DE3325049A1

DE3325049A1 - Verfahren und einrichtung zur regelung eines holzschleifers

Info

Publication number: DE3325049A1
Application number: DE19833325049
Authority: DE
Inventors: Hans-Otto 7920 Heidenheim Henrich; Georg Mack; Jürgen 7920 Heidenheim Mittag; Klaus 7924 Steinheim Schmidt
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1983-07-12
Publication date: 1984-11-22
Also published as: FI842017A0; FR2546196A1; NO841984L; ATA110684A; FI842017A; DE3325049C2; FI74749B; CH665663A5; SE8402581L; AT388946B; NO158467B; SE464637B; SE8402581D0; FI74749C; NO158467C; FR2546196B1

Description

S 4019K J.M. Voith GmbH

Kennwort: "Trogtemperaturregelung" Heidenheim

Verfahren und Einrichtung zur Regelung eines

Holzschleifers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Einrichtungen zur Regelung eines Holzschleifers entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Schleifer sind oft als Stetigschleifer ausgebildet, bei denen Ketten kontinuierlich umlaufen und somit das Holz stetig gegen den Stein anpressen. Pressenschleifer haben gegenüber den Stetigschleifern den Vorteil einer hohen Mengenkapazität. Jedoch ist die Qualität des Schliffes nicht ganz so gut wie bei Stetigschleifern.

Man hat durch zahlreiche Maßnahmen versucht, die Qualität des Schliffes von Pressenund Stetigschleifern nocn weiter zu verbessern. So ist bereits seit langem bekannt, daß die Temperatur des Stoffes im Schleifertrog, also des sogenannten Trogstoffes, einen bestimmten Einfluß auf die Schliffqualität hat. So weiß man, daß diese Trogstofftemperatur möglichst hoch sein muß, also auf jeden Fall oberhalb eines gewissen Grenzwertes zu liegen hat.

Wenn auch das Heißschliffverfahren eine gewisse Verbesserung der Holzschliffqualität erbrachte, so war die Qualität jedoch bisher nicnt; einheitlich, sondern unterlag immer wieder zeitlichen, mehr oder minder plötzlich auftretenden Schwankungen.

Hierfür gab es eine Vielzahl von möglichen Erklärungen, wie z.B. die folgenden:

Unterschiede der Holzstruktur;

Unterschiede der Lückengröße zwischen den einzelnen Prügeln, d.h. in der Kontaktfläche zwischen Holz und Schleiferstein;

Unterschiede in der Steinstruktur; Unterschiede der Beschaffenheit der Mantelfläche des Steines; ·
u.a.m..

Trotz zahlreicher Bemühungen, diese Variablen gleichmäßig zu machen, konnte man bisher keine einheitlich gute, stabile Qualität des Holzschliffes erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, daß der Schleifprozeß bei einem Holzschleifer der eingangs genannten Art möglichst konstant abläuft, und daß die Qualität des erzeugten Schliffes auf einem hohen, konstanten Niveau gehalten ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfinder haben folgendes erkannt: Die Instabilität (die sich ja in bekannter Weise in einer Schwankung des spezifischen Leistungsbedarfes ausdrückt) ist stets begleitet von Schwankungen der Trogstofftemperatur. Versuche haben sodann ergeben, daß die Trogstofftemperatur einen ganz entscheidenden Einfluß auf die Instabilität hat, und damit auch auf die Qualität des Schliffes. Es versteht sich, daß die Trogstofftemperatur durch alle möglichen Störgrößen schwankt. Durch Konstanthalten in sehr engen Grenzen wird auch die Qualität auf hohem und konstantem Niveau gehalten.

Wie eingangs erwähnt, war ja bereits bekannt, die Trogstofftemperatur oberhalb eines bestimmten Minimalwertes zu halten ("Heißschliff").

Man hatte auch erkannt, daß für ein starkes Ansteigen der Trogstofftemperatur u.a. ein zu geringer Holzvorschub oder eine schlechte, z.B. abgeschliffene Steinoberfläche maßgebend ist und ist dementsprechend einem solchen Anstieg eventuell durch Erhöhung des Holzvorschubs, was ja im allgemeinen auch mit einer entsprechend erhöhten Spritzwassermenge gekoppelt ist, oft auch durch Absenken des Trogstoffniveaus oder Erhöhung der Trogstoffdichte und letztendlich durch Außerbetriebnahme des Holzschleifers, um eine Steinschärfung vorzunehmen, begegnet.

Man hatte also nicht erkannt, daß ein direkter Eingriff in die Trogstofftemperatur die Verhältnisse in der Schleifzone stabilisieren könnte, und zwar auch insbesondere dann, wenn die Trogstofftemperatur bereits bei einem oberen Grenzwert liegt.

Selbstverständlich können ergänzende Maßnahmen, wie die Aufspritzung von Heißwasser zur Steinreinigung zusätzlich eingesetzt werden, um den Schleifprozeß bzw. die Holzschliffqualiät grundsätzlich zu verbessern. Selbstverständlich müssen auch die Steinschärfintervalle eingehalten werden.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Einrichtung anhand eines Regeldiagrammes, das in Figur la dargestellt ist, in einer bevorzugten Variante beschrieben. In Figur Ib sind darin noch die entsprechenden Funktionsdiagramme der Regelkomponenten und in Figur 2 prinzipiell ein Schleifer mit seinen. Regeleinrichtungen dargestellt.

In Figur 2 ist prinzipiell ein Stetigschleifer dargestellt, bei dem die Holzknüppel über ein Transportband 31 dem Zufuhrschacht zugeführt werden, welcher seitlicn durch die Förderketten 30 begrenzt wird.

Die Förderketten 30 drücken die Holzknüppel an den Schleiferstein 2, der sie unter Spritzwasserzugabe zur im Schleifertrog 8 gesammelten Holzsschliffsuspension verarbeitet. Die Höhe der Holzschliffsuspension im Schleifertrog 8 wird mittels Druckgeber 11 über einen Regler 22, der über Stellmotor 12 ein Ventil 10 in der Abflußleitung 9 des Schleifertroges steuert, geregelt. Zwecks Zerkleinerung von Schwarten ist vor der Austrittsleitung 9 ein Spänezerteiler 24 eingebaut, dessen rotierende Messer mit festen Messern 23 zusammenarbeiten. Über die Leitung 3 wird dem Schleifertrog Verdünnungswasser zugeführt, das mittels Düsen 7 ausgespritzt wird. Die Temperatur des Verdünnungswassers, das im allgemeinen warmes Rückwasser aus der Fabrikationsanlage ist, kann mittels Kaltwasserzugabe durch Leitung 4 und vom Regler 1 gesteuertes Ventil 5 eingestellt werden. Die Temperatur im Schleifertrog wird dabei über den Fühler 6 dem
Regler 1 aufgegeben. Durch den Regler 1 wird also die Temperatur dieser Holzschliffsuspension im Schleifertrog im wesentlichen konstant gehalten , z. B. bei etwa 85°Celsius. Es hat
sich gezeigt, daß eine recht hohe Temperatur der Holzschliffsuspension im Schleifertrog (Schleifertrogtemperatur) für
einen guten Schleifprozeß sehr günstig ist. Man kann sagen, daß je höher die Temperatur im Schleifertrog ist, um so höher auch die Temperatur in der Schleifzone am Schleiferstein ist. Dementsprechend wird auch die Qualität des Holzschliffs besser.
Jedoch darf die Temperatur nicht so hoch gewählt werden bzw.
ansteigen, daß es zu starker Verdampfung in der Schleifzone
kommt, die dann bekanntlich dort überwiegend partiell entsteht. In diesem Fall erzeugt der Stein durch grobes Herausreißen von Fasern aus dem Holzverband Faserstücke bzw. kurze Fasern, während anzustreben ist, daß durch glatten Schliff eine Holzscnliffsuspension aus relativ langen Fasern erzeugt wird. Aber die Temperatur darf bei diesem Schleifer offener Bauart, bei
welchem also nur ein Fahren bei atmosphärischem Druck möglich ist, die Grenze etwa von 90⁰C bis etwa 95⁰C auf keinen Fall
überschreiten. Es wird nun mittels des Temperaturfühlers 6 und

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Reglers 1 dafür gesorgt, daß die Temperatur im Schleifertrog nicht unzulässig ansteigt.

Es hat sich nämlich herausgestellt, daß Unregelmäßigkeiten beim Schleifvorgang sich in einem Ansteigen der Trogtemperatur bemerkbar machen. Durch genaue Messung der Trogtemperatur kann man also diesen Unregelmäßigkeiten sehr schnell vorbeugen bzw. abhelfen, indem also die Trogtemeratur in einem Bereich von etwa 4K bis 8K unterhalb dem Grenzwert von z. B. 92⁰C gehalten wird. Trotz dieser geschilderten Maßnahme gibt es nun Betriebsbedingungen, unter denen es nicht so ohne weiteres gelingt, die Schleifertrogtemperatur konstant zu halten. Solche Betriebszustände ergeben sich insbesondere dann, wenn z. B. die Feuchtigkeit des Holzes sehr stark schwankt und plötzlich sehr trockenes Holz verschliffen werden muß. Ebenso gefährlich ist es, wenn es zu Schieflagen von Holzknüppeln im Schleiferschacht kommt, oder daß sogar Holzknüppel im wesentlichen stirnseitig geschliffen werden. Es geht dann die spezifische Arbeitsleistung des Holzschleifers sehr stark zu unzulässig hohen Werten, bei denen die Qualität des Holzschliffs sehr stark absinkt. In solchen Fällen muß, wenn nicht rechtzeitig eingegriffen wird, oft die Schleifleistung sehr stark, und zwar für eine recht lange Zeitdauer, zurückgenommen werden, was natürlich die Produktionsleistung sehr stark beeinträchtigt. Selbstverständlich sind diese Betriebszustände auch verbunden mit einem Ansteigen der Schleifertrogtemperatur. Jedoch reicht dann die geschilderte Regelung zur Konstanthaltung derselben oft Dzw. im allgemeinen nicht aus. Es wird daher in solchen Fällen das nachfolgend geschilderte Regelverfahren angewendet, wobei auf die Figuren la und Ib Bezug genommen wird.

Es wird dazu die spezifische Arbeitsleistung gemessen. Sie ergibt sich als der Quotient aus der Antriebsleistung des Motors für den Schleiferstein und der verschilffenen Holzmenge, am besten gemessen in 100 kg Holz je Stunde. Dann wäre der Grenzwert der spezifischen Arbeit etwa bei 120 bis 130, wenn die elektrische Motorleistung in Kilowatt gemessen wird. Die verschliffene Holzmenge kann man dabei durch Messung des Vorschubes der Schleiferketten 30 ermitteln. Die Signale der spezifischen Arbeitsleistung werden in einem Tiefpass aufbereitet, so daß man das Diagramm B erhält, in welchem die spezifische Arbeitsleistung über der Zeit aufgetragen ist. Aus diesem Kurvenzug wird durch einen Grenzwertgeber 13 mit Differenziereingang eine Folge von Impulsen gebildet, welche in einem Integrator, der z.8. Bestandteil eines elektronischen Rechners sein kann, 14 addiert werden, in diesem wird dabei mit einer bestimmten konstanten oder fallweise der Überschreitungshöhe proportionalen Frequenz aufwärts für eine Zeitdauer gezählt, in welcher Grenzwertüberschreitungen vorliegen, und mit einer etwa vierbis fünfach kleineren Frequenz abwärts gezählt für die übrigen Zeiträume, wie es im Diagramm D dargestellt ist. Wird z. B. am Zeitpunkt tj_ der Grenzwert im Integrator 14 erreicht, so gibt dieser einen Impuls an den Störgrößen-Integrator 15. Dieser gibt dann vorzugsweise, z.B. über Digital-Analog-Wandler 16, ein Fehlersignal von z. B. konstant 5° C als Störgröße auf den Regler 1. Entsprechend könnte man natürlich auch den Sollwert der Trogstofftemperatur zurücknehmen. Ein analoger Aufbau dieser Stabilitätsregelung ist natürlich auch möglich, dürfte jedoch schwieriger durchzuführen sein bei entsprechender Anforderung an die Genauigkeit derselben. Die Störgröße wird dann in gleichmäßigen Schritten über eine bestimmte Zeitdauer von z. B. 10 oder 20 Minuten auf Null abgebaut, falls nicht wieder ein neuer Störimpuls vom Integrator 14 kommt, was dann der Fall ist, wenn inzwischen wieder ein entsprechender Zählerstand als Folge entsprechend langer Grenzwertüberschreitungen durch die spezifische Arbeitsleistung im Integrator 14 erreicht ist, was

im Diagramm D im Zeitpunkt t„ der Fall ist. In diesem Fall war die Störgröße bereits fast vollständig abgebaut. Auf jeden Fall wird aber die Störgröße jeweils bis zum maximalen Wert des Fehlersignals von z. B. 5° konstant auf den Regler 1 geschaltet. Diese Störgröße wird zweckmäßig auf den Ist-Eingang des Reglers 1 gegeben. Dadurch wird diesem praktisch eine zu hohe Temperatur im Schleifertrog vorgetäuscht, so daß er über Ventil 5 durch Kaltwasserzugabe versucht, dieser Temperaturerhöhung zu begegnen. Mit der entsprechenden Herabsetzung der Schleifertrogtemperatur kann in den meisten Fällen erreicht werden, daß der unerwünschte Betriebszustand schnell überwunden wird. Produktionsrücknahmen über eine längere Zeit werden dadurch weitgehend vermieden.

Wird bei dieser Fahrweise die vom Antriebsmtor des Schleifersteines aufgenommene elektrische Leistung zu hoch, so wird der Holzvorschub entsprechend zurückgenommen, so daß auf jeden Fall unzulässige Betriebszustände vermieden werden. Außerdem ist auch die erzeugte Holzqualität sehr gut und entspricht fast derjenigen des sogenannten Druckschliffs, bei welchem in einem geschlossenen Schleifergehäuse bei Drücken von etwa 1,5 Bar das Holz unter entsprechend hoher Temperatureinwirkung von z. B. 115° Celsius verschliffen wird. Auf jeden Fall ermöglich!: die erfindungsgemäße Einrichtung einen wesentlich einfacheren und billigeren Aufbau des Holzschleifers im Verhältnis zum Druckschleifer.

Für den Fall, daß die Eintauchtiefe des Schleifersteins in den Trogstoff zu gering ist, kann man auch vorsehen, daß man nicht die Temperatur des Verdünnungswassers für den Trogstoff beeinflußt, also dieses abkühlt, sondern daß man z.B. Schachtwasser, das sich in dem am Schleiferstein die Holzknüppel aufnehmenden Schacht 26 befindet, entsprechend in seiner Temperatur regelt, d.h. dessen Temperatur herabsetzt. Ist solches Schachtwasser

nicht vorgesehen, kann man auch die Temperatur des Spritzwassers, das mittels Spritzronren 25 direkt auf den Schleiferstein gespritzt wird, regeln, d.h. in diesem Fall herabsetzen. Dies wird man am besten über einen Wärmetauscher oder ebenfalls durch Beimischung von Kaltwasser in das Spritzwasser vornehmen. Die Regelung der Temperatur des Schachtwassers könnte man auch zusätzlich zu der Regelung der Trogstofftemperatur vornehmen.

Anstelle die Temperatur des Trogstoffs oder des Schachtwassers zu regeln, könnte es grundsätzlich von Vorteil sein, allein mit der vorstehend erwähnten Regelung der Temperatur des Spritzwassers, das in einem bestimmten Oberflächenbereich des Schleifersteins vor dessen Eintritt in die eigentliche Schleifzone aufgespritzt wird, zu fahren. Sowohl in diesem wie in den übrigen Fällen könnte man dann die Temperatur des Trogstoffs messen, und zwar am besten indem aufgrundmehrerer Meßstellen der Mittelwert erfaßt wird. Die Erfassung eines solchen Mittelwertes ist auch im Falle der Messung der Temperatur der ablaufseitig vom Schleiferstein abspritzenden Holzschliffsuspension mit mehreren Temperaturfühlern 6' möglich. Hingegen ist die Messung der Schachtwassertemperatur nicht zweckmäßig, weil nicht möglich, da Meßfühler zwischen den Holzprügeln ja nicht untergebracht werden können.

Im Falle der Messung der Temperatur des vom Schleiferstein abspritzenden Holzschliffes kann man die oben erwähnten Grenzwerte der Temperatur noch erhöhen. Man kann als obersten Grenzwert sogar bis auf 100 C der gemessenen Temperatur der abspritzenden Holzschliffsuspension gehen. Dies zumal dann, wenn man oberhalb der Schleifzone in dem Schleiferschacht eine genügende Höhe von Schachtwasser hat, welche den Siedepunkt des Wassers ja etwas erhöht.

Wenn man einen noch stärkeren apparativen Aufwand zur Erfassung

der Unregelmäßigkeiten in der spezifischen Arbeitsleistung des Schleifers treiben will, so kann man grundsätzlich von dem Festsetzen eines Grenzwertes derselben absehen, und jegliche Schwankung, d.h. insbesondere die Anstiege der spezifischen Arbeitsleistung erfassen. Man kann dabei die verschiedenen Steilheiten entsprechend stärker bewerten, z.B. an einem Zähler bei höherer Steilheit mit höherer Frequenz zählen. Bei einem bestimmten Grenzstand des Zählers wird dann ebenso wie bei dem oben geschilderten Verfahren das Fehlersignal oder das Korrektursignal zur Herabsetzung der Soll-Temperatur des Trogstoffs oder des Schachtwassers oder des Spritzwassers herausgegeben. Ansonsten ist der Verfahrensablauf genau so, wie in den Diagrammen D und E der Figur Ib dargestellt.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß das zuerst geschilderte Verfahren vollauf den Ansprüchen genügt und daß damit der Betrieb des Schleifers beherrscht wird.

Heidenheim, den 08.07.83
OO76k/Cg/Srö

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Claims

S 4019/f ■ J.M. Voith GmDH

Kennwort: "Trogtemperaturregelung" Heidenheim

Patentansprüche

Verfahren zur Regelung eines Holzschleifers, bei dem insbesondere bei Atmosphärendruck Holzknüppel in einem Magazin oder Schacht mittels eines vorzugsweise in dem Trogstoff watenden Schleifersteins zu einer Holzschliffsuspension gegebenenfalls unter Spritzwasserzugabe verschliffen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Trogstofftemperatur und/oder die Schachtwassertemperatur unterhalb einem
oberen Grenzwert gehalten wird, wobei durch Variieren der Temperatur des Trogverdünnungswassers oder des Schleiferspritzwassers die Trogstofftemperatur beeinflußt wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei längeren Uberschreitungsdauern und größerer Überschreitungshäufigkeit eines Grenzwertes durch die spezifische
Aroeitsleistung des Schleifers unter Berücksichtigung der zwischen den Zeiträumen der Überschreitung liegenden Zeiträume, wo der Grenzwert der spezifischen Arbeitsleistung
vom Schleifer unterschritten ist, ein Signal zur Herabsetzung der Trogstofftemperatur oder der Schachtwassertemperatur oder der Spritzwassertemperatur ausgegeben wird..

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeiten der Nicht-Unterschreitungsdauer der spezifischen Arbeitsleistung des Schleifers proportional
schwächer als die Zeiträume berücksichtigt werden, wo der Grenzwert der spezifischen Arbeitsleistung des Schleifers überschritten ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von einem bestimmten Grenzwert der Gesamtsumme der Überschreitungsdauern des Grenzwertes der spezifischen Arbeitsleistung des Schleifers unter Berücksichtigung der entsprechenden Nicht-Überschreitungsdauern ein Signal zur Herabsetzung der Trogstofftemperatur oder der Schachtwassertemperatur oder der Spritzwassertemperatur gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal bis zum Erscheinen eines neuen entsprechenden Signals zur Temperaturherabsetzung gleichmäßig oder in gleichmäßigen Schritten kurz nach seiner Ausgabe beginnend auf Null abgebaut wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß starke Schwankungen in der spezifischen Arbeitsleistung des Schleifers entsprechend der Steilheit des jeweiligen Anstiegs der spezifischen Arbeitsleistung mit entsprechender Bewertung dieser Steilheit erfaßt werden und daß die Bewertungen der Steilheit bis zu einem Grenzwert summiert werden, ab welchem eine Neuerfassung der Steilheiten erfolgt und ein Signal entweder zur Herabsetzung der Trogstofftemperatur oder der Schachtwassertemperatur oder der Spritzwassertemperatur ausgegeben wird oder eine entsprechende Korrektur des Ist-Werts der entsprechenden Temperatur nach oben hin vorgenommen wird, wobei dieses Signal kurz nach seiner Ausgabe beginnend gleichmäßig oder in gleichmäßigen Schritten wieder auf Null abgebaut wird.

7. Einrichtung zur Regelung eines insbesondere bei Atmosphärendruck arbeitenden Holzschleifers, gekennzeichnet durch einen Grenzwertgeber (13) und einen Apparat (14, Integrator) zur Erfassung sowohl der Uberschreitungsdauer als auch der Nicht-Überschreitungsdauer eines Grenzwertes durch die

spezifische Arbeitsleistung des Schleifers und zur Ausgabe eines Fehlersignals als künstliche Störgröße der Trogstofftemperatur für den Temperaturregler (1) oder zur entsprechenden Herabsetzung des Trogstoff-Temperatursollwertes, wenn die Überschreitungsdauer überwiegt oder zu häufig ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Integrator (Zähler 14) zur impulsmäßigen Summierung der Uberschreitungsdauer bzw. Subtraktion der Nicht-Überschreitungsdauern eines Grenzwerts durch die spezifische Arbeitsleistung des Schleifers und zur Ausgabe einer konstanten Störgröße oder zur entsprechenden Herabsetzung des Trogstoff-Temperatursollwerts, abhängig von einem bestimmten Zählerstand.

Heidenheim, 08.07.83
OO76k/Cg/Srö