DE102012217757A1

DE102012217757A1 - Bahnführungselement

Info

Publication number: DE102012217757A1
Application number: DE201210217757
Authority: DE
Inventors: Oliver Kaufmann; Ingolf Cedra; Thomas Ischdonat
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bahnführungselement (1) zur Führung und/oder Umlenkung einer Faserstoffbahnen (2), in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, vorzugweise einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, mit einer Bahnführungsfläche (3), über deren Oberfläche die Faserstoffbahn (2) direkt oder indirekt geführt werden kann, und mindestens einem in die Bahnführungsfläche (3) integrierten Sensor (5), zur Erfassung von Materialbahneigenschaften. Um eine Flächengewichtsmessung an der Position des Bahnführungselementes durchführen zu können wird vorgeschlagen, dass der Sensor (5) ein Mikrowellensensor ist, wobei der Mikrowellenresonator des Mikrowellensensors in einem Frequenzbereich von größer 20GHz betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft Bahnführungselemente zur Führung und/oder Umlenkung einer Faserstoffbahn, in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, vorzugweise einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn.
Bahnführungselemente im Sinne der Erfindung sind Walzen bzw. Rollen aber auch jede Art von berührungsfreien Bahnführungen, wie Luftpolsterführungen bzw. Air-Turns.
Aus den Stand der Technik sind bereits etliche Bahnführungselemente bekannt die eine Bahnführungsfläche aufweisen, über deren Oberfläche eine Faserstoffbahn direkt oder indirekt geführt werden kann, und in denen ein Sensor zur Erfassung von materialbahnbezogenen Daten integriert ist.
So sind beispielsweise aus der EP 2 331 923 A1 Umlenkwalzen bekannt, die integrierte Sensoren zu Bahnspannungsmessung umfassen.
Bei der Herstellung einer Faserstoffbahn hat die Messung des Flächengewichts eine zentrale Bedeutung. So kann das Flächengewicht mittels der radiometrischen Methode sehr genau ermittelt werden. Radiometrische Messmethoden haben allerdings den Nachteil, dass diese einmal nur unter strengen Auflagen angewendet werden dürfen und zum anderen die Baugröße dieser Sensoren einen Einbau in Bahnführungselemente verhältnismäßig teuer und aufwendig macht. Derartige Sensoren werden deshalb nur in traversierenden Systemen, wie Messrahmen eingesetzt.
Mittels der Messrahmen werden die Sensoren quer zur Laufrichtung der Faserstoffbahn in und her verfahren. Es erfolgt somit keine bahnbreite Erfassung des Flächengewichtes, sondern es wird eine Spur vermessen, die zickzackförmig über die Faserstoffbahn verläuft. Dieses Messverfahren erfasst somit nur einen Bruchteil der zu vermessenden Faserstoffbahn und es kann kein echtes Querprofil erstellt werden, was die Ermittlung von Fehlerquellen oder Störungen erschwert oder sogar unmöglich macht.
Des Weiteren ist bekannt, Mikrowellensensoren in Bahnführungselemente einzubetten. Die bekannten Mikrowellensensoren sind allerdings darauf ausgelegt, den Wassergehalt einer Faserstoffbahn an einer Messposition zu ermitteln, vorzugsweise einen Streifen am Materialbahnrand. Eine Flächengewichtsmessung einer Materialbahn kann mit diesen nicht bzw. nicht mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden.
Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, ein Bahnführungselement mit einem Sensor vorzuschlagen, welcher eine Flächengewichtsmessung erlaubt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messvorrichtung vorzuschlagen, mittels der eine Querprofilmessung durchgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass der in das Bahnführungselement, entsprechend der eingangs genannten Art, integrierte Sensor ein Mikrowellensensor ist, wobei der Mikrowellensensor bzw. der Mikrowellenresonator in einem Frequenzbereich von größer 20GHz betrieben wird.
Durch den gewählten Frequenzbereich ist gewährleistet, dass das Flächengewicht der Faserstoffbahn sehr genau ermittelt werden kann, da genau in diesem Frequenzbereich die Permittivität von Wasser annähernd gleich der Permittivität der anderen Materialbahnbestandteile z. B. einer Faserstoffbahn ist.
Des Weiteren kann zur Messung des Flächengewichtes ein betreffender Mikrowellenresonator in einem Frequenzbereich von 24 GHz bis 24,25GHz, insbesondere von 61GHz bis 61,5GHz, insbesondere von 122GHz bis 123GHz und 244GHz bis 246GHz betrieben werden.
Des Weiteren können in das Bahnführungselement eine Vielzahl von Sensoren integriert sein, die auf der Bahnführungsfläche derart positioniert sind, dass sie auf einer Linie quer zur Bahnlaufrichtung liegen. So können mehrerer Messwerte quer zur Materialbahn gleichzeitig erfasst und so ein Querprofil ermittelt werden. Der Abstand zwischen den Sensoren kann an die Erfordernisse angepasst werden. In einer weiteren Variante können auch mehrere Sensorreihen in die Bahnführungsfläche integriert sein. Je mehr Sensorreihen integriert sind, desto genauer bzw. flächendeckender die Messung.
So können in einer Ausführungsform auch eine Vielzahl von Sensoren auf einer spiralförmig über die Bahnführungsfläche verlaufenden Linie in der Bahnführungsfläche integriert sein.
Weiterhin können der/die Sensor derart in die Bahnführungsfläche integriert sein, dass diese im Betrieb einen Abstand zur Faserstoffbahn aufweisen, der zwischen 1µm und 10mm sein kann. Der Abstand sollte so klein wie möglich gewählt werden, um die Genauigkeit der Messung zu verbessern. Der Abstand kann bei Bahn berührenden Bahnführungsflächen mittels einer Beschichtung über der empfindlichen Oberfläche des Mikrowellensensors festgelegt werden.
Das Bahnführungselement kann eine Walze oder ein Führungselement, wie z. B. ein Ari-Turn, sein.
Bei einem Air-Turn wird die Faserstoffbahn einer über ein Luftpolster geführt. Damit die Messung genau wird, ist es erforderlich, dass der Abstand zwischen Faserstoffbahn und Luftpolster bestimmt. Die Luftpolsterdicke muss in diesem Fall gemessen werden und in die Messwertermittlung mit einbezogen werden. Dazu kann der Sensor weiterhin eine Abstandsmessvorrichtung umfassen, mittels der der Abstand zwischen Sensor und Faserstoffbahnoberfläche gemessen werden kann.
Weiterhin kann das Bahnführungselement einen Sensorträger umfassen, auf dem der Mikrowellensensor und das Abstandsmesssystem angeordnet sind, der beweglich gegenüber der Bahnführungsfläche gelagert ist. So kann der Abstand des Sensors zur Faserstoffbahn unabhängig vom Luftpolster des Führungselementes geregelt werden. Insbesondere kann der Abstand des Sensors zur Faserstoffbahn kleiner gewählt werden wie die Luftpolsterdicke.
Hierbei ist von besonderem Vorteil, wenn der Sensorträger zur Abstandsregelung mittels eines Luftpolsters in der Bahnführungsfläche gelagert ist. Beide Luftpolster können unabhängig reregelt sein, sodass zum Führen und Messen jeweils die idealen Abstände eingestellt werden können.
Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.
In diesen zeigen:
1a–c Walzen mit verschienen Sensoranordnungen
2 Air-Turn´s mit verschiedenen Sensoranordnungen
3 Sensor mit Sensorträger und Luftpolster
1a–c zeigt Walzen mit verschienen Sensoranordnungen. Die Walzen können an verschienend Stellen einer Faserstoffherstellungsmaschine eingesetzt werden. So besteht die Möglichkeit diese als Leit- oder Umlenkwalzen einzusetzen, die verschiedene Umschlingungswinkel zwischen 5° und >180° aufweisen können.
In 1a ist eine Walze mit nur einem Sensor in der Oberfläche dargestellt. Das Sensorelement besteht im Wesentlichen aus dem Mikrowellenresonator, einer feinen Struktur mittels der Mikrowellen mit einer Frequenz von 20kHz erzeugbar sind. Zum Schutz der Struktur ist diese mit einer Beschichtung abgedeckt. Die Dicke der Beschichtung bestimmt den Abstand zur Faserstoffbahn.
Mit dieser Messwalze können Flächengewichtsmessungen in Maschinenrichtung in regelmäßigen Abständen und in Maschinenquerrichtung in an einer Position durchgeführt werden.
Werden die Walzen mit mehreren Sensoren wie in 1b und 1c eingesetzt, können mehr Punkte einer Faserstoffbahn vermessen werden. Je mehr Messpunkte in längs und Querrichtung gemessen werden, um so leichter ist es Abweichungen zu lokalisieren, Ursachen daraus zu ermitteln und Gegenmaßnahmen einzuleiten.
Zur Stromversorgung und zum Datenaustausch kommen verschiedene technische Lösungen infrage. So können zur Energieversorgung Batterien, Energieerzeugungsmittel oder Kabelverbindungen eingesetzt werden. Des Weiteren kann eine drahtlose oder drahtgebundene Lösung zur Datenübertragung gewählt werden.
Mikrowellensensoren, deren Mikrowellenresonatoren mit Frequenzen von über 20kHz arbeiten, können aber auch in Messrahmen eingesetzt werden. Wobei dann nur eine Zickzack förmige Spur auf der Faserstoffbahn vermessen wird.
In 2 ist ein Air-Turn gezeigt mit einer beispielhaften Sensoranordnung, die aber auch anders verteilt sein können. Mit Air-Turns können frisch beschichtete Faserstoffbahnen umgelenkt und getrocknet werden. Die noch feuchte Beschichtung auf der Faserstoffbahn darf erst mit einer Oberfläche in Berührung kommen, wenn die Beschichtung getrocknet ist.
In einer Papiermaschine sind aber oft mehrere Beschichtungseinrichtungen hintereinander angeordnet, die jeweils eine Beschichtung auf die Faserstoffbahn auftragen. Nach jedem Auftrag möchte man jedoch wissen, wie groß das aktuelle Flächengewicht ist. Um dies zu ermitteln und um daraufhin die nachfolgende Beschichtungseinheit regel zu können, ist es von Vorteil die Messung mittels Sensoren im Air-Turn durchzuführen.
Da zwischen Air-Turn Bahnberührungsfläche und Faserstoffbahn ein Luftpolster 4 aufgebaut wird, um die Faserstoffbahn 2 berührungsfrei umzulenken und dabei gleichzeitig zu trockenen, muss der Sensor 5 beim Einbau in eine Air-Turn eine Abstandsmessvorrichtung 14 umfassen. Mittels dieser kann dann der Abstand a zwischen Sensor und Faserstoffbahnoberfläche gemessen werden, sodass die Ungenauigkeit die durch das sicherlich nicht immer gleichmäßige Luftpolster 4 entsteht, ausgeglichen bzw. herausgerechnet werden kann.
Das Bahnführungselement 1, 8 kann auch mit einem Sensorträger 9 ausgerüstet sein, auf dem der Mikrowellensensor 5 und die Abstandsmessvorrichtung 14 angeordnet sind, wie in 3 dargestellt. Dieser Sensorträger 9 ist beweglich gegenüber der Bahnführungsfläche gelagert, sodass der Abstand b gegenüber der Faserstoffbahn 2 konstant gehalten werden kann.
Der Sensorträger 9 ist gegenüber der Bahnführungsfläche mittels eines ersten Luftpolsters 13 beweglich gelagert. Das erste Luftpolster 13 ist zwischen Sensorträger 9 und Bahnführungselement erzeugbar, sodass der Sensorträger 9 in einer Führung des Bahnführungselementes verschiebbar ist.
Zur Erzeugung des zweiten Luftpolsters 11, weisen der Sensorträger 9 entsprechende Düsenöffnungen 10 auf, die von einer Druckluftquelle mit Druckluft versorgt werden.
Die Luftkissen 4, 11 können über z. B. Ventile (Aktuatoren) derart geregelt werden, dass der Abstand zwischen dem Mikrowellenresonator und Faserstoffbahn 2 beliebig einstellbar ist. So kann der Abstand je nach papiertechnologischer Anwendung unterschiedlich gewählt und geregelt werden.
Bezugszeichenliste

1: Bahnführungselement
2: Faserstoffbahn
3: Bahnberührungsfläche
4: Luftpolster
5: Mikrowellensensor
6: Trägerelement
7: Walze
8: Air-turn
9: Sensorträger
10: Düsenöffnungen
11: zweites Luftkissen
12: Anschlussleitung
13: erstes Luftkissen
14: Abstandsmessvorrichtung

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

EP 2331923 A1 [0004]

Claims

Bahnführungselement (1) zur Führung und/oder Umlenkung einer Faserstoffbahnen (2), in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, vorzugweise einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, mit einer Bahnführungsfläche (3), über deren Oberfläche die Faserstoffbahn (2) direkt oder indirekt geführt werden kann, und mindestens einem in die Bahnführungsfläche (3) integrierten Sensor (5), zur Erfassung von Materialbahneigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5) ein Mikrowellensensor ist, wobei der Mikrowellenresonator des Mikrowellensensors in einem Frequenzbereich von größer 20GHz betrieben wird.
Bahnführungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichzeitigen Erfassung mehrerer Messwerte (3) integriert sind.
Bahnführungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Sensoren (5) auf einer spiralförmig über die Bahnführungsfläche (3) verlaufenden Linie in der Bahnführungsfläche (3) integriert sind.
Bahnführungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Sensoren (5) derart in die Bahnführungsfläche integriert ist/sind, dass im Betrieb zwischen Sensor (5) und Faserstoffbahn (2) ein Abstand zwischen 1µm und 10mm vorhanden ist.
Bahnführungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bahnführungselement (1) eine Walze (7) oder ein Führungselement (6) ist.
Bahnführungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement ein Ari-Turn (8) ist.
Bahnführungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5) eine Abstandsmessvorrichtung umfasst, mittels der der Abstand zwischen Sensor und Faserstoffbahnoberfläche gemessen werden kann.
Bahnführungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Bahnführungselement (1) einen Sensorträger (9) umfasst, auf dem der Mikrowellensensor und die Abstandsmessvorrichtung angeordnet sind, der beweglich gegenüber der Bahnführungsfläche gelagert ist.
Bahnführungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger gegenüber der Bahnführungsfläche mittels eines Luftpolsters (4) beweglich gelagert ist, um den Abstand zur Materialbahn zu regeln.