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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern
der Laufparameter in einem Gerät
zum Behandeln einer Faserbahn, wobei das Behandlungsgerät einen
endlosen Metallriemen, der so eingerichtet ist, dass er um eine
Führungseinrichtung
sich dreht, und zumindest ein Gegenelement aufweist, das eine Kontaktfläche mit
dem Metallriemen ausbildet, wobei zwischen dem Metallriemen und
dem Gegenelement eine Prozesszone für die Faserbahn ausgebildet
ist, durch die die zu behandelnde Faserbahn tritt.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung
zum Steuern der laufenden Parameter bei einem Gerät zum Behandeln
einer Faserbahn, wobei das Behandlungsgerät einen endlosen Metallriemen,
der so eingerichtet ist, dass er sich um eine Führungseinrichtung dreht, und
zumindest ein Gegenelement aufweist, das eine Kontaktfläche mit
dem Metallriemen ausbildet, wobei zwischen dem Metallriemen und
dem Gegenelement eine Prozesszone für die Faserbahn ausgebildet
ist, durch die die zu behandelnde Faserbahn treten kann.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich des weiteren auf ein Verfahren
zum Messen der Temperatur des Riemens und zum Steuern des Prozesses in
einem Gerät
für ein
Behandeln der Faserbahn, wobei das Behandelungsgerät einen
endlosen Riemen, der so eingerichtet ist, dass er sich zumindest
um eine Führungseinrichtung
dreht, und zumindest ein Gegenelement aufweist, das eine Kontaktfläche mit dem
Metallriemen ausbildet, wobei zwischen dem Riemen und dem Gegenelement
eine Prozesszone für
die Faserbahn ausgebildet wird, durch die die zu behandelnde Faserbahn
tritt.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung
zum Messen der Temperatur von dem Riemen und zum Steuern des Prozesses
in einem Gerät
zum Behandeln der Faserbahn, wobei das Behandlungsgerät einen
endlosen Riemen, der so eingerichtet ist, dass er sich um zumindest
eine Führungseinrichtung
dreht, und zumindest ein Gegenelement aufweist, das eine Kontaktfläche mit
dem Metallriemen ausbildet, wobei zwischen dem Metallriemen und
dem Gegenelement eine Prozesszone für die Faserbahn ausgebildet
ist, durch die die zu behandelnde Faserbahn tritt.
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Darüber hinaus
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Steuern
des Temperaturprofils und der Zugspannungen von dem Riemen von dem
Metallriemenkalander, der zum Bearbeiten einer Faserbahn während des
Aufführens
der Faserbahn gedacht ist, wobei ein schmales Endstückaufführseil zu
einem Kontakt mit dem Metallriemen bewegt wird, der eine höhere Temperatur
als die Bahn hat, womit ein Abkühleffekt
auf den Metallriemen mit sich gebracht wird. Die vorliegende Erfindung
bezieht sich des weiteren auf eine Vorrichtung zum Anwenden dieses
Verfahrens.
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Vorrichtungen
von dieser Art zum Behandeln von Faserbahnen sind bislang beispielsweise
aus den Patentanmeldungen PCT/FI03/00066, PCT/FI03/00 067, PCT/FI03/00
068 der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung bekannt. Die
in diesen Anmeldungen offenbarten Vorrichtungen zum Behandeln einer
Faserbahn werden angewendet, um sehr unterschiedliche Arten an Faserbahnen
wie beispielsweise verschiedene Papier- und Kartonsorten zu kalandrieren und
auch zu beschichten, eine Filmübertragung
durchzuführen,
zu trocknen und/oder zu bedrucken. Darüber hinaus ist der Riemen,
der bei diesen Patentanmeldungen offenbarten Vorrichtungen zum Behandeln
von Faserbahnen angewendet wird, vorzugsweise ein Metallriemen oder
ein Metallsieb, kann aber auch ein Polymer oder ein Verbundsieb
oder -seil oder dergleichen sein. Die Beschreibung der vorliegenden
Patentanmeldung bezieht sich auf einen Metallriemen anhand eines
Beispiels, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
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Die
Effekte beim Behandeln durch die vorstehend erwähnte Vorrichtung zum Behandeln
einer Faserbahn, die einen Riemenzyklus anwendet, auf die Eigenschaften
der Faserbahn werden gesteuert, indem die Prozessbedingungen in
der Prozesszone wie beispielsweise die in der Prozesszone wirksame Kompression,
die Prozessfeuchtigkeit der Faserbahn und die effektive Kontaktzeit
eingestellt werden. In der Praxis werden diese Einstellmaßnahmen
ausgeführt,
indem die die Faserbahn beeinflussenden Aktuatoren eingestellt werden,
beispielsweise die Temperatur von dem Riemen und/oder dem Gegenelement
oder die Länge
der Prozesszone und/oder die Prozesszeit oder die Riemenspannung.
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Die
ausgeführten
Einstellmaßnahmen
zum Steuern des Prozesses können
beispielsweise auf experimentell bestimmte Sollwerte der durch die
Aktuatoren gesteuerten Variablen gegründet sein. Mittels Pilottestläufen sind
beispielsweise die optimale Walzentemperatur und die optimale Bahntemperatur und
auch der effektive Zonendruck und die effektive Zeit für jede Faserbahnsorte
bestimmt. Wenn der Prozess einen Normzustand hat, ist es das Ziel,
die gesteuerten Variablen der Aktuatoren auf bevorzugte Werte einzustellen
und diese bei den Sollwerten zu halten. Damit die Aktuatoreinstellungen
genau funktionieren und die Mittelwerte bei den Sollwerten bleiben,
muss der Betrieb von den Aktuatoren jedoch gesteuert werden. Beispielsweise
müssen
die Riementemperatur und die Riemenspannung entweder direkt oder
indirekt gemessen werden und, wenn dies erforderlich ist, für den Prozess
eingestellt werden, damit dieser kontinuierlich in der gleichen
Weise funktioniert.
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Die
Einstellung kann auch auf eine Rückführmessung
in einem in der Fertigungslinie stattfindenden Prozess gegründet sein, wobei
in diesem Fall die Fertigungslinienmesswerte der Faserbahn also
eine Basis für
die Einstellung verwendet werden. Sollte der beobachtete Prozesseffekt
nicht dem Sollzustand entsprechen, ändert das Einstellsystem die
Aktuatoreinstellungen wie beispielsweise die Temperatur von dem
Riemen oder der Bahn oder die Riemenspannung so, dass die Sollhöhe erreicht
wird. Des weiteren muss, wenn es erwünscht ist, die die Qualitätskriterien
während
der Übergangsänderung
bei dem Prozess erfüllende
Leistung zu maximieren, es möglich
sein, den Zustand der Aktuatoren genau und ohne Verzögerung zu
steuern. Auch in diesem Fall können
Messungen verwendet werden, um den Zustand des Aktuators selbst
zu steuern, wie beispielsweise die Riementemperatur und als eine
Basis für Einstellmaßnahmen.
Als ein Beispiel kann eine Situation erwähnt werden, bei der von früheren Prozessstufen
herrührende
Schwankungen Störungen
bei dem Behandlungsprozess bewirken, wobei zum Ausgleichen von diesen
die Aktuatoren einzustellen sind, während es jedoch erwünscht ist,
die hergestellte Endqualität
zu standardisieren.
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Ein
Problem wird durch die Randzonen von dem Metallriemen aufgezeigt,
an denen insbesondere die Dicke als ein Ergebnis von möglichen
Temperaturschwankungen schwankt. Dies kann einen verschlechternden
Effekt auf die Qualität
der Faserbahn haben. Außerdem
ist mit zunehmender Lebensdauer insbesondere die Dicke von den Riemenrändern nicht
unbedingt die gleiche wie bei den gleichen Anfangswerten aufgrund
des Verschleißens
(Ermüden von
Metall) und einer Beschädigung
des Riemenmaterials.
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Durch
das Beobachten der vorstehend erwähnten Eigenschaften wird keine
Information über das
Verschleißen
des Metallriemens erhalten und somit wird keine direkte Information über seinen
Effekt auf die Qualität
der Bahn erzielt. Es existieren keinerlei zuverlässigen und insbesondere nicht
im Wesentlichen kontinuierlich arbeitende Einrichtungen zum Messen
der Dicke von dem Metallriemen. Messverfahren, die einen Kontakt
mit der Oberfläche
herstellen, sind zum Messen der Dicke ungeeignet und optische Vorrichtungen
sind dahingehend anfällig,
dass sie in einer unsauberen Umgebung verschmutzen. Verfahren, die
Strahlungsquellen verwenden wie beispielsweise Röntgenstrahlungsquellen können unter keinen
Umständen
für ein
fortlaufendes Überwachen der
Riemendicke aufgrund ihrer Gefährlichkeit
(Radioaktivität)
angewendet werden.
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Auch
kann die Messung der Temperatur der Oberfläche eines sich bewegenden Riemens,
der eine glänzende
Oberfläche
hat, gegenwärtig
nicht in einer sehr zuverlässigen
Weise bei normalen Produktionsbedingungen ausgeführt werden. Im Prinzip sind
viele verschiedene Temperaturmessverfahren bekannt. Es ist vorstellbar,
dass die Temperatur eines sich bewegenden Riemens beispielsweise
mittels eines in Kontakt stehenden Temperatursensors (ein sog. schleppender
Temperatursensor) oder durch ein kontaktfreies Verfahren wie beispielsweise
eine thermographische Kamera (IR-Messung) gemessen wird.
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Das
Problem bei der kontaktfreien Infrarotmessung ist, dass die Oberfläche der
Thermowalze oder des Riemens, die mit der Faserbahn in Kontakt steht,
poliert ist und fein bearbeitet ist, um eine gute Faserbahnqualität zu erzeugen.
Vom Gesichtspunkt der Messung mit der thermographischen Kamera sind
der geringe Emissionskoeffizient von der polierten Oberfläche und
die Reflektionen von der Umgebung problematisch. Selbst die geringste
Verschmutzung der Oberfläche
beeinflusst den Emissionskoeffizienten erheblich und verursacht
Messfehler. Selbst in Testanlagenumgebungen müssen thermographische Kameras
in der Praxis täglich
kalibriert werden, und diese Art an Lösung ist daher nicht auf Bedingungen
in industriellen Anlagen anwendbar, die eine hohe Zuverlässigkeit
und eine geringe Wartung erforderlich machen. Andererseits ist es
im Prinzip möglich,
eine Kontakttemperaturmessung (schleppende Temperaturmessung) auch
unter Produktionsbedingungen anzuwenden. Bei hohen Geschwindigkeiten ist
das Ergebnis der Kontaktmessung jedoch unzuverlässig, und die Messvorrichtungen
machen eine konstante Wartung und eine wiederholte Kalibrierung erforderlich. Überschüssige Wärme aus
der Gleitreibung erschwert außerdem
die Messung.
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Darüber hinaus
besteht beispielsweise bei Metallriemenkalandern, bei denen das
Gegenelement eine erwärmte
Thermowalze ist, ein Problem dahingehend, dass der Metallriemen
aus Stahl und die Thermowalze in einen gegenseitigen Kontakt dann
gelangen, wenn keine Faserbahn in der zwischen ihnen befindlichen
Prozesszone oder Behandlungszone behandelt wird. Somit kann, wenn
die Thermowalze erwärmt
ist und beispielsweise während
eines Bahnreißens,
Wärme von
der heißen Thermowalze
zu dem Riemen sogar dann übertragen
werden, wenn die Führungswalzen
von dem Riemen eine Flüssigkeitszirkulation
haben, wie beispielsweise Wasser oder Heizöl, um den Riemen zu kühlen und
das Temperaturprofil von dem Riemen gerade zu halten. Die Temperatur
von dem verwendeten Heizöl
im Inneren der Thermowalze kann beispielsweise in der Größenordnung
von ungefähr 300°C sein, wodurch
die Oberfläche
der Thermowalze ungefähr
bei 250°C
ist, und der mit ihr in Kontakt gelangende Riemen kann dann bis
zu einer Temperatur von ungefähr
200°C erwärmt werden,
wenn keine zu behandelnde Bahn zwischen ihnen sich befindet. Wenn
die Bahn erst einmal bis zu der Prozesszone gebracht worden ist
und normal zwischen der Thermowalze und dem Riemen läuft, fällt die
Oberflächentemperatur
der Thermowalze in den Bereich von ungefähr 150°C bis 200°C in Abhängigkeit von den Eigenschaften
und der Temperatur der hinein gelangenden Bahn. Wenn der Metallriemen
nicht erwärmt wird,
erreicht er im Wesentlichen die Temperatur der Bahn unter Betriebsbedingungen.
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Wenn
die Bahn zu der Prozesszone des Metallriemenkalanders geführt wird,
wird ein schmales Endstückaufführseil,
das von der Faserbahn abgetrennt wird, mit einer Breite von beispielsweise
100 bis 300 mm zuerst zu der Kalandrierzone gebracht. Dadurch wird
der Metallriemen bei dem Seil erheblich gekühlt. Wenn der Riemen über eine
schmale Zone an einem Rand abgekühlt
wird, verkürzt
er sich, und diese Zone beginnt damit, die Spannkraft des Riemens
zu tragen, wodurch eine hohe Zugspannung sich an diesem Rand ausbildet.
Diese Asymmetrie beeinflusst wahrscheinlich auch die Steuerbarkeit von
dem Riemen. Als ein Ergebnis wird die Haltbarkeit des Riemens gegenüber Ermüdung verringert. Außerdem erwärmen sich
bei solchen Lösungen,
bei denen keine Kühlflüssigkeitszirkulation
in den Führungswalzen
von dem Riemenzyklus eingerichtet ist, sowohl der Riemen als auch
die Führungswalzen
des Riemens sich bis nahe zu der Temperatur der Thermowalze, wodurch
eine beträchtlich
lange Zeitspanne wie beispielsweise mehr als zehn Minuten nach dem
Strecken der Bahn benötigt
werden, bevor die Temperatur von dem Riemen im Wesentlichen auf die
Temperatur der Bahn gefallen ist, und der heiße Riemen nicht länger das
spezifische Volumen beeinflusst.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend erwähnten Nachteile
zu beseitigen oder wesentlich zu verringern und somit die Laufparameter
bei einem Gerät
zum Behandeln einer Faserbahn besser zu steuern.
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Um
diese Aufgabe zu lösen,
ist das Verfahren gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass bei
dem Verfahren eine Dickenmessung von dem Metallriemen während des
Laufens durch eine Wirbelstrommessung ausgeführt wird.
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Außerdem ist
die Vorrichtung, die das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
anwendet, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung
aufweist, durch die Dicke des Metallriemens durch eine Wirbelstrommessung
während
des Laufens gemessen werden kann.
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Das
Verfahren gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist des weiteren dadurch gekennzeichnet,
dass bei dem Verfahren eine Messung der Eigenschaften der Faserbahn
während
des Laufens mit Messeinrichtungen ausgeführt wird, dass die Information über die
Eigenschaften der Faserbahn in das System, das die Qualität von der
Faserbahn steuert, eingebracht wird, und dass die Information über die
Eigenschaften der Faserbahn als Rückführinformation und/oder Positivrückführinformation
für die
anderen laufenden Parameter verwendet wird, die die Qualität der Faserbahn
(W) steuern.
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Die
Vorrichtung, die das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
anwendet, ist des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Messeinrichtungen
aufweist, durch die die Eigenschaften der Faserbahn während des
Laufens gemessen werden können,
und dass die Messeinrichtungen in dem System, das die Qualität von der
Faserbahn steuert, eingebaut sind, bei dem die Information über die
Eigenschaften der Faserbahn als Rückführinformation und/oder Positivrückführinformation für die anderen
Laufparameter, die die Qualität
von der Faserbahn steuern, verwendet werden kann.
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Ein
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren die
Temperatur von dem Riemen während
des Laufens in einer kontaktfreien Weise von der entgegengesetzten
Seite des Riemens in Bezug auf die Faserbahn gemessen wird. Darüber hinaus
ist die Vorrichtung, die das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung anwendet, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung
eine Messeinrichtung aufweist, durch die die Temperatur von der
Riemenoberfläche
während
des Laufens in einer kontaktfreien Weise von der entgegengesetzten
Seite des Riemens in Bezug auf den Faserriemen gemessen werden kann.
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Ein
weiteres Verfahren der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass bei dem Verfahren der Metallriemen mit einem Kühlmedium an
einem Punkt außerhalb
von dem Bereich, der mit dem Endstückaufführseil in Kontakt steht, gekühlt wird,
um ein im Wesentlichen gleichmäßiges Temperaturprofil
für den Metallriemen
zu erzielen. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist andererseits dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung
eine Einrichtung aufweist für
ein Kühlen
des Metallriemens mit einem Kühlmedium
außerhalb
von dem Bereich, an dem sie mit dem Endstückaufführseil in Kontakt steht, um
ein im Wesentlichen gleichmäßiges Temperaturprofil
für den
Metallriemen zu erhalten.
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Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
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Die
vorliegende Erfindung ist nachstehend detaillierter unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 zeigt
eine bildliche Seitenansicht von einem Ausführungsbeispiel von einem Teil
von einem Gerät
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 zeigt
eine bildliche Seitenansicht von einem anderen Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 zeigt
eine bildliche Seitenansicht von einem dritten Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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4 zeigt
den Aufbau von 3 als eine Ansicht von oben.
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1 zeigt
somit einen Teil von einem Gerät, das
das erfindungsgemäße Verfahren
anwendet. Der Teil von dem Gerät,
der hier mit dem Bezugszeichen 1 gezeigt ist, ist in diesem
Fall ein Riemenkalander, der zum Behandeln einer Faserbahn W wie
beispielsweise Papier oder Karton verwendet wird, um die erwünschte Qualität zu erzielen.
Das Gerät
ist beispielsweise eine Papiermaschine oder Kartonmaschine.
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Der
Kalander 1 hat einen endlosen Riemen, der vorzugsweise
aus einem elektrisch leitfähigen Material
gestaltet ist, wie beispielsweise Metall oder eine Metalllegierung.
Der Metallriemen 2 dreht sich auf seinem Weg um Führungseinrichtungen
wie beispielsweise Führungswalzen 3,
wobei von den Führungswalzen
zumindest eine Führungswalze
beweglich ist, um das Festziehen von dem Riemen 2 einzustellen
(die Riemenspannung). Die Riemenspannung von dem Metallriemen 2 ist
einer der Laufparameter von dem Gerät, durch den die Verarbeitung
der Faserbahn W bei dem Kalander 1 gesteuert wird.
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Außerhalb
der schleifenartigen Bahn, die durch den Riemen 2 ausgebildet
wird, ist ein Gegenelement 5 angeordnet, das eine Gegenfläche hat,
die an dem Metallriemen angeordnet werden kann. Das Gegenelement 5 ist
vorzugsweise eine Gegenwalze, um deren Mantel der Riemen 1 so
eingerichtet ist, dass er läuft.
Der Riemen 1 steht mit dem Mantel vorzugsweise über einen
Abstand in Kontakt, der weniger als der Hälfte von der Gesamtlänge des
Umfangs des Mantels entspricht. Zwischen dem Riemen 1 und dem
Mantel ist eine Prozesszone A ausgebildet, in diesem Fall die Kalandrierzone,
durch die die Faserbahn W tritt. Der erwünschte Druckimpuls und der
erwünschte
thermische Effekt (Laufparameter) als eine Funktion der Zeit werden
dann auf die Faserbahn ausgeübt.
Die Möglichkeiten
zum Einstellen von diesen sind detaillierter in den Patentanmeldungen PCT/FI03/00
066, PCT/FI03/00 067, PCT/FI03/00 068 der Anmelderin der vorliegenden
Patentanmeldung offenbart. Genauer gesagt kann der Druck beispielsweise
mittels einer Spaltwalze 4 eingestellt werden, die einen
Spalt mit einer Gegenwalze ausbildet, und der thermische Effekt
kann eingestellt werden, indem der Metallriemen 1 mit Erwärmungs-
und Kühlvorrichtungen 6 erwärmt und
gekühlt
wird, die in der Seitenrichtung von dem Metallriemen 1 profilieren.
Die Einstellung der Temperatur von dem Riemen 1 beeinflusst
außerdem
die Querverteilung (Spannungsverteilung) von der Riemenspannung
in der Maschinenrichtung. Die Temperaturänderungen und die Druckänderungen
in der Prozesszone A ändern das
Dickenprofil von dem Metallriemen in der seitlichen Richtung. Die Änderungen
bei dem Seitendickenprofil bewirken andererseits Änderungen,
die bei den Eigenschaften der Faserbahn stattfinden (beispielsweise
die Dicke und der Glanz).
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung hat zum Zwecke des Überwachens
der Änderungen
der Dicke von dem Metallriemen 2 die Vorrichtung 1 Einrichtungen 7a, 7b zum
Messen der Dicke von dem Metallriemen, wobei durch diese Einrichtungen
das Längsdickenprofil
von dem Metallriemen 2 und/oder das Seitendickenprofil
von dem Metallriemen gemessen wird. Die Messeinrichtungen 7a und 7b umfassen
Messvorrichtungen, die ein als solches bekanntes Wirbelstromverfahren
anwenden. In diesem Fall ist zumindest eine derartige Messvorrichtung
in der Nähe
von der Oberfläche
des Metallriemens 2 beispielsweise in dem Bereich zwischen
zwei Führungswalzen 3 angeordnet.
Die Messeinrichtungen 7a und 7b haben zumindest
einen elektromagnetischen Transmitter, wie beispielsweise eine Spule 7a,
und an der entgegengesetzten Seite von dem Metallriemen 2 einen
Receiver (Empfänger)
wie beispielsweise eine Messspule 7b, wobei der Metallriemen 2 zwischen
ihnen läuft.
Die Messvorrichtung 7a und 7b kann außerdem in
einer derartigen Weise angeordnet sein, dass die Faserbahn so läuft, dass
der Metallriemen 2 zwischen der Transmitterspule 7a und der
Messspule 7b ist (siehe die in gestrichelter Linie dargestellte
Messvorrichtung). Da sie nicht leitfähig ist, beeinflusst die Faserbahn
W die Dickenmessung des Metallriemens 2 nicht, die durch
das Wirbelstrommessverfahren ausgeführt wird.
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Genauer
gesagt wird die Messung vorzugsweise durch Anwendung einer Impulswirbelstrommesstechnologie
ausgeführt.
Dabei wird die Transmitterspule 7a verwendet, um ein magnetisches
Feld in drei Phasen in dem elektrisch leitfähigen Riemen 2 auszubilden,
wodurch Wirbelströme
auch zu dem Riemen 2 in drei verschiedenen Phasen induziert werden.
Von jeder aufeinander folgenden Phase werden Spannungseigenschaften
von jeder Phase zu der Messspule 7b induziert. Von diesen
kann wiederum der Abstand der Messspule 7b von der Oberfläche des
zu messenden Metallriemens 2, der elektrische Widerstand
von dem zu messenden Material und die Dicke von dem Metallriemen 2 bestimmt
werden.
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Die
vorstehend erwähnte
Messvorrichtung 7a, 7b oder mehrere Messvorrichtungen 7a und 7b können so
eingesetzt werden, dass sie sich in einer Querrichtung in Bezug
auf die Laufrichtung des Riemens 2 bewegen. Alternativ
kann eine ausreichende Anzahl an Messvorrichtungen 7a und 7b in
einer Querreihe in Bezug auf die Laufrichtung des Riemens 2 eingesetzt
werden, wodurch noch detaillierte Messergebnisse im Vergleich zu
sich bewegenden Messvorrichtungen erhalten werden. Eine Messung kann
ausgeführt
werden, während
der Metallriemen 2 sich bewegt, wobei sie im Wesentlichen
kontinuierlich ausgeführt
werden kann.
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Die
Messdaten, die über
die Dicke des Metallriemens 2 erhalten werden, können zu
verschiedenen Zwecken verwendet werden. Diese Daten können in
das System 10 eingebracht werden, das die Qualität der Faserbahn
W steuert, zu dem unter anderem die Steuervorrichtungen 6 und 4 der
Laufparameter gehören,
wie beispielsweise die Temperatur des Riemens 2 und der
Druckimpuls von dem Prozessbereich A. Die Information über die
Dicke von dem Riemen 2 und die in ihr stattfindenden Änderungen
werden in Echtzeit von beispielsweise der Messspule 7b erhalten
und entlang der Übertragungsbahn 8 zwischen
dem System 10 und der Messspule 7b zu dem System übertragen,
das die Qualität
der Faserbahn W steuert. Somit können
beispielsweise Änderungen
in dem Dickenprofil der Randzonen des Riemens in Verbindung mit
verschiedenen Belastungs- und Temperaturänderungen überwacht werden.
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Die
Messdaten können
in einem System 10, das die Qualität von der Faserbahn W steuert,
beispielsweise in einer derartigen Weise verwendet werden, dass Änderungen
in der Qualität
der Faserbahn W, die sich aufgrund von Änderungen in der Dicke des
Riemens 2 ergeben, ausgeglichen werden durch Anwenden der
Dickendaten über
den Riemen 2 als eine positive Rückführung für die anderen Parameter, die
die Qualität
der Faserbahn W steuern. Beispielsweise können von dem Steuersystem 10 Steuerbefehle
entlang der Übertragungsbahnen 9 zu
den Profiliererwärmungs-
und Kühlvorrichtungen 6 des Riemens 2 erteilt
werden. Ein Profiliererwärmen
oder Profilierkühlen
kann so gesteuert werden, dass das Dickenprofil von dem Riemen 2 von
der erwünschten Art
sein wird, wie beispielsweise gleichmäßig. Es ist ebenfalls denkbar,
das Riemenspannungsprofil von dem Riemen 2 zu steuern,
indem das Dickenprofil gesteuert wird. Das Qualitätssteuersystem 10 ist deutlich
mit anderen Teilen des Gerätes 1 (hier
einer Papiermaschine) zusätzlich
zu dem Kalander verbunden, und somit können die Daten über die
Dicke offensichtlich auch als Positivrückführdaten für die laufenden Parameter von
anderen Teilen des Gerätes
l, das die Qualität
der Faserbahn W steuert, verwendet werden.
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Ein
Modell kann zudem über
die Effekte der Änderungen
der Dicke des Riemens 2 auf die Qualität der Bahn W erstellt werden,
wobei auf der Grundlage von diesem Modell das Qualitätssteuersystem 10 die
erforderlichen Ausgleicheinstellungen bei den die Qualität steuernden
Parametern gestalten wird.
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Die
Messdaten können
verwendet werden, um die Qualität
des Riemens 2 selbst zu überwachen. Beispielsweise wird
vor seinem eigentlichen Dienst der Riemen 2 auf eine geeignete
Dicke geschliffen. Die Messdaten über die Messungen, die dem
Schleifen vorangehen, können
verwendet werden, um den Schleifer so einzustellen, dass das korrekte
Dickenprofil für
den Riemen 2 erhalten wird. Darüber hinaus verursachen beispielsweise Änderungen
bei den Spannungen und den Temperaturen des Riemens 2 binnen
Kürze eine
Beschädigung
bei dem Riemen insbesondere in den Randzonen des Riemens 2.
Diese Fehler werden rechtzeitig bemerkt, wobei die anderen Parameter
von dem Qualitätssteuersystem
berücksichtigt
werden. Auf der Grundlage der Beobachtungen kann der Riemen 2 beispielsweise
zu dem optimalen Zeitpunkt ausgetauscht werden.
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2 zeigt
ein Gerät 1,
das das Verfahren gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung anwendet. Hierbei ist das Gerät ein Metallriemenkalander,
der zum Behandeln der Faserbahn W verwendet wird, um die erwünschten
Prozesseffekte vorzusehen. Das Gerät kann auch irgendein anderes Prozessgerät sein,
wie beispielsweise ein Trocknungsgerät, ein Filmübertragungsgerät, ein Druckgerät etc. Der
Riemenkalander 1 ist beispielsweise in einer Papier- oder
Kartonherstelllinie als eine in der Fertigungslinie befindliche
Vorrichtung eingebaut oder er arbeitet unabhängig als eine außerhalb
der Fertigungslinie befindliche Vorrichtung. Das Gerät 1 hat
einen endlosen Riemen 2, der aus Metall hergestellt ist,
und sich um Führungswalzen 3 dreht,
wobei von den Führungswalzen
zumindest eine Führungswalze
beweglich ist, um die Riemenspannung des Riemens 2 einzustellen.
Außerhalb
des schleifenartigen Weges, der durch den Riemen 2 ausgebildet wird,
ist ein Gegenelement 5 angeordnet, das eine Gegenfläche hat,
die an den Riemen gesetzt werden kann. Das Gegenelement 5 ist
vorzugsweise eine Gegenwalze, um deren Mantel der Riemen 1 so
eingerichtet ist, dass er läuft.
Die Gegenwalze 5 kann vorzugsweise eine Thermowalze sein.
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Zwischen
dem Riemen 2 und dem Mantel der Walze 5 ist eine
Prozesszone A ausgebildet, durch die die zu behandelnde Faserbahn
W geleitet wird. Der erwünschte
Druckimpuls und der erwünschte
thermische Effekt können
dann auf die Faserbahn W als eine Funktion der Zeit ausgeübt werden.
Die Möglichkeiten
zum Einstellen der in der Prozesszone A wirksamen Prozessparameter
sind detaillierter in den früheren Patentanmeldungen PCT/FI03/00066,
PCT/FI03/00067, PCT/FI03/00068 der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung offenbart
und sind in diesem Zusammenhang nicht detaillierter beschrieben.
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Der
Druck der Prozesszone/der Druckimpuls in der Prozesszone kann zusätzlich zu
der Riemenspannung beispielsweise mittels der Spaltwalze 4, die
einen Spalt N mit der Gegenwalze 5 ausbildet, eingestellt
werden. Der thermische Effekt in der Prozesszone kann eingestellt
werden durch ein Erwärmen
und Kühlen
des Riemens 2 mit ihren Erwärmungs- und Kühlvorrichtungen 6a,
die in der Seitenrichtung profilieren können. In ähnlicher Weise kann Wärme zu dem
Metallriemen durch eine Führungseinrichtung 3 geliefert
werden oder von diesem entfernt werden. Durch ein Steuern der Temperatur
des Riemens 2 wird außerdem
die Querverteilung (Spannungsverteilung) der Riemenspannung in der
Maschinenrichtung (MD) beeinflusst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung hat zum Messen der Temperatur des Riemens 2 das
Gerät 1 eine
Einrichtung 70, durch die die Temperatur des Riemens 2 gemessen
werden kann, um sein Längstemperaturprofil
und/oder Seitentemperaturprofil aufzuzeigen. Die Messeinrichtung 70 hat
Temperatursensoren, die kontaktfreie Messverfahren, die als solche
bekannt sind, anwenden, wie beispielsweise das Infrarotverfahren,
wobei diese entweder Punktmesssensoren oder sog. Linienabtastsensoren
sein können.
In diesem Fall ist zumindest ein derartiger Temperatursensor in
der Nähe
von der Oberfläche des
Riemens 2 beispielsweise in dem Bereich zwischen zwei Führungswalzen 3 angeordnet.
Die Temperatursensoren 70 können außerdem vorzugsweise vor der
Prozesszone A und/oder nach der Prozesszone angeordnet sein. Darüber hinaus
können,
wenn Kühlvorrichtungen/Erwärmungsvorrichtungen 6a, 6b für ein Kühlen und/oder
Erwärmen
des Riemens 2 verwendet werden, die Messvorrichtungen 70 vor und/oder
nach den Kühlvorrichtungen/Erwärmungsvorrichtung 6a angeordnet
sein.
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Die
mit der Faserbahn W in Kontakt stehende Oberfläche des Riemens 2 wird
endbearbeitet und poliert, um die Qualitätseigenschaften der Faserbahn zu
erzielen, was bedeutet, dass sie als ein Messobjekt durch eine thermographische
Kamera ungeeignet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieses Problem
gelöst
durch ein Messen der Temperatur vorzugsweise an der Innenseite von
dem Riemenzyklus, das heißt
an der „Rückseite" in Bezug auf die
Faserbahn W. Da der Metallriemen 2 bemerkenswert dünn ist (normalerweise
in der Größenordnung von
ungefähr
1 mm oder weniger), wird die Durchschnittstemperatur des Riemens
mit guter Genauigkeit erhalten, indem die Messung an der anderen
Seite des Riemens ausgeführt
wird. Das Emissionsverhalten von dieser Seite des Riemens 2 kann
so eingerichtet werden, dass es derart wird, dass eine Infrarotthermomessung
in zufrieden stellender Weise ausgeführt werden kann. Der Riemen
kann beispielsweise so poliert sein, dass er ein Matt-Finish hat.
Es ist herausgefunden worden, dass in Kontakt mit der Metallwalze 3 die
Oberfläche
von dem Riemen 2 nicht poliert wird, sondern „rau" bleibt.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird eine Temperaturmessung über die
gesamte Breite des Riemens so ausgeführt, dass ein Temperaturprofil,
das quer zu dem Riemen ist, erhalten wird.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung kann eine Messung ausgeführt werden, indem eine Synchronisation
in einer derartigen Weise angewendet wird, dass die Messung stets
an dem gleichen Punkt an dem Riemenzyklus 2 in seiner Längsrichtung
ausgeführt
wird, wodurch die Temperatur von dem Riemen 2 genau an seiner
erwünschten
Längsposition
bestimmt werden kann.
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Das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung ist anwendbar, um die Temperatur von dem Riemen 2 auch
dann zu messen, wenn Polymerbeschichtungen oder dergleichen bei
dem Riemen 2 verwendet werden, insbesondere an der Oberfläche der
Seite der Faserbahn W. Darüber
hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren
ebenfalls in den Fällen zuverlässig, bei
denen Schmutz an der Faserbahnseite von dem Riemen anhaftet, oder
wenn die Rauhigkeit der Oberfläche
sich als ein Ergebnis eines Verschleißes ändert.
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Die
Messdaten, die durch die vorliegende Erfindung erhalten werden,
können
zu verschiedenen Zwecken verwendet werden. Die erhaltenen Messdaten
können
beispielsweise verwendet werden, um den Behandlungsprozess der Faserbahn
W (durch Steuern des Erwärmens
oder Profilierens von dem Riemen) zu steuern oder das Laufen von
dem Riemenzyklus zu steuern. Die Daten können auch zu dem System 10 übertragen
werden, das die Qualität der
Faserbahn W steuert, wobei diese beispielsweise folgendes aufweisen
kann: eine Riementemperatursteuereinrichtung 6a, eine Steuereinrichtung 6b zum Steuern
der Temperatur oder der Feuchtigkeit der Faserbahn, eine Steuereinrichtung 5 zum
Steuern der Temperatur der Gegenwalze, eine Steuereinrichtung 4 für die Kompressionskraft
oder eine Steuereinrichtung 3 zum Steuern der Position
der Führungswalzen (Riemenspannung).
Das System kann des weiteren Messeinrichtungen 13a und 13b haben,
die den Zustand der Faserbahn überwachen
(die Temperatur, die Feuchtigkeit, die Dicke, der Glanz, etc.).
Die Information über
die Temperatur von dem Riemen 2 und die in ihm stattfindenden Änderungen
können
zu dem System 10 in Echtzeit entlang einer Übertragungsbahn 12 zwischen
dem System 10 und der Messvorrichtung 70 übertragen
werden.
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Die
allgemeinste Anwendung von der Messung 70 der Temperatur
des Riemens ist die Anwendung der Messung als ein Teil der Rückführ-Steuerung
(Feedback-Regelung) der Riementemperatur. In diesem Fall wird die
reale Temperatur des Riemens mit Messsensoren 70 überwacht,
und wenn diese Temperatur von der vorgegebenen Solltemperatur abweicht,
steuert die Steuereinrichtung den Aktuator 6a auf der Grundlage
des Messsignals, das erhalten wird, bis die Solltemperatur erreicht
wird. Die Solltemperatur kann beispielsweise mittels Pilottests vorbestimmt
sein. Die Solltemperatur von dem Riemen kann außerdem von dem in der Fertigungslinie befindlichen
Qualitätssteuersystem
in Echtzeit erhalten werden, wodurch die Steuereinrichtung eine
bevorzugte Prozesstemperatur (Riementemperatur) auf der Grundlage
von Qualitätsmessungen
(13a und 13b) der Faserbahn bestimmt. Somit agiert
das Steuern von der Riementemperatur als ein Teil eines umfangreicheren
Steuersystems.
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Eine
wesentliche Anwendung für
das Steuern von dem Lauf des Riemenzyklus ist die Anwendung von
einem Messsignal 70 beim Steuern des Riemens. Das Temperaturprofil
von dem Riemen erzeugt zwangsweise ein Riemenspannungsprofil durch
thermische Expansion, wobei dieses Profil einen bedeutsamen Effekt
auf das Laufen des Riemenzyklus hat. Von dem gemessenen Temperaturprofil kann
das Profil in Querrichtung (CD) von der Riemenspannung in der Maschinenrichtung
abgeschätzt werden.
Das Laufen von dem Riemenzyklus wird hauptsächlich durch Einstellen der
Position der Führungswalzen 3 gesteuert,
und diese Einstellung kann somit auf die Temperaturmessung gegründet sein.
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Ganz
allgemein können
andere gemessene Prozessvariablen, die sich auf das genannte umfangreichere
Steuersystem beziehen und die Änderungen
bei ihnen schnell zu dem System 10 übertragen werden. Dem gemäß besteht
die Qualitätssteuerung der
Bahn aus einer Steuerung einer positiven Rückführung und/oder einer Rückführung, die
zusätzlich zu
der Messvorrichtung 70 für die Temperatur des Riemens 2 Einrichtungen 13a und 13b zum
Messen des Zustands der Faserbahn, Aktuatoren 3, 4, 5, 6a, 6b und
das Qualitätssteuersystem 10 (Steuereinrichtung)
hat. Somit wird jeder Aktuator, der qualitätsgesteuert arbeitet, schnell
durch die Steuereinrichtung auf der Grundlage von Qualitätsmessungen
wie beispielsweise die Riementemperaturmessung gesteuert. Die Steuerung
kann beispielsweise auf ein Modell gegründet sein.
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Steuerbare
Aktuatoren sind vorstehend aufgeführt und die gesteuerten Variablen
oder Laufparameter, die durch diese gesteuert werden, können beispielsweise
die folgenden sein: die Eingangstemperatur und -feuchtigkeit der
Bahn, die Riemenspannung, die Riementemperatur, die Riemenfeuchtigkeit,
der Überlappungswinkel
und die Länge
von dem Riemen, die zusätzliche
Belastung (Spaltwalze 4), die Temperatur der Thermowalze
(das heißt
der Walze 5).
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Natürlich können die
vorstehend erwähnten Einstellungen
sich entweder auf Durchschnittssollwerte in der Querrichtung beziehen
oder eine Messung und Einstellung kann Variationen bei der Messung
und gesteuerten Variablen berücksichtigen,
das heißt
Profile werden gemessen und eingestellt.
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Darüber hinaus
können
mittels des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung dies insbesondere die beobachteten Temperaturschwankungen
in dem Riemen 2 in der Längsrichtung (MD) des Riemens
sein. Durch ein Synchronisieren der Durchführung der Messung, die mit
der Zykluslänge
des Riemens geeignet ist, kann die Messposition zu dem erwünschten
Punkt an dem Riemen in der Maschinenrichtung steuerbar variiert
werden. In dieser Weise können
zyklische Prozessfehler bei der Riementemperatur entdeckt werden,
wie beispielsweise ein örtliches
Verschmutzen des Riemens oder der Wärmeübertragungswalze, was den Wärmeübertragungseffizient
verringert.
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Die
Messdaten von dem Temperaturprofil in der Maschinenrichtung können außerdem verwendet werden,
um einen schnellen Erwärmungsaktuator wie
beispielsweise eine Induktionsheizeinrichtung (beispielsweise bei
der Position 6a) zu steuern, um das Temperaturprofil in
der Maschinenrichtung von dem Riemen einzustellen.
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Eine
denkbare Anwendung der vorliegenden Erfindung kann die Messung von
dem Erwärmungseffekt/Kühleffekt
sein, der durch den Riemen übertragen
wird. Durch ein Positionieren von Temperatursensoren an beiden Seiten
von der Presszone kann aus der Temperaturdifferenz mit Leichtigkeit
die thermische Energie berechnet werden, die zwischen dem Riemen
und der Faserbahn übertragen
wird. Die Messdaten können
verwendet werden, um die Prozesssteuerung zu unterstützen, den
Kühleffekt/den Erwärmungseffekt
auf den Riemen einzustellen und somit insbesondere die Prozesstemperatur
von der Prozesszone A einzustellen. Die Messdaten können außerdem in
den Systemen, die die Energieverwendung überwachen, angewendet werden.
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Darüber hinaus
hat gemäß dem in 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel
der Metallriemenkalander 1 einen Metallriemen 2,
der so eingerichtet ist, dass er sich um Führungswalzen 3 dreht.
Außerhalb des
Riemens ist eine Thermowalze angeordnet, die als ein Gegenelement 5 wirkt,
wodurch die Kalandrierzone zwischen dem Riemen 2 und der
Walze 5 ausgebildet ist. Zumindest einige der Führungswalzen 3 sind
vorzugsweise so eingerichtet, dass sie zum Zwecke des Einstellens
des Riemens 2 auf die erwünschte Riemenspannung und zum
Einstellen der Länge
von dem Kontaktbereich zwischen dem Riemen 2 und dem Gegenelement 5,
sofern dies erforderlich ist, beweglich sind, beispielsweise indem der Überlappwinkel
zwischen der Walze 5 und dem Riemen 2 geändert wird.
Im Inneren des Riemenzyklus 2 kann wahlweise eine Spaltwalze 4 angeordnet sein,
die als eine Presseinrichtung wirkt, die den Riemen 2 gegen
die Walze 5 presst, womit der höchste Druck innerhalb der Kalandrierzone
der Spaltzone erzeugt wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in dem Metallriemenkalander 1 eine Metallriemenkühlvorrichtung 6a angeordnet,
die eine Kühlmediumsprüheinrichtung 6a aufweist,
durch die das Kühlmedium
wie beispielsweise Luft oder Wasser zu erwünschten Punkten an dem Metallriemen 2 gerichtet werden
kann. Die Kühlmediumsprüheinrichtungen 6a sind
vorzugsweise so eingerichtet, dass sie in der Querrichtung des Teilriemens beweglich
sind, wie dies in 4 gezeigt ist, jedoch können sie
auch aus mehreren Sprühdüsen oder ähnlichen
Einrichtungen bestehen, die sich über die Breite des Metallriemens 2 erstrecken,
wobei durch diese die Lieferung von einem Kühlmedium in der erwünschten
Weise zu verschiedenen Punkten über
die Breite des Metallriemens 2 gerichtet werden kann. Die
Kühlmediumsprüheinrichtungen 6a sind
vorzugsweise außerhalb des
Metallriemenzyklus 2 an einem Punkt vor der Kalandrierzone
angeordnet, wie dies in den 1 und 2 gezeigt
ist, jedoch ist es denkbar, dass sie auch an einem Punkt angeordnet
sein können,
der der Kalandrierzone folgt, und auch innerhalb von dem Metallriemenzyklus
an einem Punkt vor oder nach der Kalandrierzone.
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Die
grundsätzliche
Idee der vorliegenden Erfindung ist es, den Metallriemen in einem
Bereich außerhalb
von dem Endstückaufführseil W1 zu kühlen, um
das Temperaturprofil so gerade wie möglich zu gestalten und sogar
die vorherrschenden Zugspannungen an verschiedenen Punkten der Querrichtung des
Riemens auszugleichen, um die Haltbarkeit des Riemens gegenüber Ermüdung zu
erhöhen.
Wenn beispielsweise Wasser als das Kühlmedium angewendet wird und
wenn die Riementemperatur 100°C übersteigt,
verdampft das auf die Riemenoberfläche aufgesprühte Wasser
im Wesentlichen sofort und kann mit einer Luftkonditionierung in
der gleichen Weise wieder gewonnen werden wie die Feuchtigkeit,
die von der Bahn nach dem Spalt verdampft.
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Diese
Art eines Richtens von dem Kühlmedium
auf den Metallriemen unterstützt
das Erzielen einer gleichmäßigeren
Qualität
für die
Papier- oder Kartonsorte, die verarbeitet wird, insbesondere wenn die
normale Betriebstemperatur des Riemens erheblich niedriger als jene
der Thermowalze ist. Wenn diese Art an Kühlung nicht angewendet wird
und kein Kühlmediumzyklus
eingerichtet ist, erwärmen
sich sowohl der Riemen als auch die Führungswalzen des Riemens auf
eine Temperatur nahe der Temperatur der Thermowalze, wodurch nach dem
Sprühen
der Bahn eine beträchtlich
lange Zeitspanne benötigt wird,
bis. die Riementemperatur auf im Wesentlichen die Temperatur der
Bahn abgefallen ist.
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Das
Sprühen
des Kühlmediums
ist vorzugsweise so eingerichtet, dass es profiliert, beispielsweise
derart, dass das Kühlmediumsprühen lediglich
zu den heißesten
Punkten an dem Metallriemen gerichtet wird, um das Wärmeprofil
im Wesentlichen gerade zu gestalten.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern
der Laufparameter in einem Gerät
(1) für
ein Behandeln einer Faserbahn (W). Das Gerät (1) hat einen endlosen
Metallriemen (2), der so eingerichtet ist, dass er sich
um eine Führungseinrichtung
(3) dreht, und zumindest ein Gegenelement (5),
das eine Kontaktfläche
mit dem Metallriemen (2) ausbildet. Zwischen dem Metallriemen (2)
und dem Gegenelement (5) ist eine Prozesszone (A) für die Faserbahn
(W) ausgebildet, durch die die zu behandelnde Faserbahn (W) tritt.
Bei dem Verfahren wird eine Dickenmessung von dem Metallriemen (2)
während
des Laufens durch eine Wirbelstrommessung ausgeführt. Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird die Temperatur von dem Riemen (2)
während
des Laufens in einer kontaktfreien Weise von der entgegengesetzten
Seite des Riemens (2) in Bezug auf die Faserbahn (W) gemessen.
Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung wird der Metallriemen (2)
mit einem Kühlmedium
an einem Punkt außerhalb
von dem Bereich gekühlt,
in dem er mit dem Endstückaufführseil in
Kontakt steht, um ein im Wesentlichen gleichmäßiges Temperaturprofil für den Metallriemen
(2) zu erhalten. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf
Vorrichtungen zum Anwenden dieser Verfahren.