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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Nutzungsdaten von Walzen.
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Beispielsweise bei Walzen, die bei der Herstellung und Verarbeitung von bahnförmigen Waren wie insbesondere Papier eingesetzt werden, besteht das Problem, dass diese Walzen sich während der Nutzung abnutzen und in regelmäßigen Abständen überprüft und gegebenenfalls repariert werden sollten. Dazu ist es vorteilhaft, wenn die Nutzungsdauer einer Walze ermittelt werden kann. Insbesondere wenn eine Walze nicht über eine kontinuierliche, langanhaltende Zeitspanne benutzt wird, sondern immer wieder nur für unterschiedliche Zeitspannen eingesetzt wird, ist es schwierig, die tatsächliche Nutzungsdauer zu ermitteln.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren, eine Sensorvorrichtung und eine modifizierte Walze bereitzustellen, die es erlauben, die tatsächliche Nutzungsdauer zu ermitteln.
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Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig mit einem Verfahren zum Erfassen von Nutzungsdaten von Walzen gelöst, bei dem mit einer Sensorvorrichtung bei Überschreiten eines bestimmten Anfangsbeschleunigungswertes eine erste Zeit und bei Unterschreiten eines bestimmten Endbeschleunigungswertes eine zweite Zeit oder die zwischen diesen Beschleunigungswerten liegende Zeitspanne auf einem Datenspeicher dokumentiert wird.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Nutzungsdauer mit der Beschleunigung oder Geschwindigkeit der Walze korreliert. Dabei können rotatorische oder laterale Beschleunigungen und Geschwindigkeiten zur Messung in mehreren Ebenen ermittelt werden. Die Auswertung der erfassten Werte bietet einen Anhaltspunkt, um die Nutzung und Belastung der Walze während einer bestimmten Nutzungsdauer zu ermitteln.
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Im Rahmen der Erfindung ist ein Beschleunigungswert ein Wert, der die positive oder negative rotatorische (Winkelbeschleunigung, Tangentialbeschleunigung) oder laterale Beschleunigung oder die Geschwindigkeit der Walze oder eines Punktes der Walze beschreibt. Er wird beispielsweise mit Schaltern, Beschleunigungsmessern, über die Messung einer Verformung oder eines Drucks oder mit einem Gyroskop ermittelt. Ein Beschleunigungswert beschreibt somit die Bewegung der Walze und ermöglicht es, zunächst zu ermitteln, zu welchen Zeiten die Walze bewegt wird und zu welchen Zeiten die Walze stillsteht. Außerdem kann über den Beschleunigungswert auch die Intensität der Beschleunigung ermittelt werden. Dies ermöglicht es, aus den auf dem Datenspeicher dokumentierten Daten die Benutzungsdauer und die Nutzungsintensität zu ermitteln.
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Vorteilhaft ist es, wenn während der Zeitspanne zwischen dem Anfangsbeschleunigungswert und dem Endbeschleunigungswert kontinuierlich oder in diskreten Schritten Beschleunigungswerte gemessen werden. Dies ermöglicht es, nicht nur die Zeiten zu erfassen, in denen ein bestimmter Beschleunigungswert überschritten wird, sondern auch während dieser Zeiten Beschleunigungswerte aufzuzeichnen, um diese Zeiten qualitativ zu bewerten.
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Eine besondere Ausführungsvariante sieht vor, dass die Beschleunigungswerte an den gegenüberliegenden Seiten, insbesondere Stirnseiten, der Walze gemessen werden. Dies ermöglicht es, Lastspitzen und Torsionskräfte an der Walze zu ermitteln. Dazu können die Messeinrichtungen miteinander in Verbindung stehen oder mit einer dritten Einrichtung in Verbindung stehen, die die Daten aufzeichnet und gegebenenfalls auch verrechnet, um zusätzliche Daten zur Verfügung zu stellen oder die aufgezeichneten Daten zu komprimieren. Dies ermöglicht es insbesondere, Differenzwerte zwischen Messwerten an gegenüberliegenden Seiten der Walze zu ermitteln, die auf eine Torsion, eine Lateralverschiebung oder eine Bewegung auf einer Kreisbahn oder andere Unregelmäßigkeiten zurückschließen lassen.
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Zunächst ist es vorteilhaft, wenn mit dem Verfahren ein Zentrifugalbeschleunigungswert gemessen wird. Dies ermöglicht es über die Drehbewegung der Walze auf deren Nutzung zurückzuschließen.
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Kumulativ oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn mit dem Verfahren ein Lateralbeschleunigungswert gemessen wird. Dies ermöglicht es, einerseits die Bewegung einer nicht drehgelagerten Walze zu dokumentieren und andererseits bei einer drehgelagerten Walze Abweichungen von einer idealen, kreisrunden Drehbewegung um eine ortsfeste Linie zu ermitteln.
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Eine konstruktiv vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Sensorvorrichtung in die Stirnseite einer Walze außerhalb deren Mitte eingesetzt wird. Einerseits ist hier in der Regel genügend Raum, um eine derartige Sensorvorrichtung anzuordnen und andererseits erleichtert dies die Zugänglichkeit zur Sensorvorrichtung.
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Um die Daten des Datenspeichers auslesen zu können oder kontinuierlich oder diskontinuierlich auf einen von der Walze entfernten Rechner zu überspielen wird vorgeschlagen, dass der Datenspeicher drahtlos mit einem Rechner in Verbindung steht oder in Verbindung gebracht werden kann. Alternativ oder kumulativ wird vorgeschlagen, dass der Datenspeicher über ein Kabel mit einem Auslesegerät oder einem Rechner in Verbindung steht oder gebracht werden kann. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Nutzungsdaten drahtgebunden aus dem Speicher ausgelesen werden und dabei die Sensorvorrichtung elektrisch aufgeladen wird.
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Ein breites Anwendungsgebiet für dieses Verfahren erschließt sich bei Walzen zur Herstellung oder Verarbeitung von bahnförmiger Ware.
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Eine derartige bahnförmige Ware ist beispielsweise eine Folie oder eine Bahn aus Metall oder Kunststoff. Dabei kann die Walze dazu dienen, die Bahn zu führen oder auf ihr die Bahn auf- oder abzuwickeln.
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Das Verfahren wird insbesondere für einen Anwendungsbereich vorgeschlagen, bei dem auf die Walze Papier auf- oder abgewickelt wird oder mit der Walze eine Papierbahn geführt wird.
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Ein wesentliches Element des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Sensorvorrichtung, die einen Sensor und einen Datenspeicher aufweist. Erfindungsgemäß ist diese Sensorvorrichtung in eine vorzugsweise zylindrische Öffnung an der Stirnseite einer Walze einsetzbar und dazu geeignet, Beschleunigungswerte zu erfassen. Diese Beschleunigungswerte können wie oben beschrieben unterschiedlichste Werte sein, die auf die Nutzung der Walze zurückschließen lassen.
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Diese Sensorvorrichtung weist vorzugsweise eine Schnittstelle auf. Diese Schnittstelle dient zur Datenübertragung, um die Beschleunigungswerte an einen Rechner zur Auswertung zu übermitteln. Die Sensorvorrichtung kann jedoch auch einen Rechner aufweisen, der die Daten bereits auswertet und nur noch komprimierte Daten über die Schnittstelle und/oder eine Steckverbindung überträgt.
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Eine spezielle Ausführungsvariante sieht vor, dass bei Überschreiten eines Grenzwertes eine Anzeige oder eine Datenübertragung aktiviert wird. So kann nicht nur außerhalb der Sensorvorrichtung auf der Grundlage der Nutzungsdaten beispielsweise ein Hinweis zur Walzenüberholung ausgegeben werden, sondern die Sensorvorrichtung kann auch selbst einen derartigen Wert oder eine Wertüberschreitung anzeigen. Hierfür kann die Sensorvorrichtung eine Zustandsanzeige aufweisen, die auf die prognostizierte Zeit bis zur nächsten Überholung hinweist oder auch nur den Ladezustand der Stromversorgung der Sensorvorrichtung anzeigt. Dadurch kann frühzeitig auf die Notwendigkeit und den ungefähren Zeitpunkt der Überarbeitung einer Walze hingewiesen werden.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch mit einer Walze gelöst, die außerhalb der Mitte eine zylindrische Öffnung aufweist, in die eine Sensorvorrichtung eingesetzt ist.
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Vorzugsweise weist die Walze an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils außerhalb der Mitte eine Sensorvorrichtung auf. Diese Sensorvorrichtung wird vorzugsweise an der Stirnseite der Walze angeordnet.
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Dafür ist es vorteilhaft, wenn die Walze eine zylindrische Öffnung mit einem Durchmesser von 30 bis 70 mm und vorzugsweise von 50 mm aufweist.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Walze ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigt
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1 eine dreidimensionale Ansicht einer Walze mit Sensorvorrichtung und
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2 einen Ausschnitt aus 1.
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Die in 1 gezeigte Walze 1 weist an ihrer Stirnseite 2 dezentral zur zentralen Welle 3 eine Sensorvorrichtung 4 auf. Diese Sensorvorrichtung 4 ist in einer zylindrischen Öffnung 5 angeordnet.
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Auf der nicht gezeigten gegenüberliegenden Stirnseite der Walze 1 ist außerhalb der Mitte 6 der Walze eine weitere Sensorvorrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen.
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Die zylindrische Öffnung 5 hat einen Durchmesser von 50 mm und die Walze 1 hat einen Durchmesser von mehr als 500 mm, sodass an der Stirnseite der Walze 1 in einer relativ kleinen zylindrischen Öffnung die Sensorvorrichtung 4 angeordnet ist.
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Die Sensorvorrichtung 4 hat einen Sensor 7 und einen Datenspeicher 8. Die Vorrichtung wird durch eine Stromversorgung 9, die im vorliegenden Fall eine wiederaufladbare Batterie ist, mit Strom versorgt. Die Daten des Datenspeichers 8 können entweder über eine Schnittstelle 10 kabelgebunden oder kabellos ausgelesen werden oder in der Anzeige 11 angezeigt werden. Zur Aufbereitung der Daten weist die Sensorvorrichtung 4 einen Rechner 12 auf, der im Ausführungsbeispiel auch mit der nicht gezeigten Sensorvorrichtung 4 an der gegenüberliegenden Stirnseite der Walze 1 in Verbindung steht.
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Die Sensorvorrichtung 4 ist somit eine walzenfeste Komponente zur Aufnahme der Nutzungsdaten der Walze. Hierzu wird die Sensorvorrichtung 4 auf der Stirnseite 2 der Walze 1 in eine Bohrung, das heißt die zylindrische Öffnung 5, außerhalb der Mitte 6 der Walze 1 flächenbündig eingeschoben. Die Sensorvorrichtung 4 ist dadurch im Walzenkörper der Walze 1 untergebracht und gegen äußere Einflüsse geschützt.
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Durch die Drehung der Walze 1 wird die Sensorvorrichtung 4 ab einer definierten Drehzahl und somit ab einer definierten Zentrifugalbeschleunigung aktiviert. Bei Unterschreiten dieser Drehzahl oder einer anderen definierten Drehzahl wird die Sensorvorrichtung 4 gestoppt. Während der aktiven Phase der Sensorvorrichtung 4 werden die Messwerte auf dem Datenspeicher 8 aufgezeichnet.
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Nach der Aufzeichnung können die Daten aus dem Datenspeicher 8 drahtlos oder über eine drahtgebundene Verbindung von einem Bediener abgerufen werden. Bei einer drahtgebundenen Verbindung kann gleichzeitig die Batterie 9 aufgeladen werden.
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Die ausgelesenen Daten werden in eine Datenbank aufgenommen und dort mit vorgegebenen Daten verglichen. Aus dem Vergleich der Daten auf dem Datenspeicher 8 mit Daten in der Datenbank kann auf die Eigenschaften und Spezifikationen der Walze zurückgeschlossen werden.
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Die Schnittstelle 10, dient der Datenübertragung zu einem Gerät des Bedieners und ermöglicht eine Zustandsanzeige. Diese Zustandsanzeige kann über den Ladezustand der internen Batterie oder den Speicher informieren. Eine Steckverbindung 13 bildet eine geschützte Verbindung zum Anschluss eines Kommunikations- und/oder Ladekabels (nicht gezeigt).
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In der Anwendung ermittelt die walzenfeste Sensorvorrichtung 4 Daten zur Ermittlung der Nutzungszeiten, eines Nutzungsprofils oder eines Belastungsprofils. Sofern zwei Sensorvorrichtungen an gegenüberliegenden Stirnseiten 2 der Walze 1 eingesetzt werden, wird vorzugsweise eine drahtlose Kommunikation zwischen diesen beiden Sensorvorrichtungen 4 im Innenraum der Walze 1 vorgesehen.
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Ein Rechner, der in der Sensorvorrichtung 4 vorgesehen sein kann oder auch außerhalb als nicht walzenfeste Komponente eingesetzt werden kann, ermöglicht die Auswertung der Daten, die Verknüpfung und eine Plausibilitätsprüfung der Daten untereinander sowie einen Vergleich mit vorgegebenen Werten als anwendungsorientierte Nutzungsdaten.
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Optional können verschiedene Stufen der Datenerfassung vorgesehen werden. Eine erste Stufe der Sensorvorrichtung ermöglicht eine Ein-/Aus-Erfassung. Mit dem Erreichen einer definierten Walzendrehzahl bzw. einer Zentrifugalbeschleunigung schaltet die Sensorvorrichtung einen Kontakt oder Schalter. Der Sensor schaltet bzw. setzt damit einen Zeitstempel und legt ein Stempelprotokoll an. Hierbei wird ein Datum mit einer Uhrzeit hinterlegt. Nach Unterschreiten der Schwelle wird abgestempelt. Das heißt, es wird ein weiteres Datum mit Uhrzeit abgespeichert. Dadurch wird eine Übersicht mit einer Dokumentation der Nutzungsdauer aufgrund der Überschreitung von Schwellenwerten erzielt.
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Als Stufe 2 kann die Sensorvorrichtung 4 aufbauend auf die Messungen der Stufe 1 ein Nutzungsprofil ermitteln. Hierfür wird nach Erreichen der Schwelle ein Datum mit Uhrzeit hinterlegt. Mit dem Erreichen dieser Schwelle wird weiterhin ein Lastsensor aktiviert. Dieser Lastsensor ist im Allgemeinen ein Beschleunigungssensor, der eine Beschleunigung als Funktion der Zeit erfasst. Er wird bevorzugt mit niedriger Frequenz gesampelt. Nach Unterschreiten der Schwelle wird abgestempelt und folgerichtig der Lastsensor deaktiviert. Dies ermöglicht eine Übersicht oder Messreihe in der Darstellung „Beschleunigung über der Zeit”.
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Eine auf die Stufe 2 aufbauende Stufe 3 ermittelt ein Belastungsprofil, durch den Einsatz eines Sensorvorrichtungspaares an beiden Stirnseiten der Walze. Die Sensorvorrichtungen werden hierzu verknüpft und verbunden, um unter anderem gleiche Zeitstempel und Schwellen zu haben. Die Lastsensoren sind in diesem Fall Beschleunigungssensoren, die eine Beschleunigung als Funktion der Zeit in mehreren Ebenen erfassen. Hierbei kann zwischen Sampelfrequenz und Speicherzyklus unterschieden werden. Durch den Einsatz von zwei Sensoren und der Messung in verschiedenen Ebenen lässt sich ein Belastungsprofil ableiten, dem Lastspitzen mit Zeitstempel zu entnehmen sind.
