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DE102023116403A1 - System and method for collecting sensor data in a spatial segment in the area of a moving assembly - Google Patents

System and method for collecting sensor data in a spatial segment in the area of a moving assembly Download PDF

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DE102023116403A1
DE102023116403A1 DE102023116403.1A DE102023116403A DE102023116403A1 DE 102023116403 A1 DE102023116403 A1 DE 102023116403A1 DE 102023116403 A DE102023116403 A DE 102023116403A DE 102023116403 A1 DE102023116403 A1 DE 102023116403A1
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DE
Germany
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sensor
energy
designed
temperature
machine
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DE102023116403.1A
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German (de)
Inventor
Halim Takhedmit
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/EP2024/067062 priority patent/WO2024261037A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (100) zum Erfassen von Sensordaten (370) in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder einer Produktionsanlage, umfassend eine Energieerzeugungseinheit (200), eine Sensoreinheit (300), eine Kommunikationseinheit (400) und eine Datenverarbeitungseinrichtung (500); wobei die Energieerzeugungseinheit (200) ein Thermoelement (210) und ein Energiespeichermodul (250) umfasst und ausgebildet ist, die Sensoreinheit (300) mit Energie zu versorgen; wobei das Thermoelement (210) einen in dem Raumsegment während des Betriebs der Maschine oder der Produktionsanlage auftretenden Temperaturgradienten zur Energieerzeugung nutzt; wobei das Energiespeichermodul (250) ausgebildet ist, die Sensoreinheit (300) mit Energie zu versorgen; wobei das Thermoelement (210) einen während des Betriebs der Maschine oder Produktionsanlage in dem Raumsegment auftretenden Temperaturgradienten zur Energieerzeugung nutzt; wobei das Energiespeichermodul (250) dazu ausgebildet ist, die elektrische Energie zu speichern und bei Bedarf an die Sensoreinheit (300) abzugeben; wobei die Sensoreinheit (300) einen oder mehrere Sensoren (350) umfasst und ausgebildet ist, Sensordaten (370) von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment zu erfassen; und wobei die Kommunikationseinheit (400) ausgebildet ist, die Sensordaten (370) an die Datenverarbeitungseinrichtung (500) zur weiteren Verarbeitung weiterzuleiten.

Figure DE102023116403A1_0000
The invention relates to a system (100) for detecting sensor data (370) in a spatial segment in the region of a moving assembly of a machine or a production plant, comprising an energy generation unit (200), a sensor unit (300), a communication unit (400) and a data processing device (500); wherein the energy generation unit (200) comprises a thermocouple (210) and an energy storage module (250) and is designed to supply the sensor unit (300) with energy; wherein the thermocouple (210) uses a temperature gradient occurring in the spatial segment during operation of the machine or the production plant to generate energy; wherein the energy storage module (250) is designed to supply the sensor unit (300) with energy; wherein the thermocouple (210) uses a temperature gradient occurring in the spatial segment during operation of the machine or the production plant to generate energy; wherein the energy storage module (250) is designed to store the electrical energy and to deliver it to the sensor unit (300) when required; wherein the sensor unit (300) comprises one or more sensors (350) and is designed to record sensor data (370) of measurement parameters such as temperature, humidity and/or flow in the spatial segment; and wherein the communication unit (400) is designed to forward the sensor data (370) to the data processing device (500) for further processing.
Figure DE102023116403A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Erfassen von Sensordaten in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder einer Produktionsanlage, eine Trockenpartie, einen Kalander und ein Computerprogrammprodukt.The invention relates to a system and a method for detecting sensor data in a spatial segment in the area of a moving assembly of a machine or a production plant, a drying section, a calender and a computer program product.

In einer Maschine zur Herstellung oder Behandlung einer Faserstoffbahn wird die feuchte Faserstoffbahn, z. B. eine Papier- oder Zellstoffbahn, in einer Trockenpartie getrocknet, indem sie abwechselnd über beheizte Zylinder und anschließend über eine kurze Strecke über eine Umlenkrolle geführt wird, um die in der Faserstoffbahn enthaltene Flüssigkeit zu verdampfen. Nach dem Ablösen der Faserstoffbahn vom beheizten Trockenzylinder bildet sich zwischen dem Trockenzylinder und der Faserstoffbahn ein Raumsegment bzw. Zwischenraum, der auch als Tasche bezeichnet wird. Im Bereich der Tasche kann eine Abstreifvorrichtung wie z.B. ein Schaber vorgesehen sein, um Ablagerungen auf dem Trockenzylinder zu entfernen. Außerdem verhindert die Abstreifvorrichtung insbesondere bei Produktionsstörungen ein Umschlingen des Trockenzylinders durch die Faserstoffbahn.In a machine for producing or treating a fibrous web, the moist fibrous web, e.g. a paper or pulp web, is dried in a drying section by being alternately guided over heated cylinders and then over a short distance over a deflection roller in order to evaporate the liquid contained in the fibrous web. After the fibrous web has been detached from the heated drying cylinder, a space segment or gap, also known as a pocket, forms between the drying cylinder and the fibrous web. A stripping device, such as a scraper, can be provided in the area of the pocket to remove deposits on the drying cylinder. In addition, the stripping device prevents the fibrous web from wrapping around the drying cylinder, particularly in the event of production disruptions.

Vergleichbare Taschen bilden sich auch bei Glätteinrichtungen wie Kalandern, insbesondere bei Mehrwalzenkalandern, bei denen die Faserstoffbahn zum Glätten nacheinander durch mehrere Walzenspalte geführt wird.Similar pockets also form in smoothing devices such as calenders, especially in multi-roll calenders, where the fibrous web is passed through several roll nips one after the other for smoothing.

In beiden Anwendungsfällen ist eine möglichst genaue Kenntnis der Bedingungen in diesen Taschen für den Anlagenbetreiber sehr hilfreich. Dies betrifft insbesondere die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und die Strömungsverhältnisse der Luft in den Taschen. Messungen in diesen Taschen sind jedoch aufgrund der beengten Platzverhältnisse, der rauen Umgebungsbedingungen etc. nicht ganz einfach.In both cases, it is very helpful for the plant operator to have as precise a knowledge as possible of the conditions in these pockets. This particularly applies to the temperature, humidity and air flow conditions in the pockets. However, measurements in these pockets are not easy due to the limited space, the harsh environmental conditions, etc.

Die DE 43 12 485 A1 offenbart eine Zweizug-Trockenpartie für Papierbahnen, bei der zur Unterdrückung störender Einflüsse auf die freien Zugstrecken zwischen der oberen und der unteren Zylinderreihe sich über die Breite der Papierbahn erstreckende Stabilisatoren vorgesehen sind, an denen die Papierbahn über ein sich ausbildendes Luftpolster abgestützt ist.The DE 43 12 485 A1 discloses a two-pass drying section for paper webs, in which stabilizers extending across the width of the paper web are provided to suppress disruptive influences on the free draw sections between the upper and lower rows of cylinders, on which the paper web is supported by a developing air cushion.

Die DE 40 37 423 A1 offenbart eine Trockenpartie einer Papiermaschine besteht aus einer einreihigen Trockengruppe mit mehreren Trockenzylindern, einem oberen Stützband und unteren Umlenkwalzen sowie einer benachbarten, ebenfalls einreihigen Trockengruppe mit Trockenzylindern, einem unteren Trockensieb und oberen Umlenkwalzen. Dadurch kommen nacheinander beide Bahnseiten in direkten Kontakt mit den Trockenzylindern. Die Trockenzylinder und die Umlenkwalzen sind auf zwei horizontal in Maschinenlängsrichtung verlaufenden Längsträgern abgestützt.The DE 40 37 423 A1 discloses a drying section of a paper machine consisting of a single-row drying group with several drying cylinders, an upper support belt and lower deflection rollers as well as an adjacent, also single-row drying group with drying cylinders, a lower drying wire and upper deflection rollers. As a result, both sides of the web come into direct contact with the drying cylinders one after the other. The drying cylinders and the deflection rollers are supported on two longitudinal beams running horizontally in the longitudinal direction of the machine.

Die DE 10 2009 016 176 A1 offenbart einen Schaberbalken aus faserverstärktem Kunststoffverbundmaterial mit einem Klingenhalter zur Befestigung der eine Walze reinigenden Schaberklinge. Am Schaberbalken ist eine Anschlussstelle für Sensoren vorgesehen. Da sich der Schaberbalken über die gesamte Breite der Walze erstreckt, kann an jeder beliebigen Stelle in Breitenrichtung ein Sensor vorgesehen werden. Neben dem mechanischen Anschluss können die erforderlichen Schnittstellen für die Steuerung, die Stromversorgung und die Versorgung der Aktoren mit Antriebsmedium (z.B. Druckluft) vorgesehen werden.The DE 10 2009 016 176 A1 discloses a scraper bar made of fiber-reinforced plastic composite material with a blade holder for fastening the scraper blade that cleans a roller. A connection point for sensors is provided on the scraper bar. Since the scraper bar extends over the entire width of the roller, a sensor can be provided at any point in the width direction. In addition to the mechanical connection, the necessary interfaces for the control, the power supply and the supply of the actuators with drive medium (e.g. compressed air) can be provided.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, Möglichkeiten zur verbesserten Erfassung der Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Feuchte, Strömung, etc. in einem Raumsegment wie einer Tasche im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder einer Produktionsanlage zu schaffen, die einfach zu implementieren und flexibel einsetzbar sind sowie eine stabile Energieversorgung zur zuverlässigen Erfassung der Sensorsignale durch eine Sensoreinheit bereitstellen.The object underlying the invention is to create possibilities for improved detection of the ambient conditions such as temperature, humidity, flow, etc. in a spatial segment such as a pocket in the area of a moving assembly of a machine or a production plant, which are easy to implement and can be used flexibly and provide a stable energy supply for reliable detection of the sensor signals by a sensor unit.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich eines Systems durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, hinsichtlich eines Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 8, hinsichtlich einer Trockenpartie durch die Merkmale des Anspruchs 13, hinsichtlich eines Kalanders durch die Merkmale des Anspruchs 14, und hinsichtlich eines Computerprogrammproduktes durch die Merkmale des Anspruchs 15 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.This object is achieved according to the invention with regard to a system by the features of patent claim 1, with regard to a method by the features of claim 8, with regard to a drying section by the features of claim 13, with regard to a calender by the features of claim 14, and with regard to a computer program product by the features of claim 15. The further claims relate to preferred embodiments of the invention.

Bei der vorliegenden Erfindung wird der Temperaturgradient in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe, die insbesondere als Trockenzylinder in einer Faserstoffmaschine oder als rotierende Walze in einem Kalander ausgebildet ist, durch ein Thermoelement genutzt, um thermische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die elektrische Energie wird in einem Energiespeichermodul, das insbesondere als Batterie oder Kondensator ausgebildet ist, gespeichert und kann von einer Sensoreinheit zur Erfassung von Sensorsignalen von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment, das insbesondere als Tasche ausgebildet ist, abgerufen werden.In the present invention, the temperature gradient in a spatial segment in the region of a moving assembly, which is designed in particular as a drying cylinder in a fiber machine or as a rotating roller in a calender, is used by a thermocouple to convert thermal energy into electrical energy. The electrical energy is stored in an energy storage module, which is designed in particular as a battery or capacitor, and can be retrieved by a sensor unit for detecting sensor signals of measurement parameters such as temperature, humidity and/or flow in the spatial segment, which is designed in particular as a pocket.

Da die Zeitabstände für die Erfassung von Sensorsignalen der Messparameter in einem Bereich von 15 bis 60 Minuten liegen, reicht die von dem Thermoelement erzeugte Energiemenge für die Versorgung eines Sensors aus. Insbesondere kann eine Messeinrichtung mit einer Energieerzeugungseinheit, einer Sensoreinheit und einer Kommunikationseinheit als mobiles Gerät ausgebildet sein, das mit unterschiedlichen Baugruppen verbunden werden kann. Dadurch wird eine hohe Flexibilität erreicht und es können Kosten eingespart werden, da nicht für jede Baugruppe eine separate Messeinrichtung vorgesehen werden muss.Since the time intervals for recording sensor signals of the measurement parameters are in a range of 15 to 60 minutes, the amount of energy generated by the thermocouple is sufficient to supply a sensor. In particular, a measuring device with an energy generation unit, a sensor unit and a communication unit can be designed as a mobile device that can be connected to different modules. This achieves a high level of flexibility and can save costs because a separate measuring device does not have to be provided for each module.

Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein System zum Erfassen von Sensordaten in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder einer Produktionsanlage bereit. Das System umfasst eine Energieerzeugungseinheit, eine Sensoreinheit, eine Kommunikationseinheit und eine Datenverarbeitungseinrichtung. Die Energieerzeugungseinheit umfasst ein Thermoelement und ein Energiespeichermodul und ist ausgebildet, die Sensoreinheit mit Energie zu versorgen, wobei das Thermoelement einen während des Betriebs der Maschine oder Produktionsanlage in dem Raumsegment auftretenden Temperaturgradienten zur Energieerzeugung nutzt und das Energiespeichermodul dazu ausgebildet ist, die erzeugte elektrische Energie zu speichern und bei Bedarf an die Sensoreinheit abzugeben. Die Sensoreinheit umfasst einen oder mehrere Sensoren und ist ausgebildet, Sensordaten von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment zu erfassen. Die Kommunikationseinheit ist ausgebildet, die Sensordaten an die Datenverarbeitungseinrichtung zur weiteren Verarbeitung weiterzuleiten.According to a first aspect, the invention provides a system for recording sensor data in a spatial segment in the area of a moving assembly of a machine or a production plant. The system comprises an energy generation unit, a sensor unit, a communication unit and a data processing device. The energy generation unit comprises a thermocouple and an energy storage module and is designed to supply the sensor unit with energy, wherein the thermocouple uses a temperature gradient occurring in the spatial segment during operation of the machine or production plant to generate energy and the energy storage module is designed to store the electrical energy generated and to deliver it to the sensor unit when required. The sensor unit comprises one or more sensors and is designed to record sensor data of measurement parameters such as temperature, humidity and/or flow in the spatial segment. The communication unit is designed to forward the sensor data to the data processing device for further processing.

Es kann vorgesehen sein, dass das System ein Gehäuse umfasst, in dem die Energieerzeugungseinheit, die Sensoreinheit und die Kommunikationseinheit angeordnet sind; wobei das Gehäuse mit einer in dem Raumsegment angeordneten Befestigungsvorrichtung fest oder lösbar verbindbar ist.It can be provided that the system comprises a housing in which the energy generation unit, the sensor unit and the communication unit are arranged; wherein the housing can be firmly or detachably connected to a fastening device arranged in the spatial segment.

Dies ermöglicht ein portables System: An mehreren Stellen entlang der Papiermaschine können geeignete Haltevorrichtungen für das Messystem vorgesehen sein. Bei einem Stillstand der Maschine, der geplant alle paar Tage stattfindet, kann das Messystem schnell und einfach von Position 1 zu Position 2 transportiert werden. Es müssen dazu keine Kabel oder sonstige Infrastruktur verlegt werden. Somit eignet sich das System sehr gut zum Troubleshooting.This is made possible by a portable system: Suitable holding devices for the measuring system can be provided at several points along the paper machine. When the machine is shut down, which is planned to happen every few days, the measuring system can be quickly and easily transported from position 1 to position 2. No cables or other infrastructure need to be laid. This makes the system very suitable for troubleshooting.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die sich bewegende Baugruppe als Trockenzylinder der Trockenpartie einer Faserstoffmaschine ausgebildet ist und das Raumsegment eine Tasche zwischen dem Trockenzylinder und einer Faserstoffbahn bildet. Die Faserbahn kann dabei durch eine Bespannung, z.B. ein Trockensieb gestützt sein.In a further development, it is provided that the moving assembly is designed as a drying cylinder of the drying section of a fiber machine and the space segment forms a pocket between the drying cylinder and a fiber web. The fiber web can be supported by a covering, e.g. a drying screen.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die sich bewegende Baugruppe als Walze eines Kalanders ausgebildet ist und das Raumsegment eine Tasche zwischen der Walze und einer Faserstoffbahn bildet.In a further embodiment, it is provided that the moving assembly is designed as a roller of a calender and the space segment forms a pocket between the roller and a fibrous web.

Sowohl im Bereich der Trockenpartie als auch des Kalanders sind Schaber zum Reinigen der Zylinder bzw. Walzen vorgesehen. Solche Schaber sind an sogenannten Schaberbalken befestigt, die sich über die gesamte Breite der Maschine erstrecken. Es kann vorteilhaft sein, wenn das er-findungsgemäße System ganz oder teilweise an einem solchen Schaberbalken befestigt ist bzw. befestigt werden kann.In both the drying section and the calender, scrapers are provided for cleaning the cylinders or rolls. Such scrapers are attached to so-called scraper beams, which extend across the entire width of the machine. It can be advantageous if the system according to the invention is or can be attached entirely or partially to such a scraper beam.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass an mehreren Schaberbalken einer Trockenpartie geeignete Haltevorrichtungen für das Messystem vorgesehen sind, so dass mit einem einzelnen Messsystem nacheinander an verschiedenen Stellen der Trockenpartie die Bedingungen der Taschenluft ermittelt werden können.In particular, it can be provided that suitable holding devices for the measuring system are provided on several doctor bars of a drying section, so that the conditions of the pocket air can be determined successively at different points in the drying section using a single measuring system.

In bevorzugten Ausführungen kann die Sensoreinheit zwischen 1m und 3m, beispielsweise 2m vom Rand der Maschine -bevorzugt vom führer-seitigen Rand der Maschine angeordnet sein. Dieser Abstand ist vorteilhaft, da die Position nahe genug am Rand ist, um die Sensoreinheit - ggf. in Form eines Gehäuses, in dem die Energieerzeugungseinheit, die Sensoreinheit und die Kommunikationseinheit angeordnet sind- bei einem kurzen Maschinenstillstand von außen einführen zu können. Andererseits ist die Position weit genug vom Rand entfernet, um sicherzustellen, dass die Messung nicht durch unerwünschte äußere Einflüsse verfälscht wird.In preferred embodiments, the sensor unit can be positioned between 1m and 3m, for example 2m from the edge of the machine - preferably from the driver-side edge of the machine. This distance is advantageous because the position is close enough to the edge to be able to insert the sensor unit - possibly in the form of a housing in which the energy generation unit, the sensor unit and the communication unit are arranged - from the outside during a short machine downtime. On the other hand, the position is far enough away from the edge to ensure that the measurement is not distorted by undesirable external influences.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Energiespeichermodul als Batterie oder Kondensator ausgebildet ist.Advantageously, the energy storage module is designed as a battery or capacitor.

Insbesondere ist zumindest ein Sensor der Sensoreinheit als Temperatursensor und/oderals Feuchtesensor und/oder als Strömungssensor ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sensoreinheit dazu eingerichtet ist, sowohl Temperatur und Feuchte zu Messen. Dadurch wird die Bestimmung der relativen Feuchte bzw. des Taupunkts der Taschenluft möglich. Die Kenntnis dieser Größe kann insbesondere im Hinblick auf eine verbesserte Steuerung oder Regelung nützlich sein.In particular, at least one sensor of the sensor unit is designed as a temperature sensor and/or as a humidity sensor and/or as a flow sensor. It is particularly advantageous if the sensor unit is set up to measure both temperature and humidity. This makes it possible to determine the relative humidity or the dew point of the pocket air. Knowledge of this value can be particularly useful with regard to improved control or regulation.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet ist, Ausgabedaten aus den Sensordaten zu generieren, wobei die Ausgabedaten in Form von Bildern, Grafiken, Diagrammen, Hologrammen, Zahlenreihen, Power Point-Präsentationen und/oder Audiosequenzen wie akustischen Warnsignalen oder Sprachnachrichten ausgebildet sein können, insbesondere zur Darstellung eines Temperatur-, Feuchte- und/oder Strömungsprofils bzw. des Verlaufs der entsprechenden Werte über die Zeit; sowie von Prozessparametern der Maschine oder Produktionsanlage.In an advantageous embodiment, it is provided that the data processing device is designed to generate output data from the sensor data, wherein the output data can be in the form of images, graphics, diagrams, holograms, number series, Power Point presentations and/or audio sequences such as acoustic warning signals or voice messages, in particular for displaying a temperature, humidity and/or flow profile or the course of the corresponding values over time; as well as process parameters of the machine or production plant.

Insbesondere verwendet die Datenanalyseeinrichtung eine Softwareapplikation mit Algorithmen der künstlichen Intelligenz für die Analyse und Bearbeitung der Sensordaten, wobei die Algorithmen der künstlichen Intelligenz Deep Learning mit neuronalen Netzwerken und/oder Transformern mit Encodern und Decodern und/oder Lernverstärkungs-Agenten (LV - Reinforcement Learning Agent) umfassen.In particular, the data analysis device uses a software application with artificial intelligence algorithms for analyzing and processing the sensor data, wherein the artificial intelligence algorithms include deep learning with neural networks and/or transformers with encoders and decoders and/or reinforcement learning agents (LV).

Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen von Sensordaten in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder Produktionsanlage bereit. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

  • - Erzeugen von Energie mittels einer Energieerzeugungseinheit mit einem Thermoelement und einem Energiespeichermodul, wobei das Thermoelement einen während des Betriebs der Maschine oder Produktionsanlage in dem Raumsegment auftretenden Temperaturgradienten zur Energieerzeugung nutzt und in elektrische Energie umwandelt und an das Energiespeichermodul weiterleitet, und wobei das Energiespeichermodul die elektrische Energie speichert;
  • - Versorgen einer Sensoreinheit mit Energie von dem Energiespeichermodul;
  • - Erfassen von Sensordaten von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment durch einen oder mehrere Sensoren der Sensoreinheit;
  • - Weiterleiten der Sensordaten von einer Kommunikationseinheit zu einer Datenverarbeitungseinrichtung;
  • - Verarbeiten der Sensordaten in der Datenverarbeitungseinrichtung.
According to a second aspect, the invention provides a method for acquiring sensor data in a spatial segment in the area of a moving assembly of a machine or production plant. The method comprises the following method steps:
  • - generating energy by means of an energy generation unit with a thermocouple and an energy storage module, wherein the thermocouple uses a temperature gradient occurring in the spatial segment during operation of the machine or production plant to generate energy and converts it into electrical energy and transmits it to the energy storage module, and wherein the energy storage module stores the electrical energy;
  • - Supplying a sensor unit with energy from the energy storage module;
  • - Acquisition of sensor data of measurement parameters such as temperature, humidity and/or flow in the room segment by one or more sensors of the sensor unit;
  • - Forwarding the sensor data from a communication unit to a data processing device;
  • - Processing the sensor data in the data processing device.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die sich bewegende Baugruppe als Trockenzylinder einer Faserstoffmaschine ausgebildet ist und das Raumsegment eine Tasche zwischen dem Trockenzylinder und einer Faserstoffbahn bildet, oder dass die sich bewegende Baugruppe als Walze eines Kalanders ausgebildet ist und das Raumsegment eine Tasche zwischen der Walze und einer Faserstoffbahn bildet.In a further development, it is provided that the moving assembly is designed as a drying cylinder of a fiber machine and the space segment forms a pocket between the drying cylinder and a fiber web, or that the moving assembly is designed as a roller of a calender and the space segment forms a pocket between the roller and a fiber web.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest ein Sensor der Sensoreinheit als Temperatursensor, als Feuchtesensor oder als Strömungssensor ausgebildet ist.In an advantageous embodiment, it is provided that at least one sensor of the sensor unit is designed as a temperature sensor, as a humidity sensor or as a flow sensor.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet ist, aus den Sensordaten Ausgabedaten zu erzeugen, wobei die Ausgabedaten in Form von Bildern, Grafiken, Diagrammen, Hologrammen, Zahlenreihen, Power-Point-Präsentationen und/oder Audiosequenzen, wie akustische Warnsignale oder Sprachnachrichten ausgebildet sein können, insbesondere zur Darstellung eines Temperatur-, Feuchte- und/oder Strömungsprofils -bzw. des zeitlichen Verlaufs dieser Werte- sowie von Prozessparametern der Maschine oder Produktionsanlage, und auf einem Ausgabemodul ausgegeben und/oder an mindestens ein Steuergerät der Maschine oder Produktionsanlage weitergeleitet werden.In a further embodiment, it is provided that the data processing device is designed to generate output data from the sensor data, wherein the output data can be in the form of images, graphics, diagrams, holograms, number series, Power Point presentations and/or audio sequences, such as acoustic warning signals or voice messages, in particular for displaying a temperature, humidity and/or flow profile - or the temporal progression of these values - as well as process parameters of the machine or production plant, and are output on an output module and/or forwarded to at least one control device of the machine or production plant.

Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Sensordaten dazu verwendet werden, die Trockenpartie oder den Kalander zu steuern oder zu regeln. So kann in der Trockenpartie beispielsweise der Dampfdruck in den entsprechenden Trockenzylindern angepasst werden. Ist z.B. die Taschenluft vollkommen mit Feuchtigkeit gesättigt, kann evtl. der Dampfdruck reduziert werden (und somit Energie und Kosten gespart werden), ohne die Trocknungsleistung zu reduzieren. Zudem kann so die Gefahr der Kondensation vermieden werden.It can be particularly advantageous if the sensor data is used to control or regulate the drying section or the calender. For example, the steam pressure in the corresponding drying cylinders in the drying section can be adjusted. If, for example, the pocket air is completely saturated with moisture, the steam pressure can possibly be reduced (and thus energy and costs saved) without reducing the drying performance. In addition, the risk of condensation can be avoided.

Alternativ kann bei einer sehr niedrigen relativen Fechte der Taschenluft durch eine Erhöhung des Dampfdrucks die Trocknungsleistung gesteigert werden.Alternatively, if the relative humidity of the bag air is very low, the drying performance can be increased by increasing the vapor pressure.

Gemäß einem dritten Aspekt stellt die Erfindung eine Messvorrichtung zum Erfassen von Sensordaten in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder einer Produktionsanlage bereit. Die Messvorrichtung umfasst ein Gehäuse, in dem eine Energieerzeugungseinheit, eine Sensoreinheit und eine Kommunikationseinheit angeordnet sind, wobei das Gehäuse mit einer in dem Raumsegment angeordneten Befestigungsvorrichtung fest oder lösbar verbindbar ist.According to a third aspect, the invention provides a measuring device for recording sensor data in a spatial segment in the area of a moving assembly of a machine or a production plant. The measuring device comprises a housing in which a power generation unit, a sensor unit and a communication unit are arranged, wherein the housing can be firmly or detachably connected to a fastening device arranged in the spatial segment.

Gemäß einem vierten Aspekt stellt die Erfindung einen Trockenzylinder für eine Faserstoffmaschine bereit. Der Trockenzylinder weist einen Identifikationscode auf, der von einer Ausleseeinheit einer Messvorrichtung und/oder einer Benutzerschnittstelle auslesbar ist, und wobei der Identifikationscode als Transponder mit einem RFID-Chip bzw. NFC-Chip (Near Field Communication) oder als QR-Code ausgebildet ist.According to a fourth aspect, the invention provides a drying cylinder for a pulp machine. The drying cylinder has an identification code that can be read by a reading unit of a measuring device and/or a user interface, and wherein the identification tion code is designed as a transponder with an RFID chip or NFC chip (Near Field Communication) or as a QR code.

Gemäß einem fünften Aspekt stellt die Erfindung eine Walze für einen Kalander bereit. Die Walze umfasst einen Identifikationscode, der von einer Ausleseeinheit einer Messvorrichtung und/oder einer Benutzerschnittstelle auslesbar ist, und wobei der Identifikationscode als Transponder mit einem RFID-Chip bzw. NFC-Chip (Near Field Communication) oder als QR-Code ausgebildet ist.According to a fifth aspect, the invention provides a roller for a calender. The roller comprises an identification code that can be read by a reading unit of a measuring device and/or a user interface, and wherein the identification code is designed as a transponder with an RFID chip or NFC chip (Near Field Communication) or as a QR code.

Gemäß einem sechsten Aspekt stellt die Erfindung ein Computerprogrammprodukt bereit, das einen ausführbaren Programmcode umfasst, der das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt ausführt.According to a sixth aspect, the invention provides a computer program product comprising executable program code that carries out the method according to the second aspect.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to embodiments shown in the drawing.

Dabei zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Trockenpartie einer Faserstoffmaschine;
  • 2 eine schematische Darstellung von Walzen eines Kalenders;
  • 3 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems;
  • 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung;
  • 5 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 6 eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts.
It shows:
  • 1 a schematic representation of a drying section of a pulp machine;
  • 2 a schematic representation of rollers of a calendar;
  • 3 a representation of a system according to the invention;
  • 4 a schematic representation of a measuring device according to the invention;
  • 5 a flow chart explaining the individual process steps of the process according to the invention;
  • 6 a schematic representation of a computer program product.

Zusätzliche Kennzeichen, Aspekte und Vorteile der Erfindung oder ihrer Ausführungsbeispiele werden durch die ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen ersichtlich.Additional features, aspects and advantages of the invention or embodiments thereof will become apparent from the detailed description taken in conjunction with the claims.

1 zeigt eine Trockenpartie 10 einer Faserstoffmaschine zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn 20. Eine Faserstoffmaschine ist eine Maschine, die hauptsächlich zur Herstellung von Papier und Karton verwendet wird. Sie besteht aus mehreren Abschnitten, die nacheinander durchlaufen werden. Zunächst wird das Altpapier zerfasert und zu einer homogenen Masse vermischt. Diese Masse wird dann mit Wasser verdünnt und auf ein endloses Sieb gegossen, wo das überschüssige Wasser abfließen kann. Der verbleibende Stoff wird durch Pressen und Trocknen zum fertigen Papier oder Karton weiterverarbeitet. Eine Faserstoffmaschine ist in der Regel sehr groß und technisch komplex, so dass zur Erzielung einer hohen Qualität des Endprodukts eine genaue Steuerung und Überwachung erforderlich ist. 1 shows a drying section 10 of a pulp machine for producing or processing a pulp web 20. A pulp machine is a machine that is mainly used for producing paper and cardboard. It consists of several sections that are run through one after the other. First, the waste paper is shredded and mixed to form a homogeneous mass. This mass is then diluted with water and poured onto an endless sieve, where the excess water can drain off. The remaining material is further processed into the finished paper or cardboard by pressing and drying. A pulp machine is usually very large and technically complex, so that precise control and monitoring is required to achieve a high quality of the end product.

Die Trockenpartie 10 ist der letzte Abschnitt einer Faserstoffmaschine. Hier wird das fertige Papier getrocknet. Die Trockenpartie besteht aus einer Reihe von beheizten Trockenzylindern, die das feuchte Papier aufnehmen und ihm durch Rotation die Feuchtigkeit entziehen. Die Trockenpartie ist in mehrere Abschnitte unterteilt, um eine allmähliche und gleichmäßige Trocknung des Papiers zu gewährleisten. Während des Trocknungsprozesses muss das Papier eine hohe Festigkeit entwickeln, damit es nicht bricht oder reißt. Die Trockenpartie kann auch mit speziellen technologischen Lösungen wie Luftdüsen, Absaugvorrichtungen und Sprühdüsen ausgestattet werden, um die Trocknung zu beschleunigen und die Qualität des Endprodukts zu verbessern. Am Ende der Trockenpartie wird das Papier aufgewickelt und für den Versand oder die Weiterverarbeitung vorbereitet. Die Trockenpartie spielt somit eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von qualitativ hochwertigem Papier und Karton.The drying section 10 is the last section of a pulp machine. This is where the finished paper is dried. The drying section consists of a series of heated drying cylinders that receive the wet paper and remove the moisture from it by rotation. The drying section is divided into several sections to ensure gradual and even drying of the paper. During the drying process, the paper must develop high strength so that it does not break or tear. The drying section can also be equipped with special technological solutions such as air nozzles, suction devices and spray nozzles to accelerate drying and improve the quality of the final product. At the end of the drying section, the paper is wound up and prepared for shipping or further processing. The drying section therefore plays a crucial role in the production of high-quality paper and board.

In der Faserstoffmaschine wird die feuchte Faserstoffbahn 20, z. B. eine Papier- oder Zellstoffbahn, in der Trockenpartie 10 getrocknet, indem sie abwechselnd über beheizte Trockenzylinder 30 und anschließend über eine kurze Strecke über eine Umlenkrolle 40 geführt wird, um die in der Faserstoffbahn 20 enthaltene Flüssigkeit zu verdampfen. Nach dem Ablösen der Faserstoffbahn 20 vom beheizten Trockenzylinder 30 bildet sich zwischen dem Trockenzylinder 30 und der Faserstoffbahn 20 ein Zwischenraum, der auch als Tasche 50 bezeichnet wird. Im Bereich der Tasche 50 kann eine Abstreifvorrichtung 70 wie z.B. ein Schaber vorgesehen sein, um Ablagerungen auf dem Trockenzylinder 30 zu entfernen. Außerdem verhindert die Abstreifvorrichtung 70 insbesondere bei Produktionsstörungen ein Umschlingen des Trockenzylinders 30 durch die Faserstoffbahn 20. Solche Schaber sind an sogenannten Schaberbalken befestigt, die sich über die gesamte Breite der Maschine erstrecken. Es kann vorteilhaft sein, wenn das erfindungsgemäße System ganz oder teilweise an einem solchen Schaberbalken befestigt ist bzw. befestigt werden kann. Dabei kann die Sensoreinheit zwischen 1m und 3m, beispielsweise 2m vom Rand der Maschine -bevorzugt vom führerseitigen Rand der Maschine angeordnet sein.In the fiber machine, the moist fiber web 20, e.g. a paper or pulp web, is dried in the drying section 10 by being alternately guided over heated drying cylinders 30 and then over a short distance over a deflection roller 40 in order to evaporate the liquid contained in the fiber web 20. After the fiber web 20 has been detached from the heated drying cylinder 30, a gap is formed between the drying cylinder 30 and the fiber web 20, which is also referred to as a pocket 50. In the area of the pocket 50, a stripping device 70 such as a scraper can be provided to remove deposits on the drying cylinder 30. In addition, the stripping device 70 prevents the fiber web 20 from wrapping around the drying cylinder 30, particularly in the event of production disruptions. Such scrapers are attached to so-called scraper beams, which extend across the entire width of the machine. It can be advantageous if the system according to the invention is or can be attached in whole or in part to such a scraper bar. The sensor unit can be arranged between 1m and 3m, for example 2m from the edge of the machine - preferably from the driver's side edge of the machine.

2 zeigt einen Kalander 80 mit mehreren Walzen 90, zwischen denen eine Faserstoffbahn 20 hindurchgeführt wird. Ein Kalander ist eine Maschine zum Glätten von Materialien, die im Allgemeinen aus zwei oder mehr rotierenden Walzen 90 besteht, die mit kontrolliertem Druck gegeneinander gedrückt werden. Das Material, z. B. Papier, Karton, Folie oder Gewebe, wird zwischen den Walzen 90 hindurchgeführt und durch den von den Walzen 90 ausgeübten Druck geglättet. Die Walzen 90 können verschiedene Oberflächenmuster oder -strukturen aufweisen, um dem Material bestimmte Effekte oder Veredelungen zu verleihen. 2 shows a calender 80 with several rollers 90, between which a fibrous web 20 is passed. A calender is a machine for smoothing materials, which generally consists of two or more rotating rollers 90 which are pressed against each other with controlled pressure. The material, e.g. paper, cardboard, film or fabric, is passed between the rollers 90 and smoothed by the pressure exerted by the rollers 90. The rollers 90 can have different surface patterns or structures to give the material certain effects or finishes.

In der Papierindustrie werden Kalander nach dem Papierherstellungsprozess eingesetzt, um eine gleichmäßige Dicke und Oberflächenglätte zu erzielen. Das Material läuft durch Walzen, die Druck ausüben, um die Fasern zu komprimieren und zu glätten, wodurch ein gleichmäßigeres und glatteres Blatt Papier oder Karton entsteht. In der Textilherstellung werden Kalander eingesetzt, um das Aussehen und die Struktur von Stoffen zu verbessern. Das Gewebe wird durch die Walzen geführt, auf deren Oberfläche verschiedene Muster oder Prägungen eingraviert sein können. Durch Druck und Hitze kann die Oberflächenstruktur des Gewebes verändert, Glanz erzeugt oder bestimmte Eigenschaften wie Knitterfestigkeit oder Wasserabweisung verbessert werden. Kalander sind für diese Industriezweige wichtig, um die gewünschte Qualität und die gewünschten Eigenschaften der verarbeiteten Materialien zu erzielen.In the paper industry, calenders are used after the papermaking process to achieve uniform thickness and surface smoothness. The material passes through rollers that apply pressure to compress and flatten the fibers, producing a more uniform and smoother sheet of paper or board. In textile manufacturing, calenders are used to improve the appearance and texture of fabrics. The fabric is passed through the rollers, which may have various patterns or embossings engraved on their surface. Pressure and heat can be used to change the surface texture of the fabric, create shine, or improve certain properties such as crease resistance or water repellency. Calenders are important to these industries to achieve the desired quality and properties of the materials processed.

3 zeigt ein erfindungsgemäßes System 100 zur Erfassung von Sensordaten in der Tasche 50 zwischen dem Trockenzylinder 30 und der Faserstoffbahn 20. Das erfindungsgemäße System 100 umfasst eine Energieerzeugungseinheit 200, eine Sensoreinheit 300, eine Kommunikationseinheit 400, eine Datenverarbeitungseinrichtung 500 und ein Ausgabemodul 700. 3 shows a system 100 according to the invention for recording sensor data in the pocket 50 between the drying cylinder 30 and the fibrous web 20. The system 100 according to the invention comprises an energy generation unit 200, a sensor unit 300, a communication unit 400, a data processing device 500 and an output module 700.

Die Energieerzeugungseinheit 200, die Sensoreinheit 300, die Kommunikationseinheit 400 und die Datenverarbeitungseinrichtung 500 können jeweils mit einem Prozessor und/oder einer Speichereinheit ausgestattet sein. Die Datenverarbeitungseinrichtung 500 kann als eigenständige Rechnereinheit oder als Cloud-basierte Lösung in einer Cloud-Computing-Infrastruktur ausgebildet sein. Insbesondere kann die Datenverarbeitungseinrichtung 500 in einem mobilen Endgerät integriert sein.The energy generation unit 200, the sensor unit 300, the communication unit 400 and the data processing device 500 can each be equipped with a processor and/or a memory unit. The data processing device 500 can be designed as an independent computer unit or as a cloud-based solution in a cloud computing infrastructure. In particular, the data processing device 500 can be integrated in a mobile terminal.

Im Zusammenhang mit der Erfindung kann ein „Prozessor“ z. B. eine Maschine oder eine elektronische Schaltung sein. Ein Prozessor kann insbesondere ein Hauptprozessor (engl. Central Processing Unit, CPU), ein Mikroprozessor oder ein Mikrocontroller sein, z.B. ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis oder ein digitaler Signalprozessor, möglicherweise in Kombination mit einer Speichereinheit zum Speichern von Programmbefehlen. Der Prozessor kann auch ein virtualisierter Prozessor, eine virtuelle Maschine oder eine Soft-CPU sein. Es kann sich beispielsweise auch um einen programmierbaren Prozessor handeln, der mit Konfigurationsschritten zur Ausführung des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestattet ist oder mit Konfigurationsschritten derart konfiguriert ist, dass der programmierbare Prozessor die erfindungsgemäßen Merkmale des Verfahrens, der Entität, der Module oder anderer Aspekte und/oder Teilaspekte der Erfindung realisiert.In the context of the invention, a "processor" can be, for example, a machine or an electronic circuit. A processor can in particular be a central processing unit (CPU), a microprocessor or a microcontroller, e.g. an application-specific integrated circuit or a digital signal processor, possibly in combination with a memory unit for storing program instructions. The processor can also be a virtualized processor, a virtual machine or a soft CPU. It can also be, for example, a programmable processor that is equipped with configuration steps for carrying out the aforementioned method according to the invention or is configured with configuration steps such that the programmable processor realizes the inventive features of the method, the entity, the modules or other aspects and/or sub-aspects of the invention.

Unter einer „Speichereinheit“ oder einem „Speichermodul“ und dergleichen kann im Zusammenhang mit der Erfindung z.B. ein flüchtiger Speicher in Form eines Arbeitsspeichers (engl. Random Access Memory (RAM)) oder ein permanenter Speicher wie eine Festplatte oder ein Datenträger oder z.B. ein austauschbares Speichermodul verstanden werden. Das Speichermodul kann auch eine Cloud-Speicherlösung sein.In the context of the invention, a "memory unit" or a "memory module" and the like can be understood as, for example, a volatile memory in the form of a random access memory (RAM) or a permanent memory such as a hard disk or a data carrier or, for example, an exchangeable memory module. The memory module can also be a cloud storage solution.

Die Energieerzeugungseinheit 200 dient der Energieversorgung der Sensoreinheit 300 und enthält mindestens ein Thermoelement 210, das aus einer Temperaturdifferenz Energie erzeugt. Zur Speicherung der vom Thermoelement 210 erzeugten Energie ist ein Energiespeichermodul 250 vorgesehen. Das Energiespeichermodul 250 versorgt die Sensoreinheit 300 und die Kommunikationseinheit 400 mit elektrischer Energie. Das Energiespeichermodul 250 kann insbesondere als Batterie oder Kondensator ausgebildet sein.The energy generation unit 200 serves to supply energy to the sensor unit 300 and contains at least one thermocouple 210, which generates energy from a temperature difference. An energy storage module 250 is provided for storing the energy generated by the thermocouple 210. The energy storage module 250 supplies the sensor unit 300 and the communication unit 400 with electrical energy. The energy storage module 250 can in particular be designed as a battery or capacitor.

Ein Thermoelement ist ein Temperaturmessgerät, das auf dem Seebeck-Effekt basiert, der auftritt, wenn die Temperaturen an zwei Punkten eines Materials unterschiedlich sind. Wenn die Materialien unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten haben, entsteht durch den Temperaturunterschied ein elektrisches Potential zwischen den Punkten. Diese Spannung kann zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden.A thermocouple is a temperature measuring device based on the Seebeck effect, which occurs when the temperatures at two points on a material are different. If the materials have different electrical conductivities, the temperature difference creates an electrical potential between the points. This voltage can be used to generate electrical energy.

Ein Thermoelement besteht aus zwei Drähten aus unterschiedlichen Metallen, die in der Regel an einem Ende miteinander verbunden sind und eine Verbindungsstelle bilden. Die beiden in einem Thermoelement verwendeten Metalle werden aufgrund ihrer thermoelektrischen Eigenschaften ausgewählt, d. h. sie erzeugen als Reaktion auf Temperaturunterschiede eine Spannung. Die Verbindungsstelle, an der sich die beiden Drähte treffen, ist in der Regel der Umgebung oder dem Stoff ausgesetzt, dessen Temperatur gemessen wird. Diese Verbindungsstelle wird als Mess- oder Hot-Spot bezeichnet. Die anderen Enden der Drähte sind mit einem Messgerät oder einer Schaltung zur Temperaturmessung oder Energieerzeugung verbunden. Unterscheidet sich die Temperatur an der heißen Verbindungsstelle von der Temperatur an den anderen Enden der Drähte (den so genannten Referenz- oder kalten Verbindungsstellen), wird aufgrund des Seebeck-Effekts eine Spannung erzeugt. Diese Spannung ist proportional zur Temperaturdifferenz und kann gemessen und als Temperaturwert interpretiert werden.A thermocouple consists of two wires made of different metals, usually connected at one end to form a junction. The two metals used in a thermocouple are chosen for their thermoelectric properties, meaning they produce a voltage in response to temperature differences. The junction where the two wires meet is usually exposed to the environment or substance whose temperature is being measured. This junction is called the measuring or hot spot. The other ends of the wires are connected to a measuring device or circuit for measuring temperature or generating energy. If the temperature at the hot junction is different from the temperature at the other ends of the wires (called the reference or cold junctions), a voltage is generated due to the Seebeck effect. This voltage is proportional to the temperature at which the two wires meet. tional to the temperature difference and can be measured and interpreted as a temperature value.

Bei der Temperaturmessung wird das Thermoelement an ein Messgerät wie z.B. einen Temperaturregler oder eine Temperaturanzeige angeschlossen. Die erzeugte Spannung wird vom Messgerät mit Hilfe von Kalibrierungstabellen oder mathematischen Gleichungen, die für den Thermoelementtyp spezifisch sind, in einen Temperaturmesswert umgewandelt.When measuring temperature, the thermocouple is connected to a measuring device such as a temperature controller or temperature indicator. The voltage generated is converted into a temperature reading by the meter using calibration tables or mathematical equations specific to the thermocouple type.

Thermoelemente können auch zur Energieerzeugung eingesetzt werden. Wenn ein Temperaturunterschied zwischen den Anschlussstellen des Thermoelements besteht, wird eine Spannung erzeugt. Diese Spannung kann verwendet werden, um elektronische Geräte oder Systeme mit geringer Leistung zu betreiben. Wenn ein Thermoelement zur Energieerzeugung verwendet wird, wird der Temperaturunterschied zwischen einer heißen Quelle und einer kälteren Umgebung ausgenutzt. Wenn das Thermoelement mit einer Last verbunden ist, z.B. einem Widerstand oder einem Gerät mit niedrigem Stromverbrauch, kann die erzeugte Spannung einen kleinen Stromfluss erzeugen und die Last mit Energie versorgen. Thermoelemente, die zur Energieerzeugung verwendet werden, benötigen im Allgemeinen größere Temperaturdifferenzen und optimierte Materialien, um ihre Effizienz zu maximieren.Thermocouples can also be used to generate energy. When there is a temperature difference between the junctions of the thermocouple, a voltage is generated. This voltage can be used to operate low-power electronic devices or systems. When a thermocouple is used to generate energy, the temperature difference between a hot source and a colder environment is exploited. When the thermocouple is connected to a load, such as a resistor or low-power device, the voltage generated can create a small current flow and power the load. Thermocouples used to generate energy generally require larger temperature differences and optimized materials to maximize their efficiency.

Das Thermoelement 210 bezieht seine Energie aus der Temperaturdifferenz, die während des Betriebes der Trockenpartie 20 einer Faserstoffmaschine oder eines Kalanders im Bereich der Tasche 50 auftritt. Diese Temperaturdifferenz kann zur Erzeugung einer Spannung im Thermoelement 210 genutzt werden. Allerdings kann damit nur eine relativ geringe Menge an elektrischer Energie pro Zeiteinheit erzeugt werden, so dass derartige Systeme für Messaufgaben an schnell laufenden Papiermaschinen in der Regel nicht effektiv eingesetzt werden können. Anders verhält es sich im Bereich der Trockenpartie 10 einer Faserstoffmaschine oder bei einem Kalander 80.The thermocouple 210 draws its energy from the temperature difference that occurs in the area of the pocket 50 during operation of the drying section 20 of a fiber machine or a calender. This temperature difference can be used to generate a voltage in the thermocouple 210. However, this can only generate a relatively small amount of electrical energy per unit of time, so that such systems cannot generally be used effectively for measuring tasks on high-speed paper machines. The situation is different in the area of the drying section 10 of a fiber machine or on a calender 80.

Die Temperaturverhältnisse in der Trockenpartie 10 und damit auch im Trockenzylinder 30 ändern sich nur sehr langsam. Wird der Dampfdruck im Trockenzylinder 30 verändert, um die Zylindertemperatur zu erhöhen, so vergehen mehrere Minuten, bis das Metall des Trockenzylinders entsprechend aufgeheizt ist. Eine weitere Zeitspanne vergeht, bis z.B. die Gleichgewichtstemperatur im Trockenzylinder 30 erreicht ist. Es ist daher völlig ausreichend, wenn eine Messung nur im Abstand von 15 bis 60 Minuten durchgeführt wird. Bei dieser Messfrequenz reicht die vom Thermoelement 210 erzeugte Energie für einen Sensor 350 völlig aus. The temperature conditions in the drying section 10 and thus also in the drying cylinder 30 change only very slowly. If the steam pressure in the drying cylinder 30 is changed in order to increase the cylinder temperature, several minutes pass until the metal of the drying cylinder is heated up accordingly. A further period of time passes until, for example, the equilibrium temperature in the drying cylinder 30 is reached. It is therefore completely sufficient if a measurement is only carried out at intervals of 15 to 60 minutes. At this measuring frequency, the energy generated by the thermocouple 210 is completely sufficient for a sensor 350.

Erfindungsgemäß wird somit der im Betrieb der Trockenpartie 10 oder auch eines Kalanders 80 ohnehin vorhandene Temperaturgradient zur Erzeugung des Betriebsstroms für einen Sensor 350 genutzt.According to the invention, the temperature gradient already present during operation of the drying section 10 or of a calender 80 is used to generate the operating current for a sensor 350.

Die Sensoreinheit 300 umfasst einen oder mehrere Sensoren 350, die Sensordaten 370 von Messparametern wie der Luftfeuchtigkeit, der Temperatur und/und den Strömungsverhältnissen d der Luft messen. Insbesondere ist vorgesehen, dass gleichzeitig die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur in der Tasche 50 gemessen werden, um daraus zu berechnen, wie viel Feuchtigkeit die Luft in der Tasche 50 noch aufnehmen kann. Die Sensoren 350 sind unterschiedlich ausgebildet, insbesondere als Temperatursensor, Feuchtesensor und Luftstromsensor.The sensor unit 300 comprises one or more sensors 350, which measure sensor data 370 of measurement parameters such as the air humidity, the temperature and/or the flow conditions of the air. In particular, it is provided that the air humidity and the temperature in the bag 50 are measured simultaneously in order to calculate how much moisture the air in the bag 50 can still absorb. The sensors 350 are designed differently, in particular as a temperature sensor, humidity sensor and air flow sensor.

Ein Temperatursensor ist ein Messinstrument, das die Temperatur seiner Umgebung misst und in ein entsprechendes elektrisches Signal oder einen entsprechenden Ausgang umwandelt. Es gibt verschiedene Arten von Temperatursensoren, von denen jeder nach einem anderen Prinzip arbeitet. Zum Beispiel kann ein Thermoelement verwendet werden, das auf der Grundlage des Seebeck-Effekts eine Temperaturdifferenz misst und eine Spannung erzeugt. Diese Spannung ist proportional zur Temperaturdifferenz und kann gemessen werden, um die Temperatur zu bestimmen. Thermoelemente zeichnen sich durch ihren großen Temperaturbereich, ihre Robustheit und ihre schnelle Ansprechzeit aus. Eine weitere Möglichkeit sind Widerstandsthermometer (RTD). RTDs basieren auf dem Prinzip, dass sich der elektrische Widerstand eines Metalls mit der Temperatur ändert. Am häufigsten wird Platin als Sensorelement in RTDs verwendet, da es eine stabile und lineare Beziehung zwischen Widerstand und Temperatur aufweist. Wenn sich die Temperatur ändert, ändert sich der Widerstand des Platinelements, was mit einer Wheatstone-Brücke oder anderen Messschaltungen gemessen werden kann. Die Widerstandsänderung wird dann mit Hilfe von Kalibrierkurven oder RTD-spezifischen Gleichungen in einen Temperaturmesswert umgerechnet. Eine weitere Möglichkeit sind Thermistoren, die sich die Eigenschaft bestimmter Materialien zunutze machen, eine große Änderung des elektrischen Widerstandes mit der Temperatur aufzuweisen. Sie werden in der Regel aus Keramik oder Halbleitermaterialien hergestellt. Thermistoren können in zwei Typen unterteilt werden: PTC (positiver Temperaturkoeffizient) und NTC (negativer Temperaturkoeffizient). PTC-Thermistoren haben einen Widerstand, der mit steigender Temperatur zunimmt, während NTC-Thermistoren einen Widerstand haben, der mit steigender Temperatur abnimmt. Die Widerstands-Temperatur-Beziehung von Thermistoren ist stark nichtlinear, weshalb Kalibrierkurven oder spezielle Gleichungen für Thermistoren verwendet werden, um den Widerstand in einen Temperaturmesswert umzuwandeln.A temperature sensor is a measuring instrument that measures the temperature of its surroundings and converts it into a corresponding electrical signal or output. There are several types of temperature sensors, each of which works on a different principle. For example, a thermocouple can be used, which measures a temperature difference based on the Seebeck effect and produces a voltage. This voltage is proportional to the temperature difference and can be measured to determine the temperature. Thermocouples are characterized by their wide temperature range, robustness, and fast response time. Another option is resistance thermometers (RTD). RTDs are based on the principle that the electrical resistance of a metal changes with temperature. Platinum is most commonly used as a sensing element in RTDs because it has a stable and linear relationship between resistance and temperature. As the temperature changes, the resistance of the platinum element changes, which can be measured using a Wheatstone bridge or other measuring circuits. The change in resistance is then converted into a temperature reading using calibration curves or RTD-specific equations. Another possibility is thermistors, which take advantage of the property of certain materials to exhibit a large change in electrical resistance with temperature. They are usually made of ceramic or semiconductor materials. Thermistors can be divided into two types: PTC (positive temperature coefficient) and NTC (negative temperature coefficient). PTC thermistors have a resistance that increases with increasing temperature, while NTC thermistors have a resistance that decreases with increasing temperature. The resistance-temperature relationship of thermistors is highly nonlinear, which is why calibration curves or special Thermistor equations can be used to convert resistance into a temperature reading.

Bei allen drei oben genannten Arten von Temperatursensoren wird das vom Sensor erzeugte elektrische Signal in der Regel durch elektronische Schaltungen oder Instrumente verstärkt, aufbereitet und verarbeitet, um eine genaue Temperaturmessung zu erhalten. Um genaue Temperaturmessungen zu gewährleisten, müssen Temperatursensoren kalibriert und Faktoren wie Eigenerwärmung, Linearität und Umwelteinflüsse kompensiert werden. Bei der Kalibrierung werden die Messwerte des Sensors mit bekannten Referenztemperaturen verglichen und die erforderlichen Anpassungen oder Korrekturen an den Messungen vorgenommen.In all three types of temperature sensors mentioned above, the electrical signal generated by the sensor is usually amplified, conditioned and processed by electronic circuits or instruments to obtain an accurate temperature measurement. To ensure accurate temperature measurements, temperature sensors must be calibrated and factors such as self-heating, linearity and environmental influences must be compensated for. Calibration involves comparing the sensor's readings to known reference temperatures and making any necessary adjustments or corrections to the measurements.

Ein Feuchtesensor, auch Hygrometer genannt, ist ein Gerät, das den Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft oder eines Gases misst. Es gibt verschiedene Arten von Feuchtesensoren, aber es gibt zwei gebräuchliche Prinzipien für die Feuchtemessung, die kapazitive und die resistive Feuchtemessung.A humidity sensor, also called a hygrometer, is a device that measures the moisture content of the ambient air or a gas. There are several types of humidity sensors, but there are two common principles for measuring humidity, capacitive and resistive humidity.

Kapazitive Feuchtesensoren messen die Kapazitätsänderung, die auftritt, wenn ein feuchteempfindliches Material Feuchtigkeit aufnimmt oder abgibt. Sie bestehen aus einer feuchteempfindlichen Schicht, in der Regel ein Polymer oder Metalloxid, die zwischen zwei leitfähigen Elektroden angeordnet ist. Die feuchteempfindliche Schicht absorbiert oder desorbiert Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft, wodurch sich die Dielektrizitätskonstante und damit die Kapazität zwischen den Elektroden ändert. Die Kapazitätsänderung wird dann mit Hilfe von Kalibrierkurven oder sensorspezifischen mathematischen Gleichungen in einen Feuchtemesswert umgerechnet. Kapazitive Feuchtesensoren werden wegen ihrer Genauigkeit, Zuverlässigkeit und ihres geringen Stromverbrauchs häufig eingesetzt.Capacitive humidity sensors measure the change in capacitance that occurs when a moisture-sensitive material absorbs or releases moisture. They consist of a moisture-sensitive layer, usually a polymer or metal oxide, sandwiched between two conductive electrodes. The moisture-sensitive layer absorbs or desorbs moisture from the ambient air, changing the dielectric constant and thus the capacitance between the electrodes. The change in capacitance is then converted into a humidity reading using calibration curves or sensor-specific mathematical equations. Capacitive humidity sensors are widely used because of their accuracy, reliability and low power consumption.

Resistive Feuchtesensoren messen die Änderung des elektrischen Widerstandes eines feuchteempfindlichen Materials bei unterschiedlichen Feuchtegraden. Das feuchteempfindliche Material ist normalerweise eine hygroskopische Substanz wie Keramik oder Polymer. Wenn der Sensor Feuchtigkeit aufnimmt oder abgibt, ändert sich der elektrische Widerstand des Materials. Die Widerstandsänderung wird dann mit einer Messschaltung, z. B. einer Wheatstone-Brücke, gemessen und mit Hilfe von Kalibrierkurven oder Gleichungen, die speziell für den Sensor gelten, in einen Feuchtemesswert umgewandelt. Resistive Feuchtesensoren sind relativ einfach und kostengünstig, können aber Einschränkungen hinsichtlich Genauigkeit und Langzeitstabilität aufweisen.Resistive humidity sensors measure the change in electrical resistance of a humidity-sensitive material at different humidity levels. The humidity-sensitive material is usually a hygroscopic substance such as ceramic or polymer. As the sensor absorbs or releases moisture, the electrical resistance of the material changes. The change in resistance is then measured using a measuring circuit, such as a Wheatstone bridge, and converted to a humidity reading using calibration curves or equations specific to the sensor. Resistive humidity sensors are relatively simple and inexpensive, but can have limitations in terms of accuracy and long-term stability.

Feuchtesensoren müssen kalibriert werden, um Faktoren wie Temperatur, Drift und Hysterese zu kompensieren und genaue Feuchtemesswerte zu gewährleisten. Bei der Kalibrierung werden die Messwerte des Sensors unter kontrollierten Bedingungen mit bekannten Referenzfeuchtewerten verglichen und die erforderlichen Anpassungen oder Korrekturen an den Messungen vorgenommen.Humidity sensors must be calibrated to compensate for factors such as temperature, drift and hysteresis to ensure accurate humidity readings. Calibration involves comparing the sensor's readings to known reference humidity values under controlled conditions and making any necessary adjustments or corrections to the measurements.

Luftstromsensoren, auch als Luftströmungsmesser bezeichnet, sind Geräte zur Messung des Durchflusses und/oder der Geschwindigkeit von Luft oder Gasen in verschiedenen Anwendungen. Es gibt verschiedene Arten von Luftstromsensoren und ihre Funktionsprinzipien können variieren.Airflow sensors, also known as air flow meters, are devices used to measure the flow and/or velocity of air or gases in various applications. There are several types of airflow sensors and their operating principles may vary.

So messen z. B. Luftstromsensoren mit Differenzdruck (DP) die Druckdifferenz über einer Verengung oder einem Hindernis im Luftstromweg. Der Druckabfall über dem Hindernis ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit der Luft oder des Gases. Der Sensor besteht in der Regel aus einem Rohr oder Kanal mit einer Drosselstelle, z. B. einer Blende oder einem Venturi-Rohr, und Drucksensoren, die vor und hinter der Drosselstelle angeordnet sind. Durch Messung der Druckdifferenz zwischen den beiden Punkten kann der Durchfluss mit Hilfe von Kalibrierkurven oder sensorspezifischen Gleichungen bestimmt werden.For example, differential pressure (DP) airflow sensors measure the pressure difference across a restriction or obstruction in the airflow path. The pressure drop across the obstruction is proportional to the flow velocity of the air or gas. The sensor typically consists of a pipe or duct with a restriction, such as an orifice or venturi, and pressure sensors placed upstream and downstream of the restriction. By measuring the pressure difference between the two points, the flow can be determined using calibration curves or sensor-specific equations.

Thermische Luftstromsensoren nutzen das Prinzip, dass die Wärmeübertragung von einem beheizten Element auf die durchströmende Luft oder das Gas von der Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst wird. Der Sensor besteht in der Regel aus einem beheizten Element, z. B. einem beheizten Draht oder einer beheizten Folie, und einem Temperatursensor, der die durch den Luftstrom verursachte Temperaturänderung des Elements misst. Mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit wird der strömenden Luft mehr Wärme entzogen, was zu einer Temperaturänderung des beheizten Elements führt. Die Temperaturänderung wird dann mit Hilfe von Kalibrierkurven oder sensorspezifischen mathematischen Gleichungen in eine Durchflussmessung umgewandelt.Thermal airflow sensors use the principle that the heat transfer from a heated element to the air or gas passing through it is affected by the flow velocity. The sensor typically consists of a heated element, such as a heated wire or foil, and a temperature sensor that measures the temperature change of the element caused by the airflow. As the flow velocity increases, more heat is removed from the flowing air, causing a temperature change of the heated element. The temperature change is then converted into a flow measurement using calibration curves or sensor-specific mathematical equations.

Hitzdraht-Luftstromsensoren nutzen den Kühleffekt von Luft oder Gas, die an einem beheizten Draht vorbeiströmen. Der Sensor besteht aus einem dünnen Draht, der elektrisch auf eine konstante Temperatur erhitzt wird. Wenn die Luft oder das Gas über den Draht strömt, ändert sich die Kühlwirkung auf den Draht, wodurch sich sein elektrischer Widerstand ändert. Durch Messung der Widerstandsänderung kann der Durchfluss bestimmt werden. Hitzdrahtsensoren werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Empfindlichkeit und schnelle Ansprechzeiten erfordern.Hot wire airflow sensors use the cooling effect of air or gas flowing past a heated wire. The sensor consists of a thin wire that is electrically heated to a constant temperature. As the air or gas flows over the wire, the cooling effect on the wire changes, causing its electrical resistance to change. By measuring the change in resistance, the flow can be determined. Hot wire sensors are often used in applications that require high sensitivity and fast response times.

Die Sensoreinheit 300 weist einen Prozessor auf oder ist mit einem Prozessor verbunden zur Steuerung der Sensoreinheit 300, insbesondere zur Berechnung des Energiebedarfs zur Durchführung der Messungen mit den Sensoren 350. Die Sensoreinheit 300 ist mit der Kommunikationseinheit 400 verbunden und überträgt die Messwerte der Sensoren 350 als Sensordaten 370 an die Kommunikationseinheit 400. Die Kommunikationseinheit 400 umfasst mindestens ein Datenübertragungsmodul 450, das für eine Datenübertragung mittels einer Nahfeldkommunikationsverbindung wie Bluetooth®, Ethernet, NFC (near field communication) und/oder Wi-Fi® oder als Mobilfunkmodul für eine Mobilfunkverbindung ausgebildet ist. Insbesondere kann das Mobilfunkmodul als 5G- oder 6G-Funkmodul ausgebildet sein.The sensor unit 300 has a processor or is connected to a processor for controlling the sensor unit 300, in particular for calculating the energy requirement for carrying out the measurements with the sensors 350. The sensor unit 300 is connected to the communication unit 400 and transmits the measured values of the sensors 350 as sensor data 370 to the communication unit 400. The communication unit 400 comprises at least one data transmission module 450, which is designed for data transmission by means of a near-field communication connection such as Bluetooth®, Ethernet, NFC (near field communication) and/or Wi-Fi® or as a mobile radio module for a mobile radio connection. In particular, the mobile radio module can be designed as a 5G or 6G radio module.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung 500 kann eine oder mehrere Softwareapplikationen 550 zur Verarbeitung der Sensordaten 370 umfassen. Insbesondere verwendet die Softwareapplikation 550 einen oder mehrere Berechnungsalgorithmen, um aus den Sensordaten 370 Ausgabedaten 770 zu erzeugen, die beispielsweise ein zeitliches Temperatur-, Feuchte- und/oder Strömungsprofil in der Tasche 50 umfassen.The data processing device 500 may include one or more software applications 550 for processing the sensor data 370. In particular, the software application 550 uses one or more calculation algorithms to generate output data 770 from the sensor data 370, which includes, for example, a temporal temperature, humidity and/or flow profile in the pocket 50.

Insbesondere kann die Softwareapplikation Algorithmen der künstlichen Intelligenz wie Deep Learning mit z.B. neuronalen Netzen und/oder Transformern mit Encodern und Decodern und/oder verstärkenden Lernalgorithmen (engl. Reinforcement Learning Agent) enthalten.In particular, the software application can contain artificial intelligence algorithms such as deep learning with, for example, neural networks and/or transformers with encoders and decoders and/or reinforcement learning agents.

Ein neuronales Netz besteht aus Neuronen, die in mehreren Schichten angeordnet und unterschiedlich miteinander verbunden sind. Ein Neuron ist in der Lage, an seinem Eingang Informationen von außen oder von einem anderen Neuron zu empfangen, diese Informationen in einer bestimmten Weise zu bewerten und in veränderter Form am Ausgang des Neurons an ein anderes Neuron weiterzugeben oder als Endergebnis auszugeben. Zwischen den Eingangsneuronen und den Ausgangsneuronen befinden sich so genannte Hidden Neuronen. Je nach Art des Netzes kann es mehrere Schichten von Hidden Neuronen geben. Sie sorgen für die Weiterleitung und Verarbeitung der Informationen. Output-Neuronen liefern schließlich ein Ergebnis und geben es an die Außenwelt weiter. Durch die Anordnung und Verschaltung der Neuronen entstehen verschiedene Arten von neuronalen Netzen, wie z.B. vorwärtsgekoppelte Netze (engl. Feedforward Neural Network, FNN), rückgekoppelte Netze (engl. Recurrent Neural Network, RNN) oder gefaltete neuronale Netze (engl. Convolutional Neural Network, CNN). Die Netze können durch unüberwachtes oder überwachtes Lernen trainiert werden.A neural network consists of neurons that are arranged in several layers and connected to one another in different ways. A neuron is able to receive information at its input from outside or from another neuron, evaluate this information in a certain way and pass it on in a modified form at the output of the neuron to another neuron or output it as the final result. Between the input neurons and the output neurons there are so-called hidden neurons. Depending on the type of network, there can be several layers of hidden neurons. They ensure that the information is forwarded and processed. Output neurons finally provide a result and pass it on to the outside world. The arrangement and interconnection of the neurons creates different types of neural networks, such as feedforward neural networks (FNN), recurrent neural networks (RNN) or convolutional neural networks (CNN). The networks can be trained through unsupervised or supervised learning.

Darüber hinaus können Berechnungsverfahren wie Mittelwert-, Minimum- und Maximumverfahren, Nachschlagetabellen, Erwartungswertmodelle, lineare Regressionsverfahren, Gauß-Verfahren, schnelle Fourier-Transformationen, Integral- und Differentialberechnungen, Markov-Verfahren, Wahrscheinlichkeitsverfahren wie Monte-Carlo-Verfahren, Temporal Difference Learning, erweiterte Kalman-Filter, radiale Basisfunktionen und/oder Datenfelder aus der Softwareapplikation 550 verwendet werden.In addition, calculation methods such as mean, minimum and maximum methods, lookup tables, expected value models, linear regression methods, Gaussian methods, fast Fourier transforms, integral and differential calculations, Markov methods, probability methods such as Monte Carlo methods, temporal difference learning, extended Kalman filters, radial basis functions and/or data fields from the software application 550 can be used.

Die Ausgabedaten 770 können insbesondere in Form von Bildern, Grafiken, Diagrammen, Hologrammen, Zahlenreihen, Power-Point-Präsentationen und/oder Audiosequenzen wie akustischen Warnsignalen oder Sprachnachrichten ausgebildet sein, so dass sie für einen Benutzer leicht interpretierbar sind. Insbesondere können die Ausgabedaten 770 eine Empfehlung beispielsweise zur Regelung der Temperatur der Trockenpartie 10 umfassen. Dabei kann ein Vergleich mit Kennwerten und weiteren Vergleichsdaten erfolgen, die beispielsweise als historische Daten in einer Datenbank gespeichert sind. Als Randbedingungen können auch weitere Prozessparameter wie Geschwindigkeit der Faserstoffmaschine, Eigenschaften der Faserstoffbahn etc. berücksichtigt werden, um auf dieser Basis optimierte Prozessparameter zu berechnen. Überschreitet z.B. die Temperatur eines Trockenzylinders 50 oder einer Walze 90 einen kritischen Grenzwert, kann ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben werden.The output data 770 can in particular be in the form of images, graphics, diagrams, holograms, number series, Power Point presentations and/or audio sequences such as acoustic warning signals or voice messages so that they are easy for a user to interpret. In particular, the output data 770 can include a recommendation, for example, for regulating the temperature of the drying section 10. A comparison can be made with characteristic values and other comparison data that are stored, for example, as historical data in a database. Other process parameters such as the speed of the fiber machine, properties of the fiber web, etc. can also be taken into account as boundary conditions in order to calculate optimized process parameters on this basis. If, for example, the temperature of a drying cylinder 50 or a roller 90 exceeds a critical limit value, a corresponding warning signal can be issued.

Die Ausgabedaten 770 können direkt von dem Ausgabemodul 750 ausgegeben werden und/oder die berechneten Prozessparameter werden direkt an entsprechend ausgebildete Steuergeräte der Maschine bzw. Produktionsanlage, insbesondere der Faserstoffmaschine oder des Kalanders 80 übertragen. Die Ausgabedaten 770 können auch in einer Datenbank wie einer Cloud-Computing-Infrastruktur gespeichert werden. Das Ausgabemodul 700 kann in einem Computer, einem Tablet, einem Smartphone, etc. integriert sein und eine Benutzerschnittstelle 750 zur Eingabe von Daten insbesondere zur Steuerung der Energieerzeugungseinheit 200 und der Sensoreinheit 300 aufweisen. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinrichtung 500 in dem Ausgabemodul 700 integriert ist, so dass die Sensordaten 370 direkt an das Ausgabemodul 700 gesendet werden.The output data 770 can be output directly from the output module 750 and/or the calculated process parameters are transmitted directly to appropriately designed control devices of the machine or production plant, in particular the fiber machine or the calender 80. The output data 770 can also be stored in a database such as a cloud computing infrastructure. The output module 700 can be integrated in a computer, a tablet, a smartphone, etc. and have a user interface 750 for entering data, in particular for controlling the energy generation unit 200 and the sensor unit 300. Furthermore, it can be provided that the data processing device 500 is integrated in the output module 700, so that the sensor data 370 is sent directly to the output module 700.

4 zeigt eine Messvorrichtung 800 mit einem Gehäuse 850, in dem die Energieerzeugungseinheit 200, die Sensoreinheit 300 und die Kommunikationseinheit 400 angeordnet sind. Das Gehäuse 850 kann fest mit der Abstreifvorrichtung 70 verbunden sein. Es ist aber auch denkbar, dass das Gehäuse 850 als tragbares Gehäuse ausgebildet ist, das an einer an der Abstreifvorrichtung 70 angeordneten Befestigungseinrichtung lösbar befestigt werden kann. 4 shows a measuring device 800 with a housing 850 in which the energy generation unit 200, the sensor unit 300 and the communication unit 400 are arranged. The housing 850 can be firmly connected to the stripping device 70. However, it is also conceivable that the housing 850 is designed as a portable housing that is attached to a arranged fastening device can be releasably attached.

Ferner kann vorgesehen sein, dass im Bereich der Tasche 50 eine von der Abstreifvorrichtung 70 getrennt angeordnete Befestigungseinrichtung für das Gehäuse 800 vorgesehen ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass einige der Sensoren 350 der Sensoreinheit 300 außerhalb des Gehäuses 800 an verschiedenen Positionen der Tasche 50 oder an anderen Positionen der Faserstoffmaschine angeordnet sind, wobei die Sensoren 350 über entsprechend ausgebildete Verbindungsleitungen mit der Sensoreinheit 300 verbindbar sind.Furthermore, it can be provided that a fastening device for the housing 800 is provided in the area of the pocket 50, which is arranged separately from the stripping device 70. Furthermore, it can be provided that some of the sensors 350 of the sensor unit 300 are arranged outside the housing 800 at different positions of the pocket 50 or at other positions of the fiber machine, wherein the sensors 350 can be connected to the sensor unit 300 via appropriately designed connecting lines.

Typischerweise ist das Gehäuse 850 der Messeinrichtung 800 in einem Abstand von 1 bis 3 m, insbesondere 2 m, von der Peripherie der Trockenzylinder 30 angeordnet. Da eine Faserstoffmaschine über eine Vielzahl von Trockenzylindern 30 und entsprechenden Abstreifvorrichtungen 70 verfügt, kann ein tragbares Gehäuse 850 in entsprechend ausgebildete Befestigungsvorrichtungen in den einzelnen Taschen 50 der Faserstoffmaschine eingesetzt werden. Da es im Routinebetrieb einer Faserstoffmaschine in der Regel alle paar Tage zu einem betriebsbedingten Stillstand der Maschine kommt, kann die Sensoreinheit in dieser Zeit schnell von einer Position zu einer anderen transportiert werden, und zwar berührungslos, ohne dass Kabel oder sonstige Infrastrukturkomponenten verlegt werden müssen.Typically, the housing 850 of the measuring device 800 is arranged at a distance of 1 to 3 m, in particular 2 m, from the periphery of the drying cylinders 30. Since a pulp machine has a large number of drying cylinders 30 and corresponding stripping devices 70, a portable housing 850 can be inserted into appropriately designed fastening devices in the individual pockets 50 of the pulp machine. Since the routine operation of a pulp machine usually results in an operational standstill of the machine every few days, the sensor unit can be quickly transported from one position to another during this time, without contact, without cables or other infrastructure components having to be laid.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass eine Baugruppe wie ein Trockenzylinder 50 einer Faserstoffmaschine oder eine Walze 90 eines Kalanders 80 einen Identifikationscode wie einen Transponder mit einem RFID-Chip oder einem NFC-Chip (Near Field Communication) oder einen QR-Code aufweist. Im Gehäuse 850 der Messeinrichtung 800 kann eine Ausleseeinheit vorgesehen sein, mit der der Identifikationscode ausgelesen werden kann. Zum Auslesen kann auch die Benutzerschnittstelle 750 des Ausgabemoduls 700, beispielsweise in Form eines mobilen Endgeräts wie eines Mobiltelefons oder eines Tablets, verwendet werden. Durch die Datenverarbeitungseinrichtung 500 kann dann eine Zuordnung zwischen den erfassten Sensordaten 370 und dem Identifikationscode der jeweiligen Baugruppe vorgenommen werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinrichtung 500 aus einer Datenbank, insbesondere der Cloud-Computing-Infrastruktur, weitere Daten, wie historische Messwerte, Zielvorgaben, digitale Konstruktionsdaten, wie digitale Zwillinge der jeweiligen Baugruppe, Spezifikationen der Sensoren 350, etc. abruft, die für die jeweilige Baugruppe unter dem jeweiligen Identifikationscode gespeichert sind. Durch die Zuordnung der Sensordaten 370 zu den spezifischen Merkmalen der jeweiligen Baugruppe können optimal angepasste Prozessparameter berechnet werden.In addition, it can be provided that an assembly such as a drying cylinder 50 of a fiber machine or a roller 90 of a calender 80 has an identification code such as a transponder with an RFID chip or an NFC chip (Near Field Communication) or a QR code. A reading unit with which the identification code can be read can be provided in the housing 850 of the measuring device 800. The user interface 750 of the output module 700, for example in the form of a mobile terminal such as a cell phone or a tablet, can also be used for reading. The data processing device 500 can then make an assignment between the recorded sensor data 370 and the identification code of the respective assembly. Furthermore, it can be provided that the data processing device 500 retrieves from a database, in particular the cloud computing infrastructure, further data, such as historical measured values, target specifications, digital design data, such as digital twins of the respective assembly, specifications of the sensors 350, etc., which are stored for the respective assembly under the respective identification code. By assigning the sensor data 370 to the specific features of the respective assembly, optimally adapted process parameters can be calculated.

5 stellt die Verfahrensschritte zum Erfassen von Sensordaten in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder Produktionsanlage dar. 5 represents the process steps for collecting sensor data in a spatial segment in the area of a moving assembly of a machine or production plant.

In einem ersten Schritt S10 wird Energie mittels einer Energieerzeugungseinheit 200 mit einem Thermoelement 210 und einem Energiespeichermodul 250 erzeugt, wobei das Thermoelement 210 einen während des Betriebs der Maschine oder Produktionsanlage in dem Raumsegment auftretenden Temperaturgradienten zur Energieerzeugung nutzt und in elektrische Energie umwandelt und an das Energiespeichermodul 250 weiterleitet, und wobei das Energiespeichermodul 250 die elektrische Energie speichert.In a first step S10, energy is generated by means of an energy generation unit 200 with a thermocouple 210 and an energy storage module 250, wherein the thermocouple 210 uses a temperature gradient occurring in the spatial segment during operation of the machine or production plant to generate energy and converts it into electrical energy and transmits it to the energy storage module 250, and wherein the energy storage module 250 stores the electrical energy.

In einem zweiten Schritt S20 wird eine Sensoreinheit 300 mit Energie von dem Energiespeichermodul 250 versorgt.In a second step S20, a sensor unit 300 is supplied with energy from the energy storage module 250.

In einem dritten Schritt S30 werden Sensordaten 370 von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment durch einen oder mehrere Sensoren 250 der Sensoreinheit 200 erfasst.In a third step S30, sensor data 370 of measurement parameters such as temperature, humidity and/or flow in the spatial segment are recorded by one or more sensors 250 of the sensor unit 200.

In einem Schritt S40 werden die Sensordaten 370 von einer Kommunikationseinheit 400 zu einer Datenverarbeitungseinrichtung 500 weitergeleitet.In a step S40, the sensor data 370 are forwarded from a communication unit 400 to a data processing device 500.

In einem Schritt S50 werden die Sensordaten 370 in der Datenverarbeitungseinrichtung 500 weiterverarbeitet.In a step S50, the sensor data 370 are further processed in the data processing device 500.

6 stellt schematisch ein Computerprogrammprodukt 900 dar, das einen ausführbaren Programmcode 950 umfasst, der das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgeführt. 6 schematically illustrates a computer program product 900 comprising an executable program code 950 that carries out the method according to the first aspect of the present invention.

Bei dem System, dem Verfahren und der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Temperaturgradient in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe, die insbesondere als Trockenzylinder in einer Faserstoffmaschine oder als rotierende Walze in einem Kalander ausgebildet ist, durch ein Thermoelement genutzt, um thermische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die elektrische Energie wird in einem Energiespeichermodul, das insbesondere als Batterie oder Kondensator ausgebildet ist, gespeichert und kann von einer Sensoreinheit zur Erfassung von Sensorsignalen von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment, das insbesondere als Tasche ausgebildet ist, abgerufen werden.In the system, the method and the measuring device according to the present invention, the temperature gradient in a spatial segment in the region of a moving assembly, which is designed in particular as a drying cylinder in a fiber machine or as a rotating roller in a calender, is used by a thermocouple to convert thermal energy into electrical energy. The electrical energy is stored in an energy storage module, which is designed in particular as a battery or capacitor, and can be retrieved by a sensor unit for detecting sensor signals of measurement parameters such as temperature, humidity and/or flow in the spatial segment, which is designed in particular as a pocket.

Da die Zeitabstände für die Erfassung von Sensorsignalen der Messparameter in einem Bereich von 15 bis 60 Minuten liegen, reicht die erzeugte Energiemenge für die Versorgung eines Sensors aus. Insbesondere kann eine Messeinrichtung mit einer Energieerzeugungseinheit, einer Sensoreinheit und einer Kommunikationseinheit als mobiles Gerät ausgebildet sein, das mit unterschiedlichen Baugruppen verbunden werden kann. Dadurch wird eine hohe Flexibilität erreicht und es können Kosten eingespart werden, da nicht für jede Baugruppe eine separate Messeinrichtung vorgesehen werden muss.Since the time intervals for recording sensor signals of the measurement parameters are in a range of 15 to 60 minutes, the amount of energy generated is sufficient to supply a sensor. In particular, a measuring device with an energy generation unit, a sensor unit and a communication unit can be designed as a mobile device that can be connected to different modules. This achieves a high level of flexibility and can save costs because a separate measuring device does not have to be provided for each module.

Bezugszeichenreference sign

1010
Trockenpartiedrying section
2020
Faserstoffbahnfibrous web
3030
Trockenzylinderdrying cylinder
4040
Umlenkrollepulley
5050
TascheBag
7070
Abstreifvorrichtungscraper device
8080
Kalandercalender
9090
Walzeroller
100100
Systemsystem
200200
Energieerzeugungseinheitpower generation unit
210210
Thermoelementthermocouple
250250
Energiespeichermodulenergy storage module
300300
Sensoreinheitsensor unit
350350
Sensorensensors
370370
Sensordatensensor data
400400
Kommunikationseinheitcommunication unit
450450
Datenübertragungsmoduldata transfer module
500500
Datenverarbeitungseinrichtungdata processing facility
550550
Softwareapplikationsoftware application
800800
Messvorrichtungmeasuring device
850850
GehäuseHousing
700700
Ausgabemoduloutput module
750750
Benutzerschnittstelleuser interface
770770
Ausgabedatenoutput data
900900
Computerprogrammproduktcomputer program product
950950
Programmcodeprogram code

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 43 12 485 A1 [0005]DE 43 12 485 A1 [0005]
  • DE 40 37 423 A1 [0006]DE 40 37 423 A1 [0006]
  • DE 10 2009 016 176 A1 [0007]DE 10 2009 016 176 A1 [0007]

Claims (15)

System (100) zum Erfassen von Sensordaten (370) in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder einer Produktionsanlage, umfassend eine Energieerzeugungseinheit (200), eine Sensoreinheit (300), eine Kommunikationseinheit (400) und eine Datenverarbeitungseinrichtung (500); wobei die Energieerzeugungseinheit (200) ein Thermoelement (210) und ein Energiespeichermodul (250) umfasst und ausgebildet ist, die Sensoreinheit (300) mit Energie zu versorgen; wobei das Thermoelement (210) einen während des Betriebs der Maschine oder Produktionsanlage in dem Raumsegment auftretenden Temperaturgradienten zur Energieerzeugung nutzt; wobei das Energiespeichermodul (250) dazu ausgebildet ist, die erzeugte elektrische Energie zu speichern und bei Bedarf an die Sensoreinheit (300) abzugeben; wobei die Sensoreinheit (300) einen oder mehrere Sensoren (350) umfasst und ausgebildet ist, Sensordaten (370) von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment zu erfassen; und wobei die Kommunikationseinheit (400) ausgebildet ist, die Sensordaten (370) an die Datenverarbeitungseinrichtung (500) zur weiteren Verarbeitung weiterzuleiten.System (100) for detecting sensor data (370) in a spatial segment in the region of a moving assembly of a machine or a production plant, comprising an energy generation unit (200), a sensor unit (300), a communication unit (400) and a data processing device (500); wherein the energy generation unit (200) comprises a thermocouple (210) and an energy storage module (250) and is designed to supply the sensor unit (300) with energy; wherein the thermocouple (210) uses a temperature gradient occurring in the spatial segment during operation of the machine or production plant to generate energy; wherein the energy storage module (250) is designed to store the electrical energy generated and to deliver it to the sensor unit (300) when required; wherein the sensor unit (300) comprises one or more sensors (350) and is designed to detect sensor data (370) of measurement parameters such as temperature, humidity and/or flow in the spatial segment; and wherein the communication unit (400) is designed to forward the sensor data (370) to the data processing device (500) for further processing. System (100) nach Anspruch 1, wobei das System ein Gehäuse (850) umfasst, in dem die Energieerzeugungseinheit (200), die Sensoreinheit (300) und die Kommunikationseinheit (400) angeordnet sind; wobei das Gehäuse (850) mit einer in dem Raumsegment angeordneten Befestigungsvorrichtung fest oder lösbar verbindbar ist.System (100) after claim 1 , wherein the system comprises a housing (850) in which the energy generation unit (200), the sensor unit (300) and the communication unit (400) are arranged; wherein the housing (850) can be firmly or detachably connected to a fastening device arranged in the spatial segment. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Raumsegment als Tasche (50) zwischen einem rotierenden Zylinder (30) bzw. einer rotierenden Walze (90) und einer Faserstoffbahn (20) ausgebildet ist.System according to one of the Claims 1 or 2 , wherein the spatial segment is formed as a pocket (50) between a rotating cylinder (30) or a rotating roller (90) and a fibrous web (20). System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Energiespeichermodul (250) als Batterie oder Kondensator ausgebildet ist.System (100) according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the energy storage module (250) is designed as a battery or capacitor. System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest ein Sensor (350) der Sensoreinheit (300) als Temperatursensor, als Feuchtesensor oder als Strömungssensor ausgebildet ist.System (100) according to one of the Claims 1 until 4 , wherein at least one sensor (350) of the sensor unit (300) is designed as a temperature sensor, as a humidity sensor or as a flow sensor. System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (500) ausgebildet ist, Ausgabedaten (770) aus den Sensordaten (370) zu generieren, wobei die Ausgabedaten (770) in Form von Bildern, Grafiken, Diagrammen, Hologrammen, Zahlenreihen, Power Point-Präsentationen und/oder Audiosequenzen wie akustischen Warnsignalen oder Sprachnachrichten ausgebildet sein können, insbesondere zur Darstellung eines Temperatur-, Feuchte- und/oder Strömungsprofils bzw. eines Verlaufs der Temperatur, der Feuchte und/oder der Strömungsverhältnisse über die Zeit; sowie von Prozessparametern der Maschine oder Produktionsanlage.System (100) according to one of the Claims 1 until 5 , wherein the data processing device (500) is designed to generate output data (770) from the sensor data (370), wherein the output data (770) can be in the form of images, graphics, diagrams, holograms, number series, Power Point presentations and/or audio sequences such as acoustic warning signals or voice messages, in particular for representing a temperature, humidity and/or flow profile or a course of the temperature, humidity and/or flow conditions over time; as well as process parameters of the machine or production plant. System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Datenanalyseeinrichtung (500) eine Softwareapplikation (550) mit Algorithmen der künstlichen Intelligenz für die Analyse und Bearbeitung der Sensordaten (370) verwendet, wobei die Algorithmen der künstlichen Intelligenz Deep Learning mit neuronalen Netzwerken und/oder Transformern mit Encodern und Decodern und/oder Lernverstärkungs-Agenten (LV - Reinforcement Learning Agent) umfassen.System (100) according to one of the Claims 1 until 6 , wherein the data analysis device (500) uses a software application (550) with artificial intelligence algorithms for the analysis and processing of the sensor data (370), wherein the artificial intelligence algorithms comprise deep learning with neural networks and/or transformers with encoders and decoders and/or reinforcement learning agents (LV). Verfahren zum Erfassen von Sensordaten (370) in einem Raumsegment im Bereich einer sich bewegenden Baugruppe einer Maschine oder Produktionsanlage, mit folgenden Verfahrensschritten: - Erzeugen (S10) von Energie mittels einer Energieerzeugungseinheit (200) mit einem Thermoelement (210) und einem Energiespeichermodul (250), wobei das Thermoelement (210) einen während des Betriebs der Maschine oder Produktionsanlage in dem Raumsegment auftretenden Temperaturgradienten zur Energieerzeugung nutzt und in elektrische Energie umwandelt und an das Energiespeichermodul (250) weiterleitet, und wobei das Energiespeichermodul (250) die elektrische Energie speichert; - Versorgen (S20) einer Sensoreinheit (300) mit Energie von dem Energiespeichermodul (250); - Erfassen (S30) von Sensordaten (370) von Messparametern wie Temperatur, Feuchte und/oder Strömung in dem Raumsegment durch einen oder mehrere Sensoren (350) der Sensoreinheit (300); - Weiterleiten (S40) der Sensordaten (370) von einer Kommunikationseinheit (400) zu einer Datenverarbeitungseinrichtung (500); - Verarbeiten (S50) der Sensordaten (370) in der Datenverarbeitungseinrichtung (500).Method for recording sensor data (370) in a spatial segment in the area of a moving assembly of a machine or production plant, with the following method steps: - generating (S10) energy by means of an energy generation unit (200) with a thermocouple (210) and an energy storage module (250), wherein the thermocouple (210) uses a temperature gradient occurring in the spatial segment during operation of the machine or production plant to generate energy and converts it into electrical energy and passes it on to the energy storage module (250), and wherein the energy storage module (250) stores the electrical energy; - supplying (S20) a sensor unit (300) with energy from the energy storage module (250); - recording (S30) sensor data (370) of measurement parameters such as temperature, humidity and/or flow in the spatial segment by one or more sensors (350) of the sensor unit (300); - Forwarding (S40) the sensor data (370) from a communication unit (400) to a data processing device (500); - Processing (S50) the sensor data (370) in the data processing device (500). Verfahren nach Anspruch 8, wobei die sich bewegende Baugruppe als Trockenzylinder (30) in der Trockenpartie einer Faserstoffmaschine ausgebildet ist und das Raumsegment eine Tasche (50) zwischen dem Trockenzylinder (30) und einer Faserstoffbahn (20) bildet, oder wobei die sich bewegende Baugruppe als Walze (90) eines Kalanders (80) ausgebildet ist und das Raumsegment eine Tasche (50) zwischen der Walze (90) und einer Faserstoffbahn (20) bildet.procedure according to claim 8 , wherein the moving assembly is designed as a drying cylinder (30) in the drying section of a fiber machine and the space segment forms a pocket (50) between the drying cylinder (30) and a fiber web (20), or wherein the moving assembly is designed as a roller (90) of a calender (80) and the space segment forms a pocket (50) between the roller (90) and a fiber web (20). Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei zumindest ein Sensor (350) der Sensoreinheit (300) als Temperatursensor, als Feuchtesensor oder als Strömungssensor ausgebildet ist.procedure according to claim 8 or 9 , wherein at least one sensor (350) of the sensor unit (300) is designed as a temperature sensor, as a humidity sensor or as a flow sensor. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (500) dazu ausgebildet ist, aus den Sensordaten (370) Ausgabedaten (770) zu erzeugen, wobei die Ausgabedaten (770) in Form von Bildern, Grafiken, Diagrammen, Hologrammen, Zahlenreihen, Power-Point-Präsentationen und/oder Audiosequenzen, wie akustische Warnsignale oder Sprachnachrichten ausgebildet sein können, insbesondere zur Darstellung eines Temperatur-, Feuchte- und/oder Strömungssprofils bzw. eines Verlaufs der Temperatur, der Feuchte und/oder der Strömungsverhältnisse über die Zeit; sowie von Prozessparametern der Maschine oder Produktionsanlage, und auf einem Ausgabemodul (700) ausgegeben und/oder an mindestens ein Steuergerät der Maschine oder Produktionsanlage weitergeleitet werden.Method according to one of the Claims 8 until 10 , wherein the data processing device (500) is designed to generate output data (770) from the sensor data (370), wherein the output data (770) can be in the form of images, graphics, diagrams, holograms, series of numbers, Power Point presentations and/or audio sequences, such as acoustic warning signals or voice messages, in particular for representing a temperature, humidity and/or flow profile or a course of the temperature, humidity and/or flow conditions over time; as well as process parameters of the machine or production plant, and are output on an output module (700) and/or forwarded to at least one control device of the machine or production plant. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Sensordaten (370) dazu verwendet werden, die Trockenpartie oder den Kalander (80) zu steuern oder zu regeln.Method according to one of the Claims 8 until 11 , wherein the sensor data (370) are used to control or regulate the drying section or the calender (80). Trockenpartie einer Faserstoffbahnmaschine, umfassend eine Mehrzahl von Trockenzylindern (30), wobei den Trockenzylindern (30) jeweils ein Schaber zugeordnet ist, welcher an einem Schaberbalken befestigt ist, wobei an zumindest einem, insbesondere allen Schaberbalken jeweils eine Haltevorrichtung vorgesehen sind, sowie zumindest ein System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das mit diesen Haltevorrichtungen verbunden bzw. verbindbar ist.Drying section of a fibrous web machine, comprising a plurality of drying cylinders (30), wherein the drying cylinders (30) are each assigned a doctor which is fastened to a doctor beam, wherein a holding device is provided on at least one, in particular all, doctor beams, and at least one system (100) according to one of the Claims 1 until 7 which is connected or connectable to these holding devices. Kalander (80) einer Faserstoffbahnmaschine, umfassend eine Mehrzahl von Walzen (90), wobei den Walzen (90) jeweils ein Schaber zugeordnet ist, welcher an einem Schaberbalken befestigt ist, wobei an zumindest einem, insbesondere allen Schaberbalken jeweils eine Haltevorrichtung vorgesehen sind, sowie zumindest ein System (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das mit diesen Haltevorrichtungen verbunden bzw. verbindbar ist.Calender (80) of a fibrous web machine, comprising a plurality of rollers (90), wherein the rollers (90) are each assigned a scraper which is fastened to a scraper beam, wherein a holding device is provided on at least one, in particular all, scraper beams, and at least one system (100) according to one of the Claims 1 until 7 which is connected or connectable to these holding devices. Computerprogrammprodukt (900), umfassend einen ausführbaren Programmcode (950), der das Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 ausführt.Computer program product (900) comprising an executable program code (950) which implements the method according to one of the Claims 8 until 11 executes.
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