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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren von Ablagerungen auf Oberflächen sich bewegender Maschinenteile von Papiermaschinen.
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Aus ökologischen und ökonomischen Gründen erhöht sich der Einsatz von Sekundärfaserstoffen, das heißt insbesondere von Altpapieren zur Papierherstellung, ständig. Selbst hochwertige Grafik- und Spezialpapiere werden bereits aus 100% Recyclingfasern hergestellt.
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Insbesondere Altpapiere mit Funktionsbeschichtungen und Altpapiere aus haushaltsnaher Erfassung enthalten verstärkt Fremdstoffe, die vor einer erneuten Papierproduktion abgetrennt werden müssen. Als Grobschmutz werden artfremde Materialien, wie Holz, Steine, Metall, Plastik, Glas und Müll vorgefunden, die durch mechanische Trennverfahren am Anfang des Stoffaufbereitungsprozesses separiert und entsorgt werden. Weiterhin finden sich Folien, nassfeste Papiere und unlösliche Barrierebeschichtungen im Altpapier, die möglichst ohne starke Zerkleinerung abgeschieden werden sollen. Dies geschieht vorzugsweise in einer Grobsortierung direkt im Anschluss an die Stoffauflösung.
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Im jeweils vorangegangenen Papierherstellungsprozess eingebrachte Papierhilfsmittel oder nachträglich aufgebrachte Funktionsbeschichtungen werden beim Recycling herausgelöst und verbleiben teilweise im Faserstoff, wie auch im Prozesswasser, da eine vollständige Entfernung oftmals nicht wirtschaftlich realisierbar ist. Im weiteren Papierherstellungsprozess agglomerieren feindisperse Störstoffe, so genannte Mikrostickys, zu größeren Partikeln und durchlaufen die Stoffaufbereitung, ohne effektiv abgetrennt zu werden. Ebenso durchlaufen grobdisperse Kleberteilchen, so genannte Makrostrickys, die Stoffaufbereitung und gelangen auf die Papiermaschine. Beim Kontakt mit adhäsiven Oberflächen der Papiermaschine lagern sich Stickys ab und wachsen zu größeren Verunreinigungen an.
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Wird dieser Prozess der voranschreitenden Verschmutzung nicht rechtzeitig erkannt und gestoppt, kommt es zu Produktionsstörungen, Qualitätseinbußen bis hin zu Beschädigungen von Maschinenbespannungen. Da das Anwachsen dieser Verunreinigungen mitunter aufgrund geringfügiger Prozessschwankungen in Gang kommt und dann mit hoher Geschwindigkeit voranschreitet, bleibt der Vorgang zu Beginn oft unerkannt.
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Papierfabriken betreiben üblicherweise Systeme zur Verminderung dieses Problems. Um auf sicherer Seite zu liegen, sind Überdosierungen von Stickybekämpfungsmitteln, die beispielsweise in die Papiersuspension eingebracht werden, die tägliche Praxis. Hierdurch entstehen unnötig hohe Kosten für die Papierfabrik.
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In der Stoffaufbereitung können größere Stickymengen zum Verstopfen und Verkleben von Trennaggregaten führen. An Stellen hoher Turbulenz werden Stickys starker Scherung unterzogen. Dadurch werden an der Oberfläche anhaftender Schmutz und Füllstoffpartikel abgestreift und die klebrige Oberfläche wird freigelegt. Durch elastische Verformung entsteht innere Reibung, die zur Ladungstrennung und zur weiteren Aktivierung der Klebrigkeit durch elektrische Partikelladung führt. Insbesondere enge Durchtrittsöffnungen an Sortierkörben, Düsen, Filtern, Sieben, Spritzrohren und Hydrozyklonen, sowie schnell drehende Bauteile wie Pumpenräder, Mahlgarnituren, Rührer, Injektionsstrahlpumpen usw. könnten unter ungünstigen Bedingungen von Stickyablagerungen betroffen sein.
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Gelangen Stickys, die nicht in der Stoffaufbereitung abgetrennt wurden, bis auf die Papiermaschine, so kommt es auch dort zu Ablagerungen. Im so genannten Konstantteil der Papiermaschine werden in der Regel noch weitere Hilfsmittel wie Stärke, Farbfixiermittel, Leimungsmittel und weitere Sorten spezifischer Spezialprodukte dosiert. Der Einsatz dieser Produkte wird häufig gemäß Herstellerempfehlung mit fest eingestellten, bestenfalls mengenproportionalen Dosiermengen vorgenommen.
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Im Anschluss an den Konstantteil kommt der zugeführte Faserstoff mit dem Papiermaschinensieb in Kontakt. Der Faserstoff wird durch den Stoffauflauf mit einer Stoffdichte von ca. 0,5%–1% auf das Sieb aufgebracht. Durch Filtration wird ein Großteil des Wassers abgeführt, während der Feststoff weitgehend auf dem Sieb zurückgehalten wird. Zur Verbesserung der Fein- und Füllstoffretention sowie zur Beschleunigung der Entwässerung werden chemische Hilfsmittel, so genannte Retentionsmittel, kurz vor dem Stoffauflauf zugegeben. Deren Wirkung beruht auf Flockung kleiner Partikel zu größeren. Eine echte bedarfsgerechte Dosierung ist normalerweise aufgrund fehlendem Monitorings nicht möglich. Während eine Unterdosierung von Hilfsmitteln aufgrund unzureichender Prozessleistung eher bemerkt wird als eine Überdosierung, geht die Papierindustrie in der Regel auf die sichere Seite und dosiert mehr Hilfsmittel als benötigt werden. Neben den erhöhten Mehrkosten für erhöhten Hilfsmittelverbrauch sind die Folgen von Überdosierung und Restchemikalien im Kreislauf nur schwer erkennbar. Nicht selten sind Fälle, in denen Folgen einer Hilfsmittelüberdosierung durch weitere Hilfsmittel mit entgegengesetzter Wirkung kompensiert werden müssen. Abgesehen von hohen Zusatzkosten wirkt das System leicht instabil und ist nicht mehr sicher kontrollierbar.
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Bei nicht optimalen Verhältnissen ist eine Koagulation von Störstoffen und Stickys möglich. Kommen Ladungs- und Temperaturschwankungen mit einem hohen Anteil an potential klebrigen Substanzen im Stoff zusammen, so werden Stickys ausgefällt und lagern sich an Maschinenteilen ab. Die hydrophoben Oberflächen von Stickys bewirkt eine Zusammenballung kleiner Partikel zu größeren. Stickys wachsen zu teils großen Flächengebilden an. Der Prozess beginnt oftmals auf Bespannungsmitteln (Nass- und Trockensiebe sowie Pressfilze). Beim Kontakt mit außen liegenden Walzen werden Stickys auf deren Oberfläche übertragen und bilden dort ring- oder klumpenförmige Ablagerungen. Werden die Walzen nicht gereinigt, kann der Belag zum Verlaufen und zur Zerstörung von Bespannungsmitteln führen. Ablagerungen auf Formationssieben führen zur Störung des Blattgefüges, da in den betroffenen Bereichen keine gleichmäßige Blattbildung mehr möglich ist. Helle Flecken und dünnere Blattstärken beeinflussen sowohl die Festigkeit als auch die optischen Eigenschaften und die Verarbeitungseigenschaften.
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Zur Entfernung der Stickys bzw. zur Vermeidung des Anwachsens der Stickys sind verschiedene Verfahren bekannt. So werden beispielsweise bei zahlreichen Walzen und Trockenzylindern an Papiermaschinen mechanische Schaber vorgesehen. Hierbei wird im spitzen Winkel eine Klinge gegen die Laufrichtung der Walze oder des Zylinders gestellt und mit hohem Druck auf die Oberfläche gedrückt. Ablagerungen, zum Beispiel auch Stickyablagerungen auf der Oberfläche, werden im Spachtelverfahren abgehoben und auf dem Schaber gesammelt. Die hohen mechanischen Anpressköpfe bewirken eine starke Bremswirkung, die durch die Papiermaschinenantriebe zusätzlich erbracht werden müssen. Durch dieses Abschaben anfallende Partikel können in die Papierbahn gelangen und dort zu Löchern, Abrissen oder Verspannungen führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mittels denen in einfacher und sicherer Weise eine frühzeitige Erkennung von Stickyablagerungen an Walzen, Zylindern, Bespannungsmitteln oder dergleichen möglich ist.
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Erfindungsgemäß wir die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Ablagerungen an Maschinenteilen von Papiermaschinen mittels akustischer Messungen detektiert werden. Hierbei wird der Umstand ausgenutzt, dass insbesondere die unter einem Schaber oder dergleichen hindurchgleitenden Ablagerungen, insbesondere Stickyablagerungen, Schwingungen bzw. Geräusche generieren. Diese Schwingungen können durch akustische Detektoren erfasst und ausgewertet werden.
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Hierbei ist insbesondere vorteilhaft, dass bereits eine sich beginnende Ablagerung sicher erkannt wird. Zu diesem Zeitpunkt kann dann noch gezielt eine Gegenmaßnahme ergriffen werden.
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Insbesondere ist auch vorteilhaft, dass die Ablagerungen dann erkannt werden, wenn diese auch tatsächlich auftreten. Hiermit wird insbesondere möglich, eine Überdosierung von Hilfsstoffen zu vermeiden, die spätere Stickyablagerungen vermeiden sollen. Ferner kann das Entstehen der Ablagerungen so rechtzeitig erkannt werden, dass zu erwartende Schäden an den Papiermaschinen bzw. Qualitätsbeeinträchtigungen des hergestellten Papiers noch vermieden werden können. Es ist somit möglich, zu einem optimalen Zeitpunkt bzw. an einem optimalen Ort sich beginnende Stickyablagerungen zu erkennen und so effizient entsprechende Gegenmaßnahmen ergreifen zu können.
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Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 6 genannten Merkmalen gelöst.
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Besonders ist bevorzugt, wenn wenigstens zwei akustische Messwertaufnehmer vorhanden sind, die insbesondere über die Breite einer herzustellenden Papierbahn angeordnet sind. Hierdurch lassen sich über die mittels der wenigstens zwei akustischen Messwertaufnehmer gemessenen Signale durch Auswertung von Laufzeitunterschieden der Signale genaue Ortsangaben für das Entstehen von Stickyablagerungen ermitteln. Durch eine Frequenzauswertung und/oder eine Amplitudenauswertung sowie zusätzlich bei mehreren akustischen Messwertaufnehmern über einen Laufzeitvergleich der Signale lässt sich erfindungsgemäß eine Vielzahl unterschiedlicher Messaufgaben realisieren.
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Insbesondere ist jetzt möglich, zuverlässige Voraussagen über eine drohende Ablagerung klebender Verunreinigungen zu treffen. Somit kann jetzt auch der Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein von potentiell klebenden Bestandteilen im Faserstoff oder Kreislaufwasser und Auslösefaktoren zur Ablagerung und der tatsächlichen Ablagerung im Stoffsystem oder auf Bestandteilen der Papiermaschinen hergestellt werden. Gegenüber einer visuellen Übenwachung durch geschultes Maschinenpersonal lässt sich jetzt eine lückenlose Übenwachung der Ablagerung von Stickys erzielen. Da diese Ablagerung sehr sporadisch und dann rasch voranschreitend auftritt, kann somit durch die permanente Überwachung sofort eingeschritten werden.
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Es ist also möglich, die betroffenen Maschinenteile durch ein automatisiertes Messsystem permanent zu überwachen und die ersten Anzeichen für eine beginnende Belegung von Maschinenteilen mit Stickyablagerungen zu detektieren und zur Anzeige zu bringen. Die entsprechenden Gegenmaßnahmen können dann umgehend ausgelöst werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Messanordnung;
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2 eine schematische Draufsicht auf die erfindungsgemäße Messanordnung, und
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3 eine Verdeutlichung des Messprinzips.
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In 1 ist eine Walze 10 einer im Einzelnen nicht dargestellten Papiermaschine gezeigt. Über die Walze 10 läuft eine hier angedeutete Papierbahn 12 von einer vorgeordneten Station zu einer nachgeordneten Station. Bei der Walze 10 kann es sich um eine Leitwalze, eine Antriebswalze oder beispielsweise um einen Trockenzylinder oder dergleichen handeln.
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Der Walze 10 ist ein Schaber 14 zugeordnet, mittels dem eine Oberfläche 16 der Walze 10 gereinigt werden soll. Der Schaber 14 dient insbesondere auch dazu, so genannte Papierumwickler bei Reißen der Papierbahn 12 zu verhindern.
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Auf dem Schaber 14 sind zwei akustische Schwingungssensoren 18 und 20 angeordnet. Die Schwingungssensoren 18 und 20 sind mit einer Auswerte- und Steuerschaltung 22 verbunden.
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In 2 sind hierauf der Oberfläche 16 der Walze 10 angedeutete beginnende Stickyablagerungen 24 angedeutet. Diese haften auf der Oberfläche 16 an und rotieren mit der Walze 10 mit.
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Durch diese Rotation gelangen die Stickyablagerungen 24 in Berührungskontakt mit der in Längserstreckung der Walze 10 verlaufenden Kante 26 des Schabers 14. Bei Auftreffen der Stickyablagerungen 24 auf den Schaber 14 wird eine akustische Schwingung erzeugt, die durch Körperschallsignale innerhalb des Schabers 14 übertragen wird. Die an dem Schaber 14 angeordneten Schwingungssensoren 18 und 20 detektieren diese Schwingungssignale. Über die Auswerteschaltung 22 kann entsprechend einer Frequenzauswertung und/oder einer Amplitudenauswertung der Schwingungssignale auf die Größe und Anzahl der Stickyablagerungen 24 geschlossen werden.
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Die Schwingungssignale werden innerhalb des Schabers 14 gleichmäßig übertragen, so dass diese von den Schwingungssensoren 18 und 20 entsprechend dem Abstand zum Auftreten der Stickyablagerung 24 zu unterschiedlichen Zeiten empfangen werden. Über einen Laufzeitvergleich der Signale kann so auf einen konkreten Ort der Stickyablagerungen 24 auf der Walze 10 geschlossen werden.
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In 3 ist dieses Messprinzip verdeutlicht. Schematisch angedeutet ist, wie eine Stickyablagerung 24 auf die Kante 26 des Schabers 14 tritt. Entsprechend der zufälligen Verteilung der Stickyablagerung 24 auf der Oberfläche 16 der Walze 10 ist der Ort der Stickyablagerungen 24 nicht vorhersagbar. Durch Auftreffen auf einen bestimmten Punkt der Kante 26 werden von diesem Punkt ausgehend die Körperschallsignale innerhalb des Schabers 14 übertragen und von den Schwingungssensoren 18 und 20 detektiert. Die Schwingungssensoren 18 und 20 haben eine fest vorgegebene Position auf dem Schaber 14. Hierdurch ergibt sich ein definierter Abstand A zwischen den Schwingungssensoren 18 und 20. Entsprechend dem Punkt an der Kante 26, an der die Stickyablagerung 24 auftrifft, liegt dieser Punkt in einer Entfernung I1 vom Schwingungssensor 18 und einer Entfernung I2 vom Schwingungssensor 20. Es wird deutlich, je näher der Punkt der Kante 26 ist, an dem die Stickyablagerung 24 auf den Schaber 14 tritt, zu den der Schwingungssensoren 18, 20 ist, umso kürzer ist die Entfernung I zu den Anordnungspunkten der Schwingungssensoren 18 und 20. Je kürzer die Entfernung I ist, umso eher wird das generierte Körperschallsignal empfangen und der Auswerteschaltung 22 übermittelt. Gemäß dem gezeigten Beispiel wird das über den Schwingungssensor 18 detektierte Körperschallsignal zeitlich früher an der Auswerteschaltung 22 eintreffen als das vom Schwingungssensor 20 detektierte Körperschallsignal. Aufgrund dieses Laufzeitunterschiedes kann aufgrund des bekannten festen Abstandes A zwischen den Schwingungssensoren 18 und 20 und der bekannten geometrischen Größe des Schabers 14 auf den Auftreffpunkt der Stickyablagerung 24 an der Kante 26 geschlossen werden.
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Zusammenfassend lässt sich also feststellen, dass mit der erfindungsgemäßen Messanordnung eine beginnende Stickyablagerung sicher erkannt werden kann. Gleichzeitig ist eine schnell fortschreitende Verunreinigung erkennbar. Durch ein von Stickyablagerungen 24 erzeugtes typisches Körperschallsignal kann dieses von anderen erfassten Körperschallsignalen, beispielsweise aufgrund von Vibrationen der Papiermaschine oder von Maschinenteilen der Papiermaschine selbst sicher unterschieden werden. Die Messung kann permanent, das heißt online durchgeführt werden, so dass eine Fernüberwachung und entsprechende Reaktionen bei einer Erkennung einer Stickyablagerung unverzüglich eingeleitet werden können. Dies kann ab einer kritischen Größe beispielsweise eine automatische Oberflächenreinigung oder ein Anhalten der Papiermaschine beinhalten. Auch kann durch die quasi in Echtzeit durchgeführte Detektion der Stickyablagerungen 24 in den vorgenannten Prozess optimal eingegriffen werden, indem entsprechende Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise Zugabe von Mitteln zur Verhinderung der Stickyablagerungen genauer dosiert werden. Der gesamte Papierherstellungsprozess wird durch die Messanordnung in keiner Weise beeinflusst oder beeinträchtigt. Die Messdaten lassen sich in einfacher Weise archivieren und so der entsprechend hergestellten Charge der Papierbahn zuordnen. Hierdurch ist eine verbesserte Qualitätskontrolle in einfacher Weise möglich.
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Durch den einfachen Aufbau ergibt sich einerseits eine robuste Betriebsweise und andererseits eine leichte Wartungs- und Reparaturmöglichkeit.
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Es können also die betroffenen Maschinenteile einer Papiermaschine durch ein automatisiertes Messsystem permanent überwacht werden, um die ersten Anzeichen über eine beginnende Belegung von Maschinenteilen mit Ablagerungen zu detektieren und zur Anzeige zu bringen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Walze
- 12
- Papierbahn
- 14
- Schaber
- 16
- Oberfläche
- 18
- Schwingungssensor
- 20
- Schwingungssensor
- 22
- Auswerteschaltung
- 24
- Stickyablagerung
- 26
- Kante
- A
- Abstand
