußere Mantelfläche der Funktionsschicht einwirkender Druckimpuls durch die Funktionsschicht fortpflanzen und die Sensoren zu einem Signal anregen.)
Abhängig vom speziellen Einsatzzweck und/oder von der Ausführung der Funktionsschicht der erfindungsgemäßen Walze kann die Verbindungsstruktur eine einzige Verbindungsschicht oder mehrere Verbindungsschichten umfassen, die -in radialer Richtung der Walze betrachtet- übereinander angeordnet sind.
Denkbar ist beispielsweise auch, dass jede der Verbindungsschichten eine größere Härte und/oder einen größeren E-Modul hat als die Funktionsschicht.
Hat die Verbindungsstruktur mehrere Verbindungsschichten ist ferner denkbar, dass die radial innerste der Verbindungsschichten eine größere Härte und/oder einen größeren E-Modul hat als die übrigen der Verbindungsschichten. Des weiteren ist bei mehreren Verbindungsschichten denkbar, dass die Härte und/oder der E-Modul der Verbindungsschichten von Schicht zu Schicht von der radial innersten zur radial äußersten Verbindungsschicht steigt.
Vorzugsweise ist denkbar, dass die radial innerste Verbindungsschicht aus Hartgummi gebildet ist oder als wesentlichen Bestandteil Hartgummi umfasst. Diese Verbindungsschicht kann bspw. eine Härte im Bereich 76–86 Shore D haben.
Alternativ dazu ist denkbar, dass die radial innerste Verbindungsschicht aus Faserverbundwerkstoff gebildet ist oder als wesentlichen Bestandteil Faserverbundwerkstoff umfasst. Der Faserverbundwerkstoff kann hierbei durch in mehreren Lagen um die Mantelfläche des Walzenkerns gewickelte Fasern, die in ein Harz eingebettet sind, gebildet sein. Die Fasern können hierbei bspw. in Form eines bandförmigen textilen Flächengebildes, insbesondere als Gewebe- oder Gelegeband vorliegen. Denkbar ist auch, dass die Fasern in Form eines Faserbündels, eines so genanntes Faserrovings, vorliegen. Ferner können die Fasern Glas- und/oder Kohlenstofffasern sein oder als wesentlichen Bestandteil umfassen. Diese Verbindungsschicht kann bspw. eine Härte im Bereich 88–92 Shore D haben.
Nach einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, dass eine zwischen der radial innersten Verbindungsschicht und der Funktionsschicht liegende weitere Verbindungsschicht aus Hartgummi oder Gummi gebildet ist oder als wesentlichen Bestandteil Hartgummi oder Gummi umfasst und die weitere Verbindungsschicht eine Härte und/oder einen E-Modul hat, der zwischen der bzw. dem der radial innersten Verbindungsschicht und der Funktionsschicht ist.
Denkbar ist es auch, dass die Sensoren in dieser weiteren Verbindungsschicht eingebettet oder auf deren radial äußeren Mantelfläche angeordnet sind.
Ist in den vorangehenden oder den nachfolgenden Abschnitten davon die Rede, dass eine Schicht ein Material oder eine Materialzusammensetzung als wesentlichen Bestandteil umfasst, so bedeutet dies, dass dieses Material oder diese Materialzusammensetzung zu 70-Gewichtsprozent (Gew-%) oder mehr, bevorzugt zu 80 Gew-% oder mehr, besonders bevorzugt zu 90 Gew-% oder mehr in der Schicht vorkommt. Eine solche Schicht kann dann noch andere Materialien oder Materialzusammensetzungen enthalten die bspw. als partikelförmige und/oder faserförmige Füllstoffe ausgebildet sind.
Besteht die Funktionsschicht bspw. aus Polyurethan oder hat Polyurethan als wesentlichen Bestsandteil, so ist es denkbar, dass die Verbindungsstruktur zumindest eine Verbindungsschicht umfasst, die aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist oder diesen als wesentlichen Bestandteil umfasst, wobei die Verbindungsschicht mit oder aus dem Faserverbundwerkstoff bspw. wie im vorgehenden Abschnitt beschrieben ausgeführt sein kann. Denkbar ist, dass bei einer Funktionsschicht, die aus Polyurethan ist oder Polyurethan als wesentlichen Bestsandteil hat, die Verbindungsstruktur nur eine Verbindungsschicht hat, und diese Verbindungsschicht aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist oder diesen als wesentlichen Bestandteil umfasst.
Besteht die Funktionsschicht bspw. aus Gummi oder hat Gummi als wesentlichen Bestandteil, so ist es denkbar, dass die Verbindungsstruktur zwei oder mehr Verbindungsschichten umfasst und zumindest zwei der Verbindungsschichten aus Gummi und/oder Hartgummi gebildet sind oder Gummi und/oder Hartgummi als wesentlichen Bestandteil enthalten. Hierbei ist insbesondere denkbar, dass die beiden vorgenannten Verbindungsschichten unterschiedliche Härten haben.
Es sind mehrere Möglichkeiten der Anordnung der Sensoren in der Verbindungsstruktur denkbar, wobei die Anordnung der Sensoren abhängig vom Einsatzzweck der erfindungsgemäßen Walze und/oder vom Aufbau des Walzenbezugs sein kann.
So ist denkbar, dass die Sensoren in der radial äußersten Verbindungsschicht eingebettet sind oder auf deren radial äußeren Mantelfläche angeordnet sind. In diesem Fall sind die Sensoren relativ nahe an der Funktionsschicht angeordnet, weshalb auch schon kleinste Druckimpulse registriert werden können. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht für den Fall, dass es sich bei den Sensoren um Temperatursensoren handelt darin, dass die Temperatur im Walzenbezug im Bereich der Grenzfläche von Verbindungssstruktur und Funktionsschicht oder benachbart zu dieser Grenzfläche gemessen werden kann, wodurch einem Versagen des Walzenbezugs durch Überhitzung effektiv vorgebeugt werden kann, da ein Versagen des Walzenbezugs oftmals aufgrund von Überhitzung im Bereich des Übergangs von Verbindungsstruktur zu Funktionsschicht eintritt.
Des Weiteren ist denkbar, dass die Sensoren in der radial innersten Verbindungsschicht eingebettet oder auf deren radial äußeren Mantelfläche angeordnet sind. Umfasst der Walzenbezug mehrere Verbindungsschichten sind in diesem Fall die Sensoren relativ weit weg von der Funktionsschicht angeordnet, weshalb sich diese Anordnung bspw. für Anwendungen eignet, bei denen hohe Druckimpulse auftreten oder bei einem Aufbau des Walzenbezugs aus relativ weichen Schichten.
Darüber hinaus ist denkbar, dass die Sensoren in einer Verbindungsschicht eingebettet oder auf deren radial äußeren Mantelfläche angeordnet sind, die zwischen der radial innersten und der radial äußersten Verbindungsschicht liegt.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass nicht alle Sensoren in derselben radialen Position angeordnet sind, sondern eine Kombination der o.g. Positionen vorliegt.
Die Verbindungsschicht in welche die Sensoren eingebettet sind oder an deren radial äußeren Mantelfläche die Sensoren angeordnet sind, kann aus Hartgummi oder Gummi sein oder als wesentlichen Bestandteil Hartgummi oder Gummi umfassen. Konkret ist hierbei bspw. denkbar, dass die Sensoren in der radial innersten Verbindungsschicht eingebettet oder auf deren radial äußeren Mantelfläche angeordnet sind und die radial innerste Verbindungsschicht aus Gummi oder Hartgummi ist oder als wesentlichen Bestandteil Gummi oder Hartgummi umfasst.
Die Verbindungsschicht in welche die Sensoren eingebettet sind oder an deren radial äußeren Mantelfläche die Sensoren angeordnet sind, kann auch aus Faserverbundwerkstoff sein oder als wesentlichen Bestandteil Faserverbundwerkstoff umfassen. Denkbar ist hierbei bspw. dass die Sensoren in der radial innersten Verbindungsschicht eingebettet oder auf deren radial äußeren Mantelfläche angeordnet sind und die radial innerste Verbindungsschicht aus Faserverbundwerkstoff ist oder als wesentlichen Bestandteil Faserverbundwerkstoff umfasst.
Um das Ansprechverhalten insbesondere von faseroptischen Sensoren, bevorzugt Faser-Bragg-Gittern, zu erhöhen ist es insbesondere von Vorteil, wenn sich die Sensoren auf einem definierten Untergrund abstützen. Sind die Sensoren bspw. zwischen zwei Schichten angeordnet ist, so stützen sich die Sensoren auf der radial äußeren Mantelfläche der unteren der beiden Schichten ab. In diesem Fall kann es bspw. aus fertigungstechnischen Gründen sinnvoll sein, wenn die Stellen der radial äußeren Mantelfläche der unteren Schicht an denen die Sensoren angeordnet sind, nicht vertieft gegenüber den übrigen Abschnitten dieser Mantelfläche sind. Handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Walze bspw. um eine Saugwalze, so kann die Mantelfläche der jeweiligen Verbindungsschicht Vertiefungen in Form von durchgehenden Löchern oder Sacklöchern enthalten, in denen die Sensoren nicht angeordnet sein sollten. Die Stellen an denen die Sensoren angeordnet sein sollten und sich abstützen, sollten aber nicht gegenüber den restlichen Abschnitten der Mantelfläche vertieft sein.
Sind die Sensoren bspw. in einer Verbindungsschicht eingebettet, ist es denkbar, diese Verbindungsschicht aus zwei Abschnitten aufzubauen. In diesem Fall ist es denkbar, zuerst den ersten Abschnitt so zu bilden, dass dessen radial äußere Oberfläche eine zylindrische Mantelfläche bildet, die -bis auf etwaige Vertiefungen bedingt durch Sauglöcher oder Saglöcher im Falle einer Saugwalze- keine Vertiefungen hat und auf der die Sensoren abgelegt werden bevor der zweite Abschnitt dieser Verbindungsschicht gebildet wird und hierbei den ersten Abschnitt und die Sensoren bedeckt.
Eine konkrete Ausgestaltung zur Einbettung der Sensoren in eine aus einem Faserverbundwerkstoff gebildeten Verbindungsschicht sieht bspw. vor, dass zuerst der in radialer Richtung der Walze betrachtet innen liegende erste Abschnitt und danach der radial außen auf dem inneren ersten Abschnitt liegende zweite Abschnitt gebildet wird, wobei der erste Abschnitt aus einer ersten Anzahl an Lagen an gewickelten Fasern gebildet ist und seine Oberfläche glatt geschliffen wird, die Sensoren dann auf der glatt geschliffene Oberfläche des ersten Abschnitts angeordnet werden und anschließend der zweite Abschnitt gebildet wird, indem eine zweite Anzahl an Lagen von Fasern um die Anordnung aus Oberfläche des ersten Abschnitts und der Sensoren gewickelt wird, wobei die zweite Anzahl kleiner ist als die erste Anzahl. Vorzugsweise wird hierbei der zweite Abschnitt aus maximal zehn Lagen, insbesondere maximal fünf Lagen von gewickelten und in Harzmaterial eingebetteten Fasern gebildet.
Die Verbindungsstruktur kann ferner zumindest einen Haftanstrich mit einer Dicke von weniger als 1mm umfassen, wobei der Haftanstrich insbesondere ein Harz, wie bspw. Epoxidharz, mit darin eingebetteten Kurzschnittfasern umfasst. Eine solcher Haftanstrich kann bspw. durch eine Beschichtung gebildet sein und beispielsweise eine Dicke im Bereich von 100µm bis 800µm haben. Bei dem Harz kann es sich beispielsweise um ein mehrstufig härtendes Harz, insbesondere Epoxidharz, handeln, welches sukzessive bei verschieden hohen Temperaturen aushärtet. Eine solcher Haftanstrich kann bspw. zwischen dem Walzenkern und der radial innersten Verbindungsschicht angeordnet sein und/oder zwischen der radial äußersten Verbindungsschicht und der Funktionsschicht und/oder zwischen zwei Verbindungsschichten. Wird für den Haftanstrich ein mehrstufig härtendes Harz verwendet und ist dieser Haftanstrich zwischen zwei Schichten -entweder zwischen zwei Verbindungsschichten oder zwischen einer Verbindungsschicht und der Funktionsschicht- angeordnet, so hat kann ein mehrstufig härtendes Harz gewählt werden, welches teilweise bei der Härtungstemperatur des Polymers der einen Schicht aushärtet und vollständig bei der Härtungstemperatur des Polymers der anderen Schicht aushärtet.
Die Funktionsschicht kann als wesentlichen Bestandteil Polyurethan, Gummi oder einen Faserverbundwerkstoff umfassen oder aus einem der vorgenannten Materialien gebildet sein.
Die Funktionsschicht kann eine Dicke im Bereich von 6–15mm haben. Ferner kann die Verbindungsstruktur eine Dicke im Bereich von 1–10 mm haben. Des weitere kann jede Verbindungsschicht der Verbindungsstruktur eine Dicke im Bereich von 1–10mm haben.

Eine mögliche, aber nicht abschließende Darstellung von Kombinationen für Funktionsschicht, Verbindungsstruktur und Sensoranordnung kann der folgenden Tabelle entnommen werden (Bemerkung: die Reihenfolge der Verbindungsschichten aufeinander beginnend vom Walzenkern zur Funktionsschicht entspricht deren Nummerierung beginnend mit der kleinsten Zahl; nicht erwähnt sind eventuell vorkommende Haftanstriche.

	PU-Walze	Gummi-Walze	Gummi-Walze	Gummi-Walze	Gummi-Walze	Composite-Walze
Funktionsschicht
Material	Polyurethan	Gummi	Gummi	Gummi	Gummi	Epoxidharz / Fasern
Dicke	10–20mm	10–20mm	10–20mm	10–20mm	10–20mm	5–15mm
Härte	60–100	60–100	60–100	60–100	60–100	80–90
	Shore A	Shore A	Shore A	Shore A	Shore A	Shore D
Verbindungsstruktur
1. Verbindungsschicht (D = Dicke der Schicht)	Epoxidharz/Glas-Faser; Dicke = 1–10mm; Härte= 88–92 Shore D	Epoxidharz/Glas-Faser; Dicke = 1–10mm; Härte = 88–92 Shore D	Hartgummi; Dicke = 1–10mm; Härte = 88–92 Shore D	Hartgummi; Dicke = 1–10mm; Härte = 88–92 Shore D	Epoxidharz/Glas-Faser; Dicke = 1–10mm; Härte = 88–92 Shore D	Epoxidharz/Glas-Faser; Dicke = 1–10mm; Härte = 88–92 Shore D
2. Verbindungsschicht	---	Gummi; Dicke = 1–10mm; Härte = 5–10 P&J	Gummi; Dicke = 1–10mm; Härte = 5–10 P&J	Gummi; Dicke = 1–10mm; Härte = 5–10 P&J	Hartgummi; Dicke = 1–10mm; Härte = 76–86 Shore D	---
3. Verbindungsschicht					Gummi; Dicke = 1–10mm; Härte = 5–10 P&J
Position Sensoren	Innerhalb 1. Verbindungsschicht	Grenzfläche 1. zu 2. Verbindungsschicht	Grenzfläche 1. zu 2. Verbindungsschicht	Innerhalb 1. oder 2. Verbindungsschicht	Grenzfläche 1. zu 2. Verbindungsschicht	Innerhalb 1. Verbindungs schicht

Eine ganz besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Sensoren in radialer Richtung der Walze betrachtet in einer Höhe in der Verbindungsstruktur angeordnet sind, die 50% oder mehr, insbesondere 80% oder mehr der Dicke der Verbindungsstruktur entspricht.
Die Begriffe Höhe und Dicke sollen hierbei wie folgt verstanden werden. Die Verbindungsstruktur hat eine radial innere – zum Walzenkern weisende – Mantelfläche sowie eine radial äußere – zur Funktionsschicht weisende – Mantelfläche. Die Dicke der Verbindungsstruktur wird durch den radialen Abstand der radial äußeren Mantelfläche zur radial inneren Mantelfläche festgelegt. Die Höhe soll immer von der radial inneren Mantelfläche ausgehend betrachtet werden, d.h. eine Höhe von 50% oder mehr soll bedeuten, dass die Sensoren in der Mitte zwischen den beiden Mantelflächen oder näher an der radial äußeren als an der radial inneren Mantelfläche angeordnet sind. Eine Höhe von 80% soll bedeuten, dass die Sensoren bezogen auf den Abstand zwischen den beiden Mantelflächen 80% von der radial inneren Mantelfläche und 20% von der radial äußeren Mantelfläche entfernt sind.
Versuche haben gezeigt, dass die oben angegebenen Positionsangaben der Anordnung der Sensoren in der Verbindungsstruktur insbesondere bei der Verwendung von faseroptischen Sensoren eine optimale Balance zwischen guter Signalempfindlichkeit und geringer Empfindlichkeit für mechanische Beschädigung der Sensoren darstellt. Manche faseroptische Sensoren, wie bspw. Faser-Bragg-Gitter Sensoren, sind Dehnungssensoren, die bei Druckeinwirkung gedehnt oder gestaucht werden und ein der Dehnung oder Stauchung proportionales Signal liefern, welches über eine Kalibrierung in ein Drucksignal umgewandelt werden kann. Bei der Anordnung von solchen faseroptischen Sensoren in einer Höhe in der Verbindungsstruktur, die 50% oder mehr der Dicke der Verbindungsstruktur entspricht, wird eine sehr gute Signalempfindlichkeit erreicht, verbunden mit einer hohen Unempfindlichkeit für Schädigung der Glasfasersensoren.
Ferner sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Verbindungsschicht in welche die Sensoren eingebettet sind in radialer Richtung der Walze betrachet eine Dicke hat und die Sensoren in radialer Richtung in einer Höhe in der Verbindungsschicht angeordnet sind, die 60% oder mehr der Dicke der Verbindungsschicht entspricht.
Vorzugsweise sind zumindest einige, insbesondere alle der Sensoren faseroptische Sensoren. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest ein Lichtwellenleiter vorgesehen ist, der faseroptische Sensoren umfasst. In diesem Fall können die faseroptischen Sensoren entweder auf einem Lichtwellenleiter oder verteilt auf mehreren Lichtwellenleitern angeordnet sein.
Bei den faseroptischen Sensoren handelt es sich insbesondere um Faser-Bragg-Gitter. Ein Faser-Bragg-Gitter kann bspw. dadurch hergestellt werden, indem ein Bragg-Gitter in den Lichtwellenleiter durch Einschreiben eingearbeitet wird.
Vorzugsweise sind hierbei die faseroptischen Sensoren entlang dem jeweiligen Lichtwellenleitern zueinander beabstandet angeordnet. Im Fall, dass es sich bei den faseroptischen Sensoren um Faser-Bragg-Gitter handelt bedeutet dies, dass ein Lichtwellenleiter Abschnitte hat, die jeweils ein Faser-Bragg-Gitter enthalten (nachfolgend Abschnitte mit Faser-Bragg-Gittter genannt) die sich mit Abschnitten, die frei von einem Faser-Bragg-Gitter sind (nachfolgend Abschnitte ohne Faser-Bragg-Gittter genannt) abwechseln, d.h. zwischen zwei Abschnitten mit Faser-Bragg-Gitter ist jeweils ein Abschnitten ohne Faser-Bragg-Gitter angeordnet und umgekehrt.
Bevorzugt hat der zumindest eine Lichtwellenleiter einen Durchmesser von maximal 750µm, besonders bevorzugt maximal 500µm, ganz besonders bevorzugt von maximal 300µm. Solche Lichtwellenleiter mit faseroptischen Sensoren zeichnen sich durch besonders geringe Abmessungen aus. Hierdurch ist es möglich, Sensoren auch in sog. Saugwalzen einzusetzen, also Walzen mit Sauglöchern, die sich von der äußeren Mantelfläche der Funktionsschicht durch den gesamten Walzenbezug ins Innere des Walzenkerns erstrecken. Ferner stellen solche Lichtwellenleiter aufgrund deren geringen Abmessungen keinen Fremdkörper in der Verbindungsstruktur dar, der zum Versagen des Walzenbezugs bspw. aufgrund von Rissbildung oder dgl. führen kann. Besteht die Verbindungsschicht in welche die faseroptischen Sensoren eingebettet sind bspw. aus in Harz eingebetteten Fasern, insbesondere Glasfasern, so haben faseroptische Sensoren die Bestandteil eines Lichtwellenleiters mit oder aus Glasfaser sind, ferner den Vorteil, dass der oder die Lichtwellenleiter mit den Sensoren keinen Fremdkörper im Walzenbezug darstellen, da dieser bzw. diese aus dem gleichen Material wie das Fasermaterial der Verbindungsschicht bestehen in welches der oder die Lichtwellenleiter einbebettet ist bzw. sind.
Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass sich die Empfindlichkeit der als Faser-Bragg-Gitter ausgebildeten Sensoren für die Druckmessung erhöhen lässt, wenn der oder die Lichtwellenleiter im Bereich der Faser-Bragg-Gitter so ausgerichtet ist bzw. sind, dass diese(r) jeweils mit der Umfangrichtung der Walze eine Winkel von maximal 45°, bevorzugt maximal 30°, besonders bevorzugt maximal 10° einschließt bzw. einschließen.
Bevorzugt verlaufen zumindest einige, insbesondere alle Abschnitte ohne Faser-Bragg-Gitter desselben Lichtwellenleiters gekrümmt. Besonders bevorzugt verläuft jeder Abschnitt ohne Faser-Bragg-Gitter jeweils in nur einer Richtung gekrümmt. Weiter ist nach einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass jeweils benachbarte Abschnitte ohne Faser-Bragg-Gitter desselben Lichtwellenleiters in entgegen gesetzten Richtungen gekrümmt verlaufen.
Vorzugsweise haben einige, insbesondere alle, der als Faser-Bragg-Gitter ausgebildeten Sensoren zueinander unterschiedliche Bragg-Wellenlängen.
Denkbar ist in diesem Zusammenhang insbesondere, dass alle Faser-Bragg-Gitter desselben Lichtwellenleiters zueinander unterschiedliche Bragg-Wellenlängen haben. Sind mehrere Lichtwellenleiter mit Faser-Bragg-Gittern vorgesehen so kann es sein, dass jeweils die Faser-Bragg-Gitter desselben Lichtwellenleiters zueinander unterschiedliche Bragg-Wellenlängen haben, aber die unterschiedlichen Lichtwellenleiter Faser-Bragg-Gitter mit gleichen Bragg-Wellenlängen haben, d.h. es gibt Bragg-Faser-Gitter unterschiedlicher Lichtwellenleiter, welche die selbe Bragg-Wellenlänge haben. Denkbar ist aber auch, bei mehreren Lichtwellenleitern mit jeweils mehreren Faser-Bragg-Gittern, dass alle Faser-Bragg-Gittter aller Lichtwellenleiter zueinander unterschiedliche Bragg-Wellenlängen haben, d.h. es gibt keine zwei Bragg-Faser-Gitter, die dieselbe Bragg-Wellenlänge haben.
Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass die Faser-Bragg-Gitter desselben Lichtwellenleiters jeweils eine um 0,1–100nm, insbesondere 0,5–50nm, besonders bevorzugt 1–15nm, zueinander versetzte Bragg-Wellenlänge haben, wobei der Abstand der Bragg-Wellenlängen von benachbarten Bragg-Faser-Gittern bevorzugt jeweils gleich groß ist. So ist bspw. denkbar, dass eines der Faser-Bragg-Gitter eines Lichtwellenleiters eine Bragg-Wellenlänge von Xnm hat, das in Längsrichtung dieses Lichtwellenleiters vor diesem Faser-Bragg-Gitter angeordnete Faser-Bragg-Gitter hat eine Bragg-Wellenlänge von Xnm minus 0,5–30nm und das in Längsrichtung dieses Lichtwellenleiters nach dem erst genannten Faser-Bragg-Gitter angeordnete Faser-Bragg-Gitter hat eine Bragg-Wellenlänge von Xnm plus 0,5–30nm, wobei der Abstand der Bragg-Wellenlängen zueinander bevorzugt jeweils gleich ist.
Durch die Verwendung von Faser-Bragg-Gittern mit unterschiedlichen Bragg-Wellenlängen ist der Betrieb des erfindungsgemäßen Walze besonders einfach möglich, da die verschiedenen Sensoren durch ein breitbandiges Lichtsignal, bspw. im IR-Wellenlängenbereich, angeregt werden können, und die Sensoren dann ein Reflexionssignal zurücksenden, das für jeden Sensor bei einer für diesen charakteristischen Wellenlänge liegt, wodurch das jeweilige Sensorsignal auf einfache Art und Weise jedem Sensor und daraus folgend dem jeweiligen Ort an dem die Druck- und/oder Temperatureinwirkung stattgefunden hat zugeordnet werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Sensoren vorgesehen sind, insbesondere faseroptische Sensoren, die in Umfangrichtung der Walze betrachtet hintereinander angeordnet sind. Durch diese Anordnung kann bspw. das Druck- und/oder Temperaturprofil in Maschinenrichtung in einem Walzennip gemessen werden.
Denkbar ist ferner, dass die Walze mehrere Sensoren, insbesondere faseroptische Sensoren, umfasst, die in axialer Richtung der Walze hintereinander angeordnet sind. Denkbar ist ferner, dass die Sensoren auf zumindest 80% der beim Betrieb der Walze nutzbaren Länge, insbesondere 90% der beim Betrieb der Walze nutzbaren Länge der Walze angeordnet sind.
Denkbar ist in diesem Zusammenhang insbesondere, dass die in axialer Richtung der Walze hintereinander angeordneten Sensoren entlang einer sich in axialer Richtung der Walze erstreckenden Geraden angeordnet sind. Durch solche Sensoranordnungen kann bspw. das Druck- und/oder Temperaturprofil in Maschinenquerrichtung in einem Walzennip gemessen werden.
Denkbar ist auch, dass die in axialer Richtung der Walze hintereinander angeordnet Sensoren in Umfangrichtung der Walze betrachtet nicht auf der selben Position angeordnet sind, sondern in einem Bereich angeordnet sind, der in Umfangrichtung der Walze eine Breite von maximal 20cm, bevorzugt maximal 10cm hat. Mehrere in axialer Richtung der Walze hintereinander angeordnete Sensoren, die entweder entlang einer Geraden oder in dem o.g. Bereich angeordnet sind, sollen fortlaufend als Sensorreihe bezeichnet werden.
Vorzugsweise sind die Sensoren der zumindest einen Sensorreihe in axialer Richtung der Walze auf einer Länge von zumindest 80%, insbesondere zumindest 90% der beim Betrieb der Walze nutzbaren Länge angeordnet.
Denkbar ist ferner insbesondere, dass jede Sensorreihe auf einem Lichtwellenleiter angeordnet ist.
Denkbar ist auch, dass die Walze mehrere zueinander parallel verlaufende Sensorreihen, hat, wobei die einzelnen Sensorreihen in Umfangrichtung der Walze betrachtet zueinander versetzt angeordnet sind. Hierbei sind die Sensoren einer Sensorreihe jeweils entlang einer Geraden oder innerhalb des oben genannten Bereichs hintereinander angeordnet, wobei sich die Geraden bzw. Bereiche zueinander parallel erstrecken. Diese Ausführungsform kann auch als selbstständiger Erfindungsgedanke betrachtet werden, der unabhängig von dem in Patentanspruch 1 beanspruchten Erfindungsgedanken ist. Denkbar sind in diesem Zusammenhang bspw., dass die einzelnen Sensoreihen in Umfangrichtung der Walze betrachtet um 90° oder um 180° zueinander versetzt angeordnet sind.
Ferner ist denkbar, dass die Walze eine gerade Anzahl von in Umfangrichtung zueinander versetzt angeordneten Sensorreihen hat.
Umfasst die Walze mehrere zueinander parallele Sensorreihen, so ist es bspw. auch denkbar, dass nicht alle Sensorreihen gleichzeitig betrieben werden. In diesem Fall ist es denkbar, dass zumindest eine der Sensorreihen erst in Betrieb genommen wird, wenn eine andere der Sensorreihen defekt ist oder nicht mehr störungsfrei arbeitet. Durch diese Ausführungsform wird gewährleistet, dass die erfindungsgemäße Walze auch in der Papiermaschine weiterarbeiten kann, wenn eine Sensorreihe defekt ist und unter normalen Umständen die Maschine angehalten werden und die Walze ausgetauscht werden müsste. Auch diese Ausführungsform kann als selbständiger Erfindungsgedanke betrachtet werden, der unabhängig von dem in Patentanspruch 1 beanspruchten Erfindungsgedanken ist.
Bevorzugt sind hierbei bei zumindest zwei der in Umfangrichtung zueinander versetzt angeordneten Sensorreihen die Sensoren der einen Sensorreihe in Bezug zu den Sensoren der anderen Sensorreihe in axialer Richtung der Walze betrachtet zueinander versetzt angeordnet, d.h. es gibt zumindest einen Sensor der einen Sensorreihe der in axialer Richtung der Walze betrachtet zwischen zwei Sensoren der anderen Sensorreihe angeordnet ist. Bspw. ist in diesem Zusammenhang zwischen aufeinander folgenden Sensoren einer der Sensorreihen jeweils ein Sensor einer anderen Sensorreihe angeordnet. Hierdurch kann die örtliche Auflösung bei der Messung des Druck- und/oder Temperaturprofils in Maschinenquerrichtung verdoppelt werden.
Die Walze kann als Saugwalze ausgebildet sein und somit Saugbohrungen und optional zusätzlich Blindbohrungen umfassen. Für Saugwalzen eignen sich auf einem oder mehreren Lichtwellenleitern angeordnete faseroptische Sensoren aufgrund deren geringen Durchmesser von 500µm oder weniger, bevorzugt 250µm oder weniger, besonders gut, das diese in einfach zwischen den Saugöffnungen geführt werden können.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Maschine zur Herstellung und/oder Verarbeitung einer Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn wie bspw. Papier-, Karton- oder Tissuebahn beansprucht, welche einen durch eine erste und eine zweite Walze gebildeten Walzennip hat, durch welchen die Materialbahn hindurchführbar ist, wobei zumindest eine der beiden Walzen die Walze mit den Sensoren nach einem der Ansprüche 1–15 ist.
Vorzugsweise umfasst die Maschine eine mit den Sensoren kommunizierende Auswerteeinheit, durch welche die von den Sensoren erzeugten Signale während des laufenden Betriebs der Maschine, d.h. On-line, ausgewertet und weiterverarbeitet werden können.
Die Auswerteeinheit kann eine Steuer und/oder Regelungseinheit umfassen, mittels welcher der Betriebszustand der Maschine gesteuert und/oder geregelt werden kann. Vorzugsweise werden die von den Sensoren erzeugten Signale hierbei mittels drahtloser Kommunikation, wie bspw. auf Basis der Bluetooth oder WLAN Technologie, an die Auswerteeinheit übermittelt. Hierzu kann vorzugsweise eine in der Walze mit den Sensoren aber außerhalb des Walzenbezugs angeordnete Sendeeinheit sowie eine außerhalb der Walze mit den Sensoren angeordnete und drahtlos mit der Sendeeinheit kommunizierende Empfangseinheit vorgesehen sein. Die Sendeeinheit empfängt hierbei Signale der Sensoren und übermittelt diese drahtlos an die Empfangseinheit, die diese wiederum empfängt und an die Auswerteeinheit übermittelt. Durch die Anordnung der Sendeeinheit außerhalb des Walzenbezugs ist die Auswerteeinheit völlig entkoppelt von den hohen mechanischen Belastungen, die im Walzenbezug während des Betriebs der Maschine auftreten. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Systems deutlich erhöht. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass die Sendeeinheit bspw. im Bereich eines der Seitendeckel der Walze oder innerhalb des Walzenkerns angeordnet ist. Die erste der beiden beispielhaften Varianten ist hierbei besonders bevorzugt, da die Sendeeinheit hierdurch sehr leicht zugänglich ist für jegliche Art von Montage-, Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten. Die Sensoren sind ferner vorteilhafterweise über eine elektrische und/oder optische Kabelverbindung mit der Sendeeinheit verbunden, wobei hierbei zwischen den Sensoren und der Sendeeinheit optische und/oder elektrische Bauteile zwischengeschaltet sein können in denen die von den Sensoren erzeugten Signale weiterverarbeitet werden, bevor diese an die Sendeeinheit weitergeleitet werden.
Die außerhalb der Walze mit den Sensoren angeordnete Empfangseinheit kann sich bspw. in der Leitwarte der Maschine befinden oder aber auch mobil bspw. an einem Wagen angeordnet sein.
Um bspw. Beschädigungen der die Sensoren umfassenden Walze durch lokale Überhitzungen innerhalb des Walzenbezugs infolge von Walkarbeit oder lokaler Überlastung, z.B. beim Durchgang eines Fremdkörpers, wie bspw. eines Papierbatzens, durch den Walzennip vorzubeugen, ist die Steuer- und/oder Regeleinheit vorzugsweise derart ausgebildet, dass durch diese gewährleistet ist, dass die Temperatur im Walzenbezug nicht über einen definierten kritischen Temperaturwert steigt. Bei einer solchen Lösung ist zumindest einer der Sensoren ein Temperatursensor, mit dem ein die Temperatur im Walzenbezug repräsentierendes Signal gemessen wird. Die mit dem Temperatursensor kommunizierende Steuer- und/oder Regelungseinheit ist hierbei derart ausgelegt, dass diese abhängig vom gemessenen Temperaturwert zumindest ein den Betriebszustand der Maschine beeinflussendes Steuersignal derart ausgibt, dass durch Änderung des Betriebszustands der Maschine einer Erhöhung der Temperatur des Walzenbezugs über einen definierten kritischen Temperaturwert entgegengewirkt wird. Bei dem Temperaturwert kann es sich bspw. um die Temperatur selbst handeln, wie auch bspw. um die zeitliche Änderung der Temperatur im Walzenbezug. Die Steuer- und/oder Regeleinheit kann zur Beeinflussung des Betriebszustands der Maschine bspw. auf einen oder mehreren mit dieser kommunizierenden Aktuatoren und/oder Motoren und dgl. Einfluss nehmen, die den Betriebszustand der Maschine beeinflussen. So kann durch den bzw. die Aktuator(en) bzw. die Produktionsgeschwindigkeit der Maschine und/oder das Druckprofil im Walzennip und/oder die Stellung der beiden Walzen des Walzennips zueinander- gesteuert und/oder geregelt werden. Der zumindest eine Temperatursensor kann fortlaufend, d.h. in einem beliebig festgelegten zeitlichen Abstand, wie bspw. alle 5–20 Sekunden, ein Temperatursignal an die Steuer- und/oder Regeleinheit ausgeben. Von der Steuer- und/oder Regeleinheit kann in Antwort auf jedes Temperatursignal zumindest ein Steuersignal ausgegeben werden, um den Betriebszustand fortlaufend an das Temperatursignal anzupassen. Alternativ dazu ist auch denkbar, dass von der Steuer- und/oder Regeleinheit nur dann ein Steuersignal ausgegeben wird, wenn ein kritischer Temperaturwert überschritten wird.
Der Walzennip kann ferner Teil einer Pressenpartie zur Entwässerung der Faserstoffbahn oder Teil eines Auftragswerks zum Auftrag eines pastösen oder flüssigen Mediums auf die Faserstoffbahn oder Teil eines Kalander zum Glätten der Faserstoffbahn sein.
Auch diese Ausführungsform kann als selbständiger Erfindungsgedanke betrachtet werden, der unabhängig von dem Erfindungsgedanken ist, der in Patentanspruch 1 beansprucht wird.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen, die eine mögliche Ausführungsform der Erfindung zeigen, weiter erläutert.
Es zeigt
1 eine erfindungsgemäße Walze mit Sensoren im Schnitt in radialer Richtung der Walze,
2 die Walze der 1 in einer Schnittebene in axialer Richtung der Walze,
3 die Walze der 1, 2 oder 4 in einer einen mit einer Gegenwalze bildenden Walzennipkonfiguration und
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Walze mit Sensoren im Schnitt in radialer Richtung der Walze.
Die in der 1 dargestellte Walze 1 hat einen zylindrischen Walzenkern 2 dessen Mantelfläche von einer eine Funktionsschicht 3 sowie eine Verbindungsstruktur 4 umfasssenden Walzenbeschichtung umgeben ist.
Wie aus den Darstellungen der 1 und 2 zu erkennen ist, ist die Verbindungsstruktur 4 radial zwischen dem Walzenkern 2 und der Funktionsschicht 3 und auf dem Walzenkern angeordnet und umfasst im vorliegenden Fall nur eine Verbindungsschicht 17. Ferner stellt die in radialer Richtung RX der Walze betrachtet außen liegende Mantelfläche der Funktionsschicht 3 eine mit einer Materialbahn oder einer Bespannung in Kontakt bringbare Kontaktfläche 5 bereit. In den Walzenbezug sind mehrere Druck und/oder Temperatur sensitive Senoren 6 eingebettet, die in der Verbindungsschicht 17 angeordnet sind, wobei diese als faseroptische Sensoren 6 in Form von Faser-Bragg-Gitter Sensoren 6 ausgebildet sind. Wie aus der Darstellung der 1 und 2 zu erkennen ist, sind Sensoren in Umfangrichtung der Walze betrachtet an mehreren, vorliegend drei um jeweils 90° zueinander beabstandeten Positionen angeordnet, wobei in einer Umfangsposition jeweils eine Sensorenreihe 7 angeordnet ist, deren Sensoren 6 auf einer sich in axialer Richtung AX der Walze erstreckenden Geraden hintereinander und zueinander beabstandet angeordnet sind. Vorliegend ist jede Sensorreihe 7 durch einen Lichtwellenleiter 8 aus Glasfaser gebildet, in den die Sensoren 6 eingearbeitet sind.
Die Verbindungsschicht 17 hat in radialer Richtung RX der Walze betrachet eine Dicke D, wobei die Sensoren 6 in radialer Richtung RX in einer Höhe H in der Verbindungsschicht 4 angeordnet sind, die 80% der Dicke D der Verbindungsschicht 17 entspricht. Da die die Verbindungsstruktur 4 bildende Verbindungsschicht 17 vorliegend eine Dicke von 5mm hat, sind die Sensoren 6 in einer Höhe von 4mm über der Mantelfläche des Walzenkerns 2 angeordnet. Die Funktionsschicht hat ferner eine Dicke von 12mm.
Die Verbindungsschicht 17 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus mehreren Lagen von helixartig gewickelten und mit Epoxidharz imprägnierten Glasfasern und hat eine Härte von 90 Shore D. Die Funktionsschicht 3 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Polyurethan und hat eine Härte von 90 Shore A. Somit ist die Härte der Verbindungsschicht 17 höher als die Härte der Funktionsschicht 3.
Die Sensorwalze 1 umfasst ferner eine Signalbearbeitungseinheit 9, die außerhalb des Walzenbezugs im Bereich eines den Walzenkern 2 seitlich begrenzenden Walzendeckels 10 angeordnet ist und Teil der Sensorwalze 1 ist. Die Signalbearbeitungseinheit 9 umfasst eine nicht gezeigte Stromversorgungseinheit, einen Mutiplexer und eine Sendeeinheit 11.
Mittels der Sendeeinheit 11 können Signale der Sensoren 6 drahtlos (durch einen Doppelpfeil angedeutet) zu einer außerhalb der Walze 1 angeordneten Empfangseinheit 12 übertragen, die Teil einer eine Steuerungs- und/oder Regelungseinheit 13 umfassenden Auswerteeinheit 14 ist und mit der Steuerungs- und/oder Regelungseinheit 13 kommuniziert. Durch die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit 13 kann der Betriebszustand einer Papiermaschine gesteuert und geregelt werden, zu der die Sensorwalze 1 gehört und innerhalb der die Sensorwalze 1 mit einer Gegenwalze 15 einen Walzennip 16 bildet.
Die in der 4 dargestellte Walze 1´ hat einen zylindrischen Walzenkern 2´ dessen Mantelfläche von einer eine Funktionsschicht 3´ sowie eine Verbindungsstruktur 4´ umfasssenden Walzenbeschichtung umgeben ist.
Wie aus der Darstellung der 4 zu erkennen ist, ist die Verbindungsstruktur 4´ radial zwischen dem Walzenkern 2´ und der Funktionsschicht 3´ und auf dem Walzenkern 2´ angeordnet und umfasst im vorliegenden Fall eine erste auf dem Walzenkern 2´ angeordnete Verbindungsschicht 17 aus Hartgummi mit einer Härte im Bereich von 76–86 Shore D sowie eine zweite Verbindungsschicht 18 aus Gummi mit einer Härte von 5–10 P&J, die radial zwischen der ersten Verbindungsschicht 17 und der Funktionsschicht 3´ Ferner stellt die in radialer Richtung RX der Walze betrachtet außen liegende Mantelfläche der Funktionsschicht 3´ eine mit einer Materialbahn oder einer Bespannung in Kontakt bringbare Kontaktfläche 5´ bereit. In den Walzenbezug sind mehrere Druck und/oder Temperatur sensitive Senoren 6´ eingebettet, die in der zweiten Verbindungsschicht 18 angeordnet sind, wobei diese als faseroptische Sensoren 6´ in Form von Faser-Bragg-Gitter Sensoren 6´ ausgebildet sind. Wie aus der Darstellung der 4 zu erkennen ist, sind Sensoren in Umfangrichtung der Walze betrachtet an mehreren, vorliegend zwei um jeweils 180° zueinander beabstandeten Positionen angeordnet, wobei in einer Umfangsposition jeweils eine Sensorenreihe 7 angeordnet ist, deren Sensoren 6 in axialer Richtung AX der Walze hintereinander und zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei die Sensoren 6´ in Umfangsrichtung der Walze 1´ betrachtet in einem Bereich angeordnet sind, der in Umfangsrichtung eine Breite von maximal 5cm hat. Vorliegend ist jede Sensorreihe 7´ durch einen Lichtwellenleiter 8´ aus Glasfaser gebildet, in den die Sensoren 6´ eingearbeitet sind. Die Funktionsschicht 3´ besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Gummi und hat eine Härte von 30 P&J. Somit ist die Härte der Verbindungsschichten 17, 18 höher als die Härte der Funktionsschicht 3´.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5562027 [0003]

Claims

Walze (1) für eine Maschine zur Herstellung und/oder Verarbeitung einer Materialbahn, insbesondere Papier, Karton- oder Tissuemaschine, mit einem zylindrischen Walzenkern (2) sowie einem auf der Mantelfläche des Walzenkerns angeordneten Walzenbezug, wobei der Walzenbezug durch eine Funktionsschicht (3) und eine den Walzenkern (2) mit der Funktionsschicht (3) verbindende Verbindungsstruktur (4) gebildet ist, die eine oder mehrere Verbindungsschichten (umfasst, und die Walze (1) mehrere Druck und/oder Temperatur sensitive Senoren (6) hat, die in den Walzenbezug eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren Verbindungsstruktur (4) oder an der Grenzfläche zwischen der Verbindungsstruktur (4) und der Funktionsschicht (3) angeordnet sind.
Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige, vorzugsweise alle der Sensoren (6) faseroptische Sensoren (6), insbesondere Faser-Bragg-Gitter (6), sind.
Walze nach zumindest einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht in der die Sensoren eingebettet sind oder auf deren radial äußeren Mantelfläche die Sensoren angeordnet sind eine größere Härte und/oder einen größeren E-Modul hat als die Funktionsschicht.
Walze nach zumindest einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstrukltur mehrere Verbindungsschichten umfasst oder dass die Verbindungsstruktur nur eine Verbindungsschicht umfasst.
Walze nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Verbindungsschichten eine größere Härte und/oder einen größeren E-Modul hat als die Funktionsschicht.
Walze nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren auf der radial äußeren Mantelfläche einer der Verbindungsschichten an Stellen angeordnet sind, die keine Vertiefungen gegenüber anderen Stellen der radial äußeren Mantelfläche bilden.
Walze nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte und/oder der E-Modul der Verbindungsschichten von Schicht zu Schicht von der radial innersten zur radial äußersten Verbindungsschicht steigt.
Walze nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren in der radial äußersten Verbindungsschicht eingebettet oder auf deren radial äußeren Mantelfläche angeordnet sind oder dass die Sensoren in der radial innersten Verbindungsschicht eingebettet oder auf deren radial äußeren Mantelfläche angeordnet sind oder dass die Sensoren in einer Verbindungsschicht eingebettet oder auf deren radial äußeren Mantelfläche angeordnet sind, die zwischen der radial innersten und der radial äußersten Verbindungsschicht liegt.
Walze nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innerste Verbindungsschicht aus Hartgummi gebildet ist oder als wesentlichen Bestandteil Hartgummi umfasst.
Walze nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innerste Verbindungsschicht aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist oder als wesentlichen Bestandteil Faserverbundwerkstoff umfasst, wobei der Faserverbundwerkstoff insbesondere durch in mehreren Lagen um die Mantelfläche des Walzenkerns (2) gewickelte Fasern die in ein Harz eingebettet sind, gebildet ist.
Walze nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (3) als wesentlichen Bestandteil Polyurethan, Gummi oder einen Faserverbundwerkstoff umfasst oder daraus gebildet ist.
Walze nach zumindest einem der vorangehenden Anspüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstruktur (4) in radialer Richtung der Walze betrachet eine Dicke (D) hat und die Sensoren (6) in radialer Richtung in einer Höhe (H) in der Verbindungsstruktur (4) angeordnet sind, die 50% oder mehr, insbesondere 80% oder mehr der Dicke (D) der Verbindungsstruktur (4) entspricht.
Walze nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 2–12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein mehrere der faseroptischen Sensoren umfassender Lichtwellenleiter vorgesehen ist, und die faseroptischen Sensoren desselben Lichtwellenleiters derart entlang des Lichtwellenleiters angeordnet sind, dass zwischen aufeinander folgenden Abschnitten des Lichtwellenleiters mit faseroptischen Sensoren Abschnitte ohne faseroptische Sensoren gebildet sind und umgekehrt.
Walze nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 2–13, dadurch gekennzeichnet, dass einige, insbesondere sämtliche, Faser-Bragg-Gitter (6) eines Lichtwellenleiters zueinander unterschiedliche Bragg-Wellenlängen haben.
Walze nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere jeweils mehrere faseroptische Sensoren (6) umfassende Lichtwellenleiter (8) vorgesehen sind, die in Umfangrichtung der Walze (1) betrachtet, insbesondere um 90° oder um 180° zueinander versetzt angeordnet sind.
Maschine zur Herstellung und/oder Verarbeitung einer Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn wie bspw. Papier-, Karton- oder Tissuebahn, mit einem durch eine erste und eine zweite Walze gebildeten Walzennip, durch welchen die Materialbahn hindurchführbar ist, wobei zumindest eine der beiden Walzen einen Temperatursensor umfasst und insbesondere eine Sensorwalze nach einem der Ansprüche 1–15 ist, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Maschine eine mit dem zumindest einen Temperatursensor kommunizierende Steuer und/oder Regelungseinheit hat, mittels welcher der Betriebszustand der Maschine über Steuersignale steuer- und/oder regelbar ist, wobei die Steuer und/oder Regelungseinheit derart ausgelegt ist, dass diese abhängig von einem von dem zumindest einen Temperatursensor ausgegebenen Temperaturwert zumindest ein Steuersignal ausgibt, durch welches einer Erhöhung der Temperatur des Walzenbezugs über einen definierten, kritischen Temperaturwert entgegengewirkt wird, wobei es sich bei dem kritischen Temperaturwert insbesondere um die Temperatur im Walzenbezug und/oder um die zeitliche Änderung der Temperatur im Walzenbezug handelt.