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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Entwässerungsvorrichtung,
insbesondere Papier- oder Kartonmaschine, zur einstellbaren, insbesondere
regelbaren, Entwässerung eines als in zumindest zwei, in
Maschinenquerrichtung nebeneinander angeordnete Zonen aufteilbare
Faserstoffbahn geführten Faserstoffs.
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Weiters
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Einstellung,
insbesondere Regelung, der Entwässerung eines Faserstoffs
einer Entwässerungsvorrichtung, insbesondere einer Papier-
oder Kartonmaschine, wobei der Faserstoff als in zumindest zwei,
in Maschinenquerrichtung nebeneinander angeordnete Zonen aufteilbare
Faserstoffbahn geführt ist.
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Entwässerungsvorrichtungen
und Verfahren zur Einstellung der Entwässerung eines als
Faserstoffbahn, insbesondere auf einem bandförmigen Sieb,
geführten Faserstoffs werden insbesondere in der Papierindustrie
eingesetzt. Wegen der laufenden Entwässerung des Faserstoffs
in Maschinenlaufrichtung, kurz MD-Richtung, kann eine Papier- oder
Kartonmaschine im Wesentlichen als eine Entwässerungsvorrichtung
für den Faserstoff angesehen werden. Als Maschinenlaufrichtung
wird überlicherweise und so auch in dieser Schrift jene
Richtung bezeichnet, in der der Faserstoff während des
Papierherstellungsprozesses von der Papier- oder Kartonmaschine
bewegt wird.
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Am
Stoffauflauf wird die Konsistenz des Faserstoffs in Maschinenquerrichtung
(CD, cross direction), das heißt in der Richtung normal
zur Maschinenlaufrichtung, in der Regel des Faserstoffs zunächst
meist mittels Verdünnungswasser vorein gestellt. Ein mit
Verdünnungswasser arbeitender Stoffauflauf wird als Verdünnungswasserstoffauflauf
bezeichnet. In der Folge kann es jedoch insbesondere in der Nasspartie
der Papier- oder Kartonmaschine zu Abweichungen der Entwässerung
in Maschinenquerrichtung der Faserstoffbahn von einer in MD-Richtung,
insbesondere für die gesamte Breite der Faserstoffbahn,
vorgegebenen Entwässerungskurve kommen. Diese Abweichungen
der Entwässerung führen in der Regel zu Abweichungen
des Flächengewichts in Maschinenquerrichtung des ofentrockenen
Papiers. Solche Abweichungen wirken sich nachteilig auf das Formationsquerprofil,
insbesondere in Maschinenquerrichtung – man spricht daher kurz
vom CD-Profi –, aus und sind daher unerwünscht.
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Trotz
der Einstellung der Konsistenz des Faserstoffs mittels Verdünnungswasser
am Verdünnungswasserstoffauflauf tritt häufig
das Problem auf, dass es in Maschinenlaufrichtung, aber insbesondere
auch in Maschinenquerrichtung, beispielsweise wegen ungleichmäßiger
Entwässerung auf dem Sieb, zu unbefriedigenden Formationsprofilen,
insbesondere zu inakzeptablen Formationsquerprofilen des Papiers
kommt.
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Nach
dem Aufbringen auf das Sieb verliert der Faserstoff wegen der Gravitation
oder wegen zusätzlicher Vakuumabsaugung mit Hilfe von Entwässerungselementen
kontinuierlich Wasser, das heißt das Wassergewicht des
Faserstoffs auf dem Sieb nimmt in Maschinenlaufrichtung (MD, machine
direction) laufend ab. Dadurch wird die Formation des Faserstoffs
zu Papier, das heißt die Blattbildung, ermöglicht.
Auch in den nachfolgenden Partien der Papier- oder Kartonmaschine,
wie der Press- und der Trockenpartie, wird der Faserstoff bzw. das
sich formierende Papier weiter entwässert.
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Der
WO 99/55959 A1 ist
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Blattmessung und Regelung
in Papier- oder Kartonmaschinen zu entnehmen. Die Schrift beschreibt
unter anderem die Messung von CD-Profilen, insbesondere Wassergewicht-Profilen in
Maschinenquerrichtung der Papier- oder Kartonmaschine mit Hilfe
von Wassergewicht-Sensoren. Ein unter dem Sieb anordenbarer Wassergewicht- Sensor
ist beschrieben, mit dem drei Eigenschaften eines Materials, insbesondere
des Faserstoffs einer Papier- oder Kartonmaschine, gemessen werden
können: die Leitfähigkeit bzw. der Widerstand,
die Dielektrizitätskonstante und der Abstand des Materials
zum Wassergewicht-Sensor, wobei abhängig vom Material eine
oder mehr als eine dieser Eigenschaften dominiert. Die Antwortzeit
eines solchen Wassergewicht-Sensors liegt bei ca. einer Millisekunde.
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Durch
die Anordnung der Wassergewicht-Sensoren in Maschinenquerrichtung
wird das CD-Wassergewicht-Profil instantan erhalten, wodurch die
MD- und CD-Veränderungen im Wesentlichen entkoppelt ermittelbar
werden. Als Eingriffspunkte für die Regelung werden aus
dem Stand der Technik die Rohstoff-Bereitstellungsrate am Beginn der
Nasspartie, die Dampfmengenregulierung in der Trockenpartie oder
die Variation des Walzenanpressdrucks in der Presspartie genannt.
Es werden die Eingriffsmöglichkeiten an zahlreichen, unabhängig voneinander
steuer- bzw. regelbaren Aktuatoren genannt, die sich in jedem Regelbereich über
die Breite des Faserstoffs erstrecken. Beispielsweise werden der
Stoffauflauf, die Dampferzeugung mit zahlreichen Dampf-Aktuatoren,
welche die auf die einzelnen Zonen quer über das Blatt
applizierte Wärmemenge regeln, genannt. Ähnlich
in der Kalanderpartie, wo segmentierte Kalanderwalzen mehrere Aktuatoren
zur Regelung des Walzenanpressdrucks umfasst, welcher zwischen den
Walzen in einzelnen Zonen in Maschinenquerrichtung auf das Blatt
aufgebracht wird. Die Regelung kann unter Auswertung von Signalen von
Scannern Aktuatoren in Maschinenquerrichtung automatisch einstellen.
Faktoren für eine ungleichmäßige Entwässerung
in Maschinenquerrichtung, welche im Ergebnis für Fluktuationen
im CD-Profil des Papiers verantwortlich sind, umfassen die ungleichmäßige
Bereitstellung des Faserstoffs am Stoffauflauf, die Verstopfung
bzw. das Zusetzen des Kunststoff-Maschengewebes des Siebs, die unterschiedliche
mechanische Spannung des Siebs und die unausgeglichene Vakuumabsaugung.
Ein gewisser Nachteil ist, dass die Ermittlung der MD- und CD-Veränderungen
im Wesentlichen entkoppelt voneinander erfolgt.
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Derzeit
werden somit die Papiereigenschaften nur mit Punktmessungen oder
eindimensionalen Sensorarrays in MD- oder CD-Richtung, in der Nasspartie
gemessen. Andere bekannte Anwendungen sind traversierende Messungen
oder feste, stationäre Messungen in der Trockenpartie.
Mit diesen bekannten Anordnungen können MD- und CD-Variationen
nicht eindeutig zugeordnet werden.
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Die
EP 1 624 298 A2 beschreibt
einen Mikrowellen-Wassergewichtsensor und ein Verfahren zur Messung
des Wassergewichts in einer Formierungspartie einer Papier- oder
Kartonmaschine unter Nutzung von Mikrowellen.
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Der
Sensor erzeugt ein Mikrowellenfeld, das teilweise in das zu messende
Material eintaucht. Das Feld wird mit Hilfe einer Mikrowellenübertragungseinrichtung
erzeugt, die in eine Keramikfolie eingebettet ist, oder mittels
einer Übertragungsantenne und einer Empfangsantenne die
das Mikrowellenfeld durch das Material einkoppeln.
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Die
Dielektrizitätskonstante des Materials rund um die Übertragungseinrichtung
oder im Raum zwischen der Übertragungs- und der Empfangsantenne
beeinflusst die Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeit. Die Messung
basiert entweder auf der Laufzeit oder auf der Phase bzw. der Phasenverschiebung
bzw. dem Phasensprung.
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Ein
Trennlinien-Resonator kann ebenfalls benutzt werden. Der Resonator
misst im Wesentlichen die Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeit in
der resonierenden Struktur. Die Betriebsfrequenz wird so gewählt,
dass sie bedeutent unterhalb der Relaxationsfrequenz von Wasser
von etwa 22 GHz liegt. Die bevorzugte Frequenz liegt zwischen 1
und 3 GHz, aber andere Frequenzen sind auch möglich.
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Der
Sensor kann das Wassergewicht in der Formierungspartie der Papier-
oder Kartonmaschine messen. Insbesondere kann der Sensor vor und auch
nach der Trockenpartie genutzt werden. Er kann auch in Doppelband-Formierungspartien
genutzt werden.
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Das
Sensorsignal ist stark genug, um einseitige Messungen durchzuführen.
Weiterhin erlaubt der Sensor Multisensor-Konfigurationen, um das
Wassergewicht an verschiedenen Positionen in Maschinenquerrichtung
der Maschine gleichzeitig zu messen das heißt um ein nicht-sequenziell
gescanntes Messprofil zu erzeugen. Mehrere Sensoren können so
angeordnet werden, dass sie eine Sensoranordnung bzw. ein Sensorfeld
in Maschinenquerrichtung und/oder in Maschinenlaufrichtung bilden.
In Maschinenlaufrichtung angeordnete Sensorenfelder können vorteilhaft
zur Ermittlung von Entwässerungsprofilen genutzt werden.
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Der
Sensor nutzt die Tatsache, dass die Dielektrizitätskonstante
des Faserstoffs in der Formierungspartie hauptsächlich
durch das Wasser beeinflusst ist, das eine hohe relative Dielektrizitätskonstante
besitzt, etwa 80 bei Raumtemperatur bis zu Frequenzen von mehreren
GHz.
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Die
Schrift beschreibt auch ein Verfahren zur Überwachung einer
Faserstoffschicht in einer Produktionsanlage, wobei die Faserstoffschicht
von Mikrowellen durchsetzt wird, die eine Frequenz geringer als
die Relaxationsfrequenz von Wasser haben, und wobei eine Wirkung,
die die Faserstoffschicht auf die Mikrowellen hat, gemessen wird.
Ein solcher Sensor kann für die vorliegende Erfindung genutzt
werden. Die Offenbarung bezüglich des Sensors wird vollinhaltlich
in die vorliegende Erfindungsbeschreibung inkorporiert.
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Die
EP 0 972 882 A1 beschreibt
ein Messsystem zur Messung bestimmter Eigenschaften einer Materialbahn,
wie insbesondere einer Faserstoffbahn in einer Papier- und/oder
Kartonmaschine oder einer Streichmaschine, durch wenigstens eine
stationäre Querprofilmessvorrichtung mit wenigstens einer Strahlungsquelle
zur Bestrahlung der Materialbahn in mehreren definierten unterschiedlichen
Wellenlängenbereichen und wenigstens einem Sensor zur Messung
der Intensität einer durch die Materialbahn beeinflussten
Strahlung, und durch wenigstens eine Mess- und/oder Auswerteelektronik,
wobei vorzugsweise über einen jeweiligen Sensor zu einem
bestimmten Zeitpunkt lediglich einer der definierten unterschiedlichen
Wellenlängenbereiche der Strahlung erfasst wird.
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Es
ist eine genaue Messung des Querprofils bestimmter Eigenschaften
möglich. Die Messung ist auch an relativ unzugänglichen
Stellen und sogar in Bereichen geschlossener Führung möglich,
in denen die betreffende Materialbahn beispielsweise durch eine
Walze, ein Band, ein Sieb und/oder einen Filz gestützt
ist. Dazu kann beispielsweise mittels eines Sensors eine von der
Materialbahn oder deren Belag reflektierte Strahlung erfasst werden.
Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich,
mittels eines Sensors eine durch das Materialband oder deren Belag
hindurch getretene Strahlung zu erfassen.
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Es
ist gelehrt, wenigstens zwei in Bahnlaufrichtung einen Abstand voneinander
aufweisende stationäre Querprofilmessungen vorzusehen.
Dabei können vorteilhafterweise wenigstens einer Einheit wie
beispielsweise der Pressenpartie, der Trockenpartie usw. der Papier-
und/oder Karton- bzw. Streichmaschine jeweils wenigstens zwei in
Bahnlaufrichtung einen Abstand voneinander aufweisende stationäre
Querprofilmessvorrichtungen zugeordnet sein.
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Im
Hinblick auf kurze Regelzeiten wird in der
EP 0 972 882 A1 empfohlen,
unmittelbar vor und/oder unmittelbar hinter wenigstens einem das
jeweilige Querprofil beeinflussenden Aktuator oder Stellglied jeweils
wenigstens eine stationäre Querprofilmessvorrichtung anzuordnen.
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Das
Messsystem ermöglicht es, zumindest in der Pressenpartie
und/oder Trockenpartie einer Papier- und/oder Kartonmaschine jeweils
wenigstens eine stationäre Querprofilmessvorrichtung vorzusehen.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass
zumindest in der Siebpartie und/oder am Ende einer Papier- und/oder
Kartonmaschine wenigstens eine solche stationäre Querprofilmessvorrichtung vorgesehen
ist.
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Es
können Filtermittel vorgesehen sein, um bestimmte Störgrößen
und/oder den Einfluss wenigstens eines Aktuators bzw. Stellglieds
auf das jeweilige Querprofil herauszufiltern.
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Wenigstens
eine stationäre Querprofilmessung kann zur quantitativen
Erfassung des Flächengewichts, der Feuchte, der Dicke,
bestimmter Inhaltsstoffe und/oder weiterer Eigenschaften der Materialbahn
ausgelegt sein.
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Insbesondere
für eine Messung in Bereichen eines freien Bahnzugs kann
eine jeweilige stationäre Querprofilmessung mit zumindest
einer optischen Strahlungsquelle versehen sein. Auch die in der
EP 0 972 882 A1 beschriebenen
Sensoren können in der vorliegenden Erfindung vorteilhaft
genutzt werden.
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Die
Papierindustrie hat einen Bedarf an Verfahren, die die Herstellung
von Papier mit einem möglichst sowohl in MD- als auch in
CD-Richtung gleichmäßigen, das heißt
einem flächigen über die gesamte Faserstoffbahn
definierten Sollprofil entsprechenden, Formationsprofil gestatten,
bzw. an Entwässerungsvorrichtungen, insbesondere Papier- oder
Kartonmaschinen, die solche Verfahren realisieren.
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Die
Befriedigung dieses Bedarfs gelingt mit einer Entwässerungseinrichtung
gemäß Anspruch 1 und mit einem Verfahren gemäß Anspruch
11.
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Die
erfindungsgemäße Entwässerungseinrichtung
zur anpassbaren, insbesondere regelbaren, Einstellung der Entwässerung
eines Faserstoffs baut gattungsgemäß auf einer
Entwässerungseinrichtung, insbesondere einer Papier- oder
Kartonmaschine, auf, bei der der Faserstoff als in zumindest zwei,
in Maschinenquerrichtung nebeneinander angeordnete Zonen aufteilbare
Faserstoffbahn geführt ist.
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Erfindungsgemäß ist
die Entwässerung des Faserstoffs aufgrund von Messungen
des Wassergewichts des Faserstoffs mittels zumindest zweier, einer
Zone zugeordneten, in Maschinenquerrichtung vorzugsweise paarweise,
relativ zueinander versetzt angeordneter Wassergewichtsensoren vorteilhafterweise
an eine in Maschinenlaufrichtung vorgegebene Entwässerungskurve
anpassbar. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine Energieeinsparung
und Produktionssteigerung. Weiterhin gelingt damit eine Verbesserung
der Formation des Papiers, was sich wiederum in einer verbesserten
Festigkeit und Bedruckbarkeit des Papiers auswirkt. Durch die erfindungsgemäße
Entwässerungseinrichtung lässt sich weiterhin
vorteilhafterweise die Anzahl an benötigten Sensoren gering
halten.
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Die
Entwässerung des Faserstoffs erfolgt „aufgrund"
von Messungen des Wassergewichts der wie oben beschrieben versetzt
angeordneten Wassergewichtsensoren, das heißt, dass die
Sensorenmessungen grundsätzlich – wenn auch nicht
ausschließlich – ur Anpassung der Entwässerungseinstellungen
herangezogen werden. Anstatt „aufgrund" könnte
man auch sagen „dem Grunde nach". Es wird damit nur grundsätzlich
ein Kausalzusammenhang zwischen Messung einerseits und Anpassung
bzw. Einstellung andererseits konstituiert. Der Kausalzusammenhang
kann auf sehr unterschiedliche Weise ausgebildet sein, beispielsweise
mittels klassischer analoger Regelung, aber auch mittels digitaler,
insbesondere sehr einfacher komparativer, Regelung oder auch durch
Fuzzy-Logik-Systeme oder mittels künstlicher neuronaler
Netze etc. Auch die Vernetzung mit einem andersartigen, beispielsweise
wissensbasierten, System, insbesondere mit einem statistischen Prozesskontrollsystem,
ist eine grundsätzlich denkbare und mögliche Ausbildung
des Kausalzusammenhangs.
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Die
Entwässerung kann insbesondere „nach Maßgabe"
der Messungen des Wassergewichts der versetzten Wassergewichtsensoren
erfolgen. Anstatt „nach Maßgabe" könnte
man auch „der Höhe nach" sagen. Dies soll zum
Ausdruck bringen, dass die spezifische Höhe der Messungen,
die Messungen also ihrem (kalibriertem) Wert nach, in die Anpassung bzw.
Einstellung der Entwässerung – wenn auch nicht
ausschließlich – eingehen. Erfolgt die Anpassung
nach Maßgabe der Messungen, so ist damit ein wertmäßiger
Kausalzusammenhang, wie eine, insbesondere mikroprozessorgestützte,
Verrechnung, beispielsweise mit Filterung, Glättung, Mittelung,
statistischer Auswertung etc., gemeint.
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Die
Entwässerungsvorrichtung weist wenigstens zwei jeweils
zonal einstellbare, in Maschinenlaufrichtung relativ zueinander
versetzt angeordnete Maschinenelemente auf. Dies können
beispielsweise Foils, Saugkästen, Anpresselemente in Verbindung mit
einem zweiten gegenseitigen Sieb oder ein Stoffauflauf. Foils können
günstigerweise als Foilleisten ausgeführt sein.
Das Foil oder die Foilleiste dient zur Entwässerung zum
Beispiel durch Turbulenzen. Entwässerungselemente können
insbesondere in einer Nasspartie der Entwässerungsvorrichtung
angeordnet sein. Die Entwässerungsleistung der Entwässerungselemente
ist erfindungsgemäß aufgrund, insbesondere nach
Maßgabe, der Messungen der Wassergewichtsensoren zonal
einstellbar. Dadurch gelingt die Anpassung an den optimalen Betriebspunkt der
Entwässerungselemente. Im Falle von Saugkästen
könnte man vorteilhafterweise von einer Vakuumoptimierung
der Saugkästen sprechen.
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Die
Wassergewichtsensoren und die Entwässerungselemente sind
in Maschinenlaufrichtung abwechselnd aufeinander folgend angeordnet.
So lässt sich die Wirkung der zonalen Entwässerungsleistung
eines Entwässerungselements vorteilhafterweise zumindest
nahezu in Echtzeit ermitteln.
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Erfindungsgemäß ist
die Entwässerung mittels mindestens eines vorwärts
gekoppelten Regelkreises zonal einstellbar. In Fachkreisen wird
auch gerne von einem „feedforward"-System gesprochen. Betrachtet
man eine zonal aufgetretene Entwässerungsabweichung, welche
von einer zwischen einem ersten und einem zweiten Entwässerungselement angeordneten
Sensoranordnung detektiert wird, so kann die „feedforward-Regelung"
die zonale Entwässerungsleistung des (in MD-Richtung) zweiten
Entwässerungselements vorteilhafterweise so einregeln, dass
die bereits aufgetretene und weitertransportierte Störung
vom zweiten Entwässerungselement eliminiert wird.
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Die
Entwässerung ist mittels mindestens eines rückwärts
gekoppelten Regelkreises zonal einstellbar.
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In
Fachkreisen wird auch von einem "feedback"-System besprochen. Im
Falle der Rückkoppelung lässt sich die zonale
Entwässerungsleistung des (in MD-Richtung) ersten Entwässerungselements vorteilhafterweise
so einstellen, dass die Störung in der Folge gar nicht
mehr oder zumindest in lediglich verringertem Maße auftritt.
Der Regelungsaufwand für eine gegebenenfalls vorhandene
feedforward-Regelung kann dadurch vorteilhafterweise gesenkt werden.
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Die
feedforward-Regelung kann als kaskadierte bzw. zusätzliche
Regelung betrachtet werden, die im Vergleich mit einer bloßen
feedback-Regelung eine Qualitätsverbesserung der Faserstoffformation durch
weitergehende Verringerung von Abweichungen IST/SOLL schafft. Die
Stabilität einer solchen Regelungskaskade ist vom Fachmann
natürlich entsprechend zu berücksichtigen bzw.
auszulegen.
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Sind
vorwärts und rückwärts gekoppelte Regelkreise
gleichzeitig vorhanden, worin eine besonders günstige Ausführung
zu sehen ist, so kann von einer verteilten Regelung, insbesondere
von einer in mehr als eine Richtung, nämlich von einer
bezogen auf die Maschinenlaufrichtung zumindest in Vorwärts-
und Rückwärtsrichtung wirkende Regelung, gesprochen
werden.
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Die
Entwässerungselemente sind, insbesondere jeweils zusätzlich
oder ausschließlich, in zumindest einer Partie der Entwässerungsvorrichtung
angeordnet. Sie können günstigerweise im oder
im Bereich eines Dampfblaskastens oder einer Presse oder einem Stoffauflauf,
insbesondere einem Verdünnungswasserstoffauflauf, angeordnet
sein. Zudem kann die Entwässerungsleistung durch eine einstellbare
Saugstärke und/oder eine einstellbare Schichtdicke und/oder
die vorzugsweise einstellbare Konsistenz des aus dem Stoffauflauf
austretenden Faserstoffs und/oder eine vorzugsweise einstellbare Druckbeaufschlagung
des Faserstoffs mittels gegenüberliegendem Element und
zweitem Sieb beeinflusst werden. Durch die Anpassung bzw. Regelung von
Entwässerungselementen, insbesondere von verschiedenartigen
Entwässerungselementen, in unterschiedlichen Partien der
Entwässerungsvorrichtung gelingt eine besonders exakte Führung
des Gesamtprozesses nahe an der in MD-Richtung vorgegebenen Entwässerungskurve.
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Die
Entwässerungsleistung eines Entwässerungselements
wird in einer Zone zu einem bestimmten Zeitpunkt durch zumindest
einen Wassergewichtsensor gemessen. Der Messort des Wassergewichtsensors
in Maschinenlaufrichtung ist dabei vorteilhafterweise frei wählbar.
Die Positionierung von Sensoren sowohl innerhalb einer Partie als
auch in unterschiedlichen Partien kann somit vorteilhafterweise den
Erfordernissen des Gesamtprozesses entsprechend ausgewählt
bzw. festgelegt werden. Es lässt sich so ein messtechnisches
Bild über die gesamte Faserstoffbahn ermitteln, wobei aber
immer noch nur eine überschaubare Anzahl Messsensoren angeordnet
werden müssen.
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An
in Maschinenlaufrichtung gesehen zumindest einem Messort sind günstigerweise
mindestens zwei in Maschinenquerrichtung relativ zueinander versetzt
angeordnete Wassergewichtsensoren je Zone vorhanden. Alternativ
kann auch eine mehr als zwei Sensoren aufweisende, insbesondere
eindimensionale, in Maschinenquerrichtung ausgerichtete Sensorenanordnung,
aber auch ein mehrdimensionales Sensorenfeld vorhanden sein. In
einer solchen Sensorenanordnung bzw. einem Sensorenfeld können
die Sensoren insbesondere integral miteinander verbunden ausgebildet
sein. Durch diese etwas opulentere Ausstattung lässt sich
die Entwässerung vorteilhafterweise informationshaltiger
messen als in den mit weniger Sensoren ausgestatteten Ausführungsformen.
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Die
Messungen zumindest eines Teils der in Maschinenlaufrichtung versetzt
angeordneten Wassergewichtsensoren, die einer Zone zugeordnet sind, werden
gemittelt. Durch die Mittelung wird vorteilhafterweise ein verschmiertes,
man könnte auch sagen ein verwischtes, Signal erhalten.
Das Signal ist zonal gemittelt. Man könnte auch sagen,
das Signal wird zonal verschmiert bzw. verwischt erhalten. Anstatt von
einer Mittelung kann auch von einer Filterung oder Glättung gesprochen
werden. In Verbindung mit der versetzten Anordnung der Sensoren
kann aus dem zonal gemittelten bzw. gefilterten bzw. geglätteten
Signal vorteilhafterweise der Wasserverlauf (IST) errechnet werden.
In weiterer Folge kann der IST-Verlauf an den SOLL-Verlauf der Entwässerungskurve
angepasst werden.
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Weiterhin
kann durch eine geeignete Interpolation aus Messwerten der versetzt
angeordneten Wassergewichtssensoren ein genaueres Abbild des Entwässerungsverhaltens
in Maschinenquerrichtung und/oder in Maschinenlaufrichtung ermittelt
werden.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Einstellung, insbesondere
Regelung, der Entwässerung eines Faserstoffs einer Entwässerungsvorrichtung,
insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine. Die Entwässerungsvorrichtung bzw.
die Papier- oder Kartonmaschine kann wie oben beschrieben erfindungsgemäß ausgestaltet
sein. Der Faserstoff ist als in zumindest zwei, in Maschinenquerrichtung
nebeneinander angeordnete Zonen aufteilbare Faserstoffbahn geführt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Entwässerung
des Faserstoffs aufgrund von Messungen des Wassergewichts des Faserstoffs
mittels zumindest zweier, einer Zone zugeordneten, in Maschinenquerrichtung
vorzugsweise paarweise, relativ zueinander versetzt angeordneter
Wassergewichtsensoren, insbesondere Sensorenanordnungen von Wassergewichtsensoren,
an eine in Maschinenlaufrichtung vorgegebene Entwässerungskurve
anpassbar.
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Weitere
vorteilhafte Eigenschaften und Ausbildungen der Erfindung werden
anhand der im Folgenden erläuterten Zeichnungen beschrieben.
In diesen Zeichnungen zeigt
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1 eine
Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Entwässerungsvorrichtung, nämlich der Nasspartie einer
Papier- oder Kartonmaschine, mit unterhalb des Langsiebs angeordneten
Entwässerungselementen und Wassergewichtsensoren;
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2 eine
Draufsicht auf die Faserstoffbahn mit strichlinierter Andeutung
der Zonen;
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3 eine
Draufsicht auf die Nasspartie der ersten Ausführungsform
zur deutlicheren Darstellung der erfindungsgemäßen
gegenseitigen Versetzung der Wassergewichtsensoren; und
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4 eine
Draufsicht auf die Nasspartie einer zweiten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Papier- oder Kartonmaschine;
die gegenseitige Versetzung der Wassergewichtsensoren anders ausgebildet.
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In
der Folge wird eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Entwässerungsvorrichtung 1, es handelt sich hier
um eine Papier- oder Kartonmaschine, beschrieben. Die Papier- oder
Kartonmaschine 1 implementiert das erfindungsgemäße Verfahren.
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Die
Papier- oder Kartonmaschine 1 weist eine Nasspartie 20 mit
einer Entwässerungsvorrichtung 21 auf, in welcher
ein Faserstoff 2 mittels eines Stoffauflaufs 3,
der hier als Verdünnungswasserstoffauflauf ausgebildet
ist, auf ein Langsieb 23 aufgebracht wird. Der Verdünnungswasserstoffauflauf 3 weist
entlang der Maschinenquerrichtung 15 einer Faserstoffbahn 5 eine
Vielzahl von Faserstoffaustrittsöffnungen 4 auf.
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Mit
Hilfe von Entwässerungselementen 16 erfolgt ein
erster Entwässerungsschritt des in der Faserstoffbahn 5 geführten
Faserstoffs 2 auf dem Langsieb 23. Die Entwässerungselemente 16 sind
hier als Saugkästen ausgebildet. Die gezeigte Ausführungsform
umfasst zwei Saugkästen 16, deren Entwässerungsleistung
zonal einstellbar ist. Die Papier- oder Kartonmaschine 1 umfasst
noch weitere Partien, wie eine Trockenpartie und eine Presspartie,
sowie einen Tambour, die jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht
dargestellt sind. Auch diese Partien können zonal einstellbare
Entwässerungselemente 16, wie beispielsweise segmentierte
Kalanderwalzen, enthalten (1).
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In
Maschinenlaufrichtung 14 hinter jedem Entwässerungselement 16 sowie
vor dem in Maschinenlaufrichtung 14 ersten Entwässerungselement 16 sind
Wassergewichtsensoren 12 zur Messung der Entwässerung
des Faserstoffs 2 in Form seines des Wassergewichts angeordnet.
Die Maschinenlaufrichtung 14 ist in 1 durch
einen Pfeil angedeutet. Die Wassergewicht-Sensoren 12 könnten
auch direkt in den Entwässerungselementen 16 angeordnet
sein, beispielsweise mit diesen integral ausgebildet sein.
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Das
Langsieb 23 wird faserstoffauflaufseitig mittels einer
Brustwalze 22 umgelenkt und angetrieben. Die Faserstoffbahn 5 liegt
auf der Oberseite des Langsiebs 23 auf und wird von diesem
laufend in Maschinenlaufrichtung 14 und somit vom Verdünnungswasserstoffauflauf 3 wegbewegt,
wobei der Faserstoff 2 laufend über die Entwässerungselemente 16 entwässert
wird. Die Entwässerung erfolgt hier durch Gravitation und
zusätzlich mittels Vakuumabsaugung durch die Saugkästen 16.
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Die
Faserstoffbahn 5 umfasst hier zwei Zonen 6, 7 (2).
Die Zonen 6, 7 erstrecken sich jeweils über
die Hälfte der gesamten Quererstreckung B der Faserstoffbahn 5.
Die Faserstoffbahn 5 könnte auch mehr als zwei
Zonen 6, 7 umfassen, beispielsweise könnte
sie so viele Zonen umfassen, wie in ihrer Entwässerungsleistung
einstellbare Abschnitte bzw. Zonen an einem Saugkasten 16 vorhanden sind.
Die Zonen 6, 7 erstrecken sich sowohl in Maschinenlaufrichtung 14 als
auch in Maschinenquerrichtung 15. Die Zonen 6, 7 erstrecken
sich hier über die gesamte Längserstreckung L
der Faserstoffbahn 5. Sie könnten jedoch auch
kürzer ausgebildet sein. Beispielsweise könnte
jede der Zonen 6, 7 in Maschinenlaufrichtung 14 zumindest
einmal unterteilt sein, wodurch sich zumindest vier Zonen ergeben
würden. Dann wären jeweils zwei in Maschinenquerrichtung nebeneinander
angeordnete Zonen einem Saugkasten zugeordnet. Es könnten
auch mehr, insbesondere auch wesentlich mehr als vier Zonen vorhanden sein,
welche paarweise sowohl in Maschinenlaufrichtung 14 als auch
in Maschinenquerrichtung 15 benachbart bzw. beabstandet
aufeinander folgen.
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Die
Wassergewichtsensoren 12 sind relativ zueinander versetzt
angeordnet. Sie sind sowohl in Maschinenlaufrichtung 14 als
auch in Maschinenquerrichtung 15 versetzt angeordnet. Hier
sind sie auf der Unterseite der Faserstoffbahn 5 angeordnet. Sie
könnten auch oberhalb der Faserstoffbahn 5 angeordnet
sein. Wassergewichtsensoren 12 könnten auch in
anderen Partien der Papier- oder Kartonmaschine 1 als der
Nasspartie 20 vorhanden sein. Sie könnten beispielsweise
auch in oder im Bereich der Presse oder der Trockenpartie etc. vorhanden
sein.
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Die
Wassergewichtsensoren 12 sind vorzugsweise paarweise relativ
zueinander versetzt angeordnet. Durch die Versetzung entsteht, insbesondere
bei mehr als zwei Sensoren 12 pro Zone, eine lückige
Anordnung der Sensoren 12. Die Anordnung der Sensoren 12 weist
eine Periodizität auf. Die Periodizität kann auch
als Muster beschrieben werden. Die periodische Anordnung bildet
sowohl in Maschinenquerrichtung 15 als auch in Maschinenlaufrichtung 14 ein
signifikantes lückiges Muster aus. Die lückigen
Linienmuster in Maschinenquerrichtung 15 bzw. in Maschinenlaufrichtung 14 sind
so angeordnet, dass die Sensoren 12 paarweise sowohl in
Maschinenlaufrichtung 14 als auch in Maschinenquerrichtung 15 relativ
zueinander versetzt sind. Durch die spezifische versetzte Anordnung
entstehen lückige eindimensionale Sensorenanordnungen 61 bzw. – wie
hier zumindest eine – mehrdimensionale Sensorenanordnung 17 von
Wassergewichtsensoren 12 (3).
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Die
Entwässerung des Faserstoffs 2 wird durch Messungen
des Wassergewichts des Faserstoffs 2 mittels mindestens
zweier einer Zone 6, 7 zugeordneten Sensoren 12 überwacht.
Aufgrund der Messungen des Wassergewichts ist die Entwässerung
an eine in Maschinenlaufrichtung 14 vorgegebene Entwässerungskurve 19 anpassbar.
Eine Entwässerungskurve wird üblicherweise in
der Einheit Gramm Wasser pro Quadratmeter (g/m2 H2O) über die gesamte Länge
der Faserstoffbahn 5 angegeben. In dieser Einheit liegt
auch die Entwässerungskurve 19 in 3 vor,
welche entlang der Faserstoffbahn 5, in Maschinenlaufrichtung
auf deren linken Seite, dargestellt ist. Das Wort „aufgrund"
bezeichnet hier einen Kausalzusammenhang zwischen der Messung des
Wassergewichts einerseits und der Anpassung des IST-Entwässerungszustands
des Faserstoffs 2 an die vorgebbare bzw. vorgegebene Entwässerungskurve 19 andererseits.
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Die
Entwässerungsvorrichtung 1 weist wenigstens zwei
jeweils zonal einstellbare, in Maschinenlaufrichtung 14 relativ
zueinander versetzt angeordnete Entwässerungselemente 16 auf.
Die Entwässerungselemente 16 sind hier als Saugkästen ausgebildet.
Die Entwässerungsleistung der Entwässerungselemente 16 ist
aufgrund der Messungen der Wassergewichtsensoren 12 zonal
einstellbar.
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Die
Wassergewichtsensoren 12 und die Entwässerungselemente 16 sind
in Maschinenlaufrichtung 14 abwechselnd aufeinander folgend
angeordnet. In Maschinenlaufrichtung gesehen ist hier vor dem ersten
und nach dem letzten Entwässerungselement 16 zumindest
ein Wassergewichtsensor 12 angeordnet. Konkret sind in
Maschinenlaufrichtung 14 gesehen je Messort 18 in
der ersten Ausführungsform fünf Wassergewichtsensoren 12 in
Maschinenquerrichtung 15 lückig gegeneinander
versetzt angeordnet. Es sind drei eindimensionale Sensoranordnungen 13 vorhanden.
Diese bilden zusammen ein mehrdimensionales Sensorfeld 17.
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Die
Entwässerung ist mittels mindestens eines rückwärts
gekoppelten Regelkreises 9 zonal einstellbar. Der Regelkreis 9 weist
vorzugsweise zumindest einen Mikroprozessor 11 auf.
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Die
Entwässerung ist, vorzugsweise zusätzlich, mittels
mindestens eines vorwärts gekoppelten Regelkreises 8,
hier ebenfalls mit Mikroprozessor 11, zonal einstellbar.
Es könnte – wenn auch weniger bevorzugt – nur
mindestens ein vorwärts gekoppelter Regelkreis 8 vorhanden
sein, das heißt die Entwässerungsvorrichtung 1 könnte
auch ohne rückwärts gekoppelten Regelkreis 9 aufgebaut
sein. Die Vor- bzw. Rückkopplungsschleifen 10 und
die Regelkreise 8, 9 sowie der mindestens eine
Mikroprozessor 11 sind in 3 der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt.
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Diese
in 3 nicht dargestellten erfindungsgemäßen
Merkmale sind in 4, welche eine zweite Ausführungsform
zeigt, dargestellt.
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Die
Entwässerungselemente 16 sind in beiden Ausführungsformen
nur in der bzw. im Bereich der dargestellten Nasspartie 20 vorhanden.
Entwässerungselemente 16 könnten jedoch
auch, insbesondere jeweils zusätzlich oder ausschließlich,
in zumindest einer weiteren Partie der Entwässerungsvorrichtung 1,
wie in einem Dampfblaskasten oder in einer Presse oder in einem
Stoffauflauf 3, insbesondere in einem Verdünnungswasserstoffauflauf,
angeordnet sein.
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Die
erste Ausführungsform weist drei paarweise in Maschinenquerrichtung
versetzte eindimensionale Sensoranordnungen 13 mit je fünf
Wassergewichtsensoren 12 auf. Die Sensoranordnungen 13 und
somit deren Sensoren 12 sind auch in Maschinenlaufrichtung 14 voneinander
beabstandet. Es ergibt sich so eine sehr regelmäßige
Periodizität als Muster der Sensoren 12. Eine
anderes Muster bzw. eine andere Periodizität der Sensoren 12 ist
bei der zweiten Ausführungsform realisiert, welche in 4 dargestellt
ist.
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Bei
der zweiten Ausführungsform ist die in Maschinenlaufrichtung 14 erste
Sensoranordnung 13 je Zone 6, 7 mit zwei
Sensoren 12 ausgestattet. Die Sensoren 12 der
in Maschinenlaufrichtung 14 ersten Sensoranordnungen 13 sind
in Maschinenlaufrichtung 14 gesehen eher an den linken
Rand der Faserstoffbahn 5 gerückt angeordnet.
Man könnte von einer linkslückig ausgebildeten
Sensoranordnung 13 sprechen.
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Die
drei Sensoren 12 je Zone 6, 7 der zweiten
Sensorphalanx 13, das ist jene, die zwischen den beiden
Saugkästen 16 angeordnet ist, sind englückiger
als die beiden Sensoren 12 der ersten Sensoranordnung 13 angeordnet.
Die je Zone 6, 7 drei Sensoren 12 der
zweiten Sensorphalanx 13 sind bezogen auf die Maschinenquerrichtung 15 in
ihrer jeweiligen Zone mittiger angeordnet als die beiden Sensoren 12 einer
Zone der ersten Sensoranordnung 13. Man könnte
kurz von einer zonal mittig-englückigen zweiten Sensoranordnung 13 sprechen.
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Es
ist eine dritte Sensoranordnung 13 in Maschinenlaufrichtung 14 hinter
dem zweiten Saugkasten 16 angeordnet. Diese ist, insoweit
es die Periodizität bzw. das Muster betrifft, analog der
ersten Sensoranordnung 13 aufgebaut, also im Hinblick auf
den Sensorabstand ähnlich-lückig. Jedoch sind
die Sensoren 12 der dritten Sensoranordnung 13 in
Maschinenlaufrichtung 14 gesehen eher an den rechten Rand
der Faserstoffbahn 5 gerückt angeordnet. Man könnte
in Analogie zur ersten Sensoranordnung 13 von einer rechtslückig
ausgebildeten dritten Sensoranordnung 13 sprechen. Die
Sensoren 12 der unterschiedlichen in Maschinenlaufrichtung 14 verteilten Sensoranordnungen 13 bilden
hier wiederum ein spezifisches Muster, bei dem die Gesamtanzahl
der Sensoren 12 im Vergleich zur ersten Ausführungsform
verringert ist. Dies insbesondere weil die erste und die dritte
Sensoranordnung 13 eher weitlückig ausgebildet
ist.
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Die
Entwässerungsleistung eines Entwässerungselements 16 in
einer Zone 6, 7 wird bei beiden Ausführungsformen
zu einem bestimmten Zeitpunkt durch zumindest einen Wassergewichtsensor 12 gemessen.
Der Messort 18 (siehe 4) eines
Wassergewichtsensors 12 ist in Maschinenlaufrichtung 14 frei
wählbar.
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Ebenfalls
bei beiden Ausführungsformen sind an in Maschinenlaufrichtung 14 gesehen
zumindest einem Messort 18 mindestens zwei in Maschinenquerrichtung 15 relativ
zueinander versetzt angeordnete Wassergewichtsensoren 12 je
Zone 6, 7 vorhanden.
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Die
Messungen zumindest eines Teils der in Maschinenlaufrichtung 14 versetzt
angeordneten Wassergewichtsensoren 12, die einer Zone 6, 7 zugeordnet
sind, werden gemittelt. Man könnte auch von einer Verwischung
oder Verschmierung sprechen. Auch die Bezeichnungen Filterung bzw.
Glättung treffen für diesen Verrechnungsvorgang
zu. Durch die Mittelung wird ein verschmiertes bzw. verwischtes
Signal erhalten. In Verbindung mit der versetzt-periodischen Anordnung
der Sensoren als Muster kann aus dem gemittelten bzw. gefilterten bzw.
geglätteten Signal der Wasserverlauf (IST) errechnet werden.
In weiterer Folge kann der IST-Verlauf an den SOLL-Verlauf der Entwässerungskurve 19 angepasst
werden.
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Die
Einstellung, insbesondere die Regelung, der Entwässerung
erfolgt unter Mitwirkung mindestens eines Mikroprozessors 11.
Auch die Mittelung wird vorzugsweise mit Hilfe mindestens eines
Mikroprozessors ausgeführt. Das Ergebnis einer solchen Verrechnung
ist in Form eines Wassergewichtsummenquerprofils 24 aller
Sensoren 12 in 3 im Anschluss an das rechte
Ende der Faserstoffbahn 5 dargestellt. Durch eine geeignete
Interpolation aus Messwerten der versetzt angeordneten Wassergewichtssensoren 12 wird
in günstiger Weise ein genaueres Abbild des Entwässerungsverhaltens
in Maschinenquerrichtung 15 und/oder in Maschinenlaufrichtung 14 ermittelt.
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Wie
nunmehr für den Fachmann verständlich gemacht
worden ist, implementieren die Entwässerungsvorrichtungen 1 der
beiden Ausführungsformen das erfindungsgemäße
Verfahren zur Einstellung, insbesondere Regelung, der Entwässerung
eines Faserstoffs 2, der als in zumindest zwei, in Maschinenquerrichtung 15 nebeneinander
angeordnete Zonen 6, 7 aufteilbare Faserstoffbahn 5 geführt
ist. Kennzeichnend für das erfindungsgemäße
Verfahren ist, dass die Entwässerung des Faserstoffs 2 aufgrund
von Messungen des Wassergewichts des Faserstoffs 2 mittels
zumindest zweier, einer Zone 6, 7 zugeordneten,
sowohl in Maschinenlaufrichtung 14 als auch in Maschinenquerrichtung 15,
vorzugsweise paarweise, relativ zueinander versetzt angeordneter Wassergewichtsensoren 12 an
eine in Maschinenlaufrichtung 14 vorgegebene Entwässerungskurve 19 anpassbar
ist.
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Andere
Ausbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. der erfindungsgemäßen Entwässerungsvorrichtung
sind denkbar und möglich. Beispielsweise könnten
die Muster und/oder die Anzahl der Sensoren anders gestaltet sein.
Bei den beiden im Detail dargestellten Ausführungsformen
sind jeweils gleichartige Wassergewichtsensoren in Verwendung. Je
nach mit Wassergewichtsensoren bestückter Partie kann es
jedoch günstig sein ungleichartige Wassergewichtsensoren
zu kombinieren. Auch die Verrechnung der Messwerte ungleichartiger
Wassergewichtsensoren ist denkbar und möglich.
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Durch
die spezifische lückige Anordnung der Sensoren in einem
periodischen Muster gelingt es einerseits die Gesamtzahl der Sensoren
den Qualitäts- als auch den Budgeterfordernissen anzupassen. Weiterhin
wird durch die in allen Hauptrichtungen lückig und periodisch
versetzten Sensoren die Verschmierung bei der Verrechnung und damit
eine exakte, weil nicht durch statistisches Prozessrauschen gestörte
Einstellung, insbesondere Regelung, der Entwässerung des
Faserstoffs ermöglicht.
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- 1
- Entwässerungsvorrichtung
- 2
- Faserstoff
- 3
- Stoffauflauf
- 4
- Stoffaustrittsöffnungen
- 5
- Faserstoffbahn
- 6
- Zone
- 7
- Zone
- 8
- Vorwärts
gekoppelter Regelkreis
- 9
- Rückwarts
gekoppelter Regelkreis
- 10
- Vor-/Rückkopplungsschleife
- 11
- Mikroprozessor
- 12
- Wassergewichtsensor
- 13
- Eindimensionale
Sensorenanordnung
- 14
- Maschinenlaufrichtung
- 15
- Maschinenquerrichtung
- 16
- Entwässerungselement
- 17
- Mehrdimensionale
Sensorenanordnung
- 18
- Messort
- 19
- Entwässerungskurve
- 20
- Nasspartie
- 21
- Entwässerungsvorrichtung
- 22
- Brustwalze
- 23
- Langsieb
- 24
- Wassergewichtsummenquerprofil
- L
- Längserstreckung
der Faserstoffbahn
- B
- Quererstreckung
der Faserstoffbahn
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 99/55959
A1 [0007]
- - EP 1624298 A2 [0010]
- - EP 0972882 A1 [0018, 0021, 0025]