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Die Erfindung betrifft eine Formierpartie einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, ein Verfahren zum Betrieb einer Formierpartie sowie ein Computerprogrammprodukt.
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Die Formierpartie ist ein zentraler Bestandteil einer Papiermaschine. Dort wird eine Faserstoffsuspension üblicherweise auf eine Bespannung oder zwischen zwei Bespannungen gebracht. Mittels besaugter Elemente wie z.B. Saugkästen oder Saugwalze wird der Suspension Wasser entzogen.
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Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, diese Formierpartien mit Hilfe einer automatisierten Regelung zu Betreiben. Üblicherweise wird dabei eine Qualitätseigenschaft des Papiers als Zielgröße verwendet. Die
DE 602 15 694 beschreibt eine solche Regelung.
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In den letzten Jahren hat sich die Marktsituation für viele Papiersorten jedoch verändert. Der Kunde legt seinen Fokus weniger auf besonders hohe Qualitäten. Jedoch ist der erzielbare Preis für etliche Papiere deutlich gefallen. Dadurch steht der Betreiber der Papiermaschine unter starkem Kostendruck.
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Da die Energie zum Betrieb einer Formierpartie vergleichsweise hoch ist, ist eine Regelung dieses Bereiches im Hinblick auf eine Reduzierung des Energieverbrauchs wünschenswert.
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Um die Energie zur Erzeugung der Vakua für die Saugelemente zu reduzieren gibt es den Ansatz, die Menge des abgeführten Wassers an den Saugelementen (Entwässerungsmenge) zu messen. Wenn die Entwässerungsmenge einen vorgegebenen Sollwert übersteigt, kann das Vakuum an diesem Saugelement reduziert werden. Auf diese Weise lässt sich eine gewisse Energieersparnis beim Betreib einer Formierpartie realisieren.
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Es wurde jedoch beobachtet, dass auch bei konstanter Entwässerungsmenge die Antriebsleistung die benötigt wird, um die Bespannungen über die verschiedenen Saugelemente zu führen, stark schwankt. Speziell neue Siebe weisen häufig ein erhöhtes Lastaufnahmeniveau auf, das dann üblicherweise nach einer initialen Phase in einen niedrigeren Gleichgewichtszustand übergeht. Im Hinblick auf eine Reduzierung des Energieverbrauchs ist es wünschenswert, auch die für den Antrieb der Bespannung benötigte Energie zu reduzieren.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Formierpartie sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Formierpartie vorzuschlagen, wodurch die benötigte Antriebsleistung für die Bespannungen im Vergleich zum Stand der Technik reduziert werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Formierpartie entsprechend Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 8. sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 12. Weitere vorteilhafte Merkmale der finden sich in den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Formierpartie einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, umfassend zumindest eine erste Bespannung sowie zumindest einen Saugkasten, wobei der Saugkasten eine Saugzone umfasst sowie eine erste Leiste, die mit der ersten Bespannung in Reibkontakt steht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Formierpartie Mittel aufweist, um einen Reibkennwert für die Reibung der ersten Bespannung und der ersten Leiste zu ermitteln.
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Die Anmelder haben herausgefunden, dass die benötigte Antriebsleistung auch bei konstanten Entwässerungsmengen stark unterschiedlich sein kann. Die Ursache liegt dabei zu großen Teilen in der Reibung der Bespannung an den stationären Leisten der Saugkästen begründet.
Diese Reibung ist dabei nicht von vorneherein bekannt, da sie von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst wird. Die sind beispielsweise die Struktur der Bespannung, der Verschleißzustand der Bespannung, die Materialpaarung Bespannung/Leiste, oder die Stabilität und Dicke des sich ausbildenden Schmierfilmes zwischen Leiste und Bespannung. Die tribologischen Verhältnisse sind dabei sehr komplex, und durch theoretische Betrachtungen nicht ausreichend vorherzusagen.
Daher sieht die Erfindung Mittel vor, um die aktuell im Betrieb der Formierpartie wirkende Reibung in Form eines Kennwertes zu ermitteln. Die Kenntnis dieses Reibkennwertes ermöglicht es dem Betreiber, Gegenmaßnahmen zu ergreifen, die eine Reduzierung der Reibung, und damit eine Reduzierung sowohl der benötigten Antriebsleistung als auch des Verschleißes der Bespannung zu ermöglichen.
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Bevorzugte Ausführungen der Formierpartie werden in den Unteransprüchen beschrieben.
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So kann es vorteilhaft sein, wenn die Formierpartie eine Steuerungseinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, ein Stellglied wie insbesondere das Vakuum der Saugzone in Abhängigkeit von dem ermittelten Reibkennwert zu ändern. Mittels einer derartigen Steuereinheit ist eine automatische Regelung der Formierpartie möglich.
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In den meisten Ausführungen wird eine Formierpartie mehrere Saugkästen, sowie mehrere Leisten und Saugzonen aufweisen. In diesen Fällen können vorteilhafterweise Mittel vorgesehen sein, um Reibkennwerte für die Reibung der ersten Bespannung mit mehreren Leisten, insbesondere für alle Leisten zu ermitteln.
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Viele moderne Formierpartien weisen auch eine zweite Bespannung auf. In diesen Fällen können vorteilhafterweise Mittel vorgesehen sein, um Reibkennwerte für die Reibung der zweiten Bespannung mit einer oder mehreren Leisten, insbesondere für alle Leisten zu ermitteln.
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Die Mittel zur Ermittlung eines Reibkennwertes können vorteilhafterweise Temperatursensoren zur Ermittlung der Temperatur der ersten Leiste umfassen. Diese Temperatursensoren können beispielsweise direkt in der Leiste integriert sein.
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Durch die Reibung der Bespannung auf der der Leiste erwärmt sich diese Leiste. Die Messung der Temperatur der Leiste kann daher sehr gut für einen Reibkennwert herangezogen werden.
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Alternativ oder zusätzlich können die Mittel Temperatursensoren zur Ermittlung der Temperatur eines Prozesswassers umfassen. Das durch die Saugkästen abgesaugte Wasser, auch Siebwasser genannt, wird meist über Rinnen und Rohrleitungen wieder in den Prozess zurückgeführt. In einer solche Rinne oder Rohrleitung ist eine Temperaturmessung sehr einfach möglich. Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass durch eine erhöhte Reibung und der dadurch induzierten erhöhten Leistentemperatur die Temperatur dieser abgeführten Siebwässer messbar erhöht wird. Die Siebwassertemperatur kann dabei zwischen einigen Zehntel Grad bis hin zu 2-4° über der Temperatur der zugeführten Stoffsuspension liegen. Somit kann auch diese Messung zur Ermittlung eines Reibkennwertes herangezogen werden.
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Alternativ oder zusätzlich können die Mittel Kraftsensoren umfassen, um die durch die erste Bespannung auf die erste Leiste ausgeübte Zugkraft zu bestimmen. Durch eine erhöhte Reibung zwischen Bespannung und Leiste wird auch eine erhöhte Kraft auf die Leiste ausgeübt. Je nach Struktur des Saugkastens und der Befestigung der Leiste kann die Messung beispielsweise über eine Messung des Drehmoments oder der Verschiebung der Leiste insbesondere mittels Dehnungsmesstreifen durchgeführt werden.
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In Vorteilhaften Ausführungen kann auch vorgesehen sein, dass zur Ermittlung des Reibkennwertes mehrere und verschiedene Messungen, insbesondere mehrere der hier beschriebenen Messungen herangezogen werden, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Kennwertes zu erhöhen.
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In vorteilhaften Ausführungen kann es sich bei der Formierpartie um einen Gapformer oder einen sogenannten Hybridformer handeln.
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Bei der ersten Bespannung sowie bei eventuellen weiteren Bespannungen kann es sich um ein Gewebe oder einer perforierte Folie handeln bzw. die Bespannung kann diese Elemente umfassen.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Formierpartie, insbesondere einer erfindungsgemäßen Formierpartie umfassend die Schritte:
- i) Ermittlung eines Reibkennwertes, der die Reibung der ersten Bespannung an der ersten Leiste beschreibt.
- ii) Vergleich des Reibkennwertes mit einem vorgegebenen Sollwert.
- iii) Senkung des Vakuums zumindest einer Saugzone, wenn der ermittelte Reibkennwert den vorgegebenen Sollwert erreicht oder überschreitet.
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Vorteilhafte Ausführungen werden auch hier in den Unteransprüchen beschrieben.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in den häufigen Ausführungen, in denen die Formierpartie mehrere Saugkästen bzw. mehrere Saugzonen umfasst, die Senkung des Vakuum in Schritt iii) nicht zwangsläufig in einer, der ersten Leiste unmittelbar benachbarten Saugzone erfolgen muss.
So kann es beispielsweise vorteilhaft sein, wenn im hinteren Teil der Formierpartie ein hoher Reibkennwert ermittelt wird, ein Vakuum im vorderen Teil der Formierpartie zu senken. Dadurch gelangt mehr Wasser in den hinteren Teil der Formierpartie, was dort zu einer verbesserten Schmierung der Leiste und dadurch zu einer Reduzierung der Reibung führt.
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Es kann zudem auch vorteilhaft sein, zusammen mit der Senkung eines oder mehrerer Vakua andere Vakua zu erhöhen. In dem oben erwähnten Beispiel kann beispielsweise das Vakuum im hinteren Teil der Formierpartie erhöht werden, um immer noch eine ausreichende Gesamtentwässerung der Siebpartie zu gewährleisten.
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In bevorzugten Ausführungen des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass zur Ermittlung des Reibkennwerts eine Temperaturmessung, insbesondere an der ersten Leiste oder in einem Prozesswasser erfolgt.
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In weiteren bevorzugten Ausführungen des Verfahrenskann vorgesehen sein, dass zur Ermittlung des Reibkennwerts die Kraft gemessen wird, welche die erste Bespannung auf die erste Leiste ausübt.
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Wie bereits weiter oben beschrieben, können Messungen auch an mehreren Leisten erfolgen bzw. an mehreren Prozesswasserströmen erfolgen.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass in die Ermittlung des Reibkennwertes mehrere Größen, insbesondere mehrere Messwerte eingehen.
Üblicherweise erfolgt die Regelung bzw. Steuerung einer Formierpartie mit Hilfe einer Verarbeitungseinrichtung. Der Computer dieser Verarbeitungseinrichtung hat häufig auch Zugriff auf weitere Betriebsparameter der Papiermaschine oder auch Qualitätsparameter des produzierten Papiers. Diese Parameter können ebenfalls in die Berechnung des Reibkennwertes mit einbezogen werden.
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Schließlich betrifft die Erfindung noch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem Aspekt der Erfindung, wobei das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung ausgeführt wird oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
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Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden.
- 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Formierpartie gemäß einem Aspekt der Erfindung
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Die in 1 gezeigte Formierpartie einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn stellt einen Gapformer dar. Dieser umfasst eine erste Bespannung 10 und eine zweite Bespannung 20, bei denen es sich üblicherweise um Gewebe 10, 20 handelt. Eine wässrige Faserstoffsuspension wir aus einer Stoffauflaufdüse 30 zwischen die Bespannungen 10, 20 eingebracht. Zwischen der Formierwalze 32 und der Siebsaugwalze 31 wird die Suspension im Sandwich zwischen den beiden Bespannungen 10, 20, transportiert. Danach läuft die dann bereits gebildete Faserstoffbahn mit der ersten Bespannung 10 weiter und wir dann üblicherweise in einen Pressenbereich übergeben, der in 1 nicht dargestellt ist.
In der Ausführung gemäß 1 umfasst die Formierpartie 3 Saugkästen 1a, 1b, 1c. Dies ist eine exemplarische Ausführung. Formierpartien gemäß der Erfindung können auch mehr oder weniger Saugkästen umfassen.
Jeder der Saugkästen besitzt eine Anzahl an Leisten 2a, 2b, 2c, welche im Reibkontakt mit einer Bespannung stehen - Leisten 2a und 2c stehen im Kontakt mit der ersten Bespannung 10, während die Leisten 2b im Reibkontakt mit der zweiten Bespannung stehen. Die Saugkästen 1a, 1b, 1c weisen weiterhin ein Anzahl von Saugzonen auf, an denen ein Unterdruck anliegt, und mit deren Hilfe Wasser aus der Faserstoffbahn abgesaugt wird. Dieses Prozesswasser wird über Leitungen 3 abgeleitet und üblicherweise in den Prozess zurückgeführt.
Die Formierpartie in 1 kann nun ein oder mehrere Mittel zur Ermittlung eines Reibkennwertes aufweisen. Exemplarisch dargestellt ist im sogenannten ,Hi-Vac-Saugkasten‘ 1c ein Temperatursensor 4, der in oder an einer oder mehreren der Leisten 2c vorgesehen sein kann. Häufig werden mehrere Sensoren 4 in einer Leiste vorgesehen sein, um eine Redundanz zu haben, für den Fall, dass ein Sensor ausfällt oder auch um die Messwerte auf Plausibilität überprüfen zu können.
Im ersten Saugkasten 1a ist die Möglichkeit gezeigt, in oder an der Abführleitung 3 des Siebwassers einen Temperatursensor 5 vorzusehen, und diese Messerwerte zur Ermittlung eines Reibkennwertes zu verwenden.
Am dritten Saugkasten 1b ist dargestellt, dass zur Ermittlung des Reibkennwertes auch verschiedene Sensoren 4, 5 kombiniert werden können. Hier sind Temperatursensoren 4,5 sowohl in einer Leiste 2b, als auch in der Abführleitung 3 vorgesehen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf diese spezielle Sensorkonfiguration beschränkt, sondern hier nur die Vielzahl der möglichen Anordnungen aufgezeigt werden sollen.
Weiterhin sei angemerkt, dass statt der Temperatursensoren 4 in der Leiste- oder auch zusätzlich dazu noch weitere Sensoren in oder an der Leiste vorgesehen sein können. Dabei kann es sich unter anderem um Kraftsensoren handeln, um die durch die Bespannung auf die Leiste ausgeübte Zugkraft zu bestimmen.
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Ein Betriebsverfahren für eine solche Formierpartie könnte gemäß einem Aspekt der Erfindung beispielsweise so aussehen, dass die Temperatur einer Leiste 2c im hinteren HiVac Saugkasten 1c mittels eines eingebauten Temperatursensors 4 überwacht wird. Alternativ kann auch ein Mittelwert mehrerer Temperatursensoren gebildet werden. Dieser Temperaturwert kann als Reibkennwert verwendet werden. Steigt diese Temperatur über einen vorgegebenen Sollwert, werden mittels einen hier nicht dargestellten Steuereinheit eines oder mehrere Vakua reduziert. Dabei kann es sich sowohl um Vakua in demselben Saugkasten 1c als auch in anderen, in der Regel vorgelagerten Saugkästen 1a, 1b handeln.
Es kann auch vorteilhaft sein, wenn die Steuereinheit och auf weitere Werte zurückgreift. So ist es beispielsweise möglich, dass der vorgegebenen Sollwert für den Reibkennwert oder die Stärke der Reduzierung des Vakuums von Prozessparametern wie der Produktionsgeschwindigkeit oder der produzierten Papiersorte abhängig ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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