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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung
der Feuchte, insbesondere Endfeuchte einer Materialbahn nach Durchlaufen des
Trockenteils in einer Maschine zur Herstellung von Materialbahnen,
bei welchem das Feuchtequerprofil durch Auftrag von Applikationsmittel
in Form eines Fluids und/oder Fluid/Gasgemischs gesteuert/geregelt
wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Behandlung
einer Materialbahn, insbesondere Applikationsvorrichtung zum Auftrag
eines Applikationsmediums in Form eines Fluids und/oder Fluid/Gasgemischs
in einem Applikationsbereich auf eine Materialbahn, umfassend eine
Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Feuchtequerprofils
und eine Maschine zur Herstellung einer Materialbahn mit einer derartigen
Vorrichtung.
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Es
ist bekannt, in Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen,
insbesondere in Form von Papier- oder Kartonbahnen im Anschluss
an den Trockenteil zur Rückbefeuchtung der Materialbahn
eine Applikationseinrichtung zum Auftrag eines Fluids auf die Oberfläche
der Materialbahn, insbesondere einen Düsenfeuchter einzusetzen.
Mittels des Düsenfeuchters wird eine Querprofilierung des
Feuchteprofils erzielt, ferner soll eine Curlkorrektur vorgenommen werden.
Derartige Applikationsvorrichtungen sind in unterschiedlichen Ausführungen
für unterschiedliche Anwendungsfälle aus dem Stand
der Technik vorbekannt.
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Aus
der Druckschrift
DE
199 21 592 A1 ist eine Applikationsvorrichtung, insbesondere
ein Düsenfeuchter für eine Maschine zur Herstellung
von Faserstoffbah nen vorbekannt, der eine Mehrzahl von maschinenbreit
angeordneten Düsen zum Besprühen einer gegenüber
diesen relativ bewegbaren Materialbahn aufweist. Zur Anpassung an
unterschiedliche Papierarten, insbesondere Tiefdruck- oder Offsetpapier,
wird zur Vermeidung einer langwierigen Umstellung innerhalb der
Maschine ein Düsenfeuchter in der Trockenpartie eingesetzt,
der zum Auftragen von Bindemittel geeignet ist. Wenn die Materialbahn
beidseitig zum Offsetdruck geeignet sein soll, wird die Materialbahn
beidseitig mittels des Düsenbefeuchters befeuchtet. Der
Düsenbefeuchter kann ferner derart ausgebildet werden,
dass dieser eine Reihe von Düsen für den Durchsatz
von Wasser und/oder einer Bindemittellösung aufweist. Durch diese
Ausgestaltung ist es möglich, den besonderen Eigenschaften
von Bindemittellösungen gerecht zu werden, so dass die
Düsen entsprechend der unterschiedlichen Konsistenz, der
Zähigkeit und dem Volumendurchsatz angepasst werden können.
Dabei ist es denkbar, dass für mindestens eine der Düsenreihen,
welche das Bindemittel durchsetzt, Mittel zum Einsatz gelangen,
die das Längsprofil und/oder Querprofil der aufgebrachten
Masse an Bindemittel über die Maschinenbreite regeln oder
steuern. Dadurch wird es möglich, entweder eine gleich
bleibende Auftragsschicht beim Herstellungsprozess zu gewährleisten
oder sogar das Querprofil der Schichtdicke über die Bahn
zu regeln und/oder zu steuern. Die Anordnung der Applikationsvorrichtung
erfolgt in der Trockenpartie.
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Aus
der Druckschrift
DE
102 41 944 A1 ist eine Maschine zur Herstellung einer Materialbahn vorbekannt,
welche eine Einrichtung aufweist, die gleichzeitig sowohl der Beeinflussung
des Feuchtequerprofils als auch der Beeinflussung des so genannten
Curls der Materialbahn dient. Dabei können das Feuchtequerprofil
und der Curl getrennt voneinander beeinflusst werden. Unter dem
Curl wird dabei die Rollneigung von Papierbahnen verstanden. Um diese
zu beeinflussen, wird ein Fluid mittels Düsen gleichmäßig über
die Bahnbreite aufgebracht. Wesentlich ist, dass die Beaufschlagung
entweder einseitig oder bei beidseitiger Beaufschlagung zumindest
in unterschiedlichen Mengen erfolgt. Der Düsenbefeuchter
wird auch hier in der Trockenpartie eingesetzt.
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Aus
der Druckschrift
DE
102 33 795 A1 ist eine Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen vorbekannt,
die innerhalb der Trockenpartie mehrere, vorzugsweise zwei Befeuchtungseinrichtungen,
in unterschiedlichen Positionen gegenüber der Materialbahn
aufweist. Die auf die Faserstoffbahn aufgebrachte Flüssigkeitsmenge
ist dazu in Zonen quer zur Bahnlaufrichtung separat einstellbar,
um zum einen das Feuchtequerprofil sowie die Rollneigung der Faserstoffbahn
zu verbessern.
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Ein
wesentlicher Nachteil der bisherigen Ausführungen besteht
darin, dass insbesondere bei einer Geschwindigkeitserhöhung
die erforderliche Flüssigkeitsmenge am Düsenbefeuchter
manuell nachgefahren werden muss. Diese manuelle Nachstellung erfolgt
dabei zeitversetzt, so dass sich die in diesem Zeitraum die Applikationseinrichtung,
insbesondere den Düsenfeuchter passierenden Bereiche der
Materialbahn durch unterschiedliche Oberflächeneigenschaften
gegenüber der optimal eingesteuerten Oberflächenbeschaffenheit
vor der Geschwindigkeitsänderung auszeichnen. Ferner ist
durch die manuelle Nachstellung die Genauigkeit der Einregelung begrenzt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Feuchte einer Materialbahn
im Anschluss an die Trockenpartie, insbesondere zur Realisierung
einer optimalen Endfeuchteregelung vor dem Aufwickeln in einer Wickelstation
in der Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen unabhängig
von der Maschinengeschwindigkeit zu entwickeln. Die erfindungsgemäße
Lösung soll durch einen geringen konstruktiven und steuerungstechnischen
Aufwand charakterisiert sein.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale
der unabhängigen Ansprüche 1, 16 und 47 charakterisiert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung und/oder
Regelung der Feuchte, insbesondere Endfeuchte einer Materialbahn
nach Durchlaufen des Trockenteils in einer Maschine zur Herstellung von
Materialbahnen, bei welchem das Feuchtequerprofil durch Auftrag
von Applikationsmittel in Form eines Fluids und/oder Fluid/Gasgemischs
gesteuert/geregelt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Abweichung
der Endfeuchte von einem vordefinierten Sollwert zuerst das Feuchtequerprofil
konstant gehalten wird und als Stellgröße das
Feuchteprofil der Materialbahn in Maschinenrichtung gesteuert/geregelt
wird.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ermöglicht
in optimaler Weise eine schnelle Anpassung hinsichtlich der erforderlichen
Sollwerte für die Endfeuchte, unter welcher der Feuchtegehalt
der Materialbahn unmittelbar vor oder in der Aufwickelvorrichtung
verstanden wird. In einfacher Weise erfolgt bei konstanter Querprofilregelung
der Ausgleich über die Steuerung/Regelung der Feuchte in
Maschinenrichtung.
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In
einer vorteilhaften Ausführung wird dann in einer nachführenden
Regelung das Feuchtequerprofil gesteuert/geregelt. Über
die Querprofilregelung erfolgt eine Feinjustierung des Feuchteprofils.
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Die
Endfeuchte der Materialbahn wird im Bereich einer dem Trockenteil
nachgeordneten Aufwickelvorrichtung gesteuert/geregelt. Die dazu
erforderliche Einstellung des Feuchtequerprofils und des Feuchteprofils
in Maschinenrichtung erfolgt in einem hinter dem Trockenteil angeordneten
Maschinenteil, d. h. nach der Trockenvorrichtung. Insbesondere nach
einem Bahnabriss ist diese Möglichkeit von besonderem Vorteil,
da hier auch höhere Trockenleistungen in der Trockenvorrichtung
durch die über die Mengenregelung in Maschinenrichtung
erfolgende Veränderung des Feuchtegehalts der Materialbahn ausgeglichen
werden können.
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Die
Steuerung/Regelung des Feuchtequerprofils und des Feuchteprofils
in Maschinenrichtung erfolgt durch Steuerung/Regelung zumindest
einer, die Applikationsmenge auf die Materialbahn in diesen Richtungen
wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe.
Insbesondere wird beim Start der Maschine zur Erzeugung einer Materialbahn
mit vordefinierten Eigenschaften und/oder einem Anfahren nach einem
Materialbahnabriss zur Erzielung einer Endfeuchte eine vordefinierte
Gesamtapplikationsmenge auf die Materialbahn vorgegeben, wobei ein erster
Anteil des aufzutragenden Applikationsmittels zur Steuerung/Regelung
des Feuchtequerprofils und ein zweiter Anteil des aufzutragenden
Applikationsmittels zur Steuerung/Regelung des Feuchteprofils in Maschinenrichtung
verwendet werden, und der erste Anteil und der zweite Anteil in
einem Anfangsverhältnis zueinander, vorzugsweise von etwa
1:1 gewählt werden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ermöglicht dadurch,
die Endfeuchte vor dem Aufwickeln der Materialbahn in optimaler
Weise entsprechend den Anforderungen einzustellen. Durch die gleichzeitige Steuerung/Regelung
des Feuchtequerprofils und des Feuchteprofils in Längsrichtung
in nur einem Bereich der Materialbahn in Maschinenrichtung betrachtet
ist es möglich den Überlagerungseffekt dieser örtlich
zu nutzen und optimal aufeinander abzustimmen.
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Für
die Herstellung einer Materialbahn einer bestimmten Sorte wird die
Gesamtapplikationsmenge vorzugsweise konstant gehalten. Dabei wird
beispielsweise in Abhängigkeit eines durch Materialbahneigenschaften
wenigstens mittelbar charakterisierende Istgrößen
beschreibbaren Feuchtequerprofils und/oder Feuchteprofils in Längsrichtung
der Materialbahn als Sollprofil eine erforderliche Applikationsmenge
der Steuerung/Regelung des Feuchtequerprofils bestimmt, wobei die
erforderliche Applikationsmenge der Steuerung/Regelung des Feuchteprofils
in Maschinenrichtung als Funktion der erforderlichen Applikationsmenge
zur Steuerung/Regelung des Feuchtequerprofils bestimmt wird.
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Bei
Abweichung der Endfeuchte von einem vordefinierten Sollwert wird
zuerst das Feuchtequerprofil konstant gehalten und als Stellgröße
das Feuchteprofil der Materialbahn in Maschinenrichtung unter Veränderung
der Gesamtapplikationsmenge gesteuert/geregelt. Die Sollwerte für
die die erforderlichen mit den einzelnen Steuerungen/Regelungen des
Feuchtequerprofils und des Feuchteprofils in Längsrichtung
der Materialbahn können von einer diesen Steuerungen/Regelungen übergeordneten Steuerung/Regelung
vorgegeben werden und die Steuerung/Regelung des Feuchteprofils
in Maschinenrichtung erfolgt vorzugsweise unabhängig von der
Steuerung/Regelung des Feuchtequerprofils. Nach Einstellung einer
sicheren Betriebsweise mit vordefinierter Endfeuchte wird die Gesamtapplikationsmenge
vorzugsweise durch Nachführung der Steuerung/Regelung des
Feuchtequerprofils in Richtung des Anfangsverhältnisses
der Applikationsmengen der Steuerung/Regelung des Feuchtequerprofils und
des Feuchteprofils in Maschinenrichtung aufgeteilt, um einen hohen
Anteil der Applikationsmenge zur Erzeugung des Profils und damit
der Unterschiede in Querrichtung bereitzustellen. In Abhängigkeit einer Änderung
der Betriebsgrößen der Maschine und/oder Eigenschaften
der zu behandelnden Materialbahn wird die Applikationsmenge der
Steuerung/Regelung des Feuchtequerprofils automatisch angepasst.
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Ändern
sich die Betriebsparameter an der Maschine und/oder Materialbahn,
insbesondere die Durchlaufgeschwindigkeit durch die Maschine erfolgt eine
Anpassung des über die Steuerung/Regelung des Feuchteprofils
in Längsrichtung der Materialbahn beziehungsweise Maschinenrichtung
aufzubringenden Anteils der Applikationsmengen und damit der Gesamtapplikationsmenge.
Diese werden über die einzelnen Steuerungen/Regelungen
eingestellt. Dabei sind unterschiedliche Herangehensweisen denkbar.
Gemäß einer ersten Ausführung kann in
Abhängigkeit der die Materialbahneigenschaften wenigstens
mittelbar charakterisierenden Istgrößen ein erforderliches
Feuchtequerprofil als Sollprofil vorgegeben werden. Die dazu erforderliche
Auftragsmenge der Steuerung/Regelung des Feuchtequerprofils bildet
dann die Basis für die Steuerung/Regelung des Feuchteprofils
in Maschinenrichtung bei weiterhin konstanter Applikationsmenge
für die Feuchtequerprofilregelung. Gemäß der
ersten Ausführung kann somit von einer möglichen
Gesamtapplikationsmenge ausgegangen werden, die über die
einzelnen Steuerungen/Regelungen zu applizieren ist und vorzugsweise
der Gesamtmenge vor der Änderung entspricht. Die Anpassung
und Einstellung der geforderten Endfeuchte erfolgt über
die Steuerung/Regelung der Feuchte in Maschi nenrichtung und nachfolgende Anpassung
der Gesamtapplikationsmenge. Im zweiten Fall erfolgt eine Neuvorgabe
einer Gesamtapplikationsmenge und Zuordnung zu den einzelnen Steuerungen/Regelungen
in einem Anfangsverhältnis, vorzugsweise zu gleichen Teilen.
Das heißt der Anteil der Steuerung/Regelung des Feuchteprofils
in Maschinenrichtung wird auf der Basis der Feuchtequerprofilregelung
festgelegt.
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In
beiden Fällen können die einzelnen Steuerungen/Regelungen
des Feuchtequerprofils und des Feuchteprofils in Maschinenrichtung
unabhängig voneinander erfolgen. Die Sollwerte für
die beiden Steuerungen/Regelungen werden jedoch über eine beiden
Steuerungen/Regelungen übergeordnete Steuerung/Regelung
zentral vorgegeben. Dabei erfolgt bei einer Änderung eines
Betriebsparameters der Maschine und/oder Materialbahn, der bei gewünschter
Beibehaltung des Feuchteprofils der bisherigen Steuerungen/Regelungen
des Feuchteprofils, insbesondere der für diese vorgegebenen
Sollwerte eine Änderung des Feuchteprofils in Längsrichtung
oder quer über die Materialbahn zur Folge hätte,
eine Anpassung der Sollwerte über die übergeordnete
Steuerung/Regelung.
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Die
Bereitstellung der Applikationsmengen und deren Einstellung im Verhältnis
zueinander bei der Nachführung der Steuerung/Regelung des Feuchtequerprofils
werden durch einen Gewichtungsfaktor bestimmt. Die Applikationsmenge
der Feuchtequerprofilregelung bestimmt sich dabei nach folgender
Gleichung:
mit
- ΣDMCD
- – Summe der
Durchflussmenge in der Einrichtung zur Feuchtequerprofilregelung;
- ΣDMMD-
- Summe der Durchflussmenge
in der Einrichtung zur Feuchteprofilregelung in Längsrichtung;
- FG
- – Gewichtungsfaktor;
und
- DMCDneu
- – geänderte
Durchflussmenge in der Einrichtung zur Feuchtequerprofilierung.
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Je
nach gewünschter Oberflächenbeschaffenheit ist
das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung und/oder
Regelung des Feuchtegehalts einer Materialbahn in einer Maschine
zur Herstellung von derartigen Materialbahnen dadurch charakterisiert,
dass der Trockenpartie nachgeschaltet eine Steuerung und/oder Regelung
des Feuchtequerprofils und des Feuchteprofils in Maschinenrichtung
hintereinander geschaltet oder aber einander überlagernd
erfolgt, wobei die Durchflussmenge zu den einzelnen Düsen
der jeweiligen Regelung bezogen auf den Gesamtdurchfluss für
die CD Regelung bei mindestens 50% liegt. In Abhängigkeit
einer Eingangsgröße zur Steuerung und/oder Regelung,
welche durch eine Geschwindigkeitsänderung oder einen Wechsel
der herzustellenden Materialbahnart charakterisiert ist und die
zu einer Gewichtungsverschiebung führt, ist das Verhältnis
wieder herzustellen, so dass dieses überwacht und eingeregelt
wird.
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Vorrichtungsmäßig
ist neben der Einrichtung zur Steuerung des Feuchtequerprofils im
Applikationsbereich noch eine Einrichtung zur Steuerung und/oder
Regelung des Feuchteprofils in Maschinenrichtung vorgesehen, wobei
die Einrichtungen jeweils durch einen Wirkbereich gegenüber
der Materialbahn charakterisiert sind und derart ausgebildet und ansteuerbar
sind, dass die mittels der Einrichtung zur Steuerung- und/oder Regelung
des Feuchtequerprofils aufbringbare Applikationsmenge bezogen auf
die Gesamtauftragsmenge der Einrichtungen ≥ 50%, bevorzugt
im Bereich zwischen 50 und 80% der Gesamtauftragsmenge beträgt.
Dadurch wird gewährleistet, dass immer eine Feuchtequerprofilierung
mit einem vordefinierten Sollprofil gegeben ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Feuchteregelung
ist dadurch charakterisiert, dass diese eine Einrichtung zur Steuerung
und/oder Regelung des Feuchtequerprofils und eine Einrichtung zur Feuchteprofilregelung
in Maschinenrichtung umfasst, wobei die Wirkungsbereiche beider
Einrichtungen entweder unmittelbar hintereinander geschaltet sind oder
aber einander überlappen. Dadurch wird auf kürzestem
Raum eine Überlagerung der Wirkungsweisen beider Einrichtungen
realisiert, die im Ergebnis zum gewünschten Feuchtegehalt
führt.
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Für
die ersten Ausführungen mit hintereinander geschalteter
Anordnung der Wirkbereiche der Einrichtungen besteht eine Vielzahl
von Möglichkeiten. Diese können dabei bezogen
auf die relativ dazu bewegte Materialbahn gegenüber einer
Oberfläche angeordnet werden oder aber gegenüber
den einander entgegengesetzt ausgerichteten Oberflächen. Der
Vorteil besteht in der gezielten Auftragung unterschiedlicher Mengen
zur Erzielung einer gewünschten Zweiseitigkeit der Materialbahn,
um der konkreten Nachbearbeitung gerecht werden zu können.
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Gemäß einer
weiteren Ausführung ist es denkbar, die einzelnen Wirkbereiche
der Einrichtungen zur Steuerung und/oder Regelung des Feuchtequerprofils
und des Feuchteprofils in Maschinenrichtung derart anzuordnen, dass
deren Wirkbereiche sich zumindest teilweise überlappen.
Dies wird durch die beidseits der Materialbahn erfolgende Anordnung der
jeweiligen Einrichtungen realisiert. Die Anordnung erfolgt in Maschinenrichtung
beziehungsweise Durchlaufrichtung der Materialbahn betrachtet entweder
frei von Versatz oder mit Versatz.
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Die
einzelnen Einrichtungen umfassen zumindest eine Reihe von Düsen,
vorzugsweise jeweils eine Mehrzahl von über die Breite
der zu befeuchtenden Materialbahn angeordneten Reihen von Düsen. Zur
Vermeidung einer übermäßigen Nebelbildung
ist es vorteilhaft, hier einen Abstand im Bereich von 30 bis 150
mm, vorzugsweise 60 bis 110 mm zwischen den Düsenaustritten
und der Materialbahnoberfläche einzuhalten. Diese Werte
ergeben sich, wenn der Durchsatz im Bereich von 1 bis 50 l/h pro
Düse beträgt und das Volumen des Zerstäubungsgases
im Bereich von 1 bis 10 Nm3/h beträgt.
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Die
Anzahl der Düsen pro Meter Bahnbreite beträgt
zur Vermeidung einer ungewünschten Überlagerung
der Sprühkegel zwischen 10 und 100, vorzugsweise 20 bis
50. Um dennoch einen Einfluss auf das Feuchtequerprofil und/oder
das Feuchteprofil in Längsrichtung aufzuweisen, ist jeweils
eine Mehrzahl von Düsenreihen in Maschinenrichtung vorgesehen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind auch andere
Betriebsweisen denkbar, die durch eine zusätzliche oder
alleinige Variabilität in der Steuerung/Regelung des Feuchtequerprofils
charakterisiert sind. Allerdings bietet die Anpassung über
die Steuerung/Regelung in Maschinenrichtung hinsichtlich der erzielbaren
Wirkung und der Schnelligkeit der Einstellung erhebliche Vorteile,
so dass die Mengenregelung über die Steuerung/Regelung
der Feuchte in Maschinenrichtung und die Feineinstellung über die
Steuerung/Regelung des Feuchtequerprofils erzeugt wird.
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Die
erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend
anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes
dargestellt:
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1 verdeutlicht
in schematisiert vereinfachter Darstellung den Aufbau einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Steuerung/Regelung des Feuchtegehalts einer Materialbahn;
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2a bis 2c verdeutlichen
schematisiert vereinfacht Anordnungsmöglichkeiten der Wirkbereiche
der einzelnen Einrichtungen der Vorrichtung zur Steuerung/Regelung
des Feuchtegehalts einer Materialbahn gegenüber dieser;
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3a bis 3c verdeutlichen
schematisiert vereinfacht Anordnungsmöglichkeiten der Vorrichtung
zur Steuerung/Regelung des Feuchtegehalts einer Materialbahn in
einer Maschine zur Herstellung einer derartigen;
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4 verdeutlicht
eine Weiterentwicklung gemäß 3a;
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5 verdeutlicht
beispielhaft ein erfindungsgemäßes Verfahren zur
Steuerung der Endfeuchte anhand eines Signalflussbilds bei Sortenwechsel;
und
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6 verdeutlicht
beispielhaft ein erfindungsgemäßes Verfahren zur
Steuerung der Endfeuchte anhand eines Signalflussbilds bei Änderung der
Betriebsparameter.
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Die 1 zeigt
in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer
erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung 1 zur
Steuerung und/oder Regelung der Feuchte, insbesondere des Endfeuchtegehalts
einer Materialbahn M, insbesondere einer Faserstoffbahn F in Form
einer Papier- oder Kartonbahn. Diese umfasst eine Einrichtung 2 zur
Steuerung und/oder Regelung des Feuchtequerprofils und eine Einrichtung 3 zur
Steuerung und/oder Regelung des Feuchteprofils in Längsrichtung
der Materialbahn, die beim Durchlaufen der Maschine der Maschinenrichtung
MD entspricht. Unter Maschinenrichtung MD wird dabei die Durchlaufrichtung
der Materialbahn M durch eine Maschine zur Herstellung von Materialbahnen
M, insbesondere Faserstoffbahnen verstanden. Die Richtung senkrecht
dazu wird als Breitenrichtung oder auch so genannte CD-Richtung
bezeichnet. Die einzelnen Einrichtungen 2, 3 sind
derart aufgebaut und zueinander angeordnet, dass diese sich hinsichtlich
ihrer Wirkung entweder überlagern oder aber unmittelbar
nacheinander an der Materialbahn M in einem Bereich W in Maschinenrichtung
MD betrachtet wirksam werden. Die Wirkbereiche der einzelnen Einrichtungen 2 und 3 sind
mit W2 und W3 bezeichnet. Diese beschreiben den Applikationsbereich
auf der Materialbahn M. Die Einrichtungen 2, 3 umfassen
jeweils zumindest eine Reihe von Düsen, deren Funktionsweise
mittels einer Steuerung/Regelung beeinflussbar ist. Die Einrichtungen 2, 3 umfassen
dazu eine Steuereinrichtung 9 und 20, die entweder
von einer zentralen Steuereinrichtung 21 gebildet wird
oder aber mit einer zentralen Steuereinrichtung 21 gekoppelt
sind. Die Steuerung/Regelung des Feuchteprofils in MD Richtung und
des Feuchtequerprofils erfolgt jeweils unabhängig voneinander
in zwei unterschiedlichen Steuer- und/oder Regelkreisen, wobei über
die übergeordnete Steuerung/Regelung die Durchflussmenge
in den einzelnen Einrichtungen gesteuert/geregelt wird. Der Begriff
Steuereinrichtung umfasst dabei zumindest alle Komponenten und Einheiten,
die der Verarbeitung und Auswertung von Eingangsgrößen
sowie der Ausbildung von Stellgrößen dienen. Dabei
kann es sich um zentrale Steuereinrichtungen, bei denen alle Funktionen
in einem Steuergerät integriert sind oder dezentrale Steuereinrichtungen,
bei welchen die einzelnen Komponenten räumlich getrennt
voneinander angeordnet sind und miteinander über ein Kommunikationsnetzwerk
verbunden sind, handeln.
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In
der 1 ist lediglich in schematisiert vereinfachter
Darstellung der Grundaufbau dargestellt. Die Einrichtung 2 zur
Steuerung und/oder Regelung des Feuchtequerprofils umfasst zumindest
eine Reihe 4 von Düsen 5.1 bis 5.n,
denen jeweils Mittel 6 zur Beeinflussung des Zulaufs zu
einer Düse zugeordnet sind. Dazu sind jeder der Düsen,
hier 5.1 bis 5.n, Mittel 6.1 bis 6.n zugeordnet.
Dies wird im einfachsten Fall dadurch realisiert, dass alle Düsen 5.1 bis 5.n mit einem
zentralen Verteiler 7 gekoppelt sind, wobei in der Verbindung
zwischen dem zentralen Verteiler 7 und der jeweiligen Düse
die entsprechenden Mittel 6 angeordnet sind. Diese fungieren
als Stelleinrichtung 8.1 bis 8.n zur Steuerung
und/oder Regelung jeder einzelnen Düse 5.1 bis 5.n.
Dazu sind diese wenigstens mittelbar, das heißt direkt
oder indirekt mit einer entsprechenden Steuereinrichtung 9 gekoppelt,
die die Steuer- und/oder Regelaufgaben übernimmt. Bei dieser
kann es sich um eine zentrale oder dezentrale Steuereinrichtung
handeln. Demgegenüber umfasst die Einrichtung 3 zur
Steuerung und/oder Regelung des Feuchteprofils in Maschinenrichtung
MD ebenfalls zumindest eine Reihe 10 von Düsen 11,
insbesondere 11.1 bis 11.n, die parallel an einem
zentralen Verteiler 12 angekoppelt sind. Dabei wird vorzugsweise
für beide Einrichtungen 2, 3 der gleiche
zentrale Verteiler 7 oder 12 genutzt. Entscheidend
ist die Aufteilung der Wirkung beider Einrichtungen 2 und 3 in
der Vorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 ist als bauliche Einheit
konzipiert. Diese ist als Düsenfeuchter ausgebildet. Die
einzelnen Düsen 5.1 bis 5.n beziehungsweise 11.1 bis 11.n sind
entweder als Ein- oder Zweistoffdüsen ausgebildet. Dabei
ist zu berücksichtigen, dass die Summe der Durchflussmengen
durch die einzelnen Düsen der Einrichtungen 2 und 3 in
einem gewissen Verhältnis zueinander stehen müssen.
Die Durchflussmenge zu den Düsen 5.1 bis 5.n muss
in der Summe ca. 50% oder mehr der Gesamtmenge betragen, die sich
aus der Zuflussmenge zu den Düsen 5.1 bis 5.n und 11.1 bis 11.n zusammensetzt.
Dabei beträgt die Zuflussmenge in Richtung der Düsen 5.1 bis 5.n und
damit die Durchflussmenge durch die Düsen 5.1 bis 5.n bezogen
auf die Gesamtsumme aus der Durchflussmenge der Düsen 5.1 bis 5.n und
der Düsen 11.1 bis 11.n im Bereich zwischen
einschließlich 50 bis 90%, vorzugsweise zwischen 55 bis
85%, ganz besonders bevorzugt zwischen 60 bis 80%. Dies ist abhängig
von der Gewichtung der einzelnen Steuerung/Regelung. Als Applikationsmedium
zur Befeuchtung findet Wasser Verwendung.
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Erfindungsgemäß wird,
wie in 5 anhand eines Signalflussbilds dargestellt, ausgehend
von einer zur Einstellung einer gewünschten, durch zumindest
eine, die Materialbahneigenschaften, insbesondere den Endfeuchtegehalt
charakterisierende Sollgröße Msoll im
Bereich einer Aufwickelvorrichtung, die erforderliche Gesamtdurchflussmenge
DMgesamt, welche der Summe der Durchflussmenge
durch die einzelnen Düsen 5.1 bis 5.n zur
Steuerung/Regelung des Feuchtequerprofils und 11.1 bis 11.1 zur
Steuerung des Feuchteprofils in Längsrichtung entspricht, d.
h. die Applikationsmenge, die durch die Summe der Durchflussmenge
der Düsen 5.1 bis 5.n charakterisiert
ist, im Hinblick auf die Gewichtung der einzelnen Steuerungen/Regelungen,
die durch einen Wichtungsfaktor FG beschreibbar ist, auf die einzelnen Steuerungen/Regelungen
augeteilt und eingestellt. Die Gesamtapplikationsmenge DMgesamt entspricht ΣDMCD + ΣDMMD
= DMgesamt.
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Weicht
die ermittelte Istgröße von der Sollgröße
Msoll ab, wird die über die Steuerung/Regelung des
Feuchtequerprofils aufgetragene Applikationsmenge konstant gehalten,
während ein insbesondere höherer Feuchtegehalt
in Maschinenrichtung durch Erhöhung der Applikationsmenge
in dieser Richtung eingestellt wird und damit die Endfeuchte erhöht.
In diesem Fall werden beispielsweise 70% bezogen auf die Gesamtapplikationsmenge über
die Steuerung/Regelung des Feuchteprofils in Längs- bzw. Maschinenrichtung
zur Gewährleistung einer raschen Anpassung der Endfeuchte
aufgetragen, während nur 30% der Gesamtapplikationsmenge
für die Steuerung/Regelung des Feuchtequerprofils eingesetzt
wird.
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In
Abhängigkeit der Wichtung, welche durch einen Wichtungsfaktor
FG charakterisiert ist, wird diese in Richtung der Steuerung/Regelung
des Feuchtequerprofils oder des Feuchteprofils in Längsrichtung
verschoben. Liegt die Gewichtung auf der Steuerung/Regelung des
Feuchtequerprofils wird die Durchflussmenge zur Einrichtung 2 erhöht,
andernfalls verringert. Dabei wird diese bei Wichtung auf die Steuerung/Regelung
des Feuchtequerprofils bei etwa 80% angepasst, bei Wichtung auf
die Steuerung/Regelung des Feuchteprofils bei 60%.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt jedoch
nach Einstellung einer sicheren Betriebsweise wieder eine Nachführung
der Steuerung/Regelung des Feuchtequerprofils. Dabei bestimmt sich
die neu einzustellende Durchflussmenge DMCD
neu in
der Einrichtung
2 zur Steuerung und/oder Regelung des Feuchtequerprofils
aus
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Bezüglich
der Anordnung der Einrichtungen 2 und 3 in der
Vorrichtung 1 bestehen eine Mehrzahl von Möglichkeiten.
Diese werden im Wesentlichen durch die Anordnung ihrer Wirkungsbereiche
W2, W3 zueinander bestimmt. Dabei wird zwischen unterschiedlichen
Varianten unterschieden, dies sind im Wesentlichen drei Varianten.
Gemäß einer ersten Ausführung, die in
der 2a dargestellt ist, erfolgt die Anordnung der
Einrichtungen 2 und 3 in Maschinenrichtung MD
betrachtet und damit in Längsrichtung der Materialbahn
M unmittelbar hintereinander. Die Vorrichtung 1 wirkt in
einem Bereich W auf die Materialbahn, der durch die Erstreckung
der beiden Wirkbereiche W2, W3 charakterisiert ist. Dabei erfolgt
die Anordnung der Einrichtung 3 in Maschinenrichtung vor
der Einrichtung 2. Die Wirkbereiche überlagern
sich nicht. Die Materialbahn M wird zuerst der Befeuchtung über
die Einrichtung 3 ausgesetzt, welche das Feuchteprofil
in Längsrichtung der Materialbahn M steuert/regelt. Im
Anschluss daran erfolgt eine Steuerung/Regelung des Feuchtequerprofils.
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Demgegenüber
verdeutlicht die 2b eine Ausführung
mit zumindest teilweiser Überlagerung der Betriebs- und
Wirkungsbereiche W2, W3 der beiden Einrichtungen 3 und 4 in
MD Richtung. Vorzugsweise sind die beiden Einrichtungen 2 und 3 in
diesem Fall an einander gegenüber liegenden Oberflächen
der Materialbahn M wirksam. Die Einrichtungen 2, 3 sind
dazu in MD Richtung versetzt zueinander angeordnet.
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Gemäß 2c wird
in einer Untervariante einer überlappenden Anordnung der
Wirkungsbereiche gemäß 2b eine
vollständige Überlappung der Wirkungsbereiche
W2, W3 der Einrichtungen 2 und 3 erzielt. Diese
sind in Maschinenrichtung MD betrachtet in vertikaler Richtung entweder übereinander
oder aber in horizontaler Richtung nebeneinander angeordnet, wobei
die Materialbahn M zwischen beiden hindurchgeführt wird,
so dass beide auf die jeweils einander gegenüberliegenden
Oberflächen 13 und 14 der Materialbahn
M einwirken.
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Die 2a bis 2c verdeutlichen
Grundvarianten. Mögliche vorteilhafte Anordnungen in einer
Maschine zur Herstellung von Materialbahnen sind in den 3a bis 3c wiedergegeben.
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Die 3a verdeutlicht
in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer
Maschine zur Herstellung von Materialbahnen anhand eines Ausschnitts
aus dieser. Erkennbar ist hier ein Trockenteil 15, umfassend
zumindest eine einreihige oder zweireihige Trockenbaugruppe, die
hier mit 15.1 und 15.2 bezeichnet sind. Es schließt
sich daran eine Einrichtung 16 zur Erfassung von die Eigenschaften der
Materialbahn wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen,
insbesondere in Form eines Scanners, an. Diesem nachgeschaltet ist
die erfindungsgemäße Vorrichtung 1, welche
vor einer Nachbehandlungseinheit oder aber einer Wickeleinrichtung 17 angeordnet
ist. Vorzugsweise ist vor diesem eine weitere Einrichtung 18 zur
Erfassung wenigstens einer, die Eigenschaften der Materialbahn wenigstens mittelbar
charakterisierenden Größe vorgesehen.
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Gemäß der
ersten Ausführung in 3a, welche
einer Anordnungsvariante gemäß 2a entspricht,
ist die Vorrichtung 1 unterhalb der Materialbahn M angeordnet.
Dies bedeutet, dass diese an der Oberfläche 14 und
damit der Unterseite der Materialbahn M wirksam wird. Beide Einrichtungen 3 und 2 sind
hintereinander geschaltet. Die Oberfläche 14 der
Materialbahn M wird zuerst der Einrichtung 3 ausgesetzt
und in Durchlaufrichtung der Steuerung und/oder Regelung des Feuchteprofils
in Maschinenrichtung MD unterzogen. Im Anschluss daran erfolgt eine
Steuerung und/oder Regelung des Feuchtequerprofils beim Bewegen
entlang der Einrichtung 2.
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Bezüglich
einer besonders vorteilhaften Ausführung wird eine Vorrichtung 1 in
Form eines Düsenfeuchters gewählt, der eine Einrichtung 2 mit
zumindest zwei Düsenreihen mit einem Abstand zwischen den
einzelnen Düsen in Querrichtung, das heißt CD Richtung
von 50 mm aufweist und eine Einrichtung 3 zur Steuerung
und/oder Regelung des Feuchteprofils in Maschinenrichtung MD, umfassend
zwei Düsenreihen zur Feuchteregelung in Maschinenrichtung MD.
Die Anordnung erfolgt unterhalb der Materialbahn M. Die beiden Einrichtungen 2 und 3 sind
hinsichtlich ihres Wirkbereichs W2, W3 hintereinander geschaltet
und bilden den Applikationsbereich W. Der Luftdruck beträgt
in diesem Bereich W zwischen 0,1 und 0,3 bar. Das zu applizierende
Fluid weist eine Temperatur von 40 bis 50°C auf. Die Düsen
sind gegenüber der Oberfläche 14 der
Materialbahn M an der Unterseite in einem Abstand von 80 bis 110
mm angeordnet. Dieser Abstand ist durch den kürzesten Abstand
zwischen der Oberfläche 14 und dem Austritt aus
einer einzelnen Düse charakterisiert.
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Die 3b verdeutlicht
eine Ausführung mit Überlappung der Wirkungsbereiche
W2, W3 beider Einrichtungen 2 und 3 gemäß 2c.
Der Grundaufbau der Anordnung zwischen Trockenteil 15 und
Wickeleinrichtung 17 entspricht dem in der 3a beschriebenen.
Die Führung der Materialbahn M erfolgt hier jedoch zwischen
beiden Einrichtungen 2 und 3 hindurch, wobei die
Bahnführung im Bereich der Vorrichtung 1 senkrecht
oder in einem Winkel zur Maschinenrichtung MD angeordnet ist und
die beiden Einrichtungen 2 und 3 senkrecht angeordnet sind. Dabei
wird eine der beiden Einrichtungen 2 oder 3 an der
Oberfläche 13 der Materialbahn M wirksam, während
die andere gleichzeitig an der entgegengesetzt ausgerichteten Oberfläche 14 wirksam
wird.
-
Demgegenüber
verdeutlicht die 3c eine Ausbildung gemäß 3b,
jedoch mit Anordnung übereinander bei horizontaler Bahnführung.
In diesem Fall ist vorzugsweise die Querprofilregelung und damit
die Einrichtung 2 unterhalb der Materialbahn M angeordnet,
während die Einrichtung 3 zur Steuerung und/oder
Regelung des Feuchteprofils in Maschinenrichtung MD oberhalb der
Materialbahn M angeordnet ist und an der Oberfläche 13 wirksam
wird. Die Wirkbereiche W2, W3 der beiden Einrichtungen 2 und 3 überlappen
sich. Die Ausführung gemäß 3c wird
in besonders vorteilhafter Weise ebenfalls mit Wasser und Luft betrieben.
Der Luftdruck liegt im Bereich von 0,1 bis 0,3 bar und das Fluid weist
eine Temperatur von 15 bis 50°C auf. Der Abstand zwischen
der Materialbahn und der Düse beträgt zwischen
60 bis 100 mm.
-
Die 4 verdeutlicht
eine vorteilhafte Anwendung am Beispiel einer Ausführung
gemäß 3b. Der
Grundaufbau entspricht hier dem in der 3b beschriebenen,
wobei zwischen der Wickeleinrichtung 17 und der Vorrichtung 1 ein
Kalander 19 angeordnet ist, vorzugsweise in Form eines
Mehrnipkalanders. Die Vorrichtung 1 ist dem Kalander 19 vorgeordnet.
Ferner ist dem Kalander 19 eine Einrichtung 22 zur
Erfassung wenigstens einer die Eigenschaften der Materialbahn wenigstens
mittelbar charakterisierenden Größe nachgeordnet.
Für diese Ausführung werden die Düsen
der einzelnen Einrichtungen vorzugsweise mit Wasser und Luft betrieben. Der
Luftdruck liegt im Bereich von 0,4 bis 0,8 bar, das Fluid weist
eine Temperatur von 20 bis 60°C auf und der Abstand zwischen
dem Austritt aus den Düsen und der Oberfläche
der Materialbahn beträgt zwischen 60 bis 100 mm.
-
Bezüglich
der Art der einsetzbaren Düsen besteht eine Vielzahl von
Möglichkeiten. Bevorzugt finden Mehrstoffdüsen,
insbesondere Zwei-Stoffdüsen oder pneumatische Zerstäuberdüsen
Verwendung. Dabei kann es sich bei den Düsen um innenmischende
oder außenmischende Düsen handeln. Bezüglich
der geometri schen Ausführung werden bevorzugt Vollkegel,
Hohlkegel oder Flachstrahldüsen mit einem Sprühwinkel
zwischen 20 bis 70 Grad, bevorzugt zwischen 20 bis 60 Grad, ganz
besonders bevorzugt zwischen 25 und 55 Grad zum Einsatz verwendet.
Als Applikationsmedien finden Fluide, insbesondere Wasser, Chemikalien
sowie Zusätze zu diesen Verwendung.
-
Die
Temperatur des aufzubringenden Applikationsmediums beträgt
zwischen 5 und 100°C, bevorzugt zwischen 40 bis 55°C.
Zur Zerstäubung der Fluide in der Düse wird ein
Zerstäubungsgas eingesetzt, als welches Luft oder Dampf
oder ein anderes Gas Verwendung findet, vorzugsweise jedoch ein
ohnehin in einer Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen anfallendes
Abfallgas.
-
Die
Sprühmenge pro Düse liegt im Bereich zwischen
1 bis 50 Liter pro Stunde, bevorzugt zwischen 2 bis 35 Liter pro
Stunde. Das Volumen des Zerstäubergases liegt im Bereich
zwischen 1 bis 10 Nm3/h, bevorzugt zwischen
4 bis 8 Nm3/h. Die Anordnung der einzelnen
Düsen 5.1 bis 5.n und 11.1 bis 11.n der
einzelnen Einrichtungen 2, 3 gegenüber
den jeweiligen Oberflächen 13, 14 der
Materialbahn M beträgt zwischen 30 und 150 mm, bevorzugt
zwischen 60 bis 110 mm. Die Anzahl der Düsen 5.1 bis 5.n, 11.1 bis 11.n der
Reihen 4, 10 in Querrichtung beträgt
10 bis 100 pro Meter Bahnbreite, bevorzugt 20 bis 50 pro Meter Bahnbreite.
-
Jede
der Einrichtungen 2, 3 umfasst vorzugsweise zumindest
zwei Reihen von Düsen, die in Maschinenrichtung MD hintereinander
geschaltet sind.
-
Die
Düsen sind bezüglich der MD Regelung in mehreren
Reihen angeordnet, damit sich die Sprühkegel nicht überlappen.
Die Düsen sind einzeln regelbar oder für mehrere
beziehungsweise alle Düsen gemeinsam. Vorzugsweise erfolgt
zumindest in der Einrichtung 2 zur Steuerung und/oder Regelung des
Feuchtequerprofils 2 eine zonale Steuerung und/oder Regelung.
-
Ferner
können die Zerstäubungsmedien alle einzeln oder
für alle Düsen gemeinsam regelbar sein. Die Regelung
kann beispielsweise mit einem pulsweitenmodulierten Auf-Zu-Ventil
oder einem Nadelventil erfolgen.
-
Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zur Regelung des Feuchtegehalts
einer Materialbahn M, insbesondere der Endfeuchte vor der Wickeleinrichtung 17 bei Änderung
der Betriebsparameter, beispielsweise Geschwindigkeit ist in der 6 anhand
eines Signalflussbilds wiedergegeben. Ausgehend von einer Vorgabe
Msoll für die Eigenschaften, insbesondere das Feuchteprofil
einer Materialbahn M, werden in Abhängigkeit der Gewichtung
der Einstellung der einzelnen Profile in Längs- und Querrichtung
die erforderlichen Applikationsmengen DMCD und DMMD ermittelt und
durch Ansteuerung der Stelleinrichtungen, für die Stellgrößen
Y vorgegeben werden, wie in 5 geregelt.
Bleiben die Betriebsparameter B konstant, und es erfolgt keine Änderung
der Istwerte der Eigenschaften der Materialbahn, arbeiten die Steuerungen/Regelungen
der Einrichtungen 2, 3 unverändert. Ändern
sich Betriebsparameter B erfolgt eine Anpassung der Applikationsmengen
DMCD und in Abhängigkeit davon DMMD durch Änderung
von Y.
-
- 1
- Vorrichtung,
Düsenfeuchte
- 2
- Einrichtung
zur Steuerung und/oder Regelung des Feuchtequerprofils
- 3
- Einrichtung
zur Steuerung und/oder Regelung des Feuchteprofils in Maschinenrichtung
MD
- 4
- Reihe
- 5,
5.1–5.n
- Düse
- 6,
6.1–6.n
- Mittel
zur Beeinflussung des Zulaufs
- 7
- Zentraler
Verteiler
- 8,
8.1 bis 8.n
- Stelleinrichtung
zur Steuerung und/oder Regelung jeder einzelnen Düse
- 9
- Steuereinrichtung
- 10
- Reihe
- 11,
11.1–11.n
- Düsen
- 12
- Zentraler
Verteiler
- 13
- Oberfläche
- 14
- Oberfläche
- 15
- Trockenteil
- 15.1
- Trockenbaugruppe
- 15.2
- Zweireihige
Trockengruppe
- 16
- Einrichtung
zur Erfassung wenigstens einer die Eigenschaften der Materialbahn
wenigstens mittelbar charakterisierende Größe
- 17
- Wickeleinrichtung
- 18
- Einrichtung
zur Erfassung wenigstens einer die Eigenschaften der Materialbahn
wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe
- 19
- Kalander
- 20
- Steuereinrichtung
- 21
- Zentrale
Steuereinrichtung
- 22
- Einrichtung
zur Erfassung wenigstens einer die Eigenschaften der Materialbahn
wenigstens mittelbar charakterisierende Größe
- B
- Betriebsparameter
- CD
- Richtung
quer zur Maschinenrichtung
- DMCD
- Durchflussmenge
CD Richtung
- DMCDneu
- Geänderte
Durchflussmenge CD Richtung
- DMgesamt
- Gesamtdurchflussmenge
- DMMD
- Durchflussmenge
MD Richtung
- F
- Faserstoffbahn
- FG
- Wichtungsfaktor
- M
- Materialbahn
- MD
- Maschinenrichtung
- Msoll
- Sollgröße
- W
- Applikationsbereich
- W2
- Wirkbereich
- W3
- Wirkbereich
- Y
- Stellgröße
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19921592
A1 [0003]
- - DE 10241944 A1 [0004]
- - DE 10233795 A1 [0005]
