EP4731828A1 - System und verfahren zum erfassen von sensordaten in einem raumsegment im bereich einer sich bewegenden baugruppe - Google Patents

Abstract

System und Verfahren zum Erfassen von Sensordaten in einem Raumseg- ment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe Die Erfindung betrifft ein System (100) zum Erfassen von Sensordaten (370) in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder einer Produktionsanlage, umfassend eine Energieerzeugungseinheit (200), eine Sensoreinheit (300), eine Kommunikationseinheit (400) und eine Datenverarbeitungseinrichtung (500); wobei die Energieerzeugungseinheit (200) ein Thermoelement (210) und ein Energiespeichermodul (250) umfasst und ausgebildet ist, die Sensoreinheit (300) mit Energie zu versorgen; wobei das Thermoelement (210) einen in dem Raumsegment während des Betriebs der Maschine oder der Produktionsanlage auftretenden Temperaturgradienten zur Energieerzeugung nutzt; wobei das Energiespeichermodul (250) ausgebildet ist, die Sensoreinheit (300) mit Energie zu versorgen; wobei das Thermoelement (210) einen während des Betriebs der Maschine oder Produktionsanlage in dem Raumsegment auftre- tenden Temperaturgradienten zur Energieerzeugung nutzt; wobei das Energiespeichermodul (250) dazu ausgebildet ist, die elektrische Energie zu speichern und bei Bedarf an die Sensoreinheit (300) abzugeben; wobei die Sensoreinheit (300) einen oder mehrere Sensoren (350) umfasst und ausgebildet ist, Sensordaten (370) von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment zu erfassen; und wobei die Kommunikationseinheit (400) ausgebildet ist, die Sensordaten (370) an die Datenverarbeitungseinrichtung (500) zur weiteren Verarbeitung weiterzuleiten.

Description

System und Verfahren zum Erfassen von Sensordaten in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Erfassen von Sensordaten in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder einer Produktionsanlage, eine Trockenpartie, einen Kalander und ein Computerprogrammprodukt.

In einer Maschine zur Herstellung oder Behandlung einer Faserstoffbahn wird die feuchte Faserstoffbahn, z. B. eine Papier- oder Zellstoffbahn, in einer Trockenpartie getrocknet, indem sie abwechselnd über beheizte Zylinder und anschließend über eine kurze Strecke über eine Umlenkrolle geführt wird, um die in der Faserstoffbahn enthaltene Flüssigkeit zu verdampfen. Nach dem Ablösen der Faserstoffbahn vom beheizten Trockenzylinder bildet sich zwischen dem Trockenzylinder und der Faserstoffbahn ein Raumsegment bzw. Zwischenraum, der auch als Tasche bezeichnet wird. Im Bereich der Tasche kann eine Abstreifvorrichtung wie z.B. ein Schaber vorgesehen sein, um Ablagerungen auf dem Trockenzylinder zu entfernen. Außerdem verhindert die Abstreifvorrichtung insbesondere bei Produktionsstörungen ein Umschlingen des Trockenzylinders durch die Faserstoffbahn.

Vergleichbare Taschen bilden sich auch bei Glätteinrichtungen wie Kalandern, insbesondere bei Mehrwalzenkalandern, bei denen die Faserstoffbahn zum Glätten nacheinander durch mehrere Walzenspalte geführt wird.

In beiden Anwendungsfällen ist eine möglichst genaue Kenntnis der Bedingungen in diesen Taschen für den Anlagenbetreiber sehr hilfreich. Dies betrifft insbesondere die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und die Strömungsverhältnisse der Luft in den Taschen. Messungen in diesen Taschen sind jedoch aufgrund der beengten Platzverhältnisse, der rauen Umgebungsbedingungen etc. nicht ganz einfach.

Die DE 43 12 485 A1 offenbart eine Zweizug-Trockenpartie für Papierbahnen, bei der zur Unterdrückung störender Einflüsse auf die freien Zugstrecken zwischen der oberen und der unteren Zylinderreihe sich über die Breite der Papierbahn erstreckende Stabilisatoren vorgesehen sind, an denen die Papierbahn über ein sich ausbildendes Luftpolster abgestützt ist.

Die DE 40 37 423 A1 offenbart eine Trockenpartie einer Papiermaschine besteht aus einer einreihigen Trockengruppe mit mehreren Trockenzylindern, einem oberen Stützband und unteren Umlenkwalzen sowie einer benachbarten, ebenfalls einreihigen Trockengruppe mit Trockenzylindern, einem unteren Trockensieb und oberen Umlenkwalzen. Dadurch kommen nacheinander beide Bahnseiten in direkten Kontakt mit den Trockenzylindern. Die Trockenzylinder und die Umlenkwalzen sind auf zwei horizontal in Maschinenlängsrichtung verlaufenden Längsträgern abgestützt.

Die DE 10 2009 016 176 A1 offenbart einen Schaberbalken aus faserverstärktem Kunststoffverbundmatenal mit einem Klingenhalter zur Befestigung der eine Walze reinigenden Schaberklinge. Am Schaberbalken ist eine Anschlussstelle für Sensoren vorgesehen. Da sich der Schaberbalken über die gesamte Breite der Walze erstreckt, kann an jeder beliebigen Stelle in Breitenrichtung ein Sensor vorgesehen werden. Neben dem mechanischen Anschluss können die erforderlichen Schnittstellen für die Steuerung, die Stromversorgung und die Versorgung der Aktoren mit Antriebsmedium (z.B. Druckluft) vorgesehen werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, Möglichkeiten zur verbesserten Erfassung der Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Feuchte, Strömung, etc. in einem Raumsegment wie einer Tasche im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder einer Produktionsanlage zu schaffen, die einfach zu implementieren und flexibel einsetzbar sind sowie eine stabile Energieversorgung zur zuverlässigen Erfassung der Sensorsignale durch eine Sensoreinheit bereitstellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich eines Systems durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 , hinsichtlich eines Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 8, hinsichtlich einer Trockenpartie durch die Merkmale des Anspruchs 14, hinsichtlich eines Kalanders durch die Merkmale des Anspruchs 15, und hinsichtlich eines Computerprogrammproduktes durch die Merkmale des Anspruchs 16 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.

Bei der vorliegenden Erfindung wird der Temperaturgradient in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe, die insbesondere als Trockenzylinder in einer Faserstoffmaschine oder als rotierende Walze in einem Kalander ausgebildet ist, durch ein Thermoelement genutzt, um thermische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die elektrische Energie wird in einem Energiespeichermodul, das insbesondere als Batterie oder Kondensator ausgebildet ist, gespeichert und kann von einer Sensoreinheit zur Erfassung von Sensorsignalen von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment, das insbesondere als Tasche ausgebildet ist, abgerufen werden.

Da die Zeitabstände für die Erfassung von Sensorsignalen der Messparameter in einem Bereich von 15 bis 60 Minuten liegen, reicht die von dem Thermoelement erzeugte Energiemenge für die Versorgung eines Sensors aus. Insbesondere kann eine Messeinrichtung mit einer Energieerzeugungseinheit, einer Sensoreinheit und einer Kommunikationseinheit als mobiles Gerät ausgebildet sein, das mit unterschiedlichen Baugruppen verbunden werden kann. Dadurch wird eine hohe Flexibilität erreicht und es können Kosten eingespart werden, da nicht für jede Baugruppe eine separate Messeinrichtung vorgesehen werden muss.

Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein System zum Erfassen von Sensordaten in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder einer Produktionsanlage bereit. Das System umfasst eine Energieerzeugungseinheit, eine Sensoreinheit, eine Kommunikationseinheit und eine Datenverarbeitungseinrichtung. Die Energieerzeugungseinheit umfasst ein Thermoelement und ein Energiespeichermodul und ist ausgebildet, die Sensoreinheit mit Energie zu versorgen, wobei das Thermoelement einen während des Betriebs der Maschine oder Produktionsanlage in dem Raumsegment auftretenden Temperaturgradienten zur Energieerzeugung nutzt und das Energiespeichermodul dazu ausgebildet ist, die erzeugte elektrische Energie zu speichern und bei Bedarf an die Sensoreinheit abzugeben. Die Sensoreinheit umfasst einen oder mehrere Sensoren und ist ausgebildet, Sensordaten von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment zu erfassen. Die Kommunikationseinheit ist ausgebildet, die Sensordaten an die Datenverarbeitungseinrichtung zur weiteren Verarbeitung weiterzuleiten.

Es kann vorgesehen sein, dass das System ein Gehäuse umfasst, in dem die Energieerzeugungseinheit, die Sensoreinheit und die Kommunikationseinheit angeordnet sind; wobei das Gehäuse mit einer in dem Raumsegment angeordneten Befestigungsvorrichtung fest oder lösbar verbindbar ist.

Dies ermöglicht ein portables System: An mehreren Stellen entlang der Papiermaschine können geeignete Haltevorrichtungen für das Messystem vorgesehen sein. Bei einem Stillstand der Maschine, der geplant alle paar Tage stattfindet, kann das Messystem schnell und einfach von Position 1 zu Position 2 transportiert werden. Es müssen dazu keine Kabel oder sonstige Infrastruktur verlegt werden. Somit eignet sich das System sehr gut zum Troubleshooting.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die sich bewegende Baugruppe als Trockenzylinder der Trockenpartie einer Faserstoffmaschine ausgebildet ist und das Raumsegment eine Tasche zwischen dem Trockenzylinder und einer Faserstoffbahn bildet. Die Faserbahn kann dabei durch eine Bespannung, z.B. ein Trockensieb gestützt sein.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die sich bewegende Baugruppe als Walze eines Kalanders ausgebildet ist und das Raumsegment eine Tasche zwischen der Walze und einer Faserstoffbahn bildet. Sowohl im Bereich der Trockenpartie als auch des Kalanders sind Schaber zum Reinigen der Zylinder bzw. Walzen vorgesehen. Solche Schaber sind an sogenannten Schaberbalken befestigt, die sich über die gesamte Breite der Maschine erstrecken. Es kann vorteilhaft sein, wenn das er-findungsgemäße System ganz oder teilweise an einem solchen Schaberbalken befestigt ist bzw. befestigt werden kann.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass an mehreren Schaberbalken einer Trockenpartie geeignete Haltevorrichtungen für das Messystem vorgesehen sind, so dass mit einem einzelnen Messsystem nacheinander an verschiedenen Stellen der Trockenpartie die Bedingungen der Taschenluft ermittelt werden können.

In bevorzugten Ausführungen kann die Sensoreinheit zwischen 1 m und 3m, beispielsweise 2m vom Rand der Maschine -bevorzugt vom führer-seitigen Rand der Maschine angeordnet sein. Dieser Abstand ist vorteilhaft, da die Position nahe genug am Rand ist, um die Sensoreinheit - ggf. in Form eines Gehäuses, in dem die Energieerzeugungseinheit, die Sensoreinheit und die Kommunikationseinheit angeordnet sind- bei einem kurzen Maschinenstillstand von außen einführen zu können. Andererseits ist die Position weit genug vom Rand entfernet, um sicherzustellen, dass die Messung nicht durch unerwünschte äußere Einflüsse verfälscht wird.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Energiespeichermodul als Batterie oder Kondensator ausgebildet ist.

Insbesondere ist zumindest ein Sensor der Sensoreinheit als Temperatursensor und/oderals Feuchtesensor und/oder als Strömungssensor ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sensoreinheit dazu eingerichtet ist, sowohl Temperatur und Feuchte zu Messen. Dadurch wird die Bestimmung der relativen Feuchte bzw. des Taupunkts der Taschenluft möglich. Die Kenntnis dieser Größe kann insbesondere im Hinblick auf eine verbesserte Steuerung oder Regelung nützlich sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet ist, Ausgabedaten aus den Sensordaten zu generieren, wobei die Ausgabedaten in Form von Bildern, Grafiken, Diagrammen, Hologrammen, Zahlenreihen, Power Point-Präsentationen und/oder Audiosequenzen wie akustischen Warnsignalen oder Sprachnachrichten ausgebildet sein können, insbesondere zur Darstellung eines Temperatur-, Feuchte- und/oder Strömungsprofils bzw. des Verlaufs der entsprechenden Werte über die Zeit; sowie von Pro- zessparametern der Maschine oder Produktionsanlage.

Insbesondere verwendet die Datenanalyseeinrichtung eine Softwareapplikation mit Algorithmen der künstlichen Intelligenz für die Analyse und Bearbeitung der Sensordaten, wobei die Algorithmen der künstlichen Intelligenz Deep Learning mit neuronalen Netzwerken und/oder Transformern mit Encodern und Decodern und/oder Lernverstärkungs-Agenten (LV - Reinforcement Learning Agent) umfassen.

Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen von Sensordaten in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder Produktionsanlage bereit. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

- Erzeugen von Energie mittels einer Energieerzeugungseinheit mit einem Thermoelement und einem Energiespeichermodul, wobei das Thermoelement einen während des Betriebs der Maschine oder Produktionsanlage in dem Raumsegment auftretenden Temperaturgradienten zur Energieerzeugung nutzt und in elektrische Energie umwandelt und an das Energiespeichermodul weiterleitet, und wobei das Energiespeichermodul die elektrische Energie speichert;

- Versorgen einer Sensoreinheit mit Energie von dem Energiespeichermodul;

- Erfassen von Sensordaten von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment durch einen oder mehrere Sensoren der Sensoreinheit; - Weiterleiten der Sensordaten von einer Kommunikationseinheit zu einer Datenverarbeitungseinrichtung;

- Verarbeiten der Sensordaten in der Datenverarbeitungseinrichtung.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die sich bewegende Baugruppe als Trockenzylinder einer Faserstoffmaschine ausgebildet ist und das Raumsegment eine Tasche zwischen dem Trockenzylinder und einer Faserstoffbahn bildet, oder dass die sich bewegende Baugruppe als Walze eines Kalanders ausgebildet ist und das Raumsegment eine Tasche zwischen der Walze und einer Faserstoffbahn bildet.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest ein Sensor der Sensoreinheit als Temperatursensor, als Feuchtesensor oder als Strömungssensor ausgebildet ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet ist, aus den Sensordaten Ausgabedaten zu erzeugen, wobei die Ausgabedaten in Form von Bildern, Grafiken, Diagrammen, Hologrammen, Zahlenreihen, Power-Point-Präsentationen und/oder Audiosequenzen, wie akustische Warnsignale oder Sprachnachrichten ausgebildet sein können, insbesondere zur Darstellung eines Temperatur-, Feuchte- und/oder Strömungsprofils -bzw. des zeitlichen Verlaufs dieser Werte- sowie von Prozessparametern der Maschine oder Produktionsanlage, und auf einem Ausgabemodul ausgegeben und/oder an mindestens ein Steuergerät der Maschine oder Produktionsanlage weitergeleitet werden.

Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Sensordaten dazu verwendet werden, die Trockenpartie oder den Kalander zu steuern oder zu regeln. So kann in der Trockenpartie beispielsweise der Dampfdruck in den entsprechenden Trockenzylindern angepasst werden. Ist z.B. die Taschenluft vollkommen mit Feuchtigkeit gesättigt, kann evtl, der Dampfdruck reduziert werden (und somit Energie und Kosten gespart werden), ohne die Trocknungsleistung zu reduzieren. Zudem kann so die Gefahr der Kondensation vermieden werden.

Alternativ kann bei einer sehr niedrigen relativen Feuchte der Taschenluft durch eine Erhöhung des Dampfdrucks die Trocknungsleistung gesteigert werden.

Gemäß einem dritten Aspekt stellt die Erfindung eine Messvorrichtung zum Erfassen von Sensordaten in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder einer Produktionsanlage bereit. Die Messvorrichtung umfasst ein Gehäuse, in dem eine Energieerzeugungseinheit, eine Sensoreinheit und eine Kommunikationseinheit angeordnet sind, wobei das Gehäuse mit einer in dem Raumsegment angeordneten Befestigungsvorrichtung fest oder lösbar verbindbar ist.

Vorteilhafte Ausführung einer Steuerung bzw. Regelung

Das Luftsystem in der Trockenpartie einer Papiermaschine hat einen großen Einfluss auf den Gesamtenergieverbrauch der Papiermaschine. Ein optimales System erfordert die Messung mehrerer Parameter. Die meisten dieser Parameter sind jedoch aufgrund der extremen Bedingungen in der Trockenpartie (Feuchtigkeit, Temperatur, etc.) messtechnisch nicht zugänglich. Die meisten elektronischen Geräte und Sensoren sind unter diesen Bedingungen nämlich nicht funktionsfähig. Die derzeitige Art der Regelung basiert auf physischen und manuellen Messungen an der Haube, wo weniger extreme Bedingungen herrschen, und ist daher nicht optimal.

Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung generierten Sensordaten können dazu verwendet werden, eine deutlich verbesserte Steuerung bzw. Regelung der Trockenpartie zu realisieren, und damit eine signifikante Energieeinsparung durch Reduzierung des Dampfverbrauchs etc. zu ermöglichen. Dabei kann eine Kombination aus physikalischen und virtuellen Messungen zum Einsatz kommen..

Die vorgeschlagene Lösung besteht aus zwei Teilen:

Erster Teil:

Physikalische und/oder virtuelle Messung wichtiger Parameter, wie z.B.

Feuchte (absolut oder relativ) in den Taschen und/oder Temperatur in den Taschen und/oder Luftdruck in den Taschen und/oder Luftdurchsatz in den Taschen.

Zweiter Teil:

Steuerung der Luftzufuhr und/oder des Abluftsystems der Trockenhaube und/oder der Dampfzufuhr mit Signalen, die von einer oder mehreren der Messungen aus dem ersten Teil stammen Mit den im Rahmen dieser Anmeldung vorgeschlagenen Messsystemen ist es nun nämlich möglich, die aktuellen Bedingungen in den Taschen direkt zu ermitteln, und diese zur Steuerung und Regelung der Trockenpartie zu verwenden. Um diese Bedingungen entlang der ganzen Trockenpartie zu ermitteln, kann in jeder der Taschen, oder zumindest in einer Mehrzahl der Taschen ein geeignetes Messystem installiert werden.

Häufig sind die Trockenpartien in Papiermaschinen jedoch sehr lang, und umfassen Dutzende von Trockenzylindern. Eine Vollausstattung mit Messystemen ist daher sehr aufwändig und teuer. Daher kann die Verwendung eines hybriden Systems sehr vorteilhaft sein.

Bei einem solchen hybriden System werden physikalische Messungen mittels Sensoren gemäß Aspekten der Erfindung mit virtuellen Sensoren kombiniert.

Solche virtuellen Sensoren können die entsprechenden Werte wie Feuchte (absolut oder relativ) in den Taschen und/oder Temperatur in den Taschen und/oder Luftdruck in den Taschen und/oder Luftdurchsatz in den Taschen mittels einer Modellierung und mit Hilfe von Messdaten der Papiermaschine (z.B. Maschinengeschwindigkeit, Papiersorte, Dampfverbrauch etc.) ermitteln.

Die physikalischen Messwerte können dann dazu verwendet werden, das Modell, bzw. die virtuellen Messwerte insbesondere laufend und online zu validieren, und gegebenenfalls neu zu kalibrieren, wenn z.B. ein Drift der beiden Werte beobachtet wird.

Die Anzahl der verwendeten physikalischen Sensoren kann dabei variieren. So kann beispielsweise in der gesamten Trockenpartie ein einziger physikalischer Sensor vorgesehen sein. Eine weitere mögliche Ausführung kann sein, dass pro Trockengruppe ein physikalischer Sensor vorgesehen ist. Dies kann für die Kalibrierung der virtuellen Sensoren vorteilhaft sein, da sich die verfahrenstechnischen Bedingungen entlang der Trockenpartie deutlich ändern, und daher eine Mehrzahl von Sensoren die Kalibrierung des Modells und damit die Güte der virtuellen Sensoren deutlich verbessern können. Auch andere Anzahlen von physikalischen Sensoren sind möglich.

Durch die deutliche Reduzierung der Anzahl der physikalischen Sensoren ist dies eine kostengünstige Lösung zur Messung der Taschenfeuchte bzw. einer Lösung zur kontinuierlichen Bestimmung der wichtigsten Parameter im Trockner und mit hoher Präzision auf der Ebene direkt innerhalb der Trockenpartie auf Trockenzylinderebene.

Der zweite Teil der Lösung besteht darin, diese Messung zu nutzen, um die Zu- und/oder Abluftventilatoren so zu steuern, dass sie mit einer optimalen Einstellung laufen (wenn die Feuchtigkeit zu niedrig ist, laufen die Ventilatoren mit einer niedrigeren Geschwindigkeit, was den Stromverbrauch senkt). Eine andere Möglichkeit der Steuerung ist eine feste Einstellung der Zu- und Abluftventilatoren. Wenn die Temperatur hoch und die Feuchtigkeit niedrig ist, kann der Dampfdruck reduziert werden, um die Temperatur zu senken und die Feuchtigkeit im akzeptablen Bereich zu halten, was zu einem geringeren Dampfverbrauch und Energieeinsparungen führt. In einem zweiten Schritt werden diese Messungen verwendet, um den Energieverbrauch auf der Ebene der Trockenzylinder zu bestimmen und eine Kontrollstrategie auf der Ebene der Trockenzylinder und somit ein effektiveres Kontrollsystem zur Reduzierung des Energieverbrauchs zu entwickeln.

Es wird also ein Verfahren vorgeschlagen, bei die Trockenpartie dadurch geregelt oder gesteuert wird, dass die Trockenpartie eine erste Anzahl von Trockenzylindern umfasst, bei der bei jedem Trockenzylinder in der zugehörigen Tasche Sensordaten von Messparametern erfasst werden, und die Trockenpartie zudem eine zweite Anzahl von Trockenzylindern umfasst, bei denen die Messparameter in der zugehörigen Tasche über einen virtuellen Sensor ermittelt werden, und wobei der virtuelle Sensor durch die als Sensordaten erfassten Messparameter validiert, und insbesondere laufend und online kalibriert wird.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass zumindest einige, bevorzugt alle Trockenzylinder der ersten Anzahl gleichzeitig auch Trockenzylinder der zweiten Anzahl sind. Für solche Zylinder werden die Messparameter also sowohl physikalisch gemessen als auch über den virtuellen Sensor bestimmt. Durch direkten Vergleich dieser Werte ist eine Validierung und Kalibrierung des virtuellen Sensors sehr einfach möglich.

Gemäß einem vierten Aspekt stellt die Erfindung einen Trockenzylinder für eine Faserstoffmaschine bereit. Der Trockenzylinder weist einen Identifikationscode auf, der von einer Ausleseeinheit einer Messvorrichtung und/oder einer Benutzerschnittstelle auslesbar ist, und wobei der Identifikationscode als Transponder mit einem RFID-Chip bzw. NFC-Chip (Near Field Communication) oder als QR-Code ausgebildet ist.

Gemäß einem fünften Aspekt stellt die Erfindung eine Walze für einen Kalander bereit. Die Walze umfasst einen Identifikationscode, der von einer Ausleseeinheit einer Messvorrichtung und/oder einer Benutzerschnittstelle auslesbar ist, und wobei der Identifikationscode als Transponder mit einem RFID-Chip bzw. NFC-Chip (Near Field Communication) oder als QR-Code ausgebildet ist.

Gemäß einem sechsten Aspekt stellt die Erfindung ein Computerprogrammprodukt bereit, das einen ausführbaren Programmcode umfasst, der das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt ausführt. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Dabei zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Trockenpartie einer Faserstoffmaschine;

Figur 2 eine schematische Darstellung von Walzen eines Kalenders;

Figur 3 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems;

Figur 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung;

Figur 5 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Figur 6 eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts.

Zusätzliche Kennzeichen, Aspekte und Vorteile der Erfindung oder ihrer Ausführungsbeispiele werden durch die ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen ersichtlich.

Fig. 1 zeigt eine Trockenpartie 10 einer Faserstoffmaschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn 20. Eine Faserstoffmaschine ist eine Maschine, die hauptsächlich zur Herstellung von Papier und Karton verwendet wird. Sie besteht aus mehreren Abschnitten, die nacheinander durchlaufen werden. Zunächst wird das Altpapier zerfasert und zu einer homogenen Masse vermischt. Diese Masse wird dann mit Wasser verdünnt und auf ein endloses Sieb gegossen, wo das überschüssige Wasser abfließen kann. Der verbleibende Stoff wird durch Pressen und Trocknen zum fertigen Papier oder Karton weiterverarbeitet. Eine Faserstoffmaschine ist in der Regel sehr groß und technisch komplex, so dass zur Erzielung einer hohen Qualität des Endprodukts eine genaue Steuerung und Überwachung erforderlich ist.

Die Trockenpartie 10 ist der letzte Abschnitt einer Faserstoffmaschine. Hier wird das fertige Papier getrocknet. Die Trockenpartie besteht aus einer Reihe von beheizten Trockenzylindern, die das feuchte Papier aufnehmen und ihm durch Rotation die Feuchtigkeit entziehen. Die Trockenpartie ist in mehrere Abschnitte unterteilt, um eine allmähliche und gleichmäßige Trocknung des Papiers zu gewährleisten. Während des Trocknungsprozesses muss das Papier eine hohe Festigkeit entwickeln, damit es nicht bricht oder reißt. Die Trockenpartie kann auch mit speziellen technologischen Lösungen wie Luftdüsen, Absaugvorrichtungen und Sprühdüsen ausgestattet werden, um die Trocknung zu beschleunigen und die Qualität des Endprodukts zu verbessern. Am Ende der Trockenpartie wird das Papier aufgewickelt und für den Versand oder die Weiterverarbeitung vorbereitet. Die Trockenpartie spielt somit eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von qualitativ hochwertigem Papier und Karton.

In der Faserstoffmaschine wird die feuchte Faserstoffbahn 20, z. B. eine Papieroder Zellstoffbahn, in der Trockenpartie 10 getrocknet, indem sie abwechselnd über beheizte Trockenzylinder 30 und anschließend über eine kurze Strecke über eine Umlenkrolle 40 geführt wird, um die in der Faserstoffbahn 20 enthaltene Flüssigkeit zu verdampfen. Nach dem Ablösen der Faserstoffbahn 20 vom beheizten Trockenzylinder 30 bildet sich zwischen dem Trockenzylinder 30 und der Faserstoffbahn 20 ein Zwischenraum, der auch als Tasche 50 bezeichnet wird. Im Bereich der Tasche 50 kann eine Abstreifvorrichtung 70 wie z.B. ein Schaber vorgesehen sein, um Ablagerungen auf dem Trockenzylinder 30 zu entfernen. Außerdem verhindert die Abstreifvorrichtung 70 insbesondere bei Produktionsstörungen ein Umschlingen des Trockenzylinders 30 durch die Faserstoffbahn 20. Solche Schaber sind an sogenannten Schaberbalken befestigt, die sich über die gesamte Breite der Maschine erstrecken. Es kann vorteilhaft sein, wenn das erfindungsgemäße System ganz oder teilweise an einem solchen Schaberbalken befestigt ist bzw. befestigt werden kann. Dabei kann die Sensoreinheit zwischen 1 m und 3m, beispielsweise 2m vom Rand der Maschine -bevorzugt vom führerseitigen Rand der Maschine angeordnet sein.

Fig. 2 zeigt einen Kalander 80 mit mehreren Walzen 90, zwischen denen eine Faserstoffbahn 20 hindurchgeführt wird. Ein Kalander ist eine Maschine zum Glätten von Materialien, die im Allgemeinen aus zwei oder mehr rotierenden Walzen 90 besteht, die mit kontrolliertem Druck gegeneinander gedrückt werden. Das Material, z. B. Papier, Karton, Folie oder Gewebe, wird zwischen den Walzen 90 hindurchgeführt und durch den von den Walzen 90 ausgeübten Druck geglättet. Die Walzen 90 können verschiedene Oberflächenmuster oder -Strukturen aufweisen, um dem Material bestimmte Effekte oder Veredelungen zu verleihen.

In der Papierindustrie werden Kalander nach dem Papierherstellungsprozess eingesetzt, um eine gleichmäßige Dicke und Oberflächenglätte zu erzielen. Das Material läuft durch Walzen, die Druck ausüben, um die Fasern zu komprimieren und zu glätten, wodurch ein gleichmäßigeres und glatteres Blatt Papier oder Karton entsteht. In der Textilherstellung werden Kalander eingesetzt, um das Aussehen und die Struktur von Stoffen zu verbessern. Das Gewebe wird durch die Walzen geführt, auf deren Oberfläche verschiedene Muster oder Prägungen eingraviert sein können. Durch Druck und Hitze kann die Oberflächenstruktur des Gewebes verändert, Glanz erzeugt oder bestimmte Eigenschaften wie Knitterfestigkeit oder Wasserabweisung verbessert werden. Kalander sind für diese Industriezweige wichtig, um die gewünschte Qualität und die gewünschten Eigenschaften der verarbeiteten Materialien zu erzielen.

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes System 100 zur Erfassung von Sensordaten in der Tasche 50 zwischen dem Trockenzylinder 30 und der Faserstoffbahn 20. Das erfindungsgemäße System 100 umfasst eine Energieerzeugungseinheit 200, eine Sensoreinheit 300, eine Kommunikationseinheit 400, eine Datenverarbeitungseinrichtung 500 und ein Ausgabemodul 700.

Die Energieerzeugungseinheit 200, die Sensoreinheit 300, die Kommunikationseinheit 400 und die Datenverarbeitungseinrichtung 500 können jeweils mit einem Prozessor und/oder einer Speichereinheit ausgestattet sein. Die Datenverarbeitungseinrichtung 500 kann als eigenständige Rechnereinheit oder als Cloud-ba- sierte Lösung in einer Cloud-Computing-Infrastruktur ausgebildet sein. Insbesondere kann die Datenverarbeitungseinrichtung 500 in einem mobilen Endgerät integriert sein.

Im Zusammenhang mit der Erfindung kann ein „Prozessor“ z. B. eine Maschine oder eine elektronische Schaltung sein. Ein Prozessor kann insbesondere ein Hauptprozessor (engl. Central Processing Unit, CPU), ein Mikroprozessor oder ein Mikrocontroller sein, z.B. ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis oder ein digitaler Signalprozessor, möglicherweise in Kombination mit einer Speichereinheit zum Speichern von Programmbefehlen. Der Prozessor kann auch ein virtu- al isierter Prozessor, eine virtuelle Maschine oder eine Soft-CPU sein. Es kann sich beispielsweise auch um einen programmierbaren Prozessor handeln, der mit Konfigurationsschritten zur Ausführung des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestattet ist oder mit Konfigurationsschritten derart konfiguriert ist, dass der programmierbare Prozessor die erfindungsgemäßen Merkmale des Verfahrens, der Entität, der Module oder anderer Aspekte und/oder Teilaspekte der Erfindung realisiert.

Unter einer „Speichereinheit“ oder einem „Speichermodul“ und dergleichen kann im Zusammenhang mit der Erfindung z.B. ein flüchtiger Speicher in Form eines Arbeitsspeichers (engl. Random Access Memory (RAM)) oder ein permanenter Speicher wie eine Festplatte oder ein Datenträger oder z.B. ein austauschbares Speichermodul verstanden werden. Das Speichermodul kann auch eine Cloud-Spei- cherlösung sein.

Die Energieerzeugungseinheit 200 dient der Energieversorgung der Sensoreinheit 300 und enthält mindestens ein Thermoelement 210, das aus einer Temperaturdifferenz Energie erzeugt. Zur Speicherung der vom Thermoelement 210 erzeugten Energie ist ein Energiespeichermodul 250 vorgesehen. Das Energiespeichermodul 250 versorgt die Sensoreinheit 300 und die Kommunikationseinheit 400 mit elektrischer Energie. Das Energiespeichermodul 250 kann insbesondere als Batterie oder Kondensator ausgebildet sein.

Ein Thermoelement ist ein Temperaturmessgerät, das auf dem Seebeck-Effekt basiert, der auftritt, wenn die Temperaturen an zwei Punkten eines Materials unterschiedlich sind. Wenn die Materialien unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten haben, entsteht durch den Temperaturunterschied ein elektrisches Potential zwischen den Punkten. Diese Spannung kann zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden.

Ein Thermoelement besteht aus zwei Drähten aus unterschiedlichen Metallen, die in der Regel an einem Ende miteinander verbunden sind und eine Verbindungsstelle bilden. Die beiden in einem Thermoelement verwendeten Metalle werden aufgrund ihrer thermoelektrischen Eigenschaften ausgewählt, d. h. sie erzeugen als Reaktion auf Temperaturunterschiede eine Spannung. Die Verbindungsstelle, an der sich die beiden Drähte treffen, ist in der Regel der Umgebung oder dem Stoff ausgesetzt, dessen Temperatur gemessen wird. Diese Verbindungsstelle wird als Mess- oder Hot-Spot bezeichnet. Die anderen Enden der Drähte sind mit einem Messgerät oder einer Schaltung zur Temperaturmessung oder Energieerzeugung verbunden. Unterscheidet sich die Temperatur an der heißen Verbindungsstelle von der Temperatur an den anderen Enden der Drähte (den so genannten Referenz- oder kalten Verbindungsstellen), wird aufgrund des Seebeck- Effekts eine Spannung erzeugt. Diese Spannung ist proportional zur Temperaturdifferenz und kann gemessen und als Temperaturwert interpretiert werden.

Bei der Temperaturmessung wird das Thermoelement an ein Messgerät wie z.B. einen Temperaturregler oder eine Temperaturanzeige angeschlossen. Die erzeugte Spannung wird vom Messgerät mit Hilfe von Kalibrierungstabellen oder mathematischen Gleichungen, die für den Thermoelementtyp spezifisch sind, in einen Temperaturmesswert umgewandelt. Thermoelemente können auch zur Energieerzeugung eingesetzt werden. Wenn ein Temperaturunterschied zwischen den Anschlussstellen des Thermoelements besteht, wird eine Spannung erzeugt. Diese Spannung kann verwendet werden, um elektronische Geräte oder Systeme mit geringer Leistung zu betreiben. Wenn ein Thermoelement zur Energieerzeugung verwendet wird, wird der Temperaturunterschied zwischen einer heißen Quelle und einer kälteren Umgebung ausgenutzt. Wenn das Thermoelement mit einer Last verbunden ist, z.B. einem Widerstand oder einem Gerät mit niedrigem Stromverbrauch, kann die erzeugte Spannung einen kleinen Stromfluss erzeugen und die Last mit Energie versorgen. Thermoelemente, die zur Energieerzeugung verwendet werden, benötigen im Allgemeinen größere Temperaturdifferenzen und optimierte Materialien, um ihre Effizienz zu maximieren.

Das Thermoelement 210 bezieht seine Energie aus der Temperaturdifferenz, die während des Betriebes der Trockenpartie 20 einer Faserstoffmaschine oder eines Kalanders im Bereich der Tasche 50 auftritt. Diese Temperaturdifferenz kann zur Erzeugung einer Spannung im Thermoelement 210 genutzt werden. Allerdings kann damit nur eine relativ geringe Menge an elektrischer Energie pro Zeiteinheit erzeugt werden, so dass derartige Systeme für Messaufgaben an schnell laufenden Papiermaschinen in der Regel nicht effektiv eingesetzt werden können. Anders verhält es sich im Bereich der Trockenpartie 10 einer Faserstoffmaschine oder bei einem Kalander 80.

Die Temperaturverhältnisse in der Trockenpartie 10 und damit auch im Trockenzylinder 30 ändern sich nur sehr langsam. Wird der Dampfdruck im Trockenzylinder 30 verändert, um die Zylindertemperatur zu erhöhen, so vergehen mehrere Minuten, bis das Metall des Trockenzylinders entsprechend aufgeheizt ist. Eine weitere Zeitspanne vergeht, bis z.B. die Gleichgewichtstemperatur im Trockenzylinder 30 erreicht ist. Es ist daher völlig ausreichend, wenn eine Messung nur im Abstand von 15 bis 60 Minuten durchgeführt wird. Bei dieser Messfrequenz reicht die vom Thermoelement 210 erzeugte Energie für einen Sensor 350 völlig aus. Erfindungsgemäß wird somit der im Betrieb der Trockenpartie 10 oder auch eines Kalanders 80 ohnehin vorhandene Temperaturgradient zur Erzeugung des Betriebsstroms für einen Sensor 350 genutzt.

Die Sensoreinheit 300 umfasst einen oder mehrere Sensoren 350, die Sensordaten 370 von Messparametern wie der Luftfeuchtigkeit, der Temperatur und/und den Strömungsverhältnissen d der Luft messen. Insbesondere ist vorgesehen, dass gleichzeitig die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur in der Tasche 50 gemessen werden, um daraus zu berechnen, wie viel Feuchtigkeit die Luft in der Tasche 50 noch aufnehmen kann. Die Sensoren 350 sind unterschiedlich ausgebildet, insbesondere als Temperatursensor, Feuchtesensor und Luftstromsensor.

Ein Temperatursensor ist ein Messinstrument, das die Temperatur seiner Umgebung misst und in ein entsprechendes elektrisches Signal oder einen entsprechenden Ausgang umwandelt. Es gibt verschiedene Arten von Temperatursensoren, von denen jeder nach einem anderen Prinzip arbeitet. Zum Beispiel kann ein Thermoelement verwendet werden, das auf der Grundlage des Seebeck-Effekts eine Temperaturdifferenz misst und eine Spannung erzeugt. Diese Spannung ist proportional zur Temperaturdifferenz und kann gemessen werden, um die Temperatur zu bestimmen. Thermoelemente zeichnen sich durch ihren großen Temperaturbereich, ihre Robustheit und ihre schnelle Ansprechzeit aus. Eine weitere Möglichkeit sind Widerstandsthermometer (RTD). RTDs basieren auf dem Prinzip, dass sich der elektrische Widerstand eines Metalls mit der Temperatur ändert. Am häufigsten wird Platin als Sensorelement in RTDs verwendet, da es eine stabile und lineare Beziehung zwischen Widerstand und Temperatur aufweist. Wenn sich die Temperatur ändert, ändert sich der Widerstand des Platinelements, was mit einer Wheatstone-Brücke oder anderen Messschaltungen gemessen werden kann. Die Widerstandsänderung wird dann mit Hilfe von Kalibrierkurven oder RTD-spezi- fischen Gleichungen in einen Temperaturmesswert umgerechnet. Eine weitere Möglichkeit sind Thermistoren, die sich die Eigenschaft bestimmter Materialien zunutze machen, eine große Änderung des elektrischen Widerstandes mit der Temperatur aufzuweisen. Sie werden in der Regel aus Keramik oder Halbleitermaterialien hergestellt. Thermistoren können in zwei Typen unterteilt werden: PTC (positiver Temperaturkoeffizient) und NTC (negativer Temperaturkoeffizient). PTC- Thermistoren haben einen Widerstand, der mit steigender Temperatur zunimmt, während NTC-Thermistoren einen Widerstand haben, der mit steigender Temperatur abnimmt. Die Widerstands-Temperatur-Beziehung von Thermistoren ist stark nichtlinear, weshalb Kalibrierkurven oder spezielle Gleichungen für Thermistoren verwendet werden, um den Widerstand in einen Temperaturmesswert umzuwandeln.

Bei allen drei oben genannten Arten von Temperatursensoren wird das vom Sensor erzeugte elektrische Signal in der Regel durch elektronische Schaltungen oder Instrumente verstärkt, aufbereitet und verarbeitet, um eine genaue Temperaturmessung zu erhalten. Um genaue Temperaturmessungen zu gewährleisten, müssen Temperatursensoren kalibriert und Faktoren wie Eigenerwärmung, Linearität und Umwelteinflüsse kompensiert werden. Bei der Kalibrierung werden die Messwerte des Sensors mit bekannten Referenztemperaturen verglichen und die erforderlichen Anpassungen oder Korrekturen an den Messungen vorgenommen.

Ein Feuchtesensor, auch Hygrometer genannt, ist ein Gerät, das den Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft oder eines Gases misst. Es gibt verschiedene Arten von Feuchtesensoren, aber es gibt zwei gebräuchliche Prinzipien für die Feuchtemessung, die kapazitive und die resistive Feuchtemessung.

Kapazitive Feuchtesensoren messen die Kapazitätsänderung, die auftritt, wenn ein feuchteempfindliches Material Feuchtigkeit aufnimmt oder abgibt. Sie bestehen aus einer feuchteempfindlichen Schicht, in der Regel ein Polymer oder Metalloxid, die zwischen zwei leitfähigen Elektroden angeordnet ist. Die feuchteempfindliche Schicht absorbiert oder desorbiert Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft, wodurch sich die Dielektrizitätskonstante und damit die Kapazität zwischen den Elektroden ändert. Die Kapazitätsänderung wird dann mit Hilfe von Kalibrierkurven oder sensorspezifischen mathematischen Gleichungen in einen Feuchtemesswert umgerechnet. Kapazitive Feuchtesensoren werden wegen ihrer Genauigkeit, Zuverlässigkeit und ihres geringen Stromverbrauchs häufig eingesetzt. Resistive Feuchtesensoren messen die Änderung des elektrischen Widerstandes eines feuchteempfindlichen Materials bei unterschiedlichen Feuchtegraden. Das feuchteempfindliche Material ist normalerweise eine hygroskopische Substanz wie Keramik oder Polymer. Wenn der Sensor Feuchtigkeit aufnimmt oder abgibt, ändert sich der elektrische Widerstand des Materials. Die Widerstandsänderung wird dann mit einer Messschaltung, z. B. einer Wheatstone-Brücke, gemessen und mit Hilfe von Kalibrierkurven oder Gleichungen, die speziell für den Sensor gelten, in einen Feuchtemesswert umgewandelt. Resistive Feuchtesensoren sind relativ einfach und kostengünstig, können aber Einschränkungen hinsichtlich Genauigkeit und Langzeitstabilität aufweisen.

Feuchtesensoren müssen kalibriert werden, um Faktoren wie Temperatur, Drift und Hysterese zu kompensieren und genaue Feuchtemesswerte zu gewährleisten. Bei der Kalibrierung werden die Messwerte des Sensors unter kontrollierten Bedingungen mit bekannten Referenzfeuchtewerten verglichen und die erforderlichen Anpassungen oder Korrekturen an den Messungen vorgenommen.

Luftstromsensoren, auch als Luftströmungsmesser bezeichnet, sind Geräte zur Messung des Durchflusses und/oder der Geschwindigkeit von Luft oder Gasen in verschiedenen Anwendungen. Es gibt verschiedene Arten von Luftstromsensoren und ihre Funktionsprinzipien können variieren.

So messen z. B. Luftstromsensoren mit Differenzdruck (DP) die Druckdifferenz über einer Verengung oder einem Hindernis im Luftstromweg. Der Druckabfall über dem Hindernis ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit der Luft oder des Gases. Der Sensor besteht in der Regel aus einem Rohr oder Kanal mit einer Drosselstelle, z. B. einer Blende oder einem Venturi-Rohr, und Drucksensoren, die vor und hinter der Drosselstelle angeordnet sind. Durch Messung der Druckdifferenz zwischen den beiden Punkten kann der Durchfluss mit Hilfe von Kalibrierkurven oder sensorspezifischen Gleichungen bestimmt werden.

Thermische Luftstromsensoren nutzen das Prinzip, dass die Wärmeübertragung von einem beheizten Element auf die durchströmende Luft oder das Gas von der Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst wird. Der Sensor besteht in der Regel aus einem beheizten Element, z. B. einem beheizten Draht oder einer beheizten Folie, und einem Temperatursensor, der die durch den Luftstrom verursachte Temperaturänderung des Elements misst. Mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit wird der strömenden Luft mehr Wärme entzogen, was zu einer Temperaturänderung des beheizten Elements führt. Die Temperaturänderung wird dann mit Hilfe von Kalibrierkurven oder sensorspezifischen mathematischen Gleichungen in eine Durchflussmessung umgewandelt.

Hitzdraht-Luftstromsensoren nutzen den Kühleffekt von Luft oder Gas, die an einem beheizten Draht vorbeiströmen. Der Sensor besteht aus einem dünnen Draht, der elektrisch auf eine konstante Temperatur erhitzt wird. Wenn die Luft oder das Gas über den Draht strömt, ändert sich die Kühlwirkung auf den Draht, wodurch sich sein elektrischer Widerstand ändert. Durch Messung der Widerstandsänderung kann der Durchfluss bestimmt werden. Hitzdrahtsensoren werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Empfindlichkeit und schnelle Ansprechzeiten erfordern.

Die Sensoreinheit 300 weist einen Prozessor auf oder ist mit einem Prozessor verbunden zur Steuerung der Sensoreinheit 300, insbesondere zur Berechnung des Energiebedarfs zur Durchführung der Messungen mit den Sensoren 350. Die Sensoreinheit 300 ist mit der Kommunikationseinheit 400 verbunden und überträgt die Messwerte der Sensoren 350 als Sensordaten 370 an die Kommunikationseinheit 400. Die Kommunikationseinheit 400 umfasst mindestens ein Datenübertragungsmodul 450, das für eine Datenübertragung mittels einer Nahfeldkommunikationsverbindung wie Bluetooth®, Ethernet, NFC (near field communication) und/oder Wi-Fi® oder als Mobilfunkmodul für eine Mobilfunkverbindung ausgebildet ist. Insbesondere kann das Mobilfunkmodul als 5G- oder 6G-Funkmodul ausgebildet sein.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung 500 kann eine oder mehrere Softwareapplikationen 550 zur Verarbeitung der Sensordaten 370 umfassen. Insbesondere verwendet die Softwareapplikation 550 einen oder mehrere Berechnungsalgorithmen, um aus den Sensordaten 370 Ausgabedaten 770 zu erzeugen, die beispielsweise ein zeitliches Temperatur-, Feuchte- und/oder Strömungsprofil in der Tasche 50 umfassen.

Insbesondere kann die Softwareapplikation Algorithmen der künstlichen Intelligenz wie Deep Learning mit z.B. neuronalen Netzen und/oder Transformern mit Encodern und Decodern und/oder verstärkenden Lernalgorithmen (engl. Reinforcement Learning Agent) enthalten.

Ein neuronales Netz besteht aus Neuronen, die in mehreren Schichten angeordnet und unterschiedlich miteinander verbunden sind. Ein Neuron ist in der Lage, an seinem Eingang Informationen von außen oder von einem anderen Neuron zu empfangen, diese Informationen in einer bestimmten Weise zu bewerten und in veränderter Form am Ausgang des Neurons an ein anderes Neuron weiterzugeben oder als Endergebnis auszugeben. Zwischen den Eingangsneuronen und den Ausgangsneuronen befinden sich so genannte Hidden Neuronen. Je nach Art des Netzes kann es mehrere Schichten von Hidden Neuronen geben. Sie sorgen für die Weiterleitung und Verarbeitung der Informationen. Output-Neuronen liefern schließlich ein Ergebnis und geben es an die Außenwelt weiter. Durch die Anordnung und Verschaltung der Neuronen entstehen verschiedene Arten von neuronalen Netzen, wie z.B. vorwärtsgekoppelte Netze (engl. Feedforward Neural Network, FNN), rückgekoppelte Netze (engl. Recurrent Neural Network, RNN) oder gefaltete neuronale Netze (engl. Convolutional Neural Network, CNN). Die Netze können durch unüberwachtes oder überwachtes Lernen trainiert werden.

Darüber hinaus können Berechnungsverfahren wie Mittelwert-, Minimum- und Maximumverfahren, Nachschlagetabellen, Erwartungswertmodelle, lineare Regressionsverfahren, Gauß-Verfahren, schnelle Fourier-Transformationen, Integral- und Differentialberechnungen, Markov-Verfahren, Wahrscheinlichkeitsverfahren wie Monte-Carlo-Verfahren, Temporal Difference Learning, erweiterte Kalman-Filter, radiale Basisfunktionen und/oder Datenfelder aus der Softwareapplikation 550 verwendet werden. Die Ausgabedaten 770 können insbesondere in Form von Bildern, Grafiken, Diagrammen, Hologrammen, Zahlenreihen, Power-Point-Präsentationen und/oder Audiosequenzen wie akustischen Warnsignalen oder Sprachnachrichten ausgebildet sein, so dass sie für einen Benutzer leicht interpretierbar sind. Insbesondere können die Ausgabedaten 770 eine Empfehlung beispielsweise zur Regelung der Temperatur der Trockenpartie 10 umfassen. Dabei kann ein Vergleich mit Kennwerten und weiteren Vergleichsdaten erfolgen, die beispielsweise als historische Daten in einer Datenbank gespeichert sind. Als Randbedingungen können auch weitere Prozessparameter wie Geschwindigkeit der Faserstoffmaschine, Eigenschaften der Faserstoffbahn etc. berücksichtigt werden, um auf dieser Basis optimierte Prozessparameter zu berechnen. Überschreitet z.B. die Temperatur eines Trockenzylinders 50 oder einer Walze 90 einen kritischen Grenzwert, kann ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben werden.

Die Ausgabedaten 770 können direkt von dem Ausgabemodul 750 ausgegeben werden und/oder die berechneten Prozessparameter werden direkt an entsprechend ausgebildete Steuergeräte der Maschine bzw. Produktionsanlage, insbesondere der Faserstoffmaschine oder des Kalanders 80 übertragen. Die Ausgabedaten 770 können auch in einer Datenbank wie einer Cloud-Computing-Infrastruk- tur gespeichert werden. Das Ausgabemodul 700 kann in einem Computer, einem Tablet, einem Smartphone, etc. integriert sein und eine Benutzerschnittstelle 750 zur Eingabe von Daten insbesondere zur Steuerung der Energieerzeugungseinheit 200 und der Sensoreinheit 300 aufweisen. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinrichtung 500 in dem Ausgabemodul 700 integriert ist, so dass die Sensordaten 370 direkt an das Ausgabemodul 700 gesendet werden.

Fig. 4 zeigt eine Messvorrichtung 800 mit einem Gehäuse 850, in dem die Energieerzeugungseinheit 200, die Sensoreinheit 300 und die Kommunikationseinheit 400 angeordnet sind. Das Gehäuse 850 kann fest mit der Abstreifvorrichtung 70 verbunden sein. Es ist aber auch denkbar, dass das Gehäuse 850 als tragbares Gehäuse ausgebildet ist, das an einer an der Abstreifvorrichtung 70 angeordneten Befestigungseinrichtung lösbar befestigt werden kann. Ferner kann vorgesehen sein, dass im Bereich der Tasche 50 eine von der Ab- streifvorrichtung 70 getrennt angeordnete Befestigungseinrichtung für das Gehäuse 800 vorgesehen ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass einige der Sensoren 350 der Sensoreinheit 300 außerhalb des Gehäuses 800 an verschiedenen Positionen der Tasche 50 oder an anderen Positionen der Faserstoffmaschine angeordnet sind, wobei die Sensoren 350 über entsprechend ausgebildete Verbindungsleitungen mit der Sensoreinheit 300 verbindbar sind.

Typischerweise ist das Gehäuse 850 der Messeinrichtung 800 in einem Abstand von 1 bis 3 m, insbesondere 2 m, von der Peripherie der Trockenzylinder 30 angeordnet. Da eine Faserstoffmaschine über eine Vielzahl von Trockenzylindern 30 und entsprechenden Abstreifvorrichtungen 70 verfügt, kann ein tragbares Gehäuse 850 in entsprechend ausgebildete Befestigungsvorrichtungen in den einzelnen Taschen 50 der Faserstoffmaschine eingesetzt werden. Da es im Routinebetrieb einer Faserstoffmaschine in der Regel alle paar Tage zu einem betriebsbedingten Stillstand der Maschine kommt, kann die Sensoreinheit in dieser Zeit schnell von einer Position zu einer anderen transportiert werden, und zwar berührungslos, ohne dass Kabel oder sonstige Infrastrukturkomponenten verlegt werden müssen.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass eine Baugruppe wie ein Trockenzylinder 50 einer Faserstoffmaschine oder eine Walze 90 eines Kalanders 80 einen Identifikationscode wie einen Transponder mit einem RFID-Chip oder einem NFC- Chip (Near Field Communication) oder einen QR-Code aufweist. Im Gehäuse 850 der Messeinrichtung 800 kann eine Ausleseeinheit vorgesehen sein, mit der der Identifikationscode ausgelesen werden kann. Zum Auslesen kann auch die Benutzerschnittstelle 750 des Ausgabemoduls 700, beispielsweise in Form eines mobilen Endgeräts wie eines Mobiltelefons oder eines Tablets, verwendet werden. Durch die Datenverarbeitungseinrichtung 500 kann dann eine Zuordnung zwischen den erfassten Sensordaten 370 und dem Identifikationscode der jeweiligen Baugruppe vorgenommen werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Daten- Verarbeitungseinrichtung 500 aus einer Datenbank, insbesondere der Cloud-Com- puting-lnfrastruktur, weitere Daten, wie historische Messwerte, Zielvorgaben, digitale Konstruktionsdaten, wie digitale Zwillinge der jeweiligen Baugruppe, Spezifikationen der Sensoren 350, etc. abruft, die für die jeweilige Baugruppe unter dem jeweiligen Identifikationscode gespeichert sind. Durch die Zuordnung der Sensordaten 370 zu den spezifischen Merkmalen der jeweiligen Baugruppe können optimal angepasste Prozessparameter berechnet werden.

Fig. 5 stellt die Verfahrensschritte zum Erfassen von Sensordaten in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder Produktionsanlage dar.

In einem ersten Schritt S10 wird Energie mittels einer Energieerzeugungseinheit 200 mit einem Thermoelement 210 und einem Energiespeichermodul 250 erzeugt, wobei das Thermoelement 210 einen während des Betriebs der Maschine oder Produktionsanlage in dem Raumsegment auftretenden Temperaturgradienten zur Energieerzeugung nutzt und in elektrische Energie umwandelt und an das Energiespeichermodul 250 weiterleitet, und wobei das Energiespeichermodul 250 die elektrische Energie speichert.

In einem zweiten Schritt S20 wird eine Sensoreinheit 300 mit Energie von dem Energiespeichermodul 250 versorgt.

In einem dritten Schritt S30 werden Sensordaten 370 von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment durch einen oder mehrere Sensoren 250 der Sensoreinheit 200 erfasst.

In einem Schritt S40 werden die Sensordaten 370 von einer Kommunikationseinheit 400 zu einer Datenverarbeitungseinrichtung 500 weitergeleitet.

In einem Schritt S50 werden die Sensordaten 370 in der Datenverarbeitungseinrichtung 500 weiterverarbeitet. Fig. 6 stellt schematisch ein Computerprogrammprodukt 900 dar, das einen ausführbaren Programmcode 950 umfasst, der das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgeführt.

Bei dem System, dem Verfahren und der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Temperaturgradient in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe, die insbesondere als Trockenzylinder in einer Faserstoffmaschine oder als rotierende Walze in einem Kalander ausgebildet ist, durch ein Thermoelement genutzt, um thermische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die elektrische Energie wird in einem Energiespeichermodul, das insbesondere als Batterie oder Kondensator ausgebildet ist, gespeichert und kann von einer Sensoreinheit zur Erfassung von Sensorsignalen von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment, das insbesondere als Tasche ausgebildet ist, abgerufen werden.

Da die Zeitabstände für die Erfassung von Sensorsignalen der Messparameter in einem Bereich von 15 bis 60 Minuten liegen, reicht die erzeugte Energiemenge für die Versorgung eines Sensors aus. Insbesondere kann eine Messeinrichtung mit einer Energieerzeugungseinheit, einer Sensoreinheit und einer Kommunikationseinheit als mobiles Gerät ausgebildet sein, das mit unterschiedlichen Baugruppen verbunden werden kann. Dadurch wird eine hohe Flexibilität erreicht und es können Kosten eingespart werden, da nicht für jede Baugruppe eine separate Messeinrichtung vorgesehen werden muss.

Bezugszeichen Trockenpartie Faserstoffbahn Trockenzylinder Umlenkrolle Tasche Abstreifvorrichtung Kalander Walze System Energieerzeugungseinheit Thermoelement Energiespeichermodul Sensoreinheit Sensoren Sensordaten Kommunikationseinheit Datenübertragungsmodul Datenverarbeitungseinrichtung Softwareapplikation Messvorrichtung Gehäuse Ausgabemodul Benutzerschnittstelle Ausgabedaten Computerprogrammprodukt Programmcode

Claims

Patentansprüche

1. System (100) zum Erfassen von Sensordaten (370) in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder einer Produktionsanlage, umfassend eine Energieerzeugungseinheit (200), eine Sensoreinheit (300), eine Kommunikationseinheit (400) und eine Datenverarbeitungseinrichtung (500); wobei die Energieerzeugungseinheit (200) ein Thermoelement (210) und ein Energiespeichermodul (250) umfasst und ausgebildet ist, die Sensoreinheit (300) mit Energie zu versorgen; wobei das Thermoelement (210) einen während des Betriebs der Maschine oder Produktionsanlage in dem Raumsegment auftretenden Temperaturgradienten zur Energieerzeugung nutzt; wobei das Energiespeichermodul (250) dazu ausgebildet ist, die erzeugte elektrische Energie zu speichern und bei Bedarf an die Sensoreinheit (300) abzugeben; wobei die Sensoreinheit (300) einen oder mehrere Sensoren (350) umfasst und ausgebildet ist, Sensordaten (370) von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment zu erfassen; und wobei die Kommunikationseinheit (400) ausgebildet ist, die Sensordaten (370) an die Datenverarbeitungseinrichtung (500) zur weiteren Verarbeitung weiterzuleiten.

2. System (100) nach Anspruch 1 , wobei das System ein Gehäuse (850) umfasst, in dem die Energieerzeugungseinheit (200), die Sensoreinheit (300) und die Kommunikationseinheit (400) angeordnet sind; wobei das Gehäuse (850) mit einer in dem Raumsegment angeordneten Befestigungsvorrichtung fest oder lösbar verbindbar ist.

3. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Raumsegment als Tasche (50) zwischen einem rotierenden Zylinder (30) bzw. einer rotierenden Walze (90) und einer Faserstoffbahn (20) ausgebildet ist.

4. System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Energiespeichermodul (250) als Batterie oder Kondensator ausgebildet ist.

5. System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest ein Sensor (350) der Sensoreinheit (300) als Temperatursensor, als Feuchtesensor oder als Strömungssensor ausgebildet ist.

6. System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (500) ausgebildet ist, Ausgabedaten (770) aus den Sensordaten (370) zu generieren, wobei die Ausgabedaten (770) in Form von Bildern, Grafiken, Diagrammen, Hologrammen, Zahlenreihen, Power Point- Präsentationen und/oder Audiosequenzen wie akustischen Warnsignalen oder Sprachnachrichten ausgebildet sein können, insbesondere zur Darstellung eines Temperatur-, Feuchte- und/oder Strömungsprofils bzw. eines Verlaufs der Temperatur, der Feuchte und/oder der Strömungsverhältnisse über die Zeit; sowie von Prozessparametern der Maschine oder Produktionsanlage.

7. System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Datenanalyseeinrichtung (500) eine Softwareapplikation (550) mit Algorithmen der künstlichen Intelligenz für die Analyse und Bearbeitung der Sensordaten (370) verwendet, wobei die Algorithmen der künstlichen Intelligenz Deep Learning mit neuronalen Netzwerken und/oder Transformern mit Encodern und Decodern und/oder Lernverstärkungs-Agenten (LV - Reinforcement Learning Agent) umfassen.

8. Verfahren zum Erfassen von Sensordaten (370) in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder Produktionsanlage, mit folgenden Verfahrensschritten:

- Erzeugen (S10) von Energie mittels einer Energieerzeugungseinheit (200) mit einem Thermoelement (210) und einem Energiespeichermo- dul (250), wobei das Thermoelement (210) einen während des Betriebs der Maschine oder Produktionsanlage in dem Raumsegment auftretenden Temperaturgradienten zur Energieerzeugung nutzt und in elektrische Energie umwandelt und an das Energiespeichermodul (250) weiterleitet, und wobei das Energiespeichermodul (250) die elektrische Energie speichert;

- Versorgen (S20) einer Sensoreinheit (300) mit Energie von dem Energiespeichermodul (250);

- Erfassen (S30) von Sensordaten (370) von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment durch einen oder mehrere Sensoren (350) der Sensoreinheit (300);

- Weiterleiten (S40) der Sensordaten (370) von einer Kommunikationseinheit (400) zu einer Datenverarbeitungseinrichtung (500);

- Verarbeiten (S50) der Sensordaten (370) in der Datenverarbeitungseinrichtung (500).

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die sich bewegende Baugruppe als Trockenzylinder (30) in der Trockenpartie einer Faserstoffmaschine ausgebildet ist und das Raumsegment eine Tasche (50) zwischen dem Trockenzylinder (30) und einer Faserstoffbahn (20) bildet, oder wobei die sich bewegende Baugruppe als Walze (90) eines Kalanders (80) ausgebildet ist und das Raumsegment eine Tasche (50) zwischen der Walze (90) und einer Faserstoffbahn (20) bildet.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei zumindest ein Sensor (350) der Sensoreinheit (300) als Temperatursensor, als Feuchtesensor oder als Strömungssensor ausgebildet ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (500) dazu ausgebildet ist, aus den Sensordaten (370) Ausgabedaten (770) zu erzeugen, wobei die Ausgabedaten (770) in Form von Bildern, Grafiken, Diagrammen, Hologrammen, Zahlenreihen, Power- Point-Präsentationen und/oder Audiosequenzen, wie akustische Warnsignale oder Sprachnachrichten ausgebildet sein können, insbesondere zur Darstellung eines Temperatur-, Feuchte- und/oder Strömungssprofils bzw. eines Verlaufs der Temperatur, der Feuchte und/oder der Strömungsverhältnisse über die Zeit; sowie von Prozessparametern der Maschine oder Produktionsanlage, und auf einem Ausgabemodul (700) ausgegeben und/oder an mindestens ein Steuergerät der Maschine oder Produktionsanlage weitergeleitet werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , wobei die Sensordaten (370) dazu verwendet werden, die Trockenpartie oder den Kalander (80) zu steuern oder zu regeln.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Trockenpartie dadurch geregelt oder gesteuert wird, dass die Trockenpartie eine erste Anzahl von Tro- ckenzylindern umfasst, bei der bei jedem Trockenzylinder in der zugehörigen Tasche (50) Sensordaten (370) von Messparametern erfasst werden, und die Trockenpartie zudem eine zweite Anzahl von Trockenzylindern umfasst, bei denen die Messparameter in der zugehörigen Tasche (50) über einen virtuellen Sensor ermittelt werden, und wobei der virtuelle Sensor durch die als Sensordaten (370) erfassten Messparameter validiert, und insbesondere laufend und online kalibriert wird.

14. Trockenpartie einer Faserstoffbahnmaschine, umfassend eine Mehrzahl von Trockenzylindern (30), wobei den Trockenzylindern (30) jeweils ein Schaber zugeordnet ist, welcher an einem Schaberbalken befestigt ist, wobei an zumindest einem, insbesondere allen Schaberbalken jeweils eine Haltevorrichtung vorgesehen sind, sowie zumindest ein System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das mit diesen Haltevorrichtungen verbunden bzw. verbindbar ist.

15. Kalander (80) einer Faserstoffbahnmaschine, umfassend eine Mehrzahl von Walzen (90), wobei den Walzen (90) jeweils ein Schaber zugeordnet ist, welcher an einem Schaberbalken befestigt ist, wobei an zumindest einem, insbesondere allen Schaberbalken jeweils eine Haltevorrichtung vor- gesehen sind, sowie zumindest ein System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das mit diesen Haltevorrichtungen verbunden bzw. verbindbar ist.

16. Computerprogrammprodukt (900), umfassend einen ausführbaren Pro- grammcode (950), der das Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 ausführt.