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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese Erfindung bezieht sich auf
eine Walze zur Verwendung im Quetschwalzenabschnitt einer Papiermaschine
oder einer verwandten Maschine, wobei eine solche Walze Fühler aufweist,
um Druck oder Temperatur über
die Länge
der Walze zu erfassen
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Im Prozess der Papierherstellung
sind viele Stufen nötig,
um im Stoffauflaufkasten vorhandenen Vorrat in Papier umzuwandeln.
Die Anfangsstufe ist das Aufbringen des im Stoffauflaufkasten vorhandenen
Vorrats auf das Papiermaschinensieb oder -gewebe. Nach dem Aufbringen
läuft das
Weißwasser, das
einen Teil des Vorrats bildet, durch die Zwischenräume des
Gewebes ab und hinterlässt
darauf ein Gemisch aus Wasser und Fasern. Das Gewebe trägt dann
das Gemisch und leitet es durch verschiedene Entwässerungsstufen,
so dass darauf nur eine Faserbahn oder -matte übrigbleibt.
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Eine der Entwässerungsstufen findet im Quetschwalzenabschnitt
des Papierherstellungsprozesses statt. Im Quetschwalzenabschnitt
pressen zwei oder mehr zusammenwirkende Walzen die Faserbahn zusammen,
wenn sie auf dem Gewebe zwischen den Walzen hindurchläuft. Indem
die Walzen eine große
Kraft auf das Gewebe ausüben,
verursachen sie eine Abflachung der über sie hinweglaufenden Bahn,
wodurch eine feuchte Fasermatte erzielt wird. Die feuchte Matte
wird dann durch mehrere Vakuum- und Entwässerungsstufen geleitet.
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Der Druckbetrag, mit dem die Bahn
während der
Quetschwalzenstufe beaufschlagt wird, ist beim Erzielen gleichmäßiger Charakteristika
des Flächenkörpers wichtig.
Schwankungen im Walzenspaltdruck können den Feuchtigkeitsgehalt
und die Eigenschaften des Flächenkörpers beeinträchtigen. Übermäßiger Druck
kann ein Zerbrechen der Fasern sowie Löcher im sich ergebenden Papierprodukt
verursachen. Herkömmliche
Verfahren zur Lösung
dieses Problem waren nicht erfolgreich, und das Problem besteht
immer noch als solches in der Quetschwalzenstufe und führt oftmals
zu qualitativ schlechtem Papier mit ungleichen Oberflächencharakteristika.
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Walzendurchbiegung, die gemeinhin
auf ein Durchhängen
oder eine Walzenspaltbelastung zurückzuführen ist, war eine Ursache
ungleichmäßiger Druckverteilung.
Um eine solche Durchbiegung auszugleichen wurden Walzen entwickelt,
welche die Walzenballigkeit überwachen
und verändern.
Solche Walzen weisen für
gewöhnlich
ein schwimmendes Gehäuse
auf, welches einen feststehenden Kern umgibt. Unterhalb des schwimmenden
Gehäuses
befinden sich Druckregler, die Druckunterschiede erfassen und, wenn
nötig,
dem schwimmenden Gehäuse einen
höheren
Druck zuführen.
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Eine solche Walze ist im US-Patent
Nr. 4,509,237 beschrieben. Diese Walze weist Positionsfühler auf,
die eine ungleichmäßige Anordnung
des Walzengehäuses
bestimmen sollen. Die Signale aus den Fühlern aktivieren Trage- oder
Druckelemente unterhalb des Walzengehäuses, wodurch jegliche ungleichmäßige Positionierung
ausgeglichen wird, die aufgrund von Druckschwankungen bestehen könnte. Die Druckelemente
umfassen herkömmliche hydrostatische
Traglager, die von einer Zufuhrleitung mit unter Druck stehendem Öl versorgt
werden. Eine ähnliche
Walze ist im US-Patent Nr. 4,729,153 offenbart. Diese Walze mit
gesteuerter Durchbiegung weist darüber hinaus Fühler auf,
um Walzenoberflächentemperatur
in einem schmalen Band über
der Walzenfläche
zu regulieren. Weitere Walzen mit gesteuerter Durchbiegung, wie
diejenige des US-Patents Nr. 4,233,011, beruhen auf den Wärmedehnungseigenschaften
des Walzenmaterials, um eine angemessene Durchbiegung der Walze
zu erzielen. Solche durchbiegungskompensierte Walzen sind wirksam
bei der Veränderung
der Walzenballigkeit. Somit können
solche Walzen bei einer Belastung von 100 Pfund pro Zoll genauso
wirksam arbeiten wie bei 500 Pfund pro Zoll, wohingegen Walzen ohne
solche Fähigkeiten
nur bei einer einzigen speziellen Belastung richtig arbeiten können.
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Obwohl sich der Stand der Technik
des Problems der Messung von Walzendurchbiegung angenommen hat,
schweigt er sich über
Verfahren aus, die die Belastung über die Walzenfläche messen, während die
Walze in Betrieb ist. Belastung ist die Kraft, die die Walze in
einem Walzenspalt an eine Faserbahn anlegt. Wie vorstehend festgestellt,
ist der Druckbetrag oftmals ungleichmäßig verteilt. Falls beispielsweise
die Walzenbelastung auf 200 Pfund pro Zoll eingestellt ist, können es
tatsächlich
300 Pfund pro Zoll an den Rändern
und 100 Pfund pro Zoll in der Mitte sein.
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Herkömmliche Verfahren zur Bestimmung des
Vorhandenseins solcher Diskrepanzen im angelegten Druck erfordern
es, dass die Walze angehalten und ein langes Stück Kohlepapier, Folienpapier oder
druckempfindlicher Film in den Walzenspalt eingelegt wird. Es ist
bekannt, dass mit dieser Vorgehensweise ein Walzenspaltabdruck genommen
wird. Obwohl diese Vorgehensweise nützlich ist, kann sie nicht
eingesetzt werden, solange die Quetschwalze in Betrieb ist. Darüber hinaus
sind solche Verfahren nicht wiederverwendbar, da sie nur ein einzelnes
Ereignis wie den höchsten
Druck oder die Kontaktbreite messen. Zusätzlich müssen solche Messwertablesungen,
um von Nutzen zu sein, wiederholt vorgenommen und ihr Durchschnitt
ermittelt werden, ein Vorgang, der zu erhöhten Abschaltzeiten zum Ent- und
erneuten Beladen des Papiers führt.
Schließlich können Temperatur
und andere damit zusammenhängende
Veränderungen,
welche die Gleichmäßigkeit
des Drucks des Walzenspalts beeinträchtigen könnten, nicht mit einbezogen
werden.
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Bei der im US-Patent Nr. 4,898,012
beschriebenen Walze hat man versucht, sich dieses Problems anzunehmen,
indem Fühler
auf der Walze eingebaut wurden, um den Normalmaßverlauf eines Walzenspalts
zu bestimmen. Diese Walze ist jedoch mit mehreren Problemen behaftet.
Der Aufbau dieser Walze erfordert einen feststehenden Mittenträger und
würde somit
nicht für
alle Walzentypen sondern nur für
Walzen mit einem schwimmenden Walzengehäuse, wie Walzen mit gesteuerter
Durchbiegung ausgelegt sein. Deshalb konnte dieser Lösungsansatz
nicht auf bestehende Walzen mit nichtgesteuerter Durchbiegung angewandt
werden. Das Verfahren würde
eine signifikante Kalibrierung erfordern, da die Messungen auf der
Durchbiegung des Innendurchmessers des schwimmenden Gehäuses beruhen und
nicht auf der tatsächlichen
Walzenspaltbelastung.
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Herkömmliche Walzensysteme aus dem Stand
der Technik haben bei der Bereitstellung von Messungen der Druckschwankungen
während
sich die Walze in einem Walzenspalt dreht, versagt. Die vorliegende
Erfindung misst solche Schwankungen und setzt den Bediener sofort über solche
Druckschwankungen in Kenntnis, wodurch es diesem möglich ist,
Unregelmäßigkeiten
im Druck, der an die Bahn angelegt wird, zu diagnostizieren und
unverzüglich
Korrekturmaßnahmen
einzuleiten.
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Die Druckschrift US-A-5048353 bezieht
sich auf eine Walze, welche eine spiralförmige Anordnung piezoelektrischer
Kristalle auf einem Streifen umfasst, die gleichmäßig über den
Umfang verteilt sind.
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Die Druckschrift WO-A-9311404 bezieht
sich auf eine Walze zur Messung der Oberflächenflachheit eines streifenartigen
Materials, das mit der Walze in Druckkontakt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, über die Maschinenbreite
gleichmäßige Flächenkörperqualität und -charakteristika
bereitzustellen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung
ist es, den Druck an verschiedenen Stellen entlang der Walze zu
messen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung
ist es, das dynamische Druckprofil der Walze anzuzeigen.
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Noch eine Aufgabe der Erfindung ist
es, den Druck an jeder beliebigen Stelle der Walze zu bestimmen.
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Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung
ist es, gemessene Druckwerte in Balligkeitskorrekturdaten zu übersetzen.
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Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung
ist es, Korrekturmaßnahmen
einzuleiten, um Gleichmäßigkeit
im Belastungsdruck bereitzustellen.
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Und es ist noch eine weitere Aufgabe
der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung des Druckprofils entlang
der Walze bereitzustellen.
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Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden
durch ein System zum Messen der dynamischen Druckverteilung der
Walzen in einer Quetschwalze gelöst.
Das System umfasst eine Walze, die so ausgelegt ist, dass sie in
mindestens einem Walzenspalt drehend mit mindestens einer weiteren Walze
in Berührung
ist, einen oder mehrere Fühler auf
sich aufweist, um den Walzenspaltdruck an mehreren Stellen entlang
der Walzenlänge
zu messen, bei der die von den Fühlern
erhaltenen Messwerte an einen Computer und ein Display übertragen
werden, um numerische sowie graphische Darstellungen des Drucks
an einer oder mehreren Stellen auf der Walze zu erhalten. Optional
kann ein Steuersystem in das System eingebaut sein, um die Druckverteilung
entlang der Walze zu bestimmen und Korrekturmaßnahme einzuleiten. Das System
der vorliegenden Erfindung kann darüber hinaus, falls gewünscht, Temperaturschwankungen
messen, da Wärmefühler auf
der Messwalze verwendet werden können,
oder das computerisierte Korrelationsschema kann Fühlerablesungen
sowohl mit Temperatur als auch Druck in Bezug setzen. Die Erläuterung,
die nun folgen soll, konzentriert sich aber primär auf die Fähigkeit des Systems, Druckschwankungen
entlang der Walzenlänge
zu messen.
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Die vorliegende Erfindung ist durch
die Ansprüche
1 bis 4 definiert und bezieht sich auf ein System zur Bestimmung
des Druckprofils in einem Walzenspalt, das folgendes umfasst: eine
erste Walze, die so ausgelegt ist, dass sie mit mindestens einer weiteren
Walze einen Walzenspalt bildet, die erste Walze umfasst mehrere
Fühler,
die um die Walze an verstreuten umfänglichen und axialen Stellen
angeordnet sind, um die Druckbeaufschlagung auf die erste Walze
zu erfassen, wenn die erste Walze sich drehend gegen die mindestens
eine weitere Walze gepresst wird, wobei die Fühler Drucksignale liefern,
die repräsentativ
für den
Druck sind, der von jedem der Fühler
erfasst wird; ein Computer mit einem Mikroprozessor ist vorhanden,
um Messwerte des von mindestens einem der Fühler erfassten Drucks aus den Drucksignalen
zu berechnen; und ein Display, das mit dem Computer verbunden ist,
um eine visuelle Darstellung der Druckmesswerte bereitzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 zeigt
eine Draufsicht des Systems der vorliegenden Erfindung.
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2A zeigt
eine Ausführungsform
der Walze, die Fühler
an gleichmäßig beabstandeten
Stellen entlang der Walze aufweist.
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2B zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Walze, die Fühler
an beabstandeten Stellen in der Mitte und an den Enden der Walze
aufweist.
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2C zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Walze, die zwei Reihen von Fühlern
aufweist, die an derselben axialen Stelle aber an einer unterschiedlichen
umfänglichen
Stelle auf der Walze angeordnet sind.
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2D zeigt
eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Walze, die mehrere Fühler aufweist,
die an derselben axialen Stelle aber an unterschiedlichen umfänglichen
Stellen der Walze angeordnet sind und die zur Ausbildung von mehr
als einem Walzenspalt verwendet wird.
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2E zeigt
eine Ausführungsform
der Walze der vorliegenden Erfindung, die Fühler an verstreuten umfänglichen
und axialen Stellen aufweist.
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3A zeigt
einen auf der Walzenoberfläche
angebrachten Fühler.
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3B zeigt
Fühler,
die unterhalb eines Walzenmantels angebracht sind.
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4A zeigt
eine Ausführungsform
der Walze der vorliegenden Erfindung, die faseroptische Fühler einsetzt.
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4A zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Walze der vorliegenden Erfindung, die faseroptische Fühler einsetzt.
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5A zeigt
eine graphische Darstellung des Drucks, der entlang der Länge der
Walze der 2A, 2C und 2E hinsichtlich der Stelle auf der Walze
gegenüber
dem gemessenem Druck erfasst wird.
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5B zeigt
eine graphische Darstellung des Drucks, der entlang der Länge der
Walze von 2B hinsichtlich
der Stelle auf der Walze gegenüber
dem gemessenen Druck erfasst wird.
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6A zeigt
eine graphische Darstellung des Drucks, der an jeder Position entlang
der Länge der
Walzen der 2A und 2B hinsichtlich der Winkelposition
des Fühlers
erfasst wird.
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6B zeigt
eine graphische Darstellung des Drucks, der entlang der Länge der
Walze von 2C hinsichtlich
der Winkelposition des Fühlers erfasst
wird.
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6C zeigt
eine graphische Darstellung des Drucks, der entlang der Länge der
Walze von 2D hinsichtlich
der Position der Fühler
erfasst wird.
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6D zeigt
eine graphische Darstellung des Drucks, der entlang der Länge der
Walze von 2E hinsichtlich
der Position der Fühler
erfasst wird.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt
eine Draufsicht des Systems 1 der vorliegenden Erfindung.
Die Walze 2 mit darauf angebrachten Fühlern 4 befindet sich
in einer Walzenspaltanordnung mit einer weiteren Walze 6.
Gewebe 8, das eine Bahn 10 Fasermaterial trägt, liegt zwischen
den beiden Walzen 2 und 6, wodurch die Bahn dazwischen
zusammengedrückt
wird.
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In elektrischer Verbindung mit den
Fühlern 4 steht
eine Elektronik 24, die dazu beiträgt, das Fühlerausgangssignal in einen
Druckwert umzuwandeln. Auf einen auf der Walze angebrachten Multiplexer 12 greift
der Computer 18 zu, um die Fühler 4 zyklisch zu
durchlaufen, um Ausgangssignale zu erhalten, die für den gemessenen
Druck stehen. Der Multiplexer 12 ist darüber hinaus
in elektrischer Verbindung mit einem bidirektionalen Sender 14,
der einen Telemetriesender, Schleifringe oder einen Drehtransformator umfassen
kann. Der Sender 14 überträgt die Signale aus
dem Multiplexer 12 an einen Signalaufbereiter 16,
der wiederum aufbereitete Signale an den Computer 18 liefert,
die für
den erfassten Druck stehen. Ein bevorzugter Telemetriesender wird
von Microstrain, Burlington, Vermont, hergestellt. Dieser Telemetriesender überträgt über eine
Einkanal-FM-Brücke, die
ferngesteuert ein- und ausgeschaltet werden kann, um Energie zu
sparen. Solch ein Merkmal ist wichtig für nicht balligkeitsgesteuerte
Walzen, bei denen die ständige
Erfassung von Druckverteilungen nicht gewünscht ist. Ein alternativer
Sender wird von Physical Measurement Devices, Melbourne, Florida hergestellt.
Das Modell PAM-15 umfasst 15 Kanäle über eine
Funkverbindung.
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Der Computer 18 besitzt
einen Mikroprozessor, um zu bestimmten Zeiten oder auf Abruf auf
die Ergebnisse des Multiplexkanals zuzugreifen.
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Abgerufene Übertragungen werden durch eine
Bedienereingabe über
die Tastatur des Computers erhalten. Es gibt viele Wege festzustellen,
welcher Kanal gerade sendet, beispielsweise könnte ein Zweiwegetelemetriesystem
oder ein Zweiwegeschleifring den Multiplexer steuern. Alternativ
könnte ein
Trigger verwendet werden, um das Multiplexieren mit einer vorbestimmten,
durch den Computer 18 eingestellten Verzögerungsrate
anlaufen zu lassen. Eine andere Alternative besteht darin, den Multiplexer
einen übersprungenen
Kanal oder ein übersprungenes
Signal aussenden zu lassen, um den gegenwärtigen Status anzuzeigen. Alternativ
könnte
ein Kanal des Multiplexers einen „Fingerabdruck" wie ein an Masse
gelegtes oder offenes Signal aufweisen, also unverwechselbar gekennzeichnet
sein. Es könnte
auch eine sich wiederholende Sequenz wie ein Signalbündel verwendet
werden, so dass der Startpunkt leicht zu erfassen wäre. Sollten
Glasfasersensoren verwendet werden wie ein Bragg-Beugungsgitter, intrinsische Fabry-Perot-Sensoren,
extrinsische Fabry-Perot-Sensoren
oder zwischengeschaltete Etalonfasersensoren, können die ausgegebenen Lichtsignale
auf derselben Glasfaser multiplexiert werden. Das sich ergebende
Ausgangssignal würde eine
Anzahl an eigenständigen
Phasenverschiebungen bei verschiedenen Frequenzen mit sich bringen, die
der Anzahl an Sensoren entsprechen.
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Wenn der Computer 18 die
Signale aus den Fühlern
erhalten und einen Druckwert berechnet hat, kann das Display 20 den
Druck zahlenmäßig, graphisch
oder auf irgendeine andere gewünschte
Art je nach den Bedürfnissen
des Bedieners anzeigen. Es können
Druckprofile über
die ganze Maschine sowie über
die Walzenspaltprofile angezeigt werden. Der Computer 18 kann
darüber
hinaus die Druckmesswerte in Spaltbreiten sowie Daten zur Balligkeitskorrektur
umwandeln.
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Ein optionales Steuersystem 22 kann
an den Computer 18 und den Signalaufbereiter 16 angeschlossen
werden. Das Steuersystem 22 dient dazu, alle erfassten
Druckunregelmäßigkeiten
zu korrigieren, indem es die Kraft, mit der die Walze beaufschlagt
wird, erhöht
oder senkt. Das Steuersystem 22 besitzt einen internen
Mikroprozessor 26, um Benutzereingaben im Ansprechen auf
die Interpretation des erfassten Drucks zu empfangen, oder um direkte Druckmesswerte
aus dem Signalaufbereiter zu empfangen. Nach dem Empfang solcher
Signale leitet der Mikroprozessor 26 Korrekturmaßnahmen
ein, um Einstellungen an den Lagerzapfenkräften, die zwischen den Walzen 2 und 6 angelegt
werden, oder an den Flächenpressungen
oder Balligkeitseinstellungen vorzunehmen, wenn das System als Teil
eines gesteuerten Balligkeitsregelsystems verwendet wird.
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2A zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
der Walze 2 der vorliegenden Erfindung mit Fühlern 4 an
gleichmäßig beabstandeten
Stellen entlang der Walze 2. Es ist festzuhalten, dass
die Fühler 4 über die
Walze gleichmäßig beabstandet
sind. Der Abstand stimmt mit der für Balligkeitskorrekturmaßnahmen üblichen
Praxis überein.
Obwohl die Fühler 4 linear über die
Walze 2 verteilt gezeigt sind, ist dies nicht wesentlich,
da die Fühler
ungleichmäßig verstreut
oder spiralförmig
um die Walze erscheinen könnten.
Festzuhalten ist, dass die Erfindung nicht auf die hierin erläuterten
Fühleranordnungen
beschränkt
werden soll, da die Anordnung der Fühler auf der Walze auch in
anderen Konfigurationen erscheinen kann. Darüber hinaus können die
Fühler wie
in 2B gezeigt angeordnet
sein. Solch eine Konfiguration ist wünschenswert, falls der Bediener Wert
auf die Druckerfassung in bestimmten Bereichen der Walze legen möchte. Beispielsweise
ist die Kraft, die die Walze aufweist, an den Enden der Walze oftmals
größer als
in deren Mitte. Angesichts dieser Tendenz können die Fühler vorteilhafter Weise, wie
in 2B gezeigt, gruppenweise
in der Mitte 7 der Walze 2 sowie an den Enden
der Walze 2 angeordnet sein. Zusätzlich können die Fühler an derselben axialen Stelle
entlang der Walze beabstandet sein, aber an einer unterschiedlichen
umfänglichen Stelle
auf der Walze, wie in 2C gezeigt
ist. Indem die Walze mit dieser Konfiguration verwendet wird, wird
sich nur einer der umfänglich
angeordneten Fühler
zu einer bestimmten Zeit im Spalt befinden. Da viele Fühler empfänglich für Wirkungen
sind, reflektieren Messwerte oftmals Veränderungen der Temperatur und
andere Wirkungen. Diese Problem wird abgeschwächt, wenn zwei umfänglich angeordnete Fühler an
verschiedenen Stellen verwendet werden, wie in 2C gezeigt, die Ausgänge aus den Fühlern können in
eine Brückenschaltung
konfiguriert werden, derart, dass die externen Bedingungen davon
abgezogen werden können,
so dass die Fühler die
Auswirkungen des Walzenspaltdrucks im und außerhalb des Spalts messen würden. Die
Subtraktion könnte
auch digital erfolgen. Darüber
hinaus kann in einem Einzelfühlersystem
das Fühlersignal
außerhalb
des Walzenspalts vom Signal innerhalb des Walzenspalts abgezogen
werden.
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Die Sensorkonfigurationen würden auch
bei Mehrspaltbedingungen funktionieren. Jeder Fühler würde, wie in 2D gezeigt, während jeder Drehung jeden Walzenspalt
durchlaufen. In Mehrspaltkonfigurationen könnten genauso auch mehrere Sensoren
verwendet werden. Die Sensoren wären dann
so angeordnet, dass immer nur ein Walzenspaltdruck auf einmal gemessen
würde.
Falls mehrere Messungen gleichzeitig gewünscht werden, würden die
Fühler
so in Winkeln, die den Winkeln der verschiedenen Walzenspalte entsprechen,
angeordnet werden. Die Ausgleichslehren könnten auch versetzt sein.
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Auf ähnliche Weise könnten, wie
in 2D gezeigt, die Fühler 4 30° voneinander
entfernt auf der Walze angeordnet sein. Eine solche Walze 2 mit
derart angeordneten Fühlern 4 ist
von Nutzen, wenn die Walze 2 mit weiteren Walzen 6, 16 ausgelegt
ist, um zwei Walzenspalte zu bilden, da mehrfache Druckmesswerte
gleichzeitig an den verschiedenen Winkelpositionen erhalten werden
können.
Dies wird im Hinblick auf 6C noch
weiter erörtert.
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2E stellt
eine alternative Ausführungsform
der Walze 2 der vorliegenden Erfindung dar, die Sensoren 4 an
verstreuten umfänglichen
und axialen Stellen aufweist. Die Sensoren könnten durch ein Verbindungsteil 25 elektrisch
verbunden und räumlich
so ausgelegt sein, dass immer nur ein Sensor in den Walzenspalt
eintritt. Somit würde
während
einer einzelnen Drehung der Walzenspaltdruck an jeder axialen Stelle
individuell erfasst werden, und es bestünde kein Bedarf nach einem
Multiplexer. Eine solche Anordnung würde Belastungsprofile über die ganze
Quermaschinenrichtung zusätzlich
zu den Spaltprofilen in der Maschinenlaufrichtung an jeder axialen
Stelle bereitstellen. Es könnten
auch mehrere Sätze
verstreuter und verbundenen Fühler
verwendet werden.
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Im Hinblick auf die Fühleranordnungen,
die in den 2A bis 2D gezeigt sind, ist die
Anbringung solcher Fühler
in den 3A und 3B gezeigt. Die Fühler 4 können auf
der Walzenoberfläche
wie in 3A gezeigt angebracht
sein. Aufgrund der Tatsache, dass die Walzen oft aus mehreren Schichten
bestehen, können
die Sensoren 4, wie in 3B gezeigt,
in einem Walzenmantel 5 eingebettet sein. Es ist festzuhalten,
dass je nach der Anzahl der Schichten, die Fühler in jeder radialen Position
zwischen Innenschichten einer Walze eingebettet werden können.
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Die Fühler 4 in jeder der
zuvor genannten 2A, 2B, 2C, können
piezoelektrische, piezoresistive, dehnungsmessende oder faseroptische
Fühler sein,
um nur einige zu nennen. Zusätzliche
Sensoranordnungen, die für
Glasfasern speziell sind, werden später noch im Hinblick auf die 4A und 4B beschrieben. Im Hinblick auf die zuvor
beschriebenen Fühler
hängt die
auf der Walze 2 verwendete Elektronik 24, die
zum Umwandeln des Sensorausgangssignals in einen Druckwert beiträgt, vom
Typ des verwendeten Sensors ab. Werden piezoelektrische oder piezoresistive
Fühler
eingesetzt, würde
die Elektronik 24 somit ladungsgekoppelte Verstärker umfassen. Werden
dehnungsmessende Fühler
verwendet, würde
die Elektronik 24 Wheatstonebrücken umfassen. Werden Glasfaserfühler verwendet,
würde die
Elektronik 24 einen optischen Phasenmodulator umfassen.
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Im Falle piezoelektrischer oder piezoresistiver
Fühler
sind solche Fühler
vorzugsweise aus Dünnschichten
aufgebaut und so auf oder in der Walze angeordnet, dass der Radialdruck
gemessen wird. Oftmals schließen
Temperatureinschränkungen
solcher Fühler
die eingebettete Anwendung von 2C aus.
Alternativ können
Fühler
mit Dehnungsmesseinrichtungen verwendet werden, um den Druck entlang der
Walze zu messen. Werden Dehnungsmessfühler verwendet, wird eine indirekte
Messung des Radialdrucks erhalten, welche im Computer 18 interpretiert wird.
Alternativ können
faseroptische Sensoren verwendet werden, da solche Sensoren bei
der Messung von Dehnung in jeder Richtung von Nutzen sind. Im Hinblick
auf die Messung von Umfangsspannung können ein Bragg-Beugungsgitter,
intrinsische Fabry-Perot-Sensoren, extrinsische Fabry-Perot-Sensoren
oder zwischengeschaltete Etalonfasersensoren verwendet werden. Diese
Fühler
sind in der Lage, Temperaturauswirkungen aufzulösen, sind absolut und sind
nicht leitungsempfindlich. Darüber
hinaus können
solche Fühler
hermetisch versiegelt werden, um feuchtigkeitsbeständig zu
sein, wodurch deren Lebensdauer verlängert wird. Zusätzlich sind
solche Fühler
im Allgemeinen klein und werden als solches das Dehnungsfeld nicht
nennenswert verändern,
da die geringe Größe die Entstehung
großer Stellen,
von denen Schaden ausgeht, verhindert.
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Weitere Fühlerkonfigurationen sind in
den 4A und 4B gezeigt. Die Fühler in
diesen Figuren verwenden insbesondere Faseroptik. Obwohl faseroptische
Fühler
in mehreren Ausrichtungen angeordnet sein könnten (d. h. in Spiralen, Wellen,
verstreut, in geraden Linien, etc.), zeigt die bevorzugte Ausführungsform
von 4A eine optische
Faser, die über der
gesamten Länge
der Walze parallel zur Walzenachse angebracht ist. Diese Anordnung
ermöglicht die
Messung der axialen Verformung der Faser im Ansprechen auf Druck.
Die Lichtwellen, die die optische Faser durchlaufen, erfahren eine
Ablenkung und Reflexion, welche unter Verwendung der Impulsreflektometrie
eine Druckangabe im Computer 18 bereitstellen können.
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4B zeigt
eine weitere Optikfaserkonfiguration auf der Walze. In dieser Figur
ist das Lichtwellenleiterkabel 4 mit damit ausgerichtetem
Gummiüberzug
5 um die Walze gewickelt. 4C ist
eine detailliertere Ansicht der Konfiguration von 4B und zeigt einen Lichtwellenleitermessbereich,
der mit dem Umwicklungswinkel für
Gummiüberzüge 5 ausgerichtet
ist. Mit dieser Konfiguration kann im Gegensatz zum Radialdruck
die Winkelbelastung gemessen werden, wobei die Belastungsmesswerte
später im
Computer 18 konfiguriert werden, um Druckschwankungen über die
Maschinenquerrichtung zu bestimmen.
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4D zeigt
eine alternative Anbringung der optischen Fühler. Fühler 4 können auf
Saugwalzen 29 an Stellen angebracht werden, die von den Öffnungen 28 im
Mantel 5 entfernt sind, und Optikfasern 4 mit
Messbereichen 27 können
zwischen den Öffnungen
verlegt werden.
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5A zeigt
eine graphische Darstellung des Drucks, der entlang der Walzenlänge im Hinblick auf
die Stelle auf der Walze erfasst wird, die auf der X-Achse gegenüber dem
erfassten Druck und/oder der erfassten Temperatur aufgetragen ist,
der/die auf der Y-Achse aufgetragen ist. Dieser Graph stellt ein aus
der Walze von den 2A, 2C und 2E erhaltenes Ausgangssignal dar, wenn
der Druck entlang der Gesamtlänge
der Walze gleichmäßig erfasst
wird. Ähnlich
stellt 5B den Druck
dar, der entlang der Länge
der Walze erfasst wird, allerdings stellt dieser Graph ein Ausgangssignal
aus der Walze von 2B dar,
wenn der Druck in der Mitte und an den Enden der Walze erfasst wird.
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6A zeigt
eine graphische Darstellung des Drucks, der entlang der Länge der
Walze erfasst wird, hinsichtlich Fühlerposition im Hinblick auf
die Walzenkonfiguration der 2A und 2B. Es ist festzuhalten,
dass, da die Fühler
jeweils linear entlang der Walze angeordnet sind, Messwerte bei
einer Winkelposition der Walzendrehung erhalten werden, die in dieser
Figur mit 90° gezeigt
sind. 6B zeigt eine
graphische Darstellung des Drucks, der entlang derselben axialen
Stelle entlang der Walze erfasst wird, aber an einer anderen umfänglichen
Stelle auf der Walze, wie bei der Walze von 2C gezeigt ist. Somit werden die Druckmesswerte
bei 90° und
270° erhalten.
Im Hinblick auf 6C,
wenn die Walze 2 von 2D,
wobei das die Walze ist, die mit zwei Fühlern ausgestattet ist, die
um 30 Winkelgrad getrennt sind, mit weiteren Rollen 6, 16 ausgelegt
ist, um zwei Walzenspalte auszubilden, können Mehrfachspaltdruckmesswerte
während
einer Umdrehung der damit ausgestatteten Walze erhalten werden.
Natürlich
können
verschiedene Trennwinkel einschließlich Winkeln verwendet werden,
die es ermöglichen würden, beide
Walzenspalte gleichzeitig zu erfassen. Somit werden ein Druckmesswert
von Walzenspalt 1 sowie ein Druckmesswert von Walzenspalt 2 bei
unterschiedlichen Winkelpositionen angezeigt, so dass der Bediener
beide Walzenspalte gleichzeitig überwachen
kann.
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Im Hinblick auf 6D, wenn die Walze von 2E, wobei das die Walze ist, die mit
einem verbundenen Satz verstreuter Fühler ausgestattet ist, mit
einer weiteren Walze ausgelegt ist, um einen Walzenspalt zu bilden,
werden mehrfach Druckmesswerte während
einer Umdrehung erhalten. Somit würde sich ein wie in 6D gezeigter Druckmesswert
ergeben. Die räumliche
Anordnung der verstreuten Fühler
wäre der
Computersoftware bekannt, und es würden sich Druckprofile in der
Maschinenquerrichtung ergeben, wie dasjenige, das in 5A gezeigt ist.
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Noch einmal mit Bezug auf 1 ist die allgemeine Betriebsweise
der Erfindung wie folgt. Walzen 2 und 6, die in
einer Quetschwalzenkonfiguration angeordnet sind, drücken drehend
die Bahn 10 aus Fasermaterial zwischen sich zusammen. Zu
einem vorbestimmten Zeitpunkt oder zu einer bedienerabgefragten
Zeit, kommuniziert der Computer 18 mit dem bidirektionalen
Sender 14, welcher mit dem Multiplexer 12 in Verbindung
steht. Der Multiplexer 12 durchläuft dann zyklisch die Fühler 4,
erhält
Signale über
die zugeordnete Elektronik 24, die für den Druck stehen, der von
den Fühlern 4 erfasst
wird. Der Multiplexer 12 kommuniziert dann mit dem Sender 14, um
die Signale an den Signalaufbereiter 16 zur Rücklieferung
an den Computer 18 zu schicken, wo die Bestimmung der Druckwerte
stattfindet. Der Computer 18 veranlasst dann, dass eine
zahlenmäßige oder graphische
Ausgabe auf dem Display 20 erscheint, die den Bediener über die
Druckverteilung im dynamischen Walzenspalt in Kenntnis setzt. Optional kann
der Computer 18 und/oder der Sender 14 dem Steuersystem 22 druckbezogene
Signale mitteilen. Im Ansprechen auf solche Signale kann das Steuersystem 22 dann
eine Balligkeitskorrektur einleiten, um jegliche Unregelmäßigkeiten
im erfassten Druck zu beheben.
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Das System der vorliegenden Erfindung stellt
dem Bediener die Möglichkeit
zur Verfügung, das
Druckprofil einer Walze in einem Walzenspalt oder mehreren Walzenspalten
zu bestimmen, um das Vorhandensein ungleich angelegter Walzenkräfte zu diagnostizieren.
Die verschiedenen graphischen Darstellungen ermöglichen es dem Bediener, den
angelegten Druck, die Stelle auf der Walze, und ob dieser abnormal
ist oder nicht, unverzüglich
zu bestimmen. Zusätzlich
stellt das System der vorliegenden Erfindung Korrekturmaßnahmen
bereit, die im Ansprechen auf solche ungleichmäßig angelegten Kräfte eingeleitet
werden.
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Obwohl die Erfindung insbesondere
mit Bezug auf die vorgenannten Ausführungsformen aufgezeigt und
beschrieben wurde, wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Änderungen
in der Form und im Detail daran vorgenommen werden können, ohne
dass dabei vom Wortlaut der Ansprüche abgewichen würde. Somit
liegt jede Abänderung
der Gestalt, Konfiguration und Zusammenstellung der Elemente, aus
denen die Erfindung besteht, innerhalb des Wortlauts der vorliegenden
Erfindung. Ferner ist selbstverständlich die vorliegende Erfindung
keinesfalls auf die besonderen Auslegungen und Verfahren beschränkt, die
hierin offenbart und/oder in den Zeichnungen aufgezeigt sind, sondern
umfasst auch alle Abänderungen
und Entsprechungen, die im Rahmen der Ansprüche liegen.