Messeinrichtung zur gemeinsamen Feststellung des Flächengewichtes und des Feuchtigkeitsgehaltes von endlosen Bahnen der Papier-, Zellstoff- und Kartonindustrie
Die Verarbeitung von endlosen Bahnen aus Zellstoff, Karton oder Papier, die im kontinuierlichen Herstellungsgang erzeugt werden, macht die genaue Einhaltung des Flächengewichtes und des Feuchtigkeitsgehaltes in allen Teilen der Bahn erforderlich.
Viele bei der Verarbeitung dieser Erzeugnisse erforderlichen Eigenschaften sind von diesen beiden Faktoren abhängig. Auch bei der Herstellung dieser Bahnen ist es von ganz besonderer Bedeutung, dass diese beiden Faktoren mit grösster Gleichförmigkeit eingehalten werden, da sonst Spannungen innerhalb der Bahn auftreten und die Bahn sehr häufig bricht.
Es ist erforderlich, beide Faktoren an jeder Stelle der Bahn über ihre ganze Breite hinweg prüfen zu können.
Es sind sowohl für die Messung des Feuchtigkeitsgehaltes als auch des Flächengewichtes eine Reihe von Messgeräten bekannt, die mehr oder weniger ihre Aufgabe zu erfüllen vermögen. Bei der Feuchtigkeitsmessung wird vorzugsweise der Messfühler so angeordnet, dass er nur auf einer Seite der Bahn aufliegt und von der Bahn selbst getragen wird, wobei vielfach das Eigengewicht des Fühlers durch Einsatz eines entsprechenden Gegengewichtes im erforderlichen Mass reduziert wird. Dieser Messfühler ist in der Regel so angeordnet, dass er beim Brechen der Bahn aus der Arbeitslage herausgeschwenkt wird und unter Umständen selbsttätig aus der Breite der erzeugten Papierbahn herausgefahren wird. Dadurch wird erreicht, dass die beim Bruch der Bahn anfallenden Ausschussmengen unbehindert die Messstelle passieren können.
Bei den bisher bekannten Geräten zur Feststellung des Flächengewichtes ist das Problem noch nicht einwandfrei gelöst. Für die Flächengewichtsmessung verwendet man ausschliesslich ein Strah lungsmessyerfahren. Es wird die Absorption der von einem radioaktiven Körper ausgehenden Strahlung durch die Papierbahn festgestellt, wozu es erforderlich ist, dass oberhalb und unterhalb der Bahn der Strahler und der Indikator für die Strahlung ange- ordnet sind.
Da es für die Sicherstellung der einwandfreien Arbeitsweise der Zellstoff-, Papier- oder Kartonmaschine notwendig ist, nicht nur an einer Stelle der Bahnbreite diese Messung auszuführen, sondern man danach trachten muss, die Messung über die ganze Bahnbreite auszudehnen, ist man bei diesen Geräten gezwungen, oberhalb und unterhalb der Bahn Traversen anzuordnen, an denen einerseits der Strahler und anderseits der Indikator so über die Bahnbreite hinweggeführt werden müssen, dass sie immer die gleiche Lage zueinander behalten.
Die zu messende Bahn muss also zwischen diesen Traversen hindurchgeführt werden. Das ist an sich störend; denn wenn auch die Gehäuse des Strahlers und des Indikators aus der Breite der Bahn herausgefahren werden können, so bleiben doch die Traversen als erhebliches Hindernis im Laufe der Bahn bestehen. Dadurch werden Schwierigkeiten beim Wiedereinführen der Bahn hervorgerufen.
Zudem ist es bei diesen Geräten erschwerend, dass zwischen dem Strahler und dem Indikator ein Abstand von etwa 75 bis 100 mm bestehen muss.
Die in dieser Strecke befindliche Luft wirkt wie die Bahn absorbierend für die vom Strahler ausgehende Strahlung, und Veränderungen der Raumfeuchte und der Temperatur der Luft wirken sich als Veränderungen der Absorption aus. Dazu kommt, dass die Lage der Bahn im Strahlungsweg exakt eingehalten werden muss, um Fehler in der Messung zu vermeiden, und letztendlich, dass elektrostatische Aufla dungen der Bahn ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf das Messergebnis haben.
Um diese Nachteile zu vermeiden, sind andere Messgeräte, ebenfalls auf strahlungstechnischen Messverfahren beruhend, entwickelt worden. Bei diesen Geräten wendet man nicht das Absorptionsverfahren, sondern die Reflexion der Strahlung an. Strahler und Indikator sind in einer Ebene angeordnet, die in geringer Entfernung von einem die Bahn tragenden, feststehenden oder umlaufenden Körper angeordnet ist. Die Strahlung wird durch den Dichteunterschied zwischen der Bahn und dem tragenden Körper reflektiert, tritt in den Indikator ein und verändert dessen Messwert in Abhängigkeit vom Flächengewicht der Bahn.
Diese Bauart der Messgeräte bringt zwar den Vorteil, dass bei der schon laufenden Bahn die Nachteile, wie unsichere Lage der Papierbahn im Strahlungsweg, Einfluss der Beschaffenheit der Luft und Einfluss der statischen Aufladung des Papieres, stark vermindert sind, jedoch bleibt auch hier der Nachteil, dass bei einem plötzlichen Bahnbruch die nachfolgende Bahn nicht ungehindert den Weg des Ausschusses nehmen kann.
Durch den notwendigerweise geringen Abstand zwischen der Messebene ist es unvermeidlich, dass sich Teile der zerrissenen Papierbahn in diesen Raum einklemmen und die Arbeitsweise der Maschine behindern. Nachteilig ist auch bei dieser Konstruktion, dass anhaftende Faserreste auf der die Papierbahn tragenden Reflexionsebene unweigerlich einen Messfehler hervorrufen. Dasselbe ist der Fall, wenn der Abstand zwischen Strahler und Indikator zum Reflexionskörper nicht ganz genau eingehalten wird.
Selbst wenn man diese Schwierigkeiten mit der Behinderung der Bahnführung durch die bekannten Fiächengewichtsmesser nicht berücksichtigt und auch räumlich der Einsatz zweier getrennter Messgeräte möglich ist, so ist diese Anordnung aus messtechnischen Gründen doch nachteilig. Bei allen Feuchtigkeitsmessern muss man mit einer Einflussnahme des Flächengewichtes auf den angezeigten Feuchtigkeitsgehalt rechnen. Umgekehrt zeigt das Gerät für die Flächengewichtsmessung das Gesamtgewicht der feuchten Bahn an. Man kann also nicht unterscheiden, ob jeder der Messwerte ausschliesslich vom Feuchtigkeitsgehalt oder ausschliesslich vom Flächengewicht hervorgerufen wird.
Nach einem bekannten Verfahren werden die beiden Messwerte O/o H20 und Flächengewicht in einer Recheneinheit miteinander in Beziehung gebracht, so dass als Ergebnis das Flächengewicht der absolut trockenen Fasermasse erscheint. Dieser Messwert ist für die Kontrolle der Herstellung von Papierbahnen pp. mit der wichtigste.
Seine genaue Ermittlung setzt voraus, dass beide Messwerte möglichst von der gleichen Stelle der Bahn herstammen. Die Veränderungen beider Messwerte, sowohl räumlich als auch zeitlich, können so erheb lich sein, dass bei räumlicher Trennung beider Messgeräte stark abweichende Ergebnisse ermittelt werden. Die Anordnung der Fühler zweier selbständiger, räumlich voneinander getrennter Messgeräte für Feuchtigkeit und Flächengewicht müsste so erfolgen, dass der Abstand in Laufrichtung der Bahn möglichst gering und die Lage der beiden Fühler in Richtung der Breite der Bahn stets übereinstimmt. Beide Fahrwerke müssten im völligen Gleichlauf die Fühler der Messgeräte über die Breite der Bahn hinwegbewegen.
Diese Bedingungen erbringen aber eine wesentliche Erschwerung der Anwendung der Messgeräte, weil in den meisten Fällen die Papierbahn nur so kurz wie möglich frei geführt werden darf, um in den freien Zügen Abrisse zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung gestattet, alle bisher aufgeführten Schwierigkeiten, die mit den Messungen des Flächengewichtes verbunden sind, zu beseitigen.
Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, die Schwierigkeiten zu umgehen, die durch den Anfall des Ausschusses beim Bruch der Bahn entstehen, ebenso auch die Schwierigkeiten, die beim Wiedereinführen der Bahn durch eine doppelte e Traverse vorhanden sind, und weiterhin wird die Messung des absolut trockenen Flächengewichtes auf eine sichere Grundlage gebracht.
Die Erfindung benutzt eine Erfahrung aus der Metallindustrie, in der Strahlungsmessgeräte für die Feststellung der Dicke eines Metallbandes benutzt werden, bei denen eine Reflexion der Strahlung innerhalb des laufenden Metallbandes zur Ermittlung der Dicke des Bandes nutzbar gemacht wird, ohne dass ein besonderer Reflexionskörper notwendig ist.
Wenn auch die Masse des Metallbandes wesentlich höher ist als die Masse der gebräuchlichen Papier-, Zellulose- oder Kartonbahnen, so haben doch entsprechende Versuche ergeben, dass es möglich ist, das Prinzip der reflektierten radioaktiven Strahlungsmessung auch in diesen dünnen Bahnen mit geringem Flächengewicht zu verwenden. Während bei der Herstellung von Metallbändern von z. B.
! 1o mm Dicke noch mit einem Flächengewicht von 800 g/m2 gerechnet werden kann, und man demnach mit einem entsprechenden Anteil reflektierter Strahlung rechnet, hat es sich erwiesen, dass bei Anwendung der Strahlung mit Betateilchen, z. B. der Strontium- oder Krypton-Strahler, auch in den Papierbahnen bis herab zu 10 g/m2 noch eine genügende Rate der reflektierten Teilchen erzielt werden kann.
Diese Rate genügt zur Ermittlung des Flächengewichtes der Bahn, wenn man sie mit bekannten Mitteln (Zählung und Verstärkung) nutzbar macht.
Die Erfindung betrifft somit eine Messeinrichtung zur gemeinsamen Feststellung des Flächengewichtes und des Feuchtigkeitsgehaltes von endlosen Bahnen der Papier-, Zellstoff- und Kartonindustrie, bei der der Feuchtigkeitsmesser auf einer Seite der Bahn aufliegt und bei der für die Flächengewichtsmessung eine radioaktive Strahlung innerhalb der Bahn reflektiert wird. Gemäss der Erfindung sind ein Fühler für die Feuchtigkeitsmessung, z. B. ein Streufeldkondensator für eine dielektrische Messung oder eine in einer Ebene liegende Anordnung von Elektroden für eine Leitfähigkeitsmessung, sowie mindestens ein Strahler und mindestens ein Indikator für die radioaktive Strahlung in einer gemeinsamen Halterung gehaltert.
Bei dieser Ausbildung entfallen die Nachteile der Doppeftraverse bei der Absorptionsmessung und gleichzeitig auch die Schwierigkeiten, die sich bei Reflexionsmessungen unter Zuhilfenahme eines feststehenden oder mitlaufenden Reflexionskörpers ergeben. Wie bei den bisher bekannten Feuchtigkeitsmessern kann die gemeinsame Halterung der beiden Fühler, unter Umständen teilweise entlastet durch ein Gegengewicht, auf einer ; Seite der Bahn aufliegen, so dass die Lage der Bahn zu Strahler und Indikator unter allen Bedingungen sicher eingehalten wird. Es ist jetzt ohne weiteres möglich, beim Bruch der Bahn die Fühler schnellstens aus der Arbeitsstellung zu entfernen, sei es durch eine Schwenkbewegung oder zusätzlich durch eine Fahrbewegung, die die Fühler ausserhalb der Breite der Bahn bringt.
Messtechnisch entstehen die Vorteile, dass der räumliche Abstand zwischen Indikator und Strahler und der Abstand der Bahn zu diesen beiden Teilen so klein wie möglich gehalten werden kann, um den Einfluss der Raumluft dementsprechend zu verringern.
Indem man eine Gleitfläche der Halterung auf der Bahn erdet, können alle statischen Aufladungen der Bahn aufgehoben werden, so dass sie keinen Einfluss auf die Strahlungsmessung haben können.
Eine Verminderung des Abstandes zwischen beiden Messgeräten auf das kleinste Mass hat den Vorteil, dass bei der Ermittlung des absolut trockenen Flächengewichtes die besten Voraussetzungen für die Richtigkeit der Messergebnisse gegeben sind. Darüber hinaus sind auch erhebliche rein wirtschaftliche Vorteile zu erreichen, wenn für beide Messgeräte nur eine Traverse und ein Fahrwerk mit nur einem Antrieb vorgesehen werden, während bei der getrennten räumlichen Anordnung der beiden Messgeräte die Aufwendungen hierfür sich verdoppeln und dazu noch die Massnahmen für den sicheren Gleichlauf der beiden Fühler hinzukommen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung geschildert.
Es zeigt die Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Verbindung von Feuchtigkeitsmesser und Flächengewichtsmesser und die Fig. 2 die Gesamtanordnung dieser Teile mit den erforderlichen Einrichtungen zur Führung der beiden Fühler auf der Papierbahn, zugleich mit den Einrichtungen zur Querbewegung der Fühler.
In einem Gehäuse 1, das von einem Kühlmantel 2 umgeben ist, dem über die Öffnung 3 Kühlluft mit konstanter Temperatur zugeführt wird, ist ein Strah ler 4 in einer Bleifassung 5 angeordnet.
Zentral um den Strahler herum ist ein oder sind mehrere Indikatoren 6 verteilt. Die Eintrittsfenster dieser Indikatoren sind in der gleichen Richtung angeordnet, die auch die bevorzugte Richtung des Strahlers ist. Das Gehäuse 1 hat in der Strahlungsrichtung eine Öffnung, die durch eine Blende 7 verschlossen ist.
Ferner ist an dieser Stelle eine selbsttätige Einrichtung vorgesehen, die die Blende dann durch ein dünnes Blech verschliesst, wenn kein Messgut mehr auf dem Strahler liegt. Dieses tritt im allgemeinen bei Bahnbruch ein, und die Anderung in dem Indikator 6 bewirkt den selbsttätigen Verschluss des Strahlers (4). Durch diese Einrichtung ist den Forderungen hinsichtlich des Strahlenschutzes Genüge getan.
Das ganze Gebilde ist in einer Halterung 8 eingesetzt, unter der die zu messende Bahn 9 vorbeigeführt wird. Die Zuführung der für die Indikatoren notwendigen Spannung erfolgt über ein Kabel 10.
Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die als Reflexionsebene für die Strahlung benutzte Papierbahn in einem genau bestimmten Abstand am Strah ler und den Indikatoren vorbeigeführt wird, wobei durch die Halterung 8, die geerdet ist, die statischen Ladungen der Papierbahn abgeführt werden. Durch den Verschluss des Gehäuses 1 durch die Blende 7 ist sichergestellt, dass in den Weg der Strahlung kein Staub eindringen kann.
Durch die Bewegung der Papierbahn auf der äusseren Seite der Blende 7 ist gleichzeitig sichergestellt, dass sich hier kein Staub ansetzen kann.
Durch die Kühlung des gesamten Gehäuses mit Luft von einer bestimmten Temperatur ist eine e störungs- freie Arbeitsweise der Indikatoren sichergestellt.
Die Arbeitsweise selbst ist derart, dass die vom Strahler ausgesandten Teilchen durch die Blende 7 auf die Papierbahn 9 treffen.
Von der Blende 7 werden sie in einem stets gleichbleibenden Ausmass reflektiert. Durch die Bahn werden sie in dem dem Flächengewicht der Bahn entsprechenden Masse reflektiert. Die reflektierenden Teilchen gelangen in die Indikatoren 6. Die dadurch hervorgerufenen Stromimpulse werden über das Kabel 10 an den nachfolgenden Verstärker, Zähleinrichtungen und Integratoren bekannter Bauart weitergeleitet.
Um eine möglichst empfindliche Anordnung zu erhalten, können mehrere Gruppen von Strahlern, um die die höchstmögliche Anzahl von Indikatoren angeordnet ist, in einer Halterung 8, gegebenenfalls in einem oder mehreren Gehäusen 1 eingesetzt werden, so dass die Gesamtwirkung aller Indikatoren in dem Kabel 10 sich vereinigt.
Für die Flächengewichtsmessung von Papier, Karton oder Zellulose wird der Fühler gemäss Fig. 2 an einem Arm 11 im Kardangelenk befestigt. Dieser Arm ist um die Achse 12, die quer zur Laufrichtung der Bahn liegt, schwenkbar. Das Gewicht des Fühlers und des Armes wird zu einem Teil durch das Gegengewicht 13 aufgehoben. Der Arm ist in einem Fahrwerk gelagert, das aus den Platten 14 mit den Rollen (15) besteht. Dieses Fahrwerk wird auf einem Balken 16 durch eine Kette oder Seilzug bewegt. So kann also somit der Arm an jede beliebige Stelle der Bahn transportiert werden. Ebenso kann der Arm durch motorischen Antrieb ständig über die Bahn hin und her wandern.
Auf diesem Wege würden alle Schwankungen des Flächengewichtes ermittelt werden, die dann einem schreibenden Instrument übermittelt werden, so dass durch diese Aufzeichnung eine Darstellung des Gewichtsprofiles quer zur Laufrichtung der Bahn entsteht.
Bei den schnellaufenden Bahnen würde das Verbleiben des Fühlers in seiner Arbeitsstellung eine Gefährdung bedeuten, wenn die Bahn bricht. Die Papierbahn würde sich an dem Fühler festhängen und zu einer Anstauung von Papier führen, die eine Erschwerung des Wiederaufführens der Bahn bedeutet. Um diese Gefahr zu beseitigen, ist an dem Fahrwerk eine Hubvorrichtung angebracht, z. B. ein Luftdruckzylinder 17. Dieser Luftdruckzylinder wird von der Kühlluft für das Gehäuse 1 gespeist.
Bei normaler Arbeitsweise ist der Druck der Kühlluft zu gering, um den Zylinder zur Arbeitsleistung zu veranlassen. Sobald jedoch die Bahn gebrochen ist, wird die Anderung des Messwertes des Flächengewichtsmessers oder des Feuchtigkeitsmessers ausgenutzt zur Erzeugung eines Impulses, der z. B. auf ein Magnetventil gegeben werden kann, das den Luftdruck bedeutend erhöht, wodurch der Zylinder den Fühler so weit anhebt, dass er nicht mehr störend wirkt in der Arbeitsebene der Bahn. Ebenso können andere Mittel zur Wirkung gebracht werden, z. B. ein Elektromotor, die diese Bewegung veranlassen.
Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, wird der Fühler für die Feuchtigkeitsmessung 18, hier ein Streufeldkondensator, neben dem Fühler für die Flächengewichtsmessung auf die gleiche Halterung gesetzt. Da für die Feuchtigkeitsmessung die gleichen Voraussetzungen bestehen wie für das Messgerät für das Flächengewicht hinsichtlich der Beweglichkeit des Fühlers über alle Teile der Bahn und seiner schnellen Entfernung aus der Bahn, wenn diese gebrochen ist, ergibt sich der Vorteil, dass für beide Messgeräte anstatt früher zwei, nur eine Traversiervorrichtung und ein Antrieb erforderlich sind. Das ist besonders wichtig bei den engen Platzverhältnissen, die zur Vermeidung langer, freier Papierbahnen in der Papiermaschine gegeben sind.
Die vorbeschriebene Messeinrichtung ermöglicht es, die Mängel der bekannten Flächengewichtsmesser für laufende Bahnen zu vermeiden. Darüber hinaus wird es durch diese Messeinrichtung überhaupt erst möglich, Flächengewichtsmessungen quer über die ganze Bahn bei hohen Geschwindigkeiten der Bahn durchzuführen. Es werden ausserdem wesentliche Einsparungen in den Herstellungskosten der Messeinrichtung erzielt, weil die Feuchtigkeitsmessung und die Flächengewichtsmessung gemeinsam durchgeführt werden.