DE3325049C2 - Verfahren und Einrichtung zur Regelung eines Holzschleifers - Google Patents

Abstract

Die Temperatur des Trogstoffs im Schleifertrog bzw. des Schachtwassers oder des Spritzwassers für den Schleiferstein wird gemessen und unterhalb einem Grenzwert möglichst konstantgehalten. Es wird ferner die spezifische Arbeitsleistung des Schleifers registriert und regelungstechnisch hinsichtlich starker Schwankungen derselben ausgewertet, welche bei entsprechender Häufigkeit zur Ausgabe eines Störsignals oder zu einer entsprechenden Herabsetzung des Soll-Werts der Trogstofftemperatur oder der Schachtwassertemperatur oder der Spritzwassertemperatur führt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung 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 Pressen- und Stetigschleifern noch 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 (Handbuch der Papier- und Pappenfabrikation, 2. Auflage, Seite 772,784,785).

Wenn auch das Heißschliffverfahren eine gewisse Verbesserung der Holzschliffqualität erbrachte, so war die Qualität jedoch bisher nicht einheitlich, sondern unterlag immer wieder zeitlicher!, 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 Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die In-Stabilität (die sich ja in bekannter Weise in einer Schwankung des spezifischen Leistungsbedarfes ausdrückt) stets begleitet ist von Schwankungen der Trogstofftemperatur. Versuche haben sodann ergeben, daß

die Trogstofftemperatur einen ganz entscheidenden Einfluß auf die Instabilität haben kann, und damit auch auf die Qualität des Schliffes. Vor allem ist sie ein Hinweis auf Instabilitäten und gegebenenfalls die Qualität des gerade erzeugten Holzschliffs. Es versteht sich, daß die Trogstofftemperatur durch alle möglichen Störgrößen schwankt. Durch Konstanthalten in sehr engen Grenzen auf einem hohen Wert wird auch die Qualität auf hohem und konstantem Niveau gehalten.

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

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Einrichtung anhand eines Regeldiagrammes, das in F i g. 1 a dargestellt ist, in einer bevorzugten Variante beschrieben. In F i g. 1 b sind darin noch die entsprechenden Funktionsdiagramme der Regelkomponenten und in F i g. 2 prin- zipiell ein Schleifer mit seinen Regeleinrichtungen dargestellt

In F i g. 2 ist prinzipiell ein Stetigschleifer dargestellt, bei dem die Holzknüppel über ein Transportband 31 dem Zufuhrschacht zugeführt werden, welcher seitlich 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 Holzschliffsuspension 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. Ober 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 i aufgegeben. Durch den Regler 1 wird also die Temperatur dieser Holz-Schliffsuspension 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 Scbleifprozeß sehr günstig ist. Man kann sagen, daß je höher die Temperatur im Schleifertrog ist, um so höhe"· 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 Holzschliffsuspension 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 90° C bis etwa 95° C auf keinen Fall überschreiten. Es wird nun mittels des Temperaturfühlers 6 und Reglers 1 dafür gesorgt, daß die Temperatur im Schleifertrofc 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 Trogtemperatur in einem Bereich von etwa 4 K bis 8 K unterhalb dem Grenzwert von z. B. 92° C 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 trokkenes 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 eingi^riffen wird, oft die Schleifleistung sehr stark, und zwar tu: eine recht lange Zeitdauer, zurückgenommen werden, was natürlich die Produktionsleistung sehr stark beeinträchtigt. Selbstverständlich sind diese Betriebszustände auch verbunden niit einem Ansteigen der Schleifertrogtemperatur. Jedoch reicht dann die geschilderte Regelung zur Konstanthaltung derselben oft bzw. im allgemeinen nicht aus. Es wird daher in solchen Fällen das nachfolgend geschilderte Regelverfahren angewendet, wobei auf die Fig. la und 1 b 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 verschilf fenen Holzmenge, am besten gemessen in 100 kg Holz je Stunde Dann liegt der Grenzwert der spezifischen Arbeit erfahrungsgemäß etwa bei 120 bis 130, wenn die elektrische Motorleistung in Kilowatt gemessen wird. Die verschliffene Holzmenge kann man d&Jbei 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 f 3 mit Differenziereingang eine Folge von Impulsen gebildet, welche in einem Integrator, der z. B. 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 vier bis fünfach kleineren Frequenz abwärts gezählt i"jr die übrigen Zeiträume, wie es im Diagramm D dargestellt ist. Wird z. B. am Zeitpunkt /, der Grenzwert im Integrator 14 erreicht, so gibt dieser eiren 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 isi 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 ti 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 Antriebsmotor 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. 115⁰CeIsIUS verschüffen wird. Auf jeden Fall ermöglicht die erfindungsgemäße Einrichtung eine;, 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, sonrn Hn R

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Schleiferstein abspritzenden Holzschliffes kann man die oben erwähnten Grenzwerte der Temperatur noch erhöhen. Man kann als obersten Grenzwert sogar bis auf 100⁰C 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 appa.ativen 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 über der Zeit erfassen. Man kann dabei die verschiedenen Steilheiten, d. h. die Differentialquotienten, 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 Dund Fder Fi g. 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.

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 Spritzrohren 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. Sowohi in diesem wie in den übrigen Fällen könnte man dann die Temperatur des Trogstoffs messen, und zwar am besten indem aufgrund mehrerer Meßstellen der Mittelwert erfaß» 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 mögüch, da Meßfühler zwischen den Holzprügeln ja nicht untergebracht werden können.

Im Falle der Messung der Temperatur des vom Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung eines Holzschleifers, bei dem etwa bei Atmosphärendruck Holzknüppel in einem Magazin oder Schacht mittels eines vorzugsweise in dem Trogstoff watenden Schleifersteins zu einer Holzschliffsuspension gegebenenfalls unter Spritzwasserzugabe verschliffen werden, wobei die Trogstofftemperatur und/oder die Schachtwassertemperatur unterhalb einem oberen Grenzwert gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei längeren Überschreitungsdauern und größerer Überschreitungshäufigkeit eines Grenzwertes durch die spezifische Arbeitsleistung 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.

2. Verfahren nach Anspruch 1, 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.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von einem bestimmten Grenzwert Ovr Gesamtsumme der Überschreitungsdauern des Grenzwertes der spezifischen Arbeitsleistung des Schleifers unte^r Berücksichtigung der entsprechenden Nicht-Überschrei; mgsdauern ein Signal zur Herabsetzung der Trogstofftemperatur oder der Schachtwassertemperatur oder der Spritzwassertemperatur gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal bis zum Erscheinen eines neuen entsprechenden Signals zur Temperaturherabsetzung gleichmäßig oder in gleichmäßigen Schritten kurz nach seiner Ausgabe beginnend at/ Null abgebaut wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß starke Schwankungen in der spezifischen Arbeitsleistung des Schleifers entsprechend der Steilheit (Differentialquotient) des jeweiligen Anstiegs der spezifischen Arbeitsleistung über der Zeit 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.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Grenzwertgeber (13) und einen Apparat (14, Integrator) zur Erfassung sowohl der Überschreitungsdauer als auch der Nicht-Überschreitungsdauer eines Grenzwertes durch die spezifische Arbeits-

leistung des Schleifers und zur Ausgabe eines Fehlersignals als Störgröße der Trogstofftemperatur für den Temperaturregler (1) oder zur entsprechenden Herabsetzung des Trogstoff-Temperatursollwertes.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen digital arbeitenden Integrator (Zähler 14) zur impulsmäßigen Summierung der Überschreitungsdauer 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.