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Gegenstand
dieser Erfindung ist ein zur Bestimmung des Trockengehalts einer
nassen Materialbahn dienendes Messverfahren. Gegenstand der Erfindung
ist weiter ein Messsystem, das eine Analyseanlage zur Bestimmung
des Trockengehalts an der nassen Bahn umfasst.
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In
einer Materialbahn-Herstellungsmaschine wird aus der stark wasserhaltigen
Faserstoffsuspension eine Bahn gebildet und diese nasse Bahn dann zu
einem Endprodukt getrocknet, das je nach Fall gewöhnlich
entweder aus Papier oder aus Karton besteht. Das Entziehen des Wassers
geschieht auf verschiedene Weisen, aber besonders in der Anfangsphase
ist eine intensive, aber gleichmäßige Entwässerung
der Bahn Voraussetzung für das Erzielen eines Endprodukts
von gleichmäßiger Qualität. So wurden
denn verschiedene Verfahren und Systeme zur Bestimmung des Wassergehalts
der Bahn und des Wasserabgangs entwickelt.
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In
der
finnischen Patentanmeldung 20055231 sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Wassergehalts
beschrieben. In der beschriebenen Ausführungsform wird
ein mit Hochfrequenz arbeitender Sensor eingesetzt, mit dem der
Wassergehalt und somit auch der Trockengehalt der nassen Bahn bestimmt
werden kann. Die Vorrichtung funktioniert an sich und auch schnell,
und sie kann eingesetzt werden, ohne dass dadurch andere Geräte
gestört werden. Man hat nun aber beobachtet, dass das Ergebnis
durch Schwankungen in der Materialbahn-Herstellungsmaschine bzw.
in dem Materialbahn-Herstellungsprozess verfälscht wird. Die
Nutzung solcher Ergebnisse gestaltet sich schwierig und ist mit
Unsicherheiten verbunden.
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Aufgabe
dieser Erfindung ist es, ein neuartiges Messverfahren zu schaffen,
mit dem trotz diverser Schwankungen der tatsächliche Trockengehalt der
nassen Bahn bestimmt werden kann. Außerdem soll mit der
Erfindung ein neuartiges Messsystem geschaffen werden, das vielseitig
eingesetzt werden kann, und mit dem bei der Bestimmung des Trockengehalts
der nassen Bahn ein genaues Ergebnis erzielt wird.
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Die
kennzeichnenden Merkmale des erfindungsgemäßen
Messverfahrens bestehen darin, dass an der getrockneten Bahn zusätzlich
Eigenschaften gemessen werden, von denen wenigstens eine Eigenschaft
als Korrekturparameter bei der Bestimmung des Trockengehalts der
nassen Bahn herangezogen wird.
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Entsprechend
bestehen die kennzeichnenden Merkmale des erfindungsgemäßen
Messsystems darin, dass das Messsystem weiter eine Messanlage umfasst,
mit der an der getrockneten Bahn Eigenschaften gemessen werden,
und die an die Analyseanlage angeschlossen wird zu dem Zweck, wenigstens
eine Eigenschaft der getrockneten Bahn als Korrekturparameter bei
der Bestimmung des Trockengehalts der nassen Bahn heranzuziehen.
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Erfindungsgemäß wird
zur Bestimmung des Trockengehalts ein passender Korrekturparameter herangezogen,
der aus dem tatsächlichen Blattbildungsprozess gewonnen
wird. Dabei sind dann zum Beispiel die für die verschiedenen
Wasser- und Trockengehalte der Faserstoffsuspension gemessenen Ergebnisse
genaue Werte, so dass die Ergebnisse sogar als solche genutzt werden
können.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen, in denen einige Ausfüh rungsformen der Erfindung
dargestellt sind, im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
mit dem erfindungsgemäßen System ausgerüstete
Materialbahn-Herstellungsmaschine;
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2 eine
Prinzipzeichnung des erfindungsgemäßen Systems;
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3 das
Ablaufschema einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Messverfahrens.
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1 zeigt
eine an sich bekannte Materialbahn-Herstellungsmaschine. Gewöhnlich
handelt es sich dabei um eine Papier-, Karton- oder dergleichen Maschine.
Die Materialbahn-Herstellungsmaschine setzt sich aus aufeinander
folgenden Sektionen zusammen, die hier aus der Siebpartie 10,
der Pressenpartie 11, der mehrstufigen Trockenpartie 12 und
der Endgruppe 13 bestehen. Im gezeigten Fall besteht die
Endgruppe 13 lediglich aus einem Aufroller. Die Endgruppe 13 kann
jedoch auch eine Streichanlage, einen Kalander oder eine auf diese
folgende Nachtrockenpartie oder irgendeine Kombination aus diesen Einheiten
umfassen.
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Allgemein
gesagt umfasst die Materialbahn-Herstellungsmaschine Mittel 14 zur
Bildung der nassen Bahn 15 aus Faserstoffsuspension und
zu deren Trocknung. In 1 ist die zur Aufbereitung der
Faserstoffsuspension dienende Anlage weggelassen. Der Prozess beginnt
mit der Siebpartie 10, mit deren Stoff auflauf die Fasersuspension
zwischen zwei Siebe gespritzt wird. Es gibt auch so genannte Langsieb-Blattbildungseinrichtungen,
in denen die Faserstoffsuspension auf ein ebenes, flächenförmiges
Sieb aufgespritzt wird. Ein Teil des als Endlosschlaufe ausgebildeten
Siebes 17 ist in 2 auf der linken
Seite zu sehen. Die vom Sieb 17 gestützt laufende
nasse Bahn 15 ist durch eine Punktstrichlinie dargestellt;
entsprechend ist die später getrocknete Bahn durch eine
gestrichelte Line dargestellt. Außerdem gibt es Mehrlangsiebmaschinen,
bei denen die mit mehreren Stoffaufläufen auf mehreren
Sieben gebildeten Bahnen zusammengeführt und als eine einzige
einheitliche Bahn getrocknet werden.
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Die
Entwässerung ist von großer Bedeutung zum Beispiel
für die Faser- und Füllstoffretention, aber auch
für andere Eigenschaften der Bahn. Der Bahn muss so viel
Wasser entzogen werden, dass sie mit einer guten Runnability, d.
h. mit gutem Laufverhalten in die Pressenpartie überführt
werden kann. Im Allgemeinen hat die aus dem Stoffauflauf aufgetragene
Faserstoffsuspension am Ende der Siebpartie noch ca. 80 Prozent
ihres ursprünglichen Wassergehalts. Hinter der Pressenpartie
beträgt der entsprechende Wert ca. 50%. Auf ihren definitiven Feuchtigkeitsgehalt
wird die Bahn in der Trockenpartie zum Beispiel mit dampfbeheizten
Zylindern oder mit Prallströmungstrocknern getrocknet.
Das Trocknen der Bahn erfolgt also durch Filtration, Pres sen und
Verdampfen. In 1 erfolgt die Verdampfungstrocknung
hauptsächlich mit zahlreichen dampfbeheizten Trockenzylindern.
Vor der Trockenpartie ist die Bahn nass, am Ende der Trockenpartie
oder hinter der Trockenpartie jedoch kann sie als getrocknet betrachtet
werden.
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Es
ist oft wichtig, Informationen über den Wasserabgang in
den einzelnen Phasen/Sektionen zu erlangen. Deshalb umfasst das
System auch eine Analyseanlage 18 zur Bestimmung des Trockengehalts
an der nassen Bahn 15. Gewöhnlich wird die Analyseanlage 18 besonders
in Verbindung mit dem Sieb 17 der Siebpartie angeordnet
(2). Allerdings kann die Analyseanlage auch weiter
hinten in der Maschine, zum Beispiel in der Pressenpartie, angeordnet
werden. Erfindungsgemäß umfasst das Messsystem
weiter eine Messanlage 19 zum Messen von Eigenschaften
an der getrockneten Bahn 16. Die Bahn hat also vor dem
Messen dieser Eigenschaften eine ausreichende Trocknung erfahren. Überraschenderweise
wird nun die Messanlage an die Analyseanlage 18 geschaltet
zu dem Zweck, wenigstens eine der Eigenschaften der getrockneten Bahn
bei der Bestimmung des Trockengehalts der nassen Bahn als Korrekturparameter
heranzuziehen. Als Endergebnis erhält man dann ein genaues
Ergebnis für den Trockengehalt der nassen Bahn. Mit anderen
Worten, der Bediener der Analyseanlage braucht sich nicht den Kopf über
die Messung beeinflussende Veränderungen oder Eigenschaften
der Faser suspension zu zerbrechen, denn die Analyseanlage selbst
berücksichtigt diese. Scolassen sich also auch schnelle
Messungen an den verschiedenen Stellen der Materialbahn-Herstellungsmaschine zuverlässig
durchführen.
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In 2 ist
das erfindungsgemäße Messsystem in seinem Prinzip
gezeigt. Dabei ist nur ein kleiner Teil der Siebpartie 10 und
der Endgruppe 13 dargestellt. Die Analyseanlage 18 ist
in der Mitte der Abbildung zu sehen; unterhalb des Siebes 17 sind die
Sensormittel 20 angeordnet. Bei der gezeigten Ausführungsform
sind die Sensormittel 20 konstruktiv getrennt von der Analyseanlage 18 angeordnet und
durch passende Mittel verbunden. Allerdings können die
Sensormittel auch in die Analyseanlage integriert werden, wobei
dann die Analyseanlage auch als portables Gerät ausgeführt
werden kann. Ein solches Gerät vermarktet die Anmelderin
unter der Produktbezeichnung ConsistencyCheck.
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Bei
der in 2 gezeigten Ausführungsform ist besonders
vorteilhaft, dass die Messanlage 19 durch eine im Wesentlichen
feste Verbindung an die Analyseanlage 18 angeschlossen
ist. Diese feste Verbindung kann durch Verkabelung oder auch drahtlos
erfolgen. Dabei ist dann auch kontinuierliche Bestimmung des Trockengehalts
möglich. Außerdem ist bevorzugt das Messsystem
bevorzugt so beschaffen, dass die Analyseanlage und die Messanlage
miteinander synchronisiert sind. Dabei benutzt die Analyseanlage
dann Eigenschaften von jener Stelle der getrockneten Bahn, an der
kurz zuvor der Trockengehalt gemessen worden war. Auf diese Weise
können auch momentane Schwankungen berücksichtig
werden, so dass man genauere und vor allem zuverlässigere
Ergebnisse als früher erhält. Bei Einsatz eines manuellen
Geräts kann man zum Beispiel mit drahtloser Verbindung
arbeiten, oder der Bedienungsmann gibt vor der Messung eine oder
mehrere an der Bahn gemessene Eigenschaften in das Gerät
ein. Unabhängig von der Ausführungsform werden
stets Bahneigenschaften zur Bestimmung eines Korrekturparameters
benutzt.
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Mit
dem Messsystem können Einzelmessungen durchgeführt
und die erhaltenen Ergebnisse später aufbereitet/verarbeitet
werden. Bei im Wesentlichen kontinuierlicher Messung wiederum fallen
Ergebnisdaten in dichter Folge, ja sogar kontinuierlich an. Erfindungsgemäß hat
die Analyseanlage deshalb einen Ausgang 21 zum Weiterleiten
der Ergebnisse, was in 2 durch einen abwärts
gerichteten Pfeil angedeutet ist. Die Ergebnisdaten können
zum Beispiel für spätere Analyse gespeichert oder
direkt einer Verarbeitung zugeführt werden. Erfindungsgemäß ist
die Analyseanlage 18 jedoch an das Steuersystem 30 der
Materialbahn-Herstellungsmaschine angebunden (3),
so dass die von der Analyseanlage gelieferten Ergebnisse unmittelbar
beim Bahnbildungsprozess genutzt werden können. Wenngleich
die Messstelle relativ frei gewählt werden kann, ist die
Messanlage 19 dennoch zur Anordnung am hinteren Teil der
Trockenpartie der Materialbahn-Herstellungsmaschine oder danach
bestimmt. Die Bahn hat dort nahezu ihre endgültigen Eigenschaften,
so dass die erhaltenen Ergebnisse mit guter Genauigkeit der Wirklichkeit
entsprechen. In 1 ist die Messanlage 19 zwischen
der Trockenpartie 12 und dem die Endgruppe 13 bildenden
Aufroller angeordnet. Bei der Ausführungsform in 2 ist
die Messanlage 19 zwischen zwei Papierleitwaizen 22 angeordnet.
Die Messanlage besteht bei den gezeigten Ausführungsformen
aus einem Messrahmen 23, in dessen Innerem die für
die Messung erforderlichen (nicht dargestellten) Sensoren angeordnet sind.
Diese Messanlage wird von der Anmelderin unter der Bezeichnung IQScanner
vermarktet.
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Im
Folgenden werden das erfindungsgemäße Messverfahren
und seine verschiedenen Phasen im Einzelnen beschrieben. In der
Materialbahn-Herstellungsmaschine wird aus Faserstoffsuspension eine
nasse Bahn gebildet und dann auf irgendeine bekannte Weise getrocknet.
Bei dem Messverfahren wird an der Bahn der Trockengehalt bestimmt,
auf dessen Grundlage gewisse Bestimmungen vorgenommen werden können.
Erfindungsgemäß werden bei dem Messverfahren auch
an der getrockneten Bahn Eigenschaften gemessen, von denen wenigstens
eine bei der Bestimmung des Trockengehalts der Bahn als Korrekturparameter
herangezogen wird. Auf diese Weise lässt sich der Trockengehalt genauer
und zuverlässiger als bisher bestimmen. Bei der erfindungsgemäßen
Bestimmung des Trockengehalts wird zuerst der relative Trockengehalt
der nassen Bahn 15 gemessen. Danach wird aus dem erhaltenen
Ergebnis unter Einsatz eines Korrekturparameters, dessen Abhängigkeit
von den Eigenschaften der getrockneten Bahn geklärt ist,
der absolute Trockengehalt ermittelt. Die erhaltenen Resultate stimmen
so gut mit der Wirklichkeit überein, und eventuelle Veränderungen
im Bahnbildungsprozess finden automatisch Berücksichtigung.
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Wenngleich
der Trockengehalt auf mehrere verschiedene Weisen gemessen werden
kann, geschieht dies erfindungsgemäß durch Messung
unter Verwendung von Mikro- und/oder Radiowellen. Mikro- und Radiowellen
sind relativ sicher – auf jeden Fall aber beträchtlich
sicherer als auf Strahlung basierende Messungen. Außerdem
vermeidet man mit Mikro- und Radiowellen, dass andere Komponenten und
Messungen gestört werden. Man hat nun überraschenderweise
beobachtet, dass sich Veränderungen der Eigenschaften der
nassen Bahn auf das Verhalten der Mikro- und Radiowellen auswirken.
In durchgeführten Tests und Untersuchungen hat sich als
bedeutendster wirksamer Einzelfaktor die flächenbezogene
Masse der getrockneten Bahn erwiesen. Demzufolge wird der oben genannte
erfindungsgemäße Korrekturparameter an Hand der
flächenbezogenen Masse der getrockneten Bahn bestimmt. Allgemein
gesagt, je größer die definitive flächenbezogene
Masse der getrockneten Bahn ist, umso dicker ist die nasse Bahn
an der Analysenstelle. Dabei erfahren die Mikro- und Radiowellen
in der dicken nassen Bahn eine Dämpfung. Außerdem
befindet sich die zu messende Substanz, d. h. das Wasser, dabei
weiter von den Sensormitteln entfernt als in dünneren Bahnen.
Zusammen bewirken diese Faktoren eine Flächenmasse-Abhängigkeit,
auf Grund deren sich experimentell und rechnerisch der passende Korrekturparameter
bestimmen lässt. So wird also an der getrockneten Bahn
die flächenbezogene Masse gemessen, wenngleich auch andere
Eigenschaften zur Bestimmung des Korrekturparameters benutzt werden
können. Die flächenbezogene Masse hat sich als
gut geeignet für diesen Zweck erwiesen, denn für
die Bestimmung eines ausreichend genauen Korrekturparameters genügt
es, wenn die flächenbezogene Masse mit einer Genauigkeit
von etwa 10–50 g/m2 gemessen werden
kann. Außerdem hat man festgestellt, dass die erforderliche
Kompensation mit wachsender flächenbezogener Masse zunimmt.
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Genau
wie die Bestimmung des Korrekturparameters kann auch dessen Einsatz
in der Analyseanlage eine höhere Rechnungsart erfordern.
Die Berechnung erfolgt jedoch in der Analysevorrichtung selbst,
so dass sich der Bediener auf die eigentliche Messung konzentrieren
kann. Unabhängig von der Ausführungsform gestaltet
sich die Messung genau und schnell. Auch können von den
erhaltenen Ergebnissen andere erforderliche Werte abgeleitet werden. Zum
Beispiel kann erfindungsgemäß aus dem Trockengehalt
der Bahn rückwirkend die Stoffdichte der Faserstoffsuspension
bestimmt werden. Dabei erhält man auch die tatsächliche
Stoffdichte, die bei der Überwachung des Stoffauflaufs
herangezogen werden kann. Allgemeiner gesagt wird an Hand des Trockengehalts
der Bahn gemäß der Erfindung die Blattbildung
und/oder das Trocknen der Bahn in der Materialbahn-Herstellungsmaschine
geregelt. Mit anderen Worten, die erhaltenen Ergebnisse werden zum Abstimmen
des Bahnbildungsprozesses benutzt, so dass man ein gegenüber
bisher besseres Endprodukt erhält. In der Praxis können
die Ergebnisse zum Beispiel zum Regeln des Stoffauflaufs und zur
Verdünnungswasserregelung benutzt werden. Auch das Regeln
zum Beispiel der Entwässerungsleisten und der Dampfblaskästen
kann in Abhängigkeit von den mit der Analyseanlage erzielten
Ergebnissen erfolgen. Weiter können solche Messungen zur
Klärung von Problemstellen bei der Entwässerung
eingesetzt werden. Besonders bei kontinuierlicher Messung kann speziell
bei Mehrlagenkartons die Vergautschdichte (d. h. der Trockengehalt
beim Vergautschen der Lagen) auch in Maschinenrichtung reguliert
werden. Das Aneinanderfügen der Lagen erfolgt dann auf
möglichst optimale Weise.
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Je
nach Ausgestaltung wird der Trockengehalt an einer oder mehreren
Stellen in Längs- und/oder Querrichtung der nassen Bahn
gemessen. Zum Beispiel mit einem portablen Gerät wird im Randbereich
der nassen Bahn an mehreren Stellen in Bahnlängsrichtung
gemessen, wobei jedoch an jeder der Stellen nur eine einzige Messung
erfolgt. Entsprechend wird bei gleichzeitiger Verwendung mehrerer
Sensormittel in Bahnquerrichtung gleichzeitig an mehreren Stellen
gemessen. Bei Einrichtung einer solchen Messung auf kontinuierlichen
Betrieb wird der Trockengehalt an mehreren Stellen in Längs-
und Querrichtung der nassen Bahn gemessen. Dabei kann dann an der
nassen Bahn das Feuchteprofil sowohl in Maschinenrichtung als auch in
Querrichtung bestimmt werden, und diese Profile können
zur Steuerung und Regelung der Materialbahn-Herstellungsmaschine
eingesetzt werden.
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In 3 ist
einer der möglichen Messungsabläufe gezeigt. Die
Messung beginnt 24 mit dem Einschalten der Analyseanlage
und der anderen eventuell mit der Messung verbundenen Geräte.
Als nächstes wird die flächenbezogene Masse der
getrockneten Bahn gemessen 25, an Hand deren der Korrekturparameter
bestimmt 26 wird. Entsprechend wird der Trockengehalt der
nassen Bahn gemessen 27, an Hand dessen dann der wirkliche
Trockengehalt der Bahn bestimmt 28 werden kann. Aus dem Trockengehalt
der nassen Bahn kann weiter die Stoffdichte der Faserstoffsuspension
bestimmt 29 werden. Trockengehalt und Stoffdichte werden
hier unmittelbar dem Steuersystem 30 der Maschine zugeführt.
Auf diese Weise kann die Messung schnell und zuverlässig
für die Steuerung der Materialbahn-Herstellungsmaschine
ge nutzt werden. Erfolgt die Messung kontinuierlich, so wird der
beschriebene Messzyklus bis zum Abschalten ununterbrochen wiederholt.
Besonders bei Einsatz eines portablen Geräts wiederum erfolgen
Einzelmessungen, d. h. die Messung geschieht dann diskontinuierlich
und ist mit „Ende" 31 abgeschlossen. Auch in letzterem
Fall bleiben die Messergebnisse im Speicher des Geräts
erhalten, von wo sie später dem Maschinensteuersystem 30 zugeführt
werden können. Dies ist in 3 durch
einen gestrichelten Pfeil dargestellt. Die Analyseanlage und besonders
ihre portable Variante haben bevorzugt auch ein Display 32,
an dem der Bediener den gemessenen Wert ablesen kann (2). So
wird der Bediener besonders bei der Klärung von Problemsituationen
unmittelbar über den Trockengehalt informiert und kann
unverzüglich Korrekturmaßnahmen einleiten.
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Die
erfindungsgemäßen Messungen sind zuverlässig
und reproduzierbar. An Hand dieser Messungen kann die Entwässerung
besonders in der Sieb-, d. h. Blattbildungspartie besser als bisher
analysiert und optimiert werden. Die schnelle Messung ermöglicht
auch ein Analysieren von Profilen zur Feststellung von Prozessveränderungen.
Weiter können mit der Analyseanlage Zustand und Verschleiß von
Sieben u. dgl. analysiert werden. Auch die im Sieb enthaltene Wassermenge
kann gemessen werden, sofern nur die erfindungsgemäße
Rückkopplung abgeschaltet wird. In der Praxis können
die Sensormit tel zum Beispiel an Entwässerungselementen
stationär befestigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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