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Selbsttätige Einrichtung zum Einstellen eines gleichmäßigen Wassergehaltes
von Stoffbahnen, insbesondere in Papier- und Pappmaschinen Bei der Verwendung von
Papiermaschinen oder ähnlichen Einrichtungen zur Herstellung von in Form von Bahnen
anfallenden Stoffen ist man bemüht, unter möglichst wirtschaftlichen Bedingungen
einen Werkstoff von konstanter Kennzeichnung bezüglich des Feuchtigkeitsgehalts,
der Dicke o. dgl. zu erzeugen, woraus sich dann ein bestimmtes Gewicht der Ware
auf die Flächeneinheit ergeben soll.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige Regelvorrichtung
für derartige Maschinen, durch die der Feuchtigkeitsgrad von Stoffen von der Art
von Papierbahnen während des Herstellungsvorgangs konstant gehalten werden soll.
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In erster Linie soll die neue Regelvorrichtung in Verbindung mit Papiermaschinen
verwendet werden; sie ist aber auch für andere Maschinen ähnlicher Art brauchbar,
die dazu bestimmt sind, einen bahnförmigen Werkstoff aus breiartigen Stoffen zu
erzeugen.
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Demgemäß hat sich die Erfinderin die Aufgabe gestellt, bei Einrichtungen
der oben aufgezeigten Art die Dampfzuführung zu den Trockenzylindern vom Feuchtigkeitsgrad
der Papierbahn abhängig zu machen, und dabei die Wirkung von Druckschwankungen in
der Heizdampfleitung zu berücksichtigen. Diese Aufgabe ist bereits früher gestellt
und auch gelöst worden, wenn auch mit anderen Mitteln.
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Die von der Erfinderin gefundene Lösung besteht darin, daß das Speiserelais
des in bekannter Weise auf einen Trockendampfverteiler und/oder einen Geschwindigkeitsregler
der Maschine einwirkenden Servomotors dem gleichzeitigen Einfluß des Drucks des
die Trockner speisenden Heizdampfes und einer Vorrichtung unterworfen ist, die einen
der Feuchtigkeit der Stoffbahn verhältnisgleichen Meßwert anzeigt.
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Bei dieser Regel ist der Ausdruck gleichzeitig im Sinne einer Parallelschaltung
der beiden einwirkenden Impulse, die auf das Speiserelais wirken, zu verstehen,
im Gegensatz zu der vorbekannten Lösung dieser Aufgabe, bei der die Impulse für
sich hintereinander oder in Reihe, und zwar unmittelbar, auf die Einstellung des
Heizdampfeinlaßventils zur Einwirkung kommen.
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Der Vorteil der neuen Regelweise beruht darauf, daß die Einstellung
des Heizdampfventils nicht zwei gesonderten Reihen von
Impulsen
unterworfen werden muß, sondern daß eine einzige Reihe von Impulsen zur Wirkung
kommt, die die Resultierende der je-
weiligen Werte der beiden parallel gehenden
Einzelimpulse darstellen. Es wird hierdurch zunächst der Vorteil erreicht, daß man
zwei; Regelungen durch eine einzige ersetzt, was unter anderem die Gefahr der Überregelung
vermindert und die Gleichförmigkeit und Stetigkeit des Ganges der Anlage verbessert.
Indem die Kombination der beiden Impulse in dem dem Servomotor das Druckmittel zuführenden
Relais zur Wirkung kommt, wird der weitere Vorteil erreicht, daß diese Wirkung sich
auf ein außerordentlich empfindliches Organ, wie es eben das Relais darstellt, auswirkt,
im Gegensatz zu dem Servomotor selbst, der bekanntlich ein erhebliches Trägheitsmoment
aufweist.
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In Fortbildung dieser Regel kann zweckmäßig die weitere Anordnung
getroffen werden, daß der Servomotor die Stellung eines Verteilungsventils für das
Papierstoffverdünnungswasser regelt.
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Bei einer bevorzugten "Ausführungsform der neuen Regelvorrichtung
unter Verwendung eines Hilfsflüssigkeitsrelais bekannter Art, bei dem ein eine Prallplatte
tragender Hebel den Ausfluß der Hilfsflüssigkeit aus einer mit dem Zylinder des
Servomotors verbundenen Rohrleitung drosselt, soll nach der Erfindung der Drosselhebel
den gemeinsam wirkenden Impulsen des Druckes in der Trockendampfzuleitung unter
Einschaltung eines Balgens o. dgl. und der wechselnden Ausbauchungen der Papierbahn
unter der Belastung durch eine Meßrolle unter Vermittlung eines den Drosselhebel
und die Meßrolle verbindenden Übertragungsgestänges unterworfen sein. Es ergibt
sich hieraus eine ebenso empfindliche wie einfache Einrichtung, indem man unter
sehr günstigen Bedingungen zur Regelung ein bereits vorhandenes Steuerglied benutzt.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbei.spiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigen Abb. z als erste Ausführungsform in schematischer Darstellung
eine Trocknungsanlage für Papierbahnen mit einem Regler bekannter Art mit einer
Hilfsflüssigkeit, wobei dieser Regler, gleichzeitig von dem Druck in dem Trocknungsdampfbehälter
und von der Spannung der Trockenheit der Papierbahn während der Trocknung beeinflußt,
den Zulaß des Trocknungsdampfes zu den Zylindern regelt; Abb.2 in schematischer
Darstellung einen Regler ähnlicher Art, der gleichzeitig je einen Impuls von dem
Trockenheitszustand der Papierbahn und von dem Druck in der Speisedampfleitung der
Trocknungsanlage empfängt, jedoch die Geschwindigkeit der Maschine regelt; Abb.
3 eine dritte Anlage zum Trocknen von .Papierbahnen mit einem Regler gleicher Art,
der so eingerichtet ist, .er zugleich von dem Druck der Speisenpfleitung sowie von
dem Trocknungsgrad der trocknenden Papierbahn be@einflluBt wird und der auf den
Zulaß des Dampfes zu den Zylindern, auf den Umlauf der Maschine und auf die Verdünnung
des Papierstoffes einwirkt.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. r läuft die bereits teilweise getrocknete
Papierbahn C über zwei Trockenzylinder A und B. Die Zylinder A und
B werden aus einer Hauptdampfleitung D gespeist, und zwar mittels der Zweigleitungen
dl und d2. Die Speiseleitung D weist vor den Zweigleitungen dl und d2 ein Ventil
E auf, dessen Öffnungs- und Schließbewegungen beispielsweise von einem Steuerhebel
F gesteuert werden, der bei f an dem Ventilgehäuse angelenkt ist und an dem bei
e1 die Ventilspindel e des Ventils E angreift. Ein Arm des Steuerhebels F trägt
ein Gegengewicht f1, während das andere Ende f'= gemäß der Erfindung mittels einer
Zugkette g mit dem Kolben G eines hydraulischen Servomotors G, H von bekannter Anordnung
verbunden ist, in dem die Verschiebungen des Kolbens durch die Änderungen des Druckes
einer Hilfsflüssigkeit veranlaßt werden. Diese befindet sich in dem Rohr i, dessen
Ende il in dem Zylinder H einmündet, während das andere Ende in ein Mundstück i2
ausläuft, aus dem die durch ein Leitungsrohr k zugeführte, zur Speisung des Zylinders
des Servomotors H bestimmte Flüssigkeit stetig ausströmt. Dieses Ausströmen der
Flüssigkeit wird in bekannter Weise mehr oder weniger durch eine Prallplatte j gedrosselt,
die der Öffnung des Mundstücks i2 gegenübersteht. Die Prallplatte j ist am freien
Ende des Hebels f befestigt, der um eine Schneide j1 schwingen kann und mit einer
Gegenfeder l belastet ist.
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Nach der Erfindung werden die die Öffnung des Ventils E regelnden
V erschieburigen des Kolbens G einerseits bestimmt durch die Veränderungen - des
Dampfdrucks in der SpeisedampfleitungD und anderseits durch die Schwankungen der
Spannung der Papierbahn C in dem Augenblick, wo sie zwischen den Trockenzylindern
A und B hindurchgeht, wobei diese Schwankungen selbst Funktion des Trockenheitsgrades
der Papierbahn an dieser Stelle sind.
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Zu diesem Zweck werden zunächst die von dein Dampfdruck in der Speiseleitung
D herrührenden Impulse in bekannter Weise auf den Drosselhebel f, j, j1 durch eine
Rohrleitung in übertragen, deren eines Ende in die Speiseleitung D einmündet, während
das andere Ende sich nach einer Kammer ml öffnet,
in der ein Balgen
nag angeordnet ist. Das Ausdehnen und Zusammendrücken dieses Balgens verschiebt
in derselben Richtung eine Stange in-, deren freies Ende sich gegen den Drosselliebel
J abstützt. Einem gegebenen Druck der Feder L muß unter sonst gleichen Bedingungen
ein bestimmter Druck in der Speisedampfleitung entsprechen. Es ist ohne weiteres
ersichtlich, daß alle Änderungen des Dampfdruckes in der Speiseleitung D einen Impuls
ergeben, der auf den Drosselhebel J durch die Glieder in , nil, m2,
m3 übertragen wird. Anderseits veranlaßt jede Schwingung des Hebels J eine Druckänderung
in dem Rohr i und in dem Zylinder H des Servomotors und infolgedessen eine Verstellung
des Kolbens G, woraus sich eine entsprechende Einstellung des Dampfzulaßventils
E für den Trocknungsdampf in den Zylindern A und B ergibt.
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Was nun die von dem Trocknungsgrad herrührenden Impulse betrifft,
so werden diese in bekannter Weise durch Ändern der Spannung der Papierbahn C zwischen
zwei in der Maschine entsprechend ausgewählten Zylindern A und B, also durch Ändern
der Ausbauchung dieser Papierbahn, geliefert, die sie unter der Wirkung einer konstanten
Belastung, beispielsweise unter dem Druck oder dem Gewicht einer Meßrolle, annimmt.
Diese Einrichtung kann in bekannter Weise aus einer MeßrolleN bestehen, die einen
bestimmten Belastungsdruck auf die Papierbahn C ausübt und deren Drehzapfen n mittels
Schienen iah und Kurbeln n2 mit einer Welle 0 verbunden sind, die in festen Lagerstellen
o schwingbar gelagert ist.
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Nach der Erfindung werden die Änderungen der Ausbauchung der Papierbahn
C und somit. die sich daraus ergebenden Schwingungen der Welle 0 auf den Drosselhebel
J des hydraulischen Reglers durch ein Gestänge übertragen, das von einem auf der
Welle O befestigten, mit Gegengewichten p und p1 belasteten Steuerhebel P gebildet
wird, an dem das eine Ende einer Feder q befestigt ist, dessen anderes Ende an dem
Drosselhebel J angreift.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß ein bestimmter- Druck der Rolle
N und eine bestimmte Spannung der Feder q bei sonst gleichen Verhältnissen einer
bestimmten Stelhing des DrosselhebelsJ entsprechen. Infolgedessen muß bei sonst
gleichen Verhältnissen jeder Veränderung der Ausbauchying und der durch sie angezeigten
Änderung des Trockenheitsgrades der Papierbahn C ein Ausschlag des Drosselhebels
J entsprechen, woraus sich eine Änderung des hydraulischen Druckes in der Leitung
i und in dem Zylinder H des Servomotors sowie Schließlich eine Einstellung
des Kolbens G ergibt, die ihrerseits eine Einstellung des Einlaßventils E für den
Trockendampf der Trockenzylinder A und B
hervorruft.
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Zusammenfassend ist zu sagen, daß durch diese Vorrichtung die Regelung
des Troch nungsmittelzulasses dauernd verläuft unter dem kombinierten Einfluß der
Druckänderungen des Trocknungsmittels in der Speiseleitung, beispielsweise infolge
Änderungen der Dampfkondensation in den Zylindern gemäß dem hygrometrischen Zustand,
in dem die Papierbahn dort anlangt, und der Veränderungen der Vorschubgeschwindigkeit
der Papierbahn oder der Veränderungen des Trockenheitsgrades dieser Papierbahn,
nachdem sie über eine gewisse Zahl von Trockenzylindern gelaufen ist.
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Der Vorteil einer solchen kombinierten Regelvorrichtung ist ohne weiteres
zu erkennen.
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Wenn beispielsweise die Papierbahn zu trocken in die Trocknungsanlage
gelangt, verstärkt, bevor dieser Mangel seinen Einfluß auf die Spannung der Papierbahn
ausüben kann, wobei der Druck in der Speisedampfleitung infolge der stärkeren Dampfkondensation
in den stärker abgekühlten Trockenzylindern absinken würde, die Vorrichtung selbsttätig
und unmittelbar den Dampfzulaß, um den Dampfdruck aufrechtzuerhalten. Trotz dieser
zusätzlichen Trocknung vergrößert sich die Ausbauchung der Papierbahn ein wenig,
auch wird, wenn die Papierbahn an die Meßrolle gelangt, der Dampfdruck von neuem
selbsttätig bis auf einen neuen Wert geregelt, der das Verdampfen des Wasserüberschusses
ermöglicht.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb. z ist genau wie bei dem vorbeschriebenen
Beispiel der Regler dem Einfluß der Veränderungen des Dampfdruckes in der Speiseleitung
D unterworfen, wobei die Impulse wie bei dein früheren Ausführungsbeispiel durch
das Rohr zfi der Kammernil des Balgens m2 zugeführt werden, der durch die Stange
m3 auf den Drosselhebel J einwirkt.
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Die von dem Trockenheitsgrad oder der Spannung der Papierbahn C herrührenden
Impulse werden unter der Mitwirkung der Meßrolle N auf den Drosselhebel J des Servomotors
durch ein Gestänge übertragen, zu dem eine Feder q gehört, die mit dem einen Ende
an dem Hebel J, mit dem anderen Ende an einen Steuerhebel P angreift, der bei 0
gelagert ist und dessen anderer gegabelter Arm die Drehzapfen n der Rolle
N trägt. Hier ist also die Anordnung des Empfängers der Trockenheitsimpulse
vollständig gleichartig mit denen nach Abb. i.
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Was den Kolben des Servomotors betrifft, so ist er bei dieser Ausführungsform
niit
einer Einrichtung verbunden, die die Umlaufgeschwindigkeit
der Maschine beeinflußt; beispielsweise mit einem Rheostaten .K. Zu diesem "Zweck
ist auf die Welle der Kurbel r1 des Rheostaten eine Rolle r aufgekeilt, über die
ein Drahts läuft, dessen eines Ende ein Gegengewicht r2 trägt und dessen anderes
Ende an der Kolbenstange G des Servomotors befestigt ist. Es ist ohne weiteres verständlich,
daß allen Änderungen des einen oder des anderen Faktors, die auf den Regler einwirken,
beispielsweise des Dampfdruckes oder der Spannung des Papiers, eine Veränderung
der Einstellung des Kolbens G und demgemäß eine Änderung der Stellung der Kurbel
r1 des Rheostaten entsprechen, woraus sich eine Änderung der Laufgeschwindigkeit
der Maschine ergibt.
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Bei dieser Ausführungsforrne.ist es, um eine Überregelung der Geschwindigkeit
der Maschine nach beiden Seiten der optimalen Einstellung zu verhindern, zweckmäßig,
die Einstellungsbewegungen des Relaishebels mittels einer geeigneten Vorrichtung
abzubremsen. Zu diesem Zweck ist der Drosselhebel J mit dem Kolben G des Servomotors
durch ein Getriebe verbunden, das aus einer Zugfeder t besteht, die an einen über
eine Rolle t2 laufenden Draht t1 angehängt ist, der an der Kolbenstange G des Servomotors
befestigt ist.
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Es ergibt sich, daß allen Einstellungen des Kolbens G entsprechende
Einstellungen der Prallpfatte j entgegenwirken, wodurch das Ausfließen der Hilfsflüssigkeit
aus dem Rohr des Relais gedrosselt wird. Also jedesmal, wenn der Kolben des Servomotors
unter der Wirkung einer Druckänderung in der Leitung i und dem Zylinder
H das Bestreben hat, sich in der einen Richtung zu verschieben und den Rheostaten
der Maschine mitzunehmen, wirkt die Korrekturvorrichtung t, t1, t2 auf eine Veränderung
im umgekehrten Sinne des Druckes in dieser Leitung i und dem Zylinder H hin, woraus
sich eine fortschreitende Verminderung der Kraft ergibt, die den Kolben im Sinn
der gAvünschten Regelung antreibt, die durch die Arbeitsbedingungen der Trockenanlagen
erforderlich wird, also eine Verminderung des Ausschlags der Schwankungen der eingeregelten
Geschwindigkeit der Maschine beiderseits ihres optimalen Wertes.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 ist der Regler so eingerichtet,
daß @er genau wie bei Abb. i zugleich durch den Druck in der SpeisedampfleitungD
und durch den Trockenheitsgrad der Papierbahn C beeinflußt wird. Die Mittel, die
verwendet werden, um beide Arten von Impulsen auf den Regler zu übertragen, sind
ebenfalls entsprechend den in der ersten Ausführungsform gezeigten. Es finden sich
hier wieder eine Leitung m, die den Druck in der Speiseleitung D auf den Balgen
nag des Reglers überträgt, und eine Rolle N, die die Papierbahn C in einem geeignet
gewählten Punkt des Abschnitts zwischen zwei Trockenzylindern A und
B belastet. Die Änderungen der Ausbuchtung dieser Papierbahn unter der Wirkung
des Gewichts der Rolle N, die den Schwankungen des Trockenheitsgrades der Papierbahn
entsprechen, werden auf den Drosselhebel J des Reglers durch eine Feder q übertragen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß Abb.3 werden jedoch die Einstellungen des Kolbens
G des Servomotors unter dem kombinierten Einfluß der Impulse des Speisedampfdruckes
und des Trockenheitszustandes der Papierbahn in einem bestimmten Zustand ihrer Herstellung
dazu verwendet, um auf mehrere Regelmittel einzuwirken, nämlich auf das Einlaßventil
E für den Trocknungsdampf, einen die Geschwindigkeit der Maschine regelnden Rheostaten
R und auf ein Ventil at zum Einlaß von Verdünnungswasser in den Vorratsbehälter
für den Stoff.
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Zu diesem Zweck ist die Stange des Kolbens G mit der Rolle r des RheostatenR
durch einen Drahts verbunden, der über eine Umlenkrolle s1 läuft und ein Gegengewicht
r2 trägt. Dieses Übertragungsmittel gestattet, auf den Rheostaten R alle Einstellung
des Kolbens G zu übertragen.
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Die Stange des Kolbens G ist ferner in an sich bekannter Weise mit
der den Zulaß des Druckmittels zu den Trockenzylindern regelnden Klappe E durch
einen Draht t verbunden, der über eine auf die Achse der Klappe E aufgekeilte Rolle
t1 läuft und ein Gegengewicht t2 trägt.
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Endlich kann man zur Steuerung des Ventils u, das der Speisepumpe
U für den Stoffbehälter Wasser zuführt, eine mit dem Kolben G starr verbundene Stange
g mit dem Ventil it beispielsweise durch einen Draht v verbinden, der über eine
Rolle v1 läuft. Diese sitzt auf derselben in festen Lagerstellen gelagerten Achse
v2 wie eine Kurvenscheibe v3. Über diese läuft ein Draht v4, der an dem Ende eines
bei y an dem Ventilgehäuse angelenkten Gewichtshebels x angreift und an dem auch
die Ventilspindel angelenkt ist.
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Diese zusätzliche Verbindung des Reglers mit der Wasserpumpe zur Verdünnung
des Papierstoffes kann nützlich sein, wenn die Gefahr besteht, daß der Verbrauch
an Trocknungsdampf trotz der bereits bewirkten Regelung der Laufgeschwindigkeit
der Maschine und des Zulasses des Trocknungsmittels abnormal wird. Wenn nämlich
für einen bestimmten Herstellungsgang dieser Verbrauch einen allzu hohen Wert annimmt,
so zeigt dies an, daß der Papierstoff zu naß ist
und es daher notwendig
ist, seine Dichte zu erhöhen; wenn im Gegenteil der Verbrauch an Trockendampf abnormal
gering ist, so zeigt dies, daß der Papierstoff zu dick ist und. deshalb weiter verdünnt
werden muß. t Es ist überdies verständlich, daß der durch den Druck des Trocknungsmittels
und die Trockenheit des Papiers beeinflußte Servomotor durch geeignete Übertragungsmittel
so eingerichtet werden kann, daß er nach einem bestimmten Gesetz zugleich oder in
nacheinander auf den Zulaß des Trockenmittels, auf die Drehgeschwindigkeit der Maschine,
auf die Dichte des Papierstoffes u. dgl. wirken kann; denn es ist offensichtlich,
daß jede dieser Einwirkungsmöglichkeiten an den Bedingungen der Herstellung seine
Grenze findet. So darf die Dichte des Papierstoffes nicht einen begrenzten Wert
überschreiten, ohne daß eine schlechte Verteilung des Papierstoffes auf dem ihn
den Trockenzylindern zuführenden Fließband befürchtet «-erden müßte. Was beispielsweise
den Dampfzulaß betrifft, so kann der Regler eine Vorrichtung von der Art eines zusätzlichen
Relais aufweisen, um zu verhindern, daß der Druck einen gegebenen Wert überschreitet.
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Die Anlage kann auch fir den Fall eines Reißens der Papierbahn oder
einer Stilllegung der Maschine eine Sicherheitsvorrichtung aufweisen, durch die
ein vollständiger Abschluß des Ventils bewirkt wird.
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So ist beispielsweise die Regelvorrichtung gemäß Abb. i mit einer
solchen Sicherheitsvorrichtung ausgerüstet, die aus einer von dem Steuerhebel P
getragenen Stoßstange p= besteht, die bei einer übermäßig starken Ausbuchtung der
Papierbahn unter der Belastung des Meßzylinders N dazu bestimmt ist, auf eine Verlängerung
j2 des Drosselhebels J zu treffen, woraus sich ein vollständiger Druckabfall in
dem Zylinder des Servomotors H und weiterhin ein vollkommener Abschluß des Ventils
E ergibt.