DE69710356T2

DE69710356T2 - Verfahren und vorrichtung zur erkennung von löcher und verstopften stellen

Info

Publication number: DE69710356T2
Application number: DE69710356T
Authority: DE
Inventors: Daniel Gilbert; Jean Hamel; I. Pikulik
Original assignee: Pulp and Paper Research Institute of Canada
Current assignee: FPInnovations
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2017-09-18
Also published as: US5725737A; EP0939843B1; AU4292097A; NO991188L; NO991188D0; NO317511B1; WO1998012382A1; EP0939843A1; CA2264919A1; DE69710356D1; CA2264919C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von verstopften Stellen und Löchern in einem durchlässigen Gewebe. Insbesondere betrifft die Erfindung ein On-Line-Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von verstopften Stellen und Löchern in einem durchlässigen Gewebe, während die Wasserdurchlässigkeitseigenschaften des Gewebes überwacht werden.

Hintergrund der Erfindung

Im Formbereich einer Papiermaschine wird ein flacher Strahl einer verdünnten, wäßrig-faserigen Lösung auf eine Fläche eines speziell hergestellten durchlässigen Gewebes, das sogenannte Formgewebe oder Siebtuch, oder in eine konvergierende von zwei Gewebestücken gebildete Lücke gespritzt. Der Wasseranteil in der Lösung sickert rasch durch eines oder beide der durchlässigen Gewebestückke, während eine großer Anteil der Fasern auf der Oberfläche des Gewebes verbleibt. Die nasse Bahn, die auf diese Weise gebildet wird, wird in dem Preßbereich auf Preßgewebe oder Filz und schließlich im Trockenbereich des Trockengewebes weiter entwässert. Somit hat das Gewebe die Funktion, ein schnelles Entwässern zu ermöglichen, wobei ein möglichst großer einheitlicher Anteil der Fasern der Lösung erhalten bleibt. Nur ein Bruchteil einer Sekunde steht bei modernen, schnell arbeitenden Papiermaschinen zur Entwässerung zur Verführung. Daher ist es für einen effizienten Maschinenbetrieb von Bedeutung, daß das Entwässern schnell erfolgt und die Gewebestücke fehlerfrei hergestellt und sauber sind, um gute Wasserdurchlässigkeitseigenschaften aufzuweisen.
Das Betriebswasser, das bei der Papierherstellung eingesetzt wird, enthält üblicherweise verschiedene Dispersions- und Kolloid-Klebekomponenten, die aus Holz, aufbereitetem Papier oder verschiedenen anderen zur Papierherstellung verwendeten Additiven stammen. Diese Materialien sind im allgemeinen hydrophobisch und tendieren zur Ablagerung auf Maschinenteilen, insbesondere auf dem Gewebe in den Form-, Preß- und Trockenabschnitten, was einen erschwerten Maschinenbetrieb und eine schlechte Papierqualität zur Folge hat. Diese Probleme sind insbesondere gravierend bei Maschinen zur Herstellung von Papier aus Harzholz oder aus aufbereitetem Papier, das oft Klebstoff, Latex aus der Papierbeschichtung oder andere Verunreinigungen enthält. Die Stoffe werden in dem Betriebswasser gelöst und bilden bei der Papierherstellung unerwünschte Ablagerungsstellen in der Faserung der Gewebestücke, wodurch Zwischenräume verstopft werden.
Wenn das Gewebe mit Klebematerial überdeckt ist, verringert sich die Entwässerungseffizienz des Gewebes indem Bereich der betreffenden Stelle bis zu einem Punkt, an dem die Eigenschaften des gebildeten Fasergewebes beeinträchtigt sind. Das Band, das den Formabschnitt verläßt, hat einen zu hohen Feuchtigkeitsgehalt, ist schwach und bricht leicht, wodurch ein kostspieliger Produktionsverlust entsteht. Sogar für den Fall, daß das Band nicht bricht, kann es aufgrund von Löchern, Falten oder übermäßigem Dehnen beschädigt sein, oder aber auch durch andere Mängel, welche die Qualität des Endprodukts schmälern. Um diese Probleme zu lösen, wird die Maschinengeschwindigkeit verringert und das gesamte Gewebe wird chemisch gereinigt. Dies kann zu einem kostspieligen Produktionsrückgang führen.
Unter geeigneten Bedingungen können die dispergierten, kolloidalen und gelösten organischen Komponenten in der Faserlösung gerinnen und größere Agglomerate, die sogenannten "Stickies" (Klebrige Materialablagerungen) zu bilden. Wenn sich diese klebrigen Materialablagerungen auf der Oberfläche eines Gewebes festsetzen, können sie einen Bereich der Oberfläche teilweise oder vollständig verstopfen. Typischerweise liegt der Durchmesser dieser verstopften Stellen zwischen einigen Millimetern und mehreren Zentimetern oder die verstopften Stellen sind sogar noch größer. Da durch die verstopften Stellen kein Wasser fließen kann, werden nur wenige oder gar keine Fasern in den verstopften Stellen angenommen. Somit können Löcher oder dünne Punkte in dem Blattpapier entstehen. Das Gewebe muß chemisch gereinigt werden, um diese Probleme zu lösen.
Um die Wasserdurchlässigkeit eines Gewebes auf einem tragbaren Niveau zu halten, werden die Gewebestücke kontinuierlich durch Leichtdruck-Besprenkelung und periodischer Hochdruck-Besprenkelung gereinigt. Ferner werden in manchen Anlagen die Gewebestücke während planmäßiger Stillegungen gründlich mit starken chemischen Reinigungsmitteln gereinigt. Wenn die Wasserdurchlässigkeit der Gewebestücke bis zu einem Punkt sinkt, an dem die Betriebsfähigkeit der Papiermaschine oder die Produktqualität inakzeptabel sind, wird die Maschine angehalten und das Gewebe wird mit Hilfe von stärkeren chemischen Reinigungsmitteln, wie beispielsweise ätzenden Reinigern oder organischen Lösungsmitteln, gereinigt. Derartige außerplanmäßige Stillegungen verursachen beträchtliche Produktionsverluste.
Es wäre wünschenswert den Zustand der Gewebestücke in einer Papiermaschine on-line zu überwachen, um verstopfte Stellen und Löcher zu lokalisieren. Somit könnte ein lokales präventives Reinigen erfolgen, um größere Produktionsstörungen zu vermeiden, die auf eine verminderte Wasserdurchlässigkeit des Gewebes zurückzuführen sind. Es würde hierzu eine Vorrichtung benötigt, die dazu imstande ist, den Zustand eines schnelllaufenden Gewebes während dem Betrieb einer Papiermaschine zu überwachen. Eine derartige Vorrichtung ist jedoch derzeit nicht verfügbar.
Obgleich die Löcher in dem Gewebe von einem Loch-Detektor erkannt werden könnten, gibt es keinen Sensor zum Erkennen für dünne Stellen. Daher könnte tonnenweise Papier mit einem derartigen Defekt produziert werden, ehe das Problem erkannt wird und Korrekturen, die beispielsweise mit dem Stillegen zur Reinigung des Gewebes verbunden sind, vorgenommen werden.
Die Durchlässigkeit ist eine bedeutende Performance-Eigenschaft aller Papiermaschinen-Gewebe und wird allgemein vom Hersteller angepaßt und vom Verbraucher festgelegt. Die Durchlässigkeit wird üblicherweise definiert anhand der Luftdurchlässigkeit bei einem Druckdifferential von 0,12 kPa (entsprechend dem Gewicht einer 0,5 Inch hohen Wassersäule). Kommerziell eingesetzte Instrument zum Messen der Luftdurchlässigkeit sind beispielsweise in den US-Dokument 3,762,211 und 4,401,147 beschrieben. Die Zweckmäßigkeit dieser Instrumente bei der Online-Überwachung des Zustands des in einer Papiermaschine verwendeten Gewebes bezüglich verstopfter Stellen und Löcher ist zweifelhaft.
Das zur Verbesserung der Entwässerung durch das Gewebe verwendete Druckdifferential liegt im oberen Bereich nahe bei 70 kPa, wobei dieser Wert um ein Vielfaches größer ist als der zur Messung der Luftdurchlässigkeit eines Gewebes eingesetzte Wert. Daher wird sowohl von den Herstellern als auch den Verbrauchern weitgehend erkannt, daß die Luftdurchlässigkeitsmessung eines Gewebes im besten Fall ein einfacher und ungenauer Indikator der Leistungsfähigkeit eines Gewebes ist.
Manchmal setzen Hersteller Instrumente zur Messung der Wasserdurchlässigkeit eines Maschinengewebes ein, doch diese Messungen werden im allgemeinen in Labors auf Muster neuer Filze angewandt, die an stationären Vorrichtungen angebracht werden sollen (U. S. Patente 3,577,767 und 4,385,517). Diese herkömmlichen Wasserdurchlässigkeitsinstrumente können verwendet werden, um die Durchlässigkeit neuer Gewebe oder gebrauchter Gewebe zu studieren, doch sie eignen sich nicht, um on-line Messungen der Durchlässigkeit von Papiermachinen-Gewebe durchzuführen. Keines dieser Instrumente ist dazu imstande Löcher in Formgeweben zu erkennen.
Im U. S. Patent 4,880,499 wird eine Düse verwendet, um einen Wasserstrom durch ein durchlässiges Gewebe zu leiten. Die Durchflußrate durch die Düse bei einem bestimmten Druck und in das Gewebe wird als ein Maß der Wasserdurchlässigkeit des Gewebes gemessen. Die Durchlässigkeit kann sich aufgrund einer Kompression des Gewebes oder einer Ablagerung von Pech (engl.: pitch) oder Fasern verändern. Das in dem Dokument U. S. 4,880,499 beschriebene Verfahren kann nur dazu eingesetzt werden, die Wasserdurchlässigkeit eines Gewebes in verschiedenen Stellungen in Querrichtung (engl.: cross direction, CD) zu bestimmen. Da dieses Verfahren nur langsam erfolgt, kann man während einer Maschinenschleife des Gewebes, die bei einer schnellen Papiermaschine weniger als eine Sekunde dauert, im besten Fall nur ein paar wenige Ablesungen durchführen. Ausreichend Daten können an verschiedenen Punkten in Querrichtung erzeugt werden, um die durchschnittliche CD-Gewebe-Wasserdurchlässigkeit und das CD- Durchlässigkeitsprofil zu messen. All das sind nützliche Informationen bezüglich den Gesamt-Entwässerungseigenschaften eines Gewebes. Dieses Verfahren eignet sich nicht zur Messung der Wasserdurchlässigkeit in Maschinenrichtung (engl.: machine direction, MD). Es kann weiterhin auch nicht dazu eingesetzt werden, verstopfte Stellen oder Löcher in dem Gewebe zu erkennen.
Keine der bestehenden Vorrichtungen des Standes der Technik kann dazu eingesetzt werden, bei einem sich schnell bewegenden Gewebe eine Eigenschaft zu erkennen, die auf kleine Perforationen zurückgeführt werden kann, oder darauf, daß ein sehr kleiner Bereich des Gewebes durch klebrigen Materialablagerungen verstopft ist. Ein verstopfter Bereich oder ein Loch mit einem Durchmesser von 5 mm in einem Gewebe, das sich mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s bewegt, würde beispielsweise einen Sensor mit einem Durchmesser von 5 mm in nur 0,4 Millisekunden passieren. Wenn die gesamte Messung 0,2 Sekunden dauert, stellt die Durchlässigkeitsablesung die durchschnittliche Durchlässigkeit eines ein Meter langen Gewebestreifens dar. Daher macht der 5 mm lange verstopfte Bereich oder das Loch nur 0,5% des gesamten Bereiches aus und wirkt sich auf den Wert der gemessenen Durchschnittsdurchlässigkeit nicht besonders aus.
Somit wäre es extrem wünschenswert, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu haben, die nicht nur dazu eingesetzt werden können, die durchschnittliche Wasserdurchlässigkeit und das Durchlässigkeitsprofil in Querrichtung, sondern auch das Wasserdurchlässigkeitsprofil in Maschinenrichtung eines Gewebes zu messen und verstopfte Stellen und Löcher in dem Gewebe zu erkennen.

Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen zum Erkennen von verstopften Stellen und Löchern in einem wasserdurchlässigen Gewebe in einer Papiermaschine, und insbesondere in einer Papiermaschine im Betriebszustand.
Des Weiteren ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen zum Erkennen von verstopften Stellen und Löchern in einem wasserdurchlässigen Gewebe in einer Papiermaschine, insbesondere in einer Papiermaschine im Betriebszustand, und das Wasserdurchlässigkeitsprofil des Gewebes in Maschinenrichtung zu messen.
Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen zum Erkennen von verstopften Stellen und Löchern in einem wasserdurchlässigen Gewebe einer Papiermaschine, wie beispielsweise in einem Siebtuch, Preßfilz oder Trockengewebe.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erkennen von verstopften Stellen und Löchern in einem wasserdurchlässigen Gewebe in einer Papiermaschine zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte:
i) das Verbinden der Oberfläche des durchlässigen Gewebes mit einer Düse, wobei die Düse einen Düsenkopf hat mit einer Öffnung, durch die ein Wasserstrahl von der Düse an die Oberfläche abgegeben werden kann;
ii) das Leiten eines Wasserstrahles durch die Düse und das Abgeben des Wasserstrahls außerhalb der Düsenöffnung unter Druck als Wasserstrom durch die Zwischenräume des wasserdurchlässigen Gewebes
iii) das Messen innerhalb der Düse (12) jeglicher Druckveränderung, die sich in dem Strahl entwickelt als Reaktion auf eine Unterbrechung des Wasserstroms durch die Zwischenräume und Zurückführen dieser Veränderung auf eine verstopfte Stelle oder ein Loch in dem Gewebe.
Vorzugsweise findet der Kontakt des Düse mit der wasserdurchlässigen Oberfläche des Gewebes in Schritt i) in einem Bereich des Gewebes statt, der keinen Kontakt hat mit der Zellstofflösung oder zu formenden nassen, entwässerten oder trockenen Bahn; und die Schritte ii) und iii) werden ausgeführt, während die Papiermaschine in Betrieb ist.
Der Düsenkopf in Schritt i) ist vorzugsweise glatt und hat eine abgerundete Außenfläche, die in Kontakt ist mit der Oberfläche des Gewebes, und hat keine scharfen Kanten, um ein Beschädigen des teuren Gewebematerials zu verhindern. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Papiermaschine mit einem durchlässigen laufenden Endlos-Gewebe zum Tragen einer Papierbahn und eine Vorrichtung vorgesehen zum Erkennen von verstopften Stellen und Löchern in dem durchlässigen laufenden Endlos-Gewebe, umfassend: i) ein Düsenmittel mit einer Düsenöffnung, das derart positioniert und angeordnet ist, daß es mit dem durchlässigen laufenden Gewebe in Kontakt ist, das nicht die Papierbahn trägt, und dazu dient, unter einem im wesentlichen konstanten Druck einen Wasserstrahl durch die Zwischenräume des durchlässigen laufenden Gewebes zu leiten; ii) einen Druckimpuls-Sensor, der operativ in dem Düsenmittel gelagert ist, zum Messen von Druckveränderungen, die sich in dem Strahl entwickeln als Reaktion auf Unterbrechungen des Wasserstroms durch das durchlässige laufende Gewebe.
In einer besonderen Ausführungsform wird eine Maschine zur Papierherstellung zur Verfügung gestellt mit einem Formabschnitt zum Entwässern der wässrigen Zellstofflösung, um eine nasse Bahn zu bilden, während diese in Kontakt mit einem durchlässigen laufenden Formgewebe ist, einen Preßabschnitt zum weiteren Entwässern der nassen Bahn, während diese in Kontakt mit einem durchlässigen laufenden Preßgewebe ist, um eine gepreßte Bahn zu bilden, und einen Trockenabschnitt zum Trocknen der gepreßten Bahn, während diese mit einem durchlässigen, laufenden Trockengewebe in Kontakt ist, wobei die Maschine ferner eine erfindungsgemäße, vorstehend definierte Vorrichtung umfaßt, die operativ mit zumindest einem Formgewebe, Preßgewebe oder Trockengewebe verbunden ist, derart, daß die Düsenöffnung eine Oberfläche des zumindest einen Gewebes berührt, um den Wasserstrahl durch die Zwischenräume des zumindest einen Gewebes zu führen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Zu Vereinfachungszwecken wird das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere erörtert im Hinblick auf das Erkennen von verstopften Stellen oder Löchern in einem Formgewebe einer Papiermaschine, wobei das Erkennen ebenso in einem Preßfilz oder einem Trocknergewebe vorgenommen werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Hydrodynamik des Wasserstroms durch die Düse verwendet, um die verstopften Stellen oder Löcher zu erkennen. Der druckbeaufschlagte Wasserstrahl, der durch die Düse fließt, kann nicht einfach stoppen, auch nicht für einen Bruchteil einer Millisekunde, wenn der Strahl mit einer verstopften Stelle auf dem sich schnell bewegenden Gewebe in Kontakt kommt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Wasser, das von der Düse ausgehend in Richtung der verstopften Stelle fließt, an der verstopften Stelle auftrifft und einen kurzen aber intensiven Hochdruck-Impuls auslöst. Ein schnell ansprechender dynamischer Drucksensor wurde verwendet, um den Hochdruck-Impuls zu erkennen. Für den Fall, daß eine verstopfte Stelle erkannt wurde, war das Impulssignal positiv, während das Impulssignal schwächer und negativ war, wenn ein Loch erkannt wurde.
Bei der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wurde ein Drucksensor operativ in der Düse gelagert, indem direkt in die Wasserdüse, etwa 20 mm von ihrem Ende entfernt, ein Loch gebohrt wurde. Der Druckimpuls oder die Erschütterung, die sich in dem abgegebenen Wasserstrom entwickelt, wenn dieser auf eine verstopfte Stelle auftrifft, hat Unterwasser-Schallgeschwindigkeit. Der Impuls oder die Erschütterung kann über den gesamten Wasserstrahl von dem Druckregler bis zur Düsenöffnung überwacht werden. Demgemäß kann der Drucksensor mit jeder geeigneten Stelle zwischen diesen Punkten verbunden sein. Dennoch hat sich herausgestellt man bei Anbringen des Sensors in der Düse das klarste und am wenigsten verzerrte Impulssignal erhält. Der Druckmesser muß nicht sehr genau sein, da dieser eher dazu eingesetzt wird, Druckspitzen als Druckgrößen zu erkennen.
Der erfindungsgemäße Impulssensor einer verstopften Stelle hat mehrere bedeutende Vorteile. Das Drucksignal wird unmittelbar (binnen einer Millisekunde) in dem Moment aufgenommen, in dem der Wasserstrahl aus der Düse mit einer verstopften Stelle in Kontakt kommt. Bei einer schnell laufenden Papiermaschine, macht das Formgewebe in etwa einer Sekunde eine vollständige Schleife und während dieser Zeit kann der Impulssensor mehrere hunderte von Druckimpulsen registrieren. Diese Erkenntnis ermöglichte es, nicht nur die Position in Querrichtung, sondern auch die Position in Maschinenrichtung von verstopften Stellen zu ermitteln.
Es kann eine geeignete Software eingesetzt werden, um die Durchlässigkeitsprofile in Quer- und Maschinenrichtung darzustellen und die Position in Quer- und Maschinenrichtung der verstopften Stellen anzuzeigen. Die Information über die exakte Position der verstopften Stellen in dem Gewebe kann dann verwendet werden, um an dieser Stelle eine Hochdruck-Besprenkelung oder ein chemisches Zufuhrsystem wirken zu lassen. Somit wird das Reinigen nur des verstopften Bereichs ermöglicht, wodurch die Reinigungskosten gesenkt werden und die Qualität des Endpapierproduktes erhalten bleibt, während die Lebensdauer des Gewebes verlängert wird, da die Negativwirkung des Reinigens des gesamten Oberflächenbereichs des Gewebes entfällt.
Der Impulssensor wird in ähnlicher Weise eingesetzt, um Löcher in dem Gewebe zu erkennen. In diesem Fall ist das Impulssignal jedoch gegenüber dem auftreffenden Strahl schwächer und negativ. Die Information über die exakte Position und Größe eines erkannten Loches in dem Gewebe kann sodann verwendet werden, um Korrekturen vorzunehmen. Beispielsweise können kleine Löcher mit provisorischen Flicken korrigiert werden oder wenn ein größeres Problem besteht, kann es nötig sein, das Gewebe ganz auszutauschen, um die Qualität des Endpapierproduktes sicherzustellen.
Die Abmessungen der Düse können herkömmlicherweise den im Verfahren zum Bestimmen der Wasserdurchlässigkeit des Gewebes, beschrieben im U. S. Patent 4,880,499, eingesetzten Abmessungen entsprechen. Auf diese Weise kann die gleiche Düse, die an einen Impulssensor angeschlossen ist, eingesetzt werden, um verstopfte Stellen zu erkennen und zugleich die Wasserdurchlässigkeit zu messen.
Weitere Elemente können herkömmlicherweise verwendet werden, um die Messung zu vereinfachen und um die Leistung der Vorrichtung zu verbessern. Insbesondere können die Ablesungen des Wasserdruckanzeigers, des Wasserstromreglers und des Druckimpulssignals von einer Datenverarbeitungseinheit verarbeitet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die gesamte Vorrichtung von einem Träger gestützt sein, der derart montiert ist, daß er sich in Querrichtung zum sich bewegenden Gewebe vor- und zurückbewegt, wobei eine Bestückung vorgesehen ist, die diese Bewegung derart bewirkt, daß die Düse kontinuierlich vor und zurück über das Gewebe geführt wird, um ein Durchlässigkeitsprofil in Querrichtung der Maschine und ein Erkennen von verstopften Stellen und Löchern in Querrichtung der Maschine zu erzielen.
Es kann auch ein Computer eingesetzt werden, um ein Signal zu empfangen, welches die Position der Düse in der Papiermaschine in Querrichtung anzeigt, um ein Querrichtungsprofil der Gewebedurchlässigkeit zu erzielen und die Querrichtungsposition jeder verstopften Stelle anzuzeiten. Es kann ein Sensor hinzugefügt werden, der jede Drehung des Gewebes um die Papiermaschinen-Schleife herum erkennt, und dessen Ausgabedaten können verwendet werden, um die gemessene Position des Gewebes in Maschinenrichtung zu bestimmen. Ein Ablesen eines solchen Sensors könnte dazu verwendet werden, das Durchlässigkeitsprofil und die Position der verstopften Stellen in Maschinenrichtung zu bestimmen.
Es ist ebenso empfehlenswert, die Vorrichtung an eine Quelle gefilterten Wassers anzuschließen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen von verstopften Stellen oder Löchern und zum Messen der Wasserdurchlässigkeit eines durchlässigen Gewebes;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das die erfindungsgemäße Meß- und Erkennvorrichtung zeigt;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer typischen Düse der Erfindung, die mit der Oberfläche des Gewebes in Kontakt ist;
Fig. 4, sind graphische Darstellungen der Druckimpulse zweier in einem 5 und 6 Gewebe erkannter Stellen, wobei sich das Gewebe mit einer Geschwindigkeit von 100, 400 bzw. 1200 mm/min. bewegt; und
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer Papierherstellüngsanlage mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele im Hinblick auf die Zeichnungen

Im Hinblick auf Fig. 1, hat eine Vorrichtung 10 zum Messen der Wasserdurchlässigkeit und zum Erkennen von verstopften Stellen und Löchern in einem durchlässigen Blattmaterial eine Düse 12, einen Durchflußmesser 14, einen Druckimpuls- Sensor oder Wandler 16, einen Wasserdruck-Regler 18 und einen Druckanzeiger 20.
Eine Wasserleitung 28, in welcher der Durchflußmesser 14, der Drucksensor 16, der Regler 18 und der Anzeiger 20 angeordnet sind, führt der Düse 12 einen Wasserstrahl zu.
Ein Ventil 22 und ein Filter sind ferner in der Wasserleitung oder dem Leitungsmittel 28 angeordnet.
Eine Datenverarbeitungseinheit 26 ist mit dem Durchflußmesser 14 und dem Drucksensor 16 verbunden.
In Fig. 2 ist ein Blockdiagramm dargestellt, das die Beziehung zwischen der Düse 12, dem Durchflußmesser 14, dem Drucksensor oder Wandler 16 und Elementen der Datenverarbeitungseinheit 26 der Fig. 1 zeigt. Insbesondere umfassen die in Fig. 2 dargestellten Elemente einen Komparator 40 und eine Anzeige 42, einen Impulszähler 44, eine Anzeige 46 und eine Batterie 48.
In Fig. 3 hat eine Düse 12 eine verlängerte Leitung 50 und einen Düsenkopf 52 mit einer Öffnung 54.
Der Drucksensor-Wandler 16 ist über eine Abzweigungsleitung 56, eine seitliche Verlängerung der Leitung 50, operativ in der Düse 12 gelagert.
Der Düsenkopf 52 hat eine Außenfläche 60 und eine Innenfläche 62. Die Außenfläche 60 ist glatt und abgerundet und geht kurvenförmig in die Schnittstelle 62 über.
Hier ist der rechtwinklige Kontakt des Düsenkopfs 52 mit dem Formgewebe 58 dargestellt. Die glatten abgerundeten Innen- und Außenflächen 60 und 62 sind frei von scharfen Kanten, welche Spuren auf dem Gewebe 58 hinterlassen oder dieses ernsthaft beschädigen könnten.
Im Betriebszustand der Vorrichtung 10 wird druckbeaufschlagtes Wasser der Wasserleitung 28 zugeführt und als Wasserstrahl durch die Düse 12 abgegeben. Der Druckregler 18 stellt sicher, daß der Leitung 28 und der Düse 12 ein konstanter Wasserdruck zugeführt wird.
Der Durchlußmesser 14 mißt die Wasserdurchflußrate durch die Düse 12. Die Wasserdurchlässigkeit des durchlässigen Gewebes wird anhand dieses Wasserstroms bei einem konstanten Wasserdruck gemessen. Der stromaufwärts der Düse 12 angeordnete Anzeiger 20 stellt sicher, daß der Wasserdruck an der Düse den benötigten Wert hat und immer konstant bleibt.
Das durch die Leitung 28 zugeführte Wasser kann optional in Filtern 24 gefiltert werden, um Verunreinigungen zu entfernen, welche sich auf die Arbeitsleistung der Vorrichtung auswirken könnten.
Die Düse 12 berührt die Oberfläche in einem rechten Winkel zu dieser, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist und insbesondere erstreckt sich eine zentrale Längsachse 66 der Düse 12 senkrecht zu dem Gewebe 58. Das Gewebe bewegt sich typischerweise bei einer hohen Maschinengeschwindigkeit (die Maschine ist nicht dargestellt) und die Düse 12 wird in Querrichtung des Gewebes 58 vor- und zurückbewegt.
Eine Datenverarbeitungseinheit 26 empfängt, speichert und zeigt vom Durchlußmesser 14 erhaltene Daten an als Maß der Wasserdurchlässigkeit des Formgewebes 58 und vom Drucksensor oder Wandler 16 erhaltene Daten als Erkennung einer verstopften Stelle oder eines Loches in dem Gewebe 58.
Insbesondere sind die Eigenschaften der Anzeige der beiden Parameter in Fig. 2 dargestellt.
Die Düse 12 erfüllt zwei Funktionen. Die erste Funktion besteht darin, den Strahl des druckbeaufschlagten Wassers in die Zwischenräume des Gewebes zu leiten. Das Gewebe ist für gewöhnlich aus Fäden mit geringem Durchmesser hergestellt und hat einem Mesh-Grad mit 40 Windungen pro Zentimeter (100 Windungen pro Inch). Um Reibungsschäden des schnelllaufenden Gewebes zu verhindern, sollte der Kopf der Düse 12 einen großen Außendurchmesser haben und sowohl innen als auch außen abgerundet und glatt poliert sein.
Die Wasserdurchflußrate von der Düse 12 in das Gewebe ist proportional zur Durchlässigkeit des Gewebes. Diese Proportionalität ist jedoch nicht linear. Wenn der Innendurchmesser der Düse oder dessen Öffnung zu klein ist, ist der daraus resultierende Wasserstrahl sehr klein und ein hoher Wasserdruck wird eingesetzt, um die Reibung zwischen dem Wasserstrahl und den Düsenwänden zu überwinden.
Die zweite Funktion der Düse 12 besteht darin, die Bedingungen dafür zu schaffen, daß auf das Erkennen einer verstopften Stelle zurückzuführende Druckimpulse erkannt werden. Zu diesem Zweck wird in die Seite einer Düse ein Kanal gebohrt und diese wird über eine Abzweigungsleitung 56 mit einem empfindlichen piezoelektrischen Druckdetektor 16 verbunden. Unter normalen Betriebsbedingungen ermittelt der Drucksensor 16 nur einen sehr geringen Druck, da der Großteil des Wasserdrucks in der Düse 12 in kinetische Energie des fließenden Wassers umgewandelt wird. Dennoch wird, wenn plötzlich ein verstopfter Bereich des Gewebes die Düse 12 passiert, die Säule des Wassers, das in Richtung Öffnung 54 fließt, momentan blockiert und die gesamte darin enthaltene kinetische Energie wird in einen Druckimpuls umgewandelt. Der Druck, der sich momentan in der Düse 12 bildet, kann größer sein als der Druck in der externen Wasserquelle. Diese Druckerschütterung bewegt sich durch die Wassersäule mit einer Unterwasserschall-Geschwindigkeit, insbesondere mit 1440 m/S, wo sie von dem Drucksensor ermittelt wird. Bei dieser Geschwindigkeit erfolgt die Erkennung von verstopften Stellen unmittelbar.
Ein starker Druckimpuls wird nur dann erkannt, wenn ein wesentlicher Abschnitt des Bereichs unter der Düse verstopft ist. Bereits verstopfte Stellen mit einer Größe einiger Quadratmillimeter können die Papierqualität schmälern. Um sicherzustellen, daß diese kleinen verstopften Stellen korrekt erkannt werden, wurde in einem Experiment eine Düse mit einem Innendurchmesser von 4,9 mm und einem Innenquerschnitt von etwa 19 Quadratmillimetern verwendet. Es wurde mit einer derartigen Düse ein verstopfte Stelle erkannt mit einem Durchmesser von 2,5 mm und einer Fläche von etwa 5 Quadratmillimetern. Daraus konnte geschlossen werden, daß die optimale Düsengröße eines Kompromisses bedarf besteht zwischen einer genauen Messung der Gesamt-Durchlässigkeit und der Fähigkeit, eine verstopfte Stelle zu erkennen. Im allgemeinen erfüllt eine Düse mit einem Innendurchmesser von nahezu 5 mm in ausreichendem Maße beide diese Funktionen.
Es versteht sich, daß die hier beschriebenen abgerundeten, glatten Flächen der Düse keinen vollkommenen Kreis bilden müssen, und daß der Bezug auf den Durchmesser keine Krümmung eines vollkommenen Kreises anzeigen soll. Es kann jede glatte, abgerundete Fläche eingesetzt werden, die frei ist von scharfen Ecken oder Kanten, welche bei einem Berühren Spuren auf dem durchlässigen Gewebe hinterlassen oder dieses ernsthaft beschädigen könnten. Der Hinweis auf den "Durchmesser" eignet sich, um eine gebogene Fläche und den Grad der Biegung zu definieren.
In den Fig. 4, 5 und 6 sind Druckimpulse dargestellt, die von zwei verstopften Stellen mit einem Durchmesser von 2,5 mm auf einem Formgewebe, das sich mit einer Geschwindigkeit von 100, 400 bzw. 1200 m/min. bewegt, erzeugt werden. Anhand dieser Figuren wird klar, daß die Signale deutlich von Hintergrundgeräuschen zu unterscheiden sind und daß die Intensität des Signals bei steigender Gewebegeschwindigkeit nicht beträchtlich verringert wird. Klare Druckimpulse wurden gemessen bei der höchsten von der Pilot-Maschine zu erreichenden Geschwindigkeit, nämlich bei 1830 m/min. Ein Loch in dem Formgewebe resultierte in einem geringeren und negativen Druckimpuls.
Ebenso in Fig. 7 ist schematisch eine Papierherstellungsanlage 100 dargestellt mit einem Formabschnitt 102, einem Preßabschnitt 104 und einem Trockenabschnitt 106 einer herkömmlichen Form.
Der Formabschnitt 106 umfaßt einen Gewebeauflaufkasten (engl.: head box) 108, ein Band 110, das sich um Rollen 112 bewegt; einen Saugkasten 114 und eine Trennkammer 116, die allesamt eine herkömmliche Form haben.
Der Preßabschnitt 104 umfaßt Preßrollen 118 und 120, ein Transportband 122 und Rollen 124, die allesamt eine herkömmliche Form haben.
Der Trockenabschnitt 106 umfaßt eine Trockenrolle 126 und ein Transportband 150 einer herkömmlichen Form.
In der Papierherstellungsanlage 100, werden Fasern 146 aus dem Gewebeauflaufkasten 108 an das Transportband 110 abgegeben, durch welches sie durch den Formabschnitt 102 geführt werden. Die resultierende Bahn 148 wird durch Preßrollen 118 und 120 des Pressabschnitts 104 und in den Trockenabschnitt 106 geführt.
All dies gehört zur herkömmlichen Gestaltung einer Papiermaschine.
Die Papiermaschine 100 hat ferner eine Vorrichtung 132, die der Vorrichtung 10 der zuvor beschriebenen Fig. 1 entspricht, die an einem Träger 134 befestigt ist. Eine Reinigungseinheit 136 ist operativ mit einer Steuereinheit 138 verbunden, die mit der Vorrichtung 132 verbunden ist.
Der Träger 134 ist derart befestigt, daß er sich in Querrichtung der Bahn 148 wie durch den Pfeil A gekennzeichnet vor- und zurückbewegt. Die Vorrichtung 132 und der Träger 134 sind daher mit einer unterbrochenen Linie dargestellt, um den Positionswechsel der Vorrichtung 132 in Querrichtung darzustellen.
Die Sensoren 140 ermitteln die Drehungen der Bahnschleifen 122, wobei diese Information an ein Informationsverarbeitungsmittel, wie beispielsweise einen Computer, weitergeleitet wird.
Es können ebenso ähnliche, nicht dargestellte Sensoren eingesetzt werden, um die Drehungen der Maschinenschleife der Bahn 110 zu ermitteln.
Die Bahnen 110 und 150 sind durchlässige Gewebe. In dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 132 derart angeordnet, daß sie verstopfte Stellen in der durchlässigen Gewebebahn 122 des Preßabschnitts 104 erkennt. Sie könnte jedoch ebenso dazu eingesetzt werden, verstopfte Stellen und Löcher in der durchlässigen Gewebebahn 110 des Formabschnittes 102 oder der durchlässigen Gewebebahn 150 des Trockenabschnittes 106 zu erkennen.

Claims

1. Verfahren zum Erkennen von verstopften Stellen und Löchern in einem wasserdurchlässigen Gewebe (58) in einer Papiermaschine (100) umfassend:

i) das Verbinden der Oberfläche des durchlässigen Gewebes mit einer Düse (12), wobei die Düse (12) einen Düsenkopf (52) hat mit einer Öffnung (54) zum Abgeben eines Wasserstrahles durch die Düse (12);

ii) das Leiten eines Wasserstrahles durch die Düse (12) und das Abgeben des Wasserstrahls außerhalb der Düsenöffnung (54) unter Druck als Wasserstrom durch die Zwischenräume des wasserdurchlässigen Gewebes;

iii) das Messen innerhalb der Düse (12) jeglicher Druckveränderung, die sich in dem Strahl entwickelt als Reaktion auf eine Unterbrechung des Wasserstroms durch die Zwischenräume und Zurückführen dieser Veränderung auf eine verstopfte Stelle oder ein Loch in dem Gewebe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte ii) und iii) ausgeführt werden, während die Papiermaschine (100) läuft, und das Verbinden des durchlässigen Gewebes mit der Düse in einem Bereich des Gewebes vorgenommen wird, der nicht mit einer Zellstofflösung oder einer nassen Bahn in Kontakt ist, die gerade geformt, entwässert oder getrocknet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Düse (12) eine glatte und abgerundete Außenfläche (60) hat und der Bereich der Außenfläche (60), der in Kontakt mit der Oberfläche des Gewebes ist, frei von scharfen Kanten ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Gewebe aus einem Siebtuch (110), einem Preßfilz (122) oder einem Trockengewebe (150) besteht.

5. Papiermaschine (100) mit einem durchlässigen laufenden Endlos-Gewebe (58, 110, 122, 150) zur Auflage einer Papierbahn (148) und mit einer Vorrichtung (10, 132) zum Erkennen von verstopften Stellen und Löchern in dem durchlässigen laufenden Gewebe, wobei die Vorrichtung (10, 132) umfaßt:

i) ein Düsenmittel (12) mit einer Düsenöffnung (54), das derart positioniert und angeordnet ist, daß es mit dem durchlässigen laufenden Gewebe (58, 122) in Kontakt ist, das nicht die Papierbahn (148) trägt, und dazu dient, unter einem im wesentlichen konstanten Druck einen Wasserstrahl durch die Zwischenräume des durchlässigen laufenden Gewebes zu leiten;

ii) einen Druckimpuls-Sensor (16), der operativ in dem Düsenmittel (12) gelagert ist, zum Messen von Druckveränderungen, die sich in dem Strahl entwickeln als Reaktion auf Unterbrechungen des Wasserstroms durch das durchlässige laufende Gewebe.

6. Papiermaschine nach Anspruch 5, wobei das Düsenmittel (12) eine glatte und abgerundete Außenfläche (60) hat, die im rechten Winkel mit dem durchlässigen laufenden Gewebe in Kontakt ist.

7. Papiermaschine nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Vorrichtung (10, 132) ferner ein zu dem Düsenmittel (12) führendes Wasserleitungsmittel (28) umfaßt sowie einen Durchflußmesser (14) und einen Druckregler (18), der operativ mit dem Wasserleitungsmittel (28) verbunden ist, um einen konstanten Wasserstrom durch das Düsenmittel (12) sicherzustellen, wobei der Durchflußmesser (14) die Messung der Wasserdurchlässigkeit des durchlässigen laufenden Gewebes ermöglicht.

8. Papiermaschine nach Anspruch 7, wobei die Vorrichtung (10, 132) ferner ein Informationsverarbeitungsmittel (26) enthält, das operativ mit dem Druckregler (18) und dem Durchflußmesser (14) verbunden ist, um die Daten, die von dem Druckimpuls-Sensor (16) ausgehen, aufzunehmen, zu speichern und aufzuzeichnen, und den Durchflußmesser (14) enthält, um den Nutzeffekt des Gewebes derart auszuwerten, daß angezeigt wird, ob das durchlässige laufende Gewebe eine verstopfte Stelle oder ein Loch hat.

9. Papiermaschine nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, wobei die Vorrichtung (10, 132) ferner eine Reinigungsvorrichtung (136) umfaßt, die operativ mit dem Informationsverarbeitungsmittel (26) verbunden ist, um eine gefundene verstopfte Stelle auf dem durchlässigen laufenden Gewebe zu säubern, um den Nutzeffekt des Gewebes zu steigern.

10. Papiermaschine nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, wobei die Vorrichtung (10, 132) auf einem Halter (134), der derart angeordnet ist, daß er sich in Querrichtung des durchlässigen laufenden Gewebes vor und zurück bewegt, sowie auf einem Mittel gelagert ist, das diese Bewegung derart ausführt, daß die Düsenöffnung (54) über das durchlässige laufende Gewebe vor und zurück bewegt wird, um quer über die Maschine ein Durchlässigkeitsprofil des durchlässigen laufenden Gewebes zu erstellen sowie quer über die Maschine verstopfte Stellen und Löcher des durchlässigen laufenden Gewebes zu erkennen.

11. Papiermaschine nach Anspruch 9, wobei die Vorrichtung (10, 132) auf einem Halter (134), der derart angeordnet ist, daß er sich in Querrichtung des durchlässigen laufenden Gewebes vor und zurück bewegt, sowie auf einem Mittel gelagert ist, das diese Bewegung derart ausführt, daß die Düsenöffnung (54) über das durchlässige laufende Gewebe vor und zurück bewegt wird, um quer über die Maschine ein Durchlässigkeitsprofil des durchlässigen laufenden Gewebes zu erstellen sowie quer über die Maschine verstopfte Stellen und Löcher des durchlässigen laufenden Gewebes zu erkennen.

12. Papiermaschine nach Anspruch 9 oder 11, wobei die Vorrichtung (10, 132) ferner ein Sensormittel (140, 142) umfaßt, das jede Drehung einer Maschinenschleife des durchlässigen laufenden Gewebes erkennt und eine Ausgabe hat zum Bestimmen einer gemessenen Position des durchlässigen laufenden Gewebes in Maschinenrichtung, um zusammen mit dem Informationsverarbeitungsmittel (26) die Durchlässigkeit und die Positionen von verstopften Stellen und Löchern in Maschinenrichtung zu bestimmen.

13. Papiermaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 12, ferner umfassend einen Formabschnitt (102) zum Entwässern der wässrigen Zellstofflösung, um eine nasse Bahn zu bilden, während diese in Kontakt mit einem durchlässigen laufenden Formgewebe (110) ist, einen Preßabschnitt (104) zum weiteren Entwässern der nassen Bahn, während diese in Kontakt mit einem durchlässigen laufenden Preßgewebe (122) ist, um eine gepreßte Bahn zu bilden, und einen Trockenabschnitt (106) zum Trocknen der gepreßten Bahn, während diese mit einem durchlässigen, laufenden Trockengewebe (150) in Kontakt ist, wobei die Vorrichtung (10, 132) operativ mit zumindest einem Formgewebe (110), Preßgewebe (122) oder Trockengewebe (150) verbunden ist, derart, daß die Düsenöffnung (54) eine Oberfläche des zumindest einen Gewebes berührt, um den Wasserstrahl durch die Zwischenräume des zumindest einen Gewebes zu führen.