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Die Erfindung betrifft eine Messeinheit für den Einsatz in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn, welche quer zur Bahnlaufrichtung traversiert und wenigstens drei, in Bahnlaufrichtung hintereinander angeordnete Sensoreinheiten zur Messung von Eigenschaftsparametern der Faserstoffbahn umfasst, wobei die Sensoreinheiten an einer Basiseinheit befestigt sind und über diese mit elektrischer Energie und Druckluft versorgt werden.
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Derartige Messeinheiten sind bekannt und üblicherweise an einem quer über die Faserstoffbahn reichenden Traversierrahmen angebracht. Die Messeinheit ist hierbei so ausgelegt, das sie wenigstens eine Messung beispielsweise des Flächengewichts oder des Feuchtegehalts der vorbeilaufenden Faserstoffbahn über die Sensoren der Messeinheit erlaubt. Dabei wird die Messeinheit, vom Traversierrahmen geführt, kontinuierlich oder diskontinuierlich quer zur Bahnlaufrichtung der Faserstoffbahn hin und her bewegt. Der Traversierrahmen kann als O-Rahmen, U-Rahmen oder als Traverse ausgeführt sein. Die Messeinheit selbst kann einstückig mit mehreren, meist in Bahnlaufrichtung hintereinander liegenden, unterschiedlichen Sensoren ausgebildet sein. Meist wird die Messeinheit jedoch mit unterschiedlichen Sensoreinheiten mit jeweils zumindest einem Sensor bestückt, deren Aufbau, Konstruktion und äußere Abmessungen stark voneinander abweichen.
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Die unterschiedlichen und oft schwergewichtigen Sensoreinheiten machen den Aufbau der Messeinheit nicht nur aufwendig sondern auch die Montage und Demontage der Sensoreinheiten insbesondere auch im Hinblick auf die elektrische und pneumatische Versorgung relativ problematisch.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher die Montage und Demontage der Sensoreinheiten zu vereinfachen.
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Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Basiseinheit zur Aufnahme der Sensoreinheiten eine gemeinsame, vorzugsweise senkrecht zur Faserstoffbahn verlaufende Kontaktebene hat, die gegenüber der jeweiligen, aufzunehmenden Sensoreinheit zumindest ein elektrisches sowie wenigstens ein pneumatisches Koppelelement sowie mindestens zwei unterschiedlich lange, senkrecht zur Kontaktebene und in Richtung der Sensoreinheiten verlaufende Führungselemente besitzt und die Sensoreinheiten entsprechende, der Kontaktebene zugewandte elektrische und pneumatische Koppelelemente sowie Führungsgegenelemente aufweisen.
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Die gemeinsame vorzugsweise in Bahnlaufrichtung verlaufende Kontaktebene vereinfacht den Aufbau erheblich und schafft so Möglichkeiten für eine variable Bestückung mit unterschiedlichen Sensoreinheiten.
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Darüber hinaus wird beim Bewegen der Sensoreinheiten in Richtung der Kontaktebene über die längeren Führungselemente bereits eine Vorjustierung vorgenommen. Die längeren Führungselemente der Basiseinheit sowie ihre entsprechenden Führungsgegenelemente an der Sensoreinheit sollten dabei so beschaffen sein, dass sie zwar die Gewichtskraft der Sensoreinheit aufnehmen, jedoch ein leichtes Verkippen der Sensoreinheit noch erlauben. Auf diese Weise wird der Monteur hinsichtlich des Gewichts, was durchaus 8 kg betragen kann, entlastet, ohne eine genaue Lagejustierung auszuschließen.
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Erst wenn die Sensoreinheit soweit zur Kontaktebene geführt wird, dass auch die kürzeren Führungselemente der Basiseinheit mit den Führungsgegenelementen der Sensoreinheit in Kontakt kommen, erfolgt eine genauere Lagefixierung zwischen Sensoreinheit und Basiseinheit.
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Ein Weiterbewegen der Sensoreinheit zur Kontaktebene hin führt dann zur Verbindung der entsprechenden elektrischen und pneumatischen Koppelelemente zwischen Basis- und Sensoreinheit. Für eine genaue und stabile Lagefixierung der Sensoreinheiten sollte der Abstand zwischen den Führungselementen der Basiseinheit möglichst groß sein. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Führungselemente übereinander angeordnet sind, wobei die Koppelelemente vorzugsweise zwischen ihnen liegen.
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Während die pneumatischen Koppelelemente relativ robust sind, können bereits geringe Lagefehler beim Zusammenführen der elektrischen Koppelelemente zur Beschädigung derselben führen. Daher sollte von den beiden zu verbindenden elektrischen Koppelelementen zumindest jeweils eines schwimmend gelagert sein. Die schwimmende Lagerung erlaubt eine geringe Beweglichkeit parallel zur Kontaktebene.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn zumindest die Mehrzahl der Sensoreinheiten, vorzugsweise alle Sensoreinheiten in Bahnlaufrichtung die gleiche Breite aufweisen.
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Die gleiche Breite vereinfacht die einfache Austauschbarkeit unterschiedlicher Sensoreinheiten, d.h. insbesondere Sensoren, die unterschiedliche Eigenschaftsparameter der Faserstoffbahn erfassen.
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Falls dies für einzelne, besonders viel Raum erfordernde Sensoren nicht möglich ist, so sollten die entsprechenden Sensoreinheiten ein Mehrfaches der Breite, vorzugsweise das Doppelte der Breite der anderen Sensoreinheiten (mit gleicher Breite) in Bahnlaufrichtung haben. Dies erlaubt die universelle Gestaltung der Basiseinheit der Messeinheit zur Kopplung der Sensoreinheiten.
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So kann eine breite Sensoreinheit problemlos den Platz mehrerer schmaler Sensoreinheiten einnehmen.
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Damit sich die Messbereiche möglichst vieler Sensoren trotz Traversierbewegung quer zur Bahnlaufrichtung auch bei relativ geringen Bahngeschwindigkeiten überlappen ist es vorteilhaft, wenn zumindest die Mehrzahl der Sensoreinheiten in Bahnlaufrichtung eine Breite von weniger als 80 mm, vorzugsweise zwischen 70 und 80 mm besitzt.
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Zur Vervollkommnung der Justierung und Befestigung der Sensoreinheiten an der Basiseinheit besitzt diese mit Vorteil eine Fixiereinheit, die auf der, der Kontaktseite der Basiseinheit abgewandten Seite der Sensoreinheiten liegt.
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Dabei sollte die Fixiereinheit gegenüber der jeweiligen, aufzunehmenden Sensoreinheit zumindest ein senkrecht zur Kontaktebene und in Richtung der aufzunehmenden Sensoreinheit verlaufendes Führungselement sowie wenigstens ein Fixierelement besitzen und die Sensoreinheiten entsprechende, der Fixiereinheit zugewandte Führungsgegenelemente und Fixiergegenelemente aufweisen. Wenn die kürzeren Führungselemente der Basiseinheit in Kontakt mit den entsprechenden Führungsgegenelementen der entsprechenden Sensoreinheit kommen, dann greifen auch die Führungselemente der Fixiereinheit hinsichtlich des jeweiligen Führungsgegenelementes. Dementsprechend wird die Lage der Sensoreinheit dann von Führungselementen auf gegenüberliegenden Seiten der Sensoreinheit festgelegt, was sehr stabil und genau ist. Über die Fixierelemente, meist in Form einer Verschraubung realisiert, lässt sich dann ein Lösen der Sensoreinheit von der Basiseinheit verhindern.
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Eine besonders einfache, sichere und servicefreundliche Gestaltung ergibt sich, wenn die langen Führungselemente der Kontaktebene unter den kurzen Führungselementen angeordnet sind und die Führungselemente der Fixiereinheit etwa auf Höhe der langen Führungselemente der Kontaktebene liegen.
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Die Führungselemente können einfach von vorzugsweise zylindrischen Führungsbolzen gebildet werden, die beim Bewegen der Sensoreinheit senkrecht zur Kontaktebene der Basiseinheit hin, in die Führungsgegenelemente der Sensoreinheiten, die vorzugsweise als zylindrische Buchsen ausgebildet sind, geschoben werden.
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Unter Berücksichtigung der speziellen Anforderungen bei der Messung von Faserstoffbahnen hat es sich hinsichtlich des Verhältnisses zwischen Aufwand und Nutzen für die meisten Anwendungen als optimal erwiesen, wenn die Messeinheit maximal vier, vorzugsweise maximal 3 Sensoreinheiten gleicher Breite in Bahnlaufrichtung aufnehmen kann. Sind wesentlich mehr Parameter zu erfassen, dann können an der Traversiereinheit auch mehrere, vorzugsweise maximal vier Messeinheiten angeordnet werden. Dabei kann es sinnvoll sein, für alle Messeinheiten einen gemeinsamen Rahmen oder eine gemeinsame Verkleidung zu verwenden.
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Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
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1: eine schematische Ansicht eines Traversierrahmens 19 mit Messeinheit 1;
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2: eine Ansicht der Messeinheit 1;
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3: einen Querschnitt durch mehrere benachbarte Messeinheiten 1 und
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4: eine Perspektivdarstellung der Basiseinheit 5 der Messeinheit 1 mit Zuführung einer Sensoreinheit 4.
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Bei 1 befindet sich beispielhaft beidseitig der Faserstoffbahn 2 je eine Messeinheit 1, die an einem O-formigen Traversierrahmen 19 angeordnet ist.
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Die Faserstoffbahn 2 wird hier, wie bei Papiermaschinen üblich, mit einer Geschwindigkeit von bis 2000 m/min oder mehr durch den Traversierrahmen 19 hindurchbewegt.
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Dabei wird der Traversierrahmen 19 von einem linken und rechten Ständer und einem oberen und unteren Querträger gebildet. Während des Betriebs traversieren die Messeinheiten 1 parallel zur Faserstoffbahn 2 und quer zur Bahnlaufrichtung 3 kontinuierlich hin und her.
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Jede Messeinheit 1 umfasst hier jeweils drei Sensoreinheiten 4, die lösbar mit der Messeinheit 1 verbunden sind. Hierzu hat die Messeinheit 1 eine gemeinsame Basiseinheit 5, auf die, die Sensoreinheiten 4 gesteckt werden und welche die Sensoreinheiten 4 mit elektrischer Energie und Druckluft versorgt.
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Jede Sensoreinheit 4 weist einen Sensor zur Erfassung eines spezifischen Eigenschaftsparameters der Faserstoffbahn 2 auf. Um das Eigenschaftsquerprofil der Faserstoffbahn 2 möglichst korrekt ermitteln zu können, sind die Sensoren in Bahnlaufrichtung 3 hintereinander angeordnet.
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Die Sensoren erfassen hierzu einen in der Regel kreisförmigen Messbereich der Faserstoffbahn 2. Dieser Messbereich hat beispielsweise bei der Feuchtemessung oft einen Durchmesser von ca. 12 mm und beim Flächengewicht von ca. 30 mm.
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Je nach Art des zu messenden Parameters bzw. des Messverfahrens können Sender und Empfänger des entsprechenden Messsignals auf der gleichen Seite der Faserstoffbahn 2 oder aber auf unterschiedlichen Seiten liegen. Liegen Sender und Empfänger auf der gleichen Seite der Faserstoffbahn 2, so sind diese auch in der gleichen Sensoreinheit 4 untergebracht. Im anderen Fall befinden sich Sender und Empfänger in bezüglich der Faserstoffbahn 2 gegenüberliegenden Sensoreinheiten 4.
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Die Konstruktion der Messeinheit 1 vereinfacht sich erheblich, wenn, wie in 1 und 2 alle Sensoreinheiten 4 in Bahnlaufrichtung 3 die gleiche Breite aufweisen, was auch deren Austauschbarkeit für andere Parametermessungen begünstigt.
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Bei 3 ist dies zumindest bei der überwiegenden Anzahl der Sensoreinheiten erfüllt. Allerdings sind bei 3 wegen einer Vielzahl von zu messenden Parametern zwei Messeinheiten 1 in Bahnlaufrichtung 3 nebeneinander an der Traversiereinheit 19 angeordnet. Beide Messeinheiten 1 können bis zu drei schmale, gleichbreite Sensoreinheiten 4 über die Basiseinheit 5 aufnehmen. Während beide Messeinheiten 1 ein gemeinsames Gehäuse aufweisen, besitzt jede Messeinheit 1 jedoch ihre eigene Basiseinheit 5 für jeweils drei Sensoreinheiten 4.
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Infolge des großen Raumbedarfs bestimmter Sensoren, zum Beispiel von Sensoren für die Dickenmessung oder die mikrowellenbasierte Feuchtemessung der Faserstoffbahn 2 kann eine größere Breite einiger weniger Sensoreinheiten 4 erforderlich sein. Diese breite Sensoreinheit 4 hat bei 3 die doppelte Breite bezüglich der anderen, gleichbreiten Sensoreinheiten 4. Damit wird die Lage der anderen benachbarten Sensoreinheiten 4 nicht beeinträchtigt und die Basiseinheit 5 der Messeinheit 1 kann auch von der breiten Sensoreinheit 4 zur Kopplung benutzt werden.
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Um bei einer üblichen Traversiergeschwindigkeit von etwa 0,5 m/s auch bei sehr niedrigen Maschinengeschwindigkeiten einen Überlappen des Messbereichs zumindest benachbarter, möglichst aller Sensoreinheiten 4 und trotz hoher Kompaktheit ebenso eine sichere Funktion der Sensoreinheiten 4 gewährleisten zu können, haben die schmalen, gleichbreiten Sensoreinheiten 4 in Bahnlaufrichtung 3 eine Breite von ca. 75 mm.
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Erreicht werden kann diese Kompaktheit der Sensoreinheiten 4, beispielsweise dadurch, dass deren Platinen quer zur Bahnlaufrichtung 3 ausgerichtet werden und das Gehäuse der Sensoreinheiten 4 aus einem hochstabilen, formstabilen und thermisch isolierenden Kunststoff gefertigt wird.
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Bei Bedarf kann das Gehäuse der Sensoreinheit 4 auch noch mit einer thermischen Isolierschicht mit einer Dicke von etwa 5 mm ausgekleidet werden.
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4 zeigt das Zusammenführen einer Sensoreinheiten 4 mit einer Basiseinheit 5 der Messeinheit 1. Zur Aufnahme der Sensoreinheiten 4 hat die Basiseinheit 5 eine für alle Sensoreinheiten 4 gemeinsame, senkrecht zur Faserstoffbahn 2 und in Bahnlaufrichtung 3 verlaufende Kontaktebene 6. Diese Kontaktebene 6 besitzt gegenüber der jeweiligen, aufzunehmenden Sensoreinheit 4 ein elektrisches 11 sowie ein pneumatisches 13 Koppelement sowie ein kurzes 9 und zwei lange 7, senkrecht zur Kontaktebene 6 und in Richtung der Sensoreinheiten 4 verlaufende Führungselemente. Zur Realisierung einer Führung und Verbindung zwischen Sensor- 4 und Basiseinheit 5 weist die Sensoreinheit 4 entsprechende, der Kontaktebene 6 zugewandte elektrische 12 und pneumatische 14 Koppelelemente sowie Führungsgegenelemente 8, 10 auf. Die langen Führungselemente 7 verlaufen parallel zur Einschubrichtung 20 der Sensoreinheit 4, d.h. senkrecht zur Kontaktebene 6 und befinden sich auf einer waagerechten Ebene. Während das kurze Führungselement 9 dem oberen Teil der Sensoreinheit 4, sind die langen Führungselemente 7 dem unteren Teil der Sensoreinheit 4 zugeordnet. Auf diese Weise gelingt eine stabile Führung und Justierung beim Einschieben der Sensoreinheit 4. Zwischen dem kurzen 9 und den langen Führungselementen 7 befinden sich das elektrische 11 und das pneumatische 13 Koppelelement.
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Bei den Koppelelementen 11, 12, 13, 14 handelt es sich um bekannte Steckverbindungen. Da die meist sehr vielpoligen elektrischen Koppelelemente 11, 12 sehr empfindlich beim ungenauen Zusammenführen sind, ist ein, vorzugsweise das elektrische Koppelelement 11 der Basiseinheit 5 schwimmend gelagert, d.h. geringfügig parallel zur Kontaktfläche 6 verschiebbar.
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Um die Führung und Fixierung zu vervollkommnen, besitzt die Basiseinheit 5 eine Fixiereinheit 15, die auf der, der Kontaktseite 6 der Basiseinheit 5 abgewandten Seite der Sensoreinheit 4 liegt.
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Diese Fixiereinheit 15 hat gegenüber der jeweiligen, aufzunehmenden Sensoreinheit 4 zwei in einer waagerechten Ebene, senkrecht zur Kontaktebene 6 und in Richtung der aufzunehmenden Sensoreinheit 4 verlaufende Führungselemente 16 sowie ein Fixierelement 18. Die Sensoreinheiten 4 weisen entsprechende, der Fixiereinheit 15 zugewandte Führungsgegenelemente 17 sowie ein Fixierelement 18 auf. Dabei liegen die Führungselemente 16 der Fixiereinheit 15 etwa auf Höhe der langen Führungselemente 7 der Kontaktebene 6.
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Als Führungselemente 7, 9, 16 dienen hier zylindrische Führungsbolzen, die beim Zusammenführen von Sensoreinheit 4 und Basiseinheit 5 in, als Führungsgegenelemente 8, 10, 17 der Sensoreinheit 4 fungierende, zylindrische Buchsen geführt werden. Prinzipiell kann auch die Sensoreinheit 4 die Führungsbolzen und die Basiseinheit die Buchsen besitzen.
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Bei der Montage der Sensoreinheit 4 werden zuerst die langen Führungselemente 7 der Kontaktseite 6 der Basiseinheit 5 in die entsprechenden Führungsgegenelemente 8 der Sensoreinheit 4 geführt. Damit wird eine Vorjustierung erreicht und der Monteur vom Gewicht der Sensoreinheit 4 entlastet. Beim weiteren Einschub der Sensoreinheit 4 in Richtung Kontaktseite 6 gelangen auch die anderen Führungselemente 9, 16 in Kontakt mit ihren Führungsgegenelementen 10, 17, was zu einer genaueren Lagepositionierung der Sensoreinheit 4 in Bezug auf die Basiseinheit 5 führt.
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Gleichzeitig kommt es zur elektrischen und pneumatischen Kopplung zwischen Sensoreinheit 4 und Basiseinheit 5 über die entsprechenden Koppelelemente 11, 12, 13, 14.
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Befindet sich die Sensoreinheit 4 in ihrer Endposition, so erfolgt die Fixierung derselben an der Basiseinheit 5 über die Fixierelemente 18 in Form einer Verschraubung.