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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Papier. Die Erfindung findet Anwendung bei der Herstellung und Bearbeitung von Papier, wie etwa Rohpapier, mittels Papiermaschinen. Insbesondere findet die Erfindung auch in der Papierindustrie Anwendung.
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Bei der Herstellung und der Bearbeitung von Papier, die beispielsweise eine Konfektionierung oder Veredelung des Papiers vorsehen kann, wird das Papier in Materialbahnen, insbesondere von Papier oder Kartonbahnen gehandhabt. Die latente Forderung die Produktivität solcher Bearbeitungseinrichtungen zu erhöhen und möglichst gleichzeitig die Kosten zu senken, führt zu immer höheren Produktionsleistungen der Maschinen und in Folge dessen, zu immer höheren Maschinengeschwindigkeiten. Beispielsweise liegen bei Papiermaschinen die Grenzen oft in der Trockenpartie beziehungsweise der hier zur Verfügung stehenden Trockenkapazität und in der Bahnabrissgefahr der Materialbahn. Es ist ohne weiteres einsichtig, dass die Kräfte, die bei niedrigen Geschwindigkeiten unproblematisch sind, bei schnell laufenden Papiermaschinen Erscheinungen wie Bahnflattern und dergleichen verursachen, in der Folge es dann zu Bahnabrissen der Materialbahn kommen kann. Zur Steigerung der Leistungsfähigkeit, werden zudem immer breitere Materialbahnen gefertigt, wodurch die Problematik nochmals verstärkt wird.
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Derartige Bahnabrisse bedeuten naturgemäß einen Produktionsausfall. Ein besonderes Problem in Verbindung mit derartigen Bahnabrissen besteht darüber hinaus darin, dass dann, wenn der Bahnabriss ausnahmsweise unerkannt bleibt, die Materialbahn völlig unkontrolliert durch die Maschine läuft. Entweder wird dabei die Maschine mehr oder weniger völlig verstopft, was gegebenenfalls lange Zeiten zum Aufräumen der Materialbahnreste erforderlich macht oder es kann zu Wickelvorgängen an Walzen, dem so genannten ”Einpacken”, kommen, in deren Folge dann sogar Beschädigungen an den Maschinen auftreten können. So können beispielsweise Lagerzapfen der entsprechenden Walzen brechen, oder es können Bespannungen wie etwa Siebe, Filze oder Bänder der Maschine beschädigt werden.
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Im Stand der Technik sind verschiedene Systeme zur Erkennung von Bahnabrissen bekannt. So ist es beispielsweise möglich einen Bahnabriss mittels Unterdruck zu detektieren. Dazu wird eine Walze von einer Papierbahn zumindest teilweise umschlungen und innerhalb der Walze ein Unterdruck erzeugt, der durch Öffnungen bis zur umschlingenden Papierbahn weitergeleitet wird. Im Falle eines Bahnabrisses werden die betroffenen Öffnungen durch die Papierbahn nicht mehr abgedeckt und der innerhalb der Walze herrschende Luftdruck steigt an. Ein solcher Luftdruckanstieg kann dann mittels Sensoren erfasst und als Bahnabriss erkannt werden. Nachteilig bei diesem System ist jedoch die relativ langsame Reaktionszeit, welche bei den hohen Fördergeschwindigkeiten von beispielsweise 20 m/s zwischenzeitlich als zu langsam angesehen werden. Darüber hinaus kann es auch zu einem Nichterkennen oder fehlerhaften Erkennen von Bahnabrissen kommen.
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Weiterhin bekannt im Stand der Technik sind Systeme bei denen eine punktuelle Überwachung der Papierbahnen erfolgt. Auch hier kann es zu einem Nichterkennen oder fehlerhaften Erkennen von Bahnabrissen kommen. Solche punktuellen Systeme arbeiten etwa mit Durchsichtphotozellen oder überwachen Änderungen des Farbspektrums des Papiers. Löcher, Teilabrisse oder Längsrisse können mit diesen System ebenfalls nicht zuverlässig erkannt werden.
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Die Papiemacherschule Gernsbach „Mess- und Regelprobleme in der Papierindustrie” von Hermann vom Ende, Band 6, Schriftenreihe der Papiermacherschule, 3. Auflage, 1986 beschreibt in den Abschnitten MSR C-02/01 – MSR C-01/12 und in MSR C-03/01 – MSR C-03/03 eine Reihe von Messverfahren, die sich mit der Bestimmung der chemischen Zusammensetzung, wie Wasser- und Füllstoffgehalt, von Nichtpapierbahnen befassen. Eine Untersuchung der Bahngeometrie, insbesondere von Rissen, Spalten oder Teilabrissen, wird nicht gelehrt.
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DE 102 96 552 T5 offenbart eine lediglich auf einer Seite einer Papierwand angeordnete Messvorrichtung, die durch Differenzmessungen lediglich die Oberflächen von Papierbahnen, jedoch nicht die gesamte Geometrie der Papierbahnen misst.
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DE 698 18 982 T2 betrifft ganz allgemein das anordnen eines Rahmens mit einer Durchlaufsensorplattform in einer Papiermaschine.
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Zusammengefasst ist festzustellen, dass die im Stand der Technik bekannten Systeme entweder nicht die erforderlichen Reaktionszeiten aufweisen oder nur unzureichende Überwachungsergebnisse liefern. Darüber hinaus ist es mit den bekannten Systemen auch nicht möglich beim Anlegen einer Papierbahn dem so genannten ”Breitfahren” eine zuverlässige Bahnabrissüberwachung durchzuführen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine Bahnabrissüberwachung zu schaffen, die eine besonders rasche, zuverlässige Bahnabrissüberwachung ermöglicht, und insbesondere auch bei einem ”Breitfahren” der Papierbahn einsetzbar ist.
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Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 20 gelöst. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe beinhaltet das Eingangs genannte Verfahren zur Herstellung von Papier folgende Verfahrensschritte:
- A) Bereitstellen einer wässrigen Rohmasse;
- B) Ausformen einer Rohmassebahn aus der Rohmasse;
- C) Entwässern der Rohrmassebahn über mindestens eine Entwässerungsrolle unter Erhalt einer Rohpapierbahn,
wobei ab Verfahrensschritt B) wenigstens eine Eigenschaft, ausgewählt aus Rissen, Spalten oder Teilabrissen, mindestens einer der Bahnen mit mindestens einer Messvorrichtung geprüft wird, wobei mindestens ein Messvorrichtungsbestandteil ober- und ein weiterer Messvorrichtungsbestandteil unterhalb einer Fläche der mindestens einen Bahn angeordnet ist und diese Bahn über mindestens 50% der Bahnbreite bezüglich wenigstens einer Eigenschaft ausgewählt aus Rissen, Spalten oder Teilabrissen, mittels eines Prüfsignals geprüft wird, wobei das Prüfsignal unter einem Winkel von höchstens 45° zur Fläche der Bahn ausgesendet wird, wobei das Prüfsignal ein Lichtsignal ist.
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Unter Papier wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere Rohpapier, veredeltes Papier oder auch Karton verstanden.
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Unter der Bezeichnung Bahn werden im Rahmen der Erfindung insbesondere die Begriffe Rohmassebahn, Rohpapierbahn und Papierbahn verstanden. Bei der Rohmassebahn handelt es sich um eine Bahn aus der zur Herstellung des Papiers verwendeten Rohmasse, die noch nicht entwässert beziehungsweise getrocknet ist. Unter einer Rohpapierbahn ihrerseits ist eine getrocknete Rohmassebahn zu verstehen, die im Wesentlichen bereits Papiereigenschaften aufweist. Unter einer Papierbahn schließlich ist eine veredelte, konfektionierte oder in sonstiger Weise weiterbearbeitete Rohpapierbahn zu verstehen.
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Unter der zu prüfenden Eigenschaften des Papiers ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere das Vorhandensein beziehungsweise Nichtvorhandensein des Papiers zu verstehen. Diese kann beispielsweise zur Erkennung von Rissen, Spalten oder Teilabrissen genutzt werden. Darüber hinaus können aber auch weitere Eigenschaften des Papiers beziehungsweise der Bahnen darunter verstanden werden, wie beispielsweise die Prüfung von Farbe, die Erkennung von Strukturen oder die Messung von Dichte beziehungsweise Dicke des Papiers. Auch diese Eigenschaften können mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung geprüft werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht nun zur Herstellung von Papier zunächst das Bereitstellen einer wässrigen Rohmasse vor. Diese Rohmasse enthält beispielsweise Wasser, Zellulose und andere zur Papierherstellung benötigte Bestandteile.
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Die so ausgebildete Rohmasse wird im nächsten Verfahrensschritt in einem Ausformungsbereich auf Sieben zu einer Rohmassebahn ausgeformt. Die wässrige Lösung wird dabei sehr dünn auf Siebe aufgetragen und im nachfolgenden Verfahrensschritt im Entwässerungsbereich einer Entwässerung unterzogen. Die Entwässerung kann beispielsweise über Filze, Siebe oder beheizte Walzen erfolgen. In der Regel sind Filze und beheizte Walzen dabei mit einander kombiniert. Nach der Entwässerung wird die so erzeugt Rohpapierbahn, je nach Bedarf weiterbehandelt. Bei Offlineverfahren wird die Rohpapierbahn zunächst auf einer Walze, einem so genannten Tambour, aufgewickelt und für weitere Verfahrensschritte bereitgehalten. Gegebenenfalls ist es aber auch möglich mindestens einen weiteren Verfahrensschritt im Rahmen einer Inlinebearbeitung des Papiers auszuführen. Das Rohpapier wird zu ohne vorheriges Aufwickeln einem weiteren Bearbeitungsschritt unterzogen. Das Bearbeiten des Papiers kann ein Veredeln und/oder Konfektionieren der Rohpapierbahn unter Erhalt mehrere schmalere Papierbahnen vorsehen. Dabei wird die vorhandene Rohpapierbahn, beispielsweise durch Schneidvorrichtungen, in Längsrichtung geteilt und zu Papierbahnen geringerer Breite aufgewickelt. Oder im Falle des Veredelns durch Auftragen einer pastösen Masse mit einem sogenannten Strich versehen. Durch eine Weiterbehandlung in einem Kalander kann das so behandelte Papier durch Druckeinwirkung schließlich zu einem Glanzpapier weiter veredelt werden. Die Bearbeitungsschritte können im Rahmen der Erfindung, sowohl einzeln als auch kombiniert, ausgeführt werden. Dies kann online, d. h. mittels einer einzigen alle Verfahrensschritte ausführenden Vorrichtung, oder offline mittels getrennten Vorrichtungen geschehen.
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Hierzu ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung insbesondere bei sehr breiten Papierbahnen vorteilhaft einsetzbar ist. Während gegenwärtig Rohpapierbahnen mit Breiten von 6 bis 10 m hergestellt werden, kann das vorliegende Verfahren insbesondere auch bei noch breiteren Papierbahnen, wie etwa solchen mit Bahnbreiten von 10 bis 15 m, ebenfalls in besonders vorteilhafter Weise eingesetzt werden und eine besonders zuverlässige Bahnabrisserkennung schaffen.
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Anstelle des Konfektionierens oder Veredelns der Rohpapierbahn kann diese selbstverständlich auch noch anderen Nachbehandlungen unterzogen werden.
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Zur Schaffung einer besonders zuverlässigen Bahnabrisserkennung sieht das erfindungsgemäße Verfahren weiter vor, dass ab dem Verfahrensschritt b) wenigstens eine Eigenschaft mindestens einer der Bahnen mit mindestens einer Messvorrichtung geprüft wird, wobei ein Messvorrichtungsbestandteil ober- und ein Messvorrichtungsbestandteil unterhalb einer Fläche der mindestens einen Bahn angeordnet ist und diese Bahn über die aktuelle Bahnbreite, mindestens aber über 50% der Bahnbreite bezüglich wenigstens einer Eigenschaft mittels eines Prüfsignals geprüft wird. Die verwendete Messvorrichtung wird dabei in wenigstens zwei Messvorrichtungsbestandteile aufgeteilt, die beispielsweise an einer Vorderseite der Papierbahn und einer Rückseite der Papierbahn angeordnet sind. Unter dem Begriff Fläche ist dabei die von der Papierbahn aufgespannte Fläche zu verstehen. Die Messvorrichtungsbestandteile können dabei auch seitlich beabstandet von den Rändern der Papierbahn angeordnet sein. Die Messvorrichtungsbestandteile sind im Übrigen so ausgebildet, dass sie die aktuelle Bahnbreite, mindestens aber 50% der Bahnbreite erfassen könne. Bereits ab einer Überwachung von 50% der aktuell durchlaufenden Bahnbreite kann eine Bahnabrisserkennung bereits mit einer deutlich gesteigerten Zuverlässigkeit erkannt werden. Insbesondere können Längsrisse und/oder Randrisse, welche ansonsten lange unbemerkt bleiben könnten, so zuverlässig erfasst werden. Vorzugsweise wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch die gesamte Bahnbreite der Papierbahn erfasst und mittels eines Prüfsignals geprüft, wodurch die Zuverlässigkeit der Bahnabrisserkennung nochmals steigt.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Messvorrichtungsbestandteil mindestens ein Prüfsignalempfänger und mindestens ein Prüfsignalgeber verwendet werden. So kann der Prüfsignalempfänger, beispielsweise unter einer Fläche der Bahn angeordnet sein und ein Prüfsignalgeber darüber oder umgekehrt. Sendet der Prüfsignalgeber nun das Prüfsignal aus, wird es durch die dazwischen befindliche Bahn unterbrochen, geschwächt, verändert oder absorbiert. Tritt nun ein Bahnabriss auf, so gelangt das Prüfsignal durch die lokal oder auf der gesamten Breite nicht mehr vorhandene Papierbahn zum Prüfsignalempfänger. Dort wird es erfasst und der Bahnabriss besonders zuverlässig überwacht.
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Als ebenfalls ganz besonders vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass mindestens einer der Verfahrensschritte kontinuierlich erfolgt. Insbesondere ist dies der Verfahrensschritt der kontinuierlichen Überprüfung der Bahn auf der vorgegebenen Bahnbreite. Unter kontinuierlich ist dabei die Verwendung eines kontinuierlichen Prüfsignals zu verstehen. Dieses kontinuierliche Prüfsignal wird punktuell, linienförmig oder flächig auf die zu überwachende Bahn aufgegeben. Bei flächigem und linienförmigem Prüfsignal kann so die Bahn, insbesondere wenn der Prüfungssignalempfänger entsprechend ausgebildet ist, fortlaufend lückenlos und gleichzeitig in ihrer gesamten Bahnbreite überwacht werden. Hierdurch können auftretende Fehler schneller als bisher erkannt werden und entsprechende Maßnahmen an der Maschine eingeleitet werden, um längeren Störungen und daraus resultierende Maschinenausfallzeiten bzw. Produktionsstillstandzeiten zu vermeiden oder zumindest zu begrenzen. Insbesondere sehen diese Maßnahmen eine rasche Abschaltungen und ein Abschlagen der zu bearbeitenden formierten, hergestellten oder weiterverarbeiteten Bahnen vor.
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Verwendet man dagegen ein punktuelles Prüfsignal, so kann dieses Prüfsignal, beispielsweise einer changierenden oder traversierenden Bewegung folgend, wechselweise über die Papierbahn und vorzugsweise quer zur Bewegungsrichtung des Papiers ausgesendet und ausgelenkt werden. Hierbei sollte das Überstreichen der Papierbahn in sehr kurzen zeitlichen Abständen erfolgen. Diese Zeitabstände sollten kleiner als 5 sek. Beziehungsweise kleiner als 1 sek. sein. Bei Fördergeschwindigkeiten von ca. 1200 m/min, mit denen die Papierbahn gefördert wird, hat eine Verkürzung der Reaktionszeiten im Störungsfall erhebliche Auswirkungen auf die bis zum Stillstand nachgelieferte Papiermenge. Insoweit können auch Zeitabstände von 0.01 sek. bis 0.5 sek. gewählt werden, um auch mit einem punktuellen Prüfsignal eine sehr kurze Reaktionszeit zu erreichen.
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Aufgrund der sehr hohen Bahngeschwindigkeiten könnten sich aber auch, beispielsweise bei der Verwendung optischer Messvorrichtungsbestandteile noch kürzere Zeiten im Millisekundenbereich, von beispielsweise 10 bis 100 mSek. anbieten, in denen die Bahn, abhängig von der aktuellen Bahnbreite, vollständig vom Prüfsignal überprüft ist.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Prüfsignal mittels eines Prüfsignalgebers über die gesamte Bahnbreite einer ersten Seite einer der Bahnen gesendet wird. Mit der Bezeichnung Seite ist dabei die ausgebildete Ober- beziehungsweise Unterseite der Papierbahn gemeint. Sendet der Prüfsignalgeber nun das Prüfsignal über die gesamte Bahnbreite aus, so kann ein auf der gegenüberliegenden Seite des Papiers angeordneter Prüfsignalempfänger je nach Ausbildung das Prüfsignals erfassen und dabei die Bahn ganz oder teilweise überwachen.
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Vorteilhafterweise ist dazu vorgesehen, dass das Prüfsignal durch den Prüfsignalempfänger über die gesamte Bahnbreite an einer zweiten Seite der Papierbahn erfasst wird. Die zweite Seite ist die zur ersten Seite gegenüberliegende Seite der Papierbahn, die somit vollständig überwacht werden kann.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn ein zur Erfassung des Prüfsignals korrespondierendes Messsignal erzeugt wird. Dieses Messsignal kann nach Stärke und Ort variieren und verschiedene Informationen beinhalten. So kann beispielsweise bei Verwendung analoger Prüfsignalempfänger beim Über- beziehungsweise Unterschreiten vorgegebener Schwellwerte das Vorhandensein von Bahnabrissen erkannt werden. So gelangt beispielsweise bei einem vollständigen Bahnabriss das ausgegebene Prüfsignal vollständig zum Prüfsignalempfänger. Bei einem teilweisen Bahnabriss gelangt hingegen nur ein Teil des Prüfsignals zum Prüfsignalempfänger. Damit kann aus dem Pegel des eingegangenen Prüfsignals bereits ein Rückschluss auf den Umfang des Bahnabrisses erfolgen.
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Verwendet man alternativ eine Vielzahl von Prüfsignalempfängern an definierten Orten, so kann man, je nachdem welcher der Prüfsignalempfänger ein Prüfsignal empfängt, daraus Informationen ableiten, an welcher Stelle der Papierbahn ein Bahnabriss erfolgt ist.
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Da an Maschinen zur Papierherstellung häufig nur ein sehr begrenzter Bauraum zur Verfügung steht, ist es im Rahmen der Erfindung darüber hinaus vorteilhafter Weise vorgesehen, dass das Prüfsignal unter einem Winkel vorn höchstens 45° zur Fläche der Papierbahn ausgesendet wird. Hierdurch kann beispielsweise durch eine seitliche Anordnung der Messvorrichtungsbestandteile an den Rändern der Papierbahn eine sehr bauraumsparende Messvorrichtung geschaffen werden, wobei das Prüfsignal im Wesentlichen von einem Rand der Papierbahn zu einem gegenüberliegenden Rand der Papierbahn gesendet werden kann.
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Als besonders zuverlässig hat es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch erwiesen, wenn als Prüfsignal ein Lichtsignal verwendet wird. Dieses Lichtsignal kann beispielsweise durch einen Laser oder Infrarotsender erzeugt werden, der besonders leistungsstarke und somit unempfindliche Prüfsignale erzeugt, die besonders zuverlässig zu erfassen sind.
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Dem entsprechend ist es auch vorteilhaft, wenn als Prüfsignal wenigstens ein Lichtsensor verwendet wird, der beispielsweise zur Erfassung eines solchen Lasersignals als Prüfsignal geeignet ist. Neben der Verwendung von Lichtsignalen in Form von Lasern oder Infrarotsignalen ist es aber im Rahmen der Erfindung durchaus auch möglich andere Lichtsignale oder andere Formen elektromagnetischer Prüfsignale zu verwenden. Darüber hinaus ist es auch denkbar beispielsweise Ultraschall oder Infraschall zu verwenden.
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Schließlich ist es vorteilhaft, wenn bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Prüfung der wenigstens einen Eigenschaft der Bahn während eines Breitfahrens ausgeführt wird. Unter Breitfahren ist dabei der Durchlauf von Papierbahnen mit sich ändernden Papierbreiten zu verstehen, wobei die Breite beim Breitfahren zunimmt. Dieser Vorgang findet beispielsweise beim Anlegen einer neuen Papierbahn statt, wobei ein Anfang der Papierbahn der besseren Handhabung wegen, zunächst eine geringe Breite aufweist, die sich im weiteren Verlauf der Papierbahn bis auf die endgültige Bahnbreite vergrößert. Mit der vorliegenden Erfindung kann nun eine zuverlässige Überwachung der Papierbahn bereits bei einem solchen Anlegen der Papierbahn, etwa nach einem Bahnabriss, erfolgen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Papier auf die sich die Erfindung ferner richtet, beinhaltet in funktional mit einander verbundener Weise als Vorrichtungskomponenten:
- A) einen Rohmassebereich, gefolgt von
- B) einem Ausformungsbereich, gefolgt von
- C) einem Entwässerungsbereich,
wobei ab Vorrichtungskomponente B) mindestens eine Messvorrichtung zur Erfassung wenigstens einer Eigenschaft einer Bahn vorgesehen ist, bei der mindestens ein Messvorrichtungsbestandteil ober- und ein weiterer Messvorrichtungsbestandteil unterhalb einer Fläche der mindestens einen Bahn angeordnet ist und diese Bahn über mindestens 50% der Bahnbreite bezüglich wenigstens einer Eigenschaft mittels eines Prüfsignals prüfbar ist,
wobei ein Prüfsignalgeber so ausgebildet ist, dass das gesendete Prüfsignal unter einem Winkel von höchstens 45° auf eine Oberfläche der Papierbahn trifft, wobei die Messvorrichtung einen Lichtsignalgeber als Prüfsignalgeber aufweist.
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Damit wird eine Messvorrichtung geschaffen, die einen wesentlichen Teil von wenigstens 50%, der jeweils aktuellen Bahnbreite kontinuierlich überwacht. Insbesondere bei der Verwendung elektronischer Komponenten zur Ausbildung der Messvorrichtungsbestandteile kann so eine besonders schnelle, im Bereich von Millisekunden, beispielsweise von 20 bis 30 Millisekunden [mSek.] liegende, Erfassung von Störungen in den Bahnen erkannt werden. Bahnabrisse in vollständiger oder teilweiser Form können so rasch detektiert und entsprechende Maßnamen eingeleitet werden. Die Maßnahmen bestehen beispielsweise in einem Bahnabschlag und dem Herunterfahren der Vorrichtung.
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Neben den genannten Vorteilen beim fortlaufenden Betrieb zur Papierherstellung kann das erfindungsgemäße Verfahren auch beim Anlegen neuer Papierbahnen in der Weise genutzt werden, dass es bei dem so genannten ”Breitfahren” eines zunächst dünnen Bahnabschnittes, dem sogenannten Bändel, auf die gesamte Bahnbreite bereits eine Bahnabrissüberwachung ermöglicht. So kann das ”Breitfahren” durch Beobachten des am Prüfsignalempfänger empfangenen Prüfsignals erfolgen. Wird die relativ schmale Papierbahn zum ”Breitfahren” angelegt, so wird durch diese nur ein geringer Teil des Prüfsignals zurückgehalten und das nahezu vollständige Prüfsignal gelangt zum Prüfsignalempfänger. Während des ”Breitfahren” nimmt die Stärke des am Prüfsignalempfänger ankommenden Prüfsignals kontinuierlich ab, bis die Papierbahn schließlich das Prüfsignal vollständig aufhält oder absorbiert. Wird nun während des ”Breitfahren” ein Ansteigen des Prüfsignals am Prüfsignalempfänger registriert, oder erfolgt ein diskontinuierlicher Abfall des ankommenden Prüfsignals, so bedeutet dies eine Störung, beispielsweise durch Umwicklung, Papierfetzen oder Bahnabrisse wähnend des ”Breitfahren”.
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Die Erfindung kann auch an einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Papier mit Fördermitteln zum fördern von bahnenförmigem Papier in vorteilhafterweise zur Anwendung kommen. Dazu ist mindestens eine Messvorrichtung zur Erfassung wenigstens einer Eigenschaft einer Bahn vorgesehen ist, bei der mindestens ein Messvorrichtungsbestandteil ober- und ein weiterer Messvorrichtungsbestandteil unterhalb einer Fläche der mindestens einen Bahn angeordnet ist und diese Bahn über mindestens 50% der Bahnbreite bezüglich wenigstens einer Eigenschaft mittels eines Prüfsignals prüft. Neben den bereits zuvor beschriebenen Vorrichtungen zur Herstellung von Papier, können auch Bearbeitungsmaschinen, wie beispielsweise Schneidemaschinen, Kalander, Beschichtungs- und Auftragmaschinen, Druckmaschinen mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung ausgestattet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Messvorrichtung ist vorgesehen, dass diese einen Prüfsignalgeber an einer ersten Seite der Papierbahn und einen Prüfsignalempfänger an einer zweiten Seite der Papierbahn aufweist. Hierdurch kann das Prüfsignal durch die Papierbahn hindurch gerichtet ausgesendet werden. Je nach Wahl des Prüfsignals kann dieses dabei durch die Papierbahn abgeschattet, absorbiert oder verändert werden. Vorteilhafterweise wird dazu ein Prüfsignalgeber verwendet, der zur Erzeugung eines optischen Prüfsignals ausgebildet ist. Dieses optische Prüfsignal kann beispielsweise ein Laserlicht, ein UV-Licht, ein Infrarotlicht oder auch ein sichtbares Licht sein. Es ist auch denkbar, je nach Art der zu überprüfenden Eigenschaft auch andere Messsignale, wie beispielsweise elektromagnetische Wellen in Form von Radar oder auch Schallwellen, wie beispielsweise Ultra- oder Infraschallwellen zu verwenden. Insbesondere könne auch Prüfsignalgeber verwendet werden, die unterschiedliche Arten von Prüfsignalen zur Prüfung unterschiedlicher Eigenschaften erzeugen und miteinander kombinieren.
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Besonders vorteilhaft ist es dazu auch wenn der Prüfsignalempfänger dazu so ausgebildet und angeordnet ist, dass er ein vom Prüfsignalgeber gesendetes und auf eine beliebige Stelle der Bahnbreite der Papierbahn gerichtetes Prüfsignal erfassen kann. Wie bereits zuvor beschrieben, kann der Prüfsignalempfänger so ein die Bahnbreite überstreichendes und im Wesentlichen Punktförmiges Signal oder auch ein linienförmig oder flächig ausgebildetes Prüfsignal erfassen, um die gewünschten Eigenschaften zu prüfen. Besonders bauraumsparend ist es dazu, wenn das gesendete Prüfsignal unter einem Winkel von höchstens 45° auf eine Fläche der Papierbahn trifft. Je kleiner dabei der Auftreffwinkel ist, desto kompakter kann die Messvorrichtung ausgebildet sein. Insbesondere sind somit Auftreffwinkel von 30°, 20°, 10° und 5° und weniger im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Dazu können beispielsweise die Prüfsignalempfänger und Prüfsignalgeber an den Seitenrändern der Papierbahnen angeordnet sein und das Prüfsignal im Wesentlichen von einem am Rand der Papierbahn zu einem anderen Rand der Papierbahn senden, wobei sich nach wie vor jeder der Prüfsignalgeber und der Prüfsignalempfänger auf einer anderen Seite der Papierbahn befinden.
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Als besonders zuverlässig hatte sich erwiesen, wenn als Prüfsignalgeber ein Laser eingesetzt wird. Die Messvorrichtung wird durch das sehr intensive Laserlicht besonders unempfindlich gegenüber kleineren Störungen, beispielsweise durch Wasserdampf oder Staub und liefert damit besonders zuverlässige Messergebnisse.
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Zur Erfassung der Signalstärke des Prüfsignals ist der Prüfsignalempfänger vorteilhafter Weise als analoges Empfangsgerät für elektromagnetische Wellen ausgebildet. Mit einem solchen analogen Empfangsgerät lassen sich Veränderungen der Signalstärke des Prüfsignals, insbesondere am Prüfsignalempfänger besonders genau und einfach erfassen.
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Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Prüfsignalempfänger eine Mehrzahl von Sensoren für das Prüfsignal aufweist. Insbesondere der Einsatz von lichtempfindlichen Sensoren, wie beispielsweise Photozellen, kann dazu verwendet werden, um neben dem Pegel bzw. der Signalstärke des empfangenen Prüfsignals noch weitere Informationen zu gewinnen. So kann durch die Mehrzahl räumlich verteilt angeordneter Sensoren auch auf den Ort der Störung an der Papierbahn rückgeschlossen werden. Da sowohl die Lage des Prüfsignalempfängers als auch des Prüfsignalgebers bekannt sind, sowie die Lage der zu überwachenden Papierbahn, kann bei einem Auftreffen eines Prüfsignals auf dem Prüfsignalempfänger der Ort der Papierbahn genau lokalisiert werden an dem ein Bahnabriss erfolgt ist, da das Prüfsignal dort durch die Papierbahn hindurchtreten kann.
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Bei einer ebenfalls besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass Umlenkmittel zur Umlenkung des erzeugten Prüfsignals mit wenigstens einem Signalband vorgesehen sind. Solche Umlenkmittel können beispielsweise optische Systeme sein, die einen Laserstrahl zu einem linienförmigen Lichtstrahl aufweiten und auf die Papierbahn richten, so dass der linienförmige Lichtstrahl die gesamte Papierbahnbreite erfasst. Andere Umlenkmittel können darin bestehen, dass beispielsweise ein Prisma einen Lichtstrahl fortlaufend und wiederholend auslenkt, so dass der so erzeugte linienförmige oder punktförmige Lichtstrahl aufgrund der Auslenkung die gesamte Breite der Papierbahn überstreicht. Unter einem Prüfsignalband ist somit eine im Wesentlichen flächige oder linienförmige und im wesentlichen lückenlose Ausbreitung des Prüfsignals zu verstehen.
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In Weiterbildungen der Erfindung ist vorgesehen Umlenkmittel zur Bündelung eines Prüfsignalbandes anzuordnen. Diese Umlenkmittel kommen vorzugsweise auf der Prüfsignalempfängerseite zur Anwendung und können dort ein Prüfsignalband zu einem geometrisch verengten Prüfsignal zusammenfassen. Dieses kann bis hin zu einem punktförmigen Lichtstrahl erfolgen. Insbesondere kann ein solcher punkförmiger Lichtstrahl dann mittels eines analogen Prüfsignalempfängers in seiner Signalstärke überwacht werden.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, eine Analogie des Messsignals zur aktuellen Bahnbreite in einem angeschlossenen und/oder überlagerten Steuerungs- und/oder Regelsystem zur Steuerung der Vorrichtung durch den Einsatz eines analogen Empfangsgerätes zu nutzen. Auch können Totbänder, in denen sich das Signal andern darf, und selbstlernende Prozesse, eingesetzt werden, um bei Bedarf weitere Aktivitäten wie Bahnabschlag, Meldungen oder Störmeldungen auszulösen.
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Die oben ausgeführten Vorteile lassen sich auch mit dem Verfahren gemäß Anspruch 20 erreichen, wobei zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19 eingesetzt wird.
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Die Erfindung sowie das technisch Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, auf die sie jedoch nicht beschränkt ist. In der Zeichnung zeigt schematisch:
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1 eine teilweise Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine Draufsicht auf einen Teilbereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 eine Ansicht einer Papierbahn mit erfindungsgemäßer Messeinrichtung;
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4 die Ansicht einer Papierbahn mit einer weiteren erfindungsgemäßen Messvorrichtung;
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5 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung;
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6 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung; und
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7 eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung.
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In 1 ist ein Teilbereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Herstellung oder Bearbeitung von Papier 2 dargestellt. Das Papier 2 wird dabei als Papierbahn 3 über drei Walzen 4 umgelenkt. Die dargestellten Walzen 4 sind beheizt und bilden einen Entwässerungsbereich 5 der Vorrichtung 1. Auf einer ersten Seite 6 der Papierbahn 3 ist ein Prüfsignalgeber 7 angeordnet, der zusammen mit einem Prüfsignalempfänger 8 an einer zweiten Seite 9 der Papierbahn 3 eine Messvorrichtung 10 bildet. Der Prüfsignalgeber 7 sendet dabei ein Prüfsignal 11 aus, welches auf die Papierbahn 3 auftrifft und von dieser unterbrochen wird. In dem dargestellten Zustand, das heißt bei einer korrekt durchlaufenden Papierbahn 3 erreicht das Prüfsignal 11 nicht den Prüfsignalempfänger 8.
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In 2 ist die Vorrichtung 1 mit dem Entwässerungsbereich 5 nochmals in einer Draufsicht dargestellt. Die Papierbahn 3 ist dabei in Richtung des ersten Pfeils 12 durch die Walzen 4 hindurch bewegt. Die Papierbahn 3 weist einen rechten Rand 13 und einen linken Rand 14 auf. Der Prüfsignalgeber 7 ist im Bereich des rechten Randes 13 angeordnet und der Prüfsignalempfänger 8 im Bereich des linken Randes 14. Die von oben sichtbare erste Seite 6 der Papierbahn 3 bildet dabei eine Fläche 15. Der Prüfsignalgeber 7 ist oberhalb der Fläche 15 angeordnet und der Prüfsignalempfänger 8 unterhalb der Fläche 15. Die gestrichelten Linien stellen die maximalen Auslenkungen des Prüfsignals 11 dar. Das heißt der Prüfsignalgeber 7 erzeugt vorzugsweise mittels eines Lasers ein aufgeweitetes Lichtsignal, dass unter Ausbildung eines linienförmigen Signalbandes auf die Papierbahn 3 auftrifft. Solange die Papierbahn 3 geschlossen ist, gelangt kein Licht des Prüfsignals 11 zum Prüfsignalempfänger. Erst wenn die Papierbahn 3 einen Fehler aufweist, gelangt das Prüfsignal 11 beziehungsweise ein Teil davon zum Prüfsignalempfänger 8 und wird von diesem detektiert. In diesem Fall kann ein dazu korrespondierendes Signal erzeugt werden und über eine Signalleitung 16 an eine nicht weiter erläuterte Steuerungseinrichtung 17 weitergeleitet werden. Die Steuerungseinrichtung 17 ist ihrerseits vorzugsweise so ausgebildet, dass sie im Falle eines erkannten Bahnabrisses entsprechende Maßnahmen, wie beispielsweise einen Bahnabschlag und eine Stillsetzen der Vorrichtung 1 einleitet. Insbesondere umfasst die Steuerungseinrichtung 17 die zur Steuerung und Regelung von Papiermaschinen erforderlichen Steuerungs- und/oder Regelungssysteme.
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Des Weiteren ist in 2 noch ein Bahnanfang 18 dargestellt. Ein solcher Bahnanfang 18 wird beim ersten Anlegen einer Papierbahn 3 in der Vorrichtung 1 verwendet. Dabei wird das relativ schmale Ende des Bahnanfangs 18 zunächst durch die Maschine geführt und anschließend die Bahnbreite allmählich verbreitet, bis schließlich die gesamte Bahn mit voller Breite durch die Vorrichtung 1 läuft. Dieser Vorgang wird auch als ”Breitfahren” der Papierbahn 3 bezeichnet. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung und der dadurch dargestellten Messvorrichtung 10 kann das korrekte Breitfahren überwacht werden, indem der kontinuierliche Anstieg der Abschirmung des Prüfsignals 11 durch den Bahnanfang 18 überwacht wird. Verwendet man darüber hinaus eine Vielzahl von Sensoren, wie beispielsweise solche von elektronischen Kamerasystemen, so kann durch Erfassung des Prüfsignals 11 sogar die korrekte Lage des Bahnanfangs 18 beim Durchlaufen der Messvorrichtung 10 überwacht werden, da hierdurch zusätzlich eine räumliche Lageerkennung möglich ist.
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In 3 ist nun eine solche Messvorrichtung 10 dargestellt, bei der der Prüfsignalgeber 7 wiederum am rechten Rand der Papierbahn 3 angeordnet ist. Er sendet das Prüfsignal 11 in Richtung der Papierbahn 3 aus, was mit den gestrichelten Linien angedeutet ist. Der hier verwendete Prüfsignalempfänger 8 weist eine Vielzahl von einzelnen Sensoren 19 auf. Die gezeigten Sensoren sind nur schematisch dargestellt und können beispielsweise die einzelnen Pixel von CCD-Kameras darstellen. Es sind aber auch andere lichtempfindliche Elemente bekannt, die räumlich neben einander angeordnet im Rahmen der Erfindung Verwendung finden können. Grundsätzlich sind hier zunächst alle lichtempfindlichen Sensorelemente einsetzbar.
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Der Prüfsignalgeber 7 sendet das Prüfsignal 11 unter einem Winkel α von höchstens 45° in Richtung der durch die Papierbahn 3 aufgespannten Fläche 15. Je kleiner dabei der Winkel α ist, desto räumlich kompakter kann die Messvorrichtung 10 ausgebildet sein. Die dargestellte Papierbahn 3 weist einen teilweisen Bahnabriss 20 auf. An der Stelle des Bahnabrisses 20 wird nun das Prüfsignal 11 nicht mehr zurückgehalten und trifft auf die Sensoren 19 das Prüfsignalempfänger 8 auf. Aufgrund der bekannten Lage der Sensoren 19, auf welche das Prüfsignal 11 auftrifft, kann zusammen mit der ebenfalls bekannten Lage der Papierbahn 3 und des Prüfsignalgebers 7 die Lage des Bahnabrisses 20 bestimmt werden. Diese ist über einfache geometrische Beziehungen möglich.
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In 4 ist eine Messvorrichtung 10 gezeigt, bei der der Prüfsignalgeber 7 zunächst ein punktförmiges Prüfsignal erzeugt, dass dann in einem ersten Umlenkmittel 22 zu einem linienförmigen Signalband aufgeweitet wird. Auch die hier gezeigte Papierbahn 3 weist wiederum einen Bahnabriss 20 auf. Das durch den Bahnabriss 20 hindurchgehende Prüfsignal 11 gelangt bei dieser Ausführungsform zu einem zweiten Umlenkmittel 23 und wird von diesem teilweise gebündelt und in Richtung des Prüfsignalempfängers 8 mit den Sensoren 19 umgelenkt. Auch hier kann der Bahnabriss 20 wieder genau bestimmt werden, da aufgrund der bekannten geometrischen Verhältnisse und der empfangenden Sensoren 19 eine Berechnung leicht möglich ist.
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In 5 ist eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung 10 dargestellt. Der Prüfsignalgeber 7 sendet dabei wiederum ein punktförmiges Prüfsignal 21 aus. Dieses trifft auf ein sich drehendes Prisma 24, welches das erste Umlenkmittel 22 bildet. Das aufgeweitete Prüfsignal 11 trifft wiederum auf die Papierbahn 3 und bildet dort ein linienförmiges Signalband. Zur Erfassung eines Bahnrisses 20 sind des Weiteren eine erste Kamera 25 und eine zweite Kamera 26 angeordnet. Beide Kameras 25 und 26 sind über eine Signalleitung 16 mit der Steuerungseinrichtung 17 verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergänzen sich bei Kameras 25 und 26. Es ist jedoch auch möglich alternativ nur eine der beiden Kameras 25, 26 im Rahmen der vorliegenden Erfindung einzusetzen. Während die erste Kamera 25 das Vorhandensein des Prüfsignals 11 auf der erstens Seite 6 der Papierbahn überwacht, überwacht die zweite Kamera 26 das Nichtvorhandensein des Prüfsignals 11 auf der zweiten Seite der Papierbahn 3. Ist dies der Fall, liegt kein Bahnabriss 20 vor. Tritt nun ein Bahnabriss 20 auf, so tritt ein Teil des Prüfsignals 11 durch die Papierbahn 3 hindurch und gelangt zu der Kamera 26. Diese erkennt somit einen Bahnabriss 20. Gleichzeitig erkennt die Kamera 25 das Fehlen des Prüfsignals 11 im Bereich des Bahnabrisses 20 und detektiert somit ebenfalls einen Bahnabriss 20, woraufhin entsprechende Signale über die Signalleitung 16 an die Steuerungseinrichtung 17 weitergeleitet werden.
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Die 6 zeigt eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung, wobei die Messeinrichtung 10 wiederum einen Prüfsignalgeber 7 und einen Prüfsignalempfänger 8 aufweist. Damit wird das punktförmige Prüfsignal 21 in besonders einfacher Weise durch einen Spiegel 28, welcher wechselweise in Richtung des Pfeils 29 ausgelenkt wird, umgelenkt und überstreicht die Papierbahn 3 auf der ersten Seite 6 über die ihre gesamte Breite. Die Erkennung eines Bahnabrisses 20 erfolgt dann in der bereits zuvor beschriebenen Weise.
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Schließlich ist in 7 noch eine weitere mögliche Ausführungsform gezeigt, die teilweise mit der nach 2 übereinstimmt. Hierbei ist das erste Umlenkmittel 22 aber als Drehspiegel 30 ausgebildet. Der Drehspiegel 30 weist einen sechseckigen Querschnitt mit entsprechenden sechs Spiegelflächen auf, welche abwechselnd das einfallende punktförmige Prüfsignal 21 in Richtung der Papierbahn 3 umlenken. Durch die Drehbewegung des Drehspiegels 30 in Richtung des zweiten Pfeils 27, wird das umgelenkte Prüfsignal 11 in Richtung des dritten Pfeils 29 traversierend von links nach rechts über die Papierbahn 3 geführt. Aus Sicht des Drehspiegels 30 hinter der Papierbahn 3 ist wiederum ein Prüfsignalempfänger 8 angeordnet, der im Falle eines Bahnabrisses 20 ein entsprechendes Signal an die Steuerungseinrichtung 17 ausgibt.
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Im Übrigen ist die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es sind vielmehr zahlreiche Abwandlungen der Erfindung im Rahmen der Patentansprüche möglich. Insbesondere kann die beschriebene Messeinrichtung mit den genannten Vorteilen auch in eigenständiger Form oder an anderen bahnverarbeitenden Maschinen für Papier, Aluminium- oder Kunststofffolien etc. eingesetzt werden. Zudem kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zusammen mit Bilderkennungs- und Bildauswertungseinrichtungen, die mit bekannten Softwaresystemen zur Bildauswertung arbeiten, realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Papier
- 3
- Papierbahn
- 4
- Walze
- 5
- Entwässerungsbereich
- 6
- erste Seite
- 7
- Prüfsignalgeber
- 8
- Prüfsignalempfänger
- 9
- zweite Seite
- 10
- Messvorrichtung
- 11
- Prüfsignal
- 12
- erster Pfeil
- 13
- rechter Rand
- 14
- linker Rand
- 15
- Fläche
- 16
- Signalleitung
- 17
- Steuerungseinrichtung
- 18
- Bahnanfang
- 19
- Sensor
- 20
- Bahnabriss
- 21
- punktförmiges Prüfsignal
- 22
- erstes Umlenkmittel
- 23
- zweites Umlenkmittel
- 24
- Prisma
- 25
- erste Kamera
- 26
- zweite Kamera
- 27
- zweiter Pfeil
- 28
- Spiegel
- 29
- dritter Pfeil
- 30
- Drehspiegel