DE2742229B2 - Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften von in Suspension befindlichen Papierstoffasern sowie Messvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften von in Suspension befindlichen Papierstoffasern sowie Messvorrichtung zur Ausführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Eigenschaften von in Suspension befindlichen
Papierstoffasern mit der Hilfe einer Vorrichtung mit einem angetriebenen Rotor und einem Stator, die
zueinander parallele Flächen aufweisen, zwischen denen sich ein Spalt von weniger als 1 mm Breite befindet
durch welchen die Suspension durchgeführt wird.
Gleichzeitig betrifft die Erfindung auch eine Meßvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, mit einem
Rotor, der in einem Gehäuse entlang eines Stators drehbar ist wobei die Stoffsuspensiovr durch einen Spalt
von weniger als 1 mm Breite zwischen dem Rotor und dem Stator geführt wird, und der Rotor mit einem
Antriebsmotor versehen ist
Es gibt Eigenschaften von Papierstoffasern, die für den Betrieb der Stoffaufbereitungsanlage einer Papiermaschine
bzw. für den Betrieb der ganzen Papiermaschine wichtig sind, bisher jedoch nur sehr umständlich
im Labor und damit zu spät für den Produktionsprozeß gemessen werden konnten. Es handelt sich dabei
hauptsächlich um die Steifigkeit Dicke, Biegsamkeit oder Elastizität der einzelnen Fasern, ihren Quellungszustand,
ihre Länge und Form. Diese Eigenschaften haben einen bedeutenden Einfluß, z. B. auf die Dichte
des hergestellten Papiers sowie auf seine technologischen Eigenschaften wie z. B. das Volumen oder gewisse
Festigkeiten.
So sind z. B. Meßverfahren bekannt bei welchen einzelne Fasern aus der Suspension herausgenommen
und mechanisch untersucht werden. Abgesehen von der Schwierigkeit und Umständlichkeit derartiger Untersuchungen
ist es unmöglich, eine richtig repräsentative Faser aus der riesigen Menge der in Suspension
befindlichen Fasern herauszufinden.
Es ist fertiggestellt worden, daß die erwähnten Eigenschaften der Stoffasern, d.h. ihre Steifigkeit,
Elastizität und Fasergeometrie einen Einfluß auf die scheinbare Viskosität der Stoffsuspension haben. Diese
wirkt sich in empfindlicher Weise auf das Drehmoment
aus, das der Rotair zum Einhalten seiner Drehzahl
aufnimmt, nicht aber auf den axialen Druck.
Die Erfindung hat die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Ziel, welche eine neuartige
Messung dieser Eigenschaften der Papierstoffasem anhand ihrer scheinbaren Viskosität ermöglichen, aus
welcher Rückschlüsse auf die erwähnten Eigenschaften der Fasern gezogen werden können, und zwar während
der Produktion.
Das erfindungsgcxnäße Verfahren, durch welches
dieses Ziel erreichit wird, ist dadurch gekennzeichnet,
daß das Reibungsmoment zwischen Rotor und Stator, die Drehzahl des Rotors und die Breite des Spaltes
festgestellt werden, und daß aus dem gegenseitigen Verhältnis dieser Größen ein Meßsignal abgeleitet wird.
Die erfindungsgcrnäße Meßvorrichtung zur Ausführung
des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Messung des Reibungsmomentes
zwischen Rotor und Stator sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Drehzahl des Rotors.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann vorzugsweise eine der Großen konstant gehalten werden iird
die andere der aus dem Reibungsmoment der Drehzahl und der Spaltbreite bestehenden Größen durch
Veränderung der dritten Größe auf einen konstanten Wert eingeregelt werden, wobei die dritte Größe zur
Bildung des Meßidgnals dient. Dadurch ka>"- eine
bedeutende Vereinfachung bei der Anwendung des Verfahrens sowie eier dazu erforderlichen Vorrichtung
erzielt werden, wobei zudem noch besser miteinander vergleichbare Meßresultate erzielt werden.
So kann der Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator auf eine konstante Breite eingestellt werden, das
Drehmoment des Rotors durch Veränderung dessen Drehzahl auf einen konstanten Wert eingeregelt
werden, und die Drclizahl das Meßsignal bilden.
Es kann jedoch auch die Drehzahl des Rotors durch geeignete Wahl des Antriebes konstant gehalten
werden, das Drehmoment durch Veränderung der Breite des Spalies auf einen konstanten Wert eingeregelt
werden, und die Breite des Spaltes bzw. eine von dieser abhängige Grüße das Meßsignal bilden.
Bei der Meßvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens kann der Antriebsmotor eine konstante Drehzahl
aufweisen, und es können ein Stellmotor zur Einstellung der Breite des Spaltes durch axial? Verstellung des
Rotors bzw. des Stators, welcher von der Meüvorrichtung
zur Messung dies Drehmomentes im Sinne einer Konstanthaltung des Drehmomentes beeinflußt wird,
sowie eine Ausgabevorrichtung zur Bestimmung der Breite des Spaltes zwischen Rotor und Gehäuse
vorgesehen sein. Die Verstellung des Rotors durch den
Stellmotor hat dabei den Vorteil, daß der Einfluß von Haftreibung bei der Verstellbewegung ausgeschaltet
wird, so daß gerjitie Meßresultate erzielt werden
können.
Dabei können voneugsweise der Rotor und die diesem
zugewandte Fläche des Stators konisch sein. Dadurch werden zur Ausführung einer gewissen Änderung der
Spaltbreite längere Verstellwege des Rotors ermöglicht, die zu einer größeren Empfindlichkeit der Einstellung
führen. Es versteht sich jedoch, daß die miteinander zusammenwirkenden Flächen des Rotors und des
Stators auch z. B. et«:n sein können.
Dabei können die zueinander parallelen Flächen des
Rotors und des Sta Ιου mit Verzahnungen nach der Art
eines Refiners versehen sein. Dadurch wird in besonderer Weise tier Einfluß der Fasern erfaßt, die an
den gegenseitig beweglichen Kanten der Zähne vorbeigeführt werden. Es versteht sich jedoch, daß diese
Flächen auch glatt sein können. Dadurch können andere, ebenfalls neuartige Messungen der Eigenschaften
der Stoffsuspension durchgeführt werden.
Bei einem axial beweglichen Rotor kann die Ausgangsvorrichtung zur Bestimmung der axialen
Stellung des Rotors gegenüber dem Stator dienen.
ίο Integrierten enthalten, welcher zur Summierung der
dieser Signale die augenblickliche Stellung des Rotors gegenüber dem Stator bestimmt
Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung kann z. B. im Labor zur Messung der Eigenschaften von Stoffsuspensionen
dienen. Sie kann jedoch auch als Vorrichtung zur Regelung einer die Stoffeigenschaft beeinflussenden
Maschine der Stoff aufbereitungsanlage einer Papiermaschine dienen. So kann z. B. durch das Meßsignal ein
Refiner gesteuert werden. Die Vorrichtung kann jedoch auch zur Regelung der Mischung on Suspensionen
verschiedener Qualitäten dienen. So iann z.B. ein
Papier mit einer gegebenen Eigenschaft durch Mischung einer Stoffsuspension von hoher Qualität mit
einer Stoffsuspension niedrigerer Qualität erhalten werden.
Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung
schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert Es zeigt
F i g. 1 ein Schema einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen
mit ihrem Antrieb und ihrer Schaltung,
Fig.2 einen Teilschnitt nach der Linie II-1I in der
F i g. 1 in größerem Maßstab einer Vorrichtung mit verzahnten Flächen,
F i g. 3 einen der F i g. 2 entsprechenden Schnitt einer Vorrichtung mit glatten Flächen,
Fig.4 ein Schema einer möglichen Schaltung zur
Anwendung der erfindungsgemäßen Meßvorrkhtung s!s Steuergerät für einen Refiner,
F i g. 5 ein Schema der Anwendung der erfindungsgemä&en
Vorrichtung zur Steuerung der Mischung von Stoffsuspensionen verschiedener Qualitäten zur Erzielung
einer Mischung mit einer gegebenen Qualität,
F i g. 6 einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
F i g. 6 einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig.? die Ansicht nach der Linie VIl-VII in der F i g. 6, und die
F i g. 8 und 9 zwei mögliche Schaltungen der Vorrichtung nach der F i g. 1.
ein Gehäuse 2, in welchem ein Rotor 3 drehbar ist Wie aus der F i g. 2 hervorgeht, ist der konische Hohlraum
des G :fcäuses 2 mit einer Innenfläche 4 versehen, der
v-, Rotor 3 mit einer parallelen Außenfläche 5.
Nach der F i g. 2 sind die Flächen 4,5, die miteinander
einen Spalt 5bilden, mit Zähnen 4', 5' nach der Art eines
Refiners versehen. Sie können jedoch nach der F i g. 3 auch glatt sein. Die Breite des Spaltes S, die kleiner als
1 mm ist, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5—0,1 mm.
diesem Zweck eine Drchzahlmeßvorrichtung 6' und einen Drehzahlregler"/'.
Außerdem ist der Antriebsmotor 7 oder die Welle 6 mit einer Meßvorrichtung 8 zur Messung des auf die
Welle 6 augenblicklich übertragenen Drehmomentes versehen. Das Meßgerat 8, das normalerweise elektrisch
bzw. elektronisch sein kann, wobei es mit der Regelung des Motors 7 zusammengebaut sein kann, dient zur
Bildung eines Meßsignales, das durch eine Signalleitung 10 einem Regler 11 zugeleitet wird. Der Regler 11
vergleicht das MeBsignal mit einem Sollwert 12 für das konstantzuhaltende Drehmoment und beeinflußt entsprechend
einen Stellmotor 13. Der Stellmotor 13 ist mit einem Getriebe 14 gekuppelt, das zur axialen Verstellung
der Welle 6 und mi', ihr des Rotors 3 im Hohlraum
des Gehäuses 2 dient. Dadurch wird die Größe des Spaltes 5 beeinflußt. Die Beeinflussung erfolgt in dem
Sinn, daß das Drehmoment des Antriebsmotors M konstantgehalten wird.
Die Fig.2 zeigt einen Ausschnitt der verzahnten
Innenfläche des Hohlraumes des Gehäuses 2 sowie der Außenfläche des Rotors 3. Wie aus der Figur
hervorgeht, bewegt sich die Verzahnung des Rotors 3 an der Verzahnung des Gehäuses 4 vorbei, und zwar in
einer Entfernung, weiche der Breite des Spaltes 5 entspricht. Der im Spalt zwischen dem Rotor 3 und dem
Gehäuse 2 befindliche Papierstoff wird durch die Drehung des Rotors 3 mitgenommen und widersetzt
sich dieser Drehbewegung. Die Fasern F häufen sich, wie in der F i g. 2 angedeutet, an den Kanten der
zusammenwirkenden Zähne 4', 5' und verursachen die Entstehung einer Scheinviskosität, welche von den
Eigenschaften der Fasern abhängig ist. So wird diese Scheinviskosität von der Länge der Fasern von ihrer
Steifigkeit bzw. Viskosität und von ihrer Elastizität beeinflußt. Die Beeinflussung ist sowohl hydraulischer
wie mechanischer Art. Wenn nun der Rotor 3 mit der Hilfe des Stellmotors 13 und des Getriebes 14 axial so
verstellt wird, daß das Drehmoment konstant bleibt, bildet die axiale Stellung des Rotors 3 einen Meßwert
für die erwähnten Eigenschaften.
Dieser Meßwert kann in der schematisch dargestellten Weise, z. B. optisch, dadurch abgenommen werden,
daß ein mit der Welle 6 verbundener Zeiger 15 entlang einer Skala 16 bewegt wird. Vorzugsweise kann, wie in
der Fig. 1 angedeutet, ein Integriergerät 17 an den Ausgang des Reglers 11 angeschlossen sein. Das
Integriergerät 17 summiert in diesem Fall die dem Stellmotor 13 zugeführten Betätigungssignale in Größe
und Richtung und bildet einen Integralwert, welcher der augenblicklichen Stellung des Rotors 3 im Gehäuse 2
entspricht Es versteht sich jedoch, daß die Stellung des Rotors 3 auch direkt mit elektrischen Mitteln, z. B.
induktiv, abgenommen werden kann.
Eine ähnliche Wirkung wird erhalten, wenn nach der F i g. 3 die Flächtn 4 und 5 des Stators und des Rotors
glatt sind. In diesem Fall werden etwas abweichende Meßwerte erhalten, da die hydraulische Beeinflussung
etwas stärker ausgeprägt ist als die mechanische.
Bei der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Meßvorrichtung wird das Drehmoment des Rotors 3 durch
Veränderung der Breite des Spaltes 5 konstant gehalten, wobei die Größe dieses Spaltes bzw. die von
ihr abhängige axiale Stellung des Rotors 3 als Meßsignal weitergeleitet werden.
Es ist jedoch eine Ausrührungsform möglich, bei
welcher die Größe des Spaltes 5 einmal eingestellt wird und unverändert bleibt In diesem Fall kann bei der
Vorrichtung nach der F i g. 1 das Meßsignal der Drehmoment-Meßvorrichtung 8 aus der Leitung 10
direkt als Meßsignal der Vorrichtung weitergeleitet werden. In einem solchen Fall entfällt die Verbindung
von der Vorrichtung 8 zum Stellmotor 13 sowie de Regler 11 und die Ausgangsvorrichtung 17. Eim
derartige Schaltung ist aus der F i g. 8 ersichtlich.
welcher der Spalt 5 auf einen konstanten Wer eingestellt ist, die Meßvorrichtung 8 zur Messung de:
so daß dieses Drehmoment konstant gehalten wird. Ii
diesem Fall bildet das MeBsignal der Vorrichtung 6' zu
ι η Messung der Drehzahl des Rotors 3 das Ausgangssigna der Vorrichtung.
Die F i g. 4 und 5 zeigen zwei mögliche Anwendungs fälle der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung I.
Nach der Fig.4 dient die Meßvorrichtung I zu
ι s Steuerung eines Betriebsrefiners 20. Dem Betriebsrefi
ner 20 wird die zu verarbeitende Stoffflüssigkeit durcl
eine Eingangsleitung 21 zugeführt, durch eine Aus gangsleitung 22 entnommen und der Papiermaschini
zugeführt An die Ausgangsleitung 22 ist eine Zweiglei iung 23 tnii der cniiniuiigsgcniäScn McSvuiTk-iiiiirig
angeschlossen. Das Steuersignal der Ausgangsvorrich tung 17 wird einem Stellmotor 24 des Refiners 21
zugeführt, welcher in bekannter Weise die Spaltgrößi des Refiners 20 verändert und auf diese Weise dei
r, Mahlgrad des im Refiner 20 gemahlenen Faserstoffe beeinflußt
Nach der Fig.5 sind zwei Bütten 30 und 31 mi
Stoffsuspensionen verschiedener Qualitäten vorgese hen, dc<„ über Leitungen 32,33 mit einer Mischbütte 3-
in verbunden sind. Aus der Mischbütte führt eine Leitunj
35 zu einer Papiermaschine.
In den Leitungen 32 und 33 si.id Pumpen 36 und 3: sowie Drosselventile 38 und 39 geschaltet In eine
Zweigleitung 40 der Ausgangsleitung 35 ist dii
j, erfindungsgemäße Mischvorrichtung 1 geschaltet wo
bei sich zur Erzielung einer Zweigströmung in de
einem konstanten Spalt S und einem Antriebsmotor ;
mit konstanter Drehzahl ausgestattet Die Drehmo ment-Meßvorrichtung 8 liefert ihr Meßsignal einen
Regler 42, welcher Betätigungssignale, Stellmotoren 4: und 44 der Ventile 38 und 39 liefert
Im Betrieb wird entsprechend dem Meßwert de erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mehr oder wenige
der Stoffsuspension aus den Bütten 30 oder 3 t de Mischbütte 34 zugeführt, wodurch in dieser eim
Stoffmischung mit der gewünschten Eigenschaft erhal ten wird.
Die Ausführungsform der erfndungsgemäßen Vor richtung nach den F i g. 6 und 7 enthält ein Gehäuse 2, ii
welchem sich neben einem Rotor 3 ein besondere Stator H befindet Zwischen beiden befindet sich de
motor 7, einer Drehzahl-Meßvorrichtung 6' und einer
durch deren Kanal 51 die zu messende Stoffflüssigkei zugeführt werden kann. An der Welle 50 ist eine Muff
52 mit einem Hebelarm 53 und einem Zeiger 5 befestigt Am Hebelarm 53 greift eine Feder 55 ar
deren anderes Ende an einem festen Teil de Vorrichtung, z.B. am Gehäuse 2, befestigt ist De
Tj>t 54 ist entlang einer Skala 56 beweglich.
Zur axialen Abstützung ist die Welle 50 mit einer lösbaren Bund 57 versehen. Zwischen dem Bund 57 um
einem Lagerstutzen 58 des Gehäuses 2 befinden sich Beilagscheiben 60, welche zur Einstellung der GröDe des
Spaltes Sdienen.
Es versteht sL'h, daß der bei dieser Vorrichtung durch
den Zeiger 54 und die Skala 56 dargestellte Meßwert ϊ
nicht nur visuell, sondern auch z. B. optisch oder elektrisch abgenommen werden kann.
Ät-llich wie bei der Ausführungsform nach der Fig. 1
könne.i auch in diesem Fall die miteinander zusammenwirkenden
Flächen 5 des Rotors 3 und 4 des Stators 2' in
mit einer Verzahnung nach der F i g. 2 versehen werden.
Es versteht sich, daß bei allen dargestellten Ausführungsformen die Messung des Drehmomentes
und der Drehzahl der Motoren bzw. Rotoren in der Regel durch elektronische Schaltungen erfolgen wird,
die mit dem Regler T zusammengebaut sein können.
Auch kann bei der Ausführungsform nach der F i g. 1 der Rotor 3 in seiner Achsenrichtung fest angeordnet
und der Stator 2 auf eine geeignete Weise axial gegenüber diesen verschiebbar sein.
Claims (13)
1. Verfahren zur Bestimmung der Eigenschaften
von in Suspension befindlichen Papierstoffasern mil:
der Hilfe einer Vorrichtung mit einem angetriebe
nen Rotor und einem Stator, die zueinander parallele: Fliehen aufweisen, zwischen denen sich ein Spalt:
von weniger als 1 mm Breite befindet, durch welchem
die Suspension durchgeführt wird, dadurcfci
gekennzeichnet, daß der Reibungsmomeni: zwischen Rotor (3) und Stator (2, Ύ\ die Drehzahl
des Rotors (3) und die Breite des Spaltes (S) festgestellt werden, und daß aus dem gegenseitigem
Verhältnis dieser Größen ein Meßsignal abgeleitet: wird. is
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Größen konstant gehalten)
wird, und daß eine andere der aus dem Reibungsmoment der Drehzahl und der Spaltbreite bestehendem
Größen durch Veränderung der dritten Größe aiii
einen konstanten Wert eingeregelt wird, wobei die
dritte Größe zur Bildung des Meßsignales dient
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Spalt (S) zwischen dem Rotor (3) und dem Stator (2) auf eine konstante Breite
eingestellt wird, daß das Drehmoment des Rotors durch Veränderung dessen Drehzahl auf einen
konstanten Wert eingeregelt wird, und daß die Drehzahl das Meßsignal bildet
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehzahl des Rotors (3) durch geeignete Wa.il des Antriebes konstant gehalten
wird, daß das Drehmor.ent du~h Veränderung der
Breite des Spaltes (S) a'tf* einen konstanten Wert
eingeregelt wird, und daß die Brr te des Spaltes (S/
bzw. eine von dieser abhängige Größe das Meßsignal bildet
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Rotors (3) durch
geeignete Wahl des Antriebes konstant gehalten to wird, daß die Breite des Spaltes konstant eingestellt
wird und daß das Reibungsmoment zwischen Rotor (3) und Stator (2') das Meßsignal bildet
6. Meßvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 —5 mit einem Rotor (3),
der in einem Gehäuse (2) entlang eines Stators (4) drehbar ist, wobei die Sioffsuspension durch einen
Spalt (S) von weniger als 1 mm Breite zwischen dem Rotor (3) mit einem Antriebsmotor (7) versehen ist
gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Mes- >o sung des Reibungsmomentes zwischen Rotor (3) und
Stator (2, 2') sowie eine Vorrichtung (6', T) zur Bestimmung der Drehzahl des Rotors (2,2'\
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Antriebsmotor (7) eine konstante Drehzahl aufweist und daß ein Stellmotor (13, 14)
zur Einstellung der Breite des Spaltes (S) durch axiale Verstellung des Rotors (3) bzw. des Stators (2)
im Gehäuse (2), welcher von der Meßvorrichtung (8) zur Messung des Drehmomentes im Sinne einer eo
Konstanthaltung des Drehmomentes beeinflußt wird, sowie eine Ausgangsvorrichtung (15, 16, 17)
zur Bestimmung der Breite des Spaltes (S) zwischen Rotor (3) und Gehäuse (2) vorgesehen sind
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) und die
diesem zugewandte Fläche (4) des Stators (2) konisch sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander parallelen
Flächen des Rotors (3) und des Stators (2) mit Verzahnungen (4', 5') nach der Art eines Redners
versehen sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsvorrichtung (15,16,
17) zur Bestimmung der axialen Stellung des Rotors (3) gegenüber dem Stator (2) dient
It. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangsvorrichtung einen Integrierteil (17) enthält, welcher zur Summierung
der Betätigungssignale des Stellmotors (13) dient und anhand dieser Signale die augenblickliche
Stellung des Rotors (3) gegenüber dem Stator (2) bestimmt
IZ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis
11, gekennzeichnet durch ihre Anwendung als Vorrichtung (1) zur Regehing einer die Stoffeigenschaft
beeinflussenden Maschine (20) der Stoffaufbereitungsanlage einer Papiermaschine.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Regelung der Mischung von Suspensionen verschiedener
Qualitäten dient
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