Verfahren
und Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Art finden in der Holzwerkstoff-,
Zellstoff- und Papierindustrie Anwendung. Im Folgenden wird zur
Beschreibung der Erfindung auf ihre Anwendung in der Holzwerkstoffindustrie
abgestellt. Hierdurch soll die Reichweite der Erfindung jedoch in
keiner Weise beschnitten werden.
Bei
der Herstellung von Holzwerkstoffplatten in Form so genannter Faserplatten,
wie beispielsweise mitteldichter Faserplatten (MDF), ist es bekannt, Holz
in Holzhackschnitzel zu zerkleinern, die Holzhackschnitzel in einem
Vorlagebehälter
zu wässern und
mit einer Stopfschnecke vom Grund des Vorlagebehälters abzuziehen und einem
Kocher zuzuführen. Die
Zuführung
der Holzhackschnitzel über
eine Stopfschnecke ist erforderlich, um die Holzhackschnitzel gegen
einen erhöhten
Innendruck des Kochers in den Kocher hinein zu fördern und dabei auch den Kocher
gegen einen Druckverlust abzudichten. In der Stopfschnecke werden
die Holzhackschnitzel zu einem massiven Pfropf verdichtet, wobei überschüssiges Wasser
von der Wässerung
der Holzhackschnitzel abgepresst wird. In dem Kocher werden die
Holzhackschnitzel dem erhöhten
Druck und erhöhter
Temperatur ausgesetzt, um die Bindung zwischen den Holzfasern zu
lockern. Wenn die Holzhackschnitzel nach einer gewissen Verweildauer
in dem Kocher durch eine Austrageinrichtung aus dem Kocher herausgefördert werden,
wobei der Druck in dem Kocher schlagartig entspannt wird, zerlegen sich
die Holzhackschnitzel in die einzelnen Holzfasern. Diese Holzfasern
werden von einem durch die Entspannung hervorgerufenen Wasserdampfstrom durch
einen Blasgang gefördert,
in dem sie bereits mit Bindemittel beleimt werden können, bevor
sie dann in einen Trockner eintreten, in dem sie in einem Strom
von trockenem heißen
Gas auf eine gewünschte
Faserfeuchtigkeit eingestellt werden. Der durch den überschüssigen Wasserdampf
angereicherte Gasstrom wird in einem Abscheider von den Holzfasern
abgeschieden, aus dem die Holzfasern dann für die Ausformung einer Fasermatte
ausgetragen werden. Falls keine Beleimung der Holzfasern in dem
Blasgang erfolgte, ist diese noch vor oder während der Ausformung der Fasermatte
vorzunehmen, die anschließend
bei erhöhter
Temperatur und in der Regel auch unter erhöhtem Druck zu der gewünschten
Faserplatte ausgeformt wird, wobei das Bindemittel aushärtet. Um
die Holzfasern auf der gewünschten
Faserfeuchte zu halten, wird derzeit eine Messung der Faserfeuchte
an den Holzfasern am Ausgang des Abscheiders durchgeführt. Wenn
hier Abweichungen zwischen der gewünschten Faserfeuchte und der
tatsächlichen
Faserfeuchte registriert werden, wird die Einstellung des Trockners
z. B. bezüglich
der Temperatur und/oder des Volumens des Gases, mit dem die Fasern
getrocknet werden, modifiziert. Dabei erfolgt die Modifikation anhand
von Erfahrungswerten bezüglich
des Einflusses der Einstellungen des Trockners auf die damit erreichte
Faserfeuchte. Bei dieser Art der Feedback-Regelung des Trockners,
um die Faserfeuchte konstant zu halten, sind Schwankungen der Faserfeuchte
von wenigen Prozentpunkten einzuhalten, sie sind jedoch über schwankende
Zusammensetzungen der Holzhackschnitzel nicht weiter zu reduzieren.
Grundsätzlich
ist eine möglichst
hohe, aber nicht zu hohe Faserfeuchte der Holzfasern bei der Herstellung
von Faserplatten von Interesse. Während eine zu hohe Faserfeuchte
zu einer die Holzfaserplatten zerstörenden Spaltbildung beim heißen Verpressen
führt und
daher unbedingt zu vermeiden ist, resultiert eine niedrige Faserfeuchte
in schwankende Dichteprofile und andere Qualitätsmängel bei den Holzfaserplatten. Durch
eine maximal hohe, aber nicht zu hohe Faserfeuchte wird einerseits
Energie sowohl durch weniger weitgehendes Trocknen der Holzfasern
als auch durch eine besser Wärmeleitfähigkeit
der Matten beim heißen
Verpressen zu der Holzfaserplatte eingespart und damit andererseits
auch eine maximale Kapazitätsausnutzung
einer Holzfaserplattenherstellungsanlage erreicht. Je größer aber
die Schwankungen bei der Faserfeuchte der Holzfasern sind, desto geringer
muss die Faserfeuchte im Mittel eingestellt werden, um die mit einer
zu hohen Faserfeuchte verbundenen Probleme zuverlässig zu
verhindern.
AUFGABE DER
ERFINDUNG
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Faserfeuchte
der gewonnenen Holzfasern in engeren Grenzen als bisher konstant
gehalten werden kann, um die mittlere Faserfeuchte bei der Herstellung
von Holzfaserplatten ohne das Risiko einer zu hohen Faserfeuchte
signifikant anheben zu können.
LÖSUNG
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Bevorzugte
Ausführungsform
des neuen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 beschrieben. Die
Unteransprüche
9 bis 11 betreffen bevorzugte Ausführungsformen der neuen Vorrichtung.
BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
Bei
dem neuen Verfahren wird die Leitfähigkeit der Holzhackschnitzel
im Bereich eines Pfropfs aus den Holzhackschnitzeln am Ausgang der
Stopfschnecke gemessen und als Steuerparameter für die Steuerung der weiteren
Verarbeitung der Holzhackschnitzel und/oder der Holzfasern verwendet.
Die Leitfähigkeit
der Holzhackschnitzel stellt ein Maß für die Faserfeuchte der Holzfasern
dar, die bei den einzelnen Holzhackschnitzeln noch zusammenhängen. Überraschender
Weise kann dieses Maß für die Faserfeuchte
der Holzfasern in den Holzhackschnitzeln in dem Pfropf aus den Holzhackschnitzeln
am Ausgang der Stopfschnecke mit ausreichender Genauigkeit für eine anschließende Verwendung
als Steuerparameter bei der Steuerung der weiteren Verarbeitung
der Holzhackschnitzel und/oder der Holzfasern gewonnen werden, und
stellt es eine relevante Aussage in Bezug auf die spätere Faserfeuchte
der aus den Holzhackschnitzeln vereinzelten Holzfasern dar. Tatsächlich lassen
sich mit dem neuen Verfahren aussagekräftige Informationen über die
Holzfasern in den Holzhackschnitzeln gewinnen, die die Faserfeuchte
der Holzhackschnitzel trotz ihrer umfangreichen Behandlung bis nach
der Auflösung
der Holzhackschnitzel in die einzelnen Holzfasern bestimmen. Indem
dieser entscheidende Ausgangswert für die Faserfeuchte der gewonnenen
Holzfaser bei dem neuen Verfahren sehr früh bestimmt wird, kann er für alle nachfolgenden
Behandlungen der Holzhackschnitzel und der Holzfasern als Steuerparameter verwendet
werden, um letztlich eine konstante Faserfeuchte zu erreichen. Bei
dem neuen Verfahren wird damit eine Feedforward-Steuerung realisiert,
mit der bei schwankenden Eingangsparametern die Faserfeuchte in
engeren Grenzen gehalten werden kann als bei der aus dem Stand der
Technik bekannten Feedback-Regelung.
Natürlich kann
bei dem neuen Verfahren die gemessene Leitfähigkeit der Holzhackschnitzel
im Bereich eines Pfropfs aus den Holzhackschnitzeln auch im Sinne
einer Feedback-Regelung für
die Steuerung von davor liegenden Schritten der Behandlung der Holzhackschnitzel
genutzt werden. Das Besondere an der vorliegenden Erfindung ist
aber die Feedvorward-Steuerung der weiteren Verarbeitung der Holzhackschnitzel
und/oder der Holzfasern.
Konkret
kann die Leitfähigkeit
der Holzhackschnitzel bei dem neuen Verfahren zur Steuerung eines
Trockners verwendet werden, mit dem die Faserfeuchte der Holzfasern
beispielsweise auf ein für
die Herstellung von Faserplatten gewünschtes Maß eingestellt wird.
Dabei
kann der Trockner weiterhin in Abhängigkeit von einer an seinem
Ausgang gemessenen Faserfeuchte der Holzfasern gesteuert werden,
wie dies im Stand der Technik bislang ausschließlich der Fall war.
Es
versteht sich, dass beim Steuern des Trockners die Laufzeit der
Holzhackschnitzel und der aus ihnen gewonnenen Holzfasern von der
Stopfschnecke bis zu dem Trockner zu berücksichtigen ist.
Wenn
die Holzhackschnitzel bei dem neuen Verfahren vor dem Zuführen in
dem Kocher gewässert
werden, wird überschüssiges Wasser
in der Stopfpresse von den Holzhackschnitzeln abgepresst, bevor
die Leitfähigkeit
der Holzhackschnitzel gemessen wird. Die Leitfähigkeit der Holzhackschnitzel hängt damit
nicht von zuvor zugesetztem freiem Wasser, sondern ausschließlich von
der Faserfeuchte der die Holzhackschnitzel ausbildenden Holzfasern
ab.
Dies
gilt zumindest solange, wie die Stopfschnecke in der Lage ist, das überschüssige Wasser vollständig abzupressen.
Diese Fähigkeit
der Stopfschnecke wiederum geht einher mit ihrer Fähigkeit, den
Kocher durch den Pfropf aus den Holzhackschnitzeln bezüglich des
in ihm herrschenden Drucks abzudichten. So kann die Abdichtung des
Kochers durch die Stopfschnecke bei dem neuen Verfahren durch Beobachten
des Langzeitverlaufs der Leitfähigkeit
der Holzhackschnitzel überwacht
werden. Kommt es dabei zu einem anhaltenden Anstieg der Leitfähigkeit,
weist dies auf nicht mehr vollständig
abgepresste Anteile des überschüssigen Wassers
und damit einem Verschleiß der
Stopfschnecke hin.
Die
Leitfähigkeit
der Holzhackschnitzel kann bei dem neuen Verfahren direkt durch
Kontaktieren des Pfropfs aus den Holzhackschnitzeln mit Messelektroden
gemessen werden. Es ist aber auch eine indirekte Leitfähigkeitsmessung
möglich
bei der die von der Leitfähikkeit
der Holzhackschnitzel abhängigen
induktiven oder kapazitiven Eigenschaften des Pfropfs erfasst werden.
Beispielsweise kann der Pfropf Teil eines Dielektrikums einer Kondensatoranordnung
oder Teil des Kerns einer Spulenanordnung sein, deren Wechselstromwiderstand
sich mit jeder Änderung
der Leitfähigkeit
der Holzhackschnitzel ändert.
Wenn
die Leitfähigkeit
wie bei einer einzelnen direkten Messung über Messelektroden nur für einen
lokalen Bereich des Umfangs des Pfropfs bestimmt wird, ist es bevorzugt,
wenn die Leitfähigkeit der
Holzhackschnitzel in mehreren Umfangsbereichen des Pfropfs aus den
Holzhackschnitzeln gemessen wird. Es ist selbst bei konstanter Faserfeuchte
der Holzfasern in den Holzhackschnitzeln nicht zu erwarten, dass
die interessierende Faserfeuchte als keinen Schwankungen unterworfener
konstanter Wert gemessen werden kann. Vielmehr ist der jeweils gemessene
Wert auch von der elektrischen Kontaktierung der Holzhackschnitzel
und Strukturinhomogenitäten
des Pfropfs aus den Holzhackschnitzeln abhängig. Es macht daher Sinn,
möglichst
mehrere Leitfähigkeitsmesswerte
für die
jeweils einen Pfropf ausbildende Menge an Holzhackschnitzeln zu gewinnen.
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung,
mit der das neue Verfahren umgesetzt werden kann, weist am Ausgang
der Stopfschnecke eine Leitfähigkeitsmesseinrichtung
für das
Messen der Leitfähigkeit
der Holzhackschnitzel im Bereich eine Pfropfs aus den Holzhackschnitzeln
auf. Dabei kann, wenn die Leitfähigkeitsmesseinrichtung
für eine
direkte Messung der Leitfähigkeit
der Holzhackschnitzel vorgesehen ist, ein Gehäuse der Stopfschnecke mindestens
eine Querbohrung aufweisen, die eine gegenüber dem Gehäuse isolierte Messelektrode
dichtend aufnimmt. Die Messelektrode kontaktiert den Pfropf am Innenumfang
des Gehäuses.
Jeder Abrieb des Gehäuses wirkt
sich gleichermaßen
auf die Messelektrode auf. Die Messanordnung bleibt also trotz eines
nicht vermeidbaren Abriebs am Innenumfang des Gehäuses immer
dieselbe. Die Leitfähigkeitsmesseinrichtung kann
die Leitfähigkeit
zwischen der bereits erwähnten
Messelektrode und dem Gehäuse
und/oder mindestens einer weiteren Messelektrode messen. Dabei ist
wichtig darauf zu achten, dass der bei einer bestimmten Spannung
durch die Messanordnung fließende
Strom tatsächlich
im Wesentlichen von der Leitfähigkeit
der Holzhackschnitzel abhängt.
Bevorzugt
sind Leitfähigkeitsmesseinrichtungen
bei der neuen Vorrichtung, die über
den Umfang der Stopfschnecke verteilt eine Mehrzahl von mindestens
drei Messelektroden aufweisen, um auch die Homogenität der Verteilung
der Faserfeuchte über den
jeweiligen Pfropf aus den Holzhackschnitzeln zu erfassen.
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung
genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer
Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ
zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen
erzielt werden müssen.
Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten
Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander
sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen.
Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen
der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls
abweichend von den gewählten
Rückbeziehungen
der Patentansprüche
möglich
und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in
separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung
genannt werden. Diese Merkmale können
auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso
können in
den Patentansprüchen
aufgeführte
Merkmale für weitere
Ausführungsformen
der Erfindung entfallen.
In 1 ist
eine Stopfschnecke 1 im Querschnitt wiedergegeben. In einem
Gehäuse 2 der Stopfschnecke 1 läuft eine
Förderschnecke 3 um eine
Achse 4 um, so dass eine Schneckenwendel 5 der
Förderschnecke 3 Holzhackschnitzel 6,
die der Stopfschnecke 2 an ihrem Einlass 7 zugeführt werden
und hier nicht einzeln dargestellt sind, nach rechts fördert und
dabei zu einem kompakten Pfropf zusammenpresst. Für den Antrieb
der Förderschnecke 3 ist
ein in 1 nur schematisch wiedergegebener Antriebsmotor 8 vorgesehen.
Der Pfropf aus den Holzhackschnitzeln 6 dient primär dazu,
einen Kocher 9 abzudichten, dem die Holzhackschnitzel 6 zugeführt werden.
In dem Kocher 9 herrscht nicht nur eine erhöhte Temperatur,
sondern auch ein erhöhter Druck,
der über
die Stopfschnecke 2 nicht entweichen soll und gegen den
die Holzhackschnitzel 6 in den Kocher 9 hineingedrückt werden
müssen.
Dabei ist am Eingang des Kochers 9 in der Regel ein hier nicht
dargestellter Gegendruckkörper
für die
Holzhackschnitzel 6 vorgesehen, der sicherstellt, dass sich
der gewünschte
Pfropf aus den Holzhackschnitzeln 6 in der Stopfschnecke 2 aufbaut.
Beim Aufbauen des Pfropfs aus den Holzhackschnitzeln wird überschüssiges Wasser,
mit dem die Holzhackschnitzel 6 in einem Vorlagebehälter 10 gewässert sein können, abgepresst,
so dass im Bereich des Pfropfs nur das in den Holzfasern der Holzhackschnitzel 6 gebundene
Wasser vorliegt. Dieser Wassergehalt, d. h. die Faserfeuchte der
die Holzhackschnitzel 6 ausbildenden Holzfasern wird durch
eine Leitfähigkeitsmesseinrichtung 11 gemessen.
Konkret misst die Leitfähigkeitsmesseinrichtung 11 die
Leitfähigkeit des
Pfropfs aus den Holzhackschnitzeln 6 zwischen zwei Elektroden 12 und 13,
die den Pfropf am Innenumfang 17 des Gehäuses 2 an
zwei voneinander beabstandeten Punkten kontaktieren. Je größer die
Faserfeuchte ist, desto größer ist
die von der Leitfähigkeitsmesseinrichtung 11 registrierte
Leitfähigkeit
zwischen den Elektroden 12 und 13. Die gemessene Leitfähigkeit
kann als Steuerparameter 14 nicht nur wie hier dargestellt
für den
Kocher 9 sondern auch für alle
sich daran anschließenden
Einrichtungen zur weiteren Aufbereitung der Holzhackschnitzel 6 bzw. daraus
gewonnener Holzfasern verwendet werden, aber auch für den Vorlagebehälter 10.
Weiterhin kann eine Langzeitbeobachtung der Leitfähigkeit
der Holzhackschnitzel 6 im Bereich des Pfropfs genutzt
werden, um festzustellen, in wieweit trotz einer unvermeidbaren
Abnutzung der Stopfschnecke 1 sowohl an ihrem Gehäuse 2 als
auch ihrer Förderschnecke 3 noch
eine vollständige
Abpressung des überschüssigen und
nicht in den Holzfasern gebundenen Wassers von den Holzhackschnitzeln
erfolgt. Wenn diese Abpressung nicht mehr gewährleistet ist, ist es an der Zeit,
zumindest die Förderschnecke 3 auszutauschen,
weil dann auch die Abdichtung des Kochers 9 nicht mehr
sichergestellt ist.
In 3 ist
für eine
andere Ausführungsform der
neuen Vorrichtung skizziert, dass eine Vielzahl von Elektroden 12,
die über
den Umfang des Gehäuses 2 der
Stopfschnecke 1 verteilt sind, an die Leitfähigkeitsmesseinrichtung 11 angeschlossen
sein kann. Dabei kann der Abschnitt 15 des Gehäuses 2, in
dem die Elektroden 12 angeordnet sind, aus elektrisch nicht leitfähigem Material
bestehen oder an seinem Innenumfang 17 mit einer isolierenden
Beschichtung versehen sein, oder für jede der Elektroden 12 kann
die Messanordnung gemäß 2 vorgesehen
sein. In jedem Fall ist es mit der Vielzahl der Elektroden 12 möglich, die
Leitfähigkeit
der Holzhackschnitzel in dem sich in dem Abschnitt 15 des Gehäuses 2 ausbildenden
Pfropf an mehreren Stellen gleichzeitig oder hintereinander zu messen,
um mehr Informationen über
die Faserfeuchte der Holzfasern in den Holzhackschnitzeln zu gewinnen,
um beispielsweise die Homogenität
der Verteilung der Faserfeuchte zu erfassen. Darüber hinaus können bei
der Messanordnung gemäß 3 einzelne
Elektroden 12 ausfallen, ohne dass die Vorrichtung insgesamt
ihre Funktion verliert. Die Leitfähigkeitsmesseinrichtung 11 kann
die einzelnen Elektroden 12 bzw. die aus diesen und zugehörigen Gegenelektroden, bei
denen es sich um andere Elektroden 12 handeln kann, parallel
zueinander oder auch sequenziell abfragt.
4 skizziert
die Gewinnung von beleimten Holzfasern 18 für die Herstellung 19 von
Holzfaserplatten. Hierzu werden die Holzhackschnitzel 6 aus dem
Kocher 9 gemäß 1 mit
einer Austrageinrichtung 20 ausgetragen, in der der Druck
im Inneren des Kochers 9 schlagartig abgebaut wird, so
dass sich die Holzhackschnitzel 6 in einzelne Holzfasern
auflösen.
Diese Holzfasern gelangen durch einen Blasgang 21 in einen
Trockner 22. Zuvor werden sie innerhalb des Blasgangs 21 mit
Bindemittel 23 besprüht.
In dem Trockner 22 wird die Feuchtigkeit der Holzfasern
durch einen Strom von heißem
trockenen Gas eingestellt. Das heiße trockene Gas wird in einem
Brenner 24 durch Verbrennen von Heizgas 25 zubereitet.
Die Steuerung des Brenners 24 ist hier durch ein Ventil 26 angedeutet,
das die Menge des dem Brenner 24 zugeführten Heizgases 25 einstellt. Die
Einstellung des Ventils 26 erfolgt dabei in Abhängigkeit
von dem Steuerparameter 14, der aus der von der Leitfähigkeitsmesseinrichtung 11 ermittelten
Leitfähigkeit
der Holzhackschnitzel abgeleitet wird. Dabei wird für die Steuerung
des Brenners 24 die Laufzeit der Holzfasern von dem Pfropf
aus den Holzhackschnitzeln, an dem die Leitfähigkeit gemessen wird, bis
zu ihrem Eintritt in den Trockner 22 berücksichtigt.
Aus dem Trockner 22 gelangen die Holzfasern in einen Abscheider 27,
wo sie von dem Gasstrom des Trockners 22 und der von diesem
aufgenommenen überschüssigen Feuchtigkeit
getrennt werden. Am Ausgang des Abscheiders 27 wird mit
einer Messeinrichtung 28 die Faserfeuchte der beleimten
Holzfasern 18 gemessen, und hieraus wird ein weiterer Steuerparameter 29 ermittelt,
der ebenfalls zur Steuerung des Trockners 22 verwendet
wird. Durch die Feedforward-Steuerung des Brenners 22 mit
Hilfe der durch die Leitfähigkeitsmesseinrichtung 11 bestimmten
Faserfeuchte in den Holzhackschnitzeln 6 erlaubt das in 4 skizzierte
Verfahren zur Gewinnung von Holzfasern 18 aus Holzhackschnitzeln 6 insgesamt,
die Faserfeuchte der Holzfasern 18 in einem sehr kleinen
Fenster zu halten. Damit kann die Faserfeuchte gegen die Grenze,
bei der die Gefahr einer Spaltbildung besteht, erhöht werden,
um Energie einzusparen und die Kapazität einer Holzfaserplattenherstellungsanlage
voll auszunutzen.