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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 mit einem zur Faserstoffbahn weisenden Messfenster im Gehäuse der jeweiligen Sensoreinheit durch welches das Messsignal vom Sender und/oder zum Empfänger der entsprechenden Sensoreinheit gelangt.
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Derartige Messvorrichtungen sind bekannt und üblicherweise an einem quer über die Faserstoffbahn reichenden Traversierrahmen angebracht. Beispiele für eine solche Messvorrichtung sind unter anderem in der
US 4,877,485 oder der
DE 10 2015 223 525 beschrieben. 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.
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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.
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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.
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Daher kommen bei den Sensoreinheiten zunehmend Kühlvorrichtungen zum Einsatz, was allerdings zur Kondensatbildung am Messfenster und von dort zum Abtropfen auf die Faserstoffbahn führen kann.
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Versuche die Kondensatbildung durch die Einleitung von trockener Luft in den Spalt zwischen Messfenster und Faserstoffbahn zu verhindern, brachten nur unzureichende Ergebnisse.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher die Kondensatbildung im Bereich des Messfensters zu minimieren.
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Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Messfenster zumindest überwiegend aus einem gut wärmeleitfähigen Material von zumindest 0,2 W/mK besteht.
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Auf diese Weise kommt es beim Messfenster zu einer schnellen Anpassung an die meist hohe Umgebungstemperatur. Bereits durch diese einfache Maßnahme kann in vielen Fällen ein Erreichen des Taupunktes vermieden werden.
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Die hier vorgeschlagenen Gestaltungen des Messfensters können zur umfassenden Nutzung der Vorteile und eines einfachen Aufbaus auch auf die gesamte zur Faserstoffbahn weisende Seite der Sensoreinheit angewendet werden.
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Im Hinblick auf eine hohe Festigkeit und eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit ist es vorteilhaft, wenn das Messfenster wenigstens überwiegend aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium besteht.
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Dabei sollte die zur Faserstoffbahn weisende Seite des Messfensters glatt sein und vorzugsweise eine Rauigkeit von weniger als 5 Mikrometer, vorzugsweise höchstens 3,2 Mikrometer aufweisen. Dies erleichtert eine Reinigung und wirkt einer Anhaftung von Schmutz entgegen.
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Um die Funktion des Sensors sowie der damit verbundenen elektronischen Bauelemente infolge einer Aufheizung des Innenraums der Sensoreinheiten nicht zu beeinträchtigen, sollte eine, vorzugsweise mehrere und insbesondere alle Sensoreinheiten ein mit Wasser und/oder Luft gekühltes Kühlelement besitzen.
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Damit dieses Kühlelement bzw. die relativ niedrige Temperatur im Innenraum der Sensoreinheit nicht zu einer wesentlichen Absenkung der Temperatur beim Messfenster und hierdurch zur Kondensatbildung führt, ist es vorteilhaft, wenn das Messfenster wenigstens abschnittweise gegenüber dem Innenraum der Sensoreinheit über eine Dämmschicht thermisch isoliert ist.
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Zusätzlich kann die Temperatur des Messfensters über eine zwischen Messfenster und Dämmschicht angeordnete, elektrische Heizvorrichtung ausreichend hoch über dem Taupunkt gehalten werden.
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Zwecks Minimierung der thermischen Beeinflussung des Messfensters sollte des Weiteren das Kühlelement möglichst weit vom, vorzugsweise gegenüber dem Messfenster angeordnet sein und/oder das Messfenster keine thermische leitende Verbindung zu den elektronischen Bauteilen der jeweiligen Sensoreinheit haben.
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Um trotz ihrer Kompaktheit 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 einem hoch- und formstabilen 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.
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Im Interesse eines variablen Aufbaus der Messvorrichtung bezüglich der zu messenden Parameter der Faserstoffbahn sollten die Sensoreinheiten lösbar mit der Messvorrichtung verbunden sein.
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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.
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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 Messvorrichtung maximal drei oder vier Sensoreinheiten vorzugsweise gleicher Breite in Bahnlaufrichtung aufnehmen kann.
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Sind wesentlich mehr Parameter zu erfassen, dann können an der Traversiereinheit auch mehrere Messvorrichtungen angeordnet werden.
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Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
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1: eine schematische Ansicht eines Traversierrahmens mit Messvorrichtung;
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2: eine Ansicht der Messvorrichtung;
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3: einen schematischen Querschnitt durch mehrere benachbarte Messvorrichtungen und
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4: einen Querschnitt durch eine Sensoreinheit 3.
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Bei 1 befindet sich beispielhaft beidseitig der Faserstoffbahn 1 je eine Messvorrichtung, die an einem O-formigen Traversierrahmen 14 angeordnet ist. Die Faserstoffbahn 1 wird hier, wie bei Papiermaschinen üblich, mit einer Geschwindigkeit von bis 2000 m/min oder mehr durch den Traversierrahmen 14 hindurchbewegt.
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Dabei wird der Traversierrahmen 14 von einem linken und rechten Ständer und einem oberen und unteren Querträger gebildet.
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Während des Betriebs traversieren die Messvorrichtungen parallel zur Faserstoffbahn 1 und quer zur Bahnlaufrichtung 2 kontinuierlich hin und her.
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Jede Messvorrichtung umfasst hier jeweils drei Sensoreinheiten 3, die lösbar mit der Messvorrichtung verbunden sind. Hierzu hat die Messvorrichtung eine gemeinsame Basiseinheit 15, auf die die Sensoreinheiten 3 gesteckt werden.
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Jede Sensoreinheit 3 weist einen Sender 8 und/oder Empfänger eines Sensors 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.
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Die Sender 8 erfassen hierzu einen in der Regel kreisförmigen Messbereich 16 der Faserstoffbahn 1. Dieser Messbereich 16 hat beispielsweise bei der Feuchtemessung oft einen Durchmesser von ca. 12 und beim Flächengewicht von ca. 30 mm.
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Je nach Art des zu messenden Parameters bzw. des Messverfahrens können Sender 8 und Empfänger des entsprechenden Messsignals 6 auf der gleichen Seite der Faserstoffbahn 1 oder aber auf unterschiedlichen Seiten liegen.
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Liegen Sender 8 und Empfänger auf der gleichen Seite der Faserstoffbahn 1, so sind diese auch in der gleichen Sensoreinheit 3 untergebracht.
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Im anderen Fall befinden sich Sender 8 und Empfänger in bezüglich der Faserstoffbahn 1 gegenüberliegenden Sensoreinheiten 3.
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Bei 1 und 2 sind alle Sensoreinheiten 3 gleichbreit, was deren Austauschbarkeit auch für andere Parametermessungen begünstigt.
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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.
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Beide Messvorrichtungen können bis zu drei schmale, gleichbreite Sensoreinheiten 3 über die jeweilige Basiseinheit 15 aufnehmen.
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Infolge des großen Raumbedarfs bestimmter Sensoren, zum Beispiel von Sensoren für die Dickenmessung oder die mikrowellenbasierte Feuchtemessung der Faserstoffbahn 1 kann eine größere Breite einiger weniger Sensoreinheiten 3 erforderlich sein.
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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 15 der Messvorrichtung kann auch von der breiten Sensoreinheit 3 zur Kopplung benutzt werden.
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Die Breite der schmalen, gleichbreiten Sensoreinheiten 3 in Bahnlaufrichtung 2 bleibt bei ca. 75 mm.
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Erreicht werden kann diese Kompaktheit der Sensoreinheiten 3, beispielsweise dadurch, dass deren Platinen mit den elektronischen Bauteilen 13 quer zur Bahnlaufrichtung 2 ausgerichtet werden und das Gehäuse 5 der Sensoreinheiten 3 aus einem hochstabilen, formstabilen und thermisch isolierenden Kunststoff gefertigt wird.
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Bei Bedarf kann das Gehäuse 5 der Sensoreinheit 3 zumindest teilweise mit einer thermischen Isolierschicht 11 mit einer Dicke von unter 5 mm ausgekleidet werden.
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Um eine Aufheizung der Sensoren inklusive ihrer elektrischen Bauteile 13 ausgehend von ihrer Verlustwärme zu verhindern, wird der Innenraum der Sensoreinheiten 3 mit Druckluft gekühlt. Der Druckluftstrom spült dabei gleichzeitig den Innenraum und wirkt so Verschmutzung entgegen.
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Zusätzlich können die Sensoren bzw. damit verbundene elektrische Bauteile 13 gemäß 4 auch noch über ein wassergekühltes Kühlelement 12 im Innenraum der Sensoreinheiten 3 gekühlt werden. Hierzu werden die meist als metallische Kühlkörper ausgebildeten Kühlelemente 12 von Wasser durchströmt, welches den Sensoreinheiten 3 zu- und von diesen wieder abgeführt wird.(nicht dargestellt)
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Das Gehäuse 5 jeder Sensoreinheit 3 umfasst auch ein zur Faserstoffbahn 1 weisendes Messfenster 4, durch welches das Messsignal 6 vom Sender 8 und/oder zum Empfänger der entsprechenden Sensoreinheit 3 gelangt.
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Um eine schnelle Anpassung an die Umgebungstemperatur zu gewährleisten und damit ein Erreichen des Taupunktes zu vermeiden besteht die gesamte zur Faserstoffbahn 1 weisende Seite der Sensoreinheit 3 exklusive dem Messfenster 4 sowie eventuell einen durchsichtigen Bereich 7 aus Aluminium.
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Dies wirkt der Kondensatbildung und damit einem Abtropfen von Kondensat ausgehend von der Sensoreinheit 3 auf die Faserstoffbahn 1 effizient entgegen. Daher empfiehlt sich dies zumindest bei über der Faserstoffbahn 1 angeordneten Sensoreinheiten 3.
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Dabei hat die zur Faserstoffbahn 1 weisende Seite der Sensoreinheit 3 aus Aluminium eine Rauigkeit von weniger als 3,2 Mikrometer, was die Anhaftung von Schmutz erschwert und eine Reinigung erleichtert.
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Der durchsichtige Bereich 7 befindet sich in der Nähe eines radiometrischen Senders 8 der Sensoreinheit 3 und erlaubt so eine visuelle Kontrolle des Zustandes des Senders 8 von außerhalb der Sensoreinheit 3. Das Messfenster 4 wird dabei von einer Titanfolie gebildet.
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Für thermisch extreme Einsatzbedingungen ist dem Messfenster 4 bzw. der zur Faserstoffbahn 1 weisenden Seite der Sensoreinheit 3 noch eine elektrische Heizvorrichtung 9 zugeordnet, über die die Temperatur des Messfensters 4 bzw. der gesamten Gehäuse-Seite sicher über dem Taupunkt der Umgebung gehalten werden kann.
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Damit diese Heizvorrichtung 9 den Innenraum der Sensoreinheit 3 nicht unnötig aufheizt, wird diese gegenüber dem Innenraum über eine Dämmschicht 10 thermisch isoliert. Um die Messsignale 6 nicht zu beeinträchtigen, erstrecken sich weder die Dämmschicht 10 noch die Heizvorrichtung 9 auf den Durchtrittsbereich des Messsignals 6 im Messfenster 4.
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Zur Minimierung der thermischen Wirkung des Kühlelementes 12 auf die zur Faserstoffbahn 1 weisende Seite des Gehäuses 5 mit dem Messfenster 4 ist das Kühlelement 12 auf der gegenüberliegenden Seite der Sensoreinheit 3 angeordnet. Ebenso gibt es vom Messfenster 4 aus keine thermisch leitende Verbindung zu den elektronischen Bauteilen 13 der jeweiligen Sensoreinheit 3.