DE4221395C2 - Verfahren zum zerstörungsfreien Bestimmen eines mit der breitenbezogenen Bruchkraft korrelierenden Kennwertes an einer laufenden Papierbahn - Google Patents

Verfahren zum zerstörungsfreien Bestimmen eines mit der breitenbezogenen Bruchkraft korrelierenden Kennwertes an einer laufenden Papierbahn

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Description

Die Erfindung betrifft ein verfahren zum zerstörungsfreien Bestimmen eines mit der breitenbezogenen Bruchkraft korrelierenden Kennwertes an einer laufenden Papierbahn nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Unter dem Begriff "Papierbahn" sollen im Sinne dieser Beschreibung auch Kartonbahnen und andere aus bei der Papierherstellung üblichen Faser- und Hilfsstoffen bestehende Materialbahnen verstanden werden, sowie Materialbahnen, die in ihrem mechanischen Verhalten bezüglich der in dieser Beschreibung betrachteten Eigenschaften denjenigen einer Papierbahn entsprechen. Unter Papiererzeugungs- und -veredelungsmaschinen sollen solche verstanden werden, in denen sich die Papierbahn selbst in Herstellung befindet oder zumindest noch Änderungen in ihren Eigenschaften unterworfen ist. Bei den Veredelungsmaschinen können dies beispielsweise Beschichtungsmaschinen sein. Unter einer Klemmstelle in einer Maschine soll eine Stelle verstanden werden, an der auf die laufende Hahn Reibungskräfte und/oder Haftungskräfte infolge einer Umschlingung einer Walze oder eines feststehenden Leitelementes oder Haltekräfte, beispielsweise in einem Walzenspalt, einwirken, die einen freien Ausgleich des Bahnzustandes vor und hinter der Klemmstelle behindern, so daß sich vor und hinter der Klemmstelle unterschiedliche Bahnspannungen und Bahngeschwindigkeiten einstellen. Die Mittel zum Erzeugen der Zugkraft in der Bahn können in der Bahnklemmstelle selbst liegen (z. B. angetriebenes Glättwalzenpaar) oder an anderer Stelle der Maschine (z. B. Aufrollung).
Unter einer bahnumschlungenen Walze soll hier eine solche Walze verstanden werden, an der die laufende Papierbahn bei ausreichender Bahnspannung so anliegt, daß kein Schlupf entsteht, das heißt, daß Papierbahn und äußerer Walzenmantel an zumindest einem Punkt dieselbe Geschwindigkeit aufweisen. Diese Bedingung kann als erfüllt angesehen werden, wenn die Kontaktfläche zwischen Papierbahn und Walzenmantel, das heißt, die Umschlingung der laufenden Papierbahn um die Walze, ausreichend groß ist, die Bahnspannung ausreichend groß ist und zwischen Papierbahnoberfläche und Walzenoberfläche an zumindest einem Punkt Haftung besteht.
Für die Verwendung von Papier ist die Versagenkenngröße "Bruchkraft" eine wesentliche Materialkenngröße. So wird beispielsweise die Geschwindigkeit von Druckmaschinen durch die Bruchkraft, das heißt, durch die maximale Zugkraft, die eine Papierbahn bis zum Zerreißen aufnehmen kann, begrenzt. Für Papiere, die zu Verpackungszwecken eingesetzt werden, ist die Bruchkraft ebenfalls ein begrenzendes Verwendungskriterium.
Bisher wird die breitenbezogene Bruchkraft im statischen Zugversuch gemessen. Diese Bruchkraftprüfung basiert auf Einzelprüfungen an Stichproben, die der fertigen Papierbahn entnommen werden, und liefert damit kein vollständiges Bild der Papierbahn. Zudem wird die Prüfung zeitversetzt durchgeführt und läßt damit keine unmittelbare Rückkoppelung auf die Herstellungsbedingungen zu.
Die Möglichkeit, einen Kennwert für die breitenbezogene Bruchkraft an der laufenden Papierbahn zu bestimmen, könnte daher von wesentlichem Einfluß auf eine Verbesserung der Produktqualität und Produktionskontrolle sein. Neben einer Aussage über die breitenbezogene Bruchkraft für die erzeugte Papierbahn zum Zeitpunkt der Herstellung als Materialkenngröße für den Verwender stünde damit auch eine bedeutsame "Ist"-Größe als Eingangswert für Regelvorgänge zur Verfügung. So würde eine "on-line" Messung eines Kennwertes der breitenbezogenen Bruchkraft beispielsweise die Möglichkeit eröffnen, eine vorgegebene Papierfestigkeit mit minimalem Materialeinsatz zu erreichen. Alle bisherigen Versuche, aus der Erfassung bestimmter Kenngrößen an einer laufenden Papierbahn Rückschlüsse auf Festigkeitseigenschaften der Bahn zu ziehen, waren darauf gerichtet, aus unterschiedlichen Meßgrößen den Elastizitätsmodul der Bahn zu bestimmen, um aus ihm dann, erforderlichenfalls unter Zuhilfenahme weiterer Meßwerte, meist auf dem Umweg über die Bruchspannung, bestimmte Fertigkeitskennwerte zu berechnen.
Es ist bekannt, daß der Elastizitätsmodul im elastischen Bereich eine gewisse Korrelation zur Bruchspannung einer Papierbahn zeigt. Die Bruchspannung ist aber ein auf einen Einheitsquerschnitt bezogener, relativierter Wert. Wird also beispielsweise durch eine nachträgliche Oberflächenbeschichtung die Dicke und damit der Querschnitt der Papierbahn verändert, so ist nach einer heute üblichen Beschichtung, die möglicherweise zur Bahnfestigkeit nichts beiträgt, aber dennoch die Bahndicke erhöht, für die Bruchspannung nach der Beschichtung ein geringerer Wert zu erwarten, während die technisch relevante, dickenunabhängige Bruchkraft von der Bahnveränderung möglicherweise kaum beeinflußt wird. Die Aussage, bei welcher Zugkraft eine gegebene Bahn nun wirklich zerreißt, ist aber die allein entscheidende Aussage, die für eine Produktionssteuerung oder eine Weiterverwendung des Produktes benötigt wird. Weitere Eigenschaftswerte der Bahn, wie beispielsweise die Bahndicke, Bahnfeuchte, Bahntemperatur und Bahngewicht, die z. T. nur an Stichproben im Labor "off-line" ermittelt werden, und die die Vorteile einer "on-line"-Bestimmung des Elastizitätsmoduls wieder zunichte machen, werden nicht benötigt. Insbesondere ist die Dickenbestimmung einer Papierbahn problematisch, da das Fasermaterial und die Hilfsstoffe nicht homogen über den Bahnquerschnitt verteilt sind und die Dicke einer in Herstellung oder Modifikation befindlichen Papierbahn ohnehin noch Änderungen unterworfen ist.
Zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls an einer laufenden Papierbahn und aus dem E-Modul abgeleiteter Eigenschaften sind beispielsweise folgende Methoden bekanntgeworden:
D. W. Vahey untersucht in Tappi, April 1988, S. 149 ff. die Korrelation zwischen in einer laufenden Papierbahn gemessenen Ultraschallgeschwindigkeiten und Festigkeitseigenschaften der Bahn, indem er den Elastizitätsmodul der Bahn aus der Beziehung:
E = ρ . c2
errechnet, worin "c" die on-line gemessene Ultraschallgeschwindkeit und "ρ" die Werkstoffdichte ist. Hier wird bereits der Elastizitätsmodul unter Zuhilfenahme einer Materialkonstanten, nämlich der Dichte "ρ" berechnet, die ihrerseits nur an Laborproben bestimmt und mit allen weiter oben bezüglich der Dickenmessung und des Flächengewichtes beschriebenen Problemen behaftet ist.
Weitere Parameter, wie Blattfeuchte und -temperatur, sind auch hier in engen Grenzen erforderlich, um näherungsweise Aussagen zur Papiersteifigkeit machen zu können. Damit treten hier die gleichen Nachteile ein, wie sie oben erwähnt wurden: die Vorteile der "on-line" Messung einer Papierkenngröße, die nicht direkt zur Berechnung der Papierfestigkeit erfaßt wird, gehen verloren durch Rückgriff auf stichprobenartig erfaßte Einzelwerte.
Lee Chase et al. beschreiben in Tappi, Dec. 1989, S. 89 ff. einen on-line Sensor zum Messen von Festigkeiten an einer laufenden Papierbahn.
Wird dabei die Dehnung der Papierbahn als Meßgröße zur Bestimmung des E-Moduls herangezogen, so ist dieses Verfahren für die jeweilige Papierbahn mit dem Blattgewicht zu korrigieren. Sollen Aussagen zu Papierfestigkeiten gemacht werden, so müssen weitere Parameter, wie Blattfeuchte, -temperaturen, und Steifigkeits-Längs/Querverhältnis erhoben werden. Da nicht alle der genannten Parameter an der laufenden Papierbahn ermittelt werden können, geht der Vorteil einer "on-line" Messung verloren, denn die näherungsweise Aussage zur Papierfestigkeit greift wesentlich auf stichprobenartig erhobene Parameter (Blattgewicht, -feuchte, -temperatur, Steifigkeits-Längs/Querverhältnis) zurück. Dies gilt umso mehr, als die an der laufenden Papierbahn gemessene Größe keine direkte Umrechnung in Festigkeitswerte gestattet.
Ein von Scheuter und Belau in 'Das Papier, 1986, Heft 10a, S. 192-196', beschriebenes Meßverfahren ist für die Regelung einer konstanten Abwicklung von Papierrollen in Druckmaschinen gedacht. Auch hier ist nicht die direkte Messung von Papierfestigkeiten angestrebt. Vielmehr wird versucht, die durch den Druck- und Abrollvorgang bedingte Dehnungsänderung der Papierbahn zu erfassen und die Abwicklung der Papierbahn über eine Erfassung des E-Moduls zu regeln.
Alle drei Verfahren gehen vom Grundgedanken der Erfassung des E-Moduls aus, der dann ggf. unter Zuziehung von "off-line" erfaßten Parametern zu näherungsweisen Aussagen über verschiedene Papiereigenschaften herangezogen wird.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 311 507 A2 ist ein Verfahren zur zerstörungsfreien Bestimmung eines mit der Bruchkraft korrelierenden Kennwertes an einer laufenden Papierbahn bekannt. Es werden Messungen vor und nach einer Bahnklemmstelle durchgeführt. Aber auch bei diesem Verfahren werden "off-line" erfaßte Meßwerte verwendet, die dazu dienen, mittels der Mehrfach-Regressionsanalyse Korrelationen zwischen dem an der Papiermaschine gemessenen Werten und dem im Labor ermittelten Werten zu bestimmen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein an einer laufenden Papierbahn anwendbares Meßverfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem aus ausschließlich an der laufenden Bahn erfaßten Meßwerten unmittelbar eine Aussage über die breitenbezogene Bruchkraft erhalten werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.
Eine durch eine Papiererzeugungs- oder -veredelungsmaschine laufende Papierbahn wird durch eine Bahnklemmstelle geführt. Durch die Bahnklemmstelle wird der freie Lauf der Papierbahn beeinflußt, so daß vor und hinter der Bahnklemmstelle unterschiedliche Zugkräfte an der Papierbahn angreifen und sich vor und hinter der Bahnklemmstelle unterschiedliche Geschwindigkeiten der Papierbahn einstellen.
Die an der laufenden Papierbahn erfaßten Signale (Bahngeschwindigkeit vor und nach der Bahnklemmstelle, Bahnzugkraft vor und nach der Bahnklemmstelle) werden einer elektronischen Auswerteinheit zugeführt und dort in der Weise ausgewertet, daß von dem Produkt aus der vor der Bahnklemmstelle gemessenen Bahngeschwindigkeit mit der nach der Bahnklemmstelle gemessenen Bahnzugkraft das Produkt aus der nach der Bahnklemmstelle gemessenen Bahngeschwindigkeit und der vor der Bahnklemmstelle gemessenen Bahnzugkraft abgezogen wird. Der so erhaltene Wert wird dividiert durch die Differenz zwischen der nach der Bahnklemmstelle gemessenen Bahngeschwindigkeit und der vor der Bahnklemmstelle gemessenen Bahngeschwindigkeit. Die so berechnete Kraft wird mit einer Konstanten (1/b; b = Bahnbreite der laufenden Papierbahn) multipliziert. Die Bahnbreite hängt von der Konstruktion der Papiermaschine ab und ist eine im wesentlichen konstante Größe, die allenfalls bei Wechsel der herzustellenden Papiersorte geringfügig geändert werden kann. Der so ermittelte Ausdruck wird korrigiert mit einem konstanten Korrelationsfaktor, der beispielsweise Besonderheiten der jeweiligen Maschinenausstattung sowie produktionsspezifische Gegebenheiten berücksichtigt und einmalig durch Vergleich mit den Ergebnissen der statischen Bruchkraftmessung bestimmt wird. Nachstehende Gleichung verdeutlicht die Auswertung der erfaßten Meßsignale.
FbB = breitenbezogene Bruchkraft
F1 = Bahnzugkraft, gemessen vor der Klemmstelle
F2 = Bahnzugkraft, gemessen nach der Klemmstelle
v1 = Bahngeschwindigkeit, gemessen vor der Klemmstelle
v2 = Bahngeschwindigkeit, gemessen nach der Klemmstelle
b = Bahnbreite
f = Korrelationsfaktor
Die mittels Bahnklemmstelle erzeugten unterschiedlichen Bahnzustände (vor der Bahnklemmstelle und nach der Bahnklemmstelle) werden durch Messung der an der laufenden Papierbahn angreifenden jeweiligen Bahnzugkraft in Laufrichtung der Papierbahn und der jeweiligen Bahngeschwindigkeit erfaßt. Die Messung der Bahnzugkraft kann beispielsweise an einer bahnumschlungenen Leitwalze vorgenommen werden, die an ihren Lagern mit an sich bekannten Kraft- oder Druckmeßgebern versehen ist, aus deren Signalen die Bahnzugkraft durch Berechnung ermittelbar ist. Die an der Walze gemessene Bahnzugkraft muß, um auf die Längeneinheit der Bahnbreite bezogen zu werden, natürlich noch durch die Bahnbreite geteilt werden. Hierbei handelt es sich aber lediglich um die Division mit einer Konstanten. Die Geschwindigkeit der laufenden Papierbahn kann an derselben Stelle wie die Bahnzugkraft, das heißt, an derselben bahnumschlungenen Walze erfaßt werden. Da die Geschwindigkeiten genau erfaßt werden müssen, weil die Differenz zwischen beiden Meßstellen verhältnismäßig klein ist, bieten sich digitale Inkrementgeber an den Walzen an.
Obwohl die Bruchkraft ein Wert ist, der in den sicherlich nicht linearen Bereich des Kraft-Dehnungsdiagrammes fällt, wurde überraschenderweise festgestellt, daß der erfindungsgemäß aus den angegebenen Meßdaten erhaltene Kennwert erstaunlich gut mit den an Papierbahnproben im Labor ermittelten breitenbezogenen Bruchkraftwerten korreliert. Das Ergebnis wurde durch eine Vielzahl von Messungen an unterschiedlichen Papierbahnen bestätigt, welche ergeben haben, daß der Korrelationsfaktor, der die zahlenmäßige Beziehung zwischen erfindungsgemäß ermittelten Kennwerten und der statisch bestimmten Bruchkraft herstellt, in weiteren Anwendungsbereichen als konstant angesehen werden kann und daher nur einmal ermittelt zu werden braucht.
Mindestens zwei der beschreibungsgemäß ermittelten Bruchkraftkennwerte können gemittelt und als gemittelter Bruchkraftkennwert von der elektronischen Meßwerteinheit ausgegeben werden. Die Mittelung von zehn Einzelmessungen der breitenbezogenen Bruchkraft hat sich als geeignet erwiesen zur Ermittlung eines gemittelten Bruchkraftkennwertes.
Wird nach Berechnung mehrer gemittelter Bruchkraftkennwerte die Varianz aus diesen gemittelten Bruchkraftkennwerten bestimmt, so ist dies ein Maß für die Gleichmäßigkeit und Homogenität des Produktionsablaufes. Eine geringe Varianz deutet auf eine unter gleichbleibenden Produktionsbedingungen hergestellte Papierbahn hin, eine hohe Varianz deutet auf Schwankungen in den Prozeßbedingungen hin.
Die hier beschriebene Auswertung der Meßsignale bietet eine Möglichkeit, Zugkraft- und Geschwindigkeitsmessung an der laufenden Papierbahn zur Regelung des Papierherstellungs- oder -veredelungsprozesses einzusetzen. Vorstellbar sind auch weitere Regelkreise, in die die Meßsignale oder daraus berechnete Werte als "Ist"-Größen eingehen, wie beispielsweise
  • - die Steuerung der Rohstoffzufuhr (z. B. Minimierung des Fasereinsatzes bei Erreichen der vorgegebenen Festigkeitswerte) zur verbesserten Herstellung einer Papierbahn mit einheitlicher Festigkeit
  • - Steuerung der Fasereigenschaften, die die Festigkeit der Papierbahn wesentlich beeinflussen, wie beispielsweise Steuerung der Mahlung der Papierfasern in Abhängigkeit von der an der laufenden Papierbahn gemessenen Bruchkraft
  • - Steuerung der Stoffzusammensetzung bei der Herstellung der Papierbahn in Abhängigkeit von der an der laufenden Papierbahn gemessenen Festigkeit, um eine optimale und kostengünstige Zusammensetzung des Papieres unter Erhalt konstanter Festigkeitseigenschaften zu erzielen.
Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine Anordnung zur Bestimmung eines Kennwertes der breitenbezogenen Bruchkraft an einer laufenden Papierbahn mit einem angetriebenen Walzenpaar als Bahnklemmstelle.
Fig. 2 Eine Anordnung zur Bestimmung eines Kennwertes der breitenbezogenen Bruchkraft an einer laufenden Papierbahn, Bahnklemmstelle als Walzengruppe mit einer angetriebenen Walze.
Fig. 3 Eine Anordnung zur Bestimmung eines Kennwertes der breitenbezogenen Bruchkraft an einer laufenden Papierbahn mit einer feststehenden Umlenkstange als Bahnklemmstelle.
Fig. 4 Beispielhafte Ausgestaltungen von Bahnklemmstellen.
Fig. 5 Zusammenhang zwischen dem on-line bestimmten Bruchkraftkennwert und den im statischen Zugversuch bestimmten Labormeßwerten für 21 verschiedene industrielle Papierqualitäten.
Fig. 1 zeigt schematisch dargestellt eine Papierbahn 2, die durch eine Bahnklemmstelle, bestehend aus Walzen 4 und 6, geführt wird. Die Bahnklemmstelle ist hier als Zweiwalzenglättwerk ausgeführt, dessen untere Walze 4 von einem (nicht gezeigten) Motor angetrieben ist. Die laufende Papierbahn wird mit erhöhter Bahnspannung aus der Klemmstelle abgezogen, was beispielsweise durch die dem Zweiwalzenglättwerk 4, 6 üblicherweise nachgeschaltete, hier jedoch nicht dargestellte, Aufrollvorrichtung (Poperoller) zu realisieren ist. Durch diese Anordnung ergibt sich, daß Bahngeschwindigkeit und Bahnspannung der Papierbahn 2 an der Papierleitwalze 10 größer sind als an der Papierleitwalze 8. Die Papierbahn 2 wird so um die Papierleitwalzen 8 und 10 geführt, daß ein Haftbereich zwischen der Papierleitwalze und der laufenden Papierbahn besteht. Dies wird dadurch erreicht, daß zum einen ein genügend großer Umschlingungswinkel der laufenden Papierbahn 2 um die Papierleitwalzen 8, 10 und zum anderen eine ausreichend hohe Bahnspannung vor und nach der Klemmstelle vorliegt. Der Haftungsbereich muß dabei so groß sein, daß die Walze von der Papierbahn bei stationären Bedingungen verzögerungsfrei mitgenommen wird. Die Papierleitwalzen 8 und 10 sind jeweils mit einem inkrementellen Drehgeber (hier nicht dargestellt) zum Bestimmen der Walzendrehfrequenz ausgerüstet. Mit Kenntnis der Papierleitwalzen-Durchmesser der Papierleitwalzen 8 und 10 wird die Bahnlaufgeschwindigkeit vor und nach der Bahnklemmstelle bestimmt. Die Bahnzugkraft vor und nach der Klemmstelle wird je Papierleitwalze mittels zweier parallel geschalteter Radialkraftaufnehmer (hier nicht dargestellt), in denen die Papierleitwalzen gelagert sind, bestimmt. Die vier zu einem Zeitpunkt bestimmten Meßwerte (je zwei Werte zur Bahngeschwindigkeit und Bahnzugkraft), die mit einer festgelegten Meßfrequenz von beispielsweise 10 Hz erfaßt werden, werden in einem elektronischen Analog/Digital-Wandler digitalisiert und binär codiert. Nach der in der Beschreibung dargelegten Vorgehensweise wird der einzelne Festigkeitskennwert und auch die Mittelung aus mehreren Festigkeitskennwerten zu gemittelten Festigkeitskennwerten der laufenden Papierbahn sowie die Varianz mehrerer gemittelter Festigkeitskennwerte in einer elektronischen Auswerteinheit 12 berechnet.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt. Im oberen Teil der Fig. 2 wird die Papierbahn 2 unter Zugspannung zunächst über eine Papierleitwalze 12, ein Maschinenglättwerk, bestehend aus den Walzen 4, 6, 8, 10, und eine Papierleitwalze 14 geführt. Das Maschinenglättwerk wird hier als Bahnklemmstelle genutzt. Die Vorrichtungen zur Bestimmung der Bahnspannung und der Bahngeschwindigkeit sind an den Papierleitwalzen 12 und 14 angebracht, hier jedoch nicht dargestellt. Die an den Papierleitwalzen 12 und 14 erfaßten Signale werden über die in der Fig. 2 gestrichelt dargestellten Linien zur elektronischen Auswerteinheit 16 transportiert und dort nach den in der Beschreibung festgelegten Schritten zu Bruchkraftkennwerten und gemittelten Bruchkraftkennwerten umgerechnet.
In Fig. 3 ist die Bahnklemmstelle als feststehende Stange 4 ausgebildet. Durch die auftretende Reibung zwischen der Stange 4 und der laufenden Papierbahn 2 werden unterschiedliche Bahnspannungen vor und nach der Stange 4 erreicht. Die Vorrichtungen zur Bestimmung der Bahnzugkraft und der Bahngeschwindigkeit sind an den Papierleitwalzen 6 und 8 angebracht, hier jedoch nicht dargestellt. Die elektronische Auswerteinheit ist mit 10 gekennzeichnet.
Die in Fig. 4 dargestellten verschiedenen Ausführungen von Bahnklemmstellen zeigen die ausreichende Umschlingung einer rotierenden Walze durch Führen der Papierbahn in einem geeigneten Winkel um die Walze. Eine ähnliche Ausführung wird gezeigt durch Umschlingung einer stehenden Walze, indem die laufende Papierbahn in einem geeigneten Winkel zur Erzeugung einer ausreichend großen Kontaktfläche um die Walze geführt wird. In einer weiteren Ausführungsform kann die Bahnklemmstelle ausgeführt sein durch Anpressen von Gegendruckwalzen an die laufende Papierbahn oder auch durch Anpressen der laufenden Papierbahn an eine rotierende Walze mittels Filzumschlingung oder aber durch Anpressen der laufenden Papierbahn an eine rotierende Walze mittels einer Luftdruckdifferenz, die ein Sog auf die Papierbahn in Richtung Kontaktfläche mit der Walze ausübt.
Es wurde empirisch nachgewiesen, daß der Kennwert der breitenbezogenen Bruchkraft eine hohe Korrelation mit dem im statischen Zugversuch ermittelten Wert aufweist. Die gemessenen Zusammenhänge gibt Fig. 5 am Beispiel 21 verschiedener, industrieller Papiere wieder, wo die im statischen Zugversuch gemessene breitenbezogene Bruchkraft mit aus on-line gemessenen Signalen verfahrensgemäß berechneten Bruchkraftkennwerten korreliert wird (Korrelationskoeffizient r = 0,98).
Wie aus HABERGER + BAUM, 1986 (C. C. Haberger. G. A. Baum, TAPPI Journal, Heft 6, S. 106) und FALTER et al. (K. A. Falter, G. Obst, N. Stockhausen, FOGRA-Forschungsbericht Nr. 4.307, 1984, S. 29) zu entnehmen ist, war es gemäß Stand der Technik nicht zu vermuten, daß ausschließlich aufgrund von Messungen im Bereich der elastischen Verformung der laufenden Papierbahn, ohne Zuhilfenahme weiterer Parameter, und damit ohne zerstörende, statische Zugkraftprüfung, eine Aussage zur Versagenskenngröße "breitenbezogene Bruchkraft" mittels Zugkraftprüfung an der laufenden Papierbahn erfolgen kann. Diese von den Erfindern empirisch festgestellten Zusammenhänge wurden aufgrund theoretischer Vorstellungen vom Papier als inhomogenem Werkstoff mit nichtstetigem Verhalten unter Zugbelastung verneint.
Die enge Korrelation zwischen den Ergebnissen des statischen Zugversuches an der Einzelprobe und der dynamischen Festigkeitsprüfung an der laufenden Papierbahn belegt jedoch zweifelsfrei, daß die im Stand der Technik zitierte Meinung als widerlegt angesehen werden kann.

Claims (9)

1. Verfahren zum zerstörungsfreien Bestimmen eines mit der breitenbezogenen Bruchkraft korrelierenden Kennwertes an einer laufenden Papierbahn in Bahnlaufrichtung in einer Papiererzeugungs- oder - veredelungsmaschine mit mindestens einer Bahnklemmstelle und Mitteln zum Erzeugen einer Zugkraft auf die Papierbahn, die eine Zugkraftdifferenz in der Papierbahn vor und hinter der Bahnklemmstelle erzeugen, mit den Verfahrensschritten:
  • a) Erfassen von Signalen für die Bahngeschwindigkeit und die Bahnzugkraft vor der Bahnklemmstelle,
  • b) Erfassen von Signalen für die Bahngeschwindigkeit und die Bahnzugkraft hinter der Bahnklemmstelle und
  • c) Verarbeiten der Signale zu einem Meßwert für die breitenbezogene Bahnbruchlast in einer elektronischen Auswertrichtung, wobei in der Auswerteinrichtung die Differenz aus dem Produkt des Signals für die Bahngeschwindigkeit vor der Bahnklemmstelle und des Signals für die Bahnzugkraft hinter der Bahnklemmstelle einerseits und dem Produkt des Signals für die Bahngeschwindigkeit hinter der Bahnklemmstelle und dem Signal für die Bahnzugkraft vor der Bahnklemmstelle andererseits durch die Differenz der Bahngeschwindigkeiten hinter der Bahnklemmstelle und vor der Bahnklemmstelle sowie durch die Bahnbreite dividiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale jeweils an einer ersten und zweiten bahnumschlungenen Leitwalze vor und hinter der Klemmstelle erfaßt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der absoluten Bruchkraft der Kennwert mit einem Korrelationsfaktor multipliziert wird, der für eine bestimmte Papiererzeugungs- oder - veredelungsmaschine einmalig durch Vergleich mit durch statische Bruchkraftsprüfung ermittelten Bruchkraftwerten bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Kennwert verarbeiteten Signale im wesentlichen gleichzeitig erfaßt und eine Folge von Kennwerten zu einem gemittelten Bruchkraftkennwert gemittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß 5-20 Meßwerte pro Sekunde errechnet und gemittelt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bruchkraftkennwert als Vorgabewert in eine Prozeß-Steuer- oder - Regeleinrichtung eingespeist wird.
7. Anordnung zum zerstörungsfreien Bestimmen eines mit der breitenbezogenen Bruchkraft korrelierenden Kennwertes an einer laufenden Papierbahn in Bahnlaufrichtung in einer Papiererzeugungs- oder - veredelungsmaschine mit mindestens einer Bahnklemmstelle und Mitteln zum Erzeugen einer Zugkraft auf die Papierbahn, die eine Zugkraftdifferenz in der Papierbahn vor und hinter der Bahnklemmstelle erzeugen, gekennzeichnet durch
  • a) Mittel zum Erfassen von Signalen für die Bahnzugkraft und die Bahngeschwindigkeit vor und nach der Bahnklemmstelle,
  • b) eine elektronische Auswerteinheit mit Eingangsmitteln zum Aufnehmen der ermittelten Signale und mit Mitteln zum Erstellen eines Kennwertes durch Subtrahieren des Produktes aus dem Signal für die Bahngeschwindigkeit vor der Bahnklemmstelle und dem Signal für die Bahnzugkraft nach der Bahnklemmstelle einerseits von dem Produkt aus dem Signal für die Bahngeschwindigkeit nach der Bahnklemmstelle und dem Signal für die Bahnzugkraft vor der Bahnklemmstelle andererseits und Dividieren dieses Wertes durch die Differenz der Bahngeschwindigkeiten hinter der Bahnklemmstelle und vor der Bahnklemmstelle sowie der Bahnbreite, und
  • c) Mittel zur Ausgabe des Kennwertes.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Auswerteinheit mit Ausgabemitteln für die Aufschaltung eines Signals für den Kennwert auf eine Prozeßsteuer- oder -regeleinrichtung versehen ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinrichtung mit mindestens einer Prozeßsteuer- oder -regeleinrichtung verbunden ist.
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