DE102004061763A1

DE102004061763A1 - Presswalze in einer Pressenpartie einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn

Info

Publication number: DE102004061763A1
Application number: DE200410061763
Authority: DE
Inventors: Kerstin Bechtel; Michael Dr. Schwarz; Niels Hardt
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06
Also published as: WO2006067039A1

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn (1) aus einer Faserstoffsuspension unter Berücksichtigung des Bahnzugs in einer Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnzug während der Herstellung der Faserstoffbahn (1) aus mit der Herstellung in Verbindung stehenden Daten gewonnen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn aus einer Faserstoffsuspension unter Berücksichtigung des Bahnzugs in einer Maschine.

In der älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 103 50 970.4 wird eine in mehrere Abschnitte unterteilte Papiermaschine vorgeschlagen, die mit einer Regeleinrichtung zur Regelung von Bahnzügen ausgestattet ist, die in einer Materialbahn, die in der Papiermaschine hergestellt wird, in den einzelnen Abschnitten herrschen. Dabei ist in dieser Papiermaschine vorgesehen, dass die Bahnzüge unter Berücksichtigung hinterlegter Mindestwerte für die in den einzelnen Abschnitten herrschenden Bahnzüge unter Berücksichtigung hinterlegter Mindestwerte für einen entlang der gesamten Papiermaschine herrschenden Bahnzug und unter Berücksichtigung einer Festigkeitsgrenze der Materialbahn aufeinander abgestimmt und geregelt werden. Jedoch wird nicht angegeben, wie groß der erforderliche Bahnzug in Abstimmung mit dem maximal möglichen Wert sein muss.

Ferner ist aus der DE 199 56 752 A1 ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung von Antrieben in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, mit einer Pressenpartie bekannt, in der die Faserstoffbahn zur Entwässerung gemeinsam mit mindestens einem Band durch wenigstens einen, von zwei Presswalzen gebildeten Pressspalt läuft, und mit einer nachfolgenden Trockenpartie, in der die Faserstoffbahn mit zumindest einem Band über beheizte Trockenzylinder geführt wird. Dabei wird die Faserstoffbahn an wenigstens einer Übergabestelle zwischen zwei mitlaufenden Transferelementen übergeben. Das übernehmende Transferelement weist hierbei eine höhere Geschwindigkeit als das übergebende Transferelement auf. Um eine sichere Übergabe der Faserstoffbahn auch bei hohen Geschwindigkeiten zu ermöglichen, zeichnet sich das bekannte Verfahren dadurch aus, dass die Geschwindigkeitsdifferenz der Transferelemente an der Übergabestelle zumindest im wesentlichen in Abhängigkeit vom Feuchtegehalt der Faserstoffbahn eingestellt wird.

Eine Papierbahn muss von der Blattbildung bis zur Aufrollung zu einer Bahnrolle unter Spannung gehalten werden. Dies erfolgt durch schrittweise Zugerhöhung, d. h. Dehnung, in Bahnlaufrichtung. Bei zu niedrigem Bahnzug wird der Bahnlauf durch die Bildung von Falten oder durch Bahnflattern beeinträchtigt. Bei zu hohem Bahnzug wird die Festigkeit der Papierbahn überschritten; die Folge ist eine Verringerung der Qualität der Papierbahn, beispielsweise erhöhte Porosität, oder es kommt sogar zu Bahnabrissen. Nach dem heutigen Stand der Technik muss der Bahnzug manuell angepasst werden. Eine Messung der dabei aufgebrachten Kraft oder der zugehörigen Bahnspannung ist jedoch nicht möglich. Der Elastizitätsmodul, also die Beziehung zwischen dem Bahnzug und der Bahnspannung, ist aber sowohl von Stoffeigenschaften als auch von Einstellungen der Maschine abhängig.

Während heute das Personal zur Bedienung einer Papiermaschine noch versucht den Bahnzug nach Gefühl und, wenn möglich, nach optischer Bewertung einzustellen, ist dies in Zukunft kaum mehr möglich, da die kritischen Stellen in der Papiermaschine oft nicht mehr einsehbar sind, da bedingt durch die hohen Geschwindigkeiten, die höher als 1500 m/min oder sogar höher als 1800 m/min liegen, lange freie Züge vermieden werden müssen und die Papiermaschine zur Vermeidung von Verschmutzungen oft abgedeckt wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn so auszugestalten, dass die Qualität der Faserstoffbahn verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Bahnzug während der Herstellung der Faserstoffbahn aus mit der Herstellung in Verbindung stehenden Daten gewonnen d. h. berechnet und angepasst wird.

Durch die Erfindung werden die Bahnzüge in einer Papiermaschine optimiert, so dass auch bei unterschiedlichen Produktionssorten und -bedingungen die Bahnzüge nur gerade so hoch sind wie minimal erforderlich. Durch die Erfindung lässt sich der mindestens erforderliche Bahnzug bestimmen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der erforderliche Bahnzug nicht nur vom Trockengehalt der Faserstoffbahn abhängig ist, sondern auch von ihrem Flächengewicht. Dies ist überraschend, da die Festigkeit bei gleicher Stoffzusammensetzung und gleichem Blattaufbau ungefähr proportional dem Flächengewicht ist und somit Fliehkrafteinflüsse ausgeglichen werden müssten. Obwohl die Festigkeit der Faserstoffbahn proportional mit der Zunahme des Flächengewichts steigt, ist die Fliehkraft abhängig vom prozentualen Wasseranteil. Durch die Erfindung werden eine bessere Lauffähigkeit der Papierbahn (Runnability), eine bessere Ausnutzung des Stoffpotentials und eine höhere Qualitätskonstanz erreicht.

Im Ergebnis kommt es zu einer Reduzierung von Produktionsstörungen und damit zu einer Erhöhung der Produktivität.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Durch die Erfindung wird die Berechnung des mindestens erforderlichen sowie des maximal zulässigen Zuges in Abhängigkeit von den Stoffeigenschaften, den Papiereigenschaften und Maschineneinstellungen an kritischen Stellen in der Papiermaschine ermöglicht. Dabei wird der maximal zulässige Bahnzug in Abhängigkeit von Eigenschaften der Faserstoffsuspension oder der aus der Faserstoffsuspension hergestellten Faserstoffbahn ermittelt.

Ebenso ist eine Ausgestaltung des Verfahrens von Vorteil, bei dem der maximal zulässige Bahnzug besonders an den Stellen ermittelt wird, an denen die Gefahr eines Bahnrisses der Faserstoffbahn besteht.

Mit Vorteil ist das Verfahren auch dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich von Parametern der Faserstoffsuspension, der Faserstoffbahn und/oder der Maschine bestimmt wird, innerhalb dessen sich die Maschine störungsfrei betreiben lässt.

In vorteilhafter Weise wird vorgesehen, dass die Parameter zur automatischen Regelung oder zur manuellen Einstellung des Bahnzugs in der Maschine durch Bedienungspersonal herangezogen werden.

Zusätzlich ist es von Vorteil, wenn der Bahnzug in Abhängigkeit vom Flächengewicht und vom Trockengehalt der Faserstoffbahn sowie von der Geschwindigkeit der Maschine ermittelt wird.

Ebenso ist es vorteilhaft, den Bahnzug unter Berücksichtung der Geometrien des Bahnlaufs der Faserstoffbahn in der Maschine zu ermitteln.

In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens lässt sich zur Ermittlung des Bahnzugs oder der Bahnspannung oder der Bahnkräfte in der Faserstoffbahn die Dehnung der Faserstoffbahn während der Herstellung berücksichtigen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Beziehung zwischen dem Bahnzug und der Dehnung der Faserstoffbahn entweder im Labor oder durch Ermittlung der Querkontraktion der Faserstoffbahn ermittelt wird.

Ein derartiges Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass bei der Ermittlung der Beziehung zwischen dem Bahnzug und der Dehnung der Faserstoffbahn sich in der Maschine bei der Herstellung der Faserstoffbahn ergebende Faktoren berücksichtigt werden, insbesondere die Faserorientierung in der Faserstoffbahn im Verhältnis zwischen der Maschinenrichtung und der Querrichtung und/oder des Füllstoffgehalts der Faserstoffbahn.

Zusätzlich ist es von Vorteil, wenn durch einen rechnerischen Abgleich zwischen der erforderlichen Bahnspannung der Faserstoffbahn und der zu der jeweiligen Bahnspannung zugehörigen Dehnung (stoff- und sortenabhängig) der minimal erforderliche sowie der maximal zulässige Bahnzug ermittelt werden.

Vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung des Verfahrens, bei der der Bahnzug mittels eines Berechnungsprogramms bestimmt wird, in dem während des Herstellungsprozesses gewonnene Werte der Maschine und/oder der Faserstoffbahn und/oder aus Labormessungen bekannte Werte aus vorangegangenen Herstellungsprozessen von Faserstoffbahnen, insbesondere auf derselben Maschine, insbesondere in einem Sortenspeicher gespeicherte Werte, berücksichtigt werden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn nach einem der oben angegebenen Verfahren.

Hierbei lässt sich mit Vorteil vorsehen, dass die Maschine Messgeräte und/oder Sensoren und eine Recheneinrichtung zur Ermittlung von Betriebsparametern der Maschine während des Betriebs und/oder von Eigenschaften der Faserstoffbahn umfasst.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Maschine wenigstens eine Regeleinrichtung zur Regelung des Bahnzugs in Abhängigkeit von in der Recheneinrichtung ermittelten Betriebsparametern und/oder der Eigenschaften Maschine oder der Faserstoffbahn auf.

Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Im einzelnen zeigen
1: den Anfang einer einreihigen Trockenpartie und
2: einen schematischen Aufbau einer Regeleinrichtung.
Gemäß der Formel
wird eine Geschwindigkeitsdifferenz Δv ermittelt, die zur Erzielung eines gewünschten Bahnzugs einer sich ursprünglich mit einer Geschwindigkeit v₁ bewegenden Faserstoffbahn 1 dient. Beispielsweise lässt sich eine Faserstoffbahn 1 auf eine höhere Geschwindigkeit v₂ beschleunigen, indem die Faserstoffbahn 1 an ein Trockenfilz 4 oder ein anderes Transportband übergeben wird, das die höhere Geschwindigkeit v₂ aufweist und die Faserstoffbahn mitführt. Der Quotient Δv/v gibt ein Maß für den erforderlichen Bahnzug an.
FG bedeutet das Flächengewicht der Faserstoffbahn, das von einem Scanner am Ende der Papiermaschine von der Aufrollung gemessen wird. Der Faktor v ist die Papiermaschinengeschwindigkeit. Der Faktor TG ist der Trockengehalt der Faserstoffbahn 1, der beispielsweise als eine Funktion des Dampfdrucks in der Trockengruppe gemessen werden kann. Der Faktor f(I/q) ist eine Funktion des Reißlängenverhältnisses aus der Reißlänge der Faserstoffbahn 1 in Längsrichtung im Verhältnis zur Reißlänge in Querrichtung. Hierbei sind a, b, c Koeffizienten, die jeweils für ein bestimmtes Papiermaschinenkonzept gültig sind, beispielsweise für eine Papiermaschine mit einer Tandem-Nipcoflex-Pressenpartie, für jeweils eine Papiersorte, beispielsweise LWC-Papier (Light Weight Coated-Papier), und für ein Stoffmodell, beispielsweise 50 % TMP (Thermomechanical pulp) und 25 % LF (Langfaserzellstoff) für einen bestimmten Stoffeintrag oder eine vorgegebene Papiersorte gültig sind. Diese Koeffizienten werden zunächst in einer Recheneinrichtung voreingestellt und lassen sich anschließend über Kalibrierläufe der Papiermaschine fein einstellten (multivariate Modellierung).
Dabei ist der erforderliche Zug auch in Abhängigkeit vom TG der Faserstoffbahn 1 unterschiedlich, was durch den Faktor g berücksichtigt wird.
Dann wird der bei gegebenen Papiermaschinenparametern mindestens erforderliche Bahnzug mit dem maximal möglichen Bahnzug verglichen. Hierbei fließen die Bahneigenschaften ein. Weil ein Papiermacher die für den Bahnzug kritischen Stellen in einer Papiermaschine nicht mehr einzeln kennen kann, ist es erforderlich, den Prozess der Papierherstellung zu automatisieren.
Es muss eine Vielzahl von Maschineneinstellungen berücksichtigt werden, beispielsweise die Strahlform und Strahlgeschwindigkeit der Faserstoffsuspension im Stoffauflauf oder die Siebeigenschaften in der Siebpartie. Zur Korrektur der hieraus gewonnenen Werte für die Koeffizienten lassen sich übergeordnete Algorithmen heranziehen.
Beispielsweise kann in der Größe a in der oben angegebenen Formel eine Abhängigkeit von den Materialeigenschaften der Walzenoberfläche berücksichtigt werden. Das Gleiche gilt für die Stoffeinflüsse wie den Mahlgrad oder für Online-Messungen in der Faserstoffsuspension, mittels deren sich ebenfalls der Mahlgrad ermitteln lässt. Auch diese Werte können zur automatischen Korrektur der Koeffizienten a, b, c oder weiterer nicht expliziert aufgeführter Koeffizienten herangezogen werden (mehrdimensionale multivariate Modellbildung). Da die Koeffizienten stoffabhängig sind, lässt sich für jede Art von Faserstoffsuspension ein minimaler Bahnzug mit Koeffizienten a₁, b₁, c₁ und ein maximaler Bahnzug mit Koeffizienten a₂, b₂, c₂ berechnen. Die oben angegebene Formel führt so zu einem Betriebsfenster, in dem sich die Papiermaschine betreiben lässt mit einer maximal zulässigen Geschwindigkeitsdifferenz Δv_max mit den Koeffizienten a₁, b₁, c₁ und mit einer minimal erforderlichen Geschwindigkeitsdifferenz Δv_min mit den Koeffizienten a₂, b₂, c₂. Diese Werte lassen sich in einem Online-Modellierungsprogramm ermitteln.
Der durch die oben wiedergegebene Formel dargestellte Zusammenhang lässt sich auch zur Regelung des Bahnzugs verwenden.
Dabei wird die Formel für eine bestimmte Papiermaschinen-Konfiguration, für die jeweilige Papiersorte und für eine bestimmte Papiermaschinengeschwindigkeit ausgewertet und dem maximal zulässigen Bahnzug, d. h. der Dehnung der Faserstoffbahn gegenübergestellt , d. h. mit diesem verglichen. Die maximale Dehnung der Faserstoffbahn kann durch einen Zugversuch im Labor ermittelt werden. Ebenso können Sicherheitsfaktoren berücksichtigt werden, wodurch beispielsweise nur 80 % der maximalen Dehnung bzw. der maximalen Zugbeanspruchung zum Vergleich herangezogen werden. Ergibt nun der Vergleich, dass der erforderliche Bahnzug höher ist als der erlaubte Vergleichswert, so müssen Gegenmaßnahmen ergriffen werden, da sonst Bahnlaufstörungen und Abrisse eintreten können.
Eine Gegenmaßnahme kann beispielsweise darin bestehen, die Geschwindigkeitsdifferenz an dieser Stelle in der Papiermaschine anzupassen. Oder es kann beispielsweise der Trockengehalt an der kritischen Stelle erhöht werden (durch zusätzliche Trocknung der Faserstoffbahn 1), um so den erforderlichen Bahnzug zu reduzieren.
Bei der Regelung wird der Ist-Bahnzug aus den Geschwindigkeiten der Faserstoffbahn 1 vor und nach der kritischen Stelle ermittelt. Die kritische Stelle kann beispielsweise ein freier Zug und/oder die Ablösestelle der Faserstoffbahn 1 an einer glatten Fläche, beispielsweise einer Presswalze oder eines Trockenzylinders 3, 6, sein.
Gemäß 1 wird eine aus einer Pressenpartie kommende Papierbahn 1 von einem Transferband 2 auf einen ersten Trockenzylinder 3 transportiert und an diesen abgegeben. Dabei hat die Papierbahn 1 eine Geschwindigkeit v₁. Anschließend wird die Papierbahn 1 auf dem Umfang des Trockenzylinders 3 an einen sich mit einer Geschwindigkeit v₂ bewegenden Trockenfilz 4 überführt und über eine Trockensiebsaugwalze 5 zu einem weiteren Trockenzylinder 6 überführt. Im Bereich vor der Überführung auf den Trockenfilz 4 liegt eine für den Bahnzug kritische Stelle; daher werden vorzugsweise in diesem Bereich Sensoren 7, 8 (2) angeordnet, die die verschiedenen Bahngeschwindigkeiten v₁, v₂ messen. Die Geschwindigkeiten können direkt über die Oberflächenspannung, beispielsweise mittels der beiden Sensoren 7, 8 oder über Drehzahl-Sensoren, vor und nach der kritischen Stelle K ermittelt werden. Die von den Sensoren 7, 8 ermittelten Geschwindigkeitswerte v₁, v₂ werden einer Regeleinrichtung 9 zugeführt, die unter Berücksichtigung der Werte v₁, v₂ einen Aktuator 10 zur Einstellung der Geschwindigkeit oder beispielsweise zur Einstellung des Dampfdrucks betätigt. In den Regelungsvorgang in der Regeleinrichtung 9 fließen zusätzlich auch andere Faktoren, Koeffizienten, Festigkeitswerte oder Kenngrößen der Papiermaschine oder der Faserstoffbahn 1 ein.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn (1) aus einer Faserstoffsuspension unter Berücksichtigung des Bahnzugs in einer Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnzug während der Herstellung der Faserstoffbahn (1) aus mit der Herstellung in Verbindung stehenden Daten gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der maximal zulässige Bahnzug in Abhängigkeit von Eigenschaften der Faserstoffsuspension oder der aus der Faserstoffsuspension hergestellten Faserstoffbahn (1), insbesondere deren Flächengewicht, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der maximal zulässige Bahnzug in Abhängigkeit von Einstellungen der Maschine, insbesondere an solchen Stellen, an denen besonders die Gefahr eines Bahnrisses der Faserstoffbahn (1) besteht, ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich von Parametern der Faserstoffsuspension, der Faserstoffbahn (1) und/oder der Maschine bestimmt wird, innerhalb dessen sich die Maschine störungsfrei betreiben lässt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter zur automatischen Regelung oder zur manuellen Einstellung des Bahnzugs in der Maschine durch Bedienungspersonal herangezogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnzug in Abhängigkeit vom Flächengewicht und vom Trockengehalt der Faserstoffbahn (1) sowie von der Geschwindigkeit der Maschine ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnzug unter Berücksichtung der Geometrien des Bahnlaufs der Faserstoffbahn (1) in der Maschine ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Bahnzugs oder der Bahnspannung oder der Bahnkräfte in der Faserstoffbahn (1) die Dehnung der Faserstoffbahn (1) während der Herstellung berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beziehung zwischen dem Bahnzug und der Dehnung der Faserstoffbahn (1) entweder im Labor oder durch Ermittlung der Querkontraktion der Faserstoffbahn (1) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Beziehung zwischen dem Bahnzug und der Dehnung der Faserstoffbahn (1) Faktoren der Maschine berücksichtigt werden, insbesondere die Faserorientierung in der Faserstoffbahn (1) im Verhältnis zwischen der Maschinenrichtung und der Querrichtung und/oder des Füllstoffgehalts der Faserstoffbahn (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen rechnerischen Abgleich zwischen der erforderlichen Bahnspannung der Faserstoffbahn (1) und der zu der jeweiligen Bahnspannung zugehörigen Dehnung (stoff- und sortenabhängig) der minimal erforderliche sowie der maximal zulässige Bahnzug ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bahnzug mittels eines Berechnungsprogramms bestimmt wird, in dem während des Herstellungsprozesses gewonnene Werte der Maschine und/oder der Faserstoffbahn (1) und/oder aus Labormessungen bekannte Werte aus vorangegangenen Herstellungsprozessen von Faserstoffbahnen, insbesondere auf derselben Maschine, insbesondere in einem Sortenspeicher gespeicherte Werte, berücksichtigt werden.
Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn (1) nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie Messgeräte und/oder Sensoren (7, 8) und eine Recheneinrichtung zur Ermittlung von Betriebsparametern der Maschine während des Betriebs und/oder von Eigenschaften der Faserstoffbahn (1) umfasst.
Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Regeleinrichtung (9) zur Regelung des Bahnzugs in Abhängigkeit von in der Recheneinrichtung ermittelten Betriebsparametern und/oder der Eigenschaften aufweist.