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Verfahren und Vorrichtung zur Regulierung, Anzeigung bzw. Registrierung des
Feuchtigkeitsgehaltes von Stoffbahnen
Die Erfindung bezieht sich auf die Regulierung, Anzeige und Registrierung des Feuchtigkeitsgehaltes von Stoffbahnen, die zwecks Trocknens durch eine Trockenvorrichtung geführt werden.
Die Erfindung kann sowohl bei einer Trockenvorrichtung mit Trockenzylindern, über welche die Stoffbahn läuft, als auch bei Trockenvorrichtungen Anwendung finden, in denen die Stoffbahn auf andere Art, z. B. durch warme Luft getrocknet wird.
Die Erfindung wird der Einfachheit halber im folgenden an Hand einer Trockenvorrichtung mit Trockenzylindern erläutert.
Wenn man den gegenseitigen Zusammenhang zwischen der Temperatur der Trockenzylinder und der Temperatur und dem Feuchtigkeitsgehalt der Stoffbahn von dem Augenblick an, wo diese einen Zylinder verlässt, bis zu jenem Augenblick, wo sie auf den nächsten Zylinder aufläuft, betrachtet, kann man folgendes feststellen : a) Wenn die Stoffbahn am Trockenzylinder anliegt, nimmt sie im Laufe der Zeit, während der dieser Kontakt andauert, annähernd die Temperatur dieses Trockenzyilnders an. b) In dem Augenblick, wo die Stoffbahn den Zylinder verlässt, um auf den folgenden Trockenzylinder überführt zu werden, hört die Wärme- übertragung des ersten Trockenzylinders auf die
Stoffbahn auf, was das Sinken der Temperatur der Bahn zur Folge hat.
Bei näherer Untersuchung zeigt es sich, dass diese Temperaturabnahme der Stoffbahn zwischen zwei aufeinanderfolgenden Trockenzylindern von dem
Feuchtigkeitsgehalt der Stoffbahn stark abhängig ist.
Durch Untersuchung dieser Verhältnisse wurde folgendes gefunden :
1. Bis zu einem gewissen Feuchtigkeitsgehalt der Stoffbahn erweist sich der Unterschied der Temperatur, gemessen an der Bahn beim Verlassen des einen Trockenzylinders (oder was damit gleichbedeutend ist, der Temperatur dieses Trockenzylinders) und der Temperatur der Stoffbahn vor dem Auflaufen auf den nächsten Trockenzylinder immer als gross und ziemlich konstant.
2. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt der Stoffbahn einen gewissen Wert unterschritten hat, zeigt dieser Temperaturunterschied eine abnehmende Tendenz.
Durch fortgesetztes Trocknen der Stoffbahn gelangt man schliesslich zu einem Zustand der Stoffbahn, bei welchem sich der Temperaturunterschied dem Wert Null nähert.
Dieser Temperaturunterschied ist somit eine Funktion des Feuchtigkeitsgehaltes der Stoffbahn an der Messstelle. Befindet sich diese am Ende der Trockenvorrichtung, dann wird die Verdampfungswärme des restlichen Teiles der auslaufenden Stoffbahn hinter dieser Messstelle noch eine gewisse weitere Abnahme des Feuchtigkeitsgehaltes der Stoffbahn bewirken. Diese Abnahme des Feuchtigkeitsgehaltes, die in der Praxis einige wenige Prozente beträgt, ist indessen für verschiedene Arten von zu trocknendem Stoff konstant. Der Feuchtigkeitsgehalt der Bahn nach dem Austritt aus der Trockenvorrichtung ist deshalb in diesem Falle eine direkte Funktion des genannten Temperatunmter- schiedes.
Diese Verhältnisse sind in Fig. 1 dargestellt.
Die hier eingezeichnete Kurve zeigt den Zusammenhang zwischen dem an einer geeigneten
Stelle des letzten Teils der Trockenvorrichtung gemessenen Temperaturunterschied und dem
Feuchtigkeitsgehalt der Stoffbahn hinter der
Trockenvorrichtung Auf der Abszissenachse ist der prozentuelle Feuchtigkeitsgehalt in ab- nehmender Zahlenfolge aufgetragen. Die zu- gehörigen Ordinaten geben den dem Feuchtig- keitsgehalt zukommenden Temperaturunterschied an. Wie ersichtlich, ist der Temperaturunterschied am linken Ende der Kurve entsprechend dem noch vorhandenen höheren Feuchtigkeitsgehalt verhältnismässig gross und variiert bei sinkendem
Feuchtigkeitsgehalt zunächst nicht besonders.
Vom Punkt A an nimmt jedoch der Temperatur- unterschied immer stärker ab, bis er am rechten
Ende der Kurve ungefähr gleich Null ist. Ein wei- teres Abnehmen des Feuchtigkeitsgehaltes führt eine Änderung des Temperaturunterschiedes nicht herbei. Im Gebiet zwischen A und B variiert
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der Temperaturunterschied, wie aus Fig. l ersichtlich ist, mit dem Feuchtigkeitsgehalt sehr stark.
Messungen, die mit einer Papierbahn gemacht wurden, zeigten, dass im Gebiet zwischen 8 und 6"Feuchtigkeitsgehalt eine Änderung des Feuchtigkeitsgehaltes von etwa ein Zehntel Prozent zu einer Änderung des Temperaturunterschiedes von mehr als einem Grad führte.
Von diesem Umstand wird bei der Erfindung Gebrauch gemacht. Es soll hier bemerkt werden, dass es bekannt ist, den Feuchtigkeitsgehalt einer Stoffbahn durch Messung der Temperatursteigerung, welche die Bahn durch Zuführung einer bekannten Wärmemenge erfährt, zu messen. Das Messprinzip besteht bei diesem Verfahren in der Erfassung der spezifischen Wärme, welche mit der Feuchtigkeit des Messgutes in Beziehung steht. Ist aber der Feuchtigkeitsgehalt gering, so ändert sich die spezifische Wärme der Bahn nicht viel mit dem Feuchtigkeitsgehalt.
Gemäss der Erfindung wird die Verdampfungsgeschwindigkeit herangezogen und hiedurch eine viel grössere Messgenauigkeit erreicht, wie an Hand der Fig. I und des obengenannten Beispieles erläutert worden ist. Gegenüber dem bekannten Verfahren besteht das Wesen der Erfindung darin, dass die Messstellen sich im letzten Teile der Trockenvorrichtung befinden und derart gewählt sind, dass zwischen den Messstellen der Bahn keine nennenswerte Wärme hinzugeführt wird, so dass eine durch teilweises Verdampfen des Wasserinhaltes der Bahn bewirkte Temperatursenkung stattfindet.
Die Art des Materials, das getrocknet werden soll, ist bestimmend dafür, wo die Messung der Temperatursenkung am zweckmässigsten vorgenommen werden soll. Für Cellulosebahnen z. B., die üblicherweise bis zu einem Wasserinhalt von etwa 10% getrocknet werden sollen, wird es als Regel das beste sein, die Messungen bei und nach dem letzten Trockenzylinder vorzunehmen. Für eine Papierqualität, die ungefähr z Wasserinhalt haben soll, wird es in der Regel am besten passen, die Messstellen zwischen den zwei letzten Zylindern in der
Trockenvorrichtung anzubringen. Es hat sich gezeigt, dass die besten Ergebnisse dann erreicht werden, wenn die erste Messstelle an einer Stelle
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Wenn man dafür sorgt, dass der Temperaturunterschied an der dazu am besten geeigneten Stelle in der Trockenvorrichtung konstant erhalten wird, hält sich deshalb notwendigerweise auch der Feuchtigkeitsgehalt der Stoffbahn beim Austritt aus der Trockenvorrichtung konstant.
Bei der praktischen Ausführung der Erfindung kann die Temperatur zweckmässig mit Hilfe von Thermoelementen gemessen werden. Die eine Thermoelementlötstelle kann an der Trockenfläche eines Trockenzylinders, die andere an der Stoffbahn anliegen, gerade bevor diese auf den nächsten Trockenzylinder aufläuft.
Der elektrische Impuls der Thermoelemente kann über einen Verstärkerapparat zum Regulieren des Dampfzufuhrhahnes der Trockenvorrichtung, also zum Regulieren des Feuchtigkeitsgehaltes der Stoffbahn am Eintrittsende der Trockenvorrichtung angewendet werden.
Der elektrische Impuls der Thermoelemente kann gegebenenfalls auch auf ein Instrument zur Wirkung gebracht werden, welches den Feuchtigkeitsgehalt der Stoffbahn hinter der Trockenvorrichtung anzeigt oder registriert.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in beispielsweisen Ausführungsformen veranschaulich. Fig. 1 zeigt diagrammatisch den Zusammenhang zwischen dem erwähnten Temperatunmterschied der Stoffbahn an zwei Messstellen und dem Feuchtigkeitsgehalt der Stoffbahn. Fig. 2 stellt einen Teil einer zwölf Trockenzylinder enthaltenden Trockenvorrichtung schematisch in Verbindung mit einer Ausführungsform der Erfindung dar, während Fig. 3 dieselbe Trockenvorrichtung in Verbindung mit einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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D ist ein für sämtliche Zylinder gemeinsames Dampfzufuhrrohr. Von diesem gehen Zweigrohre Ei bis Eu zu den verschiedenen Zylindern zwecks Erhitzens derselben. FI bis Fl2 bezeichnen Regulierventile zum individuellen Regulieren der Dampfzufuhr zu den einzelnen Zylindern. G ist die Stoffbahn, deren Feuchtigkeitsgehalt reguliert bzw. registriert oder angezeigt werden soll. Gemäss der Erfindung ist nun ein Thermoelement mit
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zylinder C12 aufläuft.
Anstatt die Thermoelementlötstelle Tl so anzubringen wie in Fig. 2, kann sie auch am Trockenzylinder Ci selbst an einer Stelle anliegen, wo dieser mit der Papierbahn nicht in Verbindung steht, da die Temperatur des Trockenzylinders Cu praktisch gleich der Temperatur der Papierbahn an jener Stelle ist, wo diese den Zylinder Cu verlässt.
H ist ein Verstärker, dem der elektrische Impuls von den Thermoelementen zugeführt wird. Von dem Verstärker führen Leitungen zu einem Servomotor J, der einen Hahn K steuert, welcher die Dampfzufuhr zu dem Hauptdampfrohr D reguliert.
Mit gestrichelten Linien ist in der Zeichnung ferner eine Vorrichtung M angedeutet, die eine Vorrichtung zum Registrieren des Feuchtigkeitsgehaltes der Bahn sein kann, sowie ein Apparat L. der zur direkten Angabe des Feuchtigkeitsgehaltes der Stoffbahn dienen kann. Erfindungsgemäss kann eine Vorrichtung M oder L an Stelle einer Reguliervorrichtung J, K oder in Kombination mit derselben angewendet werden.
Fig. 3 zeigt eine Anlage, die im wesentlichen der Anlage nach Fig. 2 entspricht. Die einander
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entsprechenden Teile in den beiden Abbildungen yind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Bei der Ausführung gemäss Fig. 3 führen indessen die Leitungen von dem Verstärker H nicht zu einer Vorrichtung zum Regulieren der Dampfzufuhr, sondern zu einer Vorrichtung 0, T zum Regulieren des Feuchtigkeitsgehaltes der Bahn, bevor diese in die Trockenvorrichtung gelangt. P kann hier ein elektrisches Heizelement sein, welches durch Ausstrahlen an die Bahn Wärme abgibt und dadurch eine gewisse Verminderung der inneren Reibung des Wassers bewirkt, wodurch mehr Wasser beim Passieren der nachfolgenden Presswalzen ausgepresst wird. Dem Heizelement wird durch die Leitungen R Strom zugeführt, wobei die Stromstärke mittels einer Vorrichtung 0 reguliert wird.
Die Erfindung ist vorstehend in ihrer Anwendung bei Trockenvorrichtungen mit Trockenzylindern beschrieben. Die Erfindung kann indessen ohne Schwierigkeit auch für Stoff- bahnen benutzt werden, die völlig oder nur zum Schluss in warmer Luft getrocknet werden.
Auch hier wird der Temperaturunterschied zwischen zwei Punkten der Bahn eine Funktion des Feuchtigkeitsgehaltes der Bahn sein und wird in ähnlicher Weise, wie vorstehend be- schrieben, zur Hervorrufung eines Impulses zur Regulierung bzw. Anzeige oder Registrierung des Feuchtigkeitsgehaltes der Stoffbahn benutzt werden können.
Die eine Messstelle wird in diesem Falle zweck- mässigerweise nahe an der Stelle angebracht, wo die Stoffbahn aus dem Trockenkasten heraus- tritt, wobei diese Messstelle sich an der Innenseite oder an der Aussenseite der Austrittsstelle be- finden kann, während die andere Messstelle in allen Fällen sich an der Aussenseite des Trocken- kastens befindet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Regulierung, Anzeigung bzw.
Registrierung des Feuchtigkeitsgehaltes von Stoff- bahnen, welche eine Trocknungsvorrichtung durchlaufen, bei welchem der Unterschied zwischen der Temperatur der Stoffbahn, gemessen an zwei in der Trocknungsvorrichtung ortsfest gelegenen Stellen zur Regulierung und/oder Anzeige und/oder Registrierung benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstellen sich im letzten Teil der Trocknungsvorrichtung befinden und derart gewählt sind, dass zwischen den Messstellen der Bahn keine nennenswerte Wärme zugeführt wird, so dass eine durch teilweises Verdampfen des Wasserinhaltes der Bahn bewirkte Temperatursenkung stattfindet.