DE60122877T2

DE60122877T2 - Kontrolle der papierfarbe

Info

Publication number: DE60122877T2
Application number: DE60122877T
Authority: DE
Inventors: F. Timothy Columbus MURPHY
Original assignee: ABB Inc USA
Current assignee: ABB Inc USA
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: US6584372B1; JP2003533610A; DE60122877D1; EP1285131A2; AU2001261546A1; WO2001088263A3; EP1285131B1; JP4892159B2; WO2001088263A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Papiermaschinen, die Papierbahnen herstellen und insbesondere Farbänderungen der Papierbahn während der Herstellung durch Steuerung der Farbstoffmenge.
Das Tönen oder Färben von Papier mit Hilfe von Färbemitteln, hier allgemein "Farbstoffe" genannt, um die endgültige Farbe eines Produkts festzulegen, ist seit vielen Jahren beim Betrieb von Papiermaschinen 100 üblich, siehe 1. Die tatsächliche Farbe des Blattes oder der Bahn wird bestimmt durch Messung des Reflexionsspektrums der Bahn beim Durchlaufen des Herstellungsprozesses. Die Messung kann zum Beispiel mit einem Online-Spektrometer 101 erfolgen, welches das Reflexionsspektrums der Bahn misst, wobei die Messungen normalerweise nahe dem Ende des Prozesses vorgenommen werden, an einem Punkt 102, an dem das Produkt nahezu fertig ist. Farbstoffe können in verschiedenen Stadien des Papierherstellungsprozesses zugegeben werden, um einen gewünschten Farbton zu erhalten. Für einen sehr intensiven Farbton kann Farbstoff einem Mischbehälter 104 als Teil der Grundladung zugegeben werden, um eine höhere Konzentration des Farbstoffs auf den Papierfasern zu ermöglichen. Dies wird Grundbeladung genannt. Farbstoffe können auch fast überall vor dem Einlass in die Gebläsepumpe 106 zugegeben werden, zur Feineinstellung oder zum Ausgleich von Farbstörungen. Dies wird Farbnachstellung genannt. Während sich das Papier auf einem Langsieb 108 bildet, können Färbemittel auf einer Filzseite 108A und/oder einer Siebseite 108B des Papiers aufgebracht werden. Färbemittel können auch an einer Leimpresse 110 oder in Beschichtungsmaterialien zugegeben werden. Die Abstände zwischen den Farbstoffzugabepunkten und dem Farbsensor variieren je nach den Punkten der Farbstoffzugabe. Die Verzögerungszeiten sind ebenfalls abhängig von Eigenschaften der für die Zugabe des Farbstoffs verwendeten Vorrichtung, wobei die Zeiten üblicherweise in der Größenordnung von bis zu einigen Minuten liegen, um mehrere Größenordnungen länger als die Prozesszeitkonstante.
Die Papiermaschine arbeitet weiter, während die Farbänderungen vorgenommen werden, so dass der Bahnabschnitt des Blattmaterials, der während einer Farbänderung hergestellt wird, weder den Vorgaben für das ursprünglich hergestellte Farbpapier noch dem neuen Farbpapier, auf das der Prozess umgestellt wird, entspricht. Dieser nicht den Vorgaben entsprechende Bahnabschnitt, Farbausschuss genannt, wird für die frühen Herstellungsstadien wiederaufbereitet. Da Farbausschuss und seine Wiederaufbereitung sehr kostspielig sind, werden die Herstellungskosten von gefärbtem Papier durch Verkürzungen der Farbwechselzeiten gesenkt, möglicherweise sogar erheblich gesenkt.
Während der normalen Herstellung wird häufig eine automatische Steuerung verwendet, um gewünschte Sollfarben beizubehalten. Mehrfachfarbstoffe mit einander ergänzenden Eigenschaften werden mit einer automatischen Steuerung geregelt, um die Sollfarben des Endprodukts innerhalb der Vorgabegrenzen zu erreichen. Während der Änderungen der Farbe oder des Farbtons des Produkts kann ein Bediener manuell Änderungen an jedem Farbstoffstromregler vornehmen, bis die neuen Produktvorgaben erfüllt sind. Wegen der langen Verzögerung von der Farbstoffzugabe bis zum Farbsensor und einer großen Zeitverschiebung aufgrund der Rückführung von Grundprodukt und Wasser 112 am ersten Bildungsabschnitt der Papiermaschine kann es recht viel Zeit in Anspruch nehmen, bis die Farbänderungen abgeschlossen sind. Farbänderungszeiten von 40 Minuten bis zu über 60 Minuten sind durchaus üblich, wenn die Farbänderung von Produktionsbedienern von Hand durchgeführt wird.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Spektralreflexion eines Materials wie z.B. einer Papierbahn wird im US-Patent Nr. 6,052,194 beschrieben. In dem Patent '194 wird ein Vergleich vorgenommen zwischen den Sollreflexionswerten und den gemessenen Reflexionswerten in zahlreichen Wellenlängenbändern im sichtbaren Spektrum. Der Vergleich quantifiziert Fehler, die durch einen nichtlinearen Vorgang, z.B. Erhebung ins Quadrat, modifiziert und dann addiert werden. Die sich ergebende Summe wird minimiert durch individuelle Einstellung der Zugabe einer Anzahl von Färbemitteln zum Bahnprozess. Die Anzahl der Wellenlängenbänder wird größer gewählt als die Anzahl der Färbemittel, um metamerische Effekte zu verhindern.
Zwar veranschaulicht das Patent '194 eine Farbänderungstechnik, jedoch werden weitere Farbänderungsanordnungen benötigt, um Alternativen zu bieten und den Stand der Technik weiterzuentwickeln. Vorzugsweise verringert eine solche Anordnung nicht nur die für die Farbänderungen benötigte Zeit, sondern erlaubt auch eine verbesserte Bestimmung der Farbstoffmengen, die für gegebene Sollfarben des von einer Papiermaschine gefertigten Papiers benötigt werden.
Die vorliegende Erfindung erfüllt jetzt diesen Bedarf, indem sie Verfahren und Vorrichtungen bereitstellt, um in einer Papiermaschine verbesserte Farbänderungen einer Papierbahn vorzunehmen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn eine Farbänderung der Bahn vorgenommen werden soll, mindestens eine aktuelle Farbstoffmenge (normalerweise eine Vielzahl von Farbstoffmengen) bestimmt und eine nominale Farbstoffmenge (oder eine entsprechende Vielzahl von Farbstoffmengen), welche für die neue Farbe der Bahn repräsentativ sind, aus einem Speicher abgerufen. Die Differenz zwischen der aktuellen Farbstoffmenge und der abgerufenen nominalen Farbstoffmenge, Δdyerate, wird in einer Reaktion einer Farbstoffmengen-Trajektorie oder -Änderung eingesetzt, welche durch folgende Gleichung definiert ist:
um die Farbstoffmenge zu ändern und dadurch die Bahnfarbe von einer ersten Farbe zu einer zweiten Farbe zu ändern. Eine verbesserte Bestimmung von Sollfarben oder nominalen Farbstoffmengen erfolgt durch die Sammlung von Historiendaten, die für Farbstoffmengen früherer Prozessherstellungen für entsprechende Produktfarben repräsentativ sind, und Kombination der Historiendaten mit den aktuellen Farbstoffmengendaten, um neue nominale Farbstoffmengen für Farben der von der Papiermaschine herzustellenden Bahn zu erhalten. Eine abgerufene nominale Farbstoffmenge und die aktuelle oder aktive Farbstoffmenge werden mit Hilfe eines Filterfaktors alpha (α) kombiniert. Der Filterfaktor α, der größer oder gleich null und kleiner oder gleich eins ist (0 ≤ α ≤ 1), bestimmt den Bruchteil der Stamm-Farbstoffmenge, die mit dem verbleibenden Bruchteil der aktiven Farbstoffmenge kombiniert wird, um die neue nominale Farbstoffmenge zu bestimmen, die als nominale Farbstoffmenge für eine gegebene Produktfarbe gespeichert wird, wie in folgender Gleichung dargestellt: NewNominalDyerate = (α) SavedNominalDyerate + (1 – α) ActiveDyeratewobei:
Die aktive Farbstoffmenge wird vorzugsweise nahe dem Anfang eines Durchlaufs einer gegebenen Farbe entnommen; sie kann jedoch an jedem Punkt des Durchlaufs entnommen werden und kann eine Sammlung von gemittelten Daten sein, um die aktive Farbstoffmenge zu erhalten, die für die Bestimmung der für eine gegebene Bahnfarbe zu speichernden neuen nominalen Farbstoffmenge verwendet wird.
Die Erfindung der vorliegenden Anmeldung geht deutlicher hervor aus der folgenden Beschreibung, den anhängenden Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen:
1 ist eine schematische Seitenansicht einer Papiermaschine, die gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben werden kann;
2 ist eine grafische Darstellung der Farbstoffmengenänderungsreaktion gemäß der vorliegenden Erfindung; und
3 ist ein Blockschaltbild für die Erzeugung der neuen Farbstoffmengenänderungsreaktion Reaktion gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird nun beschrieben mit Bezug auf Änderungen der Bahnfarbe durch Steuerung der Färbemittel- oder Farbstoffmenge für Papiermaschinen und insbesondere mit Bezug auf eine neuartige Reaktion der Farbstoffzugaben-Änderung oder -Trajektorie, welche die Zeit bis zum Erreichen einer Änderung der Bahnfarbe verkürzt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ermöglicht eine verbesserte Bestimmung nominaler Farbstoffmengen, um Sollfarben für das von der Papiermaschine hergestellte Papier schneller zu erreichen. Die Erfindung ist anwendbar auf Papiermaschinen, die farbige Papierbahnen herstellen durch Einsatz von Färbemittelzusätzen, hier allgemein "Farbstoffe" genannt, um eine endgültige Bahnfarbe zu erhalten.
Dass die Farbe einer hergestellten Papierbahn vorgegebenen Farbspezifikationen entspricht, wird erreicht durch Steuerung des Flusses des Farbstoffs, oder häufiger der Flüsse einer Vielzahl von Farbstoffen, der dem Prozess an einer Stelle, oder an einer Vielzahl von Stellen, entlang des Prozesses zugegeben wird. Der Farbstoff kann zum Beispiel am Mischbehälter 104 und fast an jeder Stelle vor dem Einlass in die Gebläsepumpe 106 zugegeben werden, auf der Filzseite 108A und/oder der Siebseite 108B des Papiers auf dem Langsieb 108 oder an der Leimpresse 110 oder in Beschichtungsmaterialien, siehe 1. Der Fluss wird dem Prozess zugegeben mit Hilfe von Dosierpumpen 111, welche den Farbstoff in verdünnter Form als Volumenstrom in den Prozess einspeisen. Zwecks geeigneter Steuerung der Produkffarbe wird der Farbstofffluss auf die Produktherstellungsmenge genormt und "Farbstoffmenge" genannt, die durch folgende Gleichung definiert ist:
(Gleichung 1) wobei
Die genormte Farbstoffmenge wird verwendet, um unter sich ändernden Prozessbedingungen eine gleichbleibende Farbsteuerung zu erhalten, und ist außerdem die Basis für den erfindungsgemäßen neuartigen Aspekt der Farbstoffmengenänderungsreaktion.
Für jede Produktfarbe wird eine nominale Farbstoffmenge berechnet durch Sammlung von Historiendaten, die repräsentativ sind für Herstellungsfarbstoffmengen früherer Prozessherstellungen für entsprechende Produktfarben. Die aktuelle oder aktive Farbstoffmenge für eine hergestellte Papierbahn entspricht im Allgemeinen der aktuellen oder aktiven Sollfarbe für eine erste Farbe, so dass die Papierbahn die gewünschten Farbvorgaben für die erste Farbe erfüllt. Nachdem jedoch eine Bahnfarbe eine Zeitlang durchgelaufen ist, führen die normalerweise im Prozess auftretenden Unterbrechungen und Änderungen zu Änderungen der Farbstoffmenge, die nötig ist, um die Bahnfarbe innerhalb der gewünschten Vorgaben zu halten, d.h. mit der Zeit wird die Farbstoffmenge abgeändert, um Prozessunterbrechungen und -änderungen auszugleichen. Wenn die Sollfarbe der Papiermaschine erheblich geändert wird, nämlich zu einer zweiten Farbe, aufgrund einer Änderung der Farbe oder des Farbtons der Papierbahn, wird die nominale Farbstoffmenge für die zweite Farbe abgerufen und mit der aktuellen Farbstoffmenge für die erste Farbe verglichen.
Die Differenz zwischen der nominalen Farbstoffmenge für die zweite Farbe und der aktuellen Farbstoffmenge für die erste Farbe, Δdyerate, wird in der Reaktion der Farbstoffmengenänderungs-Trajektorie eingesetzt, wie später noch beschrieben wird. Wenn sich die Papierbahn von der ersten Farbe zur zweiten Farbe geändert hat, d.h. wenn die Bahnfarbe die für die zweite Farbe gewünschten Vorgaben innerhalb annehmbarer Toleranzgrenzen erreicht hat, wird die aktuelle aktive Farbstoffmenge in einer Historiendatenbank gespeichert, indem die aktuelle Stamm-Farbstoffmenge oder die abgerufene nominale Farbstoffmenge und die aktive Farbstoffmenge mit Hilfe eines Filterfaktors alpha (α) kombiniert werden. Der Filterfaktor alpha, der größer oder gleich null und kleiner oder gleich eins ist (0 ≤ α ≤ 1), bestimmt den Bruchteil der Stamm-Farbstoffmenge, die mit dem verbleibenden Bruchteil der aktiven Farbstoffmenge kombiniert wird, um die neue nominale Farbstoffmenge zu bestimmen, die als nominale Farbstoffmenge für eine gegebene Produktfarbe gespeichert wird. Die resultierende neue nominale Farbstoffmenge ist also eine Berechnung der Farbstoffmenge, basierend auf der früheren Herstellung der Farbe und wird eingesetzt, wenn die Bahn von einer Farbe zur gegebenen Farbe geändert wird. NewNominalDyerate= (α) SavedNominalDyerate + (1 – α) ActiveDyerate (Gleichung 2)
Wenn eine Produktfarbe zum ersten Mal hergestellt wird, wird der Wert von α auf 0,0 gesetzt, um die gesamte aktive Farbstoffmenge als neue nominale Farbstoffmenge zu speichern und dadurch die Historiendaten für die Farbe zu starten. Ansonsten kann der Wert von α auf einen gewählten Wert gesetzt werden, zum Beispiel im Bereich von ca. 0,2 bis ca. 0,3, oder er kann dynamisch bestimmt werden aufgrund der Qualität der aktuell hergestellten Papierbahn und der Leistungsparameter der Papiermaschine. Ein Wert von α nahe 0,0 entspricht der Herstellung von hochwertigem Papier und einer ordnungsgemäß arbeitenden Papiermaschine, während ein Wert von α nahe 1,0 der Herstellung von Papier von geringerer Qualität und einer Papiermaschine, die Probleme hat oder hatte, entspricht. Die folgenden Bedingungen stellen zum Beispiel Faktoren dar, die in Betracht gezogen und summiert werden können, um den endgültigen Wert von α zu bilden, der zu verwenden ist, wenn die nominale Farbstoffmenge aktualisiert wird, d.h., α = α₁ + α₂ + α₃ + α₄ + α₅. Wenn die Bedingungen nicht vorliegen, werden die entsprechenden Komponenten α_x gleich null gesetzt. Anstelle oder zusätzlich zu diesen bespielhaften Leistungsparametern können andere Maschinenbedingungen und/oder Papiereigenschaften bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Es wird derzeit angenommen, dass die neue nominale Farbstoffmenge, die als nominale Farbstoffmenge für jede Farbe zu speichern ist, auf der aktuellen Farbstoffmenge basieren sollte, wenn die Papiermaschine eine Farbänderung zu der jeweiligen Farbe erreicht hat, wie weiter oben beschrieben. Dies kann auf Daten basieren, die man erhält, sobald die Papierbahn den Farbvorgaben für die neue Farbe entspricht, wie es zur Zeit bevorzugt wird, oder nachdem die Daten für einen begrenzten Zeitraum gesammelt und gemittelt wurden. Es wird für besser gehalten, Farbstoffmengendaten zu verwenden, die zu einem frühen Zeitpunkt bei der Herstellung einer Bahn mit einer gegebenen Farbe genommen wurden, da diese Daten repräsentativer für die Dynamik der Papiermaschine bei einer Farbänderung sind als Farbstoffmengendaten, die zu einem späteren Zeitpunkt in einem laufenden Durchlauf einer Bahn mit einer gegebenen Farbe erfasst werden, zum Beispiel, wenn die Farbe erneut geändert werden soll, da die Farbstoffmenge zu diesen späteren Zeitpunkten in einem Durchlauf während des Durchlaufs eingestellt wurde, um Unterbrechungen und Änderungen im Prozess, die natürlicherweise während des Durchlaufs auftreten, zu berücksichtigen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von Farbstoffmengendaten, die zu Beginn eines Durchlaufs erfasst wurden, begrenzt und kann auf Daten, die zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Durchlaufs erfasst wurden, angewendet werden.
Für eine Farbänderung auf einer Papiermaschine wird die aktuelle oder aktive Farbstoffmenge verglichen mit der neuen nominalen Farbstoffmenge des Produkts, die abgerufen wird und zur Berechnung der für die Herstellung der neuen Farbe der Papierbahn benötigten Farbstoffmenge dient. Diese Änderung der Farbstoffmenge, Δdyerate, wird als Eingabe für die erfindungsgemäße Reaktion der Farbstoffmengen-Trajektorie oder -Änderung verwendet. Die Reaktion der Farbstoffmengenänderung wird zur aktiven Farbstoffmenge hinzuaddiert, wenn eine Farbänderung des Produkts gewünscht wird. Man beachte, dass die Farbstoffmengenänderungsreaktion auf alle Farbänderungen anwendbar ist, gleichgültig, ob der aktuelle Farbstoff dieselbe Farbe (Reflexionseigenschaft) wie der für die Farbe, zu der geändert wird, benötigte Farbstoff hat oder nicht. In jedem Fall wird die Reaktion zur vorhandenen Farbstoffmenge hinzuaddiert. In Fällen, in denen der Farbstoff für die alte und die neue Farbe derselbe ist, ist die Verwendung der aktiven Farbstoffmenge intuitiv einleuchtend. Aber sogar in Fällen, in denen der Farbstoff für die neue Farbe nicht für die alte Farbe eingesetzt wird, ist eine Änderung vom aktiven Farbstoff für eine ähnliche Farbe noch günstig und wird in der vorliegenden Patentanmeldung eingesetzt. Natürlich ist in einigen Fällen auch eine aktuelle Farbstoffmenge von null möglich, zum Beispiel beim ersten Anfahren oder wenn eine Farbänderung von einer ungefärbten Papierbahn ausgehend vorgenommen wird. Die Farbstoffmengenänderungsreaktion ChgDyeRate wird durch folgende Schrittreaktionsgleichung definiert:
(Gleichung 3)
Die Farbstoffmengenänderungsreaktion ist ähnlich einer Reaktion der Voreilung/Nacheilung (τ₁/τ₂), die in Gleichung 4 angegeben ist. Die Farbstoffmengenänderungsreaktion unterscheidet sich von einer herkömmlichen Reaktion der Voreilung/Nacheilung dadurch, dass eine erste Verzögerung (T_d1) zur ersten Schrittreaktion hinzuaddiert wird und eine zweite Verzögerung (T_d2) zur gefilterten Reaktion (τ₁) hinzuaddiert wird, bevor die Farbstoffmenge wieder auf den endgültigen Wert ihres stabilen Zustands ausgeregelt wird. 2 zeigt ein Beispiel einer Farbstoffmengenänderungsreaktion 130. Man beachte, dass die Farbstoffmengenänderungsreaktion 130 eine Erhöhung der Farbstoffmenge bewirkt. Es dürfte ersichtlich sein, dass eine um die X-Achse gespiegelte ähnliche Reaktion, d.h. ein Abwärtsschritt in der Farbstoffmenge, für eine Verringerung der Farbstoffmenge verwendet wird.
(Gleichung 4)
3 zeigt ein Blockschaltbild für die Erzeugung der Reaktion der neuen Farbstoffmengenänderung, das in einem Steuergerät 150 implementiert ist. Das Steuergerät 150 ist vorzugsweise das Steuergerät für die Papiermaschine 100, kann jedoch auch ein separates Steuergerät sein, das mit dem Steuergerät für die Papiermaschine 100 gekoppelt ist. Das Blockschaltbild von 3 veranschaulicht eine Ausführung der Farbstoffmengenänderungsreaktion für einen Farbstoff und wird für mehrere Farbstoffe in einer tatsächlichen praktischen Ausführung vervielfältigt, wie für den Fachmann offensichtlich ist. Für mehrere Farbstoffe können die Parameter τ₁, τ₂, T_d1 und T_d2 für jeden Farbstoff einzeln gewählt werden, um eine gewünschte Reaktion zu erhalten.
Die Verzögerung T_d1 wird zur Koordinierung der Farbstoffmengenänderung für jeden Farbstoff verwendet, um sicherzustellen, dass die anfänglichen Wirkungen aller Farbstoffmengenänderungen die Farbabtastmessung im Wesentlichen gleichzeitig erreichen. Diese Koordinierung ist nötig, weil eine Vielzahl von Farbstoffen an verschiedenen körperlichen Stellen entlang des Prozesses zugegeben werden kann. Zu den typischen Farbstoffzugabepunkten gehören der Maschinenbehälter 114, die Gebläsepumpe 106, die Filzseite 108A oder die Siebseite 108B des Langsiebs oder die Leimpresse 110. Typische Werte für T_d1 liegen in der Größenordnung von ca. 1 Minute bis ca. 2 Minuten für die Koordinierung der Farbstoffzugabepunkte Gebläsepumpe 106 und Leimpresse 110. Falls alle Farbstoffe am selben Zugabepunkt zugegeben werden, wird T_d1 gleich null gesetzt.
Je nach der dynamischen Reaktion der jeweiligen Maschine können die tatsächlichen Farbstoffmengenveränderungen über diejenigen Werte hinausgehen, die von den abgerufenen nominalen Farbstoffmengen für einen Zeitraum vorgegeben sind, bevor sie wieder auf die gewünschten endgültigen Werte ihres stabilen Zustands ausgeregelt werden. Dieses Übersteuern der Farbstoffmengen wird "Boosting" genannt und bringt die Papierbahn schneller auf die neue Farbe als es sonst geschehen würde. Es dürfte ersichtlich sein, dass das Boosting bei Farbstoffmengenzunahmen zu einer positiven Übersteuerung und bei Farbstoffmengenabnahmen zu einer negativen Übersteuerung führt. Das Verhältnis von τ₁ zu τ₂, τ₁/τ₂, bestimmt die Größenordnung dieses Farbstoffmengen-Boostings, und dieses Verhältnis ist normalerweise größer als eins, d.h. es soll eher eine Beschleunigung als eine Verzögerung stattfinden. Daher:
(Gleichung 5)
Die Zeitkonstante τ₁ ist die Reaktionszeit ab einer Änderung der Farbstoffmenge auf ca. 63 % der resultierenden endgültigen Änderung der Papierfarbe. Die Zeitkonstante τ₁ wird bestimmt mit Hilfe einer Farbstoffmengen-Stoßprüfung auf der Papiermaschine 100, während andere Papiermaschinensteuerungen und Papierblatteigenschaften konstant gehalten werden. Typische Werte für die Zeitkonstante τ₁ liegen im Bereich von ca. 60 Sekunden bis ca. 120 Sekunden. Die Zeitkonstante τ₂ ist die gewünschte Reaktionszeit bis zur Erzielung von ca. 63 % einer endgültigen Änderung der Papierfarbe. Der Wert von τ₂ sollte kleiner als der von τ₁ sein, um eine schnellere Änderungsrate zu erreichen als mit einer einheitlichen Schrittänderung der Farbstoffmenge erreicht würde. Typische Werte für τ₂ für eine Erhöhung der Farbstoffmenge liegen im Bereich von ca. 30 Sekunden bis ca. 60 Sekunden.
Die Verzögerung T_d2 definiert den Zeitraum, während dem das Boosting aufrechterhalten wird, bevor man die Farbstoffmenge wieder auf den endgültigen Wert des stabilen Zustands für die Farbänderung ausregeln lässt. Die Verzögerung T_d2 wird so eingestellt, dass sie der Zeit entspricht, die es dauert, bis der Farbstoff von der Gebläsepumpe 106, einem Stoffauflaufkasten 140 und einem Siebentwässerungstank 142 zur Gebläsepumpe 106 zurückgeführt wird. Die Verzögerung T_d2 errechnet sich dynamisch aufgrund des Nasspartie-Rückführvolumens V_c, dividiert durch die aktuelle Volumenstrom-Förderleistung F_w der Gebläsepumpe, siehe Gleichung 6. Typische Werte für die Verzögerung T_d2 liegen im Bereich von ca. 10 Sekunden bis ca. 20 Sekunden für Farbstoffzugabepunkte am Maschinenbehälter oder an der Gebläsepumpe und Null für Farbstoffzugabe an der Leimpresse.
(Gleichung 6)
Die Verzögerung T_d1 wird zum Ausgleich von Farbstoffzugabepunkten, die sich an verschiedenen körperlichen Stellen entlang des Prozesses befinden, verwendet. Die Verzögerung T_d1 für Farbstoffzugabepunkte, die dem Farbsensor am nächsten sind, ist größer als die Verzögerung T_d1 für Farbstoffzugabepunkte, die weiter vom Farbsensor entfernt sind. Diese Koordinierung verhindert das Problem, das häufig bei manuell von einem Bediener vorgenommenen Farbänderungen auftritt und bei dem die Wirkungen der verschiedenen Farbstoffänderungen den Farbsensor nicht zur gleichen Zeit erreichen und deshalb bei der Bestimmung des endgültigen stabilen Zustands der Produktfarbe irreführend sein können.
Die durch das Verhältnis τ₁ dividiert durch τ₂, τ₁/τ₂, definierten Farbstoffmengenänderungsreaktionen und die Verzögerung T_d2 werden eingesetzt, um das große Rückführvolumen von Grundprodukt, Wasser und zugegebenem Farbstoff zu verringern. Bei Vornahme einer Farbänderung des Produkts verkürzt die erfindungsgemäße neue Farbstoffmengenänderungsreaktion die Zeit bis zum Erreichen der Bedingungen des stabilen Zustands für die endgültige Produktfarbe. Das Verhältnis τ₁ dividiert durch τ₂, τ₁/τ₂, definiert die auf die ursprüngliche Farbstoffmengenänderung angewandte anfängliche Verstärkung, und τ₂ kann so eingestellt werden, dass die Anforderungen an die Farbänderungszeit erfüllt sind. Die Verzögerung T_d2 kann so eingestellt werden, dass die beschleunigte Farbstoffmengenänderung während eines eingestellten Zeitraums, der auf das gesamte Nasspartie-Rückführvolumen der Papiermaschine bezogen ist, aufrechterhalten wird.
Die erfindungsgemäße Farbstoffmengenänderungsreaktion ist anwendbar, zum Beispiel: in allen Prozessen mit farbigen Flachblättern; in Fällen, in denen ein Farbstoffzugabepunkt um eine erhebliche Zeitverzögerung vom Farbmesssensor getrennt ist; in Fällen, in denen mehrere Farbstoffzugabepunkte existieren, die sich auch an verschiedenen körperlichen Stellen entlang des Prozesses befinden können; und in einem Flachblattformungsabschnitt (Nasspartie), der ein großes Rückführvolumen beinhaltet, welches schnelle Änderungen der Produktfarbe in einer wesentlichen Größenordnung behindert.
Nachdem nun die Erfindung der vorliegenden Anmeldung im Einzelnen und mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass Modifikationen und Varianten möglich sind, ohne den in den anhängenden Ansprüchen definierten Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Änderung der Farbe einer Papierbahn von einer ersten Farbe zu einer zweiten Farbe während der Herstellung dieser Bahn, wobei dieses Verfahren die folgenden Verfahrensschritte enthält: Betrieb einer Papiermaschine zur Herstellung einer Papierbahn mit dieser ersten Farbe; Bestimmung einer aktuellen Farbstoffmenge für mindestens einen Farbstoff während der Herstellung der Papierbahn mit der ersten Farbe; Abrufen einer nominalen Farbstoffmenge für mindestens einen Farbstoff zur Herstellung dieser Bahn mit der zweiten Farbe; Bestimmung einer Differenz zwischen der aktuellen Farbstoffmenge und der nominalen Farbstoffmenge; und Einsatz der zwischen der aktuellen Farbstoffmenge und der nominalen Farbstoffmenge bestehenden Differenz zur Änderung der Farbstoffmenge bei dem mindestens einen Farbstoff der zweiten Farbe von der aktuellen Farbstoffmenge zur nominalen Farbstoffmenge zwecks Änderung der Papierfarbe von der ersten Farbe zur zweiten Farbe.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei dieser mindestens eine Farbstoff, bei dem die aktuelle Farbstoffmenge während der Herstellung der Papierbahn mit der ersten Farbe bestimmt wird, und dieser mindestens eine Farbstoff, der für die Herstellung der Bahn mit der zweiten Farbe eingesetzt wird, ein und derselbe Farbstoff sind.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem eine Vielzahl von Farbstoffen eingesetzt wird, wobei dieser mindestens eine Farbstoff, bei dem die aktuelle Farbstoffmenge während der Herstellung der Papierbahn mit der ersten Farbe bestimmt wird, zur Herstellung dieser Papierbahn mit dieser ersten Farbe eingesetzt wird und wobei gilt: der Verfahrensschritt der Bestimmung einer aktuellen Farbstoffmenge enthält den Verfahrensschritt der Bestimmung einer aktuellen Farbstoffmenge für jeden Farbstoff aus der genannten Vielzahl von Farbstoffen für die erste Farbe; der Verfahrensschritt des Abrufens einer nominalen Farbstoffmenge enthält den Verfahrensschritt des Abrufens einer nominalen Farbstoffmenge für jeden Farbstoff aus der genannten Vielzahl von Farbstoffen für die zweite Farbe; der Verfahrensschritt der Bestimmung der zwischen der aktuellen Farbstoffmenge und der nominalen Farbstoffmenge bestehenden Differenz enthält den Verfahrensschritt der Bestimmung der zwischen den aktuellen Farbstoffmengen und nominalen Farbstoffmengen bestehenden jeweiligen Differenzen für die zweite Farbe; und der Verfahrensschritt des Einsatzes dieser Differenz zur Änderung der Farbstoffmenge von der aktuellen Farbstoffmenge zur nominalen Farbstoffmenge enthält den Verfahrensschritt des Einsatzes dieser zwischen den aktuellen Farbstoffmengen und nominalen Farbstoffmengen für die zweite Farbe bestehenden Differenzen zwecks Änderung der Farbe der Papierbahn von der ersten Farbe zur zweiten Farbe.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei dieser mindestens eine Farbstoff, bei dem die aktuelle Farbstoffmenge während der Herstellung der Papierbahn mit der ersten Farbe bestimmt wird, zur Herstellung dieser Papierbahn mit dieser ersten Farbe eingesetzt wird und dieses Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte enthält: Abrufen einer nominalen Farbstoffmenge für diesen für die erste Farbe eingesetzten mindestens einen Farbstoff; Kombination dieser nominalen Farbstoffmenge für den für die erste Farbe eingesetzten mindestens einen Farbstoff mit der aktuellen Farbstoffmenge für den für die erste Farbe eingesetzten mindestens einen Farbstoff zur Bestimmung einer neuen nominalen Farbstoffmenge für den für die erste Farbe eingesetzten mindestens einen Farbstoff; und Abspeichern dieser neuen nominalen Farbstoffmenge als nominale Farbstoffmenge für den zur Herstellung der Papierbahn mit dieser ersten Farbe eingesetzten mindestens einen Farbstoff.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Verfahrensschritt der Kombination der nominalen Farbstoffmenge für diesen mindestens einen Farbstoff mit der aktuellen Farbstoffmenge für diesen mindestens einen Farbstoff zur Bestimmung einer neuen nominalen Farbstoffmenge den Verfahrensschritt der Lösung folgender Gleichung enthält: neue nominale Farbstoffmenge = (α)nominale Farbstoffmenge + (1 – α)aktuelle Farbstoffmenge,wobei gilt: 0 ≤ α ≤ 1.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei α auf einen ausgewählten Wert eingestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei dieser ausgewählte Wert in einem Bereich von ca. 0,2 bis ca. 0,3 eingestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei α ausgehend von der Qualität der die erste Farbe aufweisenden Papierbahn und von den Leistungsparametern der Papiermaschine berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei dieses Verfahren nach erfolgter Änderung der Farbe der Papierbahn von der ersten Farbe zur zweiten Farbe ferner folgende Verfahrensschritte enthält: Bestimmung einer aktuellen Farbstoffmenge für mindestens einen zur Herstellung der Papierbahn mit der zweiten Farbe eingesetzten Farbstoff; Kombination der nominalen Farbstoffmenge für diesen mindestens einen Farbstoff mit der aktuellen Farbstoffmenge für den zur Herstellung der Papierbahn mit der zweiten Farbe eingesetzten mindestens einen Farbstoff zur Bestimmung einer neuen nominalen Farbstoffmenge für diesen mindestens einen Farbstoff zur Herstellung der Papierbahn mit der zweiten Farbe; und Abspeichern dieser neuen nominalen Farbstoffmenge als nominale Farbstoffmenge für den mindestens einen Farbstoff zur Herstellung der Papierbahn mit der zweiten Farbe.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Verfahrensschritt der Bestimmung einer aktuellen Farbstoffmenge den Verfahrensschritt der Aufnahme von Daten enthält, die für diese aktuelle Farbstoffmenge repräsentativ sind, wobei diese Datenaufnahme nach Änderung der Farbe der Papierbahn von der ersten Farbe zur zweiten Farbe und vor Änderung der Farbe der Papierbahn von der zweiten Farbe zu einer dritten Farbe erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Verfahrensschritt der Bestimmung einer aktuellen Farbstoffmenge folgende Verfahrensschritte enthält: Sammlung von Daten, die für die aktuelle Farbstoffmenge des mindestens einen Farbstoffs repräsentativ sind, der zur Herstellung der Papierbahn mit der zweiten Farbe eingesetzt wird, in einem Zeitraum nach erfolgter Änderung der Farbe der Papierbahn von der ersten Farbe zur zweiten Farbe; und Mittlung dieser gesammelten Daten zur Bestimmung der aktuellen Farbstoffmenge.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Verfahrensschritt der Kombination der nominalen Farbstoffmenge für diesen mindestens einen Farbstoff mit der aktuellen Farbstoffmenge für den zur Herstellung der Papierbahn mit der zweiten Farbe eingesetzten mindestens einen Farbstoff zur Bestimmung einer neuen nominalen Farbstoffmenge für diesen zur Herstellung der Papierbahn mit der zweiten Farbe eingesetzten mindestens einen Farbstoff den Verfahrensschritt der Lösung folgender Gleichung enthält: neue nominale Farbstoffmenge = (α)nominale Farbstoffmenge + (1 – α)aktuelle Farbstoffmenge,wobei gilt: 0 ≤ α ≤ 1.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei α auf einen ausgewählten Wert eingestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei dieser ausgewählte Wert in einem Bereich von ca. 0,2 bis ca. 0,3 eingestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner enthaltend den Verfahrensschritt der Auswahl von α ausgehend von der Qualität der mit der ersten Farbe aktuell hergestellten Papierbahn und von den Leistungsparametern der Papiermaschine.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verfahrensschritt des Einsatzes der zwischen der aktuellen Farbstoffmenge und der nominalen Farbstoffmenge bestehenden Differenz, ∆dyerate, zur Änderung der Farbstoffmenge von der aktuellen Farbstoffmenge zur nominalen Farbstoffmenge zwecks Änderung der Farbe der Papierbahn von der ersten Farbe zur zweiten Farbe die Verwendung der folgenden Gleichung zur Bestimmung der Farbstoffmengenänderung ChgDyeRate enthält:
wobei gilt: die Zeitkonstante τ₁ ist die Reaktionszeit ab einer Änderung der Farbstoffmenge bis zu ca. 63 % der daraus resultierenden endgültigen Änderung der Papierfarbe, Zeitkonstante τ₂ ist die gewünschte Reaktionszeit bis zur Erzielung von ca. 63 % einer endgültigen Änderung der Papierfarbe, T_d1 ist eine Verzögerung für die Koordinierung der Farbstoffmengenänderung mit anderen Farbstoffmengenänderungen und T_d2 ist eine Zeitdauer für eine Boost-Funktion zur verstärkten Farbstoffmengenänderung vor Beginn der Ausregelzeit.
Vorrichtung zur Steuerung der Änderung der Farbe einer Papierbahn von einer ersten Farbe zu einer zweiten Farbe während der Herstellung dieser Papierbahn durch eine Papiermaschine, beinhaltend: ein Farbstoffzugabesystem für die Zugabe mindestens eines Farbstoffs zu einer von dieser Papiermaschine hergestellten Materialbahn; und ein Steuergerät, das auf die Durchführung folgender Abläufe programmiert ist: Bestimmung einer aktuellen Farbstoffmenge für diesen mindestens einen Farbstoff während der Herstellung der Papierbahn mit der ersten Farbe; Abrufen einer nominalen Farbstoffmenge für mindestens einen Farbstoff zur Herstellung der Papierbahn mit der zweiten Farbe; Bestimmung der Differenz zwischen der aktuellen Farbstoffmenge und der nominalen Farbstoffmenge; und Einsatz dieser zwischen der aktuellen und der nominalen Farbstoffmenge bestehenden Differenz zur Änderung der Farbstoffmenge für den für die zweite Farbe verwendeten mindestens einen Farbstoff von der aktuellen Farbstoffmenge zur nominalen Farbstoffmenge zwecks Änderung der Farbe der Papierbahn von der ersten Farbe zur zweiten Farbe.
Vorrichtung zur Steuerung der Änderung der Farbe einer Papierbahn nach Anspruch 17, wobei dieser mindestens eine Farbstoff, bei dem die aktuelle Farbstoffmenge während der Herstellung dieser Papierbahn mit dieser ersten Farbe bestimmt wird, zur Herstellung der Papierbahn mit dieser ersten Farbe eingesetzt wird und das Steuergerät ferner auf die Durchführung der folgenden Abläufe programmiert ist: Abrufen einer nominalen Farbstoffmenge für diesen für die erste Farbe eingesetzten mindestens einen Farbstoff; Kombination dieser nominalen Farbstoffmenge für den für die erste Farbe eingesetzten mindestens einen Farbstoff mit der aktuellen Farbstoffmenge für diesen für die erste Farbe eingesetzten mindestens einen Farbstoff zur Bestimmung einer neuen nominalen Farbstoffmenge für diesen für die erste Farbe eingesetzten mindestens einen Farbstoff; und Abspeichern dieser neuen nominalen Farbstoffmenge als nominale Farbstoffmenge für diesen mindestens einen Farbstoff, der zur Herstellung der Papierbahn mit dieser ersten Farbe eingesetzt wird.
Vorrichtung zur Steuerung der Änderung der Farbe einer Papierbahn nach Anspruch 17, wobei nach erfolgter Änderung der Farbe der Papierbahn von der ersten zur zweiten Farbe das Steuergerät ferner auf die Durchführung der folgenden Abläufe programmiert ist: Bestimmung einer aktuellen Farbstoffmenge für mindestens einen Farbstoff, der zur Herstellung der Papierbahn mit der zweiten Farbe eingesetzt wird; Kombination dieser nominalen Farbstoffmenge für diesen mindestens einen Farbstoff mit der aktuellen Farbstoffmenge für diesen mindestens einen Farbstoff, der zur Herstellung der Papierbahn mit der zweiten Farbe eingesetzt wird, zur Bestimmung einer neuen nominalen Farbstoffmenge für diesen mindestens einen Farbstoff zur Herstellung dieser Papierbahn mit dieser zweiten Farbe; und Abspeichern dieser neuen nominalen Farbstoffmenge als nominale Farbstoffmenge für diesen mindestens einen Farbstoff zur Herstellung dieser Papierbahn mit dieser zweiten Farbe.
Vorrichtung zur Steuerung der Änderung der Farbe einer Papierbahn von einer ersten zu einer zweiten Farbe während der Herstellung dieser Papierbahn durch eine Papiermaschine, wobei diese Vorrichtung folgendes beinhaltet: ein Farbstoffzugabesystem für die Zugabe einer Vielzahl von Farbstoffen zu einer auf dieser Papiermaschine hergestellten Materialbahn; und ein Steuergerät, das auf die Durchführung folgender Abläufe programmiert ist: Bestimmung einer aktuellen Farbstoffmenge für jeden Farbstoff aus dieser Vielzahl von Farbstoffen für die erste Farbe; Abrufen einer nominalen Farbstoffmenge für jeden Farbstoff aus dieser Vielzahl von Farbstoffen für die zweite Farbe; Bestimmung von Differenzen zwischen diesen aktuellen Farbstoffmengen und nominalen Farbstoffmengen für die zweite Farbe; und Einsatz dieser zwischen den aktuellen und nominalen Farbstoffmengen bestehenden Differenzen zur Änderung der Farbstoffmengen für diese Vielzahl von Farbstoffen für die zweite Farbe von der aktuellen Farbstoffmenge zur nominalen Farbstoffmenge zwecks Änderung der Farbe der Papierbahn von der ersten Farbe zur zweiten Farbe.