DE102012202245A1

DE102012202245A1 - Papiermaschinen-Walze mit Faser-Bragg-Sensoren

Info

Publication number: DE102012202245A1
Application number: DE201210202245
Authority: DE
Inventors: Matthias Schmitt; Antje Berendes; Martin Breineder; Yang Shieh
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-08-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Walze (1) zur Verwendung in Papiermaschinen, aufweisend einen Walzenkern (11), einen den Walzenkern (11) umgebenden Walzenbezug (12) und wenigstens einen Lichtwellenleiter (21) mit mehreren Faser-Bragg-Gittern (22). Der wenigstens eine Lichtwellenleiter (21) ist entweder zwischen Walzenkern (11) und Walzenbezug (12) angeordnet oder in den Walzenbezug (12) eingebettet. Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthalten, wechseln sich mit Abschnitten des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welche frei von einem Faser-Bragg-Gitter (22) sind, in Längsrichtung des Lichtwellenleiters ab. Weiter schließen Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthalten, mit einer Umfangsrichtung zur Walze (1) einen Winkel von kleiner 80° und insbesondere kleiner 60° und weiter insbesondere kleiner 45° ein.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung der Walze.

Description

Die Erfindung betrifft Walzen für Maschinen zur industriellen Papierherstellung, welche Faser-Bragg-Sensoren zur Erfassung eines auf die Walze wirkenden Druckes aufweisen.
Zur Formierung einer Faservliesbahn wird in der industriellen Papierherstellung zunächst eine Suspension auf einen Träger wie z. B. ein Sieb aufgebracht und entwässert. Die Entwässerung wird im Anschluss an die Formierung in nachfolgenden Sektionen der Papiermaschine fortgeführt, bis schließlich eine selbsttragende Faservliesbahn produziert wird. Während des Entwässerungsprozesses wird die noch nicht selbsttragende Faservliesbahn in der Regel an andere Träger, beispielweise Filze oder andere Siebe übergeben. Sowohl in der Formier- wie auch in der Nasspartie einer Papiermaschine wird die Faservliesbahn mit dem sie jeweils stützenden Träger durch eine Reihe von Nips geführt. Mit dem Begriff Nip wird der Bereich zwischen zwei zusammenwirkenden Walzen bzw. zwischen einer Walze und den gegen sie drückenden sogenannten Schuhen bezeichnet, in dem das Faservlies gepresst bzw. unter Druck gesetzt wird. Das sich beim Durchlaufen der Faservliesbahn in den Nips ausbildende Druckprofil hat einen wesentlichen Einfluss auf die Effizienz mit der die Faservliesbahn entwässert und geglättet wird. Bei ungleichmäßiger Druckverteilung im Nip weist die Faservliesbahn ein ungleichmäßiges Feuchteprofil bzw. nur schlechte Glättung auf. Papierhersteller sind daher darauf bedacht, die Druckprofile in den Nipbereichen zu überwachen.
Die verwendeten Walzen weisen üblicherweise einen Walzenkern, welcher die Belastung aufnimmt, auf. Je nachdem in welcher Phase des Produktionsprozesses das Faservlies bearbeitet wird, müssen die mit diesem in Kontakt tretenden Oberflächen der Walzen verschiedene Eigenschaften aufweisen. Daher sind die Walzen in dem Bereich der Umfangsfläche der Walze, der mit dem Faservlies in Kontakt kommt, in der Regel mit einem sogenannten Walzenbezug versehen, der die jeweils gewünschten Eigenschaften aufweist. Dabei kann der Walzenbezug mehrschichtig aufgebaut sein. Die unmittelbar an den Walzenkern angrenzende und die Verbindung zwischen Walzenkern und Walzenbezug herstellende Schicht wird häufig als ”base layer” bezeichnet.
Zur Überwachung des Druckprofils im Nip während des laufenden Betriebs können Sensoren eingesetzt werden. Üblicherweise sind die Sensoren auf der äußeren Mantelfläche des Walzenkerns oder innerhalb des Walzenbezugs angeordnet. Radial in Bezug auf die Walzengeometrie wirkende Kräfte werden in der Regel unter Verwendung piezoelektrischer oder elektromechanischer Sensoren erfasst. Beide Sensorenarten erzeugen ein elektrisches Signal, das für ihre Deformation unter den jeweiligen Druckverhältnissen repräsentativ ist. Da die Drehgeschwindigkeit der Walzen bei modernen Papiermaschinen sehr hoch ist, werden die Sensorsignalwerte vorzugsweise über Funk an externe Verarbeitungseinrichtungen übertragen.
Statt mit elektrischen Mitteln arbeitenden Sensoren können auch faseroptische Sensoren verwendet werden, bei denen die optischen Eigenschaften eines Lichtwellenleiters (wie beispielsweise einer Glasfaser) durch die auf den Lichtwellenleiter übertragene Verformungsspannung verändert werden. In der internationalen Patentanmeldung PCT/EP2008/08050 werden faseroptische Sensoren zur Verwendung in Walzenbezügen für Papiermaschinen beschrieben, die in Glasfasern eingeschriebene Faser-Bragg-Gitter als Sensorelemente verwenden. Faser-Bragg-Gitter sind in Lichtwellenleiter angeordnete optische Interferenzfilter, die beispielsweise mittels eines Lasers in den Lichtwellenleiter eingeschrieben werden. Wellenlängen, die innerhalb der vorgegebenen Filterbandbreite um λ_B liegen, werden reflektiert. Auf die Offenbarung der WO 2010/034321 A1 im Hinblick auf die Funktionsweise von Faser-Bragg-Gittern wird vollumfänglich Bezug genommen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Walze zur Verwendung in Papiermaschinen, welche eine Bestimmung eines auf die Walze wirkenden Drucks und dessen Verlauf im Bezug auf die Walzengeometrie (beispielsweise in einem Nip) auf zuverlässige Weise erlaubt und gleichwohl auf einfache Weise kostengünstig herstellbar ist. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Walze.
Die vorstehende Aufgabe wird gemäß Ausführungsformen durch die Kombination der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Walze zur Verwendung in Papiermaschinen vorgeschlagen, die einen Walzenkern, einen den Walzenkern umgebenden Walzenbezug und wenigstens einen Lichtwellenleiter mit mehreren Faser-Bragg-Gittern aufweist. Der Walzenkern kann beispielsweise aus Metall (insbesondere Stahl) oder Kunststoff (insbesondere kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff CFK oder einem Faser-Kunststoff-Verbund FKV) gebildet und massiv oder hohl sein. Weiter kann der Walzenkern wahlweise einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein. Der Walzenbezug kann beispielsweise Kunststoff umfassen oder daraus gebildet sein. Der wenigstens eine Lichtwellenleiter kann entweder zwischen Walzenkern und Walzenbezug angeordnet oder in den Walzenbezug eingebettet sein. Ist der wenigstens eine Lichtwellenleiter in den Walzenbezug eingebettet, so kann er wahlweise in eine Schicht des Walzenbezugs eingebettet oder zwischen zwei Schichten des Walzenbezugs angeordnet sein. In diesem Dokument wird die häufig als ”base layer” bezeichnete Schicht, welche unmittelbar an den Walzenkern angrenzt und die Verbindung zwischen Walzenkern und Walzenbezug herstellt, als Schicht des Walzenbezugs verstanden, selbst wenn sie aus dem gleichen Material wie der Walzenkern gebildet ist. In Längsrichtung des Lichtwellenleiters wechseln sich Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters, welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter enthalten (im Folgenden Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte), mit Abschnitten des wenigstens einen Lichtwellenleiters, welche frei von einem Faser-Bragg-Gitter sind (im Folgenden Faser-Bragg-Gitter-freie-Abschnitte), ab. Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte schließen mit einer Umfangsrichtung zur Walze einen Winkel von kleiner 80° und insbesondere kleiner 60° und weiter insbesondere kleiner 45° ein.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Lichtwellenleiter in den Faser-Bragg-Gitter-Abschnitten kraftschlüssig mit dem benachbarten Walzenkern und/oder Walzenbezug verbunden. Die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte und der benachbarte Walzenkern und/oder Walzenbezug grenzen dann unmittelbar aneinander an und berühren sich.
Bei einer derartigen Orientierung Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte des Lichtwellenleiters führt eine radiale Druckbelastung auf die Walze zu einer Zugbelastung des Lichtwellenleiters in diesem Abschnitt. Als Ursächlich wird eine durch die Druckbelastung hervorgerufene temporäre und reversible Verdrängung des Walzenbezugs in Umfangsrichtung angesehen. In Abhängigkeit von dieser Zugbelastung verschiebt sich der Wellenlängenbereich der vom Faser-Bragg-Gitter reflektierten Strahlung. Grund ist eine Verschiebung des Abstandes zwischen Brechungsindexübergängen im Lichtwellenleiter. Diese Verschiebung des Wellenlängenbereichs erlaubt somit Rückschlüsse auf die Druckbelastung der Walze.
Dabei ist unschädlich, wenn einzelne Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte mit einer Umfangsrichtung zur Walze einen Winkel größer 80° einschließen, solange mehr als 50% der Abschnitte und insbesondere mehr als 70% der Abschnitte und weiter insbesondere mehr als 90% der Abschnitte einen Winkel von kleiner 80° und insbesondere kleiner 60° und weiter insbesondere kleiner 45° einschließen. Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte die mit der Umfangsrichtung zur Walze einen Winkel von größer 80° einschließen, schließen mit der axialen Richtung der Walze einen Winkel kleiner 10° ein und verlaufen damit nahezu parallel zur axialen Richtung. Derart orientierte Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte unterliegen bei Druckbelastung der Walze nur einer geringen (oder im fall einer axialen Orientierung gar keiner) Zugbelastung, so dass eine Bestimmung des Druckes schwierig oder unmöglich wird. Zwischen den Faser-Bragg-Gitter-Abschnitten liegende Faser-Bragg-Gitter-freie-Abschnitten können beliebig verlaufen. Insgesamt kann der Lichtwellenleiter wellen- oder mäanderförmig angeordnet sein.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der Erfindung wird eine Walze zur Verwendung in Papiermaschinen vorgeschlagen, aufweisend einen Walzenkern und einen den Walzenkern umgebenden Walzenbezug sowie wenigstens einen Lichtwellenleiter mit mehreren Faser-Bragg-Gittern, wobei der wenigstens eine Lichtwellenleiter entlang seiner zwischen dem Walzenkern und dem Walzenbezug angeordneten oder in den Walzenbezug eingebetten Längserstreckung auf einer zur Drehachse der Walze konzentrischen Zylinderfläche verläuft. Mit anderen Worten verläuft der Lichtwellenleiter auf einer zur Drehachse der Walze konzentrischen Zylinderfläche, die entweder durch die Grenzfläche zwischen Walzenkern und Walzenbezug gebildet ist oder innerhalb des Walzenbezugs angeordnet ist. Ferner wechseln sich Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters mit Faser-Bragg-Gitter-freien-Abschnitten des wenigstens einen Lichtwellenleiters in Längsrichtung des Lichtwellenleiters ab. Bei der erfindungsgemäßen Walze nach dem zweiten Aspekt der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass zumindest einige der zwischen Walzenkern und Walzenbezug angeordneten oder in den Walzenbezug eingebetteten Faser-Bragg-Gitter-freien-Abschnitte auf der Zylinderfläche gekrümmt verlaufen.
Durch den gekrümmten Verlauf der Faser-Bragg-Gitter-freien Abschnitte in einer einzigen radialen Höhe können die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte nahezu beliebig orientiert werden, insbesondere ist es hierbei möglich, die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte so zu orientieren, dass diese mit der Umfangsrichtung zur Walze einen Winkel von kleiner 80° und insbesondere kleiner 60° und weiter insbesondere kleiner 45° einschließen.
Ferner können durch den gekrümmten Verlauf der Faser-Bragg-Gitter-freien Abschnitte die Abstände der Faser-Bragg-Gitter zueinander in einem großen Bereich variiert werden und somit entsprechend den Anforderungen an die Walze, bspw. in axialer Richtung der Walze, der Abstand der Faser-Bragg-Gitter in der Walze und damit der Abstand der Sensoren zueinander variiert und damit die örtliche Auflösung eingestellt werden.
Ferner ist es denkbar, dass verschiedene Faser-Bragg-Gitter-freie-Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters eine sich um maximal 30%, bevorzugt maximal 10% zueinander unterschiedliche Länge haben. Besonders bevorzugt ist es, wenn die mehreren Faser-Bragg-Gitter-freien-Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters die gleiche Länge haben. Hierdurch kann der Lichtwellenleiter für nahezu jede Walze – unabhängig von der Länge und dem Umfang der Walze – konfektioniert werden und der Abstand den die Faser-Bragg-Gitter im Walzenbezug voneinander haben, durch den gekrümmten Verlauf der Faser-Bragg-Gitter-freien Abschnitte eingestellt werden.
Um beim gekrümmten Verlauf des zumindest einen Lichtwellenleiters eine zu hohe Dämpfung des Lichts zu vermeiden, ist es sinnvoll, wenn der Lichtwellenleiter nicht zu stark gekrümmt verläuft. Dies ist insbesondere sinnvoll, da in dem beengten Bauraum einer Walze, bspw. für eine Papier-, Karton- oder Tissuemaschine, nur relativ lichtschwache Lichtquellen verwendet werden können, die keine hohe Wärmeentwicklung haben und daher auch keine aufwändigen und platzbeanspruchenden Kühleinrichtungen benötigen. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung – die auch als unabhängiger Aspekt der Erfindung betrachtet werden kann – sieht daher vor, dass der wenigstens eine Lichtwellenleiter entlang seiner zwischen dem Walzenkern und dem Walzenbezug angeordneten oder in den Walzenbezug eingebetten Längserstreckung zumindest abschnittweise gekrümmt verläuft und der Krümmungsradius des gekrümmten Verlaufs des Lichtwellenleiters 2 cm oder größer, bevorzugt 3 cm oder größer, besonders bevorzugt 5 cm oder größer ist.
Vorzugsweise sind zumindest einige, insbesondere alle zwischen Waltenklern und Walzenbezug angeordneten oder im Walzenbezug eingebetteten Faser-Bragg-Gitter-freien-Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters jeweils in nur einer Richtung gekrümmt. Dies kann bspw. bei zwei Faser-Bragg-Gitter-freien-Abschnitten zwischen denen ein Faser-Bragg-Gitter-Abschnitt angeordnet ist bedeuten, dass der eine der beiden Bragg-Gitter-freien-Abschnitte eine positive Krümmung hat und der andere der beiden Bragg-Gitter-freien-Abschnitte eine negative Krümmung hat oder umgekehrt.
Vorzugsweise sind demnach aufeinander folgende Faser-Bragg-Gitter-freie-Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters zwischen denen ein Faser-Bragg-Gitter-Abschnitt des wenigstens einen Lichtwellenleiters angeordnet ist, in zueinander unterschiedlichen Richtungen gekrümmt.
Der wenigstens eine Lichtwellenleiter kann vorzugsweise zumindest auf der Länge entlang dieser in den Walzenbezug oder zwischen Walzenkern und Walzenbezug eingebettet ist, einen Kern und einen den Kern umgebenden Mantel haben oder daraus gebildet sein. Vorzugsweise ist hierbei der Mantel im Bereich der Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte entweder direkt mit dem Walzenkern und dem Walzenbezug oder direkt mit dem Walzenbezug in Kontakt. Nach dieser Ausführungsform werden also die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte des Lichtwellenleiters, anderst als in der WO210/034321 offenbart, ohne ein Zwischenelement – dort als „Stud element” bezeichnet – direkt mit der Kraftwirkung auf den Walzenbezug beaufschlagt. Überraschenderweise haben Versuche der Anmelderin ergeben, dass zur Erzielung einer ausreichenden Signalempfindlichkeit die Verwendung der in der WO2010/034321 beschriebenen Zwischenlemente nicht unerlässlich sind.
Zwischen Walzenkern und Walzenbezug oder im Walzenbezug angeordnete Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte unterliegen bei einer Druckbelastung der Walze dann einer maximalen Zugbelastung, wenn die Abschnitte mit der Umfangsrichtung zur Walze einen Winkel von 0° einschließen. In diesem Fall weisen die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte die größte Signalempfindlichkeit auf. Generell ist festzuhalten, dass die Signalempfindlichkeit mit kleiner werdendem Winkel, den die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte des Lichtwellenleiters mit der Umfangsrichtung der Walze einschließen größer wird und wie bereits oben dargelegt, bei paralleler Ausrichtung zur axialen Richtung der Walze null ist.
Um eine hohe Signalempfindlichkeit zu erzielen, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte mit einer Umfangsrichtung zur Walze einen Winkel von kleiner 30° und insbesondere kleiner 20° und weiter insbesondere kleiner 10° einschließen.
In Abhängigkeit von der Anordnung des Lichtwellenleiters auf dem Walzenkern oder im Walzenbezug, von der für den Walzenkern und den Walzenbezug verwendeten Materialen, von dem Durchmesser der Walze und von den auftretenden Drücken besteht bspw. bei weichen Walzenbezügen die Gefahr, dass die Zugbelastung auf den Lichtwellenleiter zu groß wird und so einer irreversiblen Schädigung des Lichtwellenleiters führt. Für manche Anwendungen kann es daher sinnvoll sein, wenn die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte mit einer Umfangsrichtung zur Walze einen Winkel von größer 10° und insbesondere größer 20° und weiter insbesondere größer 30° einschließen. Bei einer derartigen Neigung tritt einerseits bei Druckbelastung der Walze eine regelmäßig ausreichende Zugbelastung des Lichtwellenleiters auf, und wird gleichzeitig eine irreversible Schädigung des Lichtwellenleiters in Folge übermäßiger Zugbelastung verhindert.
Gemäß einer Ausführungsform sind Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte in axialer Richtung der Walze benachbart angeordnet. Dabei können Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte in einem sich über die ganze Walzenlänge in axialer Richtung erstreckenden Bereich angeordnet sein, dessen Erstreckung in Umfangsrichtung weniger als 15 cm und insbesondere weniger als 5 cm und weiter insbesondere weniger als 1 cm beträgt. Dies erlaubt eine Bestimmung des Druckverlaufs in axialer Richtung der Walze bei einem bestimmten Drehwinkel der Walze.
Gemäß einer Ausführungsform sind Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte in axialer Richtung der Walze um einen konstanten Abstand beabstandet. Dies erlaubt eine gleichmäßige Bestimmung des Druckverlaufs in axialer Richtung der Walze. Dieser konstante Abstand kann beispielsweise von der Mitte des jeweiligen Faser-Bragg-Gitters gemessen werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte in axialer Richtung der Walze in einem ersten Bereich um einen ersten Abstand und in wenigstens einem zweiten Bereich um einen zweiten Abstand beabstandet, wobei insbesondere der zweite Abstand um wenigstens 30% und insbesondere um wenigstens 60% und weiter insbesondere um wenigstens 90% größer als der erste Abstand ist. Dieser konstante Abstand kann beispielsweise von der Mitte des jeweiligen Faser-Bragg-Gitters gemessen werden. Eine derartige Anordnung erlaubt eine Bestimmung des Druckverlaufs in axialer Richtung der Walze, bei der die Dichte der Faser-Bragg-Gitter und damit der gewonnenen Druckmesswerte in interessierenden Bereichen in axialer Richtung der Walze (beispielsweise in der Nähe der Walzenlager) größer als in anderen Bereichen in axialer Richtung der Walze (beispielsweise in der Walzenmitte) ist. Sind mehrere zweite Bereiche vorgesehen, so können die zweiten Abstände in den zweiten Bereichen gleich (und insbesondere paarweise gleich) oder verschieden sein. Auch eine stetige Änderung der Abstände ist möglich.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Walze mehr als einen Lichtwellenleiter auf, und sind benachbarte Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte unterschiedlicher Lichtwellenleiter in einem sich in Umfangsrichtung über den ganzen Walzenumfang erstreckenden und damit insgesamt ringförmigen Bereich angeordnet, dessen Erstreckung in axialer Richtung der Walze weniger als 10 cm und insbesondere weniger als 3 cm und weiter insbesondere weniger als 1 cm beträgt. Die vorstehende Bedingung muss nicht von allen benachbarten Abschnitten unterschiedlicher Lichtwellenleiter erfüllt werden. Vielmehr ist es ausreichend, wenn diese Bedingung paarweise von einzelnen Faser-Bragg-Gitter-Abschnitten unterschiedlicher Lichtwellenleiter erfüllt wird. Damit sind die (unmittelbar) benachbarten Faser-Bragg-Gitter unterschiedlicher Lichtwellenleiter in dieser Ausführungsform entlang von Streifen angeordnet, welche die Walze in Umfangsrichtung kreisförmig umgeben. Dies erlaubt eine Bestimmung der Druckbelastung bei unterschiedlichen Drehwinkeln der Walze.
Vorzugsweise sind in diesem Zusammenhang zueinander benachbarte Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte unterschiedlicher Lichtwellenleiter, welche in dem Bereich angeordnet sind, dessen Erstreckung in axialer Richtung der Walze weniger als 10 cm und insbesondere weniger als 3 cm und weiter insbesondere weniger als 1 cm beträgt, in Umfangsrichtung der Walze 45° oder mehr, insbesondere 90° oder mehr zueinander versetzt angeordnet.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte in Umfangsrichtung der Walze benachbart angeordnet. Dabei können Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte in einem sich in Umfangsrichtung über den ganzen Walzenumfang erstreckenden Bereich angeordnet sein, dessen Erstreckung in axialer Richtung der Walze weniger als 15 cm und insbesondere weniger als 5 cm und weiter insbesondere weniger als 1 cm beträgt. Dies erlaubt eine Bestimmung der Druckbelastung der Walze bei unterschiedlichen Drehwinkeln der Walze.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Walze mehr als einen Lichtwellenleiter auf, und sind benachbarte Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte unterschiedlicher Lichtwellenleiter in einem sich über die ganze Walzenlänge in axialer Richtung erstreckenden Bereich angeordnet, dessen Erstreckung in Umfangsrichtung der Walze weniger als 15 cm und insbesondere weniger als 5 cm und weiter insbesondere weniger als 1 cm beträgt. Dies erlaubt eine Bestimmung der Druckbelastung in axialer Richtung der Walze bei unterschiedlichen Drehwinkeln der Walze.
Gemäß einer Ausführungsform sind in Längsrichtung des Lichtwellenleiters beabstandete Faser-Bragg-Gitter desselben Lichtwellenleiters ausgebildet, Licht unterschiedlicher Wellenlänge zu reflektieren. Dies erlaubt eine Zuordnung eines Messsignals zum jeweiligen Faser-Bragg-Gitter desselben Lichtwellenleiters, wenn die Faser-Bragg-Gitter desselben Lichtwellenleiters gleichzeitig mit Zug belastet werden. Somit ist auch dann eine Ortsauflösung möglich, wenn die Faser-Bragg-Gitter desselben Lichtwellenleiters in axialer Richtung der Walze in einem schmalen, gleichzeitig einer Druckbelastung unterliegendem Bereich angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform sind in Längsrichtung des Lichtwellenleiters beabstandete Faser-Bragg-Gitter desselben Lichtwellenleiters ausgebildet, Licht derselben Wellenlänge zu reflektieren. Derartige Lichtwellenleiter sind besonderes einfach herzustellen. Eine Ortsauflösung ist dann jedoch nur möglich, wenn die Faser-Bragg-Gitter desselben Lichtwellenleiters in Umfangsrichtung der Walze versetzt zueinander angeordnet sind, und damit zu unterschiedlichen Zeitpunkten einer Druckbelastung unterliegen.
Gemäß einer Ausführungsform sind Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte entlang einer auf der Oberfläche der Walze beschriebenen helikalen Kurve angeordnet, wobei eine Abweichung von der helikalen Kurve sowohl in axialer Richtung der Walze als auch in Umfangsrichtung der Walze weniger als 15 cm und insbesondere weniger als 5 cm und weiter insbesondere weniger als 1 cm beträgt. Dies erlaubt eine Druckmessung in unterschiedlichen axialen Bereichen der Walze bei unterschiedlichen Drehwinkeln der Walze.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Ende des wenigstens einen Lichtwellenleiters aus dem Walzenbezug herausgeführt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind beide Enden des wenigstens einen Lichtwellenleiters aus dem Walzenbezug herausgeführt. Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind in der Walze eine Lichtquelle und ein Lichtdetektor angeordnet, welche mit dem wenigstens einen Lichtwellenleiter verbunden und ausgebildet sind, Messungen im Bezug auf die Faser-Bragg-Gitter des wenigstens einen Lichtwellenleiters durchzuführen. Der Lichtdetektor kann mit einem Sender verbunden sein, um gewonnene Messdaten über eine Luftschnittstelle nach außerhalb der Walze abzugeben. Weiter kann in der Walze eine Spule angeordnet sein, in welcher von außerhalb der Walze durch Induktion ein Stromfluss angeregt werden kann, um die in der Walze enthaltenen Komponenten mit Energie zu versorgen.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Walzenbezug mehrere Schichten auf, und ist der wenigstens eine Lichtwellenleiter zwischen zwei Schichten des Walzenbezugs angeordnet. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist der Walzenbezug mehrere Schichten auf, und ist der wenigstens eine Lichtwellenleiter in eine der mehreren Schichten eingebettet und von dieser umgeben. Dies erlaubt eine einfache und sichere Befestigung des wenigstens einen Lichtwellenleiters. Ferner ist der Lichtwellenleiter hierdurch gut vor Beschädigung geschützt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Lichtwellenleiter in Epoxidharz eingebettet. Epoxidharz erlaubt eine gute Vermittlung von auf die Walze wirkenden Druckkräften auf den wenigstens einen Lichtwellenleiter.
Gemäß eines weiteren unabhängigen Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Walze zur Verwendung in Papiermaschinen mit den folgenden Schritten vorgeschlagen:

– Bereitstellens eines Walzenkerns mit oder ohne eine Walzenbezugschicht,
– Bereitstellens wenigstens eines Lichtwellenleiters mit mehreren Faser-Bragg-Gittern, wobei sich Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte mit Faser-Bragg-Gitter-freien-Abschnitten in Längsrichtung des Lichtwellenleiters abwechseln,
– Fixieren der Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte an dem Walzenkern bzw. der Walzenbezugschicht so, dass die Abschnitte mit einer Umfangsrichtung zur Walze einen Winkel von kleiner 45° und insbesondere kleiner 20° und weiter insbesondere kleiner 10° einschließen und
– Aufbringen wenigstens einer weiteren Walzenbezugschicht, welche den wenigstens einen Lichtwellenleiter bedeckt.

Es ist somit ausreichend, zunächst Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte zu fixieren, so dass Faser-Bragg-Gitter-freie-Abschnitte zunächst beliebig geführt werden können. Dabei sollten jedoch die minimal zulässigen Biegeradien der verwendeten Lichtwellenleiter beachtet werden. Hierdurch können die Lichtwellenleiter schnell, einfach und kostengünstig in die Walzen integriert werden. Das Fixieren der Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte an dem Walzenkern bzw. der Walzenbezugschicht kann dauerhaft, beispielsweise mit Epoxidharz oder lösbar, beispielsweise mit Klebeband, erfolgen.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Walze zur Verwendung in Papiermaschinen mit den folgenden Schritten vorgeschlagen:

– Bereitstellens eines Walzenkerns mit einer Drehachse mit oder ohne eine Walzenbezugschicht, wobei der Walzenkern oder die Walzenbezugsschicht eine zur Drehachse konzentrische Zylinderfläche bereitstellt,
– Bereitstellens wenigstens eines Lichtwellenleiters mit mehreren Faser-Bragg-Gittern, wobei sich Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte mit Faser-Bragg-Gitter-freien-Abschnitten in Längsrichtung des Lichtwellenleiters abwechseln,
– Fixieren des Lichtwellenleiters an der Zylinderfläche so, dass die Faser-Bragg-Gitter-freien-Abschnitten auf der Zylinderfläche zumindest abschnittweise gekrümmt verlaufen und
– Aufbringen wenigstens einer weiteren Walzenbezugschicht, welche den wenigstens einen Lichtwellenleiter bedeckt.

Gemäß einer Ausführungsform der Verfahren erfolgt vor dem Schritt des Fixierens der Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte ein Schritt des Anbringens einer Markierung an den Walzenkern oder die Walzenbezugschicht, welche Markierung die Punkte oder Bereiche kennzeichnet, an denen eine Druckmessung erfolgen soll. Diese Markierung kann beispielsweise auch in Form einer Nut erfolgen, in die der Lichtwellenleiter einzulegen ist. Hierdurch lässt sich die Genauigkeit der Anordnung der Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte erhöhen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Verfahren erfolgt vor dem Schritt des Aufbringens wenigstens einer Bezugschicht ein Schritt des Fixierens der Faser-Bragg-Gitter-freien-Abschnitte an dem Walzenkern bzw. der Walzenbezugschicht. Hierdurch wird sichergestellt, dass der wenigstens eine Lichtwellenleiter vollflächig an dem Walzenkern bzw. der Walzenbezugschicht anliegt. Wird eine lösbare Befestigung für das Fixieren der Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte an dem Walzenkern bzw. der Walzenbezugschicht verwendet, kann zusätzlich ein Lösen dieser lösbare Befestigung und ein Ersetzen durch eine dauerhafte Befestigung vorgesehen sein.
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Dabei zeigt:
1 schematisch eine perspektivische Ansicht auf eine Walze gemäß einer ersten Ausführungsform, bei der ein Teil des Bezuges entfernt und Lichtwellenleiter mit Faser-Bragg-Gittern freigelegt sind;
1a eine schematische Aussschnittvergrößerung des Walzenbezugs der Darstellung der 1;
2 schematisch eine perspektivische Ansicht auf eine Walze gemäß einer zweiten Ausführungsform, bei der ein Teil des Bezuges entfernt und Lichtwellenleiter mit Faser-Bragg-Gittern freigelegt sind;
3 schematisch eine perspektivische Ansicht auf eine Walze gemäß einer dritten Ausführungsform, bei der ein Teil des Bezuges entfernt und Lichtwellenleiter mit Faser-Bragg-Gittern freigelegt sind;
4 schematisch eine perspektivische Ansicht auf eine Walze gemäß einer vierten Ausführungsform, bei der ein Teil des Bezuges entfernt und Lichtwellenleiter mit Faser-Bragg-Gittern freigelegt sind; und
5 schematisch eine perspektivische Ansicht auf eine Walze gemäß einer fünften Ausführungsform, bei der ein Teil des Bezuges entfernt und Lichtwellenleiter mit Faser-Bragg-Gittern freigelegt sind.
Die 1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht auf eine Walze 1 gemäß einer ersten Ausführungsform.
Die Walze 1 weist einen eine Drehachse 44 bereitstellenden Walzenkern 11 sowie einen diesen umgebenen Walzenbezug 12 auf. In dieser Ausführungsform besteht der Walzenkern 11 aus Stahl und der Walzenbezug 12 aus Kunststoff. Um eine gute Haftung zwischen dem Walzenbezug 12 und dem Walzenkern 11 zu ermöglichen, ist zwischen dem Walzenbezug 12 und dem Walzenkern 11 eine dem Fachmann als ”base layer” bekannte Verbindungsschicht vorgesehen, die in der Figur nicht eigens gezeigt ist.
Ein Teilbereicht des Walzenbezuges 12 ist in der 1 freigelegt und gibt den Blick auf eine Lichtwellenleiter 21 mit mehreren Faser-Bragg-Gittern 22 frei. Die einzelnen Faser-Bragg-Gitter 22 des Lichtwellenleiters 21 sind ausgebildet, Licht unterschiedlicher Wellenlängen zu reflektieren.
Wie aus der Darstellung der 1 und 1a zu erkennen ist, hat der Lichtwellenleiter 21 Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22 sowie Faser-Bragg-Gitter-freie-Abschnitte 43', 43'', wobei sich die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22 und die Faser-Bragg-Gitter-freien-Abschnitte 43'. 43'' in Längsrichtung des Lichtwellenleiters 21 abwechseln.
Der Lichtwellenleiter 21 ist mäanderförmig im Walzenbezug 11 angeordnet, und erstreckt sich in axialer Richtung der Walze über die gesamte Breite des Walzenbezugs 12. Abschnitte des Lichtwellenleiters 21, welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter 22 enthalten (im Folgenden Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22), sind so angeordnet, dass diese Abschnitte mit einer Umfangsrichtung zur Walze 1 jeweils einen Winkel von in etwa 0° einschließen. Dabei bedeutet ”in etwa 0°”, dass Abweichungen von 0° um maximal 15° und bevorzugt maximal 10° toleriert werden können.
In dieser ersten Ausführungsform sind entlang einer Erstreckung des Lichtwellenleiters 21 benachbarte Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22 in axialer Richtung der Walze 1 benachbart in einem Bereich 3 angeordnet, dessen Erstreckung in Umfangsrichtung des Walzenkerns 11 genau 1 cm beträgt. Somit dürfen die in axialer Richtung benachbart angeordneten Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22 in Umfangsrichtung einen Versatz von maximal 1 cm aufweisen.
Dabei ist der Abstand zwischen den in axialer Richtung der Walze benachbarten Faser-Bragg-Gitter-Abschnitten 22 konstant gewählt.
Aufgrund dieser Anordnung der Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22 führt eine Druckbelastung auf den Walzenbezug 12 zu einer (geringfügigen) Dehnung der Lichtwellenleiter 21 mit den Faser-Bragg-Gittern und damit zu einer Veränderung der Wellenlänge des von den einzelnen Faser-Bragg-Gittern reflektierten Lichts. Auf diese Weise ist es möglich, eine Druckbelastung auf die Walze entlang einer in axialer Richtung der Walze 1 verlaufenden Linie zu messen.
In der gezeigten Ausführungsform sind beide Enden 23 und 24 des Lichtwellenleiters nach Außen geführt, um mit einer in 1 nicht gezeigten Messeinrichtung verbunden zu werden.
Die 1a zeigt eine schematische Aussschnittvergrößerung des Walzenbezugs 12 der Darstellung der 1.
Der Walzenbezug 12 hat eine in radialer Richtung der Walze 1 innere zylindrische Mantelfläche 12i sowie eine in radialer Richtung der Walze 1 äußere zylindrische Mantelfläche 12a, wobei Letztere die mit einer Materialbahn oder Bespannung in Kontakt bringbare Oberseite des Walzenbezugs bereitstellt. Die beiden zylindrischen Mantelflächen 12i und 12a sind hierbei konzentrisch zur Drehachse 44 angeordnet.
Innerhalb des Walzenbezugs 12 befindet sich eine zur Drehachse 44 konzentrische Zylinderfläche 12k, auf welcher der zumindest eine Lichtwellenleiter 21 angeordnet ist und auf der sich die Faser-Bragg-Gitter-freien Abschnitte 43', 43'' des Lichtwellenleiter 21 gekrümmt erstrecken. Die konzentrische Zylinderfläche 12k kann hierbei bspw. durch die radial äußere Mantelfläche einer radial inneren Walzenbezugsschicht 12' gebildet sein, auf der der Lichtwellenleiter 21 angeordnet ist und die wiederum von einer radial äußeren Walzenbezugsschicht 12'' bedeckt ist, so dass im Ergebnis der zumindest eine Lichtwellenleiter 21 in den Walzenbezug 12 eingebettet ist.
Zu erwähnen ist, dass der Krümmungsradius des gekrümmten Verlaufs des Lichtwellenleiters 21 2 cm oder größer ist.
Ferner erkennt man, dass jeder Faser-Bragg-Gitter-freie-Abschnitt 43', 43'' jeweils in nur einer einzigen Krümmungsrichtung gekrümmt ist und dass aufeinander folgende Faser-Bragg-Gitter-freie Abschnitte 43', 43'', zwischen denen ein Faser-Bragg-Gitter-Abschnitt 22 angeordnet ist, in zueinander unterschiedlichen Krümmungsrichtungen gekrümmt sind. So ist bspw. der Abschnitt 43' entgegengesetzt gekrümmt wie der Abschnitt 43''.
Ferner haben alle in den Walzenbezug 12 eingebetteten Faser-Bragg-Gitter-freien-Abschnitte 43 die gleiche Länge.
In 2 ist eine zweite Ausführungsform einer Walze 1' in schematischer perspektivischer Ansicht gezeigt. Da diese Ausführungsform sehr ähnlich zu der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ist, wird nur auf Unterschiede eingegangen und ansonsten auf die erste Ausführungsform verwiesen.
Die in der 2 gezeigte zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass ein zweiter Lichtwellenleiter 21' mit Faser-Bragg-Gitter-Abschnitten 22' vorgesehen ist, der in Umfangsrichtung zu dem ersten Lichtwellenleiter 21 mit den Faser-Bragg-Gitter-Abschnitten 22 versetzt angeordnet ist. Dieser zweite Lichtwellenleiter 21' ist über einen Anschluss 23' von Außen zugänglich.
In dieser zweiten Ausführungsform sind die zweiten Enden der Lichtwellenleiter 21, 21' nicht nach Außen geführt.
Die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22' des zweiten Lichtwellenleiters 21' sind so in Umfangsrichtung der Walze versetzt unter den Faser-Bragg-Gitter-Abschnitten 22 des ersten Lichtwellenleiters 21 angeordnet, dass in Umfangsrichtung des Walzenumfangs benachbart angeordnete Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22, 22' in axialer Richtung der Walze 1' um weniger als 3 cm versetzt sind. Damit liegen in Umfangsrichtung benachbarte Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22, 22' auf einem schmalen, die Walze in Umfangsrichtung umgebenden Ring. In axialer Richtung sind die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22, 22' eines jeden Lichtwellenleiters 21, 21' wie in der ersten Ausführungsform beschrieben angeordnet.
Eine derartige Anordnung der Lichtwellenleiter 21, 21' und Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22, 22' erlaubt das Messen einer Druckverteilung in axialer Richtung der Walze bei unterschiedlichen Drehwinkeln der Walze.
In 3 ist eine perspektivische Ansicht auf eine Walze 1'' gemäß einer dritten Ausführungsform schematisch gezeigt. Da diese Ausführungsform sehr ähnlich zu der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform ist, wird nur auf Unterschiede eingegangen und ansonsten auf die erste und zweite Ausführungsform verwiesen.
Die in 3 gezeigt dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform zum einen dadurch, dass statt eines Walzenkerns 11 aus Vollmaterial ein als Rohr ausgebildeter Walzenkern 11' aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff CFK verwendet wird. Im Inneren des Rohrs ist eine Messeinrichtung umfassend eine Lichtquelle und einen Lichtdetektor zum Emittieren von Licht in den Lichtwellenleiter 21'' und Erfassen des von Faser-Bragg-Gittern des Lichtwellenleiters 21'' reflektierten Lichts, einen Mikroprozessor zum Erhalten eins Messergebnisses anhand der vom Lichtdetektor ausgegebenen Werte sowie einen Sender zum Ausgeben eines Messergebnisses über eine Luftschnittstelle nach Außen angeordnet. Die benötige Energie wird der Messeinrichtung bei Rotation der Walze 1'' auf induktivem Weg zugeführt.
Weiter unterscheidet sich die dritte Ausführungsform von der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Anordnung der Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22''. In der dritten Ausführungsform sind die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22'' in axialer Richtung der Walze 1'' paarweise entweder um einen ersten Abstand 41 oder um einen zweiten Abstand 42 beabstandet. In der gezeigten Ausführungsform beträgt der zweite Abstand 42 das doppelte des ersten Abstandes 41. Die Anordnung der Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22' erfolgt in dieser Ausführungsform so, dass die Dichte der Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte an den Enden der Walze 1'' und damit im Bereich der Lager höher ist, als in der Mitte der Walze 1''. Dies erlaubt das Messen von Druckkräften auf die Walze in besonders interessierenden Bereichen. Auf der Rückseite der in 3 gezeigten Walze 1'' ist ein zweiter Lichtwellenleiter mit Faser-Bragg-Gittern vorgesehen, der im Bezug auf den ersten Lichtwellenleiter 21 und dessen Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22'' wie in der zweiten Ausführungsform beschrieben angeordnet ist.
Eine vierte Ausführungsform einer Walze 1''' ist schematisch in 4 in perspektivischer Ansicht gezeigt. Da diese Ausführungsform sehr ähnlich zu der vorstehend beschriebenen ersten mit dritten Ausführungsform ist, wird nur auf Unterschiede eingegangen und ansonsten auf die vorangegangenen Ausführungsformen verwiesen.
In der vierten Ausführungsform sind die Lichtwellenleiter 21, 21' mit den Faser-Bragg-Gitter-Abschnitten 22, 22' so angeordnet, dass die einzelnen Lichtwellenleiter 21, 21' zwischen zwei Schichten des Walzenbezugs 12 (die einzelnen Schichten sind nicht eigens gezeigt) angeordnet sind und die Walze 1''' jeweils ringförmig in Umfangsrichtung umgeben. Somit sind entlang einer Erstreckung des Lichtwellenleiters 21 benachbarte Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22 desselben Lichtwellenleiters 21 in Umfangsrichtung der Walze benachbart angeordnet, wobei ein Abstand 5 zwischen zwei benachbarten Faser-Bragg-Gitter-Abschnitten 22, 22' konstant gewählt ist. Bezogen auf die axiale Richtung der Walze 1''' liegen die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22, 22' des jeweils selben Lichtwellenleiters 21, 21' in einem sich in Umfangsrichtung über den ganzen Walzenumfang erstreckenden Bereich 6, dessen Erstreckung in axialer Richtung der Walze 1 5 cm beträgt.
In axialer Richtung benachbart angeordnete Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22, 22' unterschiedlicher Lichtwellenleiter 21, 21' sind in der vorliegenden Ausführungsform um einen konstanten Abstand benachbart und so angeordnet, dass ihre Anordnung in Umfangsrichtung der Walze um weniger als 1 cm versetzt ist.
In dieser vierten Ausführungsform sind die Faser-Bragg-Gitter desselben Lichtwellenleiters 21, 21' jeweils ausgebildet, Licht derselben Wellenlänge zu reflektieren. Bei Kenntnis der Winkelstellung der Walze 1''' erlaubt eine derartige Anordnung der Lichtwellenleiter 21, 21' und Faser-Bragg-Gitter das Erfassen der Druckverteilung in axialer Richtung der Walze 1''' bei unterschiedlichen Drehwinkeln der Walze. Wie in der dritten Ausführungsform ist der Walzenkern 11' in der vierten Ausführungsform hohl und nimmt eine Messeinrichtung auf, die mit den Lichtwellenleitern 21, 21' verbunden ist.
5 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht auf eine Walze 1'''' gemäß einer fünften Ausführungsform.
Auch in dieser Ausführungsform ist ein Teil des einen massiven Walzenkern 11 aus Faser-Kunststoff-Verbund FKV umgebenden Walzenbezuges 12 freigelegt und gibt den Blick auf mehrere, in einen ”base layer” aus Epoxidharz eingebettete Lichtwellenleiter 21, 21' mit Faser-Bragg-Gitter-Abschnitten 22, 22' frei.
In dieser Ausführungsform sind beide Enden 23, 23', 24' der Lichtwellenleiter 21, 21' jeweils nach Außen geführt. Die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte 22, 22' der einzelnen Lichtwellenleiter 21, 21' sind gemäß dieser Ausführungsform jeweils entlang einer helikalen Kurve angeordnet, welche die Walze in axialer Richtung vollständig und in Umfangsrichtung teilweise überstreicht. Auch hier erfolgt die Anordnung der Faser-Bragg-Gitter benachbarter Lichtwellenleiter 21, 21' so, dass in Umfangsrichtung benachbarte Faser-Bragg-Gitter in axialer Richtung der Walze keinen oder nur einen geringen Versatz aufweisen.
Auch wenn in den 1 bis 5 die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte mit der Umfangsrichtung der Walze jeweils einen Winkel von in etwa 0° einschließen, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Vielmehr ist es ausreichend, wenn der Winkel kleiner 80°, insbesondere kleiner 60° und weiter insbesondere kleiner 40° ist. Das Vorsehen eines gewissen Winkels von insbesondere größer als 10° und insbesondere größer als 20° und weiter insbesondere größer als 30° kann bei sehr hohen Drücken und/oder der Einbettung des wenigstens einen Lichtwellenleiters in einen vergleichsweise weichen Walzenbezug sogar erforderlich sein, um eine übermäßige Zugbelastung des wenigstens einen Lichtwellenleiters zu vermeiden.
Beispielsweise können die Faser-Bragg-Gitter-Abschnitte mit der Umfangsrichtung der Walze folgende Winkelbereiche α einschließen:
10 < α < 80; 20 < α < 80; 30 < α < 80;
10 < α < 60; 20 < α < 60; 30 < α < 60;
10 < α < 40; 20 < α < 40; 30 < α < 40;
Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer Walze zur Verwendung von Papiermaschinen kurz beschrieben. Da das Verfahren linear abläuft, wurde auf das Erstellen einer Figur verzichtet.
In einem ersten Schritt wird ein Walzenkern bereitgestellt. Dieser kann beispielsweise aus Metall oder Kunststoff bestehen, und massiv oder hohl sein. Dieser kann eine Walzenbezugsschicht wie beispielsweise eine ”base layer” aufweisen.
Weiter wird wenigstens ein Lichtwellenleiter mit mehreren Faser-Bragg-Gittern bereitgestellt, wobei sich Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters, welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter enthalten, mit Abschnitten des wenigstens einen Lichtwellenleiters, welche frei von einem Faser-Bragg-Gitter sind, in Längsrichtung des Lichtwellenleiters abwechseln.
Anschließend wird auf dem Walzenkern bzw. der Walzenbezugsschicht eine Markierung aufgebracht, die Bereiche kennzeichnet, an denen eine Druckmessung erfolgen soll. Diese Markierung kann beispielsweise durch Farbe aufgebracht oder auch in Form einer Nut in den Walzenkern oder Walzenbezug eingebracht werden, welche die Aufnahme des wenigstens einen Lichtwellenleiters erlaubt. Der Schritt des Aufbringens einer Markierung ist jedoch nur optional.
Dann erfolgt ein Fixieren von Abschnitten des wenigstens einen Lichtwellenleiters, welche Abschnitte jeweils ein Faser-Bragg-Gitter enthalten, sodass die Abschnitte mit einer Umfangsrichtung zur Walze einen Winkel von kleiner 80° und insbesondere kleiner 60° und weiter insbesondere kleiner 45° einschließen. Die Fixierung kann beispielsweise lösbar mittels eines Klebebandes erfolgen, wodurch Korrekturen leicht möglich sind.
Anschließend werden die übrigen Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters, welche frei von Faser-Bragg-Gittern sind, dauerhaft beispielsweise mittels Epoxidharz am Walzenkern bzw. mittels eines geeigneten Klebers an der Walzenbezugsschicht fixiert. Dabei können diese Abschnitte, die frei von Faser-Bragg-Gittern sind, zwischen den Abschnitten des Lichtwellenwellenleiters, welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter aufweisen, beliebige Schlaufen bilden.
Anschließend wird die lösbare Fixierung der Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters, welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter enthalten, entfernt und werden diese Abschnitte dauerhaft beispielsweise mittels Epoxidharz am Walzenkern bzw. mittels eines geeigneten Klebers an der Walzenbezugsschicht fixiert bevor wenigstens eine weitere Walzenbezugsschicht aufgebracht wird.
Anstelle der vorstehenden lösbaren Verdingung der Abschnitten des wenigstens einen Lichtwellenleiters, welche Abschnitte jeweils ein Faser-Bragg-Gitter enthalten, können diese auch gleich dauerhaft mit der Walzte bzw. der Walzenbezugsschicht verbunden werden. Der Schritt des Entfernens der lösbaren Verbindung kann dann entfallen.
Es wird betont, dass die vorstehend unter Bezugnahmen auf die 1 bis 5 beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen nur beispielhaft sind und den durch die Ansprüche festgelegten Schutzumfang nicht beschränken sollen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2008/08050 [0005]
WO 2010/034321 A1 [0005]
WO 210/034321 [0019]
WO 2010/034321 [0019]

Claims

Walze (1) zur Verwendung in Papiermaschinen, aufweisend: einen Walzenkern (11); einen den Walzenkern (11) umgebenden Walzenbezug (12); und wenigstens einen Lichtwellenleiter (21) mit mehreren Faser-Bragg-Gittern (22); wobei der wenigstens eine Lichtwellenleiter (21) entweder zwischen Walzenkern (11) und Walzenbezug (12) angeordnet oder in den Walzenbezug (12) eingebettet ist; wobei sich Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthalten, mit Abschnitten (43', 43'') des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welche frei von einem Faser-Bragg-Gitter (22) sind, in Längsrichtung des Lichtwellenleiters abwechseln; und wobei Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthalten, mit einer Umfangsrichtung zur Walze (1) einen Winkel von kleiner 80° und insbesondere kleiner 60° und weiter insbesondere kleiner 45° einschließen.
Walze (1) zur Verwendung in Papiermaschinen, insbesondere nach Anspruch 1, aufweisend: einen eine Drehachse (44) der Walze (1) bereitstellenden Walzenkern (11); einen den Walzenkern (11) umgebenden Walzenbezug (12); und wenigstens einen Lichtwellenleiter (21) mit mehreren Faser-Bragg-Gittern (22); wobei der wenigstens eine Lichtwellenleiter (21) entweder zwischen Walzenkern (11) und Walzenbezug (12) angeordnet oder in den Walzenbezug (12) eingebettet ist; wobei der wenigstens eine Lichtwellenleiter (21) entlang seiner zwischen dem Walzenkern (11) und dem Walzenbezug (12) angeordneten oder in den Walzenbezug (12) eingebetten Längserstreckung, auf einer zur Drehachse (44) der Walze konzentrischen Zylinderfläche verläuft; wobei sich Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthalten, mit Abschnitten des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welche frei von einem Faser-Bragg-Gitter (22) sind, in Längsrichtung des Lichtwellenleiters (21) abwechseln; und wobei zumindest einige der zwischen Walzenkern (11) und Walzenbezug (12) angeordneten oder in den Walzenbezug (12) eingebetteten Faser-Bragg-Gitter-freien-Abschnitte auf der Zylinderfläche zumindest abschnittsweise gekrümmt verlaufen.
Walze (1) zur Verwendung in Papiermaschinen, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend: einen Walzenkern (11); einen den Walzenkern (11) umgebenden Walzenbezug (12); und wenigstens einen Lichtwellenleiter (21) mit mehreren Faser-Bragg-Gittern (22); wobei der wenigstens eine Lichtwellenleiter (21) entweder zwischen Walzenkern (11) und Walzenbezug (12) angeordnet oder in den Walzenbezug (12) eingebettet ist; wobei sich Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthalten, mit Abschnitten (43', 43'') des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welche frei von einem Faser-Bragg-Gitter (22) sind, in Längsrichtung des Lichtwellenleiters abwechseln; und wobei der wenigstens eine Lichtwellenleiter (21) entlang seiner zwischen dem Walzenkern (11) und dem Walzenbezug (12) angeordneten oder in den Walzenbezug (12) eingebetten Längserstreckung zumindest abschnittweise gekrümmt verläuft und der Krümmungsradius des gekrümmten Verlaufs des Lichtwellenleiters 2 cm oder größer, bevorzugt 3 cm oder größer, besonders bevorzugt 5 cm oder größer ist.
Walze nach Anspruch 2 oder 3, wobei Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthalten, mit einer Umfangsrichtung zur Walze (1) einen Winkel von kleiner 80° und insbesondere kleiner 60° und weiter insbesondere kleiner 45° einschließen.
Walze nach einem der Ansprüche 1–4, wobei Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welche jeweils frei von einem Faser-Bragg-Gitter (22) sind, jeweils in einer Krümmungsrichtung gekrümmt sind.
Walze nach einem der Ansprüche 1–5, wobei aufeinander folgende Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welche jeweils frei von einem Faser-Bragg-Gitter (22) sind und zwischen denen ein Abschnitt des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welcher ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthält, angeordnet ist, in zueinander unterschiedlichen Krümmungsrichtungen gekrümmt sind.
Walze nach einem der Ansprüche 1–6, dass verschiedene Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welche jeweils frei von einem Faser-Bragg-Gitter (22) sind, eine Länge haben, die sich um maximal 30%, bevorzugt maximal 10% voneinander unterscheidet, besonders bevorzugt, dass die verschiedenen Abschnitte des wenigstens einen Lichtwellenleiters (21), welche jeweils frei von einem Faser-Bragg-Gitter (22) sind, die gleiche Länge haben.
Walze nach einem der Ansprüche 1–7, wobei der wenigstens eine Lichtwellenleiter (21) zumindest entlang seines Verlaufs in dem dieser zwischen dem Walzenkern (11) und dem Walzenbezug (12) angeordnet ist oder in dem Walzenbezug (12) eingebettet ist, einen Kern und einen den Kern umgebenden Mantel hat, wobei der Mantel im Bereich der Abschnitte, welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthalten, entweder direkt mit dem Walzenkern (11) und dem Walzenbezug (12) oder direkt mit dem Walzenbezug (12) in Kontakt ist.
Walze (1) nach einem der Ansprüche 1–8, wobei Abschnitte desselben Lichtwellenleiters, welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthalten, in axialer Richtung der Walze (1) benachbart angeordnet sind.
Walze (1) nach einem der Ansprüche 1–9, wobei Abschnitte desselben Lichtwellenleiters, welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthalten, in einem sich über die ganze Walzenlänge in axialer Richtung erstreckenden Bereich (3) angeordnet sind, dessen Erstreckung in Umfangsrichtung weniger als 15 cm und insbesondere weniger als 5 cm und weiter insbesondere weniger als 1 cm beträgt.
Walze (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei Abschnitte desselben Lichtwellenleiters, welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthalten, in axialer Richtung der Walze (1) um einen konstanten Abstand (4) beabstandet sind.
Walze (1) nach einem der Ansprüche 1–11, wobei Abschnitte desselben Lichtwellenleiters, welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthalten, in axialer Richtung der Walze (1) in einem ersten Bereich um einen ersten Abstand (41) und in wenigstens einem zweiten Bereich um einen zweiten Abstand (42) beabstandet sind, wobei insbesondere der zweite Abstand (42) um wenigstens 30% und insbesondere um wenigstens 60% und weiter insbesondere um wenigstens 90% größer als der erste Abstand (41) ist.
Walze (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, aufweisend mehr als einen Lichtwellenleiter (21), wobei benachbarte Abschnitte unterschiedlicher Lichtwellenleiter (21), welche Abschnitte jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthalten, in einem sich über den ganzen Walzenumfang in Umfangsrichtung erstreckenden Bereich (6) angeordnet sind, dessen Erstreckung in axialer Richtung der Walze (1) weniger als 10 cm und insbesondere weniger als 3 cm und weiter insbesondere weniger als 1 cm beträgt.
Walze (1) nach Anspruch 13, wobei zueinander benachbarte Abschnitte unterschiedlicher Lichtwellenleiter (21), welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthalten und welche in einem Bereich angeordnet sind, dessen Erstreckung in axialer Richtung der Walze (1) weniger als 10 cm und insbesondere weniger als 3 cm und weiter insbesondere weniger als 1 cm beträgt, in Umfangsrichtung der Walze 45° oder mehr, insbesondere 90° oder mehr zueinander versetzt angeordnet sind.
Walze (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei Abschnitte desselben Lichtwellenleiters, welche jeweils ein Faser-Bragg-Gitter (22) enthalten, entlang einer auf der Oberfläche der Walze (1) beschriebenen helikalen Kurve angeordnet sind, wobei eine Abweichung von der helikalen Kurve sowohl in axialer Richtung der Walze (1) als auch in Umfangsrichtung der Walze (1) weniger als 15 cm und insbesondere weniger als 5 cm und weiter insbesondere weniger als 1 cm beträgt.
Walze (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei wenigstens ein Ende des wenigstens einen Lichtwellenleiters aus dem Walzenbezug (12) herausgeführt ist und insbesondere beide Enden des wenigstens einen Lichtwellenleiters aus dem Walzenbezug (12) herausgeführt sind.