WO2022258346A1 - Roll jacket with early detection of damage - Google Patents

Roll jacket with early detection of damage Download PDF

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WO2022258346A1
WO2022258346A1 PCT/EP2022/063684 EP2022063684W WO2022258346A1 WO 2022258346 A1 WO2022258346 A1 WO 2022258346A1 EP 2022063684 W EP2022063684 W EP 2022063684W WO 2022258346 A1 WO2022258346 A1 WO 2022258346A1
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WO
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roll shell
rfid
thread
semiconductor element
shell
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/063684
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German (de)
French (fr)
Inventor
Juanhao ZOU
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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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
    • D21F3/0209—Wet presses with extended press nip
    • D21F3/0218—Shoe presses
    • D21F3/0227—Belts or sleeves therefor
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0233—Soft rolls

Definitions

  • Roll shells in a paper, board or tissue machine are sometimes exposed to very high loads.
  • the flexible roll shells in shoe presses are exposed to permanent alternating bending loads and high temperatures during normal operation.
  • very large load peaks can occur locally and temporally in special situations. If, for example, a web tear occurs during the production of a paper web, it is not uncommon for a so-called lump to pass through the extended press gap of the shoe press, which causes such a peak load that affects both the matrix and the reinforcement structure embedded in it, such as a scrim or fabric. This can lead to damage to the roll shell, such as a breakage of individual threads in the reinforcement structure, or small amounts of material leaching out of the matrix on the outer surface of the shell.
  • the shoe press roll shell does not usually fail immediately as a result of such damage, this damage can continue to increase over time until it ultimately leads to complete failure of the roll shell. This is particularly the case when cracks extend through the entire thickness of the roll mantle, so that lubricating oil can escape from the inside to the outside of the paper web. Even if cracks usually only spread very slowly, at the latest when the crack extends over the entire thickness of the roll shell, further production is impossible and the shell has to be replaced. While damage originating on the outer surface of the jacket is still relatively easy to detect, it is very difficult to detect damage originating on the inside or on the inner surface of the jacket.
  • the early damage detection means comprise a large number of RFID units, with each RFID unit having a semiconductor element and at least one antenna extending away from the semiconductor element, with each semiconductor element having a Memory with stored therein, for the respective RFID unit in the roll shell includes individual information, and the memory is designed to wirelessly send the individual information on an electromagnetic pulse via the at least one antenna to a receiving unit.
  • These threads have a tiny chip with a memory, which can also be designed to be erasable and rewritable, and two antennas that extend in opposite directions along a main direction of extent of the thread away.
  • the RFID technology makes it possible for the RFID unit integrated in the thread to function without an active energy source such as a battery. Instead, the energy required to read out the memory and to send the data read out is obtained by induction using a high-frequency electromagnetic signal acting on the RFID unit from the outside. This enables the extremely small design, which allows the semiconductor element to be completely surrounded by the individual fibers of the thread, so that the thread only has a slight thickening at this point, similar to a small knot.
  • the inventor has also recognized that oil which penetrates as far as the RFID unit means that its functionality is impaired. As a rule, a complete failure of the RFID unit does not occur immediately, but rather an increasing reduction in its transmission strength over time. The decrease in transmission strength seems to correlate with the length of the antenna that comes into contact with the oil.
  • the RFID unit is embedded in a thread, since the extremely fine free spaces formed between the individual fibers of the thread exert a capillary effect on the oil, which then slowly spreads further along the thread. It is therefore not absolutely necessary that the progressive crack in the matrix runs directly through the location of the RFID unit, but it is sufficient that it goes somewhere through the thread in which the RFID unit is embedded.
  • the RFID units in the roll shell are read out regularly or permanently, it can be recognized easily and promptly if one or more RFID Units with a lower signal strength than before sends or send the individual information stored in it. Based on the individual information, the installation location of the affected RFID unit in the roll shell can be easily determined and the strength and speed of the signal drop provides an indication of how severe the damage has already progressed. This makes it possible to identify whether the shell has to be changed at the next scheduled stop of the paper machine in order to reliably prevent failure during operation, or whether such a change can still be delayed. In extreme cases, the machine must be stopped immediately to prevent oil from inside the shoe press roll escaping to the paper web, which would otherwise result in the production of rejects and major cleaning work.
  • the RFID unit or the RFID units is or are embedded in a thread.
  • the thickness of the thread in the area of the semiconductor element is preferably less than 2.0 mm, more preferably less than 1.5 mm, in order to avoid the RFID unit itself being a defect in the matrix due to its thickness and thus the starting point for possible Damage, such as cracks, occur during operation of the roll shell.
  • the thickness of the filament in the region of the semiconductor element is less than 3 times, more preferably less than 2 times, the average thickness of the filament outside the region of the semiconductor element.
  • the at least one antenna preferably extends along a longitudinal extension direction of the thread, with the RFID unit more preferably comprising two antennas which extend away from the semiconductor element in two opposite directions.
  • the semiconductor element can be located centrally between the two antennas.
  • the overall length of an RFID unit can be between 100mm and 150mm, preferably around 130mm.
  • several RFID units are embedded one behind the other in one and the same thread. These can be arranged at a distance from one another.
  • the capillary effect in the fine cavities between the individual fibers of the thread, into which the matrix material is not able to penetrate during casting ensures that oil slowly spreads along the entire thread, regardless of where exactly a tear in the thread is Matrix touches the thread. It is therefore to be expected that the signal strength of the RFID unit that is closest to this location will drop first.
  • the thread with the at least one embedded RFID unit is an integral part of the reinforcement structure of the roller shell, with the reinforcement structure preferably having a plurality of such threads.
  • the thread can take on a dual function, namely, on the one hand, enabling early detection of damage inside the roll shell and, on the other hand, as part of the reinforcement structure, helping to absorb the corresponding loads.
  • such a thread can directly replace a corresponding thread in the conventional scrim or thread fabric of the reinforcement structure.
  • the thread material has properties that are similar or identical in terms of its stretch behavior to the other threads of the reinforcement structure. Unlike the threads with embedded RFID units developed for the clothing industry, it is therefore preferred if the thread material is formed from a polyester and not a polyamide. Polyamide generally stretches more than polyester and is therefore less suitable for absorbing tensile forces. "Thread material” does not mean the material of the RFID unit embedded in the thread.
  • the reinforcement structure is a scrim of threads extending essentially in the axial direction of the roll shell has, of which several threads distributed around the circumference of the roll shell have at least one embedded RFID unit. For example, four threads, each offset by 90° in the circumferential direction of the roll shell, each with a plurality of RFID units embedded in them, can be provided in the roll shell.
  • the reinforcement structure can also comprise at least one helically wound thread radially outside of the thread scrim, which essentially extends in the circumferential direction of the roller shell, wherein this at least one helically wound thread is preferably free of embedded RFID units.
  • this at least one helically wound thread is preferably free of embedded RFID units.
  • Another aspect of the present invention relates to a device for the early detection of damage, in particular cracks, in a roll shell, in particular shoe press roll shell, for a machine for the production or processing of a fibrous web, in particular paper, cardboard or tissue web, the device having a previously described , Roller shell according to the invention, and a receiving unit which is designed to receive the individual information sent by the RFID units.
  • the receiving unit can either be permanently installed on the machine near the roll shell, or it can be designed as part of a so-called “handheld device”, which is mobile, ie can be carried around freely.
  • the receiving unit also functions at the same time as a transmitter of the electromagnetic pulse, which supplies the RFID units with the necessary energy to send their respective individual information, such as an ID, as an identification number.
  • the signal strength received naturally depends on the distance between the receiving unit and the transmitting RFID units, which may be variable depending on where exactly the operator is with the receiving unit. As a rule, ranges of up to 15 meters are possible without any problems. A drop in the signal strength of one or more RFID units is then best recognized in comparison to the signal strength of the other RFID units. It is very unlikely that all RFID units will show a drop in signal strength at the same time.
  • the device is preferably designed to determine the signal strength of the individual information sent by the RFID units. This enables the device to include output means which are designed to inform an operator when the signal strength of the transmitted individual information from at least one RFID unit falls below a predetermined threshold value, with the operator preferably receiving an indication of the received signal strength and/or or the position of the affected RFID unit in the roll shell is communicated.
  • a final aspect of the present invention relates to the use of a large number of RFID units in a roll shell, in particular a shoe press roll shell, in order to detect damage to the roll shell early in operation, in particular cracks in the same, the roll shell having a reinforcement structure formed from individual threads and a reinforcement structure enclosing matrix, and wherein each RFID unit has a semiconductor element and at least one antenna extending away from the semiconductor element, each semiconductor element having a memory with a memory stored therein for the respective RFID Unit in the roll shell includes individual information, and the memory is designed to wirelessly send the individual information on an electromagnetic pulse via the at least one antenna to a receiving unit.
  • 1 shows a schematic representation of an RFID unit embedded in a thread
  • 2 shows a schematic representation of an embodiment of a roll shell according to the invention with a plurality of RFID units
  • FIG. 3 shows a somewhat different schematic illustration of the embodiment illustrated in FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic, enlarged representation of an RFID unit 10 comprising a fiber optic element 20 and two antennas 30 extending in opposite directions away from the fiber optic element 20.
  • the fiber optic element 20 in turn includes a preferably erasable and rewritable antenna , Memory, which has stored information that is individual to this RFID unit 10 .
  • the RFID unit 10 is free from any power source such as a battery or the like. However, if the RFID unit 10 receives an external ultra-high-frequency signal via its antennas 30 or is exposed to a high-frequency field, this induces the necessary voltage that the RFID unit 10 requires to store the individual information stored in its memory, such as a
  • the RFID unit 10 is preferably also free of sensors, such as in particular pressure and/or temperature sensors. This allows an extremely small design of the RFID unit 10.
  • the RFID unit can be embedded in a thread 40, as shown in FIG.
  • the thread 40 consists of a variety of individual fibers, which are preferably formed from a polyester material, the fibers at least partially, preferably completely, encasing both the fiber optic element 20 and the antennas 30.
  • the point at which the semiconductor element 20 is arranged in the thread 40 only appears as a barely noticeable thickening of the thread 40 in this area.
  • the antennas 40 extend in the longitudinal direction of the thread 40.
  • One and the same thread 40 can comprise a plurality of RFID units 10 which are arranged one behind the other in the longitudinal direction of extension of the thread 40, preferably at a certain distance from one another.
  • a thread with seven different RFID units 10 is shown in FIG. This can be an ID number from 1 to 7, for example, as indicated in FIG.
  • the thread 40 is embedded in the matrix of a roll shell 50, preferably a shoe press roll shell 50 for a machine for producing a fibrous web, such as a paper, cardboard or tissue web.
  • the matrix can be formed from a polyurethane material, for example.
  • the roller shell 50 can also be formed from several layers, with the individual layers being able to differ from one another in terms of their material, for example the precise formulation of the polyurethane, and/or other properties.
  • a reinforcement structure which is formed from individual threads.
  • This can be, for example, a scrim or a woven fabric.
  • the roller shell 50 preferably has a scrim of threads extending parallel to the axial direction of the roller shell 50, i.e. horizontally in FIG is helically wound in the circumferential direction of the roll shell 50.
  • the thread 40 with the seven embedded RFID units 10 is an integral part of the reinforcement structure, ie in this embodiment it replaces one of the threads which extend in the axial direction of the roll mantle 50 .
  • the thread 40 can fulfill a dual function.
  • the RFID units 10 embedded in it serve as early damage detection means.
  • the signal strength can be determined by the receiver, the corresponding value being referred to in the technical world as the RSSI value.
  • RSSI is the abbreviation for: Received Signal Strength Indication. A decrease in the RSSI value thus suggests damage inside the roll shell 50, in particular penetration of oil, even if this damage is not yet visually recognizable from the outside.
  • FIG. 3 illustrates schematically that preferably several such threads 40 with embedded RFID units 10 are distributed around the circumference of the roll shell 10 .
  • four such threads 40 marked here with A, B, C and D, offset by 90° in the circumferential direction to one another can be embedded in the matrix of the roller shell 50, with each thread 40 having seven RFID units 10 and all RFID units 10 have individual information stored within them, such as an ID number from 1 to 28.
  • a receiving unit not shown here can, for example, be mounted stationary in the vicinity of the roll shell 50 and stimulate the 28 RFID units 10 of the roll shell 10 to send their respective individual information permanently or at regular intervals via an ultra-high-frequency field. Once the RSSI value of one or more of the RFID units 10 below a predetermined When the threshold falls, this is given as an alarm to an operator. The operator is preferably informed of the signal strength and the number or the installation location in the roll shell of the affected RFID unit 10 or RFID units 10 . In this way, the risk can be reduced that there is an unforeseen failure of the roll shell 50 during ongoing production.

Abstract

The invention relates to a roll jacket (50), more particularly a shoe-press roll jacket (50), for a machine for producing or processing a fibrous web, more particularly a paper, board or tissue web. The roll jacket (50) comprises: - a reinforcing structure made of individual fibers; and - a matrix, which surrounds the reinforcing structure. The roll jacket also has means for the early detection of damage. The means for the early detection of damage comprise a plurality of RFID units, each RFID unit having a semiconductor element and at least one antenna extending away from the semiconductor element. Each semiconductor element comprises a memory having information stored therein which is specific to the RFID unit in question in the roll jacket (50), the memory being designed to transmit the information specific to the RFID unit in question to a receiving unit wirelessly by means of the at least one antenna in response to an electromagnetic pulse.

Description

Walzenmantel mit Beschädigungsfrüherkennung Die Erfindung betrifft einen Walzenmantel, insbesondere einen Schuhpresswalzen mantel, für eine Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahn, wobei der Walzenmantel eine aus einzelnen Fäden gebildete Verstärkungsstruktur und eine die Verstärkungsstruktur umschließende Matrix umfasst, und wobei der Walzenmantel über Beschädigungs- Früherkennungsmittel verfügt. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Früherkennen von Beschädigungen, insbesondere Rissen, in einem Walzenmantel. Roll shell with early damage detection and wherein the roll shell has damage early detection means. Furthermore, the invention relates to a device for the early detection of damage, in particular cracks, in a roll shell.
Walzenmäntel in einer Papier-, Karton- oder Tissuemaschine sind mitunter sehr großen Belastungen ausgesetzt. Insbesondere auf die flexiblen Walzenmäntel in Schuhpressen wirken im bestimmungsgemäßen Betrieb permanent Biegewechsel belastungen bei zugleich hohen Temperaturen. Hinzu können bei besonderen Situationen örtlich und zeitlich sehr große Lastspitzen auftreten. Kommt es zum Beispiel bei der Herstellung einer Papierbahn zu einem Bahnabriss, erfolgt nicht selten ein so genannter Batzendurchgang durch den verlängerten Pressspalt der Schuhpresse, welcher eine solche Lastspitze bewirkt, die sich sowohl auf die Matrix, als auch auf die darin eingebettete Verstärkungsstruktur, wie beispielsweise ein Fadengelege oder -gewebe, auswirkt. Dabei kann es zu Schädigungen am Walzen mantel kommen, etwa zu einem Bruch einzelner Fäden in der Verstärkungsstruktur, oder zu einem Herauslösen kleinerer Mengen von Material aus der Matrix an der Außenoberfläche des Mantels. Obgleich der Schuhpresswalzenmantel durch solch eine Schädigung in aller Regel nicht sofort versagt, können sich diese Schädigungen mit der Zeit immer weiter vergrößern, bis sie letztlich doch zu einem Komplett versagen des Walzenmantels führen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich Risse durch die gesamte Dicke des Walzenmantels erstrecken, so dass Schmieröl aus dem Inneren nach außen zur Papierbahn hin austreten kann. Auch wenn sich Risse in der Regel nur sehr langsam ausbreiten, ist spätestens dann, wenn der Riss sich über die gesamte Dicke des Walzenmantels erstreckt, eine Weiterproduktion unmöglich und der Mantel muss ersetzt werden. Während Schädigungen, die ihren Ursprung an der Außenoberfläche des Mantels haben, noch relativ einfach zu detektieren sind, ist dies bei Schädigungen, die ihren Ursprung im Inneren oder an der Innenoberfläche des Mantels haben, sehr schwierig. Bisweilen können bereits kleine Kratzer oder eine ungleichmäßige Schmierung an der Innenoberfläche des Schuhpresswalzenmantels als Ursprung für einen Riss ausreichen, der sich über die Zeit hinweg durch die gesamte Dicke des Mantels erstreckt. Da ein ungeplantes Herunterfahren einer Papiermaschine sehr kostspielig ist, besteht ein großes Interesse daran, bereits frühzeitig erkennen zu können, wann eine Beschädigung vorliegt, die zu einem baldigen Komplettausfall des Walzenmantels führen kann. Optimal wäre es, den Walzenmantel möglichst erst am letzten routinemäßigen Halt der Maschine, der vor einem ansonsten erfolgenden Versagen des Mantels liegt, auszutauschen. Roll shells in a paper, board or tissue machine are sometimes exposed to very high loads. In particular, the flexible roll shells in shoe presses are exposed to permanent alternating bending loads and high temperatures during normal operation. In addition, very large load peaks can occur locally and temporally in special situations. If, for example, a web tear occurs during the production of a paper web, it is not uncommon for a so-called lump to pass through the extended press gap of the shoe press, which causes such a peak load that affects both the matrix and the reinforcement structure embedded in it, such as a scrim or fabric. This can lead to damage to the roll shell, such as a breakage of individual threads in the reinforcement structure, or small amounts of material leaching out of the matrix on the outer surface of the shell. Although the shoe press roll shell does not usually fail immediately as a result of such damage, this damage can continue to increase over time until it ultimately leads to complete failure of the roll shell. This is particularly the case when cracks extend through the entire thickness of the roll mantle, so that lubricating oil can escape from the inside to the outside of the paper web. Even if cracks usually only spread very slowly, at the latest when the crack extends over the entire thickness of the roll shell, further production is impossible and the shell has to be replaced. While damage originating on the outer surface of the jacket is still relatively easy to detect, it is very difficult to detect damage originating on the inside or on the inner surface of the jacket. Sometimes even small scratches or uneven lubrication on the inner surface of the shoe press roll shell can be enough to initiate a crack that, over time, extends through the entire thickness of the shell. Since an unplanned shutdown of a paper machine is very expensive, there is a great deal of interest in being able to identify early on when there is damage that can soon lead to complete failure of the roll shell. It would be optimal to replace the roll shell as soon as possible at the last routine stop of the machine, which is before the shell otherwise fails.
Ein gattungsgemäßer Walzenmantel mit Beschädigungs-Früherkennungsmitteln wurde von der Anmelderin in der Druckschrift W02020057795A1 beschrieben, wobei die Beschädigungs-Früherkennungsmittel im Wesentlichen darin bestehen, dass die Matrix des Mantels aus einem transparenten Material hergestellt ist, was einen Blick und damit eine visuelle Inspektion des Inneren des Walzenmantels erlaubt. Eine rein visuelle Inspektion erfordert jedoch in der Regel ein Stillstand der Maschine, was zeitaufwendig ist und die Produktivität beeinträchtigt. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor beschriebenen Probleme zu lösen. Insbesondere soll eine zuverlässige Früherkennung von Beschädigungen, wie Rissen, die von der Innenoberfläche des Mantels ausgehen, auch im laufenden Betrieb der Maschine ermöglicht werden. Ferner ist es erstrebenswert, wenn diese Erkennung weitgehend oder vollständig automatisiert erfolgen kann. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungs gemäßen Lösung. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den eingangs beschriebenen, gattungs gemäßen Walzenmantel dahingehend weiterzubilden, dass die Beschädigungs- Früherkennungsmittel eine Vielzahl von RFID-Einheiten umfassen, wobei jede RFID- Einheit ein Halbleiterelement und wenigstens eine sich von dem Halbleiterelement weg erstreckende Antenne aufweist, wobei jedes Halbleiterelement einen Speicher mit einer darin gespeicherten, für die jeweilige RFID-Einheit in dem Walzenmantel individuelle Information umfasst, und der Speicher ausgebildet ist, die individuelle Information auf einen elektromagnetischen Impuls hin drahtlos über die wenigstens eine Antenne an eine Empfangseinheit zu senden. Zwar wurde bereits in der Vergangenheit beschrieben, RFID-Einheiten an oder in rotierenden Bauteilen von Papiermaschinen vorzusehen, jedoch erfolgte dies bis dato entweder zu dem Zweck, das Bauteil als solches mit einer Identifikationsnummer zu versehen, oder, über Sensoren gemessene Daten, wie Druck oder Temperatur, über die RFID-Technik drahtlos nach außen zu übertragen. Letzteres ist beispielsweise von der Anmelderin in der Druckschrift W02005/112893A1 beschrieben worden. Obgleich es Bestrebungen gibt, derartige Sensoren immer weiter zu miniaturisieren, ist es bis zum heutigen Tag schwierig, ein kommerziell erhältliches Produkt zu finden, dass klein genug ist, um nicht selbst als Störstelle in der Matrix eines Schuhpress walzenmantels den Ursprung für Schädigungen bilden zu können. A generic roller shell with early damage detection means was described by the applicant in publication WO2020057795A1, the early damage detection means essentially consisting in that the matrix of the shell is made of a transparent material, which allows a view and thus a visual inspection of the interior of the roll shell allowed. However, purely visual inspection typically requires machine downtime, which is time consuming and impacts productivity. It is therefore an object of the present invention to solve the problems described above. In particular, a reliable early detection of damage, such as cracks emanating from the inner surface of the casing, should also be made possible while the machine is in operation. It is also desirable if this recognition can be largely or completely automated. This object is solved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims relate to advantageous developments of the solution according to the Invention. According to the invention, it is proposed to further develop the roller shell of the generic type described at the outset such that the early damage detection means comprise a large number of RFID units, with each RFID unit having a semiconductor element and at least one antenna extending away from the semiconductor element, with each semiconductor element having a Memory with stored therein, for the respective RFID unit in the roll shell includes individual information, and the memory is designed to wirelessly send the individual information on an electromagnetic pulse via the at least one antenna to a receiving unit. Although it has already been described in the past to provide RFID units on or in rotating components of paper machines, this has been done to date either for the purpose of providing the component as such with an identification number, or data measured via sensors, such as pressure or Temperature, wirelessly transmitted to the outside via the RFID technology. The latter has been described, for example, by the applicant in publication WO2005/112893A1. Although efforts are being made to continue to miniaturize such sensors, it is still difficult to find a commercially available product that is small enough not to be able to cause damage as a defect in the matrix of a shoe press roll shell .
Es ist das Verdienst des Erfinders, erkannt zu haben, dass es mittels einer Mehrzahl von einfachen RFID-Einheiten, d.h. RFID-Einheiten, die keine komplizierte Sensor technik umfassen, möglich ist, frühzeitig Schädigungen im Inneren des Pressmantels zu erkennen. Derartige einfache RFID-Einheiten sind inzwischen derart klein entwickelt, dass sie innerhalb eines Fadens eingebettet werden können. Solche RFID-Fäden wurden insbesondere für die Bekleidungsindustrie zum Beispiel als Diebstahlschutz entwickelt und können einfach in das textile Gewebe des Kleidungsstücks mit eingewoben werden, ohne dass dies auffällt. Derartige Fäden sind heute kommerziell zum Beispiel von der Firmen „PrimolD“ und „REGAL SCAN TECH“ erhältlich. Diese Fäden weisen einen winzigen Chip mit einem Speicher auf, welcher auch lösch- und wiederbeschreibbar ausgebildet sein kann, und zwei Antennen, die sich davon in entgegengesetzte Richtung entlang einer Haupt erstreckungsrichtung des Fadens weg erstrecken. Die RFID-Technik ermöglicht es, dass die im Faden integrierte RFID-Einheit ohne aktive Energiequelle, wie eine Batterie, auskommt. Stattdessen wird die zum Auslesen des Speichers und zum Senden der ausgelesenen Daten benötigte Energie durch Induktion mittels eine von außen auf die RFID-Einheit einwirkenden, hochfrequenten elektromagnetischen Signals erhalten. Dies ermöglicht die extrem kleine Bauweise, welche es erlaubt, das Halbleiterelement komplett von den einzelnen Fasern des Fadens zu umschließen, so dass der Faden an dieser Stelle eine nur geringfügige Verdickung, ähnlich einem kleinen Knoten, aufweist. It is to the credit of the inventor to have recognized that it is possible to detect damage inside the press jacket at an early stage by means of a plurality of simple RFID units, ie RFID units that do not include any complicated sensor technology. Such simple RFID units have now been developed to be so small that they can be embedded within a thread. Such RFID threads were developed in particular for the clothing industry, for example as anti-theft protection, and can simply be inserted into the textile fabric of the garment Garments are woven in without this being noticeable. Threads of this type are commercially available today, for example from the companies “PrimolD” and “REGAL SCAN TECH”. These threads have a tiny chip with a memory, which can also be designed to be erasable and rewritable, and two antennas that extend in opposite directions along a main direction of extent of the thread away. The RFID technology makes it possible for the RFID unit integrated in the thread to function without an active energy source such as a battery. Instead, the energy required to read out the memory and to send the data read out is obtained by induction using a high-frequency electromagnetic signal acting on the RFID unit from the outside. This enables the extremely small design, which allows the semiconductor element to be completely surrounded by the individual fibers of the thread, so that the thread only has a slight thickening at this point, similar to a small knot.
Der Erfinder hat weiter erkannt, dass Öl, welches bis zu der RFID-Einheit vordringt, dazu führt, dass diese in ihrer Funktionsfähigkeit beeinträchtigt wird. In der Regel kommt es dabei nicht sofort zu einem Komplettausfall der RFID-Einheit, sondern zu einer mit der Zeit zunehmenden Verringerung ihrer Sendestärke. Die Abnahme der Sendestärke scheint dabei mit der Länge der Antenne zu korrelieren, die mit dem Öl in Kontakt gerät. The inventor has also recognized that oil which penetrates as far as the RFID unit means that its functionality is impaired. As a rule, a complete failure of the RFID unit does not occur immediately, but rather an increasing reduction in its transmission strength over time. The decrease in transmission strength seems to correlate with the length of the antenna that comes into contact with the oil.
Dabei wirkt es sich besonders günstig aus, wenn die RFID-Einheit in einem Faden eingebettet ist, da die zwischen den einzelnen Fasern des Fadens gebildeten extrem feinen Freiräume einen Kapillareffekt auf das Öl ausüben, welches sich so langsam entlang des Fadens weiter ausbreitet. Es ist daher nicht zwingend notwendig, dass der fortschreitende Riss in der Matrix unmittelbar durch die Stelle der RFID-Einheit verläuft, sondern es reicht, dass dieser irgendwo durch den Faden geht, in welchen die RFID-Einheit eingebettet ist. It is particularly advantageous if the RFID unit is embedded in a thread, since the extremely fine free spaces formed between the individual fibers of the thread exert a capillary effect on the oil, which then slowly spreads further along the thread. It is therefore not absolutely necessary that the progressive crack in the matrix runs directly through the location of the RFID unit, but it is sufficient that it goes somewhere through the thread in which the RFID unit is embedded.
Werden die RFID-Einheiten im Walzenmantel regelmäßig oder permanent aus gelesen, kann leicht und zeitnah erkannt werden, wenn eine oder mehrere RFID- Einheiten mit einer geringeren Signalstärke als zuvor die in ihr jeweils gespeicherten individuellen Informationen sendet bzw. senden. Anhand der individuellen Information lässt sich der Einbauort der betroffenen RFID-Einheit im Walzenmantel einfach bestimmen und die Stärke und Schnelligkeit des Signalabfalls lässt einen Aufschluss darauf zu, wie stark die Schädigung bereits vorangeschritten ist. Somit kann erkannt werden, ob der Mantel beim nächsten planmäßigen Halt der Papiermaschine bereits gewechselt werden muss, um ein Versagen im laufenden Betrieb zuverlässig zu verhindern, oder ob mit einem solchen Wechsel noch weiter gewartet werden kann. Im Extremfall ist auch ein sofortiger Stopp der Maschine zu veranlassen, um zu verhindern, dass Öl aus dem Innern der Schuhpresswalze hin zu der Papierbahn austritt, was ansonsten die Produktion von Ausschuss und größere Reinigungs arbeiten zur Folge hätte. If the RFID units in the roll shell are read out regularly or permanently, it can be recognized easily and promptly if one or more RFID Units with a lower signal strength than before sends or send the individual information stored in it. Based on the individual information, the installation location of the affected RFID unit in the roll shell can be easily determined and the strength and speed of the signal drop provides an indication of how severe the damage has already progressed. This makes it possible to identify whether the shell has to be changed at the next scheduled stop of the paper machine in order to reliably prevent failure during operation, or whether such a change can still be delayed. In extreme cases, the machine must be stopped immediately to prevent oil from inside the shoe press roll escaping to the paper web, which would otherwise result in the production of rejects and major cleaning work.
Aus den zuvor bereits beschriebenen Gründen ist es somit vorteilhaft, wenn die RFID-Einheit, bzw. die RFID-Einheiten, in einem Faden eingebettet ist bzw. sind. Vorzugsweise beträgt dabei die Dicke des Fadens im Bereich des Halbleiterelements weniger als 2,0mm, weiter bevorzugt weniger als 1,5mm, um zu vermeiden, dass die RFID-Einheit auf Grund seiner Dicke selbst als Störstelle in der Matrix und damit als Ausgangspunkt für mögliche Schädigungen, wie Risse, im Betrieb des Walzen- mantels auftreten. For the reasons already described above, it is therefore advantageous if the RFID unit or the RFID units is or are embedded in a thread. The thickness of the thread in the area of the semiconductor element is preferably less than 2.0 mm, more preferably less than 1.5 mm, in order to avoid the RFID unit itself being a defect in the matrix due to its thickness and thus the starting point for possible Damage, such as cracks, occur during operation of the roll shell.
Weiter bevorzugt ist die Dicke des Fadens im Bereich des Halbleiterelements weniger als 3 mal, weiter bevorzugt weniger als 2 mal, so groß wie die durchschnittliche Dicke des Fadens außerhalb des Bereichs des Halbleiterelements. More preferably, the thickness of the filament in the region of the semiconductor element is less than 3 times, more preferably less than 2 times, the average thickness of the filament outside the region of the semiconductor element.
Wie dies bereits oben beschrieben wurde, erstreckt sich vorzugsweise die wenigstens eine Antenne entlang einer Längserstreckungsrichtung des Fadens, wobei die RFID-Einheit weiter bevorzugt zwei Antennen umfasst, die sich von dem Halbleiterelement aus in zwei entgegengesetzte Richtung weg erstrecken. Mit anderen Worten kann das Halbleiterelement zentral zwischen den beiden Antennen liegen. Die Gesamtlänge einer RFID-Einheit kann dabei zwischen 100mm und 150mm betragen, vorzugsweise etwa 130mm. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind mehrere RFID-Einheiten hintereinander in einem und demselben Faden eingebettet. Diese können dabei mit Abstand zueinander angeordnet sein. Wie oben beschrieben, sorgt der Kapillareffekt in den feinen Flohlräumen zwischen den einzelnen Fasern des Fadens, in welche das Matrixmaterial beim Umgießen auch nicht einzudringen vermag, dafür, dass sich Öl langsam entlang des gesamten Fadens ausbreitet, unabhängig davon, wo genau ein Riss in der Matrix den Faden tangiert. Es ist somit zu erwarten, dass die Signalstärke der RFID-Einheit, welche diesem Ort am nächsten liegt, als erstes sinkt. As has already been described above, the at least one antenna preferably extends along a longitudinal extension direction of the thread, with the RFID unit more preferably comprising two antennas which extend away from the semiconductor element in two opposite directions. In other words, the semiconductor element can be located centrally between the two antennas. The overall length of an RFID unit can be between 100mm and 150mm, preferably around 130mm. In a particularly preferred embodiment, several RFID units are embedded one behind the other in one and the same thread. These can be arranged at a distance from one another. As described above, the capillary effect in the fine cavities between the individual fibers of the thread, into which the matrix material is not able to penetrate during casting, ensures that oil slowly spreads along the entire thread, regardless of where exactly a tear in the thread is Matrix touches the thread. It is therefore to be expected that the signal strength of the RFID unit that is closest to this location will drop first.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Faden mit der wenigstens einen eingebetteten RFID-Einheit integraler Bestandteil der Verstärkungsstruktur des Walzenmantels ist, wobei die Verstärkungsstruktur vorzugsweise mehrerer solcher Fäden aufweist. Auf diese Weise kann der Faden eine Doppelfunktion übernehmen, nämlich zum einen die Früherkennung von Beschädigungen im Inneren des Walzenmantels ermöglichen, und zum anderen als Teil der Verstärkungsstruktur dazu beitragen, entsprechende Lasten aufzunehmen. Im Idealfall kann ein solcher Faden direkt einen entsprechenden Faden im herkömmlichen Fadengelege oder Fadengewebe der Verstärkungsstruktur ersetzen. It is particularly advantageous if the thread with the at least one embedded RFID unit is an integral part of the reinforcement structure of the roller shell, with the reinforcement structure preferably having a plurality of such threads. In this way, the thread can take on a dual function, namely, on the one hand, enabling early detection of damage inside the roll shell and, on the other hand, as part of the reinforcement structure, helping to absorb the corresponding loads. In the ideal case, such a thread can directly replace a corresponding thread in the conventional scrim or thread fabric of the reinforcement structure.
Um diese Doppelfunktion zuverlässig erfüllen zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Fadenmaterial hinsichtlich seines Dehnverhaltens ähnliche oder identische Eigen schaften aufweist, wie die übrigen Fäden der Verstärkungsstruktur. Anders als bei den für die Bekleidungsindustrie entwickelten Fäden mit eingebetteten RFID- Einheiten, ist es daher bevorzugt, wenn das Fadenmaterial aus einem Polyester und nicht einem Polyamid gebildet ist. Polyamid dehnt sich in der Regel stärker als Polyester und ist daher weniger gut geeignet, Zugkräfte aufzunehmen. Mit „Fadenmaterial“ ist dabei nicht das Material der in dem Faden eingebetteten RFID- Einheit gemeint. In order to be able to reliably fulfill this dual function, it is advantageous if the thread material has properties that are similar or identical in terms of its stretch behavior to the other threads of the reinforcement structure. Unlike the threads with embedded RFID units developed for the clothing industry, it is therefore preferred if the thread material is formed from a polyester and not a polyamide. Polyamide generally stretches more than polyester and is therefore less suitable for absorbing tensile forces. "Thread material" does not mean the material of the RFID unit embedded in the thread.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verstärkungsstruktur ein Gelege von sich im Wesentlichen in Axialrichtung des Walzenmantels erstreckenden Fäden aufweist, von denen mehrere um den Umfang des Walzenmantels herum verteilte Fäden wenigstens eine eingebettete RFID-Einheit aufweisen. Beispielsweise können vier, jeweils um 90° in Umfangsrichtung des Walzenmantels versetzt angeordnete Fäden mit jeweils mehreren darin eingebetteten RFID-Einheiten in dem Walzen- mantel vorgesehen sein. A further development of the invention provides that the reinforcement structure is a scrim of threads extending essentially in the axial direction of the roll shell has, of which several threads distributed around the circumference of the roll shell have at least one embedded RFID unit. For example, four threads, each offset by 90° in the circumferential direction of the roll shell, each with a plurality of RFID units embedded in them, can be provided in the roll shell.
Zudem kann die Verstärkungsstruktur ferner radial außen von dem Fadengelege wenigstens einen helix-artig aufgewickelt Faden umfassen, welcher sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Walzenmantels erstreckt, wobei dieser wenigstens eine helix-artig aufgewickelte Faden vorzugsweise frei von eingebetteten RFID-Einheiten ist. Mit anderen Worten reicht es aus, wenn nur eine der beiden Lagen von Fäden der Verstärkungsstruktur RFID-Einheiten umfasst, wobei es bevorzugt ist, dass es sich dabei um die radial innere Lage handelt, so dass Risse, die sich von der in der Regel nicht einsehbaren Innenoberfläche des Pressmantels ausgehend nach radial außen ausweiten, schneller erkannt werden können. In addition, the reinforcement structure can also comprise at least one helically wound thread radially outside of the thread scrim, which essentially extends in the circumferential direction of the roller shell, wherein this at least one helically wound thread is preferably free of embedded RFID units. In other words, it is sufficient if only one of the two layers of threads of the reinforcement structure comprises RFID units, it being preferable for this to be the radially inner layer, so that cracks that differ from the generally do not visible inner surface of the press jacket starting radially outward expand, can be recognized more quickly.
Wie weiter oben bereits beschrieben, ist es das Verdienst des Erfinders, erkannt zu haben, dass eine zuverlässige Früherkennung von Beschädigungen, wie Rissen, im Inneren des Walzenmantels möglich ist, ohne dass die RFID-Einheiten irgendwelche speziellen Sensoren umfassen. RFID-Einheiten mit Sensoren, insbesondere mit Druck- und/oder Temperatursensoren, wie sie aus dem Stand der Technik beschrieben sind, werden hierfür nicht benötigt, so dass die RFID-Einheiten extrem klein gehalten werden können, und die Gefahr reduziert wird, dass diese selbst als Störkörper in der Matrix zum Ausgangspunkt für Schädigungen führen kann. As already described above, it is to the credit of the inventor to have recognized that damage, such as cracks, inside the roll shell can be reliably detected early on without the RFID units comprising any special sensors. RFID units with sensors, in particular with pressure and/or temperature sensors, as are described from the prior art, are not required for this, so that the RFID units can be kept extremely small and the risk is reduced that these itself as a disruptive body in the matrix can lead to the starting point for damage.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Früh erkennen von Beschädigungen, insbesondere Rissen, in einem Walzenmantel, insbesondere Schuhpresswalzenmantel, für eine Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahn, wobei die Vorrichtung einen zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Walzen mantel umfasst, sowie eine Empfangseinheit, welche ausgebildet ist, die von den RFID-Einheiten gesendeten individuellen Informationen zu empfangen. Dabei kann die Empfangseinheit entweder fest an der Maschine in der Nähe des Walzenmantels verbaut sein, oder sie kann als Teil eines so genannten „Handheld Devices“ aus gebildet sei, welches mobil ist, d.h. frei herumgetragen werden kann. Vorzugsweise fungiert die Empfangseinheit auch zugleich als Sender des elektromagnetischen Impulses, welcher die RFID-Einheiten mit der notwendigen Energie versorgt, um ihre jeweilige individuelle Information, wie zum Beispiel eine ID, als eine Identifikations nummer, zu senden. Sofern die Empfangseinheit als Handheld Device ausgebildet ist, hängt die empfangene Signalstärke natürlich zum Abstand der Empfangseinheit zu den sendenden RFID-Einheiten ab, welcher variabel sein mag, je nachdem, wo sich die Bedienperson mit der Empfangseinheit gerade genau aufhält. In der Regel sind Reichweiten bis zu 15 Meter problemlos möglich. Ein Abfall der Signalstärke eines oder mehrerer RFID-Einheiten ist dann am besten im Vergleich zu der Signalstärke der übrigen RFID-Einheiten zu erkennen. Dass alle RFID-Einheiten gleichzeitig einen Abfall der Signalstärke aufweisen, ist sehr unwahrscheinlich. Another aspect of the present invention relates to a device for the early detection of damage, in particular cracks, in a roll shell, in particular shoe press roll shell, for a machine for the production or processing of a fibrous web, in particular paper, cardboard or tissue web, the device having a previously described , Roller shell according to the invention, and a receiving unit which is designed to receive the individual information sent by the RFID units. Thereby can the receiving unit can either be permanently installed on the machine near the roll shell, or it can be designed as part of a so-called “handheld device”, which is mobile, ie can be carried around freely. Preferably, the receiving unit also functions at the same time as a transmitter of the electromagnetic pulse, which supplies the RFID units with the necessary energy to send their respective individual information, such as an ID, as an identification number. If the receiving unit is designed as a handheld device, the signal strength received naturally depends on the distance between the receiving unit and the transmitting RFID units, which may be variable depending on where exactly the operator is with the receiving unit. As a rule, ranges of up to 15 meters are possible without any problems. A drop in the signal strength of one or more RFID units is then best recognized in comparison to the signal strength of the other RFID units. It is very unlikely that all RFID units will show a drop in signal strength at the same time.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung ausgebildet, die Signalstärke der von den RFID- Einheiten gesendeten individuellen Informationen zu bestimmen. Dies ermöglicht es nämlich, dass die Vorrichtung Ausgabemittel umfasst, welche ausgebildet sind, einen Bediener zu informieren, wenn die Signalstärke der gesendeten individuellen Information von wenigstens einer RFID-Einheit einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, wobei vorzugsweise dem Bediener ein Hinweis auf die empfangene Signalstärke und/oder die Position der betroffenen RFID-Einheit in dem Walzen mantel mitgeteilt wird. Ein letzter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung einer Vielzahl von RFID-Einheiten in einem Walzenmantel, insbesondere Schuhpresswalzenmantel, um frühzeitig im Betrieb des Walzenmantels Beschädigungen, insbesondere Risse im selbigen zu erkennen, wobei der Walzenmantel eine aus einzelnen Fäden gebildete Verstärkungsstruktur und eine die Verstärkungsstruktur umschließende Matrix um- fasst, und wobei jede RFID-Einheit ein Halbleiterelement und wenigstens eine sich von dem Halbleiterelement weg erstreckende Antenne aufweist, wobei jedes Halb leiterelement einen Speicher mit einer darin gespeicherten, für die jeweilige RFID- Einheit in dem Walzenmantel individuelle Information umfasst, und der Speicher ausgebildet ist, die individuelle Information auf einen elektromagnetischen Impuls hin drahtlos über die wenigstens eine Antenne an eine Empfangseinheit zu senden. Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen: The device is preferably designed to determine the signal strength of the individual information sent by the RFID units. This enables the device to include output means which are designed to inform an operator when the signal strength of the transmitted individual information from at least one RFID unit falls below a predetermined threshold value, with the operator preferably receiving an indication of the received signal strength and/or or the position of the affected RFID unit in the roll shell is communicated. A final aspect of the present invention relates to the use of a large number of RFID units in a roll shell, in particular a shoe press roll shell, in order to detect damage to the roll shell early in operation, in particular cracks in the same, the roll shell having a reinforcement structure formed from individual threads and a reinforcement structure enclosing matrix, and wherein each RFID unit has a semiconductor element and at least one antenna extending away from the semiconductor element, each semiconductor element having a memory with a memory stored therein for the respective RFID Unit in the roll shell includes individual information, and the memory is designed to wirelessly send the individual information on an electromagnetic pulse via the at least one antenna to a receiving unit. Further advantageous features of the invention are explained on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer in einen Faden eingebetteten RFID- Einheit; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Walzenmantels mit einer Mehrzahl von RFID- Einheiten; und 1 shows a schematic representation of an RFID unit embedded in a thread; 2 shows a schematic representation of an embodiment of a roll shell according to the invention with a plurality of RFID units; and
Fig. 3 eine etwas andere schematische Darstellung der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform. 3 shows a somewhat different schematic illustration of the embodiment illustrated in FIG.
Figur 1 zeigt in einer schematischen, vergrößerten Darstellung eine RFID-Einheit 10 umfassend ein Flalbleiterelement 20, sowie zwei sich von dem Flalbleiterelement 20 in entgegengesetzte Richtungen weg erstreckende Antennen 30. Das Flalbleiter element 20 umfasst seinerseits einen, vorzugsweise lösch- und wieder beschreib- baren, Speicher, welcher eine für diese RFID-Einheit 10 individuelle Information in sich gespeichert hat. Die RFID-Einheit 10 ist frei von jeglicher Energiequelle, wie Batterie oder dergleichen. Empfängt die RFID-Einheit 10 über ihre Antennen 30 jedoch von außen ein ultrahochfrequentes Signal bzw. ist einem hochfrequentem Feld ausgesetzt, so induziert dieses die notwendige Spannung, die die RFID-Einheit 10 benötigt, um die in ihrem Speicher gespeicherte individuelle Information, etwa eineFIG. 1 shows a schematic, enlarged representation of an RFID unit 10 comprising a fiber optic element 20 and two antennas 30 extending in opposite directions away from the fiber optic element 20. The fiber optic element 20 in turn includes a preferably erasable and rewritable antenna , Memory, which has stored information that is individual to this RFID unit 10 . The RFID unit 10 is free from any power source such as a battery or the like. However, if the RFID unit 10 receives an external ultra-high-frequency signal via its antennas 30 or is exposed to a high-frequency field, this induces the necessary voltage that the RFID unit 10 requires to store the individual information stored in its memory, such as a
ID-Nummer, auszulesen und über die Antenennen 30 an einem Empfänger zu senden. ID number, read and sent over the antennas 30 to a recipient.
Darüber hinaus ist die RFID-Einheit 10 vorzugsweise auch frei von Sensoren, wie insbesondere Druck- und/oder Temperatursensoren. Dies erlaubt eine extrem kleine Bauform der RFID-Einheit 10. So kann die RFID-Einheit, wie in Figur 1 dargestellt, in einem Faden 40 eingebettet sein. Der Faden 40 besteht aus eine Vielzahl von einzelnen Fasern, die vorzugsweise aus einem Polyester-Werkstoff gebildet sind, wobei die Fasern sowohl das Flalbleiterelement 20 als auch die Antennen 30 zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, ummanteln. Die Stelle, an der das Flalbleiterelement 20 in dem Faden 40 angeordnet ist, erscheint lediglich als eine kaum auffällige Verdickung des Fadens 40 in diesem Bereich. Die Antennen 40 erstrecken sich dabei in der Längserstreckungsrichtung des Fadens 40. In addition, the RFID unit 10 is preferably also free of sensors, such as in particular pressure and/or temperature sensors. This allows an extremely small design of the RFID unit 10. The RFID unit can be embedded in a thread 40, as shown in FIG. The thread 40 consists of a variety of individual fibers, which are preferably formed from a polyester material, the fibers at least partially, preferably completely, encasing both the fiber optic element 20 and the antennas 30. The point at which the semiconductor element 20 is arranged in the thread 40 only appears as a barely noticeable thickening of the thread 40 in this area. The antennas 40 extend in the longitudinal direction of the thread 40.
Ein und derselbe Faden 40 kann mehrere RFID-Einheiten 10 umfassen, die in Längs erstreckungsrichtung des Fadens 40 hintereinander, vorzugsweise mit einem gewissen Abstand zueinander, angeordnet sind. Ein solcher Faden mit sieben verschiedenen RFID-Einheiten 10 ist in Figur 2 gezeigt, wobei jede RFID-Einheit 10 eine individuelle Information im Speicher aufweist, die sich von der individuellen Information der anderen RFID-Einheiten 10 unterscheidet. Dabei kann es sich zum Beispiel um eine ID-Nummer von 1 bis 7 handeln, wie in Figur 2 angedeutet. One and the same thread 40 can comprise a plurality of RFID units 10 which are arranged one behind the other in the longitudinal direction of extension of the thread 40, preferably at a certain distance from one another. Such a thread with seven different RFID units 10 is shown in FIG. This can be an ID number from 1 to 7, for example, as indicated in FIG.
Erfindungsgemäß ist der Faden 40 in der Matrix eines Walzenmantels 50, vorzugsweise eines Schuhpresswalzenmantels 50 für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, wie Papier-, Karton- oder Tissuebahn, eingebettet. Die Matrix kann dabei zum Beispiel aus einem Polyurethan-Werkstoff gebildet sein. Der Walzen- mantel 50 kann auch aus mehreren Schichten gebildet sein, wobei sich die einzelnen Schichten hinsichtlich ihres Materials, etwa der genauen Formulierung des Polyurethans, und/oder anderer Eigenschaften voneinander unterscheiden können. According to the invention, the thread 40 is embedded in the matrix of a roll shell 50, preferably a shoe press roll shell 50 for a machine for producing a fibrous web, such as a paper, cardboard or tissue web. The matrix can be formed from a polyurethane material, for example. The roller shell 50 can also be formed from several layers, with the individual layers being able to differ from one another in terms of their material, for example the precise formulation of the polyurethane, and/or other properties.
In die Matrix des Walzenmantels 50 ist zudem eine hier nicht näher dargestellte Verstärkungsstruktur eingebettet, die aus einzelnen Fäden gebildet ist. Dabei kann es sich zum Beispiel um ein Fadengelege oder ein Fadengewebe handeln. In dem vor liegenden Ausführungsbeispiel weist der Walzenmantel 50 vorzugsweise ein Gelege von sich in parallel zur Axialrichtung des Walzenmantels 50, also sich in Figur 2 horizontal erstreckenden, Fäden auf, sowie ein davon radial außen angeordnetes Gelege, welches von wenigstens einem Faden gebildet wird, der helixartig in Umfangrichtung des Walzenmantels 50 gewickelt ist. Der Faden 40 mit den sieben eingebetteten RFID-Einheiten 10 ist integraler Bestandteil der Verstärkungsstruktur, d.h. er ersetzt in dieser Ausführungsform einen der Fäden, die sich in Axialrichtung des Walzenmantels 50 erstrecken. Somit kann der Faden 40 eine Doppelfunktion erfüllen. Zum einen kann er, genauso wie die übrigen Fäden des Fadengeleges, Zuglasten aufnehmen und somit zur Stabilität des Walzenmantels 50 beitragen. Zum anderen dienen die in ihm eingebetteten RFID- Einheiten 10 als Beschädigungs-Früherkennungsmittel. Insbesondere dann, wenn von der Innenseite des Walzenmantels 50 Öl durch einen Riss in der Matrix bis zu dem Faden 40 gelangt, und dann das Öl über die Kapillarkräfte im Faden bis zu der Antenne 30 der nächstgelegenen RFID-Einheit 10 gelangt, führt dies zu einer Abnahme der Signalstärke, mit welcher die betroffene RFID-Einheit 10 ihre individuelle Information senden kann. Die Signalstärke kann von dem Empfänger bestimmt werden, wobei der entsprechende Wert in der Fachwelt auch als RSSI-Wert bezeichnet wird. RSSI ist dabei die Abkürzung für: Received Signal Strength Indication. Eine Abnahme des RSSI-Werts lässt also auf eine Beschädigung im Inneren des Walzenmantels 50 schließen, insbesondere auf ein Eindringen von Öl, selbst wenn von dieser Schädigung visuell von außen noch nichts zu erkennen ist. Also embedded in the matrix of the roll shell 50 is a reinforcement structure, not shown in detail here, which is formed from individual threads. This can be, for example, a scrim or a woven fabric. In the present exemplary embodiment, the roller shell 50 preferably has a scrim of threads extending parallel to the axial direction of the roller shell 50, i.e. horizontally in FIG is helically wound in the circumferential direction of the roll shell 50. The thread 40 with the seven embedded RFID units 10 is an integral part of the reinforcement structure, ie in this embodiment it replaces one of the threads which extend in the axial direction of the roll mantle 50 . Thus, the thread 40 can fulfill a dual function. On the one hand, like the other threads of the thread scrim, it can absorb tensile loads and thus contribute to the stability of the roller shell 50 . On the other hand, the RFID units 10 embedded in it serve as early damage detection means. In particular, if oil gets from the inside of the roll shell 50 through a crack in the matrix to the thread 40, and then the oil gets to the antenna 30 of the nearest RFID unit 10 via the capillary forces in the thread, this leads to a Decrease in signal strength with which the affected RFID unit 10 can send its individual information. The signal strength can be determined by the receiver, the corresponding value being referred to in the technical world as the RSSI value. RSSI is the abbreviation for: Received Signal Strength Indication. A decrease in the RSSI value thus suggests damage inside the roll shell 50, in particular penetration of oil, even if this damage is not yet visually recognizable from the outside.
Figur 3 veranschaulicht schematisch, dass vorzugsweise mehrere solcher Fäden 40 mit eingebetteten RFID-Einheiten 10 um den Umfang des Walzenmantels 10 herum verteilt angeordnet sind. Beispielswiese können vier solcher Fäden 40, hier mit A, B, C und D gekennzeichnet, um jeweils 90° in Umfangsrichtung versetzt zueinander in der Matrix des Walzenmantels 50 eingebettet sein, wobei jeder Faden 40 jeweils sieben RFID-Einheiten 10 aufweisen kann und alle RFID-Einheiten 10 eine individuelle Information in sich gespeichert haben, wie etwa eine ID-Nummer von 1 bis 28. FIG. 3 illustrates schematically that preferably several such threads 40 with embedded RFID units 10 are distributed around the circumference of the roll shell 10 . For example, four such threads 40, marked here with A, B, C and D, offset by 90° in the circumferential direction to one another can be embedded in the matrix of the roller shell 50, with each thread 40 having seven RFID units 10 and all RFID units 10 have individual information stored within them, such as an ID number from 1 to 28.
Eine hier nicht dargestellte Empfangseinheit kann zum Beispiel stationär in der Nähe des Walzenmantels 50 montiert sein und dauerhaft oder in regelmäßigen Abständen über ein ultrahochfrequentes Feld die 28 RFID-Einheiten 10 des Walzenmantels 10 zum Senden ihrer jeweiligen individuellen Information anregen. Sobald der RSSI- Wert eines oder mehrerer der RFID-Einheiten 10 unter einen vorgegebenen Schwellenwert fällt, wird dies als Alarm an einen Bediener weitergegeben. Vorzugsweise wird dem Bediener die Signalstärke und die Nummer bzw. der Einbauort im Walzenmantel der betroffenen RFID-Einheit 10 oder RFID-Einheiten 10 mitgeteilt. Auf diese Weise kann das Risiko verringert werden, dass es zu einem unvorhergesehen Ausfall des Walzenmantels 50 während der laufenden Produktion kommt. A receiving unit not shown here can, for example, be mounted stationary in the vicinity of the roll shell 50 and stimulate the 28 RFID units 10 of the roll shell 10 to send their respective individual information permanently or at regular intervals via an ultra-high-frequency field. Once the RSSI value of one or more of the RFID units 10 below a predetermined When the threshold falls, this is given as an alarm to an operator. The operator is preferably informed of the signal strength and the number or the installation location in the roll shell of the affected RFID unit 10 or RFID units 10 . In this way, the risk can be reduced that there is an unforeseen failure of the roll shell 50 during ongoing production.
Bezugszeichenliste: 10 RFID-Einheit List of reference symbols: 10 RFID unit
20 Halbleiterelement 20 semiconductor element
30 Antennen 30 antennas
40 Faden 40 threads
50 (Schuhpress-)Walzenmantel 50 (shoe press) roll shell

Claims

Patentansprüche 1. Walzenmantel (50), insbesondere Schuhpresswalzenmantel (50), für eine1. roll shell (50), in particular shoe press roll shell (50), for a
Maschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahn, wobei der Walzenmantel (50) eine aus einzelnen Fäden gebildete Verstärkungsstruktur und eine die Verstärkungs struktur umschließende Matrix umfasst, und wobei der Walzenmantel über Beschädigungs-Früherkennungsmittel verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschädigungs-Früherkennungsmittel eine Vielzahl von RFID-Einheiten (10) umfassen, wobei jede RFID-Einheit (10) ein Halbleiterelement (20) und wenigstens eine sich von dem Halbleiterelement (10) weg erstreckende Antenne (30) aufweist, wobei jedes Halbleiterelement (20) einen Speicher mit einer darin gespeicherten, für die jeweilige RFID-Einheit (10) in dem Walzenmantel (50) individuelle Information umfasst, und der Speicher ausgebildet ist, die individuelle Information auf einen elektromagnetischen Impuls hin drahtlos über die wenigstens eine Antenne (30) an eine Empfangseinheit zu senden. Machine for producing or processing a fibrous web, in particular paper, cardboard or tissue web, wherein the roll shell (50) comprises a reinforcement structure formed from individual threads and a matrix enclosing the reinforcement structure, and wherein the roll shell has damage early detection means, characterized that the damage early detection means comprise a plurality of RFID units (10), each RFID unit (10) having a semiconductor element (20) and at least one of the semiconductor element (10) extending away antenna (30), each Semiconductor element (20) comprises a memory with individual information stored therein for the respective RFID unit (10) in the roll shell (50), and the memory is designed to transmit the individual information wirelessly via the at least one antenna in response to an electromagnetic pulse (30) to send to a receiving unit.
2. Walzenmantel (50) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die RFID-Einheit (10) in einem Faden (40) eingebettet ist, wobei die Dicke des Fadens (40) im Bereich des Halbleiterelements (20) weniger als 2,0mm, vorzugsweise weniger als 1,5mm beträgt. 2. Roll shell (50) according to claim 1, characterized in that the RFID unit (10) is embedded in a thread (40), the thickness of the thread (40) in the region of the semiconductor element (20) being less than 2.0 mm , preferably less than 1.5 mm.
3. Walzenmantel (50) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Fadens (40) im Bereich des Halbleiterelements (20) weniger als 3 mal, vorzugsweise weniger als 2 mal, so groß ist, wie die durchschnittliche Dicke des Fadens (40) außerhalb des3. Roll shell (50) according to claim 2, characterized in that the thickness of the thread (40) in the region of the semiconductor element (20) is less than 3 times, preferably less than 2 times, as large as the average thickness of the thread ( 40) outside of
Bereichs des Halbleiterelements (20). Area of the semiconductor element (20).
4. Walzenmantel (50) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens eine Antenne (30) entlang einer Längserstreckungsrichtung des Fadens (40) erstreckt, wobei die RFID- Einheit (10) vorzugsweise zwei Antennen (30) umfasst, die sich von dem Halbleiterelement (20) aus in zwei entgegengesetzte Richtungen weg erstrecken. 4. Roll shell (50) according to claim 2 or 3, characterized in that the at least one antenna (30) extends along a longitudinal direction of the thread (40), wherein the RFID unit (10) preferably comprises two antennas (30), which extend away from the semiconductor element (20) in two opposite directions.
5. Walzenmantel (50) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere RFID-Einheiten (10) hintereinander in einem und demselben Faden (40) eingebettet sind. 5. Roll shell (50) according to any one of claims 2 to 4, characterized in that several RFID units (10) are embedded in a row in one and the same thread (40).
6. Walzenmantel (50) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden (40) mit der wenigstens einen eingebetteten RFID-Einheit (10) integraler Bestandteil der Verstärkungsstruktur des Walzenmantels (50) ist, wobei die Verstärkungsstruktur vorzugsweise mehrerer solcher Fäden (40) aufweist. 6. Roll shell (50) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the thread (40) with the at least one embedded RFID unit (10) is an integral part of the reinforcement structure of the roll shell (50), the reinforcement structure preferably having several such threads (40).
7. Walzenmantel (50) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden (40) mit der wenigstens einen eingebetteten RFID-Einheit (10) aus Polyester gebildet ist. 7. roll shell (50) according to claim 6, characterized in that the thread (40) is formed with the at least one embedded RFID unit (10) made of polyester.
8. Walzenmantel (50) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur ein Gelege von sich in im Wesentlichen in Axialrichtung des Walzenmantels (50) erstreckenden Fäden aufweist, von denen mehrere um den Umfang des Walzenmantels (50) herum verteilte Fäden (40) wenigstens eine eingebettete RFID-Einheit (10) aufweisen. 8. The roll shell (50) according to claim 6 or 7, characterized in that the reinforcing structure comprises a fabric of threads extending essentially in the axial direction of the roll shell (50), of which a plurality of threads are distributed around the circumference of the roll shell (50). (40) have at least one embedded RFID unit (10).
9. Walzenmantel (50) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur ferner radial außen von dem Fadengelege wenigstens einen helix-artig aufgewickelt Faden umfasst, welcher sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Walzenmantels (50) erstreckt, wobei dieser wenigstens eine helix-artig aufgewickelte Faden frei von eingebetteten RFID-Einheiten (10) ist. 9. The roll shell (50) according to claim 8, characterized in that the reinforcement structure further comprises at least one helically wound thread radially outside of the filament structure, which extends essentially in the circumferential direction of the roll shell (50). extends, wherein this at least one helix-like wound thread is free of embedded RFID units (10).
10. Walzenmantel (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die RFID-Einheiten (10) frei von Sensoren sind, insbesondere frei von Druck- und/oder Temperatursensoren. 10. roll shell (50) according to any one of the preceding claims, characterized in that the RFID units (10) are free of sensors, in particular free of pressure and / or temperature sensors.
11. Vorrichtung zum Früherkennen von Beschädigungen, insbesondere Rissen, in einem Walzenmantel (50), insbesondere Schuhpresswalzenmantel (50), für eine Maschine zur Fierstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn, insbesondere11. Device for the early detection of damage, in particular cracks, in a roll shell (50), in particular shoe press roll shell (50), for a machine for Fierstellung or processing a fibrous web, in particular
Papier-, Karton- oder Tissuebahn, wobei die Vorrichtung einen Walzenmantel (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, sowie eine Empfangseinheit, welche ausgebildet ist, die von den RFID-Einheiten (10) gesendeten individuellen Informationen zu empfangen. Paper, board or tissue web, wherein the device comprises a roll shell (50) according to one of the preceding claims, and a receiving unit which is designed to receive the individual information sent by the RFID units (10).
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ausgebildet ist, die Signalstärke der von den RFID-Einheiten (10) gesendeten individuellen Informationen zu bestimmen. 12. Device according to claim 11, characterized in that the device is designed to determine the signal strength of the individual information sent by the RFID units (10).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Ausgabemittel umfasst, welche ausgebildet sind, einem Bediener zu informieren, wenn die Signalstärke der gesendeten individuellen Information von wenigstens einer RFID-Einheit (10) einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, wobei vorzugsweise dem13. The device according to claim 12, characterized in that the device comprises output means which are designed to inform an operator when the signal strength of the transmitted individual information from at least one RFID unit (10) falls below a predetermined threshold value, preferably the
Bediener ein Flinweis auf die empfangene Signalstärke und/oder die Position der betroffenen RFID-Einheit (10) in dem Walzenmantel (50) mitgeteilt wird. Operator a Flinweis is communicated to the received signal strength and / or the position of the affected RFID unit (10) in the roll shell (50).
14. Verwendung einer Vielzahl von RFID-Einheiten (10) in einem Walzenmantel (10), insbesondere Schuhpresswalzenmantel (10), um frühzeitig im Betrieb des14. Use of a large number of RFID units (10) in a roll shell (10), in particular a shoe press roll shell (10), in order to identify early in the operation of the
Walzenmantels (10) Beschädigungen, insbesondere Risse im selbigen zu erkennen, wobei der Walzenmantel (10) eine aus einzelnen Fäden gebildete Verstärkungsstruktur und eine die Verstärkungsstruktur umschließende Matrix umfasst, und wobei jede RFID-Einheit (10) ein Flalbleiterelement (20) und wenigstens eine sich von dem Flalbleiterelement (20) weg erstreckende Antenne (30) aufweist, wobei jedes Flalbleiterelement (20) einen Speicher mit einer darin gespeicherten, für die jeweilige RFID-Einheit (10) in dem Walzenmantel (50) individuelle Information umfasst, und der Speicher ausgebildet ist, die individuelle Information auf einen elektromagnetischen Impuls hin drahtlos über die wenigstens eine Antenne (30) an eine Empfangseinheit zu senden. roller shell (10) to detect damage, in particular cracks in the same, wherein the roll shell (10) comprises a reinforcement structure formed from individual threads and a matrix enclosing the reinforcement structure, and wherein each RFID unit (10) has a fiber optic element (20) and at least one antenna (30) extending away from the fiber optic element (20) each semiconductor element (20) comprises a memory with individual information stored therein for the respective RFID unit (10) in the roller shell (50), and the memory is designed to transmit the individual information wirelessly in response to an electromagnetic pulse to send the at least one antenna (30) to a receiving unit.
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