DE4239845C2

DE4239845C2 - Verfahren zur Messung der Auswirkung von Verstellungen am Stoffauflauf und zur Korrektur des Flächengewichts- und Faserorientierungs-Querprofils

Info

Publication number: DE4239845C2
Application number: DE4239845A
Authority: DE
Inventors: Dieter Egelhof; Ulrich Begemann
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1992-11-27
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2012-11-28
Also published as: DE4239845A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf zur Herstellung einer Papierbahn gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein solcher Stoffauflauf soll das Stoffdichte- und Faserorientierungsquerprofil der Papierstoffsuspension spätestens vor dem Auslaufspalt derart einstellen, daß das Flächenmasse- und Faserorientierungsquerprofil der Papierbahn über die gesamte Breite den gewünschten Anforderungen entspricht, das bedeutet in der Regel konstant ist.

Beim Betrieb einer Papiermaschine gibt es zahlreiche Störfaktoren, die den beiden genannten Anforderungen entgegenstehen. Zu diesen Störfaktoren gehören beispielsweise Temperaturschwankungen, Druckschwankungen und Fertigungstoleranzen aber auch Fehler in der Ausführung oder Einstellung der Papiermaschine für den dem Stoffauflauf folgenden Produktionsprozeß.

Es ist folgender Stand der Technik zur Beeinflussung des Querprofils einer Papierbahn bekannt geworden:

DE 35 14 554 schlägt vor, die Stoffdichte örtlich zu verändern, d. h. je nach Bedarf an bestimmten Stellen die Stoffdichte anzupassen. Dabei bleibt jedoch offen, auf welche Art und Weise dies vorgenommen werden soll.

DE 40 19 593 A1, die den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, empfiehlt folgendes Vorgehen: Bei Abweichen des Flächenmasseprofils der Papierbahn an einer bestimmten Stelle der Bahnbreite soll die Konzentration C_M des betreffenden Sektionsstromes, und damit des aus dem betreffenden Mischer austretenden Stromes entsprechend geändert werden. Um dies zu erreichen, wird das Verhältnis der Mengen der dem Mischer zugeführten Regelströme Q_H/Q_L verändert. Bei Ventilen der üblichen Bauart läßt es sich jedoch nur schwer vermeiden, daß auch der den Mischer verlassende Sektionsstrom Q_M vom Sollwert unkontrolliert und ungewollt abweicht. Es ist außerdem aus DE-OS 35 38 466 bekannt, daß eine Veränderung des Volumenstromes einer Sektion zu einer Beeinflussung des Faserorientierungswinkels im Auslaufbereich des Stoffauflaufes führt. Weicht die Menge eines Sektionsstromes in unkontrollierter Weise von einem Sollwert ab, so ändert sich damit auch die Faserorientierung in unkontrollierter Weise.

Es ist ferner z. B. aus DE-PS 29 42 966 oder DE-OS 35 35 849 bekannt, die Weite des Auslaufspaltes zu verändern, beispielsweise durch Gewindespindeln zum Verschwenken oder Verbiegen der Oberlippe. Hierdurch kann der Durchsatz der Suspension örtlich verändert werden. Gleichzeitig wird jedoch auch die Strömungsrichtung örtlich beeinflußt, und damit auch die Faserorientierung. Durch eine örtliche Spaltverengung wird nämlich den Fasern an den Engstellen eine andere Strömungsrichtung erteilt, als an anderen Stellen des Auslaufspaltes. Dies bedeutet, daß zwar die Stoffdichte durch diese sogenannte Verdrängunsregelung über die Breite des Stoffauflaufes gleichmäßig gemacht werden kann, daß jedoch die an sich gute Faserorientierung wieder zerstört wird.

Aus dem oben genannten Stand der Technik ist zu erkennen, daß es im wesentlichen zwei Parameter gibt, die an einem Stoffauflauf eingestellt werden, nämlich der Durchfluß an einer bestimmten Stelle des Stoffauflaufes und die Stoffdichte, wobei die beiden Parameter unterschiedlichen und einander überschneidenden Einfluß auf das Flächenmassequerprofil und die Faserorientierung ausüben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren darzustellen, welches eine eindeutige Aussage darüber erlaubt, welcher Parameter verstellt werden muß, um eine gegebene Abweichung im Flächenmassequerprofil oder im Faserorientierungsquerprofil oder beidem zu kompensieren.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfinder haben erkannt, daß grundsätzlich zwei Parameter Einfluß auf das Flächenmassequerprofil haben, nämlich die Stoffdichte und der Stoffdurchfluß an einer bestimmten Stelle des Stoffauflaufes, während die Faserorientierung in erster Näherung nur durch den Stoffdurchfluß an einer bestimmten Stelle des Stoffauflaufes beeinflußt wird.

Aufgrund der Korrelation zwischen Faserorientierung und Stoffdurchfluß auf der einen Seite und Stoffdichte und Durchfluß zum Flächenmassequerprofil auf der anderen Seite, ergibt sich folgende Lösungsmöglichkeit:

Fig. 1 zeigt das schematisierte Bild einer Papiermaschine mit einem Stoffauflauf auf der linken Seite, der sektionsweise mit Stoffsuspension gespeist wird. Die Gesamtmenge der Stoffsuspension einer Sektion wird durch ein Ventil V₂ reguliert, während die Stoffdichte bestimmt wird durch das Zusammenführen zweier Stoffströme mit einer Stoffdichte B_max und einer Stoffdichte B_min, die jeweils die maximale und die minimal einstellbare Stoffdichte darstellen, wobei die aktuelle Stoffdichte durch ein Ventil V₁, welches die Menge der Stoffsuspension mit minimaler Stoffdichte B_min bestimmt, eingestellt wird. Im Verlauf der Papiermaschine gibt der Stoffauflauf seine Stoffsuspension auf ein von links kommendes Sieb auf, wobei der Bereich, in dem die auftreffende Stoffsuspension sich in ihrer Geschwindigkeit der Siebgeschwindigkeit angepaßt hat, mit S bezeichnet wird und in diesem Bereich eine Stoffhöhe h_i vorliegt. Das Ende der Entwässerungsstrecke wird mit S₁ bezeichnet, es folgt danach eine Pressen- und Trockenpartie, gefolgt vom Punkt S₂ mit einer nachfolgenden Aufwicklung der Papierbahn. Die aktuelle Stoffdichte an der Stelle i des Stoffauflaufes wird mit B_i bezeichnet, die zugeführte Stoffmenge an der Stelle i, also der Durchfluß an dieser Stelle wird mit q_i bezeichnet, wobei über die Breite des Stoffauflaufes i Regelorgane zur Einstellung dieser Parameter zur Verfügung stehen.

Als Maß für den Durchfluß an der Stelle i an der Stoffauflaufdüse bietet sich die Schichthöhe im Anfangsbereich der Blattbildung, indem die Stoffstrahlgeschwindigkeit sich der Siebgeschwindigkeit angepaßt hat, also bei S, an. Das heißt, im Bereich der initialen Entwässerung S wird eine Messung der Suspensionsschichthöhe h_i auf dem Sieb vorgenommen (mindestens über i Positionen). Diese Schichthöhe h_i ist proportional der Durchflußmenge q_i. Anschließend wird der Mittelwert h über alle h_i berechnet.

Am Endteil der Entwässerung bei S₁ oder an anderer geeigneter Stelle zwischen S₁ und dem Ende der Papiermaschine (S₂) wird das Flächenmassequerprofil an mindestens i Positonen ermittelt und der Mittelwert FG gebildet.

Die relativen Änderungen der Schichthöhe bei S werden als h'_i = Δh/h und die der Flächenmasse F'_i= ΔFG/FG bezeichnet. Aus dem Verlauf von h'_i und F'_i erfolgt die Beurteilung, welcher Parameter (q_i oder b_i) vorteilhafterweise verstellt wird, um ein gleichmäßiges Flächenmassequerprofil und Faserorientierungsquerprofil zu erreichen.

Fig. 2 zeigt die Darstellung eines Flächenmassequerprofiles aus dem Bereich zwischen S₁ und S₂ und darunterliegend das korrespondierende Schichthöhenprofil bei S. Der Kurvenverlauf zeigt, daß im Flächenmassequerprofil an der Stelle A ein Zuwachs der Flächenmasse besteht, während an der Stelle B eine Absenkung der Flächenmasse auftritt. Gleichzeitig zeigt das darunterliegende Schichthöhenprofil an der Stelle A eine Erhöhung der Schichthöhe an dieser Stelle, an der gleichzeitig im Flächenmassequerprofil auch eine Erhöhung der Flächenmasse zu sehen ist. Die Stelle B zeigt im Schichthöhenprofil einen normalen Verlauf, während im Flächenmassequerprofil an dieser Stelle eine Reduktion der Flächenmasse existiert. Andererseits zeigt die Stelle C eine Reduktion des Schichthöhenprofils, während sich im Flächenmassequerprofil keine Änderung ergibt. Es ergeben sich daraus folgende Konsequenzen zur Einstellung der Parameter q_i und b_i: An der Position A ist eine hohe Korrelation zwischen Flächengewicht und Durchfluß vorhanden. Hier ist eine fehlerhafte Faserorientierung zu erwarten und eine hohe Flächenmasseabweichung zu erkennen. Folglich erfolgt die Korrektur durch Verkleinerung des Durchflusses q_i im Bereich i = A.

An der Position B liegt ausschließlich eine Flächenmasseabweichung vor, die entsprechend nur mit der Stoffdichte über b_i im Bereich i = B korrigiert wird.

An der Position C ist das Flächenmasseprofil in Ordnung, es liegt jedoch eine Änderung des Durchflusses vor. Um eine unerwünschte Faserorientierung zu vermeiden, wird der Durchfluß q_i im Bereich i = C vergrößert und gleichzeitig die Stoffdichte über b_i reduziert.

Das Verfahren läßt sich auf alle Stoffauflauf-Typen (z. B. Einlagenstoffaufläufe, Mehrlagen- bzw. Mehrschichten- Stoffaufläufe, Stoffaufläufe für Spaltformer, Stoffaufläufe für Langsiebe, etc.) anwenden.

Die Fig. 3-10 zeigen Regelverfahren entsprechend dem Stand der Technik zur Einstellung der Flächengewichts- und Faserorientierungs- Querprofile in die das erfindungsgemäße Verfahren Beispielhaft mit integriert werden kann.

Die Fig. 3-10 stellen jeweils schematisch eine Papiermaschine mit Faserorientierungs- und Flächengewichts-Querprofilregelung dar, wobei im wesentlichen die Stoffzufuhr zum Stoffauflauf, der Stoffauflauf mit seinen Verstelleinrichtungen und die jeweiligen Regelstrecken dargestellt sind.

In den Fig. 3-10 haben die folgenden Abkürzungen die folgenden Bedeutungen:
FG-Soll = Soll-Flächengewicht
FG-Ist = Ist-Flächengewicht
R = Regler
M = Mischer

Außerdem gelten für die einzelnen Fig. 3-10 die folgenden Beziehungen: Für Fig. 3 gilt:
Stellglied: Blende
Meßglied: FO-online
Regelkreis: FG durch Blendenverstellung
Funktion: Blende wirkt auf FG und FO

Für Fig. 4 gilt:
Stellglieder: Blende, seitl. Einspeisung FS und TS
Meßglied: FG-online
Regelkreis: FG durch Blendenverstellung
Funktionen: Blende wirkt auf FG und FO; seitliche Einspeisung wirkt an Rändern auf FO (und FO)

Für Fig. 5 gilt:
Stellglieder: Blende, Dosierventile
Meßglied: FG-online
Regelkreis: FG durch Blendenverstellung
Funktionen: Blende wirkt auf FG und FO; Dosierstrom wirkt auf FG (und FO)

Für Fig. 6 gilt:
Stellglieder: Blende, Dosierventile
Meßglied: FG-online
Regelkreis: FG durch Dosierventilstellung
Funktionen: Blende wirkt auf FG und FO; Dosierstrom wirkt auf FG (und FO)

Für Fig. 7 gilt:
Stellglieder: Mischventil, Blende
Meßglied: FG-online
Regelkreis: FG durch sektionale c_mi-Veränderung
Funktionen: Mischventil wirkt auf FG, Blende wirkt auf FG und FO

Für Fig. 8 gilt:
Stellglieder: Mischventil, Blende
Meßglieder: FG-online FO-online
Regelkreise: FG durch sektionale c_mi-Veränderung FO durch Blendenverstellung
Funktionen: Mischventil wirkt auf FG; Blende wirkt auf FG und FO

Für Fig. 9 gilt:
Stellglieder: Mischventil, Ventil
Meßglied: FG-online
Regelkreis: FG durch sektionale c_mi-Veränderung
Funktionen: Mischventil wirkt auf FG; Ventil wirkt auf FO

Für Fig. 10 gilt:
Stellglieder: Mischventil, Ventil
Meßglieder: FG-online; FO-online
Regelkreise: FG durch sektionale c_mi-Veränderung FO durch sektionale Q_mi-Veränderung
Funktionen: Mischventil wirkt auf FG; Ventil wirkt auf FO

Zusätzlich zu dem Gezeigten, sind je nach Anforderung folgende Regelverfahren ebenfalls vorteilhaft:

- Die seitliche Einspeisung (Fig. 4) wird in einen Faserorientierungsregelkreis integriert.
- Anstatt einer sektionalen Einspeisung von Volumenströmen geringer Stoffdichte (Fig. 5) werden Volumenströme veränderlicher Konzentration oder mit einer Konzentration größer der des Hauptvolumenstromes eingespeist.
- Die Einspeisung kann ebenfalls in einen Regelkreis integriert werden. Hierbei ist es sowohl denkbar, daß durch sektionale Veränderung der Einspeisungen die Faserorientierung beeinflußt wird und die Blende zur Flächengewichtsbeeinflußung dient, als auch die Beeinflussung der Einspeisung durch die Blende und das Flächengewicht durch Veränderung der sektionalen Einspeisung vorzunehmen. Ferner ist auch eine Aufgabenteilung zwischen Blende und Einspeisung z. B. bezogen auf die Wirkbreite möglich.
- Die oben beschriebene Beeinflussung der Faserorientierung durch sektionale Einspeisung in den Stoffauflauf kann auch mit der in Fig. 7 gezeigten Flächengewichtsregelungsfunktion kombiniert werden.

Claims

1. Verfahren zur Messung der Auswirkung von Verstellungen am Stoffauflauf einer ein Vlies bildenden Maschine, insbesondere einer Papiermaschine, bei der Durchführung von sektionalen Änderungen der Flächenmasse und der Faserorientierung und zur Korrektur des Querprofils gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

1. 1.1 es wird das Schichtdickenquerprofil der Fasersuspension im Bereich der initialen Entwässerung gemessen;
2. 1.2 es wird das Flächenmassequerprofil der Faserbahn im Endteil der Entwässerung oder später an geeigneter Stelle gemessen;
3. 1.3 es wird eine Korrelationsrechnung zwischen dem Schichtdickenquerprofil und dem Flächenmassequerprofil durchgeführt;
4. 1.4 es werden aufgrund der Korrelationsrechnung folgende Korrekturen an der entsprechenden Position vorgenommen;
- 1. 1.4.1 besteht eine Abweichung der Flächenmasse ohne Korrelation mit der Schichtdicke, so wird eine dem Vorzeichen der Abweichung entgegenwirkende Korrektur bezüglich der Konzentration der Fasersuspension der entsprechenden Stoffauflauf-Sektion durchgeführt;
- 2. 1.4.2 besteht eine Abweichung der Schichtdicke ohne Korrelation mit der Flächenmasse, so wird eine dem Vorzeichen der Abweichung entgegenwirkende Korrektur bezüglich der Durchflußmenge der Fasersuspension der entsprechenden Stoffauflauf-Sektion durchgeführt;
- 3. 1.4.3 besteht eine korrelierte Abweichung von Flächenmasse und Schichtdicke mit gleichem Vorzeichen, so wird eine, dem Vorzeichen der Abweichung entsprechende, Korrektur bezüglich des Durchflußes der entsprechenden Stoffauflauf-Sektion durchgeführt;
- 4. 1.4.4 besteht eine korrelierte Abweichung von Flächenmasse und Schichtdicke mit entgegengesetztem Vorzeichen, so werden beide Abweichungen wie unkorrellierte Abweichungen behandelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei den Korrekturen in 1.4.1, 1.4.2 und 1.4.3 jeweils mit dem anderen Parameter der durchgeführten Änderung gegengesteuert wird.

3. Verfahren zur Messung der Auswirkung von Verstellungen am Stoffauflauf einer ein Vlies bildenden Maschine, insbesondere einer Papiermaschine, bei der Durchführung von sektionalen Änderungen der Flächenmasse und der Faserorientierung und zur Korrektur des Querprofils gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

1. 3.1 es wird das Faserorientierungsquerprofil gemessen;
2. 3.2 es wird das Flächenmassequerprofil gemessen;
3. 3.3 es wird eine Korrelationsrechnung zwischen Faserorientierungsquerprofil und Flächenmassequerprofil durchgeführt;
4. 3.4 es werden aufgrund der Korrelationsrechnung folgende Korrekturen an der entsprechenden Position vorgenommen:
- 1. 3.4.1 besteht eine Abweichung der Flächenmasse ohne Korrelation mit der Faserorientierung, so wird eine dem Vorzeichen der Abweichung entgegenwirkende Korrektur bezüglich der Konzentration der Fasersuspension der entsprechenden Stoffauflaufsektion durchgeführt;
- 2. 3.4.2 besteht eine Abweichung der Faserorientierung ohne Korrelation mit der Flächenmasse, so wird eine dem Vorzeichen der Abweichung entgegenwirkende Korrektur bezüglich der Durchflußmenge der Fasersuspension der entsprechenden Stoffauflaufsektion durchgeführt;
- 3. 3.4.3 besteht eine korrelierte Abweichung von Flächenmasse und Faserorientierung mit gleichem Vorzeichen, so wird eine entsprechende dem Vorzeichen der Abweichung entgegenwirkende Durchflußkorrektur vorgenommen;
- 4. 3.4.4 besteht eine korrelierte Abweichung von Faserorientierung und Flächenmasse mit entgegengesetztem Vorzeichen, so werden beide Abweichungen wie unkorrelierte Abweichungen behandelt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Korrekturen in 3.4.1, 3.4.2 und 3.4.3 jeweils mit dem anderen Parameter der durchgeführten Änderung entgegengesteuert wird.