Messeinrichtung zur Ermittlung der Temperatur einer Walzenoberfläche eines Walzenkörpers

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Messeinrichtung zur Ermittlung der Temperatur einer Walzenoberfläche eines Walzenkörpers. Die Messeinrichtung ist in eine Ausnehmung des Walzenkörpers einsetzbar. Die Messeinrichtung weist zudem wenigstens einen ersten Temperatursensor und einen zweiten Temperatursensor auf.

Solch eine Messeinrichtung ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift

WO 2014/195309 AI offenbart. In dieser ist eine Leiterplatte offenbart, auf welcher mehrere Sensoren beabstandet zueinander angeordnet sind, um

Messwerte über die ganze Länge der Walze ermitteln zu können. Die

Messeinrichtung wird hierfür in eine Ausnehmung des Walzenkörpers

eingebracht und dort eingespritzt. Als Sensoren können beispielsweise

Temperatursensoren dienen, mittels denen Temperaturwerte der

Walzenoberfläche erfasst werden können. Anhand der erfassten

Temperaturwerte kann beispielsweise die Walzenlagerung überwacht werden oder auch auf Prozessparameter beim Walzvorgang geschlossen werden.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einer Messeinrichtung zur Ermittlung der Temperatur einer Walzenoberfläche eines Walzenkörpers. Die Messeinrichtung ist in eine Ausnehmung des Walzenkörpers einsetzbar. Die Messeinrichtung weist zudem wenigstens einen ersten Temperatursensor und einen zweiten Temperatursensor auf.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Messeinrichtung einen

Montagestab aufweist, auf welchem der wenigstens erste und zweite

Temperatursensor in axialer Richtung des Montagestabs voneinander beabstandet angeordnet sind und welcher zu jeder Seite eines Temperatursensors in axialer Richtung jeweils ein Stützelement aufweist. Dabei ist der Montagestab zwischen den Stützelementen derart federnd ausgebildet, dass jeder der Temperatursensoren mit einer definierten Anpresskraft an eine Innenwand der Ausnehmung anlegbar ist.

Vorteilhaft ist hierbei, dass durch die Messeinrichtung die Temperatur über die komplette Länge der Walzenoberfläche ermittelt werden kann. Dabei ist die Auflösung der Messgenauigkeit abhängig von der Anzahl der Sensoren und deren Abstand zueinander. Durch die erzeugte Anpresskraft ist ein zuverlässiger mechanischer Kontakt zwischen Temperatursensoreinheiten und Innenwand der Ausnehmung möglich. Hierdurch können zum einen Unebenheiten der

Ausnehmung, welche beispielsweise bei der Bohrung der Ausnehmung entstehen können, ausgeglichen werden, zum anderen ist hierdurch auch trotz beispielsweise Vibrationen im Betrieb der Walze eine zuverlässige

Temperaturmessung möglich. Dies liegt darin begründet, dass ein zuverlässiger mechanischer Kontakt gleichbedeutend mit einer zuverlässigen thermischen Kopplung zwischen Innenwand der Ausnehmung, welche annähernd die

Temperatur der Walzenoberfläche aufweist, und des jeweiligen

Temperatursensors ist. Zudem kann die Messeinrichtung durch die erzeugte Anpresskraft und durch die entsprechenden Stützelemente als Gegenlage derartig in der Ausnehmung fixiert werden, dass die Messeinrichtung auch bei Betrieb der Walze ihre Position beibehält.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Montagestab wenigstens zwischen den Stützelementen aus Stahl, insbesondere Federstahl, gebildet ist.

Vorteilhaft ist hierbei, dass Stahl eine passende Steifigkeit aufweist, um ein einfache Einsetzen der Messeinrichtung in die Ausnehmung zu ermöglichen, jedoch trotzdem entsprechend nachgiebig ist, um zusammen mit den

Stützelementen im eingebauten Zustand eine ausreichende Anpresskraft auf die Temperatursensoreinheit zu erzeugen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die

Stützelemente aus Stahl und/oder Kunststoff gebildet sind. Vorteilhaft ist hierbei, dass solche Stützelemente günstig und einfach, beispielsweise mittels Spritzguss, herstellbar sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messeinrichtung eine drahtlose Kommunikationseinheit, eine

Energieversorgungseinheit und eine Verarbeitungseinheit aufweist, welche in einer stirnseitig an einem Ende des Montagestabs angebrachten Hülse angeordnet sind.

Vorteilhaft ist hierbei, dass die Hülse die elektronischen Bauteile gegenüber Umwelteinwirkungen von außen schützt. Hierdurch kann die Lebensdauer der

Messeinrichtung verlängert werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hülse als Stützelement ausgebildet ist.

Vorteilhaft ist hierbei, dass auf eines der Stützelemente am Ende des

Montagestabs verzichten werden kann, wenn die Hülse sowieso bereits vorhanden und entsprechend ausgestaltet ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Hülse einen ersten Querschnitt aufweist und derartig ausgestaltet ist, dass der erste

Querschnitt einem zweiten Querschnitt der Ausnehmung entspricht.

Vorteilhaft ist hierbei, dass die Hülse die Ausnehmung dicht verschließt.

Hierdurch können die Temperatursensoreinheiten beispielsweise vor Schmutz und Nässe von außerhalb geschützt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens der erste Temperatursensor oder auch der zweite Temperatursensor einen Federkontakt und ein Temperatursensorelement umfassen, wobei der Temperatursensor jeweils derartig ausgestaltet ist, dass die Temperatur von der Innenwand der Ausnehmung mittels des Federkontakts an das Temperatursensorelement übertragbar ist.

Vorteilhaft ist hierbei, dass eine doppelte Federwirkung, zum einen mittels des Montagestabs und zum anderen mittels des Federkontakts, erzielt wird.

Hierdurch kann der mechanische Kontakt zwischen Temperatursensor und Innenwand der Ausnehmung nochmals verbessert werden. Des Weiteren kann hierdurch die Lebensdauer der Temperatursensoren verlängert werden, da mechanische Belastungen ausgehend von dem Kontakt zwischen Innenwand der Ausnehmung und Temperatursensor mittels des Federkontakts reduziert werden können. Solche mechanischen Belastungen könnten ansonsten beispielsweise zu Rissen in der Leiterplatte des Temperatursensors und somit zu dessen Ausfall führen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die

Federkontakteeinheit ein Federelement aufweist, welches spiral-förmig oder s- förmig ausgestaltet ist.

Vorteilhaft ist hierbei, dass solch ein Federelement kostengünstig und

unkompliziert hergestellt werden kann. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Federkontakt zusätzlich ein Kontaktelement und ein Führungselement aufweist, wobei das Federelement zwischen dem Kontaktelement und dem

Temperatursensorelement angeordnet ist, und wobei das Führungselement derartig ausgestaltet ist, dass das Führungselement eine Führung für das Kontaktelement darstellt.

Vorteilhaft ist hierbei, dass die Richtung der Federwirkung durch das

Führungselement entsprechend angepasst werden kann, um eine zuverlässige mechanische Kopplung zwischen Kontaktelement und Innenwand der

Ausnehmung zu erzielen. Zudem kann durch das Kontaktelement die thermische Verbindung von der Innenwand der Ausnehmung zum Federelement und somit auch zum Temperatursensor verbessert werden.

Zeichnungen Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung zur Ermittlung der Temperatur einer Walzenoberfläche. Fig. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messeinrichtung zur Ermittlung der Temperatur einer Walzenoberfläche nach Fig. 1, welches in einer Ausnehmung eines Walzenkörpers eingesetzt ist. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Temperatursensors einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung.

Fig. 4 zeigt das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen

Temperatursensors nach Fig. 3 einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung, wenn die Messeinrichtung in eine Ausnehmung eines Walzenkörpers eingesetzt ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung zur Ermittlung der Temperatur einer Walzenoberfläche.

Dargestellt ist eine Messeinrichtung 10, welche einen ersten Temperatursensor 21, einen zweiten Temperatursensor 22 sowie weitere Temperatursensoren 20 aufweist. Zudem weist die Messeinrichtung 10 einen Montagestab 15 auf. Die Temperatursensoren 20, 21 und 22 sind auf dem Montagestab 15 in axialer

Richtung des Montagestabs 15 zueinander beabstandet angeordnet. Des Weiteren weist der Montagestab 15 Stützelemente 30 auf, welche ebenfalls in axialer Richtung beidseitig zu jedem Temperatursensor 20, 21 und 22 angeordnet sind. Die Messeinrichtung 10 weist des Weiteren eine Hülse 40 auf, welchem an einem Ende 16 des Montagestabs 15 stirnseitig am Montagestab 15 angebracht ist. In der Hülse 40 sind eine Verarbeitungseinheit 46, eine drahtlose Kommunikationseinheit 42 und eine Energieversorgungseinheit 44 angeordnet. Die Verarbeitungseinheit 46, kann beispielsweise ein Mikrocontroller sein. Die Verarbeitungseinheit 46 ist über ein nicht dargestelltes Kabel, beispielsweise ein BUS-Kabel, mit den Temperatursensoren 20, 21 und 22 verbunden, um

Temperaturwerte von jedem der Temperatursensoren 20, 21 und 22 erfassen zu können. Des Weiteren ist die Verarbeitungseinheit 46 mit der

Kommunikationseinheit 42 verbunden und dazu eingerichtet, die erfassten Temperaturwerte mittels der Kommunikationseinheit 42 auszusenden. Die Kommunikationseinheit 42 kann beispielsweise eine Bluetooth- oder WLAN- Einheit sein. Zusätzlich sind sowohl die Verarbeitungseinheit 46 als auch die Kommunikationseinheit 42 mit der Energieversorgungseinheit 44 verbunden. Die Energieversorgungseinheit 44 kann beispielsweise ein Energiespeicher, wie eine Batterie oder ein Akkumulator, sein. Alternativ oder auch als Kombination kann die Energieversorgungseinheit 44 als Energy-Harvesting- Einheit ausgestaltet sein beziehungsweise Energie von extern, beispielsweise induktiv, zugeführt bekommen.

In einem alternativen, bildlich nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, kann die Messeinrichtung zusätzlich noch wenigstens einen Beschleunigungssensor aufweisen. Mittels vom Beschleunigungssensor erfassten

Beschleunigungswerten kann dann beispielsweise auf einen Betriebszustand und eine Laufzeit der Walze oder auch auf einen Lagerzustand der Walze, wie beispielsweise eine Unwucht, geschlossen werden.

Fig. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messeinrichtung zur Ermittlung der Temperatur einer Walzenoberfläche nach Fig. 1, welches in einer Ausnehmung eines Walzenkörpers eingesetzt ist.

Dargestellt ist ein Walzenkörper 1. Der Walzenkörper 1 weist eine

Rotationsachse 3, eine Walzenoberfläche 6 sowie eine Stirnseite 7 auf. An der Stirnseite 7 weist der Walzenkörper 1 eine Ausnehmung 4 auf. Solch eine Ausnehmung 4 kann beispielsweise eine Bohrung sein. Die Ausnehmung 4 verläuft insbesondere parallel zur Rotationsachse 3 des Walzenkörpers 1. Um die Temperatur der Walzenoberfläche 6 möglichst exakt zu ermitteln, ist die Ausnehmung 4 dabei zudem möglichst nah an der Walzenoberfläche 6 angeordnet, da hierdurch die Temperatur der Walzenoberfläche 6 in etwa mit der Temperatur einer Innenwand 5 der Ausnehmung 4 übereinstimmt. In die

Ausnehmung 4 ist die Messeinrichtung 10, beispielsweise ausgestaltet nach Fig. 1, eingesetzt. Dabei ist der Montagestab 15 zwischen den Stützelementen 30 derart federnd ausgebildet ist, dass jede der Temperatursensoren 20, 21 und 22 mit einer definierten Anpresskraft F an die Innenwand 5 der Ausnehmung 4 angelegt wird. Die Stützelemente 30 wirken dabei als Gegenlage in

entgegengesetzter Richtung zur Anpresskraft F. Somit stabilisiert sich die eingesetzte Messeinrichtung 10 anhand der Ausgestaltung von selbst und der Montagestab 15 ist wellenförmig verspannt. Die Anpresskraft F lässt sich zum einen anhand der Steifigkeit des Montagestabs 15 und zum anderen anhand dem Abstand zwischen den Stützelementen 30 einstellen. Insbesondere ist die Messeinrichtung 10 derartig in der Ausnehmung 4 eingesetzt, dass die

Temperatursensoren 20, 21 und 22 in Richtung der Walzenoberfläche 6 und die Stützelemente 30 entsprechend in Richtung der Rotationsachse 3 des

Walzenkörpers 1 gepresst werden. Die Hülse 40 der Messeinrichtung 10 ist zudem derartig ausgestaltet, dass sie als Stützelement 30 für die erste

Temperatursensoreinheit 21 dient. Des Weiteren ist die Hülse 40 derartig ausgestaltet, dass diese die Ausnehmung 4 voll ausfüllt, also insbesondere ein erster Querschnitt der Hülse 40 einem zweiten Querschnitt der Ausnehmung 4 entspricht. Insbesondere schließt die Hülse 40 bündig mit der Stirnseite 7 des Walzenkörpers 1 ab und dichtet somit die Ausnehmung 4 gegenüber außen ab. In einem weiteren, bildlich nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, kann auch ein

Verschlusselement vorgesehen sein, welches die Ausnehmung 4 verschließt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Temperatursensors einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung.

Der Temperatursensor 20, 21 oder auch 22 ist entsprechend zur Fig. 1 auf dem

Montagestab 15 angeordnet. Der Temperatursensor 20, 21 oder auch 22 weist ein optionales Gehäuse 29 auf. In dem Gehäuse 29 ist eine Leiterplatte 23 angeordnet, auf welchem wiederum ein Temperatursensorelement 24

angeordnet ist. Auf der Leiterplatte 23 kann zudem beispielsweise eine nicht dargestellte Auswerteschaltung integriert sein, welche zum Beispiel als Busfähiger Mikrocontroller mit einer individuellen Kennung ausgestaltet ist. Das Temperatursensorelement 24, beispielsweise ein Platin-Messwiderstand, ist über ein Federelement 26 mit einem Kontaktelement 27 verbunden. Das

Federelement 26 ist spiralförmig. Alternativ ist allerdings auch eine s-förmige Ausgestaltung des Federelements 26 denkbar. Das Kontaktelement 27, das

Federelement 26 und ein Führungselement 28 bilden einen Federkontakt 25. Dabei ist das Führungselement 28 derartig ausgestaltet, dass es eine Führung für das Kontaktelement 27 darstellt, welches dadurch nur entlang einer Achse z senkrecht zu einer Ebene der Leiterplatte 23 bewegbar ist. Entlang der Achse z verläuft auch die in Fig. 2 gezeigte Anpresskraft F.

Fig. 4 zeigt das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen

Temperatursensors nach Fig. 3 einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung, wenn die Messeinrichtung in eine Ausnehmung eines Walzenkörpers eingesetzt ist.

Dargestellt ist ein Temperatursensor 20, 21, oder auch 22 nach der Fig. 3. Durch die Anpresskraft F, welche durch den Montagestab 15 und nicht dargestellte Stützelemente 30 erzeugt wird, wird die Temperatursensoreinheit 20, 21 oder auch 22 an die Innenwand 5 der Ausnehmung 4 angelegt. Dadurch steht das Kontaktelement 27 des Federkontakts 25 mit der Innenwand 5 in Verbindung und kann die Temperatur von dieser über das Federelement 26 an das

Temperatursensorelement 24 übertragen. Aus diesem Grund sollten

insbesondere das Kontaktelement 27 und das Federelement 26 ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

In einem alternativen, bildlich nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, weist der Federkontakt 25 lediglich ein Federelement 26 auf, welches die Temperatur von der Innendwand 5 der Ausnehmung 4 direkt an das Temperatursensorelement 24 überträgt.