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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Analysieren
wenigstens einer Eigenschaft einer Papierbahn, die in einer definierten Papiermaschine
hergestellt wird, von der Großrollen geliefert
werden.
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Aus
der
DE 33 36 659 A1 ist
ein Feuchtigkeitsmeßgerät zum Messen
des Feuchtigkeitsgehalts einer laufenden Materialbahn durch Messung der
von der Materialbahn zu einer Detektoranordnung gelangenden Strahlungsmenge
beim Bestrahlen der Bahn mit Infrarot-Strahlung aus einer Strahlungsquelle
bekannt. Um ein echtes Querprofil des Feuchtigkeitsgehalts der laufenden
Materialbahn zu erhalten, wird eine Anzahl von stationären Lichtleiterelementen
vorgesehen, mit deren Hilfe die von der Strahlungsquelle ausgehende
Infrarot-Strahlung der laufenden Materialbahn an einer Reihe von
zugeordneten Punkten zuführbar
ist, die quer zur Laufrichtung der Materialbahn vorgesehen sind.
Jedem dieser Punkte ist ein Detektorelement zugeordnet. Zum elektronischen
Abtasten der Detektorelemente sind entsprechende Abtasteinrichtungen
vorgesehen.
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung zum Analysieren
wenigstens einer Eigenschaft einer Papierbahn, die in einer definierten
Papiermaschine hergestellt wird, von der Großrollen beliefert werden.
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Die
Herstellung von Papier umfaßt
eine große
Anzahl von Teilprozessen, von denen jeder unter anderem die Qualität des Produkts
beeinflußt.
Das Papier soll bestimmte Eigenschaften entsprechend den Wünschen des
Kunden haben. Außerdem
sollen die Eigenschaften konstant sein, d.h. sie sollen in definierten
Grenzen liegen, um eine gleichförmige
Qualität
zu erreichen. Obwohl die Eigenschaften zum Auftragszeitpunkt spezifiziert
werden können,
glaubt der Hersteller aufgrund seiner Erfahrung gewöhnlich zu
wissen, wie das Produkt beschaffen sein sollte, um den Wünschen des
Kunden zu entsprechen, und der Hersteller legt dann interne Beschreibungen
für die
Teilprozesse und ihre Parameter in seinem Bestreben, diesen Wünschen zu
folgen, fest.
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Die
Information, die bezüglich
der Qualitätseigenschaften
des von einer Papiermaschine zugeführten Papiers gegenwärtig zur
Verfügung
steht, ist jedoch äußerst begrenzt.
Die Information basiert auf der Messung von sehr kleinen Papiermengen
in einer Papierrolle für
die Lieferung an einen Kunden und es muß angenommen werden, daß die in
diesen kleinen beschränkten
Papiermengen gemessenen Eigenschaften für das gesamte Papier auf der
Rolle repräsentativ
sind. Dieser Umstand bildet ein wesentliches Hindernis für die technische
Entwicklung von Papier und Papierprodukten.
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Das
Meßsystem
einer Papiermaschine mißt weniger
als 0,5% der Gesamtoberfläche
der Papierbahn aus, die eine Großrolle bilden soll. Außerdem wird
die Messung diagonal über
die Papierbahn ausgeführt
und detaillierte Informationen verschwinden, da die Ergebnisse in
Mittelwerte umgewandelt werden. Solche detaillierte Informationen
sind jedoch von großer
Bedeutung für
die Eigenschaften des Endprodukts. Die Eigenschaften des Papiers
werden auch in dem Labor an abgeschnittenen Proben bestimmt, die
weniger als 0,1‰ der
Gesamtfläche
der Papierbahn darstellen, die eine Großrolle bilden soll.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorstehenden
Probleme zu beseitigen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, daß die
Großrolle
von der Papiermaschine in einer Meßvorrichtung angeordnet wird, daß die Papierbahn
von einer Abwickelsektion für
die Großrolle über eine
Meßsektion
zu einer Aufwickelsektion zum Aufwickeln der Papierbahn zur Bildung einer
neuen Rolle befördert
wird, daß eine
erste Meßsequenz
durchgeführt
wird, die das Zuführen
der Papierbahn in einer Vielzahl von Schritten, welche die gleiche
vorher festgelegte Länge
haben, und das Messen der Eigenschaft in der Meßsektion, wenn die Papierbahn
stationär
ist, innerhalb eines bahnbreiten Meßbereichs umfasst, der in der
Maschinenrichtung der Schrittlänge
entspricht oder im wesentlichen entspricht, indem ein Meßsensor
abtastend quert, um die Eigenschaft von einem Rand der Papierbahn
zum anderen in dem Meßbereich
zu messen, und daß die Meßwerte,
die von dem Meßsensor
aufgezeichnet sind, auf eine Rechnereinheit übertragen werden, um die Meßwerte zu
verarbeiten und um sie in eine sichtbare Form umzuwandeln, welche
die Änderungen der
Eigenschaft in einem Bereich der Papierbahn anzeigt, der von den
Schritten gebildet wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung werden die Meßwerte
in eine grafische Form umgewandelt und in besonders bevorzugter Weise
durch ein Kartogramm dargestellt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zeichnet sich dadurch aus, daß sie
eine Abwickelsektion zum Abstützen
und drehbaren Lagern einer Großrolle
aus der Papiermaschine, eine Aufwickelsektion zum Aufwickeln der
Papierbahn der Großrolle
zur Bildung einer neuen Rolle und eine zwischen diesen liegende Meßsektion
aufweist, durch welche die Papierbahn hindurchgeht, daß die Meßsektion
querende Abtaster mit einem Meßsensor
zum Messen der Eigenschaft aufweist, daß die Aufwickelsektion Antriebseinrichtungen
aufweist, die zur Erzeugung einer schrittweisen Bewegung der Papierbahn
durch die Meßsektion
angeordnet sind und daß die
Meßsektion eine
Rechnereinheit zum Speichern der Meßwerte, die von dem Meßsensor
aufgezeichnet wurden, und zum Verarbeiten dieser Werte zur sichtbaren
Wiedergabe der Änderungen
der Eigenschaft aufweist.
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Die
Verwendung des Verfahrens und der Meßvorrichtung nach der Erfindung
hat eine fortschrittliche Gesamtanalyse der Papierbahn zur Folge,
was das Erzielen einer praktisch vollständigen und zweidimensionalen
Repräsentation
der Eigenschaften der Papierbahn in einer Großrolle mit einer Auflösung von
1 cm2 ermöglicht. Diese durch die fortschrittliche
Gesamtanalyse der Papierbahn erreichbare Information ist in vielen
Zusammenhängen
nützlich.
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Die
Information kann wie folgt verwendet werden, beispielsweise:
- A. Für
eine werksinterne Prozessentwicklung. Sie bietet eine Darstellung
des Funktionsmodus verschiedener Prozessvorrichtungen und ihre Interaktion,
die klarer ist als es bisher möglich
war, und bildet auf diese Weise die Basis für Durchführung von Verbesserungen.
- B. Für
eine werksinterne Produktentwicklung. Sie erleichtert Gelegenheiten
zur Entwicklung eines Papiers mit den vom Kunden gewünschten
Eigenschaften und schafft neue Möglichkeiten,
Papiereigenschaften genauer und ausgeprägter darzustellen und zu dokumentieren.
- C. Für
eine kundenseitige Prozessentwicklung. Sie bietet Kunden eine ausgezeichnete
Basis zur Festlegung der Abstimmung ihrer Umsetzausrüstung sowie
eine Gelegenheit, diese zu verbessern.
- D. Für
eine kundenseitige Produktentwicklung. Die Eigenschaften des zugeführten Papiers
beeinflussen die Qualität
des Endprodukts des Kunden stark. Die Information ermöglicht es
dem Kunden, bessere Bewertungen als bisher zu treffen und den Zulieferer
klarer zu informieren, welche Papiereigenschaften erforderlich sind,
um ein zufriedenstellendes Endprodukt zu erzielen.
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Zur
Erfindung gehört,
daß eine
umfassende Feinmaßstabsmessung
eines Bandbreitenbereichs ausgeführt
werden kann, bis das Änderungsmuster der
Eigenschaften erscheint. Diese umfassende Feinmaßstabsmessung bedeutet, daß jede kleine Oberflächeneinheit
in dem bahnbreiten Bereich vermessen wird: Eine solche kleine Oberflächeneinheit für die erste
Meßsequenz
unter Verwendung der heutigen Meßausrüstung ist 1 cm2.
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Die
Meßwerte
werden direkt von einer Rechnereinheit verarbeitet, die das Resultat
in Form einer topografischen Karte, d.h. in einem Kartogramm, vorzugsweise
farbig, wiedergibt, in welchem jede Farbe einen bestimmten Wert
der Eigenschaften darstellt. Das Kartogramm kann eine unerwünschte Unregelmäßigkeit
einer gemessenen Eigenschaft offenbaren, die durch Fehler in den
eingestellten Betriebsparametern und/oder Konstruktionselementen
der Papiermaschine verursacht werden kann, aus der die der Analyse
unterliegende Papierbahn kommt. Ein Kartogramm über eine Flächengewichtsanalyse kann beispielsweise
regelmäßig auftretende
diagonale größere oder
kleinere Bereiche mit erhöhtem Flächengewicht
verglichen mit benachbarten Bereichen offenbaren, die aus der Aufbereitung
des der Papiermaschine zugeführten
Papierbreis stammen können.
Ein Flächengewichtskartogramm,
das wiederholt auftretende runde Flecken in einem bestimmten Muster
zeigt, kann durch Fehler in dem Siebabschnitt, beispielsweise dem
Entwässerungssystem, verursacht
werden. Wenn der Papierbrei in einem Breibehälter auf dem falschen Pegel
gehalten wird, kann dies zu einem Flächengewichtskartogramm mit großen Flecken
führen.
Ein Flächengewichtskartogramm,
bei welchem Flächengewichtsänderungen
in einem Streifenmuster erscheinen, kann durch eine Papierbreipumpe,
die nicht zentriert ist, verursacht werden, so daß kleine
Impulse in dem Papierbrei auftreten, wenn er aus dem Stoffauflaufkasten
gepumpt wird. Vorteilhafterweise kann die Wirkung eines Umbaus einer
Papiermaschine leicht dadurch überprüft werden,
daß Kartogramme
verglichen werden, die man vor und nach dem Umbau erhält.
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Die
Eigenschaften, die für
die Analyse und die Messung gemäß der Erfindung
von Interesse sein können,
sind das Flächengewicht,
die Dicke, der Feuchtegehalt, der Aschegehalt, die Festigkeit und optische
Eigenschaften der Papierbahn.
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Mit
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung mehr
ins Einzelne gehend beschrieben.
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1 ist
eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung.
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2 und 3 zeigen
zwei erfindungsgemäß hergestellte
Flächengewichtskartogramme
für Papierbahnen,
die vor und nach einer an einer bestimmten Papiermaschine ausgeführten Änderung hergestellt
wurden.
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1 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung,
die im Prinzip mit einer verlängerten
und ergänzten
Aufwickelmaschine verglichen werden kann. Die Meßvorrichtung hat eine Abwickelsektion 1,
eine Aufwickelsektion 2 und eine dazwischen liegende Meßsektion 3.
Die Abwickelsektion 1 umfaßt ein Gestell 4 zum
Abstützen
und Lagern einer Großrolle 5 sowie
eine Bremsvorrichtung 6 zum Steuern der Drehbewegung der
Großrolle 5.
Die Pa pierbahn 7 der Großrolle 5 wird über eine
Vielzahl von Führungsrollen 8 zu
der Aufwickelsektion 2 gefördert, die als Trommelaufwicklung
mit einer Aufwickeltrommel 9 und einer Oberflächenwickeltrommel 10 ausgelegt
ist, um welche die Papierbahn 7 zur Bildung einer Papierrolle 11 auf
der Aufwickeltrommel 9 läuft. Die Papierrolle 11 ruht
auf der Oberflächenwickeltrommel 10 und
wird von dieser mittels Friktion angetrieben. Die Oberflächenwickeltrommel 10 wird durch
eine spezielle Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) angetrieben,
die es ermöglicht,
daß die
Papierbahn 7 mit einstellbaren Schrittlängen schrittweise vorwärtsbewegt
und mit unterschiedlich einstellbaren gleichförmigen Geschwindigkeiten zugeführt wird. Bei
der gezeigten Ausführungsform
hat die Meßsektion 3 einen
Meßrahmen 12.
Gewünschtenfalls
können
ein oder mehrere zusätzliche
Meßrahmen
angeordnet werden. Der Meßrahmen 12 ist
quer zur Papierbahn 7 angeordnet und mit einer Öffnung versehen,
durch welche die volle Maschinenbreite der Papierbahn 7 hindurchgeht.
Der Meßrahmen 12 hat eine
Vielzahl von Meßsensoren
zum Messen unterschiedlicher Eigenschaften der Papierbahn 7.
Die Meßsensoren
sind längs
des Meßrahmens 12 bewegbar,
d.h. senkrecht zur Maschinenrichtung.
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Die
zu prüfende
Großrolle 5 bildet
so eine Papierrolle, die in der Aufwickelseite einer Papiermaschine
mit voller Maschinenbreite gewickelt worden ist. Bei der Großrolle kann
es sich um eine Rolle handeln, die einem Kunden geliefert wird oder
die von einem Kunden retourniert wurde, der sie reklamiert hat.
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Im
folgenden wird die Messung des Flächengewichts der Papierbahn 7 beschrieben,
wobei der Meßrahmen 12 mit
einem Meßsensor
in Form eines Flächengewichtsmeters
versehen ist, das hin und her über
die Papierbahn zwischen deren Ränder
bewegt wird. Die Messungen erfolgen in beiden Richtungen nach einer
Schrittbewegung. Die Messungen werden in einer ersten Meßsequenz
ausgeführt,
während
die Bahn stationär
ist, und die Bahn wird über
eine vorgegebene Entfernung immer dann schrittweise vorwärtsbewegt,
wenn das Flächengewichtsmeter
einen Rand der Bahn erreicht. Jede Messung von Rand zu Rand erfolgt
in einem schmalen querverlaufenden Bereich und der folgende schmale
querverlaufende Bereich schließt
sich unmittelbar an den vorhergehenden ohne Zwischenraum oder im
wesentlichen ohne Zwischenraum an. Die Meßwerte werden auf die Rechnereinheit
zur Aufzeichnung und Verarbeitung kontinuierlich übertragen.
Die Meßwerte
zeigen Änderungen
im Flächengewicht
an verschiedenen Meßpunkten
innerhalb des gleichen Querbereichs und innerhalb unterschiedlicher
Querbereiche an. Die Meßwerte
werden auf eine topografische Karte überführt, bei welcher unterschiedliche
Schattierungen unterschiedliche Flächengewichte anzeigen. Kartogramme
dieser Art sind in den 2 und 3 gezeigt.
Diese erste Meßsequenz
wird ausgeführt, bis
das Änderungsmuster
im Flächengewicht
bekannt ist. Es reichen normalerweise 2 bis 8 m Papierbahn, um ein
solches Änderungsmuster
bereitzustellen.
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Dann
wird gewöhnlich
eine zweite Meßsequenz
durchgeführt,
während
derer die Papierbahn mit einer geringen Geschwindigkeit, beispielsweise mit
1 m/min kontinuierlich vorwärtsbewegt
wird, während
gleichzeitig das Flächengewichtsmeter
traversiert. Die gewünschten
Informationen bezüglich Änderungen
im Flächengewicht
können
erhalten werden, wenn eine Länge
von beispielsweise 10 m der Bahn mit dieser Geschwindigkeit vorwärtsbewegt worden
ist. Dann können
eine oder mehrere zusätzliche
Meßsequenzen
folgen mit schrittweise erhöhten Geschwindigkeiten.
Während
der dritten Meßsequenz,
welche die letzte der ersten Meßreihen
sein kann, werden Quermessungen bei einer Bahngeschwindigkeit von
100 m/min über
eine längere
Distanz ausgeführt.
Die Meßsequenzen
können
dann weiter in Meßreihen
in einer oder zwei Bahnsektionen wiederholt werden, um die ersten
Meßergebnisse
zu prüfen.
Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reihen von Meßsequenzen sowie vor der ersten
und nach der letzten Reihe von Meßsequenzen, ist es zweckmäßig, mehr
Messungen des Flächengewichts mit
Hilfe von 3 bis 4 Flächengewichtsmetern
auszuführen,
die in geeigneten Positionen in der Querrichtung (CD) angeordnet
sind. Die Bahn wird dann mit einer geeigneten Geschwindigkeit von über 100 m/min
laufen gelassen, so daß Flächengewicht
betreffende Maximalinformationen innerhalb eines vernünftigen
Zeitraums von beispielsweise 24 h erhalten werden können.
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Unter
Verwendung der heutzutage üblichen Meßausrüstung für das Flächengewicht
kann eine Auflösung
von 1 cm2 erhalten werden, d.h. jede Oberflächeneinheit,
die vermessen und aufgezeichnet wird, beträgt 1 cm2,
wobei jedoch zu erwarten ist, daß die zukünftige Meßausrüstung in der Lage sein wird, noch
kleinere Auflösungen
bereitzustellen. Wenn man Informationen mit noch kleinerem Maßstab zur Ergänzung der
mit der beschriebenen Meßvorrichtung
erhaltenen Feinmaßstabsinformation
mit einer Auflösung
von 1 cm2 haben möchte, können eine oder mehrere Proben
variierender Größe aus der
tatsächlichen
Papierbahn entnommen und in dem Labor unter Verwendung eines x-y-Scanners,
der mit einer Auflösung
von 1 mm2 mißt, und einer Ausrüstung für ein Beta-Radiogramm
vermessen werden, welche mit einer Auflösung von 0,1 mm2 mißt.
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In
einem Versuch wurde eine Papierbahn entsprechend der ersten Meßsequenz
analysiert, wobei die Bahn auf einer spezifizierten Papiermaschine
zur Erzielung von Basispapier für
ein beschichtetes Feinpapierprodukt hergestellt wurde. Das Flächengewicht
des Basispapiers betrug 70 g/m2. Die Meßwerte wurden
in einem Kartogramm wiedergegeben, das in 2 in einem
Grautonmaßstab
gezeigt ist, das jedoch in Wirklichkeit farbig ist. Jede Linie stellt
eine Grenze zwischen zwei Oberflächen
mit einem Unterschied im Flächengewicht
von 1g/m2 dar. Die dunkelsten Bereiche haben
das höchste
Flächengewicht
von etwa 74,5 g/m2, während die hellsten Bereiche
das niedrigste Flächengewicht
von etwa 67,5 g/m2 haben. Wie sich aus dem Flächengewichtskartogramm
von 2 ergibt, erscheinen die Änderungen des Flächengewichts
als Streifenmuster, d.h. mit Längsänderungen
(zyklische MD-Variation). Man nimmt an, daß der Fehler durch eine unzentrierte
Papierbreipumpe verursacht wird, die Impulse in dem Papierbrei erzeugt,
der aus dem Stoffauflaufkasten in die Papiermaschine gepumpt wurde.
Nach der Beseitigung des Fehlers wurde die Papierbahn erneut analysiert
und die Meßwerte
in einem Kartogramm dargestellt, wie es in 3 in einer Grautonskala
gezeigt ist. Man sieht, daß das
Streifenmuster nicht länger
erscheint und daß die
Flächengewichtsverteilung
verbessert worden ist.
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Unter
dem Ausdruck "eine
Papierbahn, die in einer definierten Papiermaschine hergestellt
wird, aus der eine Großrolle
beliefert wird",
ist im wesentlichen zu verstehen, daß die Analyse an einer Papierbahn
durchgeführt
wird, deren Ursprung wenigstens bezüglich des Werks, wo die Papiermaschine
aufgestellt ist, und/oder des Lieferanten der Großrolle bekannt
ist.