WO2014020049A1 - Verfahren zum bestücken einer walze mit faseroptischen sensoren, faseroptisches sensorsystem und walze mit faseroptischem sensorsystem - Google Patents

Verfahren zum bestücken einer walze mit faseroptischen sensoren, faseroptisches sensorsystem und walze mit faseroptischem sensorsystem Download PDF

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WO2014020049A1
WO2014020049A1 PCT/EP2013/066051 EP2013066051W WO2014020049A1 WO 2014020049 A1 WO2014020049 A1 WO 2014020049A1 EP 2013066051 W EP2013066051 W EP 2013066051W WO 2014020049 A1 WO2014020049 A1 WO 2014020049A1
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WO
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Prior art keywords
glass fiber
roll
fiber
sensors
roller
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/066051
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Breineder
Hubert Bischof
Werner DOBLER
Matthias Schmitt
Kerst Aengeneyndt
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
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Filing date
Publication date
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    • 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
    • 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
    • D21F3/10—Suction rolls, e.g. couch rolls
    • D21F3/105—Covers thereof

Definitions

  • the invention is based on a method for equipping a roller with fiber-optic sensors, in particular for use in a machine for producing a fibrous web, such as a paper, board or tissue web, according to the preamble of claim 1, from a fiber-optic sensor system according to the preamble of claim 2 and of a roller with fiber optic sensors according to the preamble of claim 5.
  • the invention provides that a fiber optic sensor system is mounted on a roller for use in a machine for producing and / or refining a fibrous web such as a paper, board or tissue web.
  • the sensor system comprises at least one glass fiber and a plurality of sensors which are formed in the at least one glass fiber.
  • the roller has a roll shell, in which suction holes are provided, which pass through the roll shell.
  • the method comprises the following steps: i) making a template having a peripheral shape with two sections, wherein the first section is a straight line and the second section corresponds to the intended shape of the glass fiber and wherein the second section has a circumferential length equal to the distance ii) applying the template with the portion which is a straight line to a line on a surface of the roll mantle of the roll, which line is substantially parallel to a roll axis, iii) placing the glass fiber on the surface of the roll mantle of the roll by positioning a first sensor on the line; iv) laying the glass fiber along the peripheral shape in the second section of the template; v) checking the course of the glass fiber to ensure that the glass fiber does not have a suction hole vi) verifying the position of a second sensor, the vii) optionally correcting the position of the second sensor, viii) fixing the glass fiber to the roll shell, ix) repositioning the template under one Rotation through 180 °, x) Repeat steps ii)
  • the glass fiber By the criterion that only the positioning of the sensors has to take place within a narrow band-shaped area, but otherwise the glass fiber can be laid casually on the roll surface, as long as it does not touch or cover a suction hole, a simple laying of the glass fiber is possible.
  • the template does not have to be manufactured in a high-precision form, which would be expensive and cumbersome, it is rather sufficient that the laying of the glass fiber by the appropriately trained personnel essentially follows the template, so that the permissible bending radii of the glass fiber to protect against breakage of the same and to avoid loss of intensity by decoupling of light during operation are not exceeded.
  • the object With regard to the fiber-optic sensor system, the object is achieved in that a distance between each two adjacent sensors is the same size.
  • the object is achieved in that a distance between each two adjacent sensors in the at least one glass fiber is constant and that the sensors are arranged along a line and / or within a band-shaped region, which band-shaped region extends on both sides of the line and wherein the line and the band-shaped area are aligned substantially parallel to a roll axis.
  • the path of the fiber is defined after laying the first arc and through the line, further routing of the fiber may occur without repositioning the template. This saves time during assembly.
  • the glass fiber may have a defined length, which is the same for different rolls. This makes it possible to consistently produce consistently consistent measurement results and thereby simplify the evaluation.
  • the sensors may be in the form of inscribed in the glass fiber Bragg gratings.
  • the band-shaped region may extend over a distance of about 5 cm in the circumferential direction on both sides of the line. The sensors are thus still arranged in an area which allows a substantially simultaneous Nip pengang.
  • the glass fibers can be arranged so that they are bent at any point of their extension under a bending radius of less than 18mm. This reduces the risk of fiber breakage during installation as well as the loss of radiation intensity during the measurement during operation.
  • 1 is a highly schematic plan view of a roll core of a roller with the theoretically most favorable arrangement of a glass fiber with inscribed Bragg sensors
  • Fig. 2 is a highly schematic plan view in the same view as in Fig. 1 on a
  • Fig. 3 is a schematic representation of a curved glass fiber
  • Fig. 4 is a diagram of the damping behavior at different
  • sensors 3 are arranged at intervals, which are formed for example in the form of Bragg gratings 4, which are written in the glass fibers 2. If a light source is coupled into the glass fibers 2, the light is reflected at the passageways through the glass fibers 2 to the Bragg gratings 4.
  • fiber optic sensor systems 1 are usually introduced into rolls such as suction, suction, press rolls or winding rolls in such a way that one or more glass fibers 2 with Bragg gratings 4 inscribed therein are placed meandering on the surface of a roll shell 5 of the roll. Alternatively (not shown), the glass fibers 2 may also be embedded in the roll cover. If a suction press roll is equipped with a fiber optic sensor system 1, the sensors 3 must be arranged on the roll shell 5 in a special way.
  • Suction press rolls are usually provided with a drilling pattern of suction holes 6, by which on the one hand moisture can be sucked from the fibrous web and which on the other hand serve by the suction of the guide or deflection of the fibrous web.
  • the aspiration is usually carried out via a suction box, which is arranged stationarily in the interior of the roll and over which the suitably designed roll shell 5 rotates.
  • the roll shell 5 is provided with a cover, for example made of polyurethane, through which the suction holes 6 must be drilled after the application of the reference material in order to produce the roll shell 5 and the reference completely comprehensive suction holes 6.
  • a template is currently being produced, which has an outline shape that meets certain criteria.
  • a straight edge is provided, which serves to align the template on the roller, on the other hand, another portion of the peripheral shape of the template is formed so that it images the later course of the glass fiber 2.
  • the edge length of this section corresponds to a distance between two adjacent sensors 3. The angles in the course of the edge of this section of the template reflect the course of the webs between the suction holes 6 of the drill pattern.
  • the course of the glass fibers 2 and the position of the sensors 3 are marked on the roll shell 5.
  • the sensors 3 should be equally spaced along a straight line 7 on the surface of the Roll mantle 5 are distributed.
  • the sensors 3 must be oriented so that their longitudinal extension along the direction of extension of the glass fibers 2 is oriented substantially parallel to a circumferential direction of the roller and thus substantially parallel to a web movement direction of the fibrous web (machine direction), otherwise no measurement of the elongation of the glass fibers 2 and thus no wavelength shift would be measurable.
  • the glass fibers 2 can be placed further or narrower in relation to the drilling pattern also a series of suction holes 6. This can be compensated for occurring voltages.
  • the sensors 3 are then no longer exactly arranged on the line 7 along the roll axis, but they do not deviate in their position overdue, the required simultaneity of Nip pengangs is still maintained and the measurements can be carried out according to uniform.
  • the deviation can be up to about 5cm on both sides.
  • the sensors 3 are then arranged in an approximately 10 cm wide band 9 on both sides of the line 7 along the roll axis.
  • Fig. 2 Such an arrangement of the sensors 3 is shown in Fig. 2 in the same view as Fig. 1. It can be seen that at the same distance between two sensors 3 with a larger arc of the optical fiber 2 of one of the sensors 3 occupy a different position than before.
  • FIG. 2 it can be seen that the number of spanned rows of suction holes 6 is no longer four, as shown in Fig. 1, but five. This number is related to the sections of the glass fiber 2 which can be seen at the bottom between two bending points 8 in FIGS. 1 and 2.
  • the second sensor 3 - in each case on the right in the figures - slides in FIG. 2 with respect to FIG. 1 away from the optimum line 7 and lies somewhat further down.
  • the slightly offset position has no negative effects on the measurement, however, the bending forces are reduced to the glass fiber 2 in the region of the bends 8, resulting in a reduced risk of breakage and lower losses in the light intensity by decoupling.
  • the high importance of the maximum possible bending radius of the glass fibers 2 is shown in FIG. 3.
  • the glass fiber 2 If the glass fiber 2 is bent too much, high losses occur because the incident light reaches the limit speed (speed of light) and is no longer reflected in the glass fiber 2, but emerges from it. As a result, the light intensity can drop so much that a correct measurement is no longer possible.
  • the glass fiber 2 may have a diameter of about 195 ⁇ and be designed as a so-called single-mode optical fiber.
  • an Ormocer coating is present.
  • the bending radius of the fiberglass 2 should be max. 12.5 mm.
  • FIG. 4 shows, for a specific frequency range, the attenuation or loss of intensity of the signal measured at the output of the optical fiber 2 as a function of the bending of the optical fiber 2.
  • the wavelength is plotted on the abscissa against the light intensity on the ordinate.
  • the described inventive measures it is easily possible to insert the glass fibers 2 on the roll shell 5 without risk of damage during drilling, despite minor offsets of the sensors 3 to maintain a substantially straight line and to lower the bending radii of the glass fibers 2.

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Abstract

Ein Verfahren zum Anbringen eines faseroptischen Sensorsystems (1) auf einer Walze zur Verwendung in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, wobei das Sensorsystem (1) zumindest eine Glasfaser (2) und eine Mehrzahl von Sensoren (3) aufweist, die in der zumindest einen Glasfaser (2) ausgebildet sind, und wobei die Walze einen Walzenmantel (5) aufweist, in welchem Saugbohrungen (6) vorgesehen sind, welche den Walzenmantel (5) durchgreifen, umfasst die folgenden Schritte: i) Erstellen einer Schablone, ii) Anlegen der Schablone, iii) Auflegen der Glasfaser (2), iv) Verlegen der Glasfaser (2) entlang der Schablone, v) Kontrollieren des Verlaufes der Glasfaser (2), vi) Kontrollieren der Position eines zweiten Sensors (3), vii) ggf. Korrigieren der Lage, viii) Fixieren der Glasfaser (2), ix) Neupositionieren der Schablone unter einer Drehung um 180°, x) Wiederholen der Schritte ii) bis ix), bis die gesamte Länge der Glasfaser (2) auf dem Walzenmantel (5) verlegt ist.

Description

Verfahren zum Bestücken einer Walze mit faseroptischen Sensoren, faseroptisches Sensorsystem und Walze mit faseroptischem Sensorsystem
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Bestücken einer Walze mit faseroptischen Sensoren insbesondere zur Verwendung in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , von einem faseroptischen Sensorsystem nach dem Oberbegriff von Anspruch 2 und von einer Walze mit faseroptischen Sensoren nach dem Oberbegriff von Anspruch 5.
Aus der Patentanmeldung US2004/0053758 ist die Verwendung von Glasfasersensoren zur Druckmessung in Walzenspalten (Nips) bekannt. Die dort beschriebene helikale Aufwicklung hat jedoch zur Folge, das je nach Bohrmuster der Saugpresswalze die Sensoren sehr lang werden (über 50m) oder die Zahl der Windungen so klein wird, das ein Einbau von mehreren Sensoren mit der Randbedingung des gleichzeitigen Nipdurchgangs nicht erfüllt werden kann. Lange Glasfasersensoren haben zudem den Nachteil, dass die Signale der letzten Sensoren durch Dämpfung so geschwächt sein können, dass eine sichere Detektion unmöglich wird. Des Weiteren müssen helikale Sensoren für die Länge, das Bohrmuster und den Durchmesser der Walze individuell angefertigt werden, was erhöhte Kosten und Lieferzeiten verursacht.
Es ist dementsprechend Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren anzugeben, mit dem ein faseroptisches Sensorsystem auf eine Walze appliziert werden kann, sowie ein faseroptisches Sensorsystem und eine Walze mit einem derartigen Sensorsystem, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeiden, indem eine Glasfaser mit eingeschriebenen Bragg-Sensoren standardisiert wird und so in nahezu jede beliebige Saug- oder Saugpresswalze eingebaut werden kann, ohne aufwendige individuelle Anpassungen auszuführen.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein faseroptisches Sensorsystem auf einer Walze zur Verwendung in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn angebracht wird. Das Sensorsystem umfasst dabei zumindest eine Glasfaser und eine Mehrzahl von Sensoren, die in der zumindest einen Glasfaser ausgebildet sind. Die Walze weist einen Walzenmantel auf, in welchem Saugbohrungen vorgesehen sind, welche den Walzenmantel durchgreifen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: i) Erstellen einer Schablone, welche eine Umfangsform mit zwei Abschnitten besitzt, wobei der erste Abschnitt eine Gerade ist und der zweite Abschnitt der geplanten Verlaufsform der Glasfaser entspricht und wobei der zweite Abschnitt eine Umfangslänge aufweist, die dem Abstand zwischen zwei Sensoren in der zumindest einen Glasfaser entspricht, ii) Anlegen der Schablone mit dem Abschnitt, der eine Gerade ist, an eine Linie auf einer Oberfläche des Walzenmantels der Walze, welche Linie im Wesentlichen parallel zu einer Walzenachse verläuft, iii) Auflegen der Glasfaser auf die Oberfläche des Walzenmantels der Walze, indem ein erster Sensor auf der Linie positioniert wird, iv) Verlegen der Glasfaser entlang der Umfangsform in dem zweiten Abschnitt der Schablone, v) Kontrollieren des Verlaufes der Glasfaser zur Sicherstellung, dass die Glasfaser nicht über eine Saugbohrung verläuft, vi) Kontrollieren der Position eines zweiten Sensors, der dem ersten Sensor benachbart ist, auf der Linie und/oder innerhalb eines bandförmigen Bereiches, welcher sich beidseitig der Linie erstreckt, vii) gegebenenfalls Korrigieren der Position des zweiten Sensors, viii) Fixieren der Glasfaser auf dem Walzenmantel, ix) Neupositionieren der Schablone unter einer Drehung um 180°, x) Wiederholen der Schritte ii) bis ix), bis die gesamte Länge der Glasfaser auf dem Walzenmantel verlegt ist.
Durch das Kriterium, dass lediglich die Positionierung der Sensoren innerhalb eines engen bandförmigen Bereiches zu erfolgen hat, die Glasfaser aber ansonsten zwanglos auf der Walzenoberfläche verlegt werden kann, solange sie keine Saugbohrung berührt oder überdeckt, ist eine einfache Verlegung der Glasfaser möglich. Die Schablone muss nicht in einer hochpräzisen Form gefertigt werden, was teuer und umständlich wäre, es reicht vielmehr aus, dass die Verlegung der Glasfaser durch das entsprechend geschulte Personal im Wesentlichen der Schablone folgt, damit die zulässigen Biegeradien der Glasfaser zum Schutz vor Bruch derselben und zur Vermeidung von Intensitätsverlusten durch Auskoppelung von Licht während des Betriebes nicht unterschritten werden. Hinsichtlich des faseroptischen Sensorsystems wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Sensoren gleich groß ist.
Hinsichtlich der Walze wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Sensoren in der zumindest einen Glasfaser konstant ist und dass die Sensoren entlang einer Linie und/oder innerhalb eines bandförmigen Bereichs angeordnet sind, welcher bandförmige Bereich sich beidseits der Linie erstreckt und wobei die Linie und der bandförmige Bereich im Wesentlichen parallel zu einer Walzenachse ausgerichtet sind. Dadurch kann in Verbindung mit der Verwendung der Schablone eine einfache Verlegung der Glasfaser mit geeigneter Positionierung der Sensoren erfolgen, ohne komplizierte Einbauroutinen verfolgen zu müssen.
Weitere vorteilhafte Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ist der Pfad der Glasfaser nach dem Legen des ersten Bogens und durch die Linie definiert, kann die weitere Verlegung der Glasfaser auch ohne Neupositionierung der Schablone ablaufen. Das erspart Zeit bei der Montage.
Vorteilhafterweise kann die Glasfaser eine definierte Länge aufweisen, die für unterschiedliche Walzen gleich ist. Dadurch ist es möglich, qualitativ stets gleichbleibende Messergebnisse zu produzieren und dadurch auch die Auswertung zu vereinfachen.
Bevorzugt können die Sensoren in Form von in die Glasfaser eingeschriebenen Bragg-Gittern ausgebildet sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann sich der bandförmige Bereich über eine Strecke von ca. 5cm in Umfangsrichtung beidseits der Linie erstrecken. Die Sensoren sind damit immer noch in einem Bereich angeordnet, der einen im Wesentlichen gleichzeitigen Nipdurchgang erlaubt.
Besonders vorteilhaft können die Glasfasern so angeordnet werden, dass sie an keinem Punkt ihrer Erstreckung unter einem Biegeradius von weniger als 18mm gebogen sind. Dadurch wird die Gefahr eines Faserbruches bei der Verlegung sowie der Verlust an Strahlungsintensität während der Messung im Betrieb vermindert.
Die Erfindung ist vorzugsweise zur Verwendung in besaugten Walzen, Saugwalzen oder Saugpresswalzen anwendbar. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft näher beschrieben. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine stark schematisierte Aufsicht auf einen Walzenkern einer Walze mit der theoretisch günstigsten Anordnung einer Glasfaser mit eingeschriebenen Bragg-Sensoren,
Fig. 2 eine stark schematisierte Aufsicht in gleicher Ansicht wie in Fig. 1 auf ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer gekrümmten Glasfaser, und
Fig. 4 ein Diagramm des Dämpfungsverhaltens bei unterschiedlichen
Biegeradien der Glasfasern für einen definierten Wellenlängenbereich. An vielen Positionen in Maschinen zur Herstellung und/oder Veredelung von Faserstoffbahnen wie beispielsweise Papier-, Karton- oder Tissuebahnen ist es sowohl zur Erhaltung gleichbleibender Qualität des Endproduktes als auch zum stabilen Betheb der Maschine wünschenswert, Messwerte zu erheben, um Schieflagen von Walzen, Druckprofile in Walzenspalten und ähnliche Parameter zu erkennen und ggf. regeln zu können. Für derartige Messungen sind in der Vergangenheit unterschiedliche Konzepte entwickelt worden, die unterschiedliche Sensoren sowie entsprechende Auswertungseinrichtungen vorschlagen. Beispielsweise sind Messungen mit Dehnungsmessstreifen oder piezoelektrischen Sensoren entwickelt worden. Eine neuere Entwicklung sieht die Verwendung von einem faseroptischen Sensorsystem 1 vor, die gewöhnlich darin bestehen, dass eine oder mehrere Glasfasern 2 in oder unter einem Walzenbezug angeordnet werden. In den Glasfasern 2 sind in Abständen Sensoren 3 angeordnet, die beispielsweise in Form von Bragg-Gittern 4, die in die Glasfasern 2 eingeschrieben werden, ausgebildet sind. Wird in die Glasfasern 2 eine Lichtquelle eingekoppelt, wird das Licht beim Durchgang durch die Glasfasern 2 an den Bragg-Gittern 4 reflektiert.
Aus der Wellenlängenverschiebung des reflektierten Lichts sowie weiteren Rahmenbedingungen in Bezug auf die physikalischen Eigenschaften der Glasfasern 2 und die Gestaltung der Bragg-Gitter 4 lassen sich dann beispielsweise Dehnungen der Glasfasern 2 bei Belastung des Walzenbezuges in einem Walzenspalt erfassen und in Druckwerte umsetzen. In der Folge ist es möglich, Rückschlüsse auf schlecht positionierte Walzen, Beschädigungen im Walzenbezug, Wickelzustände bei Tambouren oder ähnliches zu ziehen und ggf. über das Prozessleitsystem korrigierend in den Betriebszustand der Maschine einzugreifen.
Aktuell werden faseroptische Sensorsysteme 1 gewöhnlich dergestalt in Walzen wie beispielsweise Saug-, Saugpress-, Presswalzen oder Wickeltamboure eingebracht, dass eine oder mehrere Glasfasern 2 mit darin eingeschriebenen Bragg-Gittern 4 mäanderförmig auf die Oberfläche eines Walzenmantels 5 der Walze aufgelegt werden. Alternativ (nicht dargestellt) können die Glasfasern 2 auch in den Walzenbezug eingebettet sein. Wird eine Saugpresswalze mit einem faseroptischen Sensorsystem 1 ausgerüstet, müssen die Sensoren 3 auf dem Walzenmantel 5 in spezieller Weise angeordnet werden.
Saugpresswalzen sind gewöhnlich mit einem Bohrmuster von Saugbohrungen 6 versehen, durch welche einerseits Feuchtigkeit aus der Faserstoffbahn abgesaugt werden kann und welche andererseits durch die Besaugung der Führung bzw. Umlenkung der Faserstoffbahn dienen. Die Besaugung erfolgt gängigerweise über einen Saugkasten, der im Walzeninneren stationär angeordnet ist und über welchen sich der geeignet ausgebildete Walzenmantel 5 dreht. Der Walzenmantel 5 wird mit einem Bezug beispielsweise aus Polyurethan versehen, durch welchen die Saugbohrungen 6 nach dem Aufbringen des Bezugsmaterials nachgebohrt werden müssen, um den Walzenmantel 5 und den Bezug vollständig durchgreifende Saugbohrungen 6 herzustellen.
Es ist somit bei der Anordnung der Glasfasern 2 zu beachten, dass diese nicht mit dem Bohrmuster der Saugbohrungen 6 in Konflikt geraten, da nach dem Aufbringen eines Walzenbezugs die Saugbohrungen 6 durch diesen nachgebohrt werden müssen und die Position der vorher aufgebrachten Glasfasern 2 aber nicht mehr sichtbar ist. Hierzu wird derzeit eine Schablone hergestellt, welche eine Umrissform aufweist, die bestimmten Kriterien genügt. Einerseits ist eine gerade Kante vorgesehen, welche zur Ausrichtung der Schablone auf der Walze dient, andererseits ist ein weiterer Abschnitt der Umfangsform der Schablone so ausgebildet, dass sie den späteren Verlauf der Glasfaser 2 abbildet. Die Kantenlänge dieses Abschnitts entspricht einem Abstand zwischen zwei benachbarten Sensoren 3. Die Winkel in Verlauf der Kante dieses Abschnitts der Schablone geben die Verlaufsrichtung der Stege zwischen den Saugbohrungen 6 des Bohrmusters wieder. Anhand dieser Schablone werden der Verlauf der Glasfasern 2 und die Position der Sensoren 3 auf dem Walzenmantel 5 angezeichnet. Die Sensoren 3 sollten entlang einer geraden Linie 7 gleichmäßig mit gleichem Abstand auf der Oberfläche des Walzenmantels 5 verteilt werden. Die Sensoren 3 müssen dabei so ausgerichtet sein, dass ihre Längserstreckung entlang der Erstreckungsrichtung der Glasfasern 2 im Wesentlichen parallel zu einer Umfangsrichtung der Walze und somit im Wesentlichen parallel zu einer Bahnbewegungsrichtung der Faserstoffbahn (Maschinenrichtung) orientiert ist, da sonst keine Messung der Dehnung der Glasfasern 2 und somit keine Wellenlängenverschiebung messbar wäre.
Eine derartige theoretische Ausgestaltung ist in Fig. 1 stark schematisiert dargestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung sowie zur Wahrung der Übersichtlichkeit bleibt die Krümmung der Oberfläche unberücksichtigt, es ist lediglich eine plane Fläche entsprechend einer Abwicklung der Oberfläche des Walzenmantels 5 dargestellt.
In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass dabei folgendes Problem auftritt: folgen die Glasfasern 2 genau dem eingezeichneten Weg der Schablonenlinie, so geraten die Glasfasern 2 besonders an Biegestellen 8 unter eine hohe Biegespannung, die einen Bruch der Glasfasern 2 nach sich ziehen kann. Weiterhin ist bei einem zu großen Biegeradius der Glasfaser 2 an den Biegestellen 8 die Gefahr gegeben, dass das die Glasfaser 2 durchlaufende Laserlicht nicht mehr in die Glasfaser 2 zurückreflektiert, sondern ausgekoppelt wird und somit die Glasfaser 2 verlässt. In der Folge sinkt die Lichtintensität und die Messung wird uneinheitlich. Ein Grund hierfür ist die nicht absolut exakte Maßhaltigkeit der Schablone, kleine Abweichungen können nicht mehr ausgeglichen werden.
Um dies zu umgehen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Glasfasern 2 in Bezug auf das Bohrmuster auch eine Reihe von Saugbohrungen 6 weiter oder enger aufgelegt werden kann. Damit können auftretende Spannungen ausgeglichen werden. In der Folge sind die Sensoren 3 dann zwar nicht mehr exakt auf der Linie 7 entlang der Walzenachse angeordnet, weichen sie jedoch in ihrer Position nicht über Gebühr ab, ist die geforderte Gleichzeitigkeit des Nipdurchgangs nach wie vor gewahrt und die Messungen können entsprechend gleichmäßig erfolgen. Die Abweichung kann bis zu ca. 5cm auf beiden Seiten betragen. Die Sensoren 3 sind dann in einem etwa 10cm breiten Band 9 beidseits der Linie 7 entlang der Walzenachse angeordnet.
Eine derartige Anordnung der Sensoren 3 ist in Fig. 2 in gleicher Ansicht wie Fig. 1 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass bei gleichem Abstand zwischen zwei Sensoren 3 bei einem größeren Bogen der Glasfaser 2 einer der Sensoren 3 eine andere Position einnehmen wird als vorher.
Betrachtet man Fig. 2, so ist erkennbar, dass die Anzahl von umspannten Reihen von Saugbohrungen 6 nicht mehr vier, wie in Fig. 1 dargestellt, sondern fünf beträgt. Diese Anzahl ist auf die in den Figuren 1 und 2 jeweils ganz unten zwischen zwei Biegestellen 8 erkennbaren Abschnitte der Glasfaser 2 bezogen. Somit rutscht der zweite Sensor 3 - jeweils rechts in den Figuren - in Fig. 2 gegenüber Fig. 1 von der optimalen Linie 7 ab und liegt etwas weiter unten. Die leicht versetzte Position hat keine negativen Auswirkungen auf die Messung, jedoch werden die Biegekräfte auf die Glasfaser 2 im Bereich der Biegestellen 8 reduziert, was zu einer verringerten Bruchgefahr sowie geringeren Verlusten in der Lichtintensität durch Auskoppelungen führt. Die hohe Bedeutung des maximal möglichen Biegeradius der Glasfasern 2 ist aus Fig. 3 ersichtlich. Wird die Glasfaser 2 zu stark gekrümmt, treten hohe Verluste auf, da das eingestrahlte Licht die Grenzgeschwindigkeit (Lichtgeschwindigkeit) erreicht und nicht mehr in die Glasfaser 2 reflektiert wird, sondern aus dieser austritt. In der Folge kann die Lichtintensität so stark absinken, dass eine korrekte Messung nicht mehr möglich ist.
Bevorzugt kann die Glasfaser 2 einen Durchmesser von ca. 195 μιτι haben und als sog. Single-Mode-Glasfaser ausgebildet sein. Vorzugsweise ist ein Ormocer-Coating vorhanden.
Bei einem Biegeradius von 25 mm und darüber tritt kein messbarer Makrobiegungs- Effekt auf. Bei 18 mm Biegeradius beginnen, besonders bei den größeren Wellenlängen, schon beträchtliche Dämpfungen. Der Biegeradius der Glasfaser 2 sollte max. 12,5 mm betragen.
In Fig. 4 ist für einen spezifischen Frequenzbereich die Dämpfung bzw. der Intensitätsverlust des am Ausgang der Glasfaser 2 gemessenen Signals in Abhängigkeit von der Biegung der Glasfaser 2 dargestellt. Die Wellenlänge ist auf der Abszisse gegen die Lichtintensität auf der Ordinate aufgetragen. Es sind jeweils zehn Wicklungen der Glasfaser 2 mit abnehmenden Biegeradien zwischen 36mm (ganz links) und 18mm (ganz rechts) dargestellt. Es ist deutlich ersichtlich, dass die Verluste bei stärkerer Biegung der Glasfaser 2 stark zunehmen.
Durch die beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es in einfacher Weise möglich, die Glasfasern 2 auf dem Walzenmantel 5 ohne Beschädigungsgefahr beim Bohren einzulegen, trotz geringer Versätze der Sensoren 3 eine im Wesentlichen gerade Linie einzuhalten sowie die Biegeradien der Glasfasern 2 zu senken.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Anbringen eines faseroptischen Sensorsystems (1 ) auf einer
Walze zur Verwendung in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, wobei das Sensorsystem (1 ) zumindest eine Glasfaser (2) und eine Mehrzahl von Sensoren (3) aufweist, die in der zumindest einen Glasfaser (2) ausgebildet sind, und wobei die Walze einen Walzenmantel (5) aufweist, in welchem Saugbohrungen (6) vorgesehen sind, welche den Walzenmantel (5) durchgreifen, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
i) Erstellen einer Schablone, welche eine Umfangsform mit zwei Abschnitten besitzt, wobei der erste Abschnitt eine Gerade ist und der zweite Abschnitt der geplanten Verlaufsform der Glasfaser (2) entspricht und wobei der zweite
Abschnitt eine Umfangslange aufweist, die dem Abstand zwischen zwei Sensoren (3) in der zumindest einen Glasfaser (2) entspricht,
ii) Anlegen der Schablone mit dem Abschnitt, der eine Gerade ist, an eine Linie (7) auf einer Oberfläche des Walzenmantels (5) der Walze, welche Linie im
Wesentlichen parallel zu einer Walzenachse verläuft,
iii) Auflegen der Glasfaser (2) auf die Oberfläche des Walzenmantels (5) der Walze, indem ein erster Sensor (3) auf der Linie (7) positioniert wird,
iv) Verlegen der Glasfaser (2) entlang der Umfangsform in dem zweiten Abschnitt der Schablone,
v) Kontrollieren des Verlaufes der Glasfaser (2) zur Sicherstellung, dass die Glasfaser (2) nicht über eine Saugbohrung (6) verläuft,
vi) Kontrollieren der Position eines zweiten Sensors (3), der dem ersten Sensor (3) benachbart ist, auf der Linie (7) und/oder innerhalb eines bandförmigen Bereiches (9), welcher sich beidseitig der Linie (7) erstreckt,
vii) gegebenenfalls Korrigieren der Position des zweiten Sensors (3),
viii) Fixieren der Glasfaser (2) auf dem Walzenmantel (5), ix) Neupositionieren der Schablone unter einer Drehung um 180°,
x) Wiederholen der Schritte ii) bis ix), bis die gesamte Länge der Glasfaser (2) auf dem Walzenmantel (5) verlegt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt ix)
gegebenenfalls entfällt.
3. Faseroptisches Sensorsystem (1 ) zur Anwendung mit einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 2 zur Verwendung in einer Walze für eine Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, umfassend zumindest eine Glasfaser (2) und einer Mehrzahl von Sensoren (3), die in der zumindest einen Glasfaser (2) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Sensoren (3) gleich groß ist.
4. Faseroptisches Sensorsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaser (2) eine definierte Länge aufweist, die für unterschiedliche Walzen gleich ist.
5. Faseroptisches Sensorsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (3) in Form von in die Glasfaser (2) eingeschriebenen Bragg-Gittern (4) ausgebildet sind.
6. Walze zur Verwendung in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung einer Faserstoffbahn wie einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, umfassend einen Walzenmantel (5) und ein auf dem Walzenmantel (5) angeordnetes faseroptisches Sensorsystem (1 ) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, mit zumindest einer Glasfaser (2) und einer Mehrzahl von Sensoren (3), die in der zumindest einen Glasfaser (2) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Sensoren (3) in der zumindest einen Glasfaser (2) konstant ist und dass die Sensoren (3) entlang einer Linie (7) und/oder innerhalb eines bandförmigen Bereichs (9) angeordnet sind, welcher bandförmige Bereich sich beidseits der Linie (7) erstreckt und wobei die Linie (7) und der bandförmige Bereich (9) im Wesentlichen parallel zu einer Walzenachse ausgerichtet sind.
7. Walze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der bandförmige Bereich (9) über eine Strecke von ca. 5cm in Umfangsrichtung beidseits der Linie (7) erstreckt.
8. Walze nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaser (2) an keinem Punkt ihrer Erstreckung unter einem Biegeradius von weniger als 18 mm gebogen ist, bevorzugt nicht unter einem Biegeradius von 25 mm.
9. Walze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze eine besaugte Walze, eine Saugwalze oder eine Saugpresswalze ist.
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