DE102015223525A1

DE102015223525A1 - Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102015223525A1
Application number: DE102015223525.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Gross; Eduard Väth; Waldemar Neufeld; Sebastian Spornhauer; Michael Fein
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2016-11-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für den Einsatz in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn (1) mit mehreren, nebeneinander angeordneten Sensoreinheiten (3) zur Messung von Eigenschaftsparametern der Faserstoffbahn (1), deren Innenraum (4) zur Kühlung und/oder Spülung mit Druckluft versorgt wird. Dabei soll die Druckluftversorgung dadurch vereinfacht werden, dass alle Sensoreinheiten (3) parallel mit einer gemeinsamen Druckluftquelle verbunden sind und die, für die Kühlung und/oder Spülung vorgesehene Druckluft vor oder in der entsprechenden Sensoreinheit (3) über eine Drossel geführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für den Einsatz in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn mit mehreren, nebeneinander angeordneten Sensoreinheiten zur Messung von Eigenschaftsparametern der Faserstoffbahn, deren Innenraum zur Kühlung und/oder Spülung mit Druckluft versorgt wird.
Derartige Messvorrichtungen sind bekannt und üblicherweise an einem quer über die Faserstoffbahn reichendem Traversierrahmen angebracht. Die Messvorrichtung ist hierbei so ausgelegt, das sie wenigstens eine Messung beispielsweise des Flächengewichts oder des Feuchtegehalts der vorbeilaufenden Faserstoffbahn über die Sensoreinheiten der Messvorrichtung erlaubt. Dabei wird die Messvorrichtung, 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 Sensoreinheiten sind hierbei oft einer relativ hohen Umgebungstemperatur von bis zu 100°C ausgesetzt. Hinzu kommt die Aufheizung des Innenraums der Sensoreinheiten ausgehend von der Verlustwärme ihrer elektrischen Baugruppen.
Des Weiteren führt die meist aggressive Umgebung der Sensoreinheiten auch zu einer Verschmutzung ihres Innenraums verbunden mit Funktionsstörungen.
Daher kommen bei den Sensoreinheiten zunehmend Spül- und/oder Kühlvorrichtungen mittels Druckluft zum Einsatz, die allerdings relativ aufwendig sind.
Die Aufgabe der Erfindung ist es die Druckluftversorgung der Sensoreinheiten zu vereinfachen.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass alle Sensoreinheiten parallel mit einer gemeinsamen Druckluftquelle verbunden sind und die, für die Kühlung und/oder Spülung vorgesehene Druckluft vor oder in der entsprechenden Sensoreinheit über eine Drossel geführt wird. Die parallele Versorgung aller Sensoreinheiten mit einer Druckluftquelle vereinfacht die Zuführung selbst und erlaubt bei den Sensoreinheiten eine vereinheitlichte Gestaltung. Durch die Drosselung des Drucks kann so die für Aktuatoren, wie Ventile, Zylinder, Stellglieder o.ä. einzelner Sensoreinheiten ohnehin erforderliche Druckluft für die Kühlung und/oder Spülung des Innenraums aller Sensoreinheiten verwendet werden. Während Aktuatoren üblicherweise Druckluft mit einem Druck von ca. 4 bar erfordern, genügt für die Kühlung und/oder das Spülen des Innenraums der Sensoreinheiten meist ein Druck von weniger als 2 bar.
Je nachdem ob die Sensoreinheiten Druckluft-Aktuatoren besitzen, kann es so vorteilhaft sein, wenn zumindest bei einer, vorzugsweise bei mehreren und insbesondere bei allen Sensoreinheiten vor der jeweiligen Drossel ein Teil der Druckluft abgezweigt und den Aktuatoren der entsprechenden Sensoreinheit zugeführt wird.
Allein zur Minimierung der Größe der Sensoreinheiten sollte sich die Drossel vor der jeweiligen Sensoreinheit befinden.
Oft genügt eine Luftkühlung nicht, weshalb ein oder mehrere Elemente einer, mehrerer oder aller Sensoreinheiten mit Wasser gekühlt werden sollte. In diesem Fall ist es zur zusätzlichen Kühlung der für die Kühlung vorgesehenen Druckluft der Sensoreinheit vorteilhaft, wenn diese an dem mit Wasser gekühlten Element entlang und/oder durch dieses hindurchgeführt wird. Des Weiteren ist es zur gezielten Ausrichtung der Druckluft im Innenraum der jeweiligen Sensoreinheit von Vorteil, wenn die für die Kühlung und/oder Spülung vorgesehene Druckluft in der Sensoreinheit über wenigstens einen Ventilator geleitet wird.
Außerdem kann eine Mehrfachnutzung der Druckluft dadurch erreicht werden, dass zumindest ein Teil der Druckluft aus dem Innenraum wenigstens einer, vorzugsweise mehrerer und insbesondere aller Sensoreinheiten in einen zu kühlenden Raum der Messvorrichtung geleitet wird.
Wegen ihrer Kompaktheit können sich oft auch thermische Probleme bei diesen Sensoreinheiten ergeben. Um dennoch einer Aufheizung der Sensoreinheit ausgehend vom Umfeld der Maschine oder benachbarten Sensoreinheiten wirksam und ohne großen Raumbedarf zu begegnen, sollten zumindest die Mehrzahl, vorzugsweise alle Sensoreinheiten ein Gehäuse aus thermisch isolierendem Material, insbesondere Kunststoff besitzen und/oder das Gehäuse bei zumindest der Mehrzahl, vorzugsweise allen Sensoreinheiten mit einer thermischen Isolierschicht versehen sein, deren Dicke vorzugsweise 5 mm nicht überschreitet.
Im Interesse eines variablen Aufbaus der Messvorrichtung bezüglich der zu messenden Parameter der Faserstoffbahn sollten die Sensoreinheiten lösbar mit der Messvorrichtung verbunden sein.
Zur exakten Erfassung des Eigenschaftsquerprofils der Faserstoffbahn ist es vorteilhaft, wenn die Sensoreinheiten in Bahnlaufrichtung nebeneinander angeordnet sind und/oder die Messvorrichtung quer zur Bahnlaufrichtung der Faserstoffbahn traversiert.
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 Messvorrichtung maximal drei oder vier Sensoreinheiten vorzugsweise gleicher Breite in Bahnlaufrichtung aufnehmen kann. Sind wesentlich mehr Parameter zu erfassen, dann können an der Traversiereinheit auch mehrere Messvorrichtungen angeordnet werden.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
1: eine schematische Ansicht eines Traversierrahmens mit Messvorrichtung;
2: eine Ansicht der Messvorrichtung;
3: einen schematischen Querschnitt durch mehrere benachbarte Messvorrichtungen;
4: die Druckluftverteilung und
5: einen Querschnitt durch eine Messvorrichtung.
Bei 1 befindet sich beispielhaft beidseitig der Faserstoffbahn 1 je eine Messvorrichtung, die an einem O-formigen Traversierrahmen 10 angeordnet ist. Die Faserstoffbahn 1 wird hier, wie bei Papiermaschinen üblich, mit einer Geschwindigkeit von bis 2000 m/min oder mehr durch den Traversierrahmen 10 hindurchbewegt.
Dabei wird der Traversierrahmen 10 von einem linken und rechten Ständer und einem oberen und unteren Querträger gebildet. Während des Betriebs traversieren die Messvorrichtungen parallel zur Faserstoffbahn 1 und quer zur Bahnlaufrichtung 2 kontinuierlich hin und her.
Jede Messvorrichtung umfasst hier jeweils drei Sensoreinheiten 3, die lösbar mit der Messvorrichtung verbunden sind. Hierzu hat die Messvorrichtung eine gemeinsame Basiseinheit 8, auf die die Sensoreinheiten 3 gesteckt werden.
Jede Sensoreinheit 3 weist einen Sender und/oder Empfänger eines Sensors 9 zur Erfassung eines spezifischen Eigenschaftsparameters der Faserstoffbahn 1 auf. Um das Eigenschaftsquerprofil der Faserstoffbahn 1 möglichst korrekt ermitteln zu können, sind die Sensoreinheiten 3 in Bahnlaufrichtung 2 nebeneinander angeordnet.
Die Sensoren 9 erfassen hierzu einen in der Regel kreisförmigen Messbereich 11 der Faserstoffbahn 1. Dieser Messbereich 11 hat beispielsweise bei der Feuchtemessung oft einen Durchmesser von ca. 12 und beim Flächengewicht von ca. 30 mm. Je nach Art des zu messenden Parameters bzw. des Messverfahrens können Sender und Empfänger des entsprechenden Messsignals 12 auf der gleichen Seite der Faserstoffbahn 1 oder aber auf unterschiedlichen Seiten liegen. Liegen Sender und Empfänger auf der gleichen Seite der Faserstoffbahn 1, so sind diese auch in der gleichen Sensoreinheit 3 untergebracht. Im anderen Fall befinden sich Sender und Empfänger in bezüglich der Faserstoffbahn 1 gegenüberliegenden Sensoreinheiten 3.
Bei 1 und 2 sind alle Sensoreinheiten 3 gleichbreit, was deren Austauschbarkeit auch für andere Parametermessungen begünstigt.
Bei 3 wird jedoch der Fall gezeigt, dass wegen der Vielzahl von zu messenden Parametern zwei Messvorrichtungen in Bahnlaufrichtung 2 nebeneinander an der Traversiereinheit angeordnet sind. Beide Messvorrichtungen können bis zu drei schmale, gleichbreite Sensoreinheiten 3 über eine Verbindungseinheit aufnehmen.
Infolge des großen Raumbedarfs bestimmter Sensoren 9, zum Beispiel von Sensoren 9 für die Dickenmessung oder die mikrowellenbasierte Feuchtemessung der Faserstoffbahn 1 kann eine größere Breite einiger weniger Sensoreinheiten 3 erforderlich sein. Diese breite Sensoreinheit 3 hat bei 3 die doppelte Breite bezüglich der anderen, gleichbreiten Sensoreinheiten 3. Damit wird die Lage der anderen benachbarten Sensoreinheiten 3 nicht beeinträchtigt und die Basiseinheit 8 der Messvorrichtung kann auch von der breiten Sensoreinheit 3 zur Kopplung benutzt werden.
Die Breite der schmalen, gleichbreiten Sensoreinheiten 3 in Bahnlaufrichtung 2 liegt bei ca. 75 mm.
Erreicht werden kann diese Kompaktheit der Sensoreinheiten 3, beispielsweise dadurch, dass deren Platinen quer zur Bahnlaufrichtung 2 ausgerichtet werden und das Gehäuse der Sensoreinheiten 3 aus einem hochstabilen, formstabilen und thermisch isolierenden Kunststoff gefertigt wird. Bei Bedarf kann das Gehäuse der Sensoreinheit 3 auch noch mit einer thermischen Isolierschicht mit einer Dicke von unter 5 mm ausgekleidet werden.
Um eine Aufheizung der Sensoren 9 inklusive ihrer elektrischen Baugruppen ausgehend von ihrer Verlustwärme zu verhindern, wird der Innenraum 4 der Sensoreinheiten 3 mit Druckluft gekühlt. Der Druckluftstrom spült dabei gleichzeitig den Innenraum 4 und wirkt so Verschmutzung entgegen. Darüber hinaus herrscht dadurch im Innenraum des gesamten Systems ein leichter Überdruck, was das Eindringen von Staub oder Feuchtigkeit von außen, z.B. bei spröden Dichtungen oder defektem Messfenster verhindert.
Wie in 4 dargestellt, sind hierzu alle Sensoreinheiten 3 parallel über eine Kühlleitung 14 mit einer gemeinsamen Druckluftquelle verbunden, was eine homogene Druckluftverteilung gewährleistet. Dabei wird für das Kühlen und Spülen des Innenraums 4 auf die für die Aktuatoren zumindest einzelner Sensoreinheiten 3 erforderliche Druckluftversorgung zurückgegriffen. Der für die Aktuatoren erforderliche Druck der Druckluft liegt jedoch wesentlich höher als der optimale Druck für das Kühlen bzw. Spülen.
Daher wird die, für die Kühlung und Spülung vorgesehene Druckluft vor der entsprechenden Sensoreinheit 3 über eine, für alle Sensoreinheiten 3 gemeinsame Drossel 5 geführt und dort auf Werte von weniger als 2 bar reduziert.
Wie in 4 zu erkennen, liefert eine Druckluftquelle 15 Luftdruck mit hohem Druck, beispielsweise 4–6 bar an einen Druckregler 17. Von dort gelangt die nun geregelte Druckluft mit ca. 4 bar zu einem Druckluftverteiler 16, der die Druckluft für das Kühlen und Spülen zur gemeinsamen Drossel 5 und die Druckluft für die Aktuatoren an die entsprechenden Anschlüsse 13 der Sensoreinheiten 3 führt.
Zusätzlich können die Sensoren 9 bzw. damit verbundene elektrische Baugruppen gemäß 5 auch noch über wassergekühlte Elemente 6 im Innenraum 4 der Sensoreinheiten 3 gekühlt werden. Hierzu werden die meist als metallische Kühlkörper ausgebildeten Elemente 6 von Wasser durchströmt, welches den Sensoreinheiten 3 zu- und von diesen wieder abgeführt wird.(nicht dargestellt)
Um die für das Kühlen des Innenraums 4 vorgesehene Druckluft vor ihrem Einsatz zusätzlich zu kühlen, durchströmt diese die wassergekühlten Elemente 6. Anschließend wird diese Druckluft von einem Ventilator 7 in den Innenraum 4 der Sensoreinheit 3 gerichtet. Sollte kein wassergekühltes Element 6 vorhanden sein, so wird die Druckluft direkt zum Ventilator 7 geführt.
Aus dem Innenraum 4 gelangt dann zumindest ein Teil der Druckluft über Belüftungsöffnungen 18 in einen zu kühlenden Raum 7 der gemeinsamen Basiseinheit 8 der Messvorrichtung. In diesem zu kühlenden Raum 7 befinden sich oft auch elektrische Baugruppen die über diese Druckluft gekühlt und gespült werden können, so dass sich eine umfassende Nutzung der Druckluft ergibt.

Claims

Messvorrichtung für den Einsatz in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredlung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn (1) mit mehreren, nebeneinander angeordneten Sensoreinheiten (3) zur Messung von Eigenschaftsparametern der Faserstoffbahn (1), deren Innenraum (4) zur Kühlung und/oder Spülung mit Druckluft versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass alle Sensoreinheiten (3) parallel mit einer gemeinsamen Druckluftquelle verbunden sind und die, für die Kühlung und/oder Spülung vorgesehene Druckluft vor oder in der entsprechenden Sensoreinheit (3) über eine Drossel (5) geführt wird.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei einer, vorzugsweise bei mehreren und insbesondere bei allen Sensoreinheiten (3) vor der jeweiligen Drossel (5) ein Teil der Druckluft abgezweigt und den Aktuatoren der entsprechenden Sensoreinheit (3) zugeführt wird.
Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Drossel (5) vor der jeweiligen Sensoreinheit (3) befindet.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine, vorzugsweise mehrere und insbesondere alle Sensoreinheiten (3) ein mit Wasser gekühltes Element (6) besitzen.
Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Kühlung vorgesehene Druckluft der Sensoreinheit (3) an dem mit Wasser gekühlten Element (6) entlang und/oder durch dieses hindurchgeführt wird.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Kühlung und/oder Spülung vorgesehene Druckluft in der Sensoreinheit (3) über wenigstens einen Ventilator (7) geleitet wird.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Druckluft aus dem Innenraum (4) wenigstens einer, vorzugsweise mehrerer und insbesondere aller Sensoreinheiten (3) in einen zu kühlenden Raum (7) der Messvorrichtung geleitet wird.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Mehrzahl, vorzugsweise alle Sensoreinheiten (3) ein Gehäuse aus thermisch isolierendem Material, insbesondere Kunststoff besitzen.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse bei zumindest der Mehrzahl, vorzugsweise allen Sensoreinheiten (3) mit einer thermischen Isolierschicht versehen ist, deren Dicke vorzugsweise 5 mm nicht überschreitet.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten (3) lösbar mit der Messvorrichtung verbunden sind.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten (3) in Bahnlaufrichtung (2) nebeneinander angeordnet sind.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese quer zur Bahnlaufrichtung (2) der Faserstoffbahn (1) traversiert.