DE102009047041A1

DE102009047041A1 - Verfahren zur Steuerung/Regelung der mittleren Gesamtmenge, insbesondere Gesamtvolumenstroms an Verdünnungsmedium

Info

Publication number: DE102009047041A1
Application number: DE200910047041
Authority: DE
Inventors: Markus Häußler; Wolfgang Ruf; Hans Loser
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2011-05-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung/Regelung der über zumindest eine Zentralleitung sektionalen Stoffströmen (9.1 bis 9.n) hoher Konsistenz (c) zuführbaren mittleren Gesamtmenge an Verdünnungsmedium als Verdünnungsmedienstrom (SLC) mit geringer Konsistenz (c) aus über sektional wirksamen Stellgliedern (14.1 bis 14.n) eingestellten Verdünnungsmedienströmen (10.1 bis 10.n) als Funktion einer, eine Eigenschaft der Faserstoffbahn (F) wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, insbesondere des Flächengewichts (FG) und/oder Aschegehalts (AG) in Abhängigkeit der Konsistenzen des Stoffstroms (SHC) hoher Konsistenz (c) und des Verdünnungsmedienstroms (SLC). Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Gesamtvolumenstrom an Verdünnungsmedium als Funktion der Konsistenzen (c, c) des Stoffstroms (SHC) hoher Konsistenz (c) und des Verdünnungsmedienstroms (SLC) durch Änderung des Differenzdrucks (Δp) zwischen den Zentralleitungen (7, 11) für den Stoffstrom (SHC) hoher Konsistenz (c) und dem Verdünnungsmedienstrom (SLC) gesteuert/geregelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung/Regelung der über zumindest eine Zentralleitung sektionalen Stoffströmen hoher Konsistenz zuführbaren mittleren Gesamtmenge, insbesondere Gesamtvolumenstroms an Verdünnungsmedium als Verdünnungsmedienstrom mit geringer Konsistenz aus über sektional wirksamen Stellgliedern eingestellten Verdünnungsmedienströmen als Funktion einer die Eigenschaft der Faserstoffbahn wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, insbesondere des Flächengewichts und/oder Aschegehalts in Abhängigkeit der Konsistenzen des Stoffstroms hoher Konsistenz und des Verdünnungsmedienstroms.
Zur Einstellung bestimmter Eigenschaften einer Faserstoffbahn ist es erforderlich, die Stoffdichte und das Faserorientierungsquerprofil in einer Faser- oder Vliesstoffsuspension spätestens am Austrittspalt aus dem Stoffauflauf derart einzustellen, dass das Flächengewichts- und Faserorientierungsquerprofil der daraus zu bildenden Faser- oder Vliesstoffbahn über die gesamte Breite den gewünschten Anforderungen entspricht. Diese Einstellung erfolgt häufig durch lokales Zudosieren von Verdünnungsmedien, insbesondere Verdünnungswasser in einen Stoffstrom hoher Konsistenz, insbesondere den Gesamtvolumenstrom des Dickstoffstroms und/oder einzelne Sektionalströme. Dabei muss jedoch bis zu 30 Prozent des Gesamtdurchsatzes des Stoffauflaufs durch Verdünnungsmedien über die Profilierung zugesetzt werden, was einen separaten großen Verdünnungswasserkreislauf mit entsprechenden Pumpen und Vorratsbehältern erfordert.
Die Steuerung/Regelung des mittleren Verdünnungsmedienanteils kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Gemäß einer ersten Ausführung wird über alle Sorten hinweg immer ein konstanter Gesamtvolumenstrom an Verdünnungsmedium, das heißt absolut die gleiche Menge dosiert. Dies wird durch Aufrechterhaltung eines konstanten Differenzdrucks zwischen den zentralen Verteilrohren für den Verdünnungsmedienstrom und den Stoffstrom hoher Konsistenz erzielt.
Gemäß einer zweiten Ausführung wird der Anteil des Verdünnungsmediums konstant gehalten, das heißt unabhängig von der Sorte erfolgt die Einregelung eines konstanten Verhältnisses der Menge an Verdünnungsmedium zur Menge des Stoffstroms mit hoher Konsistenz. Die Menge an Verdünnungsmedium wird mittels Mitteln zur Durchflussmessung erfasst, während die Menge des Stoffstroms mit der hohen Konsistenz aus den Gegebenheiten des Stoffauflaufs, wie Öffnungsbreite des Austrittsspalts, der Auslaufbreite und der Strahlgeschwindigkeit der austretenden Faser- oder Vliesstoffsuspension unter Berücksichtigung eines Kontraktionsfaktors errechnet wird.
Die dritte Möglichkeit besteht in einer sortenabhängigen Einstellung des Verdünnungsmedienanteils, das heißt je nach herzustellender Sorte der Faserstoffbahn wird die Menge des Verdünnungsmediums variiert.
Bei allen genannten Möglichkeiten wird für einen Großteil der herzustellenden Faser- oder Vliesstoffbahnsorten die tatsächliche erforderliche Verdünnungsmedienmenge überschritten, da für die ersten beiden Ausführungen die erforderliche Menge/der Anteil an Verdünnungsmedium immer für die Sorte mit dem höchsten Bedarf ausgelegt wird und selbst bei der dritten Möglichkeit prozessbedingte Schwankungen mit berücksichtigt werden müssen. Die zu hohen Mengen an Verdünnungsmedium bedingen ein deutlich erhöhtes Druckniveau im zentralen Verteilerkanal für das Verdünnungsmedium gegenüber dem Druckniveau im zentralen Verteilerkanal für den Stoff mit der höheren Konsistenz, womit eine erhöhte Pumpenleistung und damit ein erhöhter Energieverbrauch einhergeht, der sich in nicht zu vernachlässigenden Mehrkosten äußert.
Neben den energetischen Aspekten haben die höher als erforderlich angesetzten Verdünnungsmedienmengen auch einen Einfluss auf bestimmte Eigenschaften der entstehenden Faserstoffbahn, insbesondere die Aschequerprofilgüte. So beeinflusst das Verdünnungsmedium oftmals das lokale Retentionsverhalten und somit den lokalen Ascheanteil.
Ein Verfahren zur Minimierung des Energieeintrags bei einem Verfahren zur Herstellung oder Behandlung von Faserstoffbahnen ist aus der Druckschrift EP 1 813 720 A1 vorbekannt. Bei diesem wird der Energieverbrauch bei der Einstellung eines Eigenschaftskennwerts der Faserstoffbahn dadurch reduziert, dass die Eigenschaft der Faserstoffbahn derart gesteuert/geregelt wird, dass ein niedrigster zulässiger Wert des Qualitätsbereichs oder eine maximal zulässige Abweichung gerade noch erreicht werden.
Aus der Druckschrift EP 0 898 013 A2 ist ein Verfahren zur Vermeidung der Selbstblockade eines Regelsystems, bedingt durch das Erreichen des Stellbereichs, insbesondere erreichte Endstellungen von Stellgliedern und Vorliegen eines weitergehenden Signals zur Ansteuerung dieser für stoffdichtegeregelte Stoffaufläufe vorbekannt. Bei diesen erfolgt unter anderem eine Änderung der Konzentration des Stoffstroms mit höherer Konzentration durch Zufuhr von Verdünnungsmedium in der zentralen Versorgungsleitung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verdünnungsmedienanteil über alle Sorten und prozessbedingte Schwankungen derart einzustellen und/oder zu regeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden und insbesondere die geringst mögliche mittlere Verdünnungsmedienmenge sichergestellt wird.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein Verfahren zur Steuerung/Regelung der über zumindest eine Zentralleitung sektionalen Stoffströmen hoher Konsistenz zuführbaren mittleren Gesamtmenge, insbesondere Gesamtvolumenstroms an Verdünnungsmedium als Stoffstrom mit geringer Konsistenz aus über sektional wirksamen Stellgliedern eingestellten Verdünnungsmedienströmen als Funktion einer die Eigenschaft der Faserstoffbahn wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, insbesondere des Flächengewichts und/oder Aschegehalts in Abhängigkeit der Konsistenzen des Stoffstroms hoher Konsistenz und des Verdünnungsmedienstroms ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Gesamtvolumenstrom an Verdünnungsmedium als Funktion der Konsistenzen des Stoffstroms hoher Konsistenz und des Verdünnungsmedienstroms durch Änderung des Differenzdrucks zwischen den Zentralleitungen für den Stoffstrom hoher Konsistenz und dem Gesamtvolumenstrom an Verdünnungsmedien gesteuert/geregelt wird.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt die Steuerung/Regelung des mittleren Gesamtvolumenstroms an Verdünnungsmedium als Funktion einer Differenz zwischen der Konsistenz des Stoffstroms hoher Konsistenz und der Konsistenz des Verdünnungsmedienstroms als Stoffstrom geringer Konsistenz, wobei bei Unterschreitung eines vordefinierten Mindestwerts der Differenzdruck zwischen den Zentralleitungen für den einzelnen Stoffstrom hoher Konsistenz und dem Verdünnungsmedienstrom erhöht und bei Überschreitung eines vordefinierten Maximalwerts der Differenzdruck verringert wird. Die vordefinierten Minimal- und Maximalwerte werden durch das Regelpotenzial von sektional wirksamen Stelleinrichtungen zur Eindosierung von Verdünnungsmedienströmen in Sektionalströme des Stoffstroms hoher Konsistenz bestimmt.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Einstellung jeweils der für jede Sorte geringst möglichen mittleren Verdünnungsmedienmenge, das heißt über die Betriebsdauer über alle Prozessschwankungen hinweg. Der durch die geringeren Verdünnungswassermengen erforderliche geringere Energieeintrag wirkt sich positiv auf die Energiebilanz der gesamten Maschine aus. Ferner werden nachteilige Beeinflussungen bestimmter Eigenschaften der Faserstoffbahn, die durch zu hohe Verdünnungswassermengen bedingt sind, vermieden.
Die Beeinflussung des Differenzdrucks erfolgt in einer vorteilhaften Weiterentwicklung allein nur durch die direkte Beeinflussung des Verdünnungsmedienstroms, wodurch der Steuer-/Regelaufwand minimiert wird. In diesem Fall wird vorzugsweise die Drehzahl einer Fördereinrichtung für den Verdünnungsmedienstrom als Stellgröße für die Einstellung des Differenzdrucks gesetzt. Die Änderung dieser erlaubt eine schnelle und genaue Einstellung des erforderlichen Differenzdrucks.
Im Einzelnen gestaltet sich das Verfahren wie folgt:
Es wird zumindest ein Ist-Wert einer mittleren Konsistenz im aus dem Stoffauflauf austretenden Strahl erfasst und/oder ermittelt, wobei in Abhängigkeit dieses Ist-Werts der mittleren Konsistenz im aus dem Stoffauflauf austretenden Strahl und eines anlagenspezifischen Korrekturkennwerts zur Charakterisierung eines Korrekturpotenzials für eine Eigenschaft der Faserstoffbahn wenigstens mittelbar beschreibende Größe die maximal und minimal erforderliche Konsistenz im aus dem Stoffauflauf austretenden Strahl bestimmt wird. Anhand der Ist-Werte der aktuellen Stellposition der sektional wirksamen Stelleinrichtungen für die sektionalen Verdünnungsmedienströme wird dann sektional geprüft, ob die maximal und minimal erforderliche Konsistenz im aus dem Stoffauflauf austretenden Strahl erreicht wird und in Abhängigkeit des Ergebnisses die maschinenbreit wirksame Stelleinrichtung des Verdünnungsmedienstroms und/oder die sektional wirksamen Stelleinrichtungen für den Verdünnungsmedienstrom angesteuert. Dabei werden grundsätzlich zwei Grundzustände unterschieden, nämlich zum einen ob sowohl die maximal und minimal erforderliche Konsistenz im aus dem Stoffauflauf austretenden Strahl erreicht wird oder nur eine der genannten Größen.
Die Ansteuerung der maschinenbreit wirksamen Stelleinrichtung des Verdünnungsmedienstroms und/oder der sektional wirksamen Stelleinrichtungen für den Verdünnungsmedienstrom erfolgen dabei derart, dass

a) bei Erreichen der maximal und minimal erforderliche Konsistenz im aus dem Stoffauflauf austretenden Strahl keine Ansteuerung der maschinenbreit und sektional wirksamen Stelleinrichtungen für den Verdünnungsmedienstrom vorgenommen wird;
b) im Fall des Nichtereichens der maximal und minimal erforderlichen Konsistenz im aus dem Stoffauflauf austretenden Strahl eine Erhöhung des Differenzdrucks durch Ansteuerung der maschinenbreit wirksamen Stelleinrichtungen für den Verdünnungsmedienstrom;
c) bei Überschreitung der maximal erforderlichen Konsistenz und/oder Unterschreitung der minimal erforderlichen Konsistenz im aus dem Stoffauflauf austretenden Strahl die maschinenbreit wirksame Stelleinrichtung zur Reduzierung des Differenzdrucks angesteuert wird.

Durch diese Fallunterscheidung gelingt es dabei, den mittleren Verdünnungsmedienstrom optimal an die Erfordernisse der jeweiligen Steuerung/Regelung anzupassen.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung einen Stoffauflauf mit zugeordneter Steuer-/Regelvorrichtung;
2 verdeutlicht anhand eines Signalflussbilds ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung/Regelung der mittleren Verdünnungsmedienmenge; und
3 verdeutlicht anhand eines Signalflussbilds die Integration eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung/Regelung der mittleren Verdünnungsmedienmenge in ein Verfahren zur Steuerung/Regelung einer Eigenschaft der Faserstoffbahn.
Die 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand eines Ausschnitts aus einer Maschine 1 zur Herstellung einer Faser- oder Vliesstoffbahn F, vorzugsweise Papier-, Karton- oder Tissuebahn, den Aufbau und die Funktion einer Vorrichtung 2 zur Steuerung/Regelung der über zumindest eine Zentralleitung sektionalen Stoffströmen hoher Konsistenz SHC zuführbaren mittleren Gesamtmenge an Verdünnungsmedien SLC als Funktion einer die Eigenschaft der Faserstoffbahn wenigstens mittelbar beeinflussenden Größe, insbesondere des Flächengewichts FG und/oder Aschegehalts AG. Zur Verdeutlichung der einzelnen Richtungen ist ein Koordinatensystem an den Stoffauflauf 3 angelegt. Die X-Richtung charakterisiert die Durchführungsrichtung der entstehenden Faserstoffbahn F durch die Maschine 1. Diese fällt mit der Maschinenrichtung MD, das heißt der Erstreckung der Maschine in Längsrichtung zusammen. Die Y-Richtung entspricht der Richtung senkrecht zur Maschinenrichtung MD in Breitenrichtung der Maschine 1 und wird daher auch als Maschinenquerrichtung CD bezeichnet. Die Z-Richtung beschreibt die Höhenrichtung.
Über den Stoffauflauf 3 wird eine Faserstoff- oder Vliesstoffsuspension FS einer Formiereinheit 4 zugeführt. Die Zuführung erfolgt über die Maschinenbreite, das heißt in CD-Richtung vorzugsweise über einen sich in dieser Richtung erstreckenden Austrittsspalt 5. Die Versorgung des Stoffauflaufs 3 mit der am Austritt auszugebenden Faserstoffsuspension FS erfolgt dabei über einen so genannten Konstantteil 6. Die am Austritt 5 austretende Faserstoffsuspension FS setzt sich aus einem Stoffstrom SHC hoher Konsistenz c_H und einem Stoffstrom geringerer Konsistenz, das heißt Verdünnungsmedienstrom SLC zusammen, wobei das Konsistenzverhältnis über die Breite, das heißt in Maschinenquerrichtung CD sektional variieren kann. Dazu wird der Stoffauflauf 3 über eine sogenannte Hochkonzentratleitung 7 mit einem Stoffstrom SHC hoher Konsistenz c_H beaufschlagt, der vor dem Eingang in den Stoffauflauf 3 in Maschinenquerrichtung CD in einzelne Sektionalströme 9.1 bis 9.n aufgeteilt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind dabei lediglich drei derartige Sektionalströme dargestellt. Es versteht sich von selbst, dass unter realen Verhältnissen die Anzahl der Stoffauflaufsektionen jedoch erheblich höher ist. Der Gesamtstrom des Stoffstroms SHC hoher Konsistenz wird dabei in der Hochkonzentratleitung 7 mittels einer Fördereinrichtung 8, insbesondere in Form einer Stoffauflaufpumpe aus einem hier nicht dargestellten Vorratsbehälter oder einer Stoffaufbereitung gefördert. Vor dem Eintritt in den Stoffauflauf 3 werden die einzelnen Sektionalströme 9.1 bis 9.3 mit einzelnen Verdünnungsmedienströmen 10.1 bis 10.n, die durch eine niedrigere Konsistenz als der Stoffstrom SHC charakterisiert sind, versorgt. Die Verdünnungsmedienströme 10.1 bis 10.n werden über einen Verteiler aus einem Verdünnungsmedienstrom SLC in einer Niedrigkonzentratleitung 11 bereitgestellt, wobei die Förderung mittels einer Fördereinrichtung 12, vorzugsweise in Form einer regelbaren Pumpe als maschinenbreit wirkende Stelleinrichtung 15 erfolgt. Die Aufteilung in sektionale Verdünnungsmedienströme 10.1 bis 10.n erfolgt vorzugsweise über eine Verteilereinrichtung, wobei die Steuerung/Regelung dieser Verdünnungsmedienströme 10.1 bis 10.n mittels Ventileinrichtungen 13.1 bis 13.n vorgenommen wird, die auch als sektional wirkende Stelleinrichtungen 14.1 bis 14.n bezeichnet werden. Der Begriff Sektion bezieht sich in diesem Zusammenhang auf einen Bereich in Maschinenquerrichtung CD über einen Teilbereich der Breite des Stoffauflaufs 3. Die Ansteuerung und Einstellung der sektional wirkenden Stellglieder 14.1 bis 14.n erfolgt über entsprechende Kopplungen mit der Vorrichtung 2 zur Steuerung/Regelung. Im einfachsten Fall handelt es sich um feste Steuerleitungen, die eine direkte Verbindung zwischen der Vorrichtung 2 und den sektional wirkenden Stelleinrichtungen 14.1 bis 14.n ermöglichen. Denkbar ist jedoch auch eine drahtlose Verbindung, wie sie beispielsweise über Infrarottechnologie oder Funk realisiert werden kann.
In der dargestellten Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass an der Zusammenführung der einzelnen Sektionalströme 9.1 bis 9.n mit den jeweiligen Verdünnungsmedienströmen 10.1 bis 10.n und damit der Mischströme aus den Stoffströmen hoher und niedriger Konsistenz cH, cL zumindest eine Mischeinrichtung verwendet wird, wie beispielhaft aus den Patentanmeldungen DE 42 11 290 A1 oder DE 42 11 291 A1 vorbekannt. Ferner ist es auch denkbar, die Steuerung/Regelung der sektionalen Gesamtvolumenströme aus den Sektionalströmen 9.1 bis 9.n und den entsprechenden Verdünnungsmedienströmen 10.1 bis 10.n durch das Zusammenwirken jeweils zweier oder mehrerer Ventileinrichtungen in der gewünschten Weise zu bewirken.
Die sich aus der Summe aus den einzelnen Sektionalströmen 9.1 bis 9.n und Verdünnungsmedienströmen 10.1 bis 10.n ergebenden sektionalen Gesamtvolumenströme können entsprechend den Anforderungen an ein einzustellendes Querprofil variieren. Dies kann insbesondere in Maschinenquerrichtung CD zur Einstellung eines vordefinierten Flächengewichtsquerprofils von besonderer Bedeutung sein. Dabei wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens während des gesamten Betriebs des Stoffauflaufs 3 unabhängig von der Sorte/Art der herzustellenden Faserstoffbahn F und auftretenden Prozessschwankungen nach Möglichkeit die geringst mögliche mittlere Verdünnungsmedienmenge sichergestellt. Als Verdünnungsmedium wird vorzugsweise Verdünnungswasser in Form von Siebwasser oder Frischwasser verwendet. Dabei werden die Gesamtmenge des Verdünnungsmediums und damit der Verdünnungsmedienstrom SLC in der Niedrigkonzentratleitung 11 maschinenbreit über die Fördereinrichtung 12 gesteuert/geregelt. Die Fördereinrichtung 12 fungiert als maschinenbreit wirkende Stelleinrichtung 15 zur Einstellung der Gesamtmenge an Verdünnungsmedium.
Die Ansteuerung der Fördereinrichtung 12 zur Einstellung der Gesamtmenge an Verdünnungsmedium und damit der maschinenbreit wirkenden Stelleinrichtung 15 erfolgt als Funktion der Konsistenzen im Stoffstrom SHC und dem Verdünnungsmedienstrom SLC. Diese Größen definieren das Stell-/Regelpotenzial der sektional wirkenden Stelleinrichtungen 14.1 bis 14.3, insbesondere der Ventileinrichtungen 13.1 bis 13.3 bei einer vorgegebenen, diese charakterisierenden Ventilkennlinie. Nähert sich dabei die Konsistenz c_L in der Niedrigkonzentratleitung 11 an die Konsistenz c_H in der Hochkonzentratleitung 7 an, verringert sich bei konstantem Differenzdruck zwischen diesen das Regelpotenzial der einzelnen Ventileinrichtungen 13.1 bis 13.n. Dabei kann unter Umständen sogar eine der Endlagen der einzelnen Ventileinrichtung 13.1 bis 13.n erreicht und damit das Regelpotenzial für diese vollständig ausgeschöpft werden. In diesem Fall ist es erforderlich, den Differenzdruck Δp zu erhöhen, indem die Fördereinrichtung 12 als maschinenbreit wirkende Stelleinrichtung 15 entsprechend angesteuert wird, insbesondere durch Erhöhung der Drehzahl n. Umgekehrt ermöglicht eine erhöhte Konsistenzdifferenz zwischen den Konsistenzen des Stoffstroms SHC in der Hochkonzentratleitung 7 und in der Niedrigkonzentratleitung 11 ein Absenken des Druckniveaus des Verdünnungsmedienstroms SLC und somit eine entsprechende Ansteuerung der Fördereinrichtung 12 in der Niedrigkonzentratleitung 11 im Sinne einer Drehzahlreduzierung, was zu einem reduzierten Energieverbrauch führt.
Zur Steuerung/Regelung der zumindest einen, die Eigenschaften der entstehenden Faserstoffbahn F wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe unter Minimierung der insgesamt erforderlichen Verdünnungsmedienmenge sind dabei Einrichtungen 16 erforderlicher zu verarbeitender Ist-Größen dieser Eigenschaft oder diese Eigenschaft charakterisierende Größen vorgesehen, ferner die zur Steuerung/Regelung dieser Größe über die Zugabe von Verdünnungsmedien erforderlichen Stelleinrichtungen in Form der maschinenbreit wirkenden Stelleinrichtung 15, insbesondere Fördereinrichtung 12, sowie der sektional in Maschinenquerrichtung CD wirkenden Stelleinrichtungen 14.1 bis 14.n.
Die Erfassung der zumindest einen, die Eigenschaften der Faserstoffbahn F wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe erfolgt an der fertigen Faserstoffbahn F, vorzugsweise vor dem Aufrollen an einer Aufrolleinrichtung 21.
Die Einrichtungen 16, 15, 14.1 bis 14.n sowie die Vorrichtung 2 bilden dabei ein Steuer- und/oder Regelsystem. Dieses kann Bestandteil eines zentralen Prozessleitsystems sein oder als eigenständige Steuer- und/oder Regelung lediglich im Bereich des Stoffauflaufs 3 angeordnet sein. Die Kopplung zwischen den Erfassungseinrichtungen 16 und der Vorrichtung 2 und/oder der Stelleinrichtungen 14.1 bis 14.n beziehungsweise der maschinenbreit wirkenden Stelleinrichtung 15 kann über feste Verbindungsleitungen in Form von Steuerleitungen oder drahtlos durch Ausnutzung der Infrarot- und Funktechnologie erfolgen.
Als weitere Einrichtungen zur Erfassung wenigstens einer zu verarbeitenden Ist-Größe ist zumindest eine Einrichtung 18 zur Erfassung zumindest einer, die Konsistenz c_H in der Hochkonzentratleitung 7 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe und eine Einrichtung 19 zur Erfassung zumindest einer die Konsistenz c_L in der Niedrigkonzentratleitung 11 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe vorgesehen. Bei diesen handelt es sich im einfachsten Fall um Sensoren, die an entsprechend geeigneten Messstellen in den entsprechenden Leitungen angeordnet sind.
Für die beabsichtigte Steuerung/Regelung der erforderlichen Gesamtmenge an Verdünnungsmedium im Rahmen der Steuerung/Regelung einer Eigenschaft der Faserstoffbahn F gelten dabei nachfolgende Zusammenhänge. Das Verfahren zur Minimierung der mittleren Verdünnungsmedienmenge ist beispielhaft anhand eines Signalflussbilds in 2 wiedergegeben.
Die sich durch das Zusammenmischen der Sektionalströme 9.1 bis 9.n mit den Verdünnungsmedienströmen 10.1 bis 10.n ergebende Verdünnung x kann durch das Verhältnis des mittleren Verdünnungsmedienstroms q_SLC,med, das heißt des mittleren Gesamt-Verdünnungsmedienstroms und des Volumenstroms am Austritt 5 aus dem Stoffauflauf 3, insbesondere dem Spalt, der mit q_Jet bezeichnet ist, beschrieben werden:
Dieser Quotient ist dabei möglichst klein zu halten.
Die Größe der Verdünnung x, das heißt die mittlere Menge an Verdünnungsmedium ist bei einem vordefinierten q_Jet im Wesentlichen von nachfolgenden Parametern abhängig:

– Erforderliches, durch diese vorzusehendes Korrekturpotenzial in Abhängigkeit vom CD-Fehlerprofil einer Eigenschaft der entstehenden Faserstoffbahn F bei nicht aktiver Regelung, insbesondere in Abhängigkeit vom CD-Flächengewichtsfehlerprofil;
– Konstruktive Ausführung der Stelleinrichtung zur Dosierung des Verdünnungsmedienstroms in den Sektionalstrom, insbesondere Schärfe der Antwortfunktion;
– Konsistenz des Verdünnungsmedienstroms SLC;
– Mittlere Konsistenz c_jet,med im Strahl, welcher durch den Austrittsspalt aus dem Stoffauflauf 3 austritt.

Die mittlere Konsistenz c_jet,med wird dabei einmalig bei der Dimensionierung der Verdünnungswasserregelung für jede zu erstellende Faserstoffbahnsorte angenommen.
Ferner erfolgt die Festlegung des Korrekturpotenzials für die Eigenschaft der Faserstoffbahn F anlagenspezifisch, das heißt abhängig von zum Beispiel einem Flächengewichtsbereich, der Anzahl der vergautschten Blattlagen sowie der Qualität des Stoffauflaufs 3. Entsprechend wird ein sogenanntes relatives Soll-Korrekturpotenzial vorgegeben, welches hinsichtlich der zu erzielenden Eigenschaft der Faserstoffbahn F bei beispielsweise ±4% liegen kann. Das Korrekturpotenzial leitet sich dabei aus dem Nullprofil ab, wird durch einen Kennwert k beschrieben und kann folgendermaßen unter nachfolgender Beziehung berechnet werden:
mit

k+/–: Relativer Soll-Korrekturwert;
ε: Maschinenkonstante;
ΔFG+/–soll: Zulässige Abweichung der die Eigenschaft der Faserstoffbahn F wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe zur Bestimmung des Soll-Korrekturpotenzials.

Bei der Größe ΔFG^+/–soll handelt es sich dabei um die Größe der lokalen Abweichung des Flächengewichts FG, das heißt in den einzelnen Sektionen bei einem mittleren jeweiligen Flächengewicht FG.
Das relative Soll-Korrekturpotenzial k^+/– wird im Normalfall als feste Größe anlagenspezifisch festgelegt und vorgegeben. Diese Größe kann jedoch auch über längere Zeiträume hinweg angepasst werden, insbesondere wenn sich aufgrund des Verschleißes an der Austrittskante 5 des Stoffauflaufs 3 beispielhaft ein verschlechtertes Nullprofil ergeben würde. Die Vorgabe oder Übernahme dieses Korrekturkennwerts k^+/– erfolgt dabei in einem Verfahrensschritt A.
In einem weiteren Verfahrensschritt B werden aktuelle, für die Steuerung/Regelung der mittleren Verdünnungsmedienmenge relevante Ist-Größen ermittelt. Dabei kann ein Teil separat nur für die Steuerung/Regelung der mittleren Verdünnungsmedienmenge erfasst werden oder aber aus einem anderen oder dem übergeordneten Prozess D zur Steuer/Regelung einer die Eigenschaft der Faserstoffbahn F wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe übernommen werden. Nur für die Steuerung/Regelung der Verdünnungsmedienmenge oder aber aus einem anderen oder dem übergeordneten Prozess zur Steuer/Regelung einer die Eigenschaft der Faserstoffbahn F wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe werden – vorzugsweise fortlaufend – die Konsistenzen des Stoffstroms SHC und des Verdünnungsmedienstroms SLC in den Hoch- und Niedrigkonzentratleitungen 7 und 11 wenigstens mittelbar erfasst beziehungsweise ermittelt. Vorzugsweise werden diese direkt über Sensoren in der Niedrigkonzentratleitung 11 sowie der Hochkonzentratleitung 7 gemessen. Diese Größen können auch anderen Steuer- und/oder Regeleinrichtungen entnommen werden, die diese für andere Steuer-/Regelaufgaben verarbeiten. Vorzugsweise werden diese Größen jedoch einem zentralen Prozessleitsystem zugeführt und sind über dieses für einzelne Steuer-/Regelaufgaben abfragbar. Aus diesen Konsistenzen und dem für die aktuelle Steuer-/Regelaufgabe einer Eigenschaft der Faserstoffbahn F ebenfalls bekannten Verhältnis der Konsistenzen
wird die mittlere Konsistenz C_jet,med im Austrittsstrahl aus dem Stoffauflauf 3 im Verfahrensschritt C bestimmt. Der Ist-Wert für das Konsistenzverhältnis wird dabei beispielsweise aus einem Prozess D, insbesondere der übergeordneten Steuer/Regelung der Eigenschaft der Faserstoffbahn F bestimmt und ist über Verfahrensschritt B somit vorgegeben.
Aus dem vorgegebenen, das Korrekturpotenzial beschreibenden Korrekturkennwert k^+/–, welcher in Abhängigkeit der gewählten Abweichungen in positiver sowie negativer Abweichungsrichtung ermittelt wird, wird im Verfahrensschritt E die erforderliche notwendige maximale und minimale Konsistenz im Strahl am Austritt 5 aus dem Stoffauflauf 3 ermittelt, um das Soll-Korrekturpotenzial für die jeweilige Eigenschaft der Faserstoffbahn F erreichen zu können. Dieser Zusammenhang kann beispielhaft durch folgende Größengleichung beschrieben werden: c_Jet,max = (k⁺ + 1)·c_Jet,med mit

cJet,max: Maximale Konsistenz der Faserstoffsuspension FS im Austrittsspalt aus dem Stoffauslauf 3;
k+: Soll-Korrektorpotenzial beschreibender Korrekturwert für vorgegebene mögliche positive Abweichung; und
cJet,med: Mittlere Konsistenz.

In Analogie gelten diese Aussagen auch für die minimal erforderliche Konsistenz im Strahl am Austritt 5 aus dem Stoffauflauf 3 für die mögliche negative Abweichung. In diesem Fall ergibt sich c_Jet,min = (k^– + 1)·c_Jet,med mit

cJet,min: Minimale Konsistenz der Faserstoffsuspension FS im Austrittsspalt aus dem Stoffauslauf 3;
k–: Soll-Korrekturpotenzial beschreibender Korrekturwert für vorgegebene mögliche negative Abweichung; und
cJet,med: Mittlere Konsistenz.

Dabei wird in einem weiteren Verfahrensschritt G geprüft, inwieweit sektional, das heißt lokal, sowohl die minimal notwendige Konsistenz c_Jet,min im Strahl als auch die maximal notwendige Konsistenz c_Jet,max im Strahl am Austritt 5 aus dem Stoffauflauf 3 bei dem aktuell eingestellten Differenzdruck zwischen der Niedrigkonzentratleitung 11 und der Hochkonzentratleitung 7 sowie der aktuell mittleren Stellung der Stellglieder 14.1 bis 14.3 für die einzelnen Sektionen erreicht werden können. Dazu erfolgt ein Abgleich mit den Ventilkennlinien. Die Ermittlung des Differenzdrucks Δp kann im Verfahrensschritt B innerhalb der Steuerung/Regelung der Verdünnungsmedienmenge mit vorgenommen werden oder aber aus einem anderen oder dem übergeordneten Prozess zur Steuer/Regelung einer die Eigenschaft der Faserstoffbahn F wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, beispielhaft D entnommen werden. Des Weiteren erfolgt die Ermittlung der aktuellen Stellungen der sektionalen Stelleinrichtungen 14.1 bis 14.n in Form der Ventileinrichtungen 13.1 bis 13.n, und damit der Ist-Werte für diese, ebenfalls bereits im Verfahrensschritt B innerhalb der Steuerung/Regelung der Verdünnungsmedienmenge oder aber aus einem anderen oder dem übergeordneten Prozess zur Steuer/Regelung einer die Eigenschaft der Faserstoffbahn F wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe Prozess, beispielhaft D.
Können diese Konsistenzen c_jet,min sowie c_jet,max beide nicht erreicht werden, wird in Verfahrensschritt H weiter geprüft, ob c_jet,min unter- und c_jet,max überschritten wird. Ist dies nicht der Fall wird in I der Differenzdruck Δp zwischen der Niedrigkonzentratleitung 11 und der Hochkonzentratleitung 7 vergrößert. Die Vergrößerung erfolgt dabei in Abhängigkeit der Drehzahl n der Fördereinrichtung 12 in der Niedrigkonzentratleitung 11 als maschinenbreit wirkende Stellrichtung 15 durch Vorgabe einer entsprechenden Stellgrößen Y15.
Ist im aktuellen Betriebszustand sogar mehr Regelpotenzial vorhanden, das heißt c_Jet,min wird unterschritten und c_Jet,max kann überschritten werden, reduziert sich im Verfahrensschritt J der Differenzdruck Δp.
Das Gesamtverfahren ist mit VI bezeichnet und kann im Rahmen einer Steuerung/Regelung einer die Eigenschaft einer Faserstoffbahn beschreibenden Größe eingesetzt werden.
Das in 2 dargestellte Verfahren kann dabei beispielhaft Bestandteil eines Prozesses D sein, der in 3 in einem Signalflussbild wiedergegeben ist. Dazu wird ein Soll-Wert einer die Eigenschaft der Faserstoffbahn F wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe über die Maschinenquerrichtung CD in VA vorgegeben, ein Ist-Wert dieser über die Maschinenquerrichtung CD in VB erfasst und in VC beide verglichen, wobei in VD bei Abweichung eine Stellgröße Y15 für die Gesamtverdünnungsmedienmenge sowie Y14.1 bis Y14.n zur Einsteuerung dieser in die einzelnen Sektionalströme 9.1 bis 9.n in VH vorgegeben wird. Dabei wird in VH der in 2 als VI bezeichnete Prozess der Steuerung/Regelung der mittleren Verdünnungsmedienmenge integriert.
Neben dem energetischen Aspekt bietet der Betrieb mit minimaler Verdünnungsmedienmenge weitere Vorteile im Hinblick auf die Aschequerprofilgüte. Ferner beeinflusst das Verdünnungsmedium das lokale Retentionsverhalten und somit auch den lokalen Ascheanteil.
Bezugszeichenliste

1: Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn
2: Vorrichtung zur Steuerung/Regelung
3: Stoffauflauf
4: Formiereinheit
5: Austritt
6: Konstantteil
7: Hochkonzentratleitung
8: Fördereinrichtung, insbesondere Pumpe
9.1 bis 9.n: Sektionaler Stoffstrom, Sektionalstrom
10.1 bis 10.n: Sektionaler Verdünnungsmedienstrom
11: Niedrigkonzentratleitung
12: Fördereinrichtung
13.1 bis 13.n: Ventileinrichtung
14.1 bis 14.n: Sektional wirkende Stelleinrichtung
15: Maschinenbreit wirkende Stelleinrichtung
16: Einrichtung zur Erfassung eines in der Vorrichtung zu verarbeitenden Ist-Werts
17: Steuer- und/oder Regelsystem
18: Einrichtung zur Erfassung zumindest einer die Konsistenz c_H in der Hochkonzentratleitung 7 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe
19: Einrichtung zur Erfassung zumindest einer die Konsistenz c_L in der Niedrigkonzentratleitung 11 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe
20: Einrichtung zur Erfassung zumindest einer die Ventilstellung wenigstens mittelbar beschreibenden Größe
21: Aufrolleinrichtung
AG: Aschegehalt
A–J: Verfahrensschritte
cH: Konsistenz Stoffstrom
cL: Konsistenz Verdünnungsmedienstrom
cJet,med: Mittlere Konsistenz
ε: Maschinenkonstante
cJet,max: Maximale Konsistenz der Faserstoffsuspension FS im Austrittsspalt aus dem Stoffauslauf
cJet,min: Minimale Konsistenz der Faserstoffsuspension FS im Austrittsspalt aus dem Stoffauslauf
F: Faserstoffbahn
FG: Flächengewicht
FS: Faserstoffsuspension
k+/–: Relativer Soll-Korrekturwert für vorgegebene mögliche positive/negative Abweichung
SHC: Stoffstrom hoher Konsistenz
SLC: Verdünnungsmedienstrom
VA–VI: Verfahrensschritte
Y14.1 bis Y14.n: Stellgröße der sektionalen Stelleinrichtungen
Y15: Stellgröße maschinenbreit wirksame Stelleinrichtung
ΔFG+/–soll: Zulässige Abweichung der die Eigenschaft der Faserstoffbahn F wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe zur Bestimmung des Soll-Korrekturpotenzials
Δp: Differenzdruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1813720 A1 [0008]
EP 0898013 A2 [0009]
DE 4211290 A1 [0025]
DE 4211291 A1 [0025]

Claims

Verfahren zur Steuerung/Regelung der über zumindest eine Zentralleitung sektionalen Stoffströmen (9.1 bis 9.n) hoher Konsistenz (c_H) zuführbaren mittleren Gesamtmenge an Verdünnungsmedium als Verdünnungsmedienstrom (SLC) mit geringer Konsistenz (c_L) aus über sektional wirksamen Stellgliedern (14.1 bis 14.n) eingestellten Verdünnungsmedienströmen (10.1 bis 10.n) als Funktion einer, eine Eigenschaft der Faserstoffbahn (F) wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, insbesondere des Flächengewichts (FG) und/oder Aschegehalts (AG) in Abhängigkeit der Konsistenzen des Stoffstroms (SHC) hoher Konsistenz (c_H) und des Verdünnungsmedienstroms (SLC), dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Gesamtvolumenstrom an Verdünnungsmedium als Funktion der Konsistenzen (c_H, c_L) des Stoffstroms (SHC) hoher Konsistenz (c_H) und des Verdünnungsmedienstroms (SLC) durch Änderung des Differenzdrucks (Δp) zwischen den Zentralleitungen (7, 11) für den Stoffstrom (SHC) hoher Konsistenz (c_H) und dem Verdünnungsmedienstrom (SLC) gesteuert/geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Gesamtvolumenstrom an Verdünnungsmedium als Funktion einer Differenz zwischen der Konsistenz (c_H) des Stoffstroms (SHC) hoher Konsistenz und der Konsistenz (c_L) des Verdünnungsmedienstroms (SLC) als Stoffstrom (SLC) geringer Konsistenz gesteuert/geregelt wird, wobei bei Unterschreitung eines vordefinierten Mindestwerts der Differenzdruck (Δp) zwischen den Zentralleitungen (7, 11) für den einzelnen Stoffstrom (SHC) hoher Konsistenz und dem Verdünnungsmedienstrom (SLC) erhöht und bei Überschreitung eines vordefinierten Maximalwerts der Differenzdruck (Δp) verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Differenzdrucks (Δp) allein über eine maschinenbreit wirkendes Stelleinrichtung (15) für den Verdünnungsmedienstrom (SLC) vorgenommen wird, wobei als Stellgröße die Drehzahl einer Fördereinrichtung (12) für den Verdünnungsmedienstrom (SLC) gesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ist-Wert einer mittleren Konsistenz (c_Jet,med) im aus dem Stoffauflauf (3) austretenden Strahl erfasst und/oder ermittelt wird, in Abhängigkeit dieses Ist-Werts der mittleren Konsistenz (c_Jet,med) im aus dem Stoffauflauf (3) austretenden Strahl und eines anlagenspezifischen Korrekturkennwerts (k^+/–) zur Charakterisierung eines Korrekturpotenzials für eine Eigenschaft (FG, AG) der Faserstoffbahn (F) wenigstens mittelbar beschreibende Größe die maximal (c_Jet,max) und minimal (c_Jet,min) erforderliche Konsistenz im aus dem Stoffauflauf (3) austretenden Strahl ermittelt wird, und in Abhängigkeit der Ist-Werte der aktuellen Stellposition der sektional wirksamen Stelleinrichtungen (14.1 bis 14.n) für die sektionalen Verdünnungsmedienströme (10.1 bis 10.n) sektional geprüft wird, ob diese maximal (c_Jet,max) und minimal (c_Jet,min) erforderliche Konsistenz im aus dem Stoffauflauf (3) austretenden Strahl erreicht wird und in Abhängigkeit des Ergebnisses die maschinenbreit wirksame Stelleinrichtung (15) des Verdünnungsmedienstroms (SLC) und/oder die sektional wirksamen Stelleinrichtungen (14.1 bis 14.n) für den Verdünnungsmedienstrom (SLC) zur Ausbildung der Verdünnungsmedienströme (10.1 bis 10.n) angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wert einer mittleren Konsistenz (c_Jet,med) im aus dem Stoffauflauf (3) austretenden Strahl als Funktion zumindest der nachfolgend genannten Ist-Werte bestimmt wird: – der Ist-Werte der die Konsistenzen (c_H, c_L) im Stoffstrom (SHC) hoher Konsistenz und im Verdünnungsmedienstrom (SLC) wenigstens mittelbar beschreibenden Größen, – des Ist-Werts/der Ist-Werte, der das Konsistenzverhältnis
der Konsistenzen (c_H, c_L) im Stoffstrom (SHC) hoher Konsistenz (c_H) und im Verdünnungsmedienstrom (SLC) wenigstens mittelbar beschreibenden Größen.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der das Korrekturpotenzial für die Eigenschaft der Faserstoffbahn (F) charakterisierende Korrekturkennwert (k^+/–) anlagenspezifisch festgelegt wird, wobei die Festlegung sich aus nachfolgend genannter Beziehung ergibt:
mit k^+/– relativer Soll-Korrekturwert; ε Maschinenkonstante; ΔFG^+/– _soll zulässige Abweichung der die Eigenschaft der Faserstoffbahn F wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe zur Bestimmung des Soll-Korrekturpotenzials.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Ansteuerung der maschinenbreit wirksamen Stelleinrichtung (15) des Verdünnungsmedienstroms (SLC) und/oder die sektional wirksamen Stelleinrichtungen (14.1 bis 14.n) für den Verdünnungsmedienstrom (SLC) für nachfolgende Bedingungen wie folgt erfolgt: – bei Erreichen der maximal und minimal erforderliche Konsistenz (c_Jet,max, c_Jet,min) im aus dem Stoffauflauf (3) austretenden Strahl keine Ansteuerung der maschinenbreit und sektional wirksamen Stelleinrichtungen (14.1 bis 14.n) für den Verdünnungsmedienstrom (SLC); – bei Nichtereichen der maximal und minimal erforderliche Konsistenz (c_Jet,max, c_Jet,min) im aus dem Stoffauflauf (3) austretenden Strahl Erhöhung Ansteuerung der maschinenbreit wirksamen Stelleinrichtung (15) für den Verdünnungsmedienstrom (SLC) zur Erhöhung des Differenzdrucks (Δp); – bei Überschreitung der maximal (c_Jet,max) und Unterschreitung der minimal (c_Jet,min) erforderliche Konsistenz im aus dem Stoffauflauf (3) austretenden Strahl Ansteuerung der maschinenbreit wirksamen Stelleinrichtung (15) zur Reduzierung des Differenzdrucks (Δp).