Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion des Abrisses einer sich bewegenden Papierbahn mit zumindest einer Strahlungsquelle und zumindest einem Detektorelement, die gegenüber der Papierbahn in Reflexionsstellung angeordnet sind.

Bei der Papierherstellung kommt der Abrissüberwachung für Papierbahnen bedingt durch die auf diesem Gebiet stetig ansteigenden Maschinengeschwindigkeiten eine immer höhere Bedeutung zu.

Sofern die Papierbahnführung es zulässt, kann ein Papierabriss beispielsweise mit Hilfe eines Lichtschrankens detektiert werden. Wird sodann ein Papierabriss festgestellt, wird die Maschine zur Vermeidung von Schäden abgestellt und ein Restbahnabschnitt abgetrennt, damit es nicht zum Aufwickeln desselben innerhalb der Maschine kommen kann.

Im Bereich der Trockenpartie einer Papiermaschine ist die Detektion mittels Lichtschranken aber aufgrund des unterhalb der Papierbahn geführten Trockensiebes nicht möglich, weshalb für diesen Abschnitt bisher verschiedene Lösungsansätze verfolgt wurden, die z.B. auf Farberkennung oder auf _. Erkennung eines auf das Trockensieb aufgebrachten schwarzen Streifens oder in das Trockensieb eingebrachten periodischen Farbmusters beruhten.

In der Praxis kommt es aber zur Verschmutzung des Trockensiebs und daher leicht zu Fehldetektionen von Abrissen. Weiters existieren verschiedene Papierqualitäten, die einmal weniger und einmal mehr Altpapier beinhalten, wodurch die Unterscheidung auf Basis der Farberkennung ebenfalls scheitert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche die zuverlässige Papierabrissdetektion, insbesondere in der Trockenpartie ermöglicht, wobei Trockensiebverschmutzungen oder - Verfärbungen bzw. Papierqualitätsunterschiede keinen Einfluss auf die Detektion haben sollen.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Papierabrissdetektion in rauer Messumgebung ohne Beeinträchtigung der Messgenauigkeit und der Messsicherheit durchzuführen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung stellt die Detektion eines Papierbahnrisses bei den auftretenden hohen Fördergeschwindigkeiten und unterschiedlichen Papierqualitäten und -beschaffenheiten dar, um Standzeiten und Beschädigungen an der Anlage zu verhindern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, dass die zumindest eine Strahlungsquelle eine Wellenlänge aussendet, für welche zumindest ein Inhaltsstoff der Papierbahn eine starke Absorption aufweist, und dass der Ausgang des Detektorelements mit dem Eingang einer Komparatorvorrichtung verbunden ist, welche bei Überschreiten eines Schwellwerts der vom Detektorelement gemessenen Intensität ein Papierbahnabriss-Signal erzeugt.

Die Strahlungsquelle ist dabei auf die sich bewegende Papierbahn gerichtet und die von der Oberfläche der Papierbahn zurückreflektierte bzw. zurückgestreute

Strahlung wird im Detektorelement gemessen. Die Detektion eines

Papierbahnabrisses geschieht über die im Detektorelement gemessene Absorption der von der Strahlungsquelle erzeugten Strahlung in der sich bewegenden

Papierbahn. Sinkt die bei einer entsprechenden Wellenlänge festgestellte Absorption plötzlich ab, befindet sich keine Papierbahn sondern z.B. das leere Trockensieb im

Strahlengang der von der Strahlungsquelle erzeugten Strahlung. Als Reaktion auf diesen Intensitätsanstieg wird das Papierabriss-Signal erzeugt, über welches verschiedene Maßnahmen angesteuert werden können, wie z.B. das Abschalten der

Papiermaschine oder das Abtrennen der Papierbahn, um ein Aufwickeln der Papierreste zu verhindern. Die Anzahl und die Anordnung der für die erfindungsgemäße Detektion verwendeten Strahlungsquellen und Detektorelemente unterliegen keinerlei Einschränkungen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders vorteilhaft an jenen Stellen einer Papiermaschine einsetzbar, an denen raue Bedingungen herrschen, also wo eine hohe Umgebungstemperatur und eine hohe Rate an Schwebeteilchen in der Luft vorhanden sind. Sie kann aber auch für beliebige andere Produktionsanlagen eingesetzt werden. Das Wegfallen der Absorption für einen Inhaltsstoff kann bei Auftreten eines Papierabrisses auch so zu einem Abrisssignal verarbeitet werden, dass bei jeder Veränderung des detektierten Signals, ob Erhöhung oder Erniedrigung, über einen bestimmten voreingestellten Wert hinaus ein Abriss festgestellt wird.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Inhaltsstoff der Papierbahn Wasser ist, und dass die Wellenlänge der zumindest einen Strahlungsquelle 1450 nm oder 1940 nm beträgt.

Da die Papierbahn während der Fertigung einen relativ hohen Wassergehalt aufweist, ist die Detektion eines Papierbahnabrisses mit Hilfe der durch das Wasser verursachten Strahlungsabsorption möglich. Sobald ein Papierbahnabriss entsteht, fällt die Absorption durch das Wasser weg und die in das Detektorelement eintretende Strahlintensität steigt schlagartig an. Diese plötzliche Änderung der vom

Detektorelement gemessenen Intensität kann als Abrisssignal weiterverarbeitet werden.

Die Detektion mittels Wasserabsorption ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit. Vielmehr können auch andere Inhaltsstoffe der Papierbahn zur Detektion eines Papierbahnabrisses herangezogen werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann Zellulose als Inhaltsstoff zur Absorption von der von der Strahlungsquelle ausgesandten Strahlung herangezogen werden, wobei die Wellenlänge der zumindest einen Strahlungsquelle 2080 nm beträgt.

Auch der Inhaltsstoff Lignin mit der entsprechenden Absorptions-Wellenlänge von 850 nm kann für die Messung verwendet werden.

Bei Verwendung nur einer Strahlungsquelle, welche die Absorptionslinie eines Papierbahninhaltsstoffes aussendet, kann es aufgrund der Bewegung der Papierbahn zu Intensitätsschwankungen kommen, die ausgeglichen werden können, wenn in Weiterbildung der Erfindung die zumindest eine Strahlungsquelle durch eine Mess-Strahlungsquelle gebildet ist, und zusätzlich eine Referenz-Strahlungsquelle vorgesehen ist, die eine Wellenlänge aussendet, die keine Absorption durch Papierbahninhaltsstoffe erleidet.

Die von der Referenz-Strahlungsquelle zurückreflektierte Intensität kann dabei als Intensitätsvergleichspegel herangezogen werden, um Schwankungen der von der Mess-Strahlungsquelle empfangenen Intensitätswerte auszugleichen.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es von Vorteil, wenn die Mess-Strahlungsquelle, die Referenz-Strahlungsquelle und das Detektorelement unmittelbar der Papierbahnoberfläche gegenüberliegend angeordnet sind.

Weiters kann eine Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit Luft- oder Gas vorgesehen sein, mit der im Bereich des Strahlenganges jeweils zwischen der Mess- Strahlungsquelle und der Papierbahnoberfläche, zwischen der Referenz- Strahlungsquelle und der Papierbahnoberfläche sowie zwischen der Papierbahnoberfläche und dem Detektorelement eine zwangsbewegte Luft- oder Gasatmosphäre erzeugbar ist.

Durch die zwangsbewegte Luft- oder Gasatmosphäre wird verhindert, dass sich Verunreinigungen, Feuchtigkeit, Keime od. dgl. auf den im Strahlengang befindlichen Strahlungsquellen und dem Detektorelement niederschlagen und diese mit der Zeit in ihrer Funktionsfähigkeit gestört sind. Durch Erzeugen eines lokal wirkenden Überdruckes wird verhindert, dass Verunreinigungen oder Niederschläge den für die Messung erforderlichen Strahlengang stören, indem sie Durchbrüche oder Durchlässe bzw. Eintritts- oder Austrittsöffnungen von Strahlungsquellen oder Detektoren verlegen oder mit einer Schicht überziehen.

Damit entfällt die sonst bereits nach kurzer Zeit erforderliche Reinigung der

- A - erfindungsgemäßen Vorrichtung und es können die Strahlungsquellen und das Detektorelement auch ohne Zwischenschaltung von optischen Hilfsmitteln wie Linsen, Spiegeln, optischen Fasern, Filtern oder Schutzgläsern betrieben werden. Dies ist sogar in sehr feuchten und/oder staubigen Umgebungen ohne Beeinträchtigungen des Messergebnisses möglich. Durch die zwangsbewegte Luftoder Gasatmosphäre kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch unmittelbar in nächster Nähe zur zu überwachenden Papierbahnoberfläche positioniert werden, ohne dass eine schnelle Verschmutzung der Vorrichtung befürchtet werden muss. In explosionsgefährdeten Umgebungen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne Zuhilfenahme von optischen Fasern durch Einsatz von geeigneten Inertgasen sogar unmittelbar in der Gefahrenzone eingesetzt werden. Die dadurch erzielte Vereinfachung im Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat eine hohe Ausfallsicherheit und eine hohe Messempfindlichkeit und -genauigkeit zur Folge.

Ein robuster Aufbau mit geringen Abmessungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich erzielen, wenn die zumindest eine Strahlungsquelle bzw. die Mess- Strahlungsquelle und die Referenz-Strahlungsquelle jeweils durch eine Lumineszenzdiode gebildet sind. Es ist auch möglich, z.B. mit Hilfe eines Filters die Mess-Strahlungsquelle und die Referenz-Strahlungsquelle durch eine einzige Strahlungsquelle zu ersetzen, allerdings sind dann wieder zusätzliche konstruktive Maßnahmen erforderlich, die der Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung abträglich sein könnten.

Um die Anzahl der Messöffnungen zu minimieren kann in Weiterbildung der Erfindung die Mess-Strahlungsquelle und die Referenz-Strahlungsquelle in einem gemeinsamen LED-Gehäuse integriert sein. Zu diesem Zweck können handelsübliche Mehrfach-LED verwendet werden, in denen mehrere pn-Übergänge mit unterschiedlichen Emissions-Wellenlängen vorhanden sind. Bei Anwendung solcher Mehrfach-LED kann auch eine Erhöhung der Strahlungsintensität erreicht werden.

Da die Mess-Strahlungsquelle und die Referenz-Strahlungsquelle der Papierbahnoberfläche direkt gegenüberliegend angeordnet sind, gelangt die von der Papierbahnoberfläche reflektierte Strahlung ohne besondere Hilfsmittel in das Detektorelement. In besonders bevorzugter Weise sind die von der Mess- Strahlungsquelle und der Referenz-Strahlungsquelle ausgesandten Strahlen unkollimiert, wodurch bei der Orientierung der Mess-Strahlungsquelle und der Referenz-Strahlungsquelle sowie des Detektorelements kleinere Abweichungen von der idealen Ausrichtung keine nennenswerten Auswirkungen auf das Messergebnis haben.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass die Papierbahn sich gegenüber der Mess-Strahlungsquelle, der Referenz- Strahlungsquelle und dem Detektorelement in einem konstanten Abstand vorbeibewegt. Dies trifft insbesondere auf die Messbedingungen bei der Papierherstellung zu, bei welcher die wasserhaltige Papierbahnoberfläche mit hoher Geschwindigkeit an der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorbeibewegt wird und die Detektion eines Papierbahnabrisses während der Bewegung des Messobjekts erfolgt.

Um alle Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor Verschmutzung oder anderen äußeren, z.B. mechanischen Einflüssen zu schützen, kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen sein, dass die Mess- Strahlungsquelle, die Referenz-Strahlungsquelle und das Detektorelement in einem Gehäuse angeordnet sind, für welche in einer Wand des Gehäuses entsprechende Durchbrechungen oder Durchlässe ausgebildet sind, durch welche die von der Mess- Strahlungsquelle und der Referenz-Strahlungsquelle ausgesandten Strahlen austreten und der von der Papierbahnoberfläche reflektierte Strahl eintreten.

Die von den Mess- und Referenz-Strahlungsquellen erzeugte Strahlung wird somit durch die entsprechenden Durchbrechungen oder Durchlässe hindurch und bevorzugt ohne weitere Umlenkung oder Fokussierung direkt auf die Oberfläche des Messobjekts auftreffen gelassen. Die von der Oberfläche rückreflektierte Strahlung gelangt ebenfalls durch eine geeignete Durchbrechung oder einen Durchlass im Gehäuse in die Eintrittsoberfläche des Detektorelements, wo eine Umwandlung in elektrische Signale erfolgt.

Sowohl aus Gründen der Messsicherheit als auch aus Gründen der einfacheren Herstellung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Mess- und Referenzstrahlungsquellen sowie das Detektorelement im Gehäuse sehr nahe bei einander zu platzieren, wodurch die zurückgelegten Wege der ausgesandten und reflektierten Strahlen kurz und Störungen klein gehalten werden können.

Es können aber auch nur zwei Durchbrechungen oder Durchlässe ausgebildet sein, wobei die zumindest eine Mess-Strahlungsquelle und die zumindest eine Referenz- Strahlungsquelle in einem gemeinsamen LED-Gehäuse integriert sind, für welches nur eine der Durchbrechungen oder Durchlässe vorgesehen ist.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung kann daher darin bestehen, dass die Durchlässe in der Wand des Gehäuses durch Durchgangsbohrungen in einem in der Wand eingelassenen Halterungselement ausgebildet sind, an deren innerhalb des Gehäuses gelegenen Enden die Mess-Strahlungsquelle, die Referenz- Strahlungsquelle und das Detektorelement angeordnet sind, und dessen entgegengesetzte Enden bei Verwendung auf die Papierbahnoberfläche gerichtet sind.

Die von der Mess-Strahlungsquelle und der Referenz-Strahlungsquelle ausgesandten Strahlen können somit durch die jeweiligen Durchgangsbohrungen austreten und der reflektierte Strahl durch die dafür vorgesehenen Durchgangsbohrungen wieder eintreten.

Es können dabei die Mittelachsen der Durchgangsbohrungen in einer Ebene fluchtend angeordnet sein.

Eine mögliche Variante der Erfindung kann darin bestehen, dass die Mittelachsen der Durchgangsbohrungen parallel ausgerichtet sind. Da die Mess-Strahlungsquelle und die Referenz-Strahlungsquelle in unmittelbarer Nähe des Detektorelements angeordnet sind, gelangt trotz der parallelen Strahlausrichtung noch immer ausreichende Intensität reflektierter Strahlung in das Detektorelement.

Um die Intensität der auf dem Detektorelement eintreffenden, reflektierten Strahlung der Mess- und der Referenz-Strahlungsquelle zu erhöhen, kann es gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung vorteilhaft sein, wenn die optischen Achsen der Mess-Strahlungsquelle und der Referenz-Strahlungsquelle so geneigt sind, dass die auf die Papierbahnoberfläche gerichteten Strahlen auf die Stelle der Papierbahnoberfläche auftreffen, die entlang einer Oberflächennormalen genau dem Detektorelement gegenüberliegt.

Dabei kann die Mittelachse der Durchgangsbohrung für das Detektorelement normal zur Papierbahnoberfläche orientiert sein und die Mittelachsen der Durchgangsbohrungen für die Mess-Strahlungsquelle und die Referenz- Strahlungsquelle können einen Winkel mit der Mittelachse der Durchgangsbohrung für das Detektorelement einschließen.

Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Durchbrechungen oder Durchlässe, durch die hindurch die Strahlung aus dem Gehäuse austritt bzw. in dieses wieder eintritt, so gestaltet sind, dass die Druckbeaufschlagung mit Luft oder Gas gegen von außen eindringende Verunreinigungen unmittelbar im Bereich der Durchbrechungen oder Durchlässe erfolgt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung können daher die Durchgangsbohrungen des Halterungselements jeweils zumindest einen seitlichen Einlass für die Druckbeaufschlagung mit Luft oder Gas aufweisen. Damit verhindert ein während des Betriebs ständig strömender Spülmedienstrom das Eindringen von Verunreinigungen oder von Feuchtigkeit und schafft zugleich die Möglichkeit einer Kühlung oder Erwärmung der Mess- und Referenzstrahlungsquellen und des Detektorelements. Eine einfache Realisierung der seitlichen Einlasse kann dadurch geschaffen werden, dass diese durch, vorzugsweise im rechten Winkel zur Mittelachse der Durchgangsbohrungen verlaufende, Sackbohrungen gebildet sind.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann das Gehäuse gas- und druckdicht ausgebildet sein und einen druckdichten Einlass zum Anschluss an eine Druckluftoder Druckgasleitung aufweisen. Der auf diese Weise durch Druckbeaufschlagung im Inneren des Gehäuses entstehende Überdruck verhindert einerseits ein Eindringen von Verunreinigungen in das Gehäuse und zusätzlich erzeugt er eine Luft- oder Gasströmung aus dem Inneren des Gehäuses durch die Durchlässe oder Durchbrechungen hindurch, welche für das Austreten der Mess- und Referenzstrahlung sowie für das Eintreten der von der Papierbahnoberfläche reflektierten Strahlung vorgesehen sind, wodurch eine ständige Reinigung der Mess- und Referenzstrahlungsquellen und des Detektorelements erfolgt, sofern reine Luft oder ein reines Gas angewandt wird.

Eine weitere Variante der Erfindung kann darin bestehen, dass die Mess- Strahlungsquelle und die Referenz-Strahlungsquelle auf einem gedachten Kreis um das zumindest eine Detektorelement angeordnet sind, wodurch eine günstige Anordnung mehrerer Strahlungsquellen erzielbar ist, wobei die Messung mit der Intensität mehrerer Strahlungsquellen durchgeführt werden kann.

Die Druckbeaufschlagung muss nicht innerhalb des Gehäuses erfolgen, in dem die Strahlungsquellen untergebracht sind sondern kann durchaus auch außerhalb desselben geschehen. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht daher vor, das an der Außenseite des Gehäuses im Bereich der Durchbrechungen oder Durchlässe eine diese überdeckende Abdeckschale vorgesehen ist, die druckdicht mit der Außenseite des Gehäuses verbunden ist, die zusammen mit der Gehäuse- Außenwand einen Hohlraum ausbildet und die Öffnungen aufweist, die fluchtend mit den Durchbrechungen oder Durchlässen verlaufen, wobei die Abdeckschale einen druckdichten Einlass zum Anschluss an die Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit Luft oder Gas aufweist. Die Abdeckschale überdeckt die in den Durchbrechungen oder Durchlässen der Gehäusewand angeordnete Mess- Strahlungsquelle, Referenz-Strahlungsquelle und Detektorelement und stellt zugleich die Öffnungen für das in beiden Richtungen hindurch tretende Licht bereit. Im Betrieb wird die unter Druck stehende Luft oder das Gas durch die Abdeckschale und die Öffnungen in der Abdeckschale hindurch nach außen gedrückt und erzeugt dabei die für das Freihalten des Strahlenganges der Mess- und Referenz-Strahlungsquelle sowie des Detektorelements erforderliche zwangsbewegte Luft- oder Gasatmosphäre.

Die Strahlungsquellen und das Detektorelement können durch ein zwischengeschaltetes, strahlungsdurchlässiges Element vor Verunreinigungen geschützt sein.

Dies kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch verwirklicht sein, dass im Strahlengang der zumindest einen Mess-Strahlungsquelle und/oder der zumindest einen Referenz-Strahlungsquelle und/oder des zumindest einen Detektorelements jeweils eine strahlungsdurchlässige Schutzplatte angeordnet ist.

Um Fremdlichteinwirkungen zu verringern kann die strahlungsdurchlässige Schutzplatte eine Filterplatte sein, die nur in einem festgelegten Spektralbereich strahlungsdurchlässig ist.

Eine Luft- oder Gasspülung kann dabei die Schutzplatte vor Ablagerungen durch in der Umgebungsatmosphäre vorhandenen Partikeln oder Tröpfchen bewahren, indem ein oder mehrere mit der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung verbundene Gas- oder Lufteinlässe vorgesehen sind, die jeweils an der der zumindest einen Mess-Strahlungsquelle, der zumindest einen Referenz-Strahlungsquelle und des Detektorelements gegenüberliegenden Seite der Schutzplatte angeordnet sind.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann zumindest eine Wandöffnung in einer Gehäusewand vorgesehen sein, die mit einem nach außen vorstehenden Rohrstück in Verbindung steht, in welchem die Mess-Strahlungsquelle und/oder die Referenzstrahlungsquelle und/oder das Detektorelement angeordnet ist oder sind, und dass die zumindest eine Wandöffnung mit der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit Luft- oder Gas in Verbindung steht, sodass Luft oder Gas durch die zumindest eine Wandöffnung und das Rohrstück hindurch nach außen strömt und dabei die Mess-Strahlungsquelle und/oder die Referenzstrahlungsquelle und/oder das Detektorelement umspült.

Auf diese Weise wird die Luft- oder Gasströmung aus dem Gehäuse nach außen geführt und umströmt dabei die im Rohrstück angeordnete Strahlungsquelle oder den darin angeordneten Detektor.

Es können die Strahlungsquellen und der Detektor auch so angeordnet sein, dass die Spülströmung nicht über die ganze Länge eines rohrförmigen Querschnitts geführt wird, sondern seitlich in ein Rohrstück einmünden gelassen wird.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann daher darin bestehen, dass die zumindest eine Mess-Strahlungsquelle und/oder die zumindest eine Referenzstrahlungsquelle und/oder das zumindest eine Detektorelement in einem röhrenförmigen Durchlass in einem Abstand zu einer nach außen führenden Öffnung des Durchlasses angeordnet sind, und dass der röhrenförmige Durchlass mit der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit Luft- oder Gas in Verbindung steht, sodass Luft oder Gas im Bereich des Strahlenganges der Mess-Strahlungsquelle und/oder der Referenzstrahlungsquelle und/oder des Detektorelements strömt.

Um zumindest einen Teil der in der Luft vorhandenen Schwebeteilchen am direkten Auftreffen an der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu hindern, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Prallplatte vorgesehen sein, welche den Bereich der Strahlungsquellen und des Detektors so abdeckt, dass aus einer bestimmten Richtung kommende Teilchen am Aufprallen im Bereich des Strahlengangs gehindert werden, wodurch ein Absinken der Strahlintensität aufgrund von Teilchen-Ablagerungen an der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermieden wird. Eine besonders gute Wirkung lässt sich erzielen, wenn die Ebene der Prallplatte im wesentlichen parallel zum Strahlengang der Mess-Strahlungsquelle und/oder der Referenzstrahlungsquelle und/oder des Detektorelements verläuft.

Weiters kann vorgesehen sein, dass die Mess-Strahlungsquelle und die Referenzstrahlungsquelle und das Detektorelement in einem Gehäuse angeordnet sind, das mit einer Seite an der Prallplatte angebracht ist. Auf diese Weise kann die Ausrichtung des Gehäuses durch die Anbringung an der Prallplatte geschehen, welche zugleich Schutz gegen einen Teil der sich in Richtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewegenden Partikel bietet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele eingehend erläutert. Es zeigt dabei

Fig.1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.2 einen Schnitt AA durch die Ausführungsform gemäß Fig.1 ;

Fig.3 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Vorrichtung; Fig.4 einen Schnitt AA durch ein Halterungselement der in Fig.3 gezeigten

Vorrichtung;

Fig.5 eine Vorderansicht des in Fig.4 gezeigten Halterungselements;

Fig.6 einen Schnitt BB durch das in Fig.4 gezeigte Halterungselement;

Fig.7 eine schematische teilweise Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.8 einen teilweisen Schnitt BB durch die Vorrichtung gemäß Fig.9;

Fig.9 eine teilweise Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.10 ein teilweiser Schnitt CC durch die Vorrichtung gemäß Fig. 9. Fig.11 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Vorrichtung;

Fig.12 einen Schnitt AA durch die Ausführungsform gemäß Fig.11 ; Fig.13 einen Schnitt BB durch ein Detail der Ausführungsform gemäß Fig.11 ; Fig.14 ein Detail der Fig.12;

Fig.15 einen Schnitt durch ein Detail einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig.16 einen Schnitt durch ein Detail einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig.17 einen Schrägriss einer Befestigungsanordnung einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig.1 und Fig.2 zeigen eine Vorrichtung zur Detektion des Abrisses einer sich bewegenden Papierbahn 1 , die in einem zweiteiligen kastenförmigen Gehäuse 15 aufgenommen ist. Unter Papierbahn wird dabei z.B. eine bei der Papierproduktion entstehende Faserstoffbahn verstanden.

Die Signal- und Steuerungseinrichtungen sind dabei der Einfachheit halber nicht dargestellt. Über einen Kabelanschluss 90 erfolgen die elektrische Energieversorgung und die Signal- und/oder Datenübertragung zu einer nicht dargestellten zentralen Einheit.

In einer Durchbrechung einer Wand 18 der unteren Hälfte des Gehäuses 15 ist ein Halterungselement 31 gas- und druckdicht eingelassen, das mit Schrauben 39 fixiert ist. Im Halterungselement 31 sind eine als Mess-Strahlungsquelle 2 bezeichnete Strahlungsquelle und eine Referenz-Strahlungsquelle 4 so gehalten, dass sie auf eine Papierbahnoberfläche 10 der Papierbahn 1 gerichtet sind. Weiters ist vom Halterungselement 31 ein Detektorelement 3 zur Messung der Intensität der von der Papierbahnoberfläche zurückreflektierten Strahlung gehalten. Die Mess- Strahlungsquelle 2 und das Detektorelement 3 sind gegenüber der Papierbahn 1 in Reflexionsstellung angeordnet, d.h. die Anordnung ist so gewählt, dass die von der Strahlungsquelle 2 ausgesandte Strahlung von der Papierbahnoberfläche in das Detektorelement 3 zurückreflektiert oder -gestreut wird. Erfindungsgemäß sendet die Mess-Strahlungsquelle 2 eine Wellenlänge aus, für welche zumindest ein Inhaltsstoff der Papierbahn 1 eine starke Absorption aufweist, Der elektrische Ausgang des Detektorelements 3 ist mit dem Eingang einer nicht dargestellten Komparatorvorrichtung verbunden, welche bei Überschreiten eines Schwellwerts der vom Detektorelement 3 gemessenen Intensität ein Papierbahnabriss-Signal erzeugt.

Dieses Papierbahnabriss-Signal kann in verschiedenster Weise weiterverarbeitet werden, z.B. als Signal zum Anhalten der Papiermaschine.

Der Inhaltsstoff der Papierbahn 1 kann z.B. Wasser sein, wobei die Wellenlänge der Strahlungsquelle entsprechend der für die Absorption verantwortlichen Banden 1450 nm oder 1940 nm beträgt.

Weiters kann die Absorption von Zellulose bei 2080 nm als Wellenlänge der Strahlungsquelle für die Zwecke der Abrissdetektion herangezogen werden.

Die auf den Inhaltsstoff Lignin abgestimmte Wellenlänge wäre z.B. 850 nm und könnte ebenfalls für die Strahlungsquelle verwendet werden. Weitere für die Absorption von Wellenlängen verantwortliche Inhaltsstoffe können entsprechend für die Detektion eines Papierbahnrisses Anwendung finden.

Während die Mess-Strahlungsquelle 2 die einer Absorptionslinie entsprechende oder annähernd entsprechende Wellenlänge aussendet, sendet die Referenz- Strahlungsquelle 4 eine Wellenlänge aus, die keine Absorption durch Papierbahninhaltsstoffe erleidet. Dadurch können die durch die Papierbahnbewegung hervorgerufenen Intensitätsschwankungen im

Detektorelement 3 ausgeglichen werden. Grundsätzlich kann die Abrissdetektion aber auch ohne Referenz-Strahlungsquelle 4 erfolgen.

Die Mess-Strahlungsquelle 2, die Referenz-Strahlungsquelle 4 und das Detektorelement 3 sind während des Messvorgangs unmittelbar der Papierbahnoberfläche 10 gegenüberliegend angeordnet. Weiters ist eine nicht dargestellte Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit Luft oder Gas vorgesehen, die im Bereich des Strahlenganges jeweils zwischen der Austrittsfläche der Mess- Strahlungsquelle 2 und der Papierbahnoberfläche 10, zwischen der Referenz- Strahlungsquelle 4 und der Papierbahnoberfläche 10 sowie zwischen der Papierbahnoberfläche 10 und der Eintrittsfläche des Detektorelements 3 eine zwangsbewegte Luft- oder Gasatmosphäre (Pfeile 55) erzeugt, die das Verlegen oder Beeinträchtigen der Mess-Strahlungsquelle 2, der Referenz-Strahlungsquelle 4 und des Detektorelements 3 durch Verunreinigungen, Feuchtigkeit od. dgl. verhindert.

Vorzugsweise sind die Mess-Strahlungsquelle 2 und die Referenz-Strahlungsquelle 4 jeweils durch eine Lumineszenzdiode gebildet und die von der Mess- Strahlungsquelle 2 und der Referenz-Strahlungsquelle 4 ausgesandten Strahlen sind unkollimiert. Die von der Mess-Strahlungsquelle 2 und der Referenz- Strahlungsquelle 4 ausgestrahlten Wellenlängen liegen in einem Bereich von ca. 1000 nm bis 2000 nm. Vorzugsweise liegt die Wellenlänge der Mess- Strahlungsquelle 2 bei 1450 nm oder 1940 nm, bei der die Strahlung von Wasser gut absorbiert wird, und die Wellenlänge der Referenz-Strahlungsquelle 4 bei einem von der IR-Absorptionslinie von Wasser deutlichen unterschiedlichen Wert von z.B. 1300 nm. Das Detektionselement 3 misst die Intensität der. von der Papierbahnoberfläche 10 reflektierten elektromagnetischen Strahlung. Aus dem Verhältnis der Intensitäten bei der Referenzwellenlänge und bei der Messwellenlänge wird unter Zugrundlegung von Kalibrierdurchläufen ein Schwellenwert für den Abriss der zu überwachenden Papierbahn 1 berechnet. Die Mess-Strahlungsquelle 2 und die Referenz-Strahlungsquelle 4 können ihre Strahlung kontinuierlich abgeben oder in Form von Pulsen, die entsprechend verarbeitet werden können. Strahlungspulse haben den Vorteil der geringeren Störbeeinflussung durch andere Strahlungsquellen.

Das Detektionselement 3 ist eine Fotodiode oder ein Fototransistor, kann aber auch durch ein anderes gleichwertiges Element gebildet sein. Die Papierbahn 1 wird gegenüber der Mess-Strahlungsquelle 2, der Referenz- Strahlungsquelle 4 und dem Detektorelement 3 in einem konstanten Abstand vorbeibewegt.

Im Halterungselement 31 sind parallele, durch die Wand 18 hindurchführende Durchgangsbohrungen 41 , 42 und 43 ausgenommen, an deren innerhalb des Gehäuses 15 gelegenen Enden die Mess-Strahlungsquelle 2, das Detektorelement 3 und die Referenz-Strahlungsquelle 4 mit ihren optischen Achsen entlang der Mittelachsen 21 , 22 und 23 verlaufend eingesetzt sind, und deren entgegengesetzte Enden bei Verwendung auf die Papierbahnoberfläche 10 gerichtet sind. Zur geeigneten Aufnahme der Mess-Strahlungsquelle 2, des Detektorelements 3 und der Referenz-Strahlungsquelle 4 sind entsprechende Aufnahmebohrungen 81 , 82, 83 am inneren Ende der Durchgangsbohrungen 41 , 42 und 43 vorgesehen, wie sie für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 in Fig.4 im Detail gezeigt sind.

Wie aus Fig.2 ersichtlich sind dadurch die von der Mess-Strahlungsquelle 2 und der Referenz-Strahlungsquelle 4 entlang der Mittelachsen 21 , 22 ausgesandten Strahlen, die durch die Durchgangsbohrungen 41 , 43 austreten sowohl zueinander als auch zu dem von der Papierbahnoberfläche 10 entlang der Mittelachse 23 reflektierten Strahl, der durch die Durchgangsbohrung 42 eintritt und vom Detektorelement 3 empfangen wird, parallel.

Weiters sind gemäß Fig.1 die Mittelachsen 21 , 23, 22 der Durchgangsbohrungen 41 , 42, 43 in einer Ebene fluchtend angeordnet. Die Art der Anordnung und die Anzahl der verwendeten Mess-Strahlungsquellen, Referenz-Strahlungsquellen und der Detektorelemente sind im Rahmen der Erfindung jedoch keineswegs eingeschränkt.

Die Länge der Durchgangsbohrungen 41 , 42, 43 beträgt vorzugsweise ungefähr das Dreifache des Innendurchmessers, wodurch sich ein guter Schutz gegen Streulichtquellen erzielen lässt. Die Halterung der Mess- und Referenz-Strahlungsquelle 2, 4 und des Detektorelements 3 können auch auf andere Weise erfolgen, so könnte etwa nur ein einziger Durchläse für alle drei Elemente vorgesehen sein.

Im Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 3 bis 6 sind die Mess-Strahlungsquelle 2, die Referenz-Strahlungsquelle 4 und das Detektorelement 3 so orientiert, dass die auf die Papierbahnoberfläche 10 entlang der Mittelachsen 21 , 22 auftreffenden Strahlen sich ungefähr in einem Punkt treffen, der genau im Verlauf einer Normalen zum Detektorelement 3 liegt und somit an jener Stelle, von wo aus der senkrecht von der Papierbahnoberfläche 10 entlang der Mittelachse 23 zurückreflektierte Strahl in das Detektorelement 3 eintritt.

Um dies zu erreichen ist die Mittelachse der Durchgangsbohrung 42 für das Detektorelement 3 normal zur Papierbahnoberfläche 10 orientiert und die Mittelachsen 21 , 22 der Durchgangsbohrungen 41 , 43 für die Mess-Strahlungsquelle 2 und die Referenz-Strahlungsquelle 4 schließen einen Winkel α von 7° mit der Mittelachse 23 der Durchgangsbohrung 42 für das Detektorelement 3 ein.

Wie in Fig.4 und Fig.6 gezeigt weisen die Durchgangsbohrungen 41 , 42, 43 des Halterungselements 31' jeweils zumindest einen seitlichen Einlass 71 , 72, 73 für die Druckbeaufschlagung mit Luft oder Gas auf, die durch, vorzugsweise . im rechten Winkel zur Mittelachse der Durchgangsbohrungen 41 , 42, 43 verlaufende, Sackbohrungen gebildet sind. Diese seitlichen Einlasse sind im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 und 2 nicht detailliert gezeigt dort aber auch vorhanden.

Die Druckbeaufschlagung mit Luft oder Gas erfolgt, indem das Gehäuse 15 gasdicht ausgebildet ist und einen druckdichten Einlass 91 zum Anschluss an eine Druckluftoder Druckgasleitung aufweist, welche die Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung darstellt. Bei Einspeisen von Druckluft entsteht im Inneren des Gehäuses 15 gegenüber der Umgebung ein Überdruck, der ein Entweichen der Luft oder des Gases aus dem Inneren des Gehäuses 15 über die für den Durchtritt der Strahlen und für die Ausbildung des Strahlengangs erforderlichen Öffnungen, und zwar über die seitlichen Einlasse 71 , 72, 73 und die drei Durchgangsbohrungen 41 , 42, 43 in die Umgebung zur Folge hat. Die Luft oder das Gas, die bzw. das auf diese Weise nach außen gelangt weist vorzugsweise eine hohe Reinheit auf, wodurch die Durchgangsbohrungen 41 , 42, 43 aufgrund des ständigen Spülstroms von Verunreinigungen oder Feuchtigkeit freigehalten werden können. Über die Temperaturregelung der einströmenden Luft bzw. eines solchen Gases kann Kühlung oder Erwärmung erzielt werden, wenn Abwärme abgeführt oder Kondensation bzw. Keimbildung vermieden werden soll.

In explosionsgefährdeten Umgebungen kann als Spülgas ein Inertgas, wie z.B. Stickstoff oder Kohlendioxid verwendet werden.

Fig.7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem anstelle einer linearen Anordnung zwei Mess-Strahlungsquellen 2 und zwei Referenz-Strahlungsquellen 4 auf einem gedachten Kreis um das Detektorelement 3 angeordnet sind. Diese Anordnung kann hinsichtlich der Anzahl und der Reihenfolge der Mess- Strahlungsquellen 2 und der Referenz-Strahlungsquellen 4 beliebig variiert werden und ermöglicht eine Erhöhung der auf das Messobjekt 1 einwirkenden Strahlung.

Um die Anzahl der Durchbrechungen oder Durchlässe im Gehäuse 15 zu minimieren können die Mess-Strahlungsquelle 2 und die Referenz-Strahlungsquelle 4 in einem gemeinsamen LED-Gehäuse integriert sein. Sehr vorteilhaft haben sich dabei Zweifach- oder Dreifach-LED erwiesen, die ein LED-Gehäuse mit einer entsprechenden Anzahl von pn-Übergängen mit unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen. Eine Dreifach-LED kann z.B. LED mit den Wellenlängen 1300 nm, 1450 nm und 1500 nm in einem gemeinsamen LED-Gehäuse beinhalten. Es ist daher z.B. möglich, mit nur zwei Durchbrechungen im Gehäuse 15 für die Mess- Strahlungsquelle 2, die Referenz-Strahlungsquelle 4 und das Detektorelement 3 die erfindungsgemäße Vorrichtung zu realisieren. Bei nur zwei Durchbrechungen wird auch eine geringe Luft- oder Gasmenge im Zusammenhang mit der Druckbeaufschlagung benötigt. Mit den Mehrfach-LED ist eine Erhöhung der abgestrahlten Intensität bei gleich bleibender Anzahl von Durchbrechungen möglich, weil z.B. bei drei Durchbrechungen zwei davon mit Mehrfach-LED und eine mit einem Detektorelement bestückt sein können, sodass die beiden Mehrfach-LED einerseits jeweils gleichzeitig die Messstrahlung und andererseits jeweils gleichzeitig die Referenzstrahlung aussenden können, wodurch sich eine Verdopplung der ausgesandten Intensität gegenüber der Anordnung mit Einfach-LED erzielen lässt.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8, 9 und 10 ist an der Außenseite des Gehäuses 15 im Bereich der Durchbrechungen für die Mess- und Referenz-Strahlungsquelle 2, 4 sowie dem Detektorelement 3 eine diese überdeckende Abdeckschale 80 vorgesehen, die gas- und druckdicht mit der Außenseite des Gehäuses 15 verbunden ist.

Die Abdeckschale 80 bildet dabei zusammen mit der Gehäuse-Außenwand einen Hohlraum aus und weist Öffnungen 86, 87, 88 auf, die fluchtend mit den Durchbrechungen verlaufen, in welche die Mess-Strahlungsquelle 2, die Referenz- Strahlungsquelle 4 und das Detektorelement 3 so eingesetzt sind, dass deren Mittelachsen 21 , 22 und 23 bzw. optische Achsen fluchtend mit den Öffnungen 86, 87, 88 ausgerichtet sind und die austretende bzw. zurückreflektierte Strahlung durch diese Öffnungen 86, 87, 88 in der Abdeckschale 80 hindurchtreten können. Die Öffnungen 86, 87, 88 sind in der gezeigten Ausführungsform im Querschnitt kreisförmig, können aber jede andere Form aufweisen, sie können z.B. auch durch einen einzigen Schlitz entsprechender Größe ersetzt werden.

Die Mess-Strahlungsquelle 2, die Referenz-Strahlungsquelle 4 sind als LED und das Detektorelement 3 als Photodiode vorgesehen, die anschlussseitig auf einer Leiterplatte 97 im Inneren des Gehäuses angeordnet sind.

Seitlich weist die Abdeckschale 80 einen druckdichten Einlass 91' zum Anschluss an die Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit Luft oder Gas auf. Im Betrieb hält die aufgrund des in der Abdeckschale 80 erzeugten Überdrucks aus den Öffnungen 86, 87 und 88 austretende Luft bzw. Gas die Mess- und Referenz-Strahlungsquellen 2, 4 sowie das Detektorelement 3 frei von Ablagerungen oder Verschmutzungen. Fig.11 , 12, 13 und 14 zeigen ein Ausführungsbeispiel bei dem im Strahlengang der Mess-Strahlungsquelle 2 und der Referenz-Strahlungsquelle 4 und des Detektorelements 3 jeweils eine strahlungsdurchlässige Schutzplatte 85, 86, 87 z.B. aus Quarzglas angeordnet ist, um einen Schutz gegen mechanische Einwirkungen von außen zu erzielen zugleich aber ungehindertes Hindurchlassen der ausgesandten Mess- und Referenzstrahlung sowie der zurückreflektierten Strahlung, die in das Detektorelement eintritt, zu gewährleisten. In Fig.12 ist eine Platine 120 für nicht dargestellte Steuereinheiten gezeigt.

Die strahlungsdurchlässigen Schutzplatten 85, 86, 87 können aber auch als Filterplatten ausgeführt sein, die nur in einem festgelegten Spektralbereich strahlungsdurchlässig sind, um Fremdlichtwirkung herabzusetzen.

Fig.13 zeigt im Detail einen Gas- oder Luftkanal 77, der an seinem einen Ende mit der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung in Verbindung steht und an seinem anderen Ende einen Gas- oder Lufteinlass 78 ausbildet, der an der der Referenz- Strahlungsquelle 4 gegenüberliegenden Seite der Schutzplatte 87 angeordnet ist und seitlich in die nach außen führende Durchgangsbohrung mündet, die an ihrem gehäuseinnenseitigen Ende die Strahlungsquelle 4 aufnimmt. In gleicher Weise sind weitere, nicht dargestellte Gas- oder Lufteinlässe für die Messtrahlungsquelle 2 und das Detektorelement 3 vorgesehen. Die Spülung mit Gas oder Luft geschieht somit auf der von den Strahlungsquellen 2, 4 bzw. dem Detektor 3 abgewandten Seite der Schutzplatten 85, 86, 87.

Fig.15 zeigt ein Detail eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem eine Wandöffnung 190 in einer Gehäusewand 110 vorgesehen ist, die mit einem nach außen vorstehenden Rohrstück 130 in Verbindung steht.

Im Inneren des Rohrstücks 130 ist die Mess-Strahlungsquelle 2 angeordnet ist, die von einer Haltescheibe 180 mit Löchern 170 gehalten ist. Die Wandöffnung 190 steht mit der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung z.B. über einen nicht dargestellten Gehäuse-Hohlraum in Verbindung, sodass Luft oder Gas durch die Wandöffnung 190, das Rohrstück 130 und die Löcher 170 hindurch nach außen strömt (durch Pfeile angedeutet) und dabei die Mess-Strahlungsquelle 2 umspült. Analog kann diese Anordnung für die Referenz-Strahlungsquelle und das Detektorelement verwendet werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig.16 im Detail gezeigt, bei dem die Mess-Strahlungsquelle 2 in einem röhrenförmigen Durchlass 160 in einem Abstand zu einer nach außen führenden Öffnung 161 des Durchlasses 160 angeordnet ist. Der röhrenförmige Durchlass 160 steht über seitliche Einlasse 72 mit der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung mit Luft- oder Gas in Verbindung, sodass Luft oder Gas im Bereich des Strahlenganges der Mess-Strahlungsquelle 2 strömt. Anstelle der Mess-Strahlungsquelle 2 kann die Referenz-Strahlungsquelle oder das Detektorelement angeordnet sein.

Fig.17 zeigt eine Anordnung einer in einem Gehäuse 210 untergebrachten erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich einer Papierherstellungsanlage. Zum Schutz gegen die direkte Einwirkung von bei der Produktion auftretenden Schwebeteilchen ist eine die eine Gehäuseseite überdeckende Prallplatte 200 vorgesehen, die über ein Gestänge 220 in Position gehalten ist.

Die Ebene der Prallplatte 200 verläuft im wesentlichen parallel zum Strahlengang der Strahlen 21 , 22, 23, die aus der Mess- und Referenzstrahlungsquelle austreten und in das Detektorelement eintreten, die im Gehäuse 210 untergebracht sind. Das Gehäuse 210 ist mit einer Seite an der Prallplatte 200 angebracht.