DE69911187T2 - Verfahren zur feststellung einer irreversibelen ausdehnung und eines dynamischen elastizitätsmoduls - Google Patents

Verfahren zur feststellung einer irreversibelen ausdehnung und eines dynamischen elastizitätsmoduls Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer irreversiblen Dehnung und eines dynamischen Elastizitätsmoduls einer Papierbahn. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Steuern eines Papierherstellprozesses.
  • Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass es bei der Herstellung von Papier- und Kartonmaterial erforderlich ist, die Eigenschaften des Bahnmaterials während des Herstellprozesses zu überwachen. Für die Qualitätssteuerung stehen eine Anzahl an in der Produktionslinie oder außerhalb der Produktionslinie durchgeführten Verfahren des Standes der Technik zu Verfügung. Als ein Ergebnis einer Bestimmung der Eigenschaften des Bahnmaterials ist es möglich, verschiedene Parameter zu regulieren, die bei der Papierherstellung verwendet werden. Das Ziel des Regulierens ist ein Enderzeugnis mit optimaler Qualität und ein gutes Laufverhalten der Maschinen.
  • In der Vergangenheit wurde die Bedeutung des Querrrichtungsspannungsprofils einer Papierbahn sowohl für die Qualität des Enderzeugnisses als auch für das Laufverhalten der Maschinen erkannt. In dem finnischen Patent Nr. 94 066 der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung gibt es eine gründliche Erörterung der Bedeutung des Spannungsprofils für das glatte Laufen des Herstellprozesses und für die Qualität des Enderzeugnisses.
  • In dem finnischen Patent Nr. 80 522 der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung sind ein Verfahren und eine Anlage zum Messen der Spannung einer Bahn beschrieben. Bei dieser Lösung wird die Spannung der Bahn gemessen, indem in der Nähe der sich bewegenden Bahn eine Messrippe eingesetzt ist, die eine Fläche hat, die in der Laufrichtung der Bahn gekrümmt ist, und wobei bei der Rippe in Löchern angeordnete Druckmesserfassungseinrichtungen vorhanden sind. Ein Luftpolster ist zwischen der sich bewegenden Bahn und der gekrümmten Fläche ausgebildet, wobei bei dem Polster der Luftdruck direkt proportional zu der Spannung der Bahn ist. Die Spannung der Bahn wird indirekt gemessen, indem der Druck in dem Luftpolster gemessen wird.
  • In dem finnischen Patent Nr. 62 419 ist ein Verfahren zum Messen eines Spannungsprofils beschrieben, wobei dieses Verfahren auf die Geschwindigkeit des Ausbreitens einer ebenen Welle gegründet ist. Bei diesem Verfahren wird ein akustischer Impuls in der Bahn erzeugt und die Laufzeit des Impulses wird mittels eines Mikrophons gemessen.
  • In den US Patenten 2 755 032 und 3 057 574 sind mechanische und pneumatische Messanlagen und Regulieranlagen zum Messen des Spannungsprofils einer Bahn vorgeschlagen worden. Bei diesen Geräten wird die Bahn mittels zwei Schuhen gepresst, die eine Änderung in der Laufrichtung der Bahn erzeugen, und gleichzeitig wird eine der Spannung der Bahn direkt proportionale Kraft auf diese Schuhe aufgebracht.
  • Die Druckschrift US-A-3 718 037 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Spannung der Bahn mittels ihrer Ablenkung in eine Aushöhlung unter in der Aushöhlung vorhandenem Unterdruck gemessen wird. Zwei Aushöhlungen sind aufeinanderfolgend in der Bahnlaufrichtung so angeordnet, dass verschiedene Spannungen auf die Bahn an zwei aufeinanderfolgenden Orten aufgebracht werden, so dass jede an dem gleichen Ort entlang der Bahn misst. Die Aushöhlungen sollen unterschiedliche Größen haben und/oder sollen mit einem unterschiedlichen Unterdruck beaufschlagt werden, so dass unterschiedliche Spannungshöhen in der Bahn erzeugt werden. Dieses Messen der Spannung liefert außerdem ein Ergebnis für das Modul und eine Vielzahl an Messvorrichtungen kann über die Bahn angeordnet sein, um ein Profil dieser Werte der Bahn zu messen. Die Verlängerung oder Dehnung der Bahn kann von einer graphischen Darstellung der gemessenen Eigenschaften abgeleitet werden.
  • Darüber hinaus beschreibt die Druckschrift EP-A2-311 507 ein Verfahren und ein Gerät zum Erfassen einer Festigkeit eines kontinuierlichen Papierblattmaterials während der Herstellung. Hierbei werden grundsätzlich die Fasereigenschaften, ihre Faserverteilung und das Verbinden der Fasern miteinander untersucht, um so in der Lage zu sein, angemessen die Papierfestigkeit zu schlussfolgern. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst ein Messen der Spannung, die auf die Trocknungsfasern aufgebracht wird, für die – als ein Vertreter – der Elastizitätsmodul in der Querrichtung und in der Maschinenrichtung verwendet wird. Ein Abtastmesskopf wird verwendet, um die Beziehung der Kraft/Ablenkung als eine Erfassung einer Spannung zu erhalten.
  • Selbst obwohl eine Anzahl an in der Fertigungslinie durchgeführten Verfahren für das Untersuchen des Spannungsprofils und andere Eigenschaften eines Bahnmaterials zu Verfügung stehen, war es schwierig, die irreversible Dehnung und den dynamischen Elastizitätsmodul während des Prozesses zu bestimmen. In der Regel werden diese Größen unter Laborbedingungen bestimmt. Für diesen Zweck müssen separate Proben von dem Bahnmaterial genommen werden, und das Ergebnis der Bestimmung der Größen wird lediglich nach einer Verzögerung erhalten. Somit ist eine große Zeitspanne erforderlich, bevor die erforderlichen Einstellungen bei dem Prozess auf der Grundlage der aus dem Labor erhaltenen Ergebnisse durchgeführt werden können.
  • Im Hinblick auf die vorstehend beschriebene Darlegung ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen einer irreversiblen Dehnung und eines dynamischen Elastizitätsmoduls einer Papierbahn zu schaffen. Das Ziel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit für ein schnelles Einstellen der Regulierparameter, die bei der Herstellung von Papier verwendet werden, nach der Bestimmung der betreffenden Größen vorzusehen.
  • Diese Aufgabe ist durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann in geeigneter Weise für die Steuerung eines Papierherstellprozesses dahingehend verwendet werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen einer irreversiblen Dehnung und eines dynamischen Elastizitätsmoduls einer Papierbahn zum Regulieren des dynamischen Elastizitätsmoduls und/oder der irreversiblen Dehnung angewendet wird.
  • Bei Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, Geräte zum Messen des Querrichtungsspannungsprofils einer Bahn zu verwenden, die bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind und die möglicherweise bereits bei der Papiermaschine eingebaut worden sind. Das Spannungsprofil wird über die gesamte Breite der Papierbahn bei zwei oder mehr unterschiedlichen Spannungshöhen bestimmt, und die Dehnung zwischen den Zielen wird als Messpunkt einer Geschwindigkeitsdifferenz bestimmt.
  • Bei jedem der verschiedenen Messpunkte des Spannungsprofils werden die Messergebnisse einer Anzahl an gemessenen Spannungsprofile zusammengesetzt. Aus dem somit gebildeten zusammengesetzten Ergebnis ist es möglich, die irreversible Dehnung und den Elastizitätsmodul der Papierbahn zu bestimmen.
  • Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schnelligkeit des Messverfahrens und außerdem die Möglichkeit zum Integrieren der Messprozedur in der Fertigungslinie bei dem Rast des Steuersystems der Papiermaschine.
  • Nachstehend ist die vorliegende Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele allein beschränkt sein soll.
  • 1 zeigt einen Ort eines Gerätes zum Messen eines Spannungsprofils bei einer Papiermaschine.
  • 2 zeigt ein Messergebnis eines Spannungsprofils bei drei verschiedenen Spannungshöhen.
  • 3 zeigt das Prinzip des Zusammensetzens von Messpunkten.
  • 4 zeigt ein Profil des Elastizitätsmoduls einer Papierbahn.
  • 5 zeigt ein Profil der irreversiblen Dehnung einer Papierbahn.
  • 1 zeigt einen typischen Ort eines Gerätes 10 zum Messen des Spannungsprofils bei einer Papiermaschine. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Messgerät bei dem Trockenende der Papiermaschine zwischen einem Kalander 20 und einem Aufroller 30 eingesetzt. Die das Spannungsprofil betreffenden Messdaten 11 treten entlang eines Busses zu einer Datenverarbeitungsanlage 14. Das Spannungsprofil wird bei verschiedenen Spannungshöhen so gemessen, dass die Dehnung der Papierbahn W zwischen dem Kalander 20 und dem Aufroller 30 eingestellt wird. Eine Änderung der Dehnung wird so erzeugt, dass die Geschwindigkeiten der Bahn W in dem Kalendrierspalt und in dem Aufrollspalt geändert werden. In dieser Weise wird eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Kalander und dem Aufroller erzeugt. Die Relativdehnung ε, die vorhanden ist, wenn jedes Spannungsprofil gemessen wird, wird aus der folgenden Formel bestimmt:
    Figure 00060001
    wobei
    v1 = Bahngeschwindigkeit in dem Kalendrierspalt
    v2 = Bahngeschwindigkeit in dem Aufrollspalt
  • Die Datenverarbeitungsanlage 14 erteilt Befehle, die die Regulierung der verschiedenen Geschwindigkeiten betreffen, zu den Reguliereinheiten 12 und 13 für die Antriebe, deren Geschwindigkeiten reguliert werden können. Die Reguliereinheit 12 steuert den Kalendrierspalt und die Reguliereinheit 13 steuert den Aufrollspalt. Nachdem die erwünschten Spannungsprofile bei einer Anzahl von, vorzugsweise drei, verschiedenen Spannungshöhen gemessen worden sind, berechnet die Datenverarbeitungsanlage 14 die Profile 15 der irreversiblen Dehnung und des dynamischen Elastizitätsmoduls mittels des Einsetzverfahrens, das nachstehend beschreiben ist. Diese Profile können bei einem Anzeigegerät 17 angezeigt werden, das beispielsweise ein Anzeigemonitor oder ein Drucker sein kann. Die Profile 15 werden verwendet, um die Regulierungen des Papierherstellprozesses mittels der Steuereinheit 16 der Papiermaschine zu gestalten. Die Steuereinheit 16 kann auf ein automatisches Rückführregulieren und/oder ein manuelles Regulieren gegründet sein.
  • 2 zeigt ein Messergebnis, das mittels des Gerätes 10 zum Messen des Spannungsprofils erhalten worden ist, wobei das Spannungsprofil bei drei verschiedenen bekannten Spannungshöhen T1(y), T2(y) und T3(y) gemessen worden ist, wobei die Höhen den Werten der Relativdehnung ε1, ε2 und ε3 entsprechen. In der Zeichnung zeigt die vertikale Achse die Spannung in der Einheit N/m (Newton pro Meter). Die horizontale Achse zeigt den Ort y in der Querrichtung der Papierbahn, wobei die Einheit mm (Millimeter) ist. Bei diesem Beispiel beträgt die Breite der Papierbahn 7 Meter. In 2 sind als ein Beispiel die Spannungswerte T1(1000), T2(1000) und T3(1000) entsprechend einem Querrichtungsabstand von 1000 mm der Papierbahn in Bezug auf jede grafische Darstellung des Spannungsprofiles T1(y), T2(y) und T3(y) angezeigt.
  • 3 zeigt das Prinzip, mit dem die Spannungswerte, die mit jedem Dehnungswert ε1, ε2 und ε3 gemessen werden, in die Kurve eingesetzt werden. Dieses Einsetzen wird bei jedem Messpunkt des Spannungsprofiles ausgeführt. Das Einsetzen einer geraden Linie bei dem Messpunkten wird ausgeführt, indem beispielsweise das Verfahren zum Einsetzen der kleinsten Quadrate verwendet wird. Die Gleichung der in 3 gezeigten Quadratenlinie hat die folgende Formel: T(y) = m(y)E(y)(ε – ε0)n wobei
    T(y) = T1(y), T2(y), T3(y) = Spannungsprofil [N/m]
    m(y) = Grundgewichtsprofil [kg/m2]
    E(y) = dynamischer Elastizitätsmodul (m2/s2)
    ε = ε1, ε2 und ε3 = Relativdehnung
    ε0 = irreversible Dehnung
    n ≈ 1
  • Mittels der bei den Messergebnissen eingesetzten geraden Linie, wie dies in 3 dargestellt ist, ist es möglich, die irreversible Dehnung ε0 von den Messergebnissen zu bestimmen, wobei die irreversible Dehnung von dem Schnittpunkt der geraden Linie an der horizontalen Achse erhalten wird. Der Winkelkoeffizient der geraden Linie entspricht dem dynamischen Elastizitätsmodul E(y) von dem Messpunkt.
  • 4 zeigt das CD-Profil des dynamischen Elastizitätsmoduls E der Papierbahn, der in vorstehend beschriebenen Weise bestimmt wurde. In der Zeichnung zeigt die vertikale Achse den Elastizitätsmodul E, dessen Einheit m2/s2 ist, und die horizontale Achse zeigt den Ort an der Papierbahn W in der Richtung CD.
  • 5 zeigt das Profil der irreversiblen Dehnung ε0 der Papierbahn W, die in der vorstehend beschriebenen Weise bestimmt wird. In der Zeichnung zeigt die vertikale Achse die irreversible Dehnung ε0 in Prozent und die horizontale Achse zeigt den Ort in der Querrichtung der Papierbahn W.
  • Vorstehend ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben, gemäß dem das Messen des Spannungsprofils zwischen einem Kalander und einem Aufroller, d. h. bei dem Trockenende der Papiermaschine, ausgeführt wird. Das Verfahren kann außerdem auf andere Teile einer Papiermaschine angewendet werden. Mögliche andere Messorte sind beispielsweise die Pressenpartie, eine Beschichtungsmaschine und ein außerhalb der Fertigungslinie befindlicher Kalander. In einem derartigen Fall unterscheidet sich die Bestimmung der Größen in gewissem Maße von der vorstehend aufgeführten Darlegung, da das Verhalten der Dehnung /der Spannung des Papiers von dem Grad der Trockenheit des Papiers abhängig ist.
  • Nachstehend sind die Patentansprüche dargelegt und die verschiedenen Einzelheiten der Erfindung können Variationen innerhalb des Umfangs der erfinderischen Idee, die in den Ansprüchen definiert ist, aufzeigen und sich von der vorstehend aufgeführten Darlegung lediglich in beispielartiger Weise unterscheiden.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Bestimmen einer irreversiblen Dehnung (ε0) und eines dynamischen Elastizitätsmoduls (E) einer Papierbahn (W), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Unterwerfen der Papierbahn (W) in der Produktionslinie stattfindender Messungen ihrer Querrichtungsspannungsprofile bei zwei oder mehr verschiedenen Spannungshöhen (T(y)), wobei die Spannungshöhen variiert werden durch ein Variieren bei einer Relativdehnung (ε) der Bahn (W) als eine Funktion der Bahngeschwindigkeitsdifferenz (v2 – v1) bei benachbarten Spalten, Einsetzen einer Kurve für die Anzahl an Punkten der Spannungsmessung, die an jedem gleichen Ort der Messung in der Querrichtung der Papierbahn (W) ausgeführt wird, bei den verschiedenen Spannungshöhen (T(y)) und Bestimmen der irreversiblen Dehnung (ε0) und des dynamischen Elastizitätsmoduls (E) von jeder eingesetzten Kurve.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmten Werte und/oder Profile der irreversiblen Dehnung (ε0) und des dynamischen Elastizitätsmoduls (E) für die Steuerung des Papierherstellprozesses verwendet werden.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Meßergebnisse der irreversiblen Dehnung (ε0) und des dynamischen Elastizitätsmoduls (E), die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen werden, für die Steuerung des Papierherstellprozesses manuell genutzt werden.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Papierherstellprozesses als eine in der Produktionslinie stattfindende Rückführsteuerung mittels eines Automatisierunssystems so ausgeführt wird, dass Einstellwerte oder bestimmte Zielbereiche von Zielwerten den Höhen und/oder Profilen der irreversiblen Dehnung (ε0) und des dynamischen Elastizitätsmoduls zugeordnet werden.
  5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Spannungsprofils bei dem Trockenende der Papiermaschine ausgeführt wird.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Spannungsprofils an dem Lauf der Bahn (W) zwischen einem in der Produktionslinie befindlichen Kalender (20) und einem Aufroller (30) ausgeführt wird.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Spannungsprofils bei der Pressungspartie des Papiers ausgeführt wird.
  8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Spannungsprofils bei einer Beschichtungsmaschine ausgeführt wird.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Spannungsprofils bei einem außerhalb der Produktionslinie befindlichen Kalender ausgeführt wird.
  10. Verfahren für die Steuerung eines Papierherstellprozesses, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 für die Regulierung des dynamischen Elastizitätsmoduls (E) und/ oder der irreversiblen Dehnung (ε0) verwendet wird.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile der irreversiblen Dehnung (ε0) und/oder des dynamischen Elastizitätsmoduls (E) mittels der folgenden Parameter und/oder Vorrichtungen des Papierherstellprozesses beeinflußt werden: Vorrichtungen zum Regulieren des Grundgewichtes, des Feuchtigkeitsgehaltes und der Dicke, wie beispielsweise Auslaufdüsenspindeln und Verdünnungsventile des Stoffauflaufkastens, Dampfkästen in der Pressungspartie und Siebbelastungen in Spalten, Befeuchtungsvorrichtung, Siebbelastungen und/oder Dampfkästen bei einem Kalender.
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