STAND
DER TECHNIK
Bei
der Herstellung von MDF werden zum Beispiel Holzhackschnitzel feucht
zerfasert, wobei am Ende dieses Prozesses eine Druckentspannung steht,
um die Fasern zu vereinzeln. Mit dem bei der Druckentspannung frei
werdenden Wasserdampf wenn die vereinzelten Holzhackschnitzel durch
ein Blasrohr gefördert,
durch das sie zu einem Trockner gelangen. In dem Blasrohr kann auch
die Beleimung der Fasern durch Aufsprühen von Bindemittel erfolgen.
Nach der Einstellung der gewünschten
Feuchtigkeit der Fasern in dem Trockner werden die Fasern zu einer
Fasermatte geformt und anschließend
unter Einwirkung von erhöhtem
Druck und erhöhter
Temperatur zu den gewünschten
Platten ausgeformt, wobei das Bindemittel aushärtet.
Die
Qualität
der derart hergestellten MDF hängt
wesentlich von der Faserqualität,
d. h. der Form und dem Vereinzelungsgrad der Fasern, ab. Die Kontrolle
der Faserqualität
erfolgt bei der MDF-Herstellung häufig nur durch eine subjektive
visuelle Beurteilung von Fasern, die dem Herstellungsprozess vor
dem Formen der Fasermatte entnommen werden. Um diese Faser nicht
nur subjektiv sondern auch objektiv zu beurteilen, sind Faseranalysegeräte mit einer
Kamera und einer Bildverarbeitungseinrichtung für ein Ausgangssignal der Kamera
bekannt. Die derart gewonnenen Messergebnisse sind jedoch für die Auswirkungen
der Faserqualität
auf die aus den Fasern hergestellten MDF wenig aussagekräftig, was
auch darauf zurückzuführen sein
mag, dass die analysierten Fasern nur eine minimale Stichprobe in
Bezug auf das gesamte Faservolumen darstellen. Zudem stehen die
Ergebnisse der Faseranalyse in Bezug auf die Herstellung der MDF
aus den Fasern, für
die die analysierten Fasern repräsentativ
sein sollen, sehr spät
zur Verfügung,
so dass beispielsweise keine Anpassung des MDF-Herstellungsprozesses mehr erfolgen
kann, um festgestellte unterschiedliche Faserqualitäten zu kompensieren.
Aus
der Nassfaserindustrie und Papierindustrie ist ein Faserprobennehmer
bekannt, bei dem über
ein pneumatisches Ventil eine Faserprobe aus dem dortigen Faserstrom
in Form einer flüssigen Suspension
genommen und dann mit einer Kamera und einer der Kamera nachgeschalteten
Bildverarbeitungseinrichtung analysiert wird. Der große Nachteil
dieser bekannten Vorrichtung ist ihre Verstopfungsgefahr. Zudem
ist auch hier die gezogene Fasermenge sehr klein und damit wenig
repräsentativ. Vorteilhaft
ist die Möglichkeit
relativ früh
Informationen über
die Faserqualität
zu gewinnen. Eine einfache Übertragung
dieses Konzepts auf die Herstellung von Formkörpern, insbesondere Platten,
aus Lignocellulose haltigen Fasern im Sinne der vorliegenden Erfindung,
insbesondere die Herstellung von MDF, erscheint jedoch nicht möglich.
AUFGABE
DER ERFINDUNG
Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Herstellung von Formkörpern,
insbesondere Platten aus Lignocellulose haltigen Fasern, aufzuzeigen,
bei denen es aufgrund der Analyse der Faserqualität möglich ist,
frühzeitig
in den Aufschluss der Fasern oder deren Weiterverarbeitung einzugreifen,
um die Qualität
der Formkörper
und/oder den dafür
notwendigen Einsatz an Bindemittel und Energie zu optimieren.
LÖSUNG
Die
Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1
und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs
7 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
des neuen Verfahrens und der neuen Vorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
Bei
dem neuen Verfahren werden die Fasern in dem Blasrohr mit einer
Kamera beobachtet, um die Faserqualität der aufgeschlossenen Fasern
fortlaufend zu analysieren. Die Analyse der Faserqualität erfolgt
damit ständig,
d. h. ununterbrochen oder jedenfalls in so kurzen Abständen, dass
ein wesentlicher Teil der Fasern, der für den Rest der Fasern repräsentativ
ist, in die Analyse der Fasern eingeht. In Bezug auf den Querschnitt
des Blasrohrs, über
den die Fasern mit der Kamera beobachtet werden, kann das Sichtfeld
der Kamera den gesamten Querschnitt abdecken, obwohl dies nicht
zwingend ist. Wieder gilt hier das Kriterium, dass die Kamera die
Fasern so beobachtet, dass ein wesentlicher Teil der Fasern in die
Analyse der Faserqualität
eingeht. Trotz der sehr hohen Geschwindigkeit der Fasern in dem
Blasrohr ist überraschender
Weise mit einer Kamera, die entsprechend kurze Belichtungszeiten
ermöglicht,
die direkte Beobachtung der Fasern in dem Blasrohr so möglich, dass
hieraus erhebliche Parameter in Bezug auf die Faserqualität abgeleitet
werden können. Zum
Beispiel sind in den Bildern der Kamera sehr leicht so genannte
Splitter, d. h. noch nicht vollständig aufgeschlossene Faserverbunde,
zu erkennen, die die Qualität
der aus Ihnen hergestellten Formkörper beeinträchtigen.
Es können
auch noch darüber
hinaus gehende genauere Aussagen über die Faserqualität getroffen
werden. Diese Aussagen sind so früh möglich, dass eine entsprechende
Regelung des Faseraufschlusses nur sehr wenig Fasern mit unerwünschter
Qualität
anfallen lässt
und in jedem Fall eine Steuerung der nachgeschalteten Weiterverarbeitung
der Fasern so erfolgen kann, dass sich etwaige negative Auswirkungen
der Faserqualität
in Grenzen halten lassen. Für
eine Beobachtung mit dem Auge sind die Fasern in dem Blasrohr hingegen
viel zu schnell. Mit dem Auge kann nur eine künstlich verzögerte Folge
von Bildern der Kamera betrachtet werden, wenn die beobachteten
Fasern scharf gesehen werden sollen. Bei dem neuen Verfahren ist
es jedoch bevorzugt, wenn ein Ausgangssignal allenfalls zusätzlich für eine visuelle
Faseranalyse auf einem Bildschirm dargestellt wird.
Bevorzugt
ist es, wenn das Ausgangssignal der Kamera einer automatischen Bildverarbeitung zugeführt wird,
die die Faserqualität
fortlaufend analysiert.
Wenn
bei dem neuen Verfahren beispielsweise so genannte Splitter festgestellt
werden, kann der dem Blasrohr vorgeschaltete Aufschlussprozess so
nachgefahren werden, dass solche Splitter vermieden werden. Der
Erfolg dieser Maßnahme
wird durch die erfindungsgemäße Beobachtung
der Fasern im Blasrohr kurzfristig erfasst. Es liegt damit eine
geschlossene Regelschleife für
den Aufschluss der Fasern vor. In Bezug auf die nachgeschaltete Verarbeitung
der Fasern können
die durch die Beobachtung der Fasern in dem Blasrohr gewonnenen Angaben
zur Faserqualität
genutzt werden, um die Beleimung und das Trocknen der Fasern sowie
das Ausbilden der Fasermatte und das Ausformen der Fasermatte zu
den gewünschten
Formkörpern
in Abhängigkeit
von der festgestellten Faserqualität zu optimieren. Dabei sind
auch erhebliche Energieeinsparungen und Einsparungen an Bindemittel
gegenüber einem
Verfahren möglich,
bei dem die gewünschte Qualität des Endprodukts
ohne Kenntnis der aktuellen Faserqualität eingehalten wird, indem Sicherheitszuschläge gemacht
werden. So kann die eingesetzte Bindemittelmenge minimiert werden,
wenn die Fasern ideal vereinzelt sind, ohne dass dies negative Auswirkungen
auf das Produkt hat.
Wenn
die Fasern bei dem neuen Verfahren in dem Blasrohr beleimt werden,
geschieht dies nach dem Beobachten der Faser mit der Kamera, damit das
Blickfeld der Kamera auf die Fasern nicht durch Bindemittelablagerungen
beeinträchtigt
wird.
Vorzugsweise
werden die Fasern in dem Blasrohr mit der Kamera durch ein Fenster
in dem Blasrohr beobachtet. Das Fenster ist damit zwischen den Fasern
und der Kamera angeordnet und schützt die Kamera vor den Bedingungen
in dem Blasrohr. Es ist aber nicht so, dass ein solches Fenster
binnen kurzer Zeiträume
aufgrund der vorbeiströmenden
Fasern erblindet. Bei geeigneter Materialauswahl für das Fenster
und geeigneter Anordnung des Fensters, so dass dieses nicht direkt
von den Fasern angeströmt
wird, sind wirtschaftliche Standzeiten des Fensters ohne weiteres
zu erreichen.
Bei
dem neuen Verfahren sind sehr kurze Belichtungszeiten der Kamera
erforderlich, um die sich schnell bewegenden Fasern scharf abzubilden. Dies
erfordert relativ hohe Lichtintensitäten, mit denen die Fasern beleuchtet
werden müssen.
Eine solche Beleuchtung erfolgt typischerweise durch dasselbe Fenster,
durch das die Fasern mit der Kamera beobachtet werden, oder auch
durch ein anderes Fenster. Dabei können die Fasern kontinuierlich
beleuchtet werden. Dann muss die kurze Verschlusszeit beim Abbilden
der Faser durch einen Verschluss der Kamera realisiert werden. Alternativ
können
die Fasern in dem Blasrohr mit einer gepulsten Lichtquelle kurzzeitig
beleuchtet werden, um auf dieses Weise die notwendige kurze Belichtungszeit
zu realisieren. Eine hierfür
geeignete Lichtquelle kann einen gepulsten Laser aufweisen.
Das
Fenster der neuen Vorrichtung kann zylindermantelabschnittförmig sein
und einen kurzen Abschnitt der umlaufenden Wandung des Blasrohrs ausbilden.
Das Fenster kann aber auch so ausgebildet sein, dass es zur Reinigung
oder zum Ersatz ohne größere Manipulationen
an dem Blasrohr, möglicherweise
sogar während
des Betriebs der Vorrichtung, beispielsweise durch Verschieben oder
Verdrehen einer größeren Scheibe,
ausgewechselt werden kann.
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.
KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug
auf die beigefügte
Figur näher
erläutert
und beschrieben.
1 skizziert
einen für
die vorliegende Erfindung wesentlichen Teil einer Vorrichtung 1 zur
Herstellung von mitteldichten Faserplatten (= MDF). In einer Aufschlusseinrichtung 2,
die häufig
einen so genannten Refiner aufweist, wird ein Ausgangsmaterial 3,
das Lignocellulose haltige Fasern aufweist, unter Anwesenheit von
Wasser, d. h. feucht, in die einzelnen Fasern aufgeschlossen. Am
Ende des Aufschlusses werden die Fasern durch eine Druckentspannung
eines zuvor aufgebauten Drucks vereinzelt und treten in einem Gasstrom,
der im Wesentlichen aus verdampftem Wasser besteht, in ein Blasrohr 4 über. In
dem Blasrohr 4 werden die Fasern 5, bevor sie
in einen Trockner 6 eintreten, in einer Beleimungsstation 7 mit
Bindemittel 8 besprüht.
An den Trockner 6 schließt sich die Abtrennung der
Fasern von dem Gasstrom, die Formung einer Fasermatte aus den Fasern
und dann das Ausformen der gewünschten
Platten unter erhöhtem
Druck und erhöhter
Temperatur sowie unter Aushärtung
des Bindemittels 8 an. Die Qualität der erhaltenen MDF hängt dabei
von der Faserqualität
der Fasern 5 ab. Um diese zu erfassen, werden die Fasern 5 in
dem Blasrohr 4 mit einer Kamera 9 durch ein Fenster 10 in
dem Blasrohr 4 beobachtet. Das Fenster 10 ist
hier als Zylindermantelabschnitt 11 aus Glas ausgebildet. Durch
das Fenster 10 hindurch erfolgt auch eine Beleuchtung der
Fasern 5 mit einer außerhalb
des Blasrohrs 4 angeordneten Lichtquelle 12. Die
Kamera 9 ist eine an die Strömungsgeschwindigkeit der Fasern 5 durch
das Blasrohr 4 angepasste Hochgeschwindigkeitskamera, die
entweder einen extrem schnellen Verschluss aufweist oder mit einer
gepulsten Lichtquelle 12 synchronisiert ist. Ein Ausgangssignal 13 der
Kamera 9 kann über
einen Framegrabber 14 auf einem Bildschirm 15 dargestellt
werden. Vornehmlich ist aber keine visuelle Analyse der Faserqualität der Fasern 5 vorgesehen,
sondern eine automatische Ermittlung der Faserqualität in einer
Bildverarbeitungseinrichtung 16. Die Bildverarbeitungseinrichtung 16 stellt
beispielsweise das Vorliegen und die Anzahl so genannter Splitter
bei den Fasern fest und gibt dieses und andere Qualitätskriterien 17 an
eine Steuer- und Regeleinrichtung 18 weiter.
Die Steuer- und Regeleinrichtung 18 regelt beispielsweise
in Abhängigkeit von
den Qualitätskriterien 17 mit
einem Regelsignal 19 die Aufschlusseinrichtung 2,
um eine gewünschte Faserqualität der Fasern 5 einzuhalten.
Alternativ oder zusätzlich
steuert sie über
ein Steuersignal 20 den Trockner 6 oder weitere
nachgeschaltete Einrichtungen, die zur Verarbeitung der Fasern 5 vorgesehen
sind, um diese in Abhängigkeit von
der aktuellen Qualität
der Fasern 5 mit optimaler Einstellung zu fahren. So kann
bei den hergestellten MDF mit nach den Umständen minimalem Einsatz an Energie
und Bindemittel eine gewünschte
Produktqualität
zuverlässig
eingehalten werden. Auch der Ausstoß der Vorrichtung 1 kann
auf dieses Weise unter Berücksichtigung
der für
die Qualität
der MDF notwendigen Faserqualität
der Fasern 5 maximiert werden. Einstellungen der Aufschlusseinrichtung 2,
auf die das Regelsignal 19 einwirken kann, sind beispielsweise der
Mahlplattenabstand des Refiners, die Temperatur und/oder die Verweildauer
in einem dem Refiner vorgeschalteten Kocher. Neben dem Trockner
kann das Steuersignal 20 nicht nur diesem nachgeschaltete Einrichtungen
sondern auch die Beleimungsstation 7 und dort konkret die
relative Menge des eingesetzten Bindemittels 8 einstellen.
Die zur Analyse der Faserqualität
der Fasern 5 notwendige Bildverarbeitung in der Bildverarbeitungseinrichtung 16 geht
nicht über die
Fachkenntnisse eines Fachmanns auf dem Gebiet der Bildverarbeitung
hinaus. Überdies
arbeiten bereits bekannte Vorrichtungen zur Bestimmung der Faserqualität auf der
Basis von Bildverarbeitung, wobei allerdings die zugrunde liegenden
Bilder von einer sehr kleinen Stichprobe von aus dem Produktionsprozess
entfernten Fasern stammen.