EP2802709A1 - Walze mit sensoren für eine maschine zur herstellung und/oder verarbeitung einer materialbahn und maschine zur herstellung und/oder verarbeitung einer materialbahn - Google Patents

Walze mit sensoren für eine maschine zur herstellung und/oder verarbeitung einer materialbahn und maschine zur herstellung und/oder verarbeitung einer materialbahn

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Publication number
EP2802709A1
EP2802709A1 EP13700498.2A EP13700498A EP2802709A1 EP 2802709 A1 EP2802709 A1 EP 2802709A1 EP 13700498 A EP13700498 A EP 13700498A EP 2802709 A1 EP2802709 A1 EP 2802709A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensors
roller
layer
roll
functional layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13700498.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Breineder
Hubert Bischof
Matthias Schmitt
Yang SHIEH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP2802709A1 publication Critical patent/EP2802709A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H20/00—Advancing webs
    • B65H20/02—Advancing webs by friction roller
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F3/00—Press section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F3/02—Wet presses
    • D21F3/06—Means for regulating the pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H43/00—Use of control, checking, or safety devices, e.g. automatic devices comprising an element for sensing a variable
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F3/00—Press section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F3/02—Wet presses
    • D21F3/08—Pressure rolls
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
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    • D21F3/02—Wet presses
    • D21F3/10—Suction rolls, e.g. couch rolls
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0233—Soft rolls
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0253—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature
    • D21G1/0286—Regulating the axial or circumferential temperature profile of the roll
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2701/00—Handled material; Storage means
    • B65H2701/10—Handled articles or webs
    • B65H2701/17—Nature of material
    • B65H2701/176—Cardboard

Definitions

  • the invention relates to a roller with a plurality of sensors for use in a material web processing machine.
  • the invention further relates to a material web processing machine which is equipped with such sensors.
  • the material web processing machine is in particular a paper, board or tissue machine.
  • a fiber suspension is applied to a forming fabric in the Formierpartie and dehydrated.
  • the further dewatering takes place after the formation in the presses and dryer section.
  • the fibrous web is passed through a series of press nips which are each separated by two cooperating rolls, i. a roller and a counter roll are formed.
  • the pressure profile that forms in the nips when passing through the fibrous web, in particular in the cross-machine direction has a significant influence on the fact that the produced fibrous material can be produced with the same properties over its entire width.
  • the efficiency of drainage depends heavily on a homogeneous pressure profile in the cross-machine direction. For example, in the case of uneven pressure distribution in the nip, the fibrous web has an uneven moisture profile in the cross-machine direction. Paper manufacturers are therefore careful to monitor the pressure profiles in the press nip during operation.
  • sensors For monitoring the pressure profile in the nip during operation, sensors can be used, as described, for example, in US Pat. No. 5,562,027.
  • the sensors are in this case arranged in the roll cover in order to be protected from the direct influence of environmental influences.
  • Various types of sensors are proposed in this prior art, such as piezoelectric sensors or fiber optic sensors.
  • a roller for a machine for producing and / or processing a material web, in particular paper, board or tissue machine having a cylindrical roller core and a roll cover arranged on the lateral surface of the roller core.
  • the roll cover is formed by a functional layer and a connecting structure connecting the roll core to the functional layer, which comprises one or more connecting layers.
  • the roll according to the invention further comprises a plurality of pressure and / or temperature-sensitive sensors, which are embedded in the roll cover.
  • the roller according to the invention is characterized in that the sensors are embedded in the at least one connecting layers or are arranged on the radially outer circumferential surface of one of the at least one connecting layers.
  • the sensors are arranged in a position in the roll cover in which the sensors can not normally be destroyed during roll service, since during roll service the roll cover is generally not removed over the full thickness of the functional layer. Furthermore, the risk of destruction of the sensors during operation is significantly reduced by the solution according to the invention, since the sensors are embedded sufficiently deep in the roll cover. However, because the sensors are not arranged on the lateral surface of the roller core but within the roller cover, a sufficiently high signal sensitivity of the sensors is provided. Further, by disposing the sensors not in the functional layer but in the connection structure or at the interface between the connection structure and the functional layer, the tendency of cracking or delamination in the functional layer is effectively reduced.
  • the term “layer” is to be understood as meaning a hollow-cylindrical material section of the roll cover whose wall thickness, also referred to as thickness, is at least 1.0 mm and which consists of one or more materials, the material composition thereof being along
  • the term “layer” is furthermore to be understood as meaning a hollow-cylindrical material section of the roll cover which consists of a plurality of materials whose composition, for example weight proportions of the individual materials in the material composition along the Radial expansion of the section changes continuously.
  • the term “functional layer” is to be understood as meaning the layer whose radially outer lateral surface provides a contact surface which can be brought into contact with a material web or clothing and which is at least partially worn during operation of the roller.
  • the sensors can either be embedded in the connecting layer or be arranged on the radially outer circumferential surface of the connecting layer. If the connection structure comprises the sensors can be embedded in one of the connection layers of the connection structure or be arranged on the radially outer lateral surface of one of the connection layers.
  • the lateral surface of the hollow-cylindrical connection layer should be understood as the radially outer surface of the respective connection layer, which lies radially outward.
  • connection layer in which the sensors are embedded or on the radially outer surface of which the sensors are arranged has a greater hardness and / or a larger modulus of elasticity than the functional layer.
  • the connecting layer forms a stable base for the sensors, on which the sensors can be mechanically stably supported without being exposed to high bending forces. (Since the functional layer is softer and / or more elastic than the connecting layer in which the sensors are embedded, a pressure pulse acting on the radially outer surface of the functional layer can propagate through the functional layer and excite the sensors to a signal.)
  • the connecting structure may comprise a single connecting layer or several connecting layers, which-viewed in the radial direction of the roller-are arranged one above the other. It is also conceivable, for example, that each of the connecting layers has a greater hardness and / or a larger modulus of elasticity than the functional layer.
  • the connecting structure has a plurality of connecting layers
  • the radially innermost of the connecting layers has a greater hardness and / or a larger modulus of elasticity than the remaining of the connecting layers.
  • the hardness and / or the modulus of elasticity of the interconnect layers increases from layer to layer from the radially innermost to the radially outermost interconnection layer.
  • the radially innermost connecting layer is formed of hard rubber or comprises as an essential component hard rubber.
  • This bonding layer may, for example, have a hardness in the range 76-86 Shore D.
  • the radially innermost connecting layer is formed from fiber composite material or comprises fiber composite material as an essential component.
  • the fiber composite material may in this case be formed by fibers wound in several layers around the lateral surface of the roll core and embedded in a resin.
  • the fibers can be present, for example, in the form of a band-shaped textile fabric, in particular as a fabric or fabric band.
  • the fibers are in the form of a fiber bundle, a so-called fiber roving.
  • the fibers may be glass fibers and / or carbon fibers or comprise as an essential component. This bonding layer may, for example, have a hardness in the range of 88-92 Shore D.
  • a further connecting layer lying between the radially innermost connecting layer and the functional layer to be formed from hard rubber or rubber or comprises hard rubber or rubber as an essential component and the further connecting layer to have a hardness and / or an elastic modulus which is between the one or more of the radially innermost interconnection layer and the functional layer. It is also conceivable that the sensors are embedded in this further connection layer or arranged on the radially outer surface thereof.
  • a layer comprises a material or a material composition as an essential constituent, this means that this material or material composition is to be 70% by weight (% by weight) or more, preferably 80% Wt% or more, more preferably 90 wt% or more in the layer.
  • Such a layer may then contain other materials or material compositions which are formed, for example, as particulate and / or fibrous fillers.
  • the connecting structure comprises at least one connecting layer which is formed from a fiber composite material or comprises it as an essential component, wherein the bonding layer with or from the fiber composite material, for example. as described in the preceding section. It is conceivable that in the case of a functional layer which is made of polyurethane or has polyurethane as its main bestsand part, the connecting structure has only one connecting layer, and this connecting layer is formed from or comprises a fiber composite material.
  • the connecting structure comprises two or more connecting layers and at least two of the connecting layers of rubber and / or hard rubber are formed or contain rubber and / or hard rubber as an essential component , In this case, it is particularly conceivable that the two aforementioned connecting layers have different hardnesses.
  • the sensors are embedded in the radially outermost connecting layer or are arranged on the radially outer lateral surface thereof. In this case, the sensors are arranged relatively close to the functional layer, which is why even the smallest pressure pulses can be registered.
  • a further advantage of this embodiment is the case in which the sensors are temperature sensors in that the temperature in the roll cover can be measured in the area of the interface of the bonding structure and functional layer or adjacent to this interface, whereby a failure of the roll cover by overheating can effectively be prevented, since a failure of the roll cover often occurs due to overheating in the region of the transition from compound structure to functional layer.
  • the sensors are embedded in the radially innermost connection layer or arranged on the radially outer lateral surface thereof. If the roll cover comprises a plurality of connecting layers, in this case the sensors are arranged relatively far away from the functional layer, which is why this arrangement is suitable, for example, for applications in which high pressure pulses occur or if the roll cover is constructed from relatively soft layers.
  • the sensors are embedded in a connecting layer or arranged on the radially outer circumferential surface which lies between the radially innermost and the radially outermost connecting layer.
  • the connecting layer in which the sensors are embedded or on the radially outer surface of which the sensors are arranged can be made of hard rubber or rubber or comprise as an essential component hard rubber or rubber.
  • the sensors are embedded in the radially innermost connecting layer or arranged on the radially outer circumferential surface thereof and the radially innermost connecting layer Rubber or hard rubber is or comprises as an essential part of rubber or hard rubber.
  • the connecting layer in which the sensors are embedded or on the radially outer lateral surface of which the sensors are arranged can also be made of fiber composite material or comprise as an essential constituent fiber composite material. It is conceivable in this case, for example, that the sensors are embedded in the radially innermost connecting layer or arranged on the radially outer circumferential surface and the radially innermost connecting layer of fiber composite material or comprises as an essential component fiber composite material.
  • the sensors are supported on a defined surface. If the sensors are arranged, for example, between two layers, then the sensors are supported on the radially outer lateral surface of the lower of the two layers. In this case, it may be useful, for example, for manufacturing reasons, if the locations of the radially outer lateral surface of the lower layer where the sensors are arranged are not recessed relative to the remaining portions of this lateral surface. If, for example, the roller according to the invention is a suction roller, then the lateral surface of the respective connecting layer may contain depressions in the form of through holes or blind holes in which the sensors should not be arranged. The locations where the sensors should be located and support, but should not be recessed compared to the remaining portions of the lateral surface.
  • connection layer it is conceivable to construct this connection layer from two sections. In this case, it is conceivable first to form the first section so that its radially outer surface forms a cylindrical surface which, except for any depressions due to suction holes or sag holes in the case of a suction roller, has no recesses and on which the sensors are deposited be before the second Part of this compound layer is formed and this covers the first section and the sensors.
  • a concrete embodiment for embedding the sensors in a connecting layer formed from a fiber composite material provides, for example, that first viewed in the radial direction of the roller inside the first section and then the radially outside on the inner first section lying second section is formed, wherein the first portion is formed from a first number of layers of wound fibers and its surface is smooth ground, the sensors are then placed on the smooth ground surface of the first portion and then the second portion is formed by a second number of layers of fibers the assembly is wound from the surface of the first section and the sensors, the second number being smaller than the first number.
  • the second section is preferably formed from a maximum of ten layers, in particular a maximum of five layers of wound fibers embedded in resin material.
  • the bonding structure may further comprise at least one adhesive coating having a thickness of less than 1 mm, the adhesive coating comprising in particular a resin, such as epoxy resin, with short cut fibers embedded therein.
  • a resin such as epoxy resin
  • Such an adhesive coating may, for example, be formed by a coating and, for example, have a thickness in the range from ⁇ ⁇ to ⁇ .
  • the resin may be, for example, a multi-stage curing resin, in particular epoxy resin, which cures successively at different temperatures.
  • Such an adhesive coating may, for example, be arranged between the roller core and the radially innermost connecting layer and / or between the radially outermost connecting layer and the functional layer and / or between two connecting layers.
  • a multi-stage curing resin may be selected which partially at the cure temperature of the polymer Cures layer and fully cured at the curing temperature of the polymer of the other layer.
  • the functional layer may comprise as an essential component polyurethane, Gunnnni or a fiber composite material or be formed from one of the aforementioned materials.
  • the functional layer may have a thickness in the range of 6-15mm. Further, the connection structure may have a thickness in the range of 1-10 mm. Furthermore, each connection layer of the connection structure may have a thickness in the range of 1 - 10 mm.
  • connection structure A possible but not exhaustive description of combinations for functional layer, connection structure and sensor arrangement can be found in the following table (note: the order of the interconnecting layers starting from the roll core to the functional layer corresponds to their numbering starting with the smallest number, not mentioning possibly occurring adhesive coatings.
  • Interface 1 Interface 1. Within 1st interface 1. Within 1.
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides that the sensors, viewed in the radial direction of the roller, are arranged at a height in the connecting structure which corresponds to 50% or more, in particular 80% or more, of the thickness of the connecting structure.
  • the connecting structure has a radially inner surface facing the roller core and a radially outer surface facing the functional layer.
  • the thickness of the connecting structure is determined by the radial distance of the radially outer lateral surface to the radially inner lateral surface.
  • the height should always be considered starting from the radially inner surface, i. a height of 50% or more is intended to mean that the sensors are arranged in the middle between the two lateral surfaces or closer to the radially outer than to the radially inner circumferential surface.
  • a height of 80% should mean that the sensors, relative to the distance between the two lateral surfaces, are 80% of the radially inner lateral surface and 20% of the radially outer lateral surface.
  • Some fiber optic sensors such as fiber Bragg grating sensors, are strain sensors that are stretched or compressed under pressure and provide a strain or compression proportional signal that can be converted into a pressure signal via calibration.
  • the arrangement of such fiber optic sensors at a height in the interconnect structure that corresponds to 50% or more of the thickness of the interconnect structure provides very good signal sensitivity coupled with high insensitivity to damage to the fiber optic sensors.
  • connection layer in which the sensors are embedded in the radial direction of the roller has a thickness and the sensors are arranged in the radial direction at a height in the connection layer which is 60% or more of the thickness of Compound layer corresponds.
  • the sensors are fiber optic sensors.
  • at least one optical waveguide is provided which comprises fiber-optic sensors.
  • the fiber optic sensors can be arranged either on an optical waveguide or distributed on a plurality of optical waveguides.
  • the fiber optic sensors are, in particular, fiber Bragg gratings.
  • a fiber Bragg grating can, for example, be produced by incorporating a Bragg grating into the optical waveguide by writing.
  • the fiber-optic sensors are preferably arranged at a distance from one another along the respective optical waveguides.
  • the fiber optic sensors being fiber Bragg gratings
  • the at least one optical waveguide has a diameter of at most 750 ⁇ , more preferably at most ⁇ , most preferably of at most 30 ⁇ .
  • Such optical fibers with fiber optic sensors are characterized by particularly small dimensions. This makes it possible to use sensors in so-called. Suction rolls, ie rollers with suction holes, which extend from the outer surface of the functional layer through the entire roll cover into the interior of the roll core. Furthermore, due to their small dimensions, such optical waveguides do not constitute a foreign body in the connecting structure, which can lead to failure of the roll cover, for example due to crack formation or the like.
  • the bonding layer in which the fiber optic sensors are embedded example of embedded in resin fibers, especially glass fibers, so fiber optic sensors are part of an optical fiber with or made of glass fiber, also has the advantage that the one or more optical fibers with the sensors no foreign body in the Represent roll cover, since this or these consist of the same material as the fiber material of the connecting layer in which the one or more optical waveguides is embedded or are.
  • the sensitivity of the pressure measurement sensors formed as fiber Bragg gratings can be increased if the optical fiber (s) in the region of the fiber Bragg gratings are or are oriented such that they in each case encloses or enclose with the circumferential direction of the roller an angle of at most 45 °, preferably at most 30 °, particularly preferably at most 10 °.
  • each section runs without fiber Bragg gratings in each case curved in only one direction. It is further provided according to a further particularly preferred embodiment of the invention that each adjacent sections without fiber Bragg grating of the same optical waveguide are curved in opposite directions.
  • some, in particular all, of the sensors formed as a fiber Bragg grating have mutually different Bragg wavelengths.
  • all fiber Bragg gratings of the same optical waveguide have mutually different Bragg wavelengths. If multiple optical fibers are provided with fiber Bragg gratings, it is possible that each of the fiber Bragg gratings of the same optical fiber have mutually different Bragg wavelengths, but the different optical fibers have fiber Bragg gratings of equal Bragg wavelengths, i. There are Bragg fiber grids of different optical fibers which have the same Bragg wavelength. It is also conceivable, however, in the case of a plurality of optical waveguides each having a plurality of fiber Bragg gratings, that all the fiber Bragg gratings of all optical waveguides have mutually different Bragg wavelengths, i. there are no two Bragg fiber grids that have the same Bragg wavelength.
  • the fiber Bragg gratings of the same optical waveguide each have a Bragg wavelength which is offset by 0.1-100 nm, in particular 0.5-50 nm, particularly preferably 1 -15 nm, with the distance between the Bragg wavelengths being Wavelengths of adjacent Bragg fiber gratings preferably equal in each case.
  • one of the fiber Bragg gratings of an optical waveguide has a Bragg wavelength of Xnm
  • the fiber Bragg gratings arranged in the longitudinal direction of this optical waveguide in front of this fiber Bragg grating has a Bragg wavelength of Xnm minus 0.5-30 nm
  • the fiber Bragg grating arranged in the longitudinal direction of this optical waveguide after the first-mentioned fiber Bragg grating has a Bragg wavelength of Xnm plus 0.5-30 nm, the distance of the Bragg wavelengths from one another preferably being in each case is equal to.
  • the operation of the roller according to the invention is particularly simple, since the various sensors can be excited by a broadband light signal, for example. In the IR wavelength range, and the sensors then a reflection signal Return this to each sensor for one characteristic wavelength, whereby the respective sensor signal in a simple manner each sensor and consequently the respective place where the pressure and / or temperature effect has taken place can be assigned.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that a plurality of sensors are provided, in particular fiber-optic sensors, which are arranged one behind the other viewed in the circumferential direction of the roller.
  • the pressure and / or temperature profile can be measured in the machine direction in a roll nip.
  • the roller comprises a plurality of sensors, in particular fiber-optic sensors, which are arranged one behind the other in the axial direction of the roller. It is also conceivable that the sensors are arranged on at least 80% of the usable during operation of the roller length, in particular 90% of the useful during operation of the roller length of the roller.
  • the sensors arranged one behind the other in the axial direction of the roller are arranged along a straight line extending in the axial direction of the roller.
  • the pressure and / or temperature profile can be measured in the cross machine direction in a roll nip.
  • sensors in the circumferential direction of the roller are not arranged in the same position, but are arranged in a region which has a width of not more than 20cm, preferably not more than 10cm in the circumferential direction of the roller.
  • a plurality of sensors arranged one behind the other in the axial direction of the roller, either along a straight line or in the o.g. Are arranged area are to be continuously called sensor row.
  • the sensors of the at least one sensor row are arranged in the axial direction of the roller over a length of at least 80%, in particular at least 90%, of the usable length during operation of the roller. It is also conceivable, in particular, for each sensor row to be arranged on an optical waveguide.
  • the roller has a plurality of rows of sensors extending parallel to one another, wherein the individual sensor rows are arranged offset to one another in the circumferential direction of the roller.
  • the sensors of a sensor row are arranged one after the other along a straight line or within the abovementioned region, the straight lines or regions extending parallel to one another.
  • This embodiment can also be considered as an independent inventive concept, which is independent of the claimed in claim 1 inventive idea.
  • the roller has an even number of mutually offset in the circumferential direction sensor rows.
  • roller comprises several rows of sensors parallel to one another, it is also conceivable, for example, for not all sensor rows to be operated simultaneously. In this case, it is conceivable that at least one of the rows of sensors is only put into operation when another of the rows of sensors is defective or no longer works properly.
  • This embodiment ensures that the roll according to the invention can also continue to work in the paper machine if a sensor row is defective and under normal circumstances the machine should be stopped and the roll should be replaced.
  • This embodiment can also be considered as an independent idea of the invention, which is independent of the claimed in claim 1 inventive idea.
  • the sensors of one row of sensors with respect to the sensors of the other row of sensors in the axial direction of the roller are preferably offset relative to one another in at least two of the sensor rows arranged in the circumferential direction, ie there is at least one sensor of one sensor row in the axial direction of the sensor Roller is looking between two Sensors of the other sensor array is arranged.
  • a sensor of a different sensor row is arranged in each case between successive sensors of one of the sensor rows.
  • the roller may be formed as a suction roller and thus include suction holes and optionally additionally blind holes.
  • suction rolls are arranged on one or more optical waveguides fiber optic sensors due to their small diameter of 50 ⁇ or less, preferably 250 ⁇ or less, particularly good, these can be easily performed between the suction openings.
  • a machine for producing and / or processing a material web, in particular fibrous web such as paper, cardboard or tissue web which has a formed by a first and a second roller roller nip, through which the Material web is guided, wherein at least one of the two rollers is the roller with the sensors according to one of claims 1-15.
  • the machine comprises an evaluation unit communicating with the sensors, through which the signals generated by the sensors during the running operation of the machine, i. On-line, evaluated and further processed.
  • the evaluation unit may comprise a control and / or regulating unit, by means of which the operating state of the machine can be controlled and / or regulated.
  • the signals generated by the sensors are preferably transmitted to the evaluation unit by means of wireless communication, such as, for example, based on Bluetooth or WLAN technology.
  • wireless communication such as, for example, based on Bluetooth or WLAN technology.
  • the transmitting unit receives signals from the sensors and transmits them wirelessly to the receiving unit, which in turn receives them and transmits them to the evaluation unit.
  • the evaluation unit is completely decoupled from the high mechanical loads that occur in the roll cover during operation of the machine. This significantly increases the reliability of the system. It is conceivable in this context that the transmitting unit is arranged, for example, in the region of one of the side covers of the roller or inside the roller core. The first of the two exemplary variants is particularly preferred here, since the transmitting unit is thereby very easily accessible for any type of assembly, maintenance and / or repair work.
  • the sensors are also advantageously connected via an electrical and / or optical cable connection with the transmitting unit, in which case optical and / or electrical components can be interposed between the sensors and the transmitting unit in which the signals generated by the sensors are further processed before they to the Sending unit to be forwarded.
  • the receiving unit which is arranged outside the roller with the sensors can, for example, be located in the control room of the machine or can also be arranged, for example, on a carriage, for mobile use.
  • the control and / or regulating unit is preferably formed in that it ensures that the temperature in the roll cover does not rise above a defined critical temperature value.
  • at least one of the sensors is a temperature sensor with which a signal representing the temperature in the roll reference is measured.
  • the control and / or regulating unit communicating with the temperature sensor is in this case designed such that, depending on the measured temperature value, it outputs at least one control signal influencing the operating state of the machine in such a way that by changing the operating state of the machine an increase in the Temperature of the roll reference over a defined critical temperature value is counteracted.
  • the temperature value may, for example, be the temperature itself, as well as, for example, the temporal change in the temperature in the roll cover.
  • the control and / or regulating unit can, for example, influence one or more actuators and / or motors and the like which communicate with it, which influence the operating state of the machine.
  • the actuator (s) or the production speed of the machine and / or the pressure profile in the roll nip and / or the position of the two rolls of the roll nip can be controlled and / or regulated to one another by the actuator (s).
  • the at least one temperature sensor can continuously, ie at any desired time interval, such as. Every 5-20 seconds, output a temperature signal to the control and / or regulating unit.
  • At least one control signal can be output by the control and / or regulating unit in response to each temperature signal in order to continuously adapt the operating state to the temperature signal.
  • the control and / or regulating unit outputs a control signal only when a critical temperature value is exceeded.
  • the roll nip may also be part of a press section for dewatering the fibrous web or part of a commissioned work for applying a pasty or liquid medium to the fibrous web or part of a calender for smoothing the fibrous web.
  • It shows 1 shows a roller according to the invention with sensors in section in the radial direction of the roller
  • FIG. 3 shows the roller of Figures 1, 2 or 4 in a with a
  • Figure 4 shows another embodiment of a roll according to the invention.
  • the roller 1 shown in FIG. 1 has a cylindrical roller core 2 whose lateral surface is surrounded by a roller coating comprising a functional layer 3 and a connecting structure 4.
  • the connecting structure 4 is arranged radially between the roller core 2 and the functional layer 3 and on the roller core and, in the present case, comprises only one connecting layer 17. Furthermore, the roller RX faces in the radial direction considered outside lying lateral surface of the functional layer 3 a can be brought into contact with a material web or a clothing contact surface 5 ready.
  • the roll cover several pressure and / or temperature sensitive sensors 6 are embedded, which are arranged in the connection layer 17, wherein these are formed as fiber optic sensors 6 in the form of fiber Bragg grating sensors 6.
  • sensors in the circumferential direction of the roller are arranged at a plurality of three spaced apart positions by 90.degree.
  • each sensor row 7 is arranged in a circumferential position, the sensors 6 on one are arranged in the axial direction AX of the roller extending straight lines one behind the other and spaced from each other.
  • each sensor row 7 is formed by an optical waveguide 8 made of glass fiber, in which the sensors 6 are incorporated.
  • the connection layer 17 has a thickness D in the radial direction RX of the roller, the sensors 6 being arranged in the radial direction RX at a height H in the connection layer 4 which corresponds to 80% of the thickness D of the connection layer 17.
  • connection layer 17 forming the connection structure 4 in the present case has a thickness of 5 mnn
  • the sensors 6 are arranged at a height of 4 mnn above the lateral surface of the roller core 2.
  • the functional layer also has a thickness of 12mnn.
  • the bonding layer 17 consists in the present embodiment of several layers of helically wound and impregnated with epoxy glass fibers and has a hardness of 90 Shore D.
  • the functional layer 3 is in the present embodiment of polyurethane and has a hardness of 90 Shore A. Thus, the hardness of Bonding layer 17 higher than the hardness of the functional layer. 3
  • the sensor roller 1 further comprises a signal processing unit 9, which is arranged outside the roller cover in the region of a roller cover 2 laterally delimiting the roller core 10 and is part of the sensor roller 1.
  • the signal processing unit 9 comprises a power supply unit (not shown), a mutiplexer and a transmission unit 1 1.
  • signals of the sensors 6 can be transmitted wirelessly (indicated by a double arrow) to a receiving unit 12 arranged outside the roller 1, which is part of an evaluation unit 14 comprising a control and / or regulating unit 13 and connected to the control and / or or control unit 13 communicates.
  • the control and / or regulating unit 13 the operating state of a paper machine can be controlled and regulated, to which the sensor roller 1 belongs and within which the sensor roller 1 with a counter-roller 15 forms a roller nip 16.
  • the roller 1 ' shown in FIG. 4 has a cylindrical roller core 2 ' whose lateral surface is surrounded by a roller coating comprising a functional layer 3 ' and a connecting structure 4 ' .
  • the connecting structure 4 ' is arranged radially between the roller core 2 ' and the functional layer 3 ' and on the roller core 2 ' and, in the present case, comprises a first connection layer 17 arranged on the roller core 2 ' Hard rubber having a hardness in the range of 76-86 Shore D and a second bonding layer 18 made of rubber having a hardness of 5-10 P & J, the radially between the first connection layer 17 and the functional layer 3 '
  • the radial direction RX of the roller considered outer circumferential surface of the functional layer 3 'is a contact surface 5 ' which can be brought into contact with a material web or a clothing.
  • each sensor row 7 is arranged in a circumferential position, whose sensors 6 are arranged in the axial direction AX the roller are arranged one behind the other and spaced from each other, wherein the sensors 6 ' in the circumferential direction of the roller 1 ' viewed in an area are arranged, which has a maximum width of 5cm in the circumferential direction.
  • each sensor row 7 ' is formed by an optical waveguide 8 ' made of glass fiber, in which the sensors 6 ' are incorporated.
  • the functional layer 3 ' consists in the present embodiment of rubber and has a hardness of 30 P & J. Thus, the hardness of the bonding layers 17, 18 is higher than the hardness of the functional layer 3 ' .

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)

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 Verbindungsstruktur (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 Sensoren (6) eingebettet sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren in der Verbindungsstruktur (4) oder an der Grenzfläche zwischen der Verbindungsstruktur (4) und der Funktionsschicht (3) angeordnet sind.

Description

WALZE MIT SENSOREN FÜR EINE MASCHINE ZUR HERSTELLUNG UND/ODER VERARBEITUNG EINER MATERIALBAHN UND MASCHINE ZUR HERSTELLUNG UND/ODER VERARBEITUNG
EINER MATERIALBAHN
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 US5,562,027 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 Materialzusammensetzungsich 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 1 mm 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 Ι ΟΌμιτι bis δΟΌμιτι 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, Gunnnni 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.
2. Gummi; Gummi; Gummi; Hartgummi;
VerbindungsDicke=1- Dicke=1- Dicke=1- Dicke=1- schicht 10mm; 10mm; 10mm; 10mm;
Härte=5-10 Härte=5-10 Härte=5-10 Härte=76-86
P&J P&J P&J Shore D
Gummi;
3. Dicke=1-
Verbindungs10mm;
schicht Härte=5-10
P&J
Position Innerhalb 1. Grenzfläche 1 . Grenzfläche 1 . Innerhalb 1. Grenzfläche 1 . Innerhalb 1.
Sensoren Verbindungszu 2. zu 2. oder 2. zu 2. Verbindungsschicht VerbindungsVerbindungsVerbindungsVerbindungsschicht
schicht schicht schicht 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 750μηη, besonders bevorzugt maximal δΟΌμηη, ganz besonders bevorzugt von maximal 30Όμηη. 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 50Όμηη oder weniger, bevorzugt 250μηη 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-Iine, 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 5-20Sekunden, 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 Figur 1 eine erfindungsgemäße Walze mit Sensoren im Schnitt in radialer Richtung der Walze,
Figur 2 die Walze der Figur 1 in einer Schnittebene in axialer Richtung
der Walze,
Figur 3 die Walze der Figuren 1 , 2 oder 4 in einer einen mit einer
Gegenwalze bildenden Walzennipkonfiguration und
Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Walze mit
Sensoren im Schnitt in radialer Richtung der Walze.
Die in der Figur 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 Figuren 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 Figuren 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 5mnn hat, sind die Sensoren 6 in einer Höhe von 4mnn über der Mantelfläche des Walzenkerns 2 angeordnet. Die Funktionsschicht hat ferner eine Dicke von 12mnn.
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 1 1 .
Mittels der Sendeeinheit 1 1 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 Figur 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 Figur 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 Figur 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'.

Claims

Patentansprüche
1 . 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 .
2. Walze nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige, vorzugsweise alle der Sensoren (6) faseroptische Sensoren (6), insbesondere Faser-Bragg-Gitter (6), sind.
3. 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.
4. Walze nach zumindest einem der Ansprüche 1 -2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstrukltur mehrere Verbindungsschichten umfasst oder dass die Verbindungsstruktur nur eine Verbindungsschicht umfasst.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. Walze nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innerste Verbindungsschicht aus Hartgummi gebildet ist oder als wesentlichen Bestandteil Hartgummi umfasst.
10. 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.
1 1 . 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
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